Teaching Prcess
2.課堂教 學(xué)內(nèi)容
在生態(tài)系統(tǒng)中，能量流動只能沿著______由___營養(yǎng)級流向____營養(yǎng)級，不可_____，也不能_________；
①各營養(yǎng)級的生物都會因自身呼吸作用散失掉一部分能量。②各營養(yǎng)級能量都要有一部分流入分解者。③各營養(yǎng)級生物都不能全部被下一營養(yǎng)級捕食,各個營養(yǎng)級能量都有一部分未利用。
（能量傳遞效率為10%～20%）
生態(tài)系統(tǒng)中能量流動是單向的
能量在流動過程中逐級遞減。
①生物之間的捕食關(guān)系是長期自然選擇的結(jié)果，一般不可逆轉(zhuǎn)；
②各營養(yǎng)級呼吸作用散失的熱能無法再利用。
一、生態(tài)系統(tǒng)的能量流動
思維訓(xùn)練：分析和處理數(shù)據(jù)
1926年，一位生態(tài)學(xué)家研究了一塊玉米田的能量流動情況，得到如下數(shù)據(jù)。 1.這塊田共收割玉米約10 000株，質(zhì)量為6000kg。通過對玉米植株的化學(xué)成分進(jìn)行分析，計(jì)算出其中共含碳2675kg。 2.據(jù)他估算，這些玉米在整個生長過程中通過細(xì)胞呼吸消耗的葡萄糖共2045kg。
請根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算： 這些玉米的含碳量折合成葡萄糖是多少？這些葡萄糖儲存的能量是多少？
3.1kg葡萄糖儲存1.6×104kJ能量。
4.在整個生長季節(jié)，入射到這塊玉米田的太陽能為8.5×109kJ.
這些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？
這些玉米在整個生長季節(jié)所固定的太陽能總量是多少？呼吸作用消耗的能量占所固定太陽能的比例是多少？
3.272×107÷1.3972×108=23.4%
這塊玉米田的太陽能利用效率是多少？
1.3972×108÷8.5×109=1.64%
根據(jù)計(jì)算結(jié)果，畫出能量流經(jīng)該玉米種群的圖解，圖解中應(yīng)標(biāo)明各環(huán)節(jié)能量利用和散失的比例：
請同學(xué)們將賽達(dá)伯格湖的能量流動數(shù)據(jù)，用相應(yīng)面積或體積的圖形表示，并按營養(yǎng)級由低到高排列。
模型構(gòu)建5：構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)能量流動金字塔模型
生態(tài)學(xué)家調(diào)查了不同生態(tài)系統(tǒng)中的生物個體數(shù)量和生物量（調(diào)查數(shù)據(jù)中排除了微生物和土壤動物）,所得數(shù)據(jù)如下列表格所示。P代表生產(chǎn)者，C1、C2、C3依次代表初級、次級和三級消費(fèi)者。
一般情況下，生物量金字塔是上窄下寬的金字塔形，但是有時候會出現(xiàn)倒置的金字塔形。例如，在海洋生態(tài)系統(tǒng)中，由于生產(chǎn)者(浮游植物)的個體小，壽命短，又會不斷地被浮游動物吃掉，所以某一時刻調(diào)查到的浮游植物的生物量可能低于浮游動物的生物量。當(dāng)然，總的來看，年中浮游植物的總的生物量還是比浮游動物的要多。
思考1：生物量金字塔在什么情況下，可能是上寬下窄倒置的金字塔形呢？
能量金字塔、數(shù)量金字塔、生物量金字塔統(tǒng)稱為生態(tài)金字塔。
思考2：哪種指標(biāo)構(gòu)建的金字塔能更客觀的表示生態(tài)系統(tǒng)能量傳遞規(guī)律，不出現(xiàn)倒置現(xiàn)象呢？
能量金字塔能更客觀、準(zhǔn)確的表示能量在各營養(yǎng)級間的傳遞規(guī)律。
思考3：人類位于食物鏈的頂端，從能量金字塔來看，人口數(shù)量日益增長，這會對地球上現(xiàn)有的生態(tài)系統(tǒng)造成什么影響？
答案：人口數(shù)量日益增長，會要求低營養(yǎng)級有更多的能量流入人類所處的營養(yǎng)級，也就是說，人類所需要的食物會更多，將不得不種植或養(yǎng)殖更多的農(nóng)畜產(chǎn)品，會給地球上現(xiàn)有的自然生態(tài)系統(tǒng)帶來更大的壓力。
5.研究能量流動的實(shí)踐意義
應(yīng)用生態(tài)金字塔原理分析，提出使該地生態(tài)系統(tǒng)中能量得到最大利用的改進(jìn)建議。
探究·實(shí)踐：調(diào)查當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的能量流動情況。
①明確該次調(diào)查活動的目的要求②選擇要調(diào)查的生態(tài)系統(tǒng)，確定邊界③確定小組分組名單，做好分工。④擬定具體的調(diào)查計(jì)劃。⑤準(zhǔn)備好調(diào)查工具∶⑥實(shí)地調(diào)查∶需要準(zhǔn)備當(dāng)?shù)貏又参锓诸悎D鑒（鐵鍬、水桶等工具）文獻(xiàn)調(diào)查、訪談?wù){(diào)查∶記錄本、手機(jī)（拍照、記錄）和相關(guān)書籍資料
某小組同學(xué)準(zhǔn)備對當(dāng)?shù)氐咎锷鷳B(tài)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)查，他們設(shè)計(jì)的調(diào)查問題如下：
①該稻田除水稻外，還有哪些生產(chǎn)者?農(nóng)民用什么方法控制這些生產(chǎn)者的數(shù)量?②初級消費(fèi)者有哪些?他們對水稻有利還是有害?對這些初級消費(fèi)者農(nóng)民分別采取了哪些措施?③次級消費(fèi)者有哪些?他們與水稻是什么關(guān)系?④農(nóng)民對水稻秸稈是如何處理的?⑤農(nóng)民利用什么方法提高水稻的光能利用率?
資料1：拍攝的稻田生態(tài)系統(tǒng)中部分生物的照片。
資料2：當(dāng)?shù)剞r(nóng)民對害蟲、雜草、秸稈的處理措施
對水稻秸稈的處理：部分喂牛、部分焚燒 水稻的根在田中漚肥。對雜草與害蟲使用除草劑與殺蟲劑處理。
①通過查閱調(diào)查的圖片資料，分析該生態(tài)系統(tǒng)的組成成分有哪些？
稻田生態(tài)系統(tǒng)的組成成分∶非生物的物質(zhì)與能量∶陽光、空氣、水分、熱、土壤、無機(jī)鹽等生產(chǎn)者∶水稻、鴨舌草、稗草等12種雜草、浮游植物消費(fèi)者∶以水稻葉為食的昆蟲∶稍娛蟲、稻飛虱、黑尾葉蟬等 捕食害蟲的動物∶蜘蛛（包括圓蛛、跳蛛、小黑妹）、青蛙等 以浮游植物為食的動物∶ 浮游動物、底棲動物（田螺、搖蚊）分解者∶土壤中微生物、水中底棲動物∶田螺、搖蚊、蚯蚓等動物
②繪制該生態(tài)系統(tǒng)的部分能量流動圖，思考稻田生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)者的主體是什么？其他生產(chǎn)者、初級消費(fèi)者、次級消費(fèi)者分別有哪些？它們與農(nóng)作物是什么關(guān)系？有害還是有益？
水稻田中的能量流動關(guān)系
③將害蟲與益蟲進(jìn)行歸類，簡化表示該生態(tài)系統(tǒng)能量流動關(guān)系
④結(jié)合以上分析，提出提高稻田產(chǎn)量，使稻田能量最大限度流入人類的新措施。
提高水稻光合效率、減少雜草的競爭、減少害蟲取食造成能量流失
是否有將害蟲與雜草中能量通過二次轉(zhuǎn)化，被人類利用的方法呢？
對策1：稻--鴨共作稻田生態(tài)系統(tǒng)
水稻田生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)更加完善，系統(tǒng)的功能整合特性得到發(fā)揮
如何有效利用水稻下層的光能，增加流向人類的能量呢？
在空間上進(jìn)行合理配置，增大流入生態(tài)系統(tǒng)的總能量、提高了能量利用率。
措施2：稻--萍--鴨共作稻田生態(tài)系統(tǒng)
還有進(jìn)一步提高秸稈能量利用率的措施？
措施3：水稻秸稈養(yǎng)殖蘑菇、生產(chǎn)沼氣
實(shí)現(xiàn)能量多級利用，從而大大提高能量的利用率
思考1：鴨子在稻田中活動是否會對稻田生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響呢？
放養(yǎng)鴨子數(shù)量維持在180只/公頃、合理調(diào)整鴨子活動時間、食物投放量?？删S持底棲動物多樣性。同時鴨子的活動也不會對水稻造成踩踏。
E.撰寫調(diào)查報(bào)告和交流
（1）研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，可以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。
例如，間作套種、多層育苗、稻——萍——蛙等立體農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。
（2）研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，可以幫助人們科學(xué)地規(guī)劃和設(shè)計(jì)人工生態(tài)系統(tǒng)，使能量得到最有效的利用；
例如，秸稈喂牲畜；糞便制作沼氣；沼渣肥田，實(shí)現(xiàn)了對能量的多級利用，從而大大提高能量的利用率
（3）研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，還可以幫助人們合理地調(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祟愖钣幸娴牟糠帧?br/> 劃區(qū)輪牧 稻田除草、除蟲
二、拓展應(yīng)用1.下圖是兩個農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的模式圖。圖a 中農(nóng)作物為人類提供的食物、為家禽和家畜提供的飼料，都與圖b相同。(1)分析這兩幅圖，完成這兩個生態(tài)系統(tǒng)的能量流動圖解。
二、拓展應(yīng)用1.下圖是兩個農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的模式圖。圖a 中農(nóng)作物為人類提供的食物、為家禽和家畜提供的飼料，都與圖b相同。(2)哪個生態(tài)系統(tǒng)的能量能夠更多地被人類所利用？為什么？
【答案】圖b所示生態(tài)系統(tǒng)中流向分解者的能量，還有一部分可以以生活能源或食物中化學(xué)能的形式被人類再度利用，因此，該生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了能量的多級、充分利用，提高了能量的利用率。
二、拓展應(yīng)用2.將一塊方糖放入水中，方糖很快就會溶解，消失得無影無蹤。溶解在水中的方糖還能再自行變回原來的形狀嗎？為什么？生活在水中的硅藻，它們能利用溶解在水中的硅化物制造口己絢麗精致的外殼，而通常情況下水體中硅化物的含量極為微少，僅有百萬分之幾，這比方糖溶解后水中的含糖量低得多。硅藻依靠什么力量筑造自己的精美小“屋”呢？通過以上事例，你對能量在生態(tài)系統(tǒng)中的作用是否有了進(jìn)一步的認(rèn)識？
【答案】不能。在一個封閉的系統(tǒng)中,物質(zhì)總是由有序朝著無序(熵增加)的方向發(fā)展。硅藻能利用獲取的營養(yǎng)通過細(xì)胞呼吸釋放能量,依靠能量完成物質(zhì)由無序向有序的轉(zhuǎn)化,維持其生命活動。能量的輸人對于生態(tài)系統(tǒng)有序性的維持來說是不可缺少的。
1.下圖是一個農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)模式圖，關(guān)于該系統(tǒng)的敘述，錯誤的是 （ ）A.沼氣池中的微生物是該生態(tài)系統(tǒng)的分解者B.微生物也能利用農(nóng)作物通過光合作用儲存的能量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)作物可提高該生態(tài)系統(tǒng)的能量利用效率
2.在自然生態(tài)系統(tǒng)中，物質(zhì)是能量的載體，下列敘述正確的是 （ ）A.能量可驅(qū)動物質(zhì)循環(huán)B.物質(zhì)和能量可循環(huán)利用C.能量只能在食物鏈中流動D.能量金字塔和生物數(shù)量金字塔均可倒置

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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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