第2節(jié)　生態(tài)系統(tǒng)的能量流動[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.通過分析生態(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,培養(yǎng)物質(zhì)與能量觀等生命觀念、歸納與概括等科學(xué)思維。2.通過舉例說明利用能量流動規(guī)律,人們能夠更加科學(xué)、有效地利用生態(tài)系統(tǒng)中的資源,培養(yǎng)關(guān)注生物學(xué)社會性議題的社會責(zé)任感。3.通過解釋生態(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(guān)系,培養(yǎng)建模的科學(xué)思維。4.通過調(diào)查生態(tài)系統(tǒng)的能量流動,培養(yǎng)觀察提問、團(tuán)隊合作、交流討論等科學(xué)探究素養(yǎng)。一、生態(tài)系統(tǒng)能量流動的概念和過程1.能量流動的概念:是指生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程。2.能量流經(jīng)第一營養(yǎng)級的過程(以綠色植物為例)(1)能量輸入:生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者通過光合作用把太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,固定在它們所制造的有機(jī)物中。(2)能量去向①在生產(chǎn)者的呼吸作用中以熱能的形式散失。②用于生產(chǎn)者的生長、發(fā)育和繁殖等生命活動,儲存在植物體的有機(jī)物中。構(gòu)成植物體的有機(jī)物中的能量,一部分隨著殘枝敗葉等被分解者分解而釋放出來;另一部分被初級消費(fèi)者攝入體內(nèi),這樣,能量就流入了第二營養(yǎng)級。3.能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級的過程(1)能量輸入:初級消費(fèi)者同化生產(chǎn)者的能量。(2)能量去向①在初級消費(fèi)者的呼吸作用中以熱能的形式散失。②用于初級消費(fèi)者的生長、發(fā)育和繁殖等生命活動,儲存在初級消費(fèi)者的有機(jī)物中。構(gòu)成初級消費(fèi)者的有機(jī)物中的能量,一部分以遺體殘骸的形式被分解者利用;另一部分被次級消費(fèi)者攝入體內(nèi),這樣,能量就流入了第三營養(yǎng)級。(3)圖解4.能量在不同營養(yǎng)級間變化情況能量在第三、第四營養(yǎng)級的變化,與第二營養(yǎng)級的情況大致相同。5.生態(tài)系統(tǒng)能量流動的示意圖(教材P55圖36)由圖可以看出:生產(chǎn)者及各級消費(fèi)者能量流動相同的三個去向是:通過呼吸作用以熱能的形式散失,被下一營養(yǎng)級同化,被分解者利用。二、能量流動的特點(diǎn)和生態(tài)金字塔1.能量流動的特點(diǎn)2.能量的輸入任何生態(tài)系統(tǒng)都需要不斷得到來自系統(tǒng)外的能量補(bǔ)充,以便維持生態(tài)系統(tǒng)的正常功能。3.生態(tài)金字塔:包括能量金字塔、生物量金字塔和數(shù)量金字塔(1)能量金字塔:將單位時間內(nèi)各營養(yǎng)級所得到的能量數(shù)值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)面積(或體積)的圖形,并將圖形按照營養(yǎng)級的次序排列,可形成一個金字塔圖形。(2)生物量金字塔:將單位時間內(nèi)各營養(yǎng)級的生物量(每個營養(yǎng)級所能容納的有機(jī)物的總干重)數(shù)值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)面積(或體積)的圖形,并將圖形按照營養(yǎng)級的次序排列,可形成一個金字塔圖形。(3)數(shù)量金字塔:將單位時間內(nèi)各營養(yǎng)級生物個體的數(shù)目轉(zhuǎn)換為相應(yīng)面積(或體積)的圖形,并將圖形按照營養(yǎng)級的次序排列,可形成一個金字塔圖形。(4)能量金字塔通常都是上窄下寬的金字塔形;生物量和數(shù)量金字塔大多是上窄下寬的金字塔形。三、研究能量流動的實(shí)踐意義1.幫助人們將生物在時間、空間上進(jìn)行合理配置,增大流入某個生態(tài)系統(tǒng)的總能量。2.幫助人們科學(xué)地規(guī)劃和設(shè)計人工生態(tài)系統(tǒng),使能量得到最有效的利用。3.幫助人們合理地調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動關(guān)系,使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟?/span>最有益的部分。1.判斷下面有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)能量流動過程說法的正誤。(1)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動指能量的輸入和散失過程。(　×　)(2)散失的熱能不可以被生產(chǎn)者固定再次進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)。(　√　)(3)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。(　×　)(4)初級消費(fèi)者糞便中的能量屬于生產(chǎn)者同化的能量。(　√　)(5)初級消費(fèi)者攝入的能量全部轉(zhuǎn)化為自身的能量,儲存在有機(jī)物中。(　×　)2.判斷下面有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)能量流動特點(diǎn)和意義說法的正誤。(1)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是逐級遞減的,原因是一個營養(yǎng)級同化的能量只有一部分流入下一個營養(yǎng)級。(　√　)(2)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是單向的,原因是一個營養(yǎng)級呼吸散失的能量不能被生產(chǎn)者再同化,以及捕食關(guān)系是不可逆的。(　√　)(3)能量金字塔和生物量金字塔均可以出現(xiàn)倒置現(xiàn)象。(　×　)(4)拔去田地中的雜草是人為地調(diào)整能量流動的方向,提高生態(tài)系統(tǒng)的能量傳遞效率。(　×　)(5)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%。(　×　)(6)沼渣、沼液作為肥料還田,使能量能夠循環(huán)利用。(　×　)探究點(diǎn)一　能量流動的過程[活動] 閱讀教材P55能量流動的過程相關(guān)文字及圖35和圖36。(1)據(jù)圖分析下列問題。①a、b、c、d、e、f之間具有怎樣的等量關(guān)系?提示:a=b+c;b=d+e+f。②第一營養(yǎng)級中未被利用能量的最終去向是什么?提示:死亡后被分解者吸收利用,通過分解者的呼吸作用散失。(2)結(jié)合教材圖35和36,分析回答下列問題。①被初級消費(fèi)者攝入的能量(攝入量)全部被初級消費(fèi)者同化(同化量)了嗎?提示:沒有。初級消費(fèi)者攝入生產(chǎn)者后要排出糞便。糞便中有機(jī)物的能量(糞便量)最終流向了分解者。即攝入量=同化量+糞便量。②初級消費(fèi)者糞便中的能量是其同化量的一部分嗎?為什么?提示:不是。初級消費(fèi)者糞便中的能量不屬于其同化的能量,而是屬于生產(chǎn)者所同化的能量。③流入初級消費(fèi)者體內(nèi)的能量(同化量)有何用途?提示:初級消費(fèi)者在呼吸作用中以熱能的形式散失;初級消費(fèi)者進(jìn)行生長、發(fā)育和繁殖等生命活動。④流入初級消費(fèi)者體內(nèi)的能量(同化量)最終去向有哪些?提示:呼吸作用散失的熱能、第三營養(yǎng)級同化的能量、分解者利用的能量。⑤能量流動的渠道是什么?提示:食物鏈和食物網(wǎng)。⑥對每個營養(yǎng)級來說,能量流動的各個過程之間有何關(guān)系(不包括最高營養(yǎng)級)?提示:流入能量=呼吸作用散失的熱能+下一營養(yǎng)級同化的能量+分解者利用的能量。⑦流入生物群落的能量,最終通過什么途徑離開生物群落?提示:通過生物(各個營養(yǎng)級和分解者)的呼吸作用以熱能形式散失。[深度思考] 某營養(yǎng)級能量來源就是同化上一營養(yǎng)級的能量的說法是否正確?為什么?提示:不正確。自然生態(tài)系統(tǒng):生產(chǎn)者的能量主要來自固定的太陽能,消費(fèi)者的能量來自同化上一營養(yǎng)級的能量。人工生態(tài)系統(tǒng):消費(fèi)者的能量來自同化上一營養(yǎng)級的能量和人工輸入的能量。[歸納總結(jié)] 流入某一營養(yǎng)級能量的來源和去路(以自然生態(tài)系統(tǒng)為例)(2)能量去向:流入某一營養(yǎng)級(最高營養(yǎng)級除外)的能量去向可從以下兩個角度分析①能量的最終去路②某段時間內(nèi)的能量去路[應(yīng)用] 假設(shè)某生態(tài)系統(tǒng)中有a、b、c、d四個種群,構(gòu)成食物鏈a→b→c,d為分解者,如圖是該生態(tài)系統(tǒng)中能量流入b處發(fā)生的一系列變化示意圖,下列說法錯誤的是(　C　)A.圖中的甲表示b的同化量,乙表示b用于生長、發(fā)育和繁殖的能量B.參與丁過程的都是異養(yǎng)型生物,主要包括營腐生的細(xì)菌、真菌等C.當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)處于相對穩(wěn)定狀態(tài)時,b的種群數(shù)量一般處于K/2D.圖中d的能量不全部來自b生物解析:b攝入量為其同化量(甲)和糞便量之和,其同化量一部分用于呼吸消耗,一部分用于自身的生長、發(fā)育和繁殖(乙);丁過程為分解者的分解作用,分解者主要是營腐生生活的細(xì)菌、真菌等,都是異養(yǎng)型生物;當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)處于相對穩(wěn)定狀態(tài)時,b種群數(shù)量一般達(dá)到環(huán)境容納量,即處于K值;d的能量可來自b的糞便,而此部分屬于上一營養(yǎng)級a同化的能量。探究點(diǎn)二　能量流動的特點(diǎn)[情境1] 閱讀教材P56“思考·討論”,分析賽達(dá)伯格湖的能量流動情況。[思考] (1)對于每一個營養(yǎng)級來講,輸入和輸出的能量是否相等?為什么?提示:不相等。因?yàn)槊總€營養(yǎng)級中都有未被利用的能量。(2)從第一營養(yǎng)級流入第二營養(yǎng)級的能量,占第一營養(yǎng)級所固定能量的百分比是多少?提示:由圖可知,流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量為464.6 J/(cm2·a),第二營養(yǎng)級的同化量為62.8 J/(cm2·a),因此占第一營養(yǎng)級所固定能量的百分比為62.8÷464.6×100%≈13.5%。(3)流入某個營養(yǎng)級的能量,為什么不能百分之百地流向下一個營養(yǎng)級?提示:各營養(yǎng)級生物體內(nèi)大部分能量被呼吸作用消耗;其次是上個營養(yǎng)級的部分能量未被下一個營養(yǎng)級利用;還有少數(shù)能量被分解者利用。[應(yīng)用] 下圖是麻風(fēng)樹樹林中兩個營養(yǎng)級的能量流動圖解,已知麻風(fēng)樹的同化的總能量為a,其中字母代表了能量,則下列敘述不正確的是(　A　)A.從麻風(fēng)樹輸入下一營養(yǎng)級的能量傳遞效率為a′/a×100%B.c是第二營養(yǎng)級用于生長、發(fā)育和繁殖的能量C.d是指第二營養(yǎng)級呼吸作用消耗的能量D.a′到e的箭頭中含有的能量屬于生產(chǎn)者同化的能量解析:根據(jù)題意和圖示分析可知,該圖只包括兩個營養(yǎng)級,麻風(fēng)樹是第一營養(yǎng)級,則a′只能代表第二營養(yǎng)級的攝入量,b代表第二營養(yǎng)級的同化量,d代表第二營養(yǎng)級用于呼吸作用消耗的能量,c是指第二營養(yǎng)級用于生長、發(fā)育和繁殖的能量,e則是流入分解者的能量。被消費(fèi)者同化的能量是b,所以從麻風(fēng)樹流入下一營養(yǎng)級的能量傳遞效率為b/a×100%;c=同化量b-呼吸消耗的能量d,為第二營養(yǎng)級用于生長、發(fā)育和繁殖的能量;a′到e的能量來自a′的糞便,a′的糞便中的能量屬于上一個營養(yǎng)級生產(chǎn)者同化的能量。[情境2] 閱讀教材P57～P58生態(tài)金字塔內(nèi)容。[思考] 比較能量金字塔、數(shù)量金字塔和生物量金字塔。類型能量金字塔數(shù)量金字塔生物量金字塔形狀特點(diǎn)正金字塔形一般為正金字塔形一般為正金字塔形象征含義能量沿食物鏈流動過程中具有逐級遞減的特性一般生物個體數(shù)目在食物鏈中隨營養(yǎng)級升高而逐級遞減一般生物有機(jī)物的總干重隨食物鏈中營養(yǎng)級升高而逐級遞減每一階含義　每一營養(yǎng)級生物所含能量的多少每一營養(yǎng)級生物個體的數(shù)量每一營養(yǎng)級生物的有機(jī)物總干重[歸納總結(jié)] 生態(tài)系統(tǒng)中能量流動特點(diǎn)的原因單向流動原因:食物鏈中的捕食關(guān)系不能逆轉(zhuǎn);熱能不能再次被固定。逐級遞減原因:每個營養(yǎng)級都有能量通過呼吸作用散失;每個營養(yǎng)級都有能量被分解者利用。[應(yīng)用] (不定項(xiàng)選擇)如圖是某同學(xué)繪制的生態(tài)系統(tǒng)能量金字塔,其中a～d代表能量值。下列相關(guān)敘述正確的是(　BC　)A.圖中所示的各種生物成分組成一條食物鏈B.次級消費(fèi)者、三級消費(fèi)者分別屬于第三、第四營養(yǎng)級C.能量c可代表生產(chǎn)者呼吸釋放的熱能及流向分解者的能量D.在生態(tài)系統(tǒng)中,b的值不可能超過d的10倍解析:題圖中各營養(yǎng)級的生物不是一種,所以圖示的各種生物可以構(gòu)成多條食物鏈;次級消費(fèi)者、三級消費(fèi)者分別屬于第三、第四營養(yǎng)級;圖中c表示呼吸作用散失的能量及流向分解者的能量;在生態(tài)系統(tǒng)中,能量傳遞效率一般在10%～20%之間,但也會有特例,即b的值可能會超過d的10倍。探究點(diǎn)三　生態(tài)系統(tǒng)的能量流動過程中的相關(guān)計算[情境] 分析下圖食物網(wǎng),進(jìn)行相關(guān)計算。[思考] (1)如果A增重1 kg,C最多增重多少千克,最少增重多少千克?提示:①C增重最多,按最短食物鏈,最高傳遞效率計算:1 kg×20%×20%=1/25 kg。②C增重最少,按最長食物鏈,最低傳遞效率計算:1 kg×10%×10%×10%×10%=1/10 000 kg。(2)如果C增重1 kg,至少需消耗A多少千克,最多需消耗A多少千克?提示:①消耗A最少,按最短食物鏈、最高傳遞效率:1 kg÷20%÷20%=25 kg。②消耗A最多,按最長食物鏈、最低傳遞效率:1 kg÷10%÷10%÷10%÷10%=10 000 kg。(3)如果C從B、F中獲得的能量比為3∶1,C增重1 kg,則最少需要消耗A多少千克?提示:消耗A最少,按最高傳遞效率計算,沿食物鏈A→B→C逆推:3/4 kg÷20%÷20%=75/4 kg;沿食物鏈A→D→E→F→C逆推:1/4 kg÷20%÷20%÷20%÷20%=625/4 kg。所以最少需要消耗A為75/4 kg+625/4 kg=175 kg。(4)如果C取食B、F的能量比例關(guān)系由1∶1變?yōu)?∶2,當(dāng)C增重1 kg,傳遞效率為10%時,所需要A的能量是改變前的約多少倍?提示:①當(dāng)比例關(guān)系為1∶1時,當(dāng)C增重1 kg,C從B獲得1/2 kg,沿食物鏈A→B→C計算:1/2 kg÷10%÷10%=50 kg;C從F獲得1/2 kg,沿食物鏈A→D→E→F→C計算:1/2 kg÷10%÷10%÷10%÷10%=5 000 kg。A總量為50 kg+5 000 kg=5 050 kg。②當(dāng)比例關(guān)系變?yōu)?∶2后,當(dāng)C增重1 kg時,C從B獲得1/3 kg,沿食物鏈A→B→C計算:1/3 kg÷10%÷10%=100/3 kg;C從F獲得2/3 kg,沿食物鏈A→D→E→F→C計算:2/3 kg÷10%÷10%÷10%÷10%=20 000/3 kg。A總量為100/3 kg+20 000/3 kg=6 700 kg。所以所需要A的能量是改變前的6 700 kg÷5 050 kg≈1.33倍。[深度思考] 具有人工能量輸入的能量傳遞效率如何計算?提示:人工輸入到某一營養(yǎng)級的能量是該營養(yǎng)級同化量的一部分,但卻不是從上一營養(yǎng)級流入的能量。如求第二營養(yǎng)級到第三營養(yǎng)級傳遞效率時,應(yīng)為第三營養(yǎng)級從第二營養(yǎng)級同化的能量(不包括人工輸入到第三營養(yǎng)級的能量)/第二營養(yǎng)級的同化量(包括人工輸入到第二營養(yǎng)級的能量)×100%。[歸納總結(jié)] 能量流動的相關(guān)計算(1)能量傳遞效率的相關(guān)“最值”計算①食物鏈越短,最高營養(yǎng)級獲得的能量越多。②生物間的取食關(guān)系越簡單,生態(tài)系統(tǒng)的能量流動過程中消耗的能量越少。具體計算方法如下:(2)能量傳遞效率的有關(guān)“定值”計算①已確定營養(yǎng)級間能量傳遞效率的,不能按“最值”法計算,而需按具體數(shù)值計算。例如,在食物鏈A→B→C→D中,能量傳遞效率分別為a%、b%、c%,若A的能量為M,則D獲得的能量為M×a%×b%×c%。②如果是在食物網(wǎng)中,某一營養(yǎng)級同時從上一營養(yǎng)級多種生物獲得能量,且各途徑所獲得的能量比例確定,則按照各單獨(dú)的食物鏈進(jìn)行計算后合并。[應(yīng)用] 某生態(tài)系統(tǒng)中存在如圖所示的食物網(wǎng),如將C的食物比例由A∶B=1∶1調(diào)整為A∶B=2∶1,其他條件不變,相鄰兩個營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率按10%計算,該生態(tài)系統(tǒng)能承載C的數(shù)量是原來的(　B　)A.1.875倍 B.1.375倍C.1.273倍 D.0.575解析:當(dāng)C的食物比例為A∶B=1∶1時,設(shè)C獲得的能量為x,則需要A的能量為x÷10%+x÷10%÷10%=55x;當(dāng)C的食物比例A∶B調(diào)整為2∶1時,設(shè)C獲得的能量為y,需要A的能量為y÷10%+y÷10%÷10%=40y。兩種情況下,生產(chǎn)者的數(shù)量是一定的,所以55x=40y,則y=1.375x,即該生態(tài)系統(tǒng)能承載C的數(shù)量是原來的1.375倍。課堂小結(jié) 完善概念圖記憶節(jié)節(jié)清1.生態(tài)系統(tǒng)的能量流動:生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程。2.一個營養(yǎng)級的同化量:自身呼吸散失、流向下一個營養(yǎng)級(最高營養(yǎng)級除外)、被分解者利用和未被利用的能量。3.能量流動的途徑:食物鏈(食物網(wǎng))。4.能量轉(zhuǎn)換:光能→化學(xué)能→熱能。5.能量流動特點(diǎn):單向流動、逐級遞減。隨堂反饋1.判斷下列關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)能量流動的說法是否正確。(1)生態(tài)金字塔可采用生物量單位,能量單位和個體數(shù)量單位,生態(tài)金字塔必然呈正金字塔形。(　×　)(2)每一個營養(yǎng)級的同化量都是自身呼吸散失+流向下一個營養(yǎng)級+被分解者利用+未被利用的能量。(　×　)(3)相鄰兩個營養(yǎng)級的能量傳遞效率可以小于10%,也可以大于20%。(　√　)(4)研究能量流動,可合理設(shè)計人工生態(tài)系統(tǒng),提高能量的利用率。(　√　)2.下列有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)能量流動的敘述中,錯誤的是(　C　)A.能量流動是單向的,不可逆轉(zhuǎn)的B.食物鏈越短,可供最高營養(yǎng)級消費(fèi)的能量越多C.初級消費(fèi)者越多,次級消費(fèi)者獲得的能量越少D.營養(yǎng)級越多,散失的能量越多解析:由于相鄰兩個營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率為10%～20%,所以初級消費(fèi)者越多,次級消費(fèi)者獲得的能量也越多。3.如圖所示的食物網(wǎng)中,戊的食物有1/2來自乙,1/4來自丙,1/4來自丁,且能量從生產(chǎn)者到消費(fèi)者的傳遞效率為10%,從消費(fèi)者到消費(fèi)者的能量傳遞效率為20%。若戊體重增加20 g,需要消耗植物(　C　)A.1 125 g B.1 600 gC.2 000 g D.6 500 g解析:甲為生產(chǎn)者,戊所在食物鏈共有以下三條:①甲→乙→戊,戊增加20 g×1/2=10 g,需要乙10 g×5=50 g,需要甲50 g×10=500 g;②甲→丙→戊,戊增加20 g×1/4=5 g,需要丙5×5 g=25 g,需要甲25 g×10=250 g;③甲→丙→丁→戊,戊增加20 g×1/4=5 g,需要丁5×5 g=25 g,需要丙25 g×5=125 g,需要甲125 g×10=1 250 g,故共需要甲500 g+250 g+1 250 g=2 000 g。4.(不定項(xiàng)選擇)為提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量,農(nóng)民采取了如下手段,某同學(xué)根據(jù)能量流動的特點(diǎn)進(jìn)行分析,其中敘述正確的是(　BC　)①人工除草?、谑褂棉r(nóng)藥消滅害蟲?、蹨厥曳N植時,適當(dāng)降低夜間溫度　④對農(nóng)作物施肥A.①是為了減少營養(yǎng)級,從而降低能量傳遞過程中能量的損失B.②是為了使能量盡可能多地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠?/span>C.③是為了減少農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的能量消耗D.④是為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)額外補(bǔ)充能量,從而提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量解析:①人工除草,②使用農(nóng)藥消滅害蟲,都是調(diào)整能量流動的方向,使能量能夠持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠?③溫室種植時,適當(dāng)降低夜間溫度,降低呼吸作用強(qiáng)度,可以減少有機(jī)物的消耗;④對農(nóng)作物施肥是補(bǔ)充營養(yǎng)物質(zhì),而不是補(bǔ)充能量。5.若某生態(tài)系統(tǒng)中只具有三個營養(yǎng)級,且處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。如圖表示該生態(tài)系統(tǒng)的能量流動的關(guān)系圖,a、b、c、d等表示不同的生理過程和相應(yīng)的能量數(shù)值。請據(jù)圖回答下列相關(guān)問題:(1)從生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)級上分析,圖中的A屬于　　　　　　。  (2)圖中a1表示生產(chǎn)者固定的能量,a2表示初級消費(fèi)者　　　　的能量,初級消費(fèi)者用于生長、發(fā)育和繁殖的能量可用代數(shù)式　　　　　表示。  (3)圖中表示呼吸作用過程的是　　　　(填圖中標(biāo)號)。a3的大小最多相當(dāng)于a1大小的　　　　%。 解析:(1)圖中A能利用大氣中CO2和太陽能,應(yīng)該是生產(chǎn)者,從生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)級上分析,生產(chǎn)者屬于第一營養(yǎng)級。(2)分析題圖可知,a2可表示初級消費(fèi)者的同化量,b2可表示初級消費(fèi)者呼吸散失的能量,c2可表示初級消費(fèi)者流向分解者的能量,a3可表示次級消費(fèi)者同化的能量,b3可表示次級消費(fèi)者呼吸散失的能量,c3可表示次級消費(fèi)者流向分解者的能量;同化量-呼吸散失的能量=用于生長、發(fā)育和繁殖的能量=流向下一營養(yǎng)級的能量+流向分解者的能量,又因?yàn)樵撋鷳B(tài)系統(tǒng)中只有三個營養(yǎng)級,所以C同化的能量最終通過呼吸作用散失和流向分解者,則初級消費(fèi)者用于生長、發(fā)育和繁殖的能量可表示為a2-b2(或a3+c2或b3+c3+c2)。(3)圖中b1可表示生產(chǎn)者呼吸作用過程,b2可表示初級消費(fèi)者呼吸作用過程,b3可表示次級消費(fèi)者呼吸作用過程,d可表示分解者呼吸作用過程;求a3的最大值,能量傳遞效率應(yīng)按20%計算,故a3=a1×20%×20%=4%a1,a3的大小最多相當(dāng)于a1大小的4%。答案:(1)第一營養(yǎng)級　(2)同化　a2-b2(或a3+c2或b3+c3+c2)　(3)b1、b2、b3、d　4課時作業(yè)一、單項(xiàng)選擇題1.下列有關(guān)能量流動過程的敘述,錯誤的是(　A　)A.進(jìn)入生物群落的總能量與進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)的總光能相等B.能量流動的渠道是食物鏈(食物網(wǎng))C.某營養(yǎng)級的主要能量去向是呼吸消耗D.每個營養(yǎng)級總有一部分能量流向分解者解析:進(jìn)入生物群落的總能量是生產(chǎn)者固定的總能量,小于進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)的總光能。2.如圖為某生態(tài)系統(tǒng)能量流動過程模式圖,下列敘述錯誤的是(　D　)A.草食動物屬于初級消費(fèi)者B.能量流動是從低營養(yǎng)級向高營養(yǎng)級流動的C.能量在流動過程中是逐級遞減的D.能量可在食物鏈中循環(huán)利用解析:能量可在食物鏈中單向流動,不能循環(huán)利用。3.某湖泊生態(tài)系統(tǒng)中有大型雜食性魚類甲,其食物來自浮游植物乙、草食性魚類丙和以丙為食的小型肉食性魚類丁,且三者所占比例相同,甲體重每增加3 kg,最少需要消耗乙(　C　)A.15 kg B.35 kgC.155 kg D.1 100 kg解析:大型雜食性魚類甲的食物來自浮游植物乙、草食性魚類丙和以丙為食的小型肉食性魚類丁,且三者所占比例相同,說明該生態(tài)系統(tǒng)存在的食物鏈有3條:乙→甲、乙→丙→甲、乙→丙→丁→甲,則甲體重每增加3 kg,最少需要消耗乙為3×÷20%+3×÷20%÷20%+3×÷20%÷20%÷20%=155 (kg)(按20%的能量傳遞效率計算)。4.如圖為某生態(tài)系統(tǒng)的能量流動情況,箭頭表示能量的流動方向,單位為kcal/(m2·a)。下列敘述正確的是(　D　)A.分解者可利用來自各營養(yǎng)級轉(zhuǎn)移到a中的所有能量B.該生態(tài)系統(tǒng)各營養(yǎng)級間的平均能量傳遞效率約為18%C.生產(chǎn)者與各級消費(fèi)者的能量輸出均為三條途徑D.消費(fèi)者的營養(yǎng)級級別越高,可利用的總能量越少解析:呼吸所產(chǎn)生的能量不會被分解者利用;圖中各營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率分別為1 800÷16 000×100%=11.25%、250÷1 800×100%≈13.9%、40÷250×100%=16%,平均值約為13.7%;生產(chǎn)者與各級消費(fèi)者的能量輸出途徑有呼吸作用散失、流入下一營養(yǎng)級(最高營養(yǎng)級消費(fèi)者不含此項(xiàng))、流向分解者。5.如圖為一食物網(wǎng)。若要使丙體重增加x,其食用的動物性食物所占比例為a,至少需要的生產(chǎn)者量為y,那么x與y的關(guān)系可表示為(　C　)A.y=90ax+10x B.y=25ax+5xC.y=20ax+5x D.y=10ax+10x解析:由題意“至少”可知,應(yīng)該按能量最大傳遞效率為20%計算,a表示動物性食物所占比例,則(1-a)表示直接從甲獲得的能量所占的比例,故有(1-a)x÷20%+ax÷20%÷20%=y,即y=20ax+5x。6.如圖是一個處于平衡狀態(tài)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動圖解,其中甲、乙、丙、丁分別代表不同營養(yǎng)級的生物類群,對此圖理解正確的是(　A　)A.流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量就是甲生產(chǎn)者固定的太陽能B.丁中所含的能量與丙中所含的能量之比就是能量從丙傳遞到丁的效率C.乙同化的能量等于乙、丙、丁呼吸消耗的能量之和D.由于流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量是一定的,所以乙獲得的能量越多,留給丙、丁的能量就越少解析:流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量就是甲生產(chǎn)者固定的太陽能;能量從丙傳遞到丁的效率是指丁同化的能量與丙同化的能量之比;乙同化的能量要大于乙、丙、丁呼吸消耗的能量之和,因?yàn)檫€有一部分能量流向了分解者;乙獲得的能量越多,留給丙、丁的能量也越多。7.在實(shí)際生產(chǎn)中,常常要清除田間雜草和魚塘中肉食性的“黑魚”,用生態(tài)學(xué)觀點(diǎn)分析,這樣做的目的是(　D　)A.保持生物群落的單一性B.使物質(zhì)和能量盡快地流動C.保持生態(tài)平衡D.調(diào)整能量在生態(tài)系統(tǒng)中的流動方向解析:清除田間雜草和魚塘中肉食性的“黑魚”,讓能量更多地流向農(nóng)作物和魚塘中所養(yǎng)殖的魚類,即使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧?/span>8.運(yùn)用生態(tài)系統(tǒng)能量流動規(guī)律分析下列四項(xiàng)中,能量不利于流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠值氖?　C　)A.在森林中,使能量多儲存在木材里B.在草原牧場,使能量多流向牛和羊C.能量流經(jīng)初級消費(fèi)者→次級消費(fèi)者→三級消費(fèi)者(人的食物)D.在養(yǎng)魚池中,讓有機(jī)肥料以腐屑形式被魚類或餌料動物直接攝食解析:C選項(xiàng)中由于食物鏈的延長,增大了能量的損耗,使能量不利于流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧?/span>二、非選擇題9.假設(shè)某種藍(lán)細(xì)菌(A)是某湖泊中唯一的生產(chǎn)者,其密度極大,使湖水能見度降低。某種動物(B)是該湖泊中唯一的消費(fèi)者?；卮鹣铝袉栴}。(1)該湖泊水體中A種群密度極大的可能原因是　　　　　　　　　　(答出2點(diǎn)即可)。 (2)畫出該湖泊生態(tài)系統(tǒng)能量流動的示意圖。(3)假設(shè)該湖泊中引入一種僅以A為食的動物(C)后,C種群能夠迅速壯大,則C和B的種間關(guān)系是　　　　。 解析:(1)藍(lán)細(xì)菌(A)種群密度極大的原因可能是水體富營養(yǎng)化,沒有其他生產(chǎn)者的競爭,捕食者數(shù)量少等。(2)流入某一營養(yǎng)級(最高營養(yǎng)級除外)的能量有三個去向:通過呼吸作用散失、被分解者分解利用、流向下一營養(yǎng)級。最高營養(yǎng)級的能量去向不包括流向下一營養(yǎng)級,由此可畫出該湖泊生態(tài)系統(tǒng)能量流動的示意圖,具體見答案。(3)競爭是指兩種或兩種以上生物相互爭奪資源和空間等。競爭的結(jié)果常表現(xiàn)為相互抑制,有時表現(xiàn)為一方占優(yōu)勢,另一方處于劣勢甚至滅亡。由于B以藍(lán)細(xì)菌(A)為食,C僅以A為食,且該湖泊中引入C后,C種群能夠迅速壯大,故C和B的種間關(guān)系為競爭。答案:(1)水體富營養(yǎng)化,沒有其他生產(chǎn)者的競爭(2)(3)競爭10.如圖是某湖泊生態(tài)系統(tǒng)能量流動的定量分析圖解。圖中A、B、C代表三個營養(yǎng)級,數(shù)字均為實(shí)際測得的能量值,單位為百萬千焦。已知該生態(tài)系統(tǒng)受到的太陽輻射為118 872百萬千焦,但其中118 761百萬千焦的能量未被利用。請回答下列問題。(1)流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量值是　　　　,這部分能量是　　　　所固定的太陽能。 (2)能量從第一營養(yǎng)級到第二營養(yǎng)級的傳遞效率為　　　　%,從第二營養(yǎng)級到第三營養(yǎng)級的傳遞效率為　　　　%。 (3)次級消費(fèi)者通過異化作用消耗的能量占其同化作用所得到的能量的百分比是　　　　。 (4)由圖可知,下個營養(yǎng)級不能得到上個營養(yǎng)級的全部能量,原因:①各營養(yǎng)級生物體內(nèi)的大量能量被　　　　　　 　　;②上個營養(yǎng)級的部分能量    　　　　　　　　　　;③還有少量能量被　　　　利用。 解析:流入生態(tài)系統(tǒng)的總能量=所有生產(chǎn)者所固定的太陽能的總量;某一營養(yǎng)級的總能量=呼吸作用釋放的能量+流入下一營養(yǎng)級的能量+流向分解者的能量+未被任何生物利用(如燃燒)的能量;能量傳遞效率=下一營養(yǎng)級同化的能量÷該營養(yǎng)級同化的能量×100%。另外,還要明白能量逐級遞減的原因是每一營養(yǎng)級的生物都會因呼吸作用消耗相當(dāng)大的一部分能量,還有未被利用的能量,并有一部分能量被分解者直接利用。異化作用消耗的能量即呼吸作用消耗的能量,次級消費(fèi)者消耗的能量占其同化作用所得到能量的百分比為(1.8÷3.0)×100%=60%。答案:(1)111　生產(chǎn)者A　(2)13.5　20(3)60%　(4)呼吸作用消耗　未被下一個營養(yǎng)級利用　分解者三、不定項(xiàng)選擇題11.下圖為生態(tài)系統(tǒng)中能量流動部分示意圖(字母表示能量),下列敘述不正確的是(　ABD　)A.圖中b=h+c+d+e+fB.縮短食物鏈可以提高能量傳遞效率C.“草→兔→狼”這一食物鏈中,狼糞便中的能量屬于dD.生產(chǎn)者與初級消費(fèi)者之間的能量傳遞效率為b/a×100%解析:題圖中b=h+c;縮短食物鏈可以減少能量的損耗,但無法提高能量傳遞效率;“草→兔→狼”這一食物鏈中,狼糞便中的能量屬于上一個營養(yǎng)級(兔)的同化量中用于生長、發(fā)育和繁殖的能量d;生產(chǎn)者與初級消費(fèi)者之間的能量傳遞效率為初級消費(fèi)者同化的能量/生產(chǎn)者固定的能量=c/a×100%。12.如圖為某池塘生態(tài)系統(tǒng)中飼養(yǎng)草魚時的能量流動過程示意圖,a～i表示能量值。下列關(guān)于該過程的敘述正確的是(　BD　)A.流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量為aB.e+f為草魚的攝入量C.第一、第二營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率為D.通過投放消化酶可提高第一、第二營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率解析:流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量是生產(chǎn)者所固定的太陽能加上人工投放飼料中的能量;e+f為第二營養(yǎng)級的攝入量,攝入量-糞便量=同化量;第一營養(yǎng)級的同化量是a,第二營養(yǎng)級從第一營養(yǎng)級所獲得的同化量為h,故第一、第二營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率為;投放消化酶可提高動物的消化吸收量,從而有助于提高第一營養(yǎng)級和第二營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率。四、綜合探究題13.我國珠江三角洲某地?；~塘的能量流動簡圖[單位:MJ/(hm2·a)]如下圖所示,請據(jù)圖回答問題。(1)在該生態(tài)系統(tǒng)的組成成分中,魚屬于　　　　　　　　　　。魚塘中不同魚類分布在不同水層,例如鰱魚生活在上層,草魚在中下層,青魚在底層,這體現(xiàn)了群落的　　　　　　。 (2)該生態(tài)系統(tǒng)輸入的總能量是　　　　　　MJ/(hm2·a),能量在桑、蠶間的傳遞效率約為　　　　。 (3)該生態(tài)系統(tǒng)能量流動簡圖所反映出的生態(tài)系統(tǒng)能量流動的特點(diǎn)是　　　　　　　　　　　。 (4)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民用蠶糞養(yǎng)魚,從生態(tài)系統(tǒng)能量流動的角度分析,這種設(shè)計的好處是                      　。 解析:(1)生態(tài)系統(tǒng)的組成成分包括生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者、非生物的物質(zhì)和能量。結(jié)合圖中魚的能量來源可知,魚屬于消費(fèi)者和分解者。魚塘中不同魚類分布在不同水層,使空間資源得到充分利用,這體現(xiàn)了群落的垂直結(jié)構(gòu)。(2)該生態(tài)系統(tǒng)輸入的總能量是生產(chǎn)者固定的總光能,依題圖可知是桑和浮游植物固定的總光能:377 595+469 200=846 795[MJ/(hm2·a)]。能量傳遞效率是相鄰兩個營養(yǎng)級之間能量的比值:下一營養(yǎng)級同化量/上一營養(yǎng)級同化量。所以能量在桑、蠶間的傳遞效率約為 50 100÷377 595×100%≈13.3%。(3)依題可知生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的特點(diǎn)是單向流動、逐級遞減。(4)用蠶糞養(yǎng)魚,從生態(tài)系統(tǒng)能量流動的角度分析,這種設(shè)計的好處是能夠?qū)崿F(xiàn)對能量的多級利用,提高能量的利用率。答案:(1)消費(fèi)者和分解者　垂直結(jié)構(gòu)(2)846 795　13.3%(3)單向流動、逐級遞減(4)能夠?qū)崿F(xiàn)對能量的多級利用,提高能量的利用率 

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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)

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