基礎落實?必備知識全過關
重難探究?能力素養(yǎng)全提升
1.分析生態(tài)系統(tǒng)中能量在生物群落中單向流動并逐級遞減的規(guī)律。2.舉例說明利用能量流動規(guī)律,人們能夠更加科學、有效地利用生態(tài)系統(tǒng)中的資源。3.解釋生態(tài)金字塔表征了食物網(wǎng)各營養(yǎng)級之間在個體數(shù)量、生物量和能量方面的關系。
知識點一 能量流動的概念和過程
旁欄邊角 想一想從能量流動的角度分析,一個人工魚塘生態(tài)系統(tǒng)中肉食性魚類與植食性魚類的總生物量相比,誰更多?為什么?
提示 植食性魚類的總生物量較多。原因是小型植食性動物能攝食餌料,肉食性魚類只攝食小型植食性動物,所處的營養(yǎng)級較高,而能量的傳遞是逐級遞減的,因此,肉食性動物的能量來源減少,總的生物量也較少。
結論語句 辨一辨(1)流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量是照射在生產(chǎn)者上的太陽能。(　　)(2)流經(jīng)第二營養(yǎng)級的總能量指次級消費者攝入體內(nèi)的能量。(　　)(3)兔吃草后排出的糞便中的能量是兔同化量的一部分。(　　)(4)同化量=攝入量-糞便量。(　　)(5)用于生長、發(fā)育和繁殖的能量=分解者分解利用的能量+下一營養(yǎng)級同化的能量+未被利用的能量。(　　)(6)同化量=呼吸散失量+儲存量=呼吸散失量+下一營養(yǎng)級同化量+分解者分解利用的能量(+未利用的能量)。(　　)
知識點二 能量流動的特點
知識點三 研究能量流動的實踐意義1.幫助人們將生物在時間、空間上進行　　　　　　　　,增大流入某個生態(tài)系統(tǒng)的總能量。?2.幫助人們科學規(guī)劃、設計人工生態(tài)系統(tǒng),使能量得到　　　　　　的利用。?3.幫助人們合理地調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動關系,使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟悺　　　　　〉牟糠帧?
旁欄邊角 想一想在農(nóng)田、果園等人工生態(tài)系統(tǒng)中,可否通過增加或延長食物鏈,提高生態(tài)系統(tǒng)的能量傳遞效率?
提示 不能提高生態(tài)系統(tǒng)的能量傳遞效率,但能提高能量的利用率。農(nóng)田和果園等人工生態(tài)系統(tǒng)食物鏈單一,自身穩(wěn)定性差,易受病蟲害破壞。通過研究生物之間的相互關系,增加或延長食物鏈,使之成為立體農(nóng)田和立體果園,實現(xiàn)對能量的多級利用,可以提高能量的利用率。
結論語句 辨一辨(1)生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動是單向的。(　　)(2)能量流動是逐級遞減的,其原因是一部分能量未被下一營養(yǎng)級利用,一部分能量以熱能的形式散失,還有一部分能量被分解者利用。(　　)(3)生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈中營養(yǎng)級越高的生物,其體型必然越大。(　　)(4)研究能量流動,可調(diào)整能量流動關系,使生產(chǎn)者固定的能量全部流向人類。(　　)(5)在稻田生態(tài)系統(tǒng)中,防治稻田害蟲可提高生產(chǎn)者和消費者之間的能量傳遞效率。(　　)(6)生物量金字塔、數(shù)量金字塔同能量金字塔一樣都是正立的。(　　)(7)相鄰兩個營養(yǎng)級的能量傳遞效率不會小于10%,也不會大于20%。(　　)
【情境探究】分析第一營養(yǎng)級和第二營養(yǎng)級能量的去向,回答下列問題。
1.流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量指的是圖中的哪一部分?2.輸入第二營養(yǎng)級的能量是初級消費者攝入的能量還是其同化的能量?3.初級消費者糞便中的能量屬于其同化的能量嗎?
提示 生產(chǎn)者固定的能量。
提示 輸入第二營養(yǎng)級的能量是初級消費者同化的能量。
提示 不屬于,初級消費者糞便中的能量應屬于上一營養(yǎng)級生產(chǎn)者同化的能量。
4.請嘗試構建第二營養(yǎng)級同化量的去向模型。
【方法突破】1.能量的輸入(1)能量來源:幾乎都來自太陽能。
2.能量的傳遞(1)傳遞途徑:食物鏈和食物網(wǎng)。(2)傳遞形式:有機物中的化學能。(3)傳遞過程
3.能量的轉化(1)生產(chǎn)者:光能 有機物中的化學能。(2)消費者:食物中的化學能 自身的化學能。
4.能量的散失(1)形式:熱能,熱能是能量流動的最后形式。(2)過程(3)特殊途徑動植物遺體形成的煤炭、石油等 熱能
【視角應用】視角1某一營養(yǎng)級的能量來源、去路分析
A.該蜘蛛在生態(tài)系統(tǒng)中至少屬于第二營養(yǎng)級B.流經(jīng)蜘蛛的總能量是477.4 kJ/(m2·a)C.排糞能和遺體殘骸中的能量都屬于蜘蛛同化能的一部分D.下—個營養(yǎng)級的同化能可能會大于87.7 kJ/(m2·a)　
1.科研人員研究了某種定居型蜘蛛(肉食性動物)的能量流動過程,并構建了下圖所示模型。下列相關敘述正確的是(　　)
答案 B解析 該蜘蛛是肉食性動物,所以在生態(tài)系統(tǒng)中至少屬于第三營養(yǎng)級,A項錯誤;題圖中攝食能=同化能+排糞能,因此計算出同化能為477.4 kJ/(m2·a),即為流經(jīng)蜘蛛的總能量,B項正確;遺體殘骸中的能量屬于蜘蛛同化能的一部分,而排糞能屬于上一營養(yǎng)級的能量,C項錯誤;題圖中生長能為87.7 kJ/(m2·a),則下一個營養(yǎng)級的同化量不可能大于87.7 kJ/(m2·a),D項錯誤。
2.下圖為生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的部分示意圖(字母表示能量的多少),下列敘述正確的是(　　)A.圖中b=h+c+d+e+f+iB.生產(chǎn)者與初級消費者之間的能量傳遞效率為b/a×100%　C.“草→兔→狼”這一食物鏈中,狼糞便中的能量屬于dD.縮短食物鏈可以提高能量傳遞效率
答案 C解析 首先,生產(chǎn)者固定的能量應該是流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量,攝入量=同化量+糞便中的能量,因此c為同化量,h為糞便中的能量,同化量=呼吸作用中以熱能形式散失的能量+用于生長、發(fā)育、繁殖的能量,因此d是初級消費者用于自身生長、發(fā)育、繁殖的能量,f是呼吸作用中以熱能形式散失的能量,i是流入分解者的能量,e是下一營養(yǎng)級攝入的能量,所以b=h+c=h+f+d,A項錯誤。能量傳遞效率是相鄰營養(yǎng)級同化量之間的比值,生產(chǎn)者與初級消費者之間的能量傳遞效率為c/a×100%,B項錯誤。狼糞便中的能量應該屬于初級消費者兔的同化量中用于生長、發(fā)育、繁殖的能量,C項正確。縮短食物鏈可以提高能量利用率,但不能提高能量傳遞效率,D項錯誤。
視角2能量流動模型圖分析3.某同學繪制如下圖所示的能量流動圖解(其中W1為生產(chǎn)者固定的太陽能),下列敘述錯誤的是(　　)A.生產(chǎn)者固定的總能量可表示為(A1+B1+C1+D1)B.由第一營養(yǎng)級到第二營養(yǎng)級的能量傳遞效率為D1/W1×100%C.流入初級消費者的能量為(A2+B2+C2)D.圖解表明能量流動的特點是單向流動、逐級遞減
答案 C解析 生產(chǎn)者固定的總能量W1=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+初級消費者同化的能量=A1+B1+C1+D1,A項正確。能量傳遞效率=第二營養(yǎng)級固定的能量D1/第一營養(yǎng)級固定的能量W1×100%,B項正確。流入次級消費者的能量D1=A2+B2+C2+D2,C項錯誤。圖解中能量只能從生產(chǎn)者流向初級消費者,且總量減少,體現(xiàn)了能量流動的特點是單向流動、逐級遞減,D項正確。
【情境探究】結合教材賽達伯格湖的能量流動圖解,思考并回答下列問題。1.圖中生產(chǎn)者的能量分為四部分,而P55圖3-6中生產(chǎn)者的能量分為三部分,差異是哪一部分?2.流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量是　　　　　　 J/(cm2·a),流入第二營養(yǎng)級(植食性動物)的能量(即該營養(yǎng)級的同化量)只有　　　 J/(cm2·a),其余的能量除部分未被利用外,大部分通過自身的　　　　作用消耗掉了,少部分流入了　　　　　　。?
提示 教材P56賽達伯格湖的能量流動圖解中,多出的部分為未利用的能量。
3.賽達伯格湖的能量流動圖解中,能量在植食性動物與肉食性動物之間的傳遞效率是多少?4.能量流動的渠道為食物鏈和食物網(wǎng)。有同學認為該圖解中的“生產(chǎn)者→植食性動物→肉食性動物”是一條食物鏈,請予以評價。
提示 在生態(tài)系統(tǒng)中,一種綠色植物可能是多種植食性動物的食物,而一種植食性動物既可能吃多種植物,也可能被多種肉食性動物所食,所以圖中的“生產(chǎn)者→植食性動物→肉食性動物”不僅僅是一條食物鏈。
5.若該湖泊中某種雜食性魚的食物有1/2來自植物,1/2來自植食性魚類,如果該雜食性魚獲得m kJ能量,能量傳遞效率按20%計算,則需要生產(chǎn)者提供多少能量?
提示 需要生產(chǎn)者提供的能量是1/2m÷20%+1/2m÷20%÷20%=15m(kJ)。
【方法突破】1.能量流動的特點及其原因分析(1)單向流動的原因食物鏈中各營養(yǎng)級的順序是不可逆轉的,這是長期自然選擇的結果。(2)逐級遞減的原因①各營養(yǎng)級的生物都會因呼吸作用而消耗掉相當大的一部分能量,并以熱能的形式散失,無法再利用。②各營養(yǎng)級的生物中總有一部分能量未被下一營養(yǎng)級的生物利用,即未被利用部分。③少部分能量隨著殘枝敗葉或遺體等直接流向分解者。
2.能量傳遞效率(1)能量傳遞效率:輸入某一個營養(yǎng)級的能量中,只有10%~20%的能量能夠流入下一營養(yǎng)級,即相鄰兩個營養(yǎng)級間的能量傳遞效率為10%~20%。能量傳遞效率是營養(yǎng)級之間的關系,不是個別食物鏈中生物種群之間的關系。(2)計算公式能量傳遞效率=某一營養(yǎng)級的同化量÷上一營養(yǎng)級的同化量×100%。
3.三種金字塔的比較生態(tài)金字塔是生態(tài)學中表示不同關系的一種形式,生態(tài)學中常以金字塔的形式表示的有能量金字塔、數(shù)量金字塔和生物量金字塔等,三者的比較如下表所示。
4.食物鏈中能量的最值計算(1)計算某一生物獲得的最多(至少)能量的規(guī)律設食物鏈為A→B→C→D,分情況討論:
(2)涉及多條食物鏈的能量流動計算時,若根據(jù)要求只能選擇食物網(wǎng)中的一條食物鏈,計算某一生物獲得的最多(或最少)的能量。其規(guī)律如下:
【視角應用】視角1能量傳遞示意圖的分析及計算1.下圖為某生態(tài)系統(tǒng)中能量傳遞示意圖。下列敘述錯誤的是(　　)A.能量流動是從甲固定的太陽能開始的,流入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量為1 250 kJB.從乙到丙的能量傳遞效率為15%
C.將乙和丙的糞便作為有機肥還田,可以提高能量傳遞效率D.食物鏈的營養(yǎng)關系一般不可逆,這決定了能量流動的單向性
答案 C解析 能量流動從生產(chǎn)者固定的太陽能開始,流入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量是生產(chǎn)者固定的太陽能=175+200+875=1 250(kJ),A項正確;從乙到丙的能量傳遞效率為30÷200×100%=15%,B項正確;將乙和丙的糞便作為有機肥還田,為作物提供了無機鹽,但不能提高能量傳遞效率,C項錯誤;食物鏈的營養(yǎng)關系一般不可逆,這決定了能量流動的單向性,D項正確。
2.下圖為某人工魚塘食物網(wǎng)及其能量傳遞示意圖〔圖中數(shù)字為能量數(shù)值,單位是J/(m2·a)〕。下列敘述正確的是(　　)A.該食物網(wǎng)中最高營養(yǎng)級為第六營養(yǎng)級B.該食物網(wǎng)中第一到第二營養(yǎng)級的能量傳遞效率為25%C.太陽魚呼吸作用消耗的能量為1 357 J/(m2·a)D.該食物網(wǎng)中的生物與非生物環(huán)境共同構成一個生態(tài)系統(tǒng)
答案 B解析 該食物網(wǎng)中最長的一條食物鏈為浮游植物→浮游動物→幽蚊幼蟲→太陽魚→鱸魚,因此該食物網(wǎng)中最高營養(yǎng)級鱸魚屬于第五營養(yǎng)級。第二營養(yǎng)級包括浮游動物和搖蚊幼蟲,二者的能量共有3 780+4 200=7 980(J·m-2·a-1),因此從第一營養(yǎng)級到第二營養(yǎng)級的能量傳遞效率為7 980÷31 920×100%=25%。一個營養(yǎng)級所含有的能量,一部分流入下一個營養(yǎng)級,還有一部分用于自身呼吸消耗和流向分解者等,C項中的1 357是1 483(太陽魚總同化量)減去126(下一營養(yǎng)級同化量)得到的,因此太陽魚呼吸作用消耗的能量要比1 357 J/(m2·a)少。生態(tài)系統(tǒng)的組成成分包括生產(chǎn)者、消費者、分解者和非生物環(huán)境,而食物網(wǎng)中只有生產(chǎn)者和消費者,無分解者,所以該食物網(wǎng)中的生物與非生物環(huán)境不能構成生態(tài)系統(tǒng)。
視角2食物網(wǎng)中的能量流動計算3.在下圖所示的食物網(wǎng)中,假如貓頭鷹的食物有2/5來自兔子,2/5來自鼠,1/5來自蛇,那么貓頭鷹若增加20 g體重,最少需要消耗植物(　　)A.600 gB.900 gC.1 600 gD.5 600 g
答案 B解析 根據(jù)題意,計算最高營養(yǎng)級至少消耗生產(chǎn)者的量應該按最大能量傳遞效率20%計算,所以最少需要消耗植物為: 20×4/5÷20%÷20%+20×1/5÷20%÷20%÷20%=900(g)。
【情境探究】某市在落實“禁燒秸稈”工作中,化“堵”為“疏”,引導農(nóng)民設計了如下生態(tài)系統(tǒng)模式。
1.相比直接燃燒農(nóng)作物秸稈,上述生態(tài)系統(tǒng)實現(xiàn)了農(nóng)作物中能量的　　　　　　　　,提高了　　　　　　　　　　　。這說明研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動,可以幫助人們　　　　　　　　、設計人工生態(tài)系統(tǒng),使能量得到最有效的利用。?2.有人說:“由于上述生態(tài)系統(tǒng)是人工設計的,所以其中營養(yǎng)級之間能量的傳遞效率可由人類任意控制?！蹦阏J為對嗎?
提示 不對。傳遞效率體現(xiàn)了能量流動中的客觀規(guī)律,不能改變,但能量利用率可以人為改變。
3.在上述生態(tài)系統(tǒng)中,人們?yōu)樘岣咿r(nóng)作物的產(chǎn)量,要經(jīng)常到田間除草、滅蟲、滅鼠。從能量流動的角度分析,這樣做的目的是什么?
提示 合理調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動關系,使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧?br/>【方法突破】研究能量流動的實踐意義
【視角應用】視角1能量流動的應用實踐
1.據(jù)圖判斷,下列敘述不符合生態(tài)學原理的是(　　)A.能量經(jīng)過多級利用,提高了能量利用率
B.每一級生產(chǎn)環(huán)節(jié)都獲得產(chǎn)品,提高了生態(tài)效益和經(jīng)濟效益C.由于各級產(chǎn)物都可以利用,減少了廢物和污染D.由于食物鏈延長,能量逐級損耗,系統(tǒng)總能量利用率降低
答案 D解析 作物的籽實、家畜、食用菌、蚯蚓等都可以為人們提供相應的產(chǎn)品,充分實現(xiàn)了能量的多級利用,不但減少了廢物和污染,同時也提高了生態(tài)效益和經(jīng)濟效益,實現(xiàn)了良性循環(huán)。在一般生態(tài)系統(tǒng)中不能充分利用的作物的秸稈等,在該生態(tài)系統(tǒng)中得到了充分利用,所以該系統(tǒng)的總能量利用率得到了提高。
視角2實例分析2.下圖是一個農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)模式圖,下列關于該生態(tài)系統(tǒng)的敘述,錯誤的是(　　)A.微生物也能利用農(nóng)作物通過光合作用儲存的能量B.沼氣池中的微生物也是該生態(tài)系統(tǒng)的分解者C.沼渣、沼液作為肥料還田,使能量能夠循環(huán)利用D.多途徑利用農(nóng)作物可提高該系統(tǒng)的能量利用率
答案 C解析 微生物也可以利用農(nóng)作物通過光合作用儲存的能量,如細菌分解作物殘體等,A項正確。沼氣池中的微生物可將有機物分解為無機物,屬于分解者,B項正確。能量是單向流動、逐級遞減的,不能循環(huán)利用,C項錯誤。該模式提高了能量的利用率,使能量盡可能多地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠?D項正確。

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第2節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動

版本： 人教版 (2019)

年級： 選擇性必修2

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