2020_2021学年新教材高中生物第3章生态系统及其稳定性第2节生态系统的能量流动课件新人教版选择性必修第二册 48页

第 2 节　生态系统的能量流动 学习目标 1 . 利用模型法和定量分析法 , 分析生态系统中的能量流动过程、特点以及相关的计算 , 大力培养科学思维能力。 2 . 利用物质与能量观分析生态系统中的能量流动 , 理解生态金字塔 , 了解能量流动在生态系统中的意义 , 强化生命的系统观。 一、能量流动的概念和 过程 预习反馈 1 . 判断 (1) 流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能。 ( × ) (2) 流经第二营养级的总能量指次级消费者摄入体内的能量。 ( × ) (3) 兔吃草后排出的粪便中的能量是兔同化量的一部分。 ( × ) (4) 同化量 = 摄入量 - 粪便量。 ( √ ) (5) 生长、发育和繁殖的能量 = 分解者分解利用的能量 + 下一营养级同化的能量 + 未被利用的能量。 ( √ ) (6) 同化量 = 呼吸散失量 + 储存量 = 呼吸散失量 + 下一营养级同化量 + 分解者分解利用的能量 (+ 未利用 ) 。 ( √ ) 2 . 消费者的同化量是指 ( 　　 ) A. 其食物中的所有能量 B. 被消化吸收的所有能量 C. 用于生长、发育和繁殖的所有能量 D. 呼吸消耗的所有能量 答案 : B 3 . 下列有关生态系统能量流动的叙述 , 正确的是 ( 　　 ) A. 在食物链中 , 能量的传递形式是光能 B. 生态系统的能量流动是指生物体内的能量代谢过程 C. 生态系统的能量流动是指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程 D. 流经生态系统的总能量一定是生产者固定的太阳能 答案 : C 二、能量流动的 特点 三、研究能量流动的实践意义 1 . 帮助人们将生物在时间、空间上进行 合理配置 , 增大流入某个生态系统的总能量。 2 . 帮助人们科学规划、设计人工生态系统 , 使能量得到 最有效 的利用。 3 . 帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系 , 使能量持续高效地流向对人类 最有益 的部分。 预习反馈 1 . 判断 (1) 生态系统中的能量流动是单向的。 ( √ ) (2) 能量只能沿着食物链传递 , 捕食关系是不能逆转的。 ( √ ) (3) 能量流动是逐级递减的 , 其原因是一部分能量未被下一营养级利用 , 一部分能量以热能的形式散失 , 还有一部分能量被分解者利用。 ( √ ) (4) 生态系统的食物链中营养级越高的生物 , 其体型必然越大。 ( × ) (5) 研究能量流动 , 可调整能量流动关系 , 使生产者固定的能量全部流向人类。 ( × ) (6) 稻田生态系统中 , 防治稻田害虫可提高生产者和消费者之间的能量传递效率。 ( × ) (7) 生物量金字塔、数量金字塔同能量金字塔一样都是正立的。 ( × ) (8) 相邻两个营养级的能量传递效率不会小于 10%, 也不会大于 20% 。 ( × ) 2 . 下图为某生态系统能量流动示意图〔单位 :J/(cm 2 · a) 〕 , 下列分析不正确的是 ( 　　 ) A. 甲为 1 250 J/(cm 2 · a) B. 乙到丙的能量传递效率为 15% C. 每一营养级的能量大部分用于呼吸作用和被丁利用 D. 乙的个体数目一定比甲少 解析 : 一般情况下 , 随着营养级的增加 , 动物个体的数量会减少 , 个体的体积会增大 , 但是也存在特殊情况 , 如树上的昆虫与树之间的关系。 答案 : D 3 . 下图为生态系统中能量流动图解部分示意图 , ①②③④ 各代表一定的能量值 , 下列叙述不正确的是 ( 　　 ) A. 生物与生物之间的捕食关系不可逆转 , 所以能量流动具有单向性 B. ① 表示流经生态系统内部的总能量 C. 各营养级间的能量传递效率一般为 10%~20% D. 从能量关系看 ② > ③ + ④ 答案 : B 探究点一 探究点二 探究点三 能量流动的过程 情境导引 食物链和食物网是生态系统能量流动的渠道 , 能量在食物链中沿营养级流动 , 那么一个营养级中的能量有哪些去向 ? 分析第一营养级和第二营养级能量的去向 , 回答下列问题。 探究点一 探究点二 探究点三 探究点一 探究点二 探究点三 1 . 流经该生态系统的总能量指的是图中的哪一部分 ? 提示 : 生产者固定的能量。 2 . 输入第二营养级的能量是初级消费者摄入的能量还是其同化的能量 ? 提示 : 输入第二营养级的能量是初级消费者同化的能量。 3 . 初级消费者粪便中的能量属于其同化的能量吗 ? 提示 : 不属于 , 初级消费者粪便中的能量应属于上一营养级生产者同化的能量。 4 . 第二营养级同化的能量有哪些去向 ? 提示 : 自身呼吸作用散失 ; 流入下一营养级 ; 被分解者利用。 探究点一 探究点二 探究点三 典例剖析 ( 多选 )(2020 山东菏泽一中高二期末模拟 ) 下图是该生态系统中能量流向物种甲后发生的一系列变化示意图 , 下列有关叙述正确的是 ( 　　 ) A.A 表示物种甲同化的能量 B.D 表示物种甲呼吸散失的能量 C.B 表示物种甲用于生长、发育和繁殖的能量 D.A 中的能量包括粪便中的能量 探究点一 探究点二 探究点三 解析 : 分析物种甲的能量去路可知 ,A 表示物种甲同化的能量 ;B 表示物种甲用于自身生长、发育和繁殖等生命活动所需的能量 ;C 表示分解者利用的能量 ;D 表示通过呼吸作用散失的能量 ; 物种甲粪便中的能量不属于其同化量。 答案 : ABC 探究点一 探究点二 探究点三 归纳提升 1 . 能量的输入 (1) 能量来源 : 几乎都来自太阳能。 探究点一 探究点二 探究点三 2 . 能量的传递 (1) 传递途径 : 食物链和食物网。 (2) 传递形式 : 有机物中的化学能。 (3) 传递过程 探究点一 探究点二 探究点三 3 . 能量的 转化 4 . 能量的散失 (1) 形式 : 热能 , 热能是能量流动的最后形式。 (2) 过程 (3) 特殊 途径 动植物遗体形成的煤炭、石油 等 热能 探究点一 探究点二 探究点三 活学活练 1 . 某同学绘制如下图所示的能量流动图解 ( 其中 W 1 为生产者固定的太阳能 ), 下列叙述错误的是 ( 　　 ) A. 生产者固定的总能量可表示为 ( A 1 +B 1 +C 1 +D 1 ) B. 由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为 D 1 /W 1 C. 流入初级消费者的能量为 ( A 2 +B 2 +C 2 ) D. 图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减 探究点一 探究点二 探究点三 解析 : 生产者固定的总能量 W 1 = 呼吸作用散失的能量 + 被分解者利用的能量 + 未被利用的能量 + 初级消费者同化的能量 = A 1 +B 1 +C 1 +D 1 ,A 项正确。能量传递效率 = 第二营养级固定的能量 D 1 / 第一营养级固定的能量 W 1 ,B 项正确。流入次级消费者的能量 D 1 = A 2 +B 2 +C 2 +D 2 ,C 项错误。图解中能量只能从生产者流向初级消费者 , 且总量减少 , 体现了能量流动的特点是单向流动、逐级递减 ,D 项正确。 答案 : C 探究点一 探究点二 探究点三 2 . 下图为生态系统中能量流动图解部分示意图 ( 字母表示能量的多少 ), 下列选项中正确的是 ( 　　 ) A. 图中 b=h+c+d+e+f+i B. 生产者与初级消费者之间的能量传递效率为 b/a ×100% 　 C.“ 草 → 兔 → 狼 ” 这一食物链中 , 狼粪便中的能量属于 d D. 缩短食物链可以提高能量传递效率 探究点一 探究点二 探究点三 解析 : 首先 , 生产者固定的能量应该是流经生态系统的总能量 , 摄入量 = 同化量 + 粪便中的能量 , 因此 c 为同化量 , h 为粪便中的能量 , 同化量 = 呼吸作用中以热能形式散失的能量 + 用于生长、发育、繁殖的能量 , 因此 d 是初级消费者用于自身生长、发育、繁殖的能量 , f 是呼吸作用中以热能形式散失的能量 , i 是流入分解者的能量 , e 是下一营养级摄入的能量 , 所以 b=h+c=h+f+d=f+e+g ,A 项错误。能量传递效率是相邻营养级同化量之间的比值 , 生产者与初级消费者之间的能量传递效率为 c/a ×100%,B 项错误。狼粪便中的能量应该属于初级消费者兔的同化量中用于生长、发育、繁殖的能量 ,C 项正确。缩短食物链可以提高能量利用率 , 但不能提高能量传递效率 ,D 项错误。 答案 : C 探究点一 探究点二 探究点三 能量流动的特点 情境导引 能量流动有什么特点 ? 原因是什么 ? 结合教材 P 56 赛达伯格湖的能量流动图解思考并回答下列问题。 1 . 图中生产者的能量分为四部分 , 而 P 55 图 3-6 中生产者的能量分为三部分 , 差异是哪一部分 ? 提示 : P 56 赛达伯格湖的能量流动图解中多出的部分为未利用的能量。 探究点一 探究点二 探究点三 2 . 流经该生态系统的总能量是 464.6 J/(cm 2 ·a), 流入第二营养级 ( 植食性动物 ) 的能量 ( 即该营养级的同化量 ) 只有 62.8 J/(cm 2 ·a), 其余的能量除部分未被利用外 , 大部分通过自身的 呼吸 作用消耗掉了 , 少部分流入了 分解者 。 3 . 赛达伯格湖的能量流动图解中 , 能量在植食性动物与肉食性动物之间的传递效率是多少 ? 探究点一 探究点二 探究点三 典例剖析 图 1 为某池塘生态系统的能量金字塔简图 , 其中 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 、 Ⅳ 分别代表不同的营养级 ,m 1 、 m 2 代表不同的能量形式。图 2 表示能量流经该生态系统某一营养级的变化示意图 , 其中 a~g 表示能量值的多少。请据图回答问题。 探究点一 探究点二 探究点三 (1) 图 2 中 , 若 A 表示图 1 中营养级 Ⅱ 所摄入的全部能量 , 则 B 表示营养级 Ⅱ 同化的能量 ,C 表示 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。若图 1 中营养级 Ⅰ 所固定的太阳能总量为 y , 营养级 Ⅰ 、 Ⅱ 间的能量传递效率是 　　　　　　 ( 用图中所给字母的表达式表示 ) 。   (2) 若图 1 中营养级 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 各有一种生物甲、乙、丙 , 构成食物关系如图 3 。其中甲能量中比例为 x 的部分直接提供给丙 , 要使丙能量增加 A kJ, 至少需要消耗甲的能量是 　　　　　　 kJ 。   (3) 除图 1 中所示的生物类群 , 该生态系统的生物组成成分还应有 　　　　　　 才能保证其物质循环的正常进行。   探究点一 探究点二 探究点三 解析 : (1) 同化的能量一部分以细胞呼吸产生热能的形式散失掉 , 一部分用于自身的生长、发育和繁殖 ,C 表示营养级 Ⅱ 用于生长、发育和繁殖的能量。营养级之间的传递效率是同化量之比 , 即 b / y ×100% 。 (2) 至少消耗应按照最大的传递效率 20% 计算 , 其中甲能量中比例为 x 的部分直接提供给丙 , 假设甲的能量是 M , 即 Mx ×20%+ M (1- x )×20%×20%= A , 计算可得 M =25 A /(1+4 x ) 。 (3) 图 1 中包含了生产者和消费者 , 还缺少分解者。 答案 : (1) 营养级 Ⅱ 用于生长、发育和繁殖的能量 b / y ×100% 　 (2)25 A /(1+4 x ) (3) 分解者 探究点一 探究点二 探究点三 归纳提升 1 . 能量流动的特点及其原因分析 (1) 单向流动的原因 食物链中各营养级的顺序是不可逆转的 , 这是长期自然选择的结果。 (2) 逐级递减的原因 ① 各营养级的生物都会因呼吸作用而消耗掉相当大的一部分能量 , 并以热能的形式散失 , 无法再利用。 ② 各营养级的生物中总有一部分能量未被下一营养级的生物利用 , 即未被利用部分。 ③ 少部分能量随着残枝败叶或遗体等直接传给了分解者。 探究点一 探究点二 探究点三 2 . 能量传递效率 (1) 能量传递效率 : 输入到某一个营养级的能量中 , 只有 10%~20% 的能量能够流入下一营养级 , 即相邻两个营养级间的能量传递效率为 10%~20% 。能量传递效率是营养级之间的关系 , 不是个别食物链之间的关系。 (2) 计算公式 能量传递效率 = 某一营养级的同化量 ÷ 上一营养级的同化量 ×100% 。 探究点一 探究点二 探究点三 3 . 三种金字塔的比较 生态金字塔是生态学中表示不同关系的一种形式 , 生态学中常以金字塔的形式表示的有能量金字塔、数量金字塔和生物量金字塔等 , 三者的比较如下表。 探究点一 探究点二 探究点三 比较 项目 能量金字塔 数量金字塔 生物量金字塔 象征 含义 能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性 一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而减少 一般生物量 ( 现存生物有机物的总干重 ) 随食物链中营养级的升高而减少 每一 级含 义 食物链中每一营养级生物所同化的能量的多少 每一营养级生物个体的数目 每一营养级生物的有机物总量 探究点一 探究点二 探究点三 探究点一 探究点二 探究点三 4 . 食物链中能量的最值计算 (1) 计算某一生物获得的最多 ( 至少 ) 能量的规律 设食物链 A→B→C→D, 分情况讨论 : 情景设置 问 　　 题 求解思路 D 营养级 净增重 M 求至少需要 A 营养级的量 Y Y=M /(20%) 3   求最多需要 A 营养级的量 Y Y=M /(10%) 3 A 营养级 净增重 N 求 D 营养级最多增重的量 Y Y=N ·(20%) 3   求 D 营养级至少增重的量 Y Y=N ·(10%) 3 探究点一 探究点二 探究点三 (2) 涉及多条食物链的能量流动计算时 , 若根据要求只能选择食物网中的一条食物链 , 计算某一生物获得的最多 ( 或最少 ) 的能量。其规律如下 : 探究点一 探究点二 探究点三 活学活练 1 . A.600 g B.900 g C.1 600 g D.5 600 g 解析 : 根据题意 , 计算最高营养级至少消耗生产者的量应该按最大能量传递效率计算 , 所以最少需要消耗植物 答案 : B 探究点一 探究点二 探究点三 2 . 下图为某人工鱼塘食物网及其能量传递示意图〔图中数字为能量数值 , 单位是 J/(m 2 ·a) 〕。下列叙述正确的是 ( 　　 ) A. 该食物网中最高营养级为第六营养级 B. 该食物网中第一到第二营养级的能量传递效率为 25% C. 太阳鱼呼吸作用消耗的能量为 1 357 J/(m 2 ·a) D. 该食物网中的生物与非生物环境共同构成一个生态系统 探究点一 探究点二 探究点三 解析 : 该食物网中最长的食物链为浮游植物 → 浮游动物 → 幽蚊幼虫 → 太阳鱼 → 鲈鱼 , 食物网中最高营养级鲈鱼属于第五营养级。第二营养级包括浮游动物和摇蚊幼虫 , 二者的能量共有 3 780+4 200=7 980, 因此从第一营养级到第二营养级的能量传递效率为 7 980 ÷ 31 920×100%=25% 。一个营养级所含有的能量 , 一部分流入下一个营养级 , 还有一部分用于自身呼吸消耗和流向分解者等 ,C 项中的 1 357 是 1 483( 太阳鱼总同化量 ) 减去 126( 下一营养级同化量 ) 得到的 , 因此太阳鱼呼吸作用消耗的能量要比 1 357 J/(m 2 ·a) 少。生态系统的组成成分包括生产者、消费者、分解者和非生物环境 , 而食物网中只有生产者和消费者 , 无分解者 , 所以食物网与非生物环境不能构成生态系统。 答案 : B 探究点一 探究点二 探究点三 研究能量流动的实践意义 情境导引 人们在利用资源时 ,“ 高效 ” 与 “ 持续 ” 常会发生矛盾 , 如何根据客观规律来调整生态系统中的能量流动关系 , 满足人们的需求呢 ? 某市在落实 “ 禁烧秸秆 ” 工作中 , 化 “ 堵 ” 为 “ 疏 ”, 引导农民设计了如下生态系统模式。 探究点一 探究点二 探究点三 1 . 相比农作物秸秆直接燃烧 , 上述生态系统实现了农作物中能量的 多级利用 , 提高了 能量的利用率 。这说明研究生态系统的能量流动 , 可以帮助人们 科学规划 、设计人工生态系统 , 使能量得到最有效的利用。 2 . 有人说 :“ 由于上述生态系统是人工设计的 , 所以其中营养级之间能量的传递效率可由人类任意控制。 ” 你认为对吗 ? 提示 : 不对。 3 . 在上述生态系统中 , 人们为提高农作物的产量 , 要经常到田间除草、灭虫、灭鼠。这样做的目的是什么 ? 提示 : 合理调整生态系统中的能量流动关系 , 使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。 探究点一 探究点二 探究点三 典例剖析 右图是一个农业生态系统模式图 , 下列关于该生态系统的叙述 , 错误的是 ( 　　 ) A. 微生物也能利用农作物通过光合作用储存的能量 B. 沼气池中的微生物也是该生态系统的分解者 C. 沼渣、沼液作为肥料还田 , 使能量能够循环利用 D. 多途径利用农作物可提高该系统的能量利用率 探究点一 探究点二 探究点三 解析 : 微生物也可以利用农作物通过光合作用储存的能量 , 如细菌分解作物残体等 ,A 项正确。沼气池中的微生物可将有机物分解为无机物 , 属于分解者 ,B 项正确。能量是单向流动、逐级递减的 , 不能循环利用 ,C 项错误。该模式提高了能量的利用率 , 使能量尽可能多地流向对人类最有益的部分 ,D 项正确。 答案 : C 探究点一 探究点二 探究点三 归纳提升 研究能量流动的实践意义 实践意义 依据原理 措 　 施 实 　 例 帮助人们科学规划、设计人工生态系统 , 使能量得到最有效的利用 生态系统 中 能量 是 单向 流动的 增设食物链 , 实现对能量的多级利用 秸秆综合利用 延长食物链 , 使种群中不能被利用的能量流入能被人们利用的种群 在虫灾严重的农田中养鸡 帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动 关 系 , 使能量持续高效地流向对人类最有益的部分 能量 在流动过程 中 逐级 递减 调整不同营养级或相同营养级的不同种群之间的比例关系 合理确定草场的载畜量 探究点一 探究点二 探究点三 活学活练 1 . 据图判断 , 下列叙述不符合生态学原理的是 ( 　　 ) A. 能量经过多级利用 , 提高了能量利用率 B. 每一级生产环节都获得产品 , 提高了生态效益和经济效益 C. 由于各级产物都可以利用 , 减少了废物和污染 D. 由于食物链延长 , 能量逐级损耗 , 系统总能量利用率降低 探究点一 探究点二 探究点三 解析 : 作物的籽实、家畜、食用菌、蚯蚓等可以为人们提供相应的产品 , 充分实现了能量的多级利用 , 不但减少了废物和污染 , 同时也提高了生态效益和经济效益 , 实现了良性循环。在一般生态系统中不能充分利用的作物的秸秆等 , 在该生态系统中得到充分利用 , 所以系统总能量的利用率得到了提高 , 而不是降低。 答案 : D 探究点一 探究点二 探究点三 2 . 研究生态系统中能量流动的主要目的是 ( 　　 ) A. 掌握能量流动中的传递效率 B. 熟悉生态系统的营养结构 C. 了解能量流动的方向 D. 使能量流向对人类最有益的部分 解析 : 人们研究生态系统中能量流动的主要目的是设法使能量更多地流向对人类最有益的部分。 答案 : D