
第2節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動
1.分析生態(tài)系統(tǒng)能量流動的過程和特點。(生命觀念、科學(xué)思維)2.概述研究能量流動的實踐意義。(科學(xué)思維、社會責(zé)任)3.嘗試調(diào)查農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動情況。(科學(xué)探究)
1.能量流動的概念:生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程。2.初級消費者攝入的能量=初級消費者同化的能量+糞便中的能量,即動物糞便中的能量不屬于該營養(yǎng)級同化的能量,應(yīng)為上一個營養(yǎng)級固定或同化的能量。3.初級消費者同化的能量=呼吸作用散失的能量+用于生長、發(fā)育和繁殖的能量。4.初級消費者用于生長、發(fā)育和繁殖的能量=遺體殘骸中的能量+次級消費者攝入的能量+未被利用的能量。
5.未被利用的能量:包括生物每年的積累量和動植物殘體以化石燃料的形式被儲存起來的能量。6.能量單向流動的原因(1)能量流動是沿食物鏈進行的,食物鏈中各營養(yǎng)級之間的捕食關(guān)系是長期自然選擇的結(jié)果,是不可逆轉(zhuǎn)的。(2)各營養(yǎng)級通過呼吸作用所散失的熱能不能被生物群落重復(fù)利用,因此能量無法循環(huán)。7.能量逐級遞減的原因(1)各營養(yǎng)級生物都會因呼吸作用消耗一部分能量。(2)各營養(yǎng)級的能量都會有一部分流入分解者,包括未被下一營養(yǎng)級生物利用的部分。
8.生態(tài)金字塔有能量金字塔、數(shù)量金字塔、生物量金字塔三種類型。9.研究能量流動的意義(1)研究能量流動,可以幫助人們將生物在時間、空間上進行合理配置,增大流入某個生態(tài)系統(tǒng)的總能量。(2)幫助人們科學(xué)規(guī)劃、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祟愖钣幸娴牟糠帧?br/>知識點一 生態(tài)系統(tǒng)能量流動的過程及特點
教材梳理1.概念生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是指生態(tài)系統(tǒng)中能量的_______、_______、_______和_______的過程。2.基本研究思路研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動時,通常將一個種群或一個___________ __________作為一個整體來研究,我們一般研究這個整體的能量輸入、能量儲存和能量散失。
一、能量流動的過程1.第一營養(yǎng)級能量的輸入和輸出(1)輸入:生產(chǎn)者通過___________將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,固定在有機物中。(2)輸出a.在生產(chǎn)者的___________中以熱能形式散失。b.用于自身生長、發(fā)育和繁殖
2.第二營養(yǎng)級能量的輸入和輸出(1)輸入:初級消費者的_________。(2)輸出a.通過___________以熱能形式散失。
3.在某個生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的過程圖解
二、能量流動的特點1.生態(tài)系統(tǒng)的能量流動具有__________、___________的特點。一般來說,能量在相鄰兩個營養(yǎng)級間的傳遞效率為______________,其計算公式為__________________________________________。2.在一個生態(tài)系統(tǒng)中,營養(yǎng)級越多,在能量流動過程中消耗的能量就越_____,一般不超過_____個營養(yǎng)級。任何生態(tài)系統(tǒng)都需要不斷得到來自系統(tǒng)外的___________,以便維持生態(tài)系統(tǒng)的正常功能。
判斷正誤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.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。( )5.生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動是單向的。( )6.能量只能沿著食物鏈傳遞,捕食關(guān)系是不能逆轉(zhuǎn)的。( )
7.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。( )8.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。( )
核心探討一、研究能量流動的基本思路1.研究能量流經(jīng)一個種群的情況,可以列舉該種群中每一個個體的情況:
如果以個體為單位研究能量流動,有什么問題?提示:以個體為研究對象,有很大的局限性和偶然性,如個體會死亡、數(shù)據(jù)可能不準(zhǔn)確、不同個體之間的差異過大等。
2.如果將種群看作一個整體去研究能量流動,則可概括為下圖形式,又會遇到什么問題?提示:種群存在于復(fù)雜的食物網(wǎng)內(nèi),可能因食物網(wǎng)的復(fù)雜性而影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。
3.如果以一個營養(yǎng)級的所有種群作為一個整體來研究,下圖表示能量流動的情況,這種方式有什么優(yōu)點?提示:能很好地避免以個體和種群為研究對象帶來的不足,提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。
二、能量流動的過程1.地球上幾乎所有生態(tài)系統(tǒng)的能量都來自哪里?這些能量是如何輸入生態(tài)系統(tǒng)的?提示:來自太陽。生產(chǎn)者通過光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,固定在有機物中。
2.繪圖表示第一營養(yǎng)級的能量來源是什么,去路有哪些?并回答第一營養(yǎng)級的能量怎樣傳遞到第二營養(yǎng)級?提示:如圖所示儲存在植物體中的能量,有一部分被初級消費者攝入體內(nèi),能量就流入了第二營養(yǎng)級。
3.下圖為能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級的示意圖,其中攝入量指植食性動物取食的總量,即食物總量;同化量是指該動物經(jīng)過消化和吸收后轉(zhuǎn)化為自身的能量。請據(jù)圖寫出二者之間的關(guān)系。提示:同化量=攝入量-糞便量。
4.分析、比較分別流入第一、第二營養(yǎng)級的能量的去路,歸納二者的共同點。提示:輸入這兩個營養(yǎng)級的能量,一部分在呼吸作用中以熱能的形式散失,另一部分用于其自身的生長、發(fā)育和繁殖等生命活動,儲存在自身的有機物中。這些有機物中的能量一部分流向分解者,另一部分則被下一營養(yǎng)級攝入體內(nèi)。
5.在生態(tài)系統(tǒng)中,能量流動大致可以概括為下圖:
請思考:(1)初級消費者糞便中的能量是哪個箭頭?提示:由生產(chǎn)者流向分解者的箭頭。(2)哪個或哪些箭頭代表初級消費者的同化量?提示:①或②+③+④。(3)哪些箭頭代表初級消費者用于生長、發(fā)育和繁殖的能量?提示:①-③或②+④。(4)生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動和轉(zhuǎn)化是否遵循能量守恒定律?提示:遵循能量守恒定律。能量在生態(tài)系統(tǒng)中流動、轉(zhuǎn)化后,一部分儲存在生態(tài)系統(tǒng)(生物體的有機物)中,另一部分在呼吸作用中以熱能的形式散失,兩者之和與流入生態(tài)系統(tǒng)的能量相等。
三、定量研究能量流動的特點1.閱讀教材P56“思考·討論”,設(shè)計表格,整理賽達伯格湖能量流動圖解中的數(shù)據(jù),計算“流出”該營養(yǎng)級的能量占“流入”該營養(yǎng)級能量的百分比(“流出”的能量不包括呼吸作用散失的能量)。
2.流入某一營養(yǎng)級的能量,為什么不會百分之百地流入下一個營養(yǎng)級?提示:流入某一營養(yǎng)級的能量除了流入下一營養(yǎng)級之外,還有:(1)一部分通過該營養(yǎng)級的呼吸作用散失;(2)一部分作為排遺物、遺體或殘枝敗葉被分解者利用;(3)一部分未被利用。3.通過以上分析,請總結(jié)生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的特點。提示: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。
4.能量在流動過程中逐級遞減,與能量守恒定律矛盾嗎?為什么?提示:不矛盾。能量在流動過程中逐級遞減,指的是流入各個營養(yǎng)級的能量。能量守恒定律可以用于衡量流入某個生態(tài)系統(tǒng)的總能量,總能量=儲存在生態(tài)系統(tǒng)(生物體的有機物)中的能量+被各個營養(yǎng)級的生物利用、散發(fā)至非生物環(huán)境中的能量。因此,雖然能量在流動過程中逐級遞減,但總能量依然遵循能量守恒定律。5.任何生態(tài)系統(tǒng)都需要不斷得到能量補充,以便維持生態(tài)系統(tǒng)的正常功能,如人工魚塘需要投喂飼料,此時流入魚塘生態(tài)系統(tǒng)的總能量如何表示?提示:生產(chǎn)者固定的太陽能+人工投入的有機物中的化學(xué)能。
核心歸納1.能量流經(jīng)某一營養(yǎng)級的模型分析
(2)能量去向:流入某一營養(yǎng)級的能量去向可從以下兩個角度分析:①“定量不定時”(在足夠長的時間內(nèi)能量的最終去向)a.自身呼吸消耗;b.流入下一營養(yǎng)級(最高營養(yǎng)級除外);c.被分解者分解利用。②“定量定時”流入某一營養(yǎng)級的一定量的能量在一定時間內(nèi)的去向可有四條:a.自身呼吸消耗;b.流入下一營養(yǎng)級;c.被分解者分解利用;d.未被自身呼吸消耗,也未被下一營養(yǎng)級和分解者利用,即“未利用”。
(3)相關(guān)能量值①攝入量(a)=同化量(b)+糞便量(c)②同化量(b)=用于生長、發(fā)育和繁殖的能量(e)+呼吸散失量(d)③用于生長、發(fā)育和繁殖的能量(e)=流向分解者的能量(f)+流向下一營養(yǎng)級的能量+未被利用的能量(g)
2.能量沿食物鏈(網(wǎng))流動的模型分析(1)能量流動的不定時分析
由圖可知,除最高營養(yǎng)級外,每一營養(yǎng)級的能量去向有:①呼吸作用散失的能量。②流向下一營養(yǎng)級的能量。③流向分解者的能量。
(2)能量流動的定時分析由圖可知,除最高營養(yǎng)級外,每一營養(yǎng)級的能量去向有:①呼吸作用散失的能量。②流向下一營養(yǎng)級的能量。③流向分解者的能量。④暫時未利用的能量。
典題應(yīng)用1.下圖是某生態(tài)系統(tǒng)的部分能量流動示意圖,其中E1是流入生產(chǎn)者的總能量,下列敘述錯誤的是( )A.第一營養(yǎng)級傳遞給分解者的總能量是E4+E7B.E1、E2、E6中的能量主要以穩(wěn)定化學(xué)能的形式存在C.初級消費者糞便中的能量包括在E2中D.E7可直接為綠色植物提供物質(zhì)和能量
解析:第二營養(yǎng)級糞便中的能量屬于第一營養(yǎng)級同化的能量,因此第一營養(yǎng)級傳遞給分解者的總能量是E4+E7,A項正確;E1、E2、E6中的能量儲存在有機物中,主要以穩(wěn)定化學(xué)能的形式存在,B項正確;初級消費者糞便中的能量屬于上一營養(yǎng)級的同化量,即E2,C項正確;E7是糞便中的能量,不能直接為綠色植物提供物質(zhì)和能量,綠色植物光合作用的能量來自光能,D項錯誤。
2.(2023·全國卷甲)在生態(tài)系統(tǒng)中,生產(chǎn)者所固定的能量可以沿著食物鏈傳遞,食物鏈中的每個環(huán)節(jié)即為一個營養(yǎng)級。下列關(guān)于營養(yǎng)級的敘述,錯誤的是( )A.同種動物在不同食物鏈中可能屬于不同營養(yǎng)級B.作為生產(chǎn)者的綠色植物所固定的能量來源于太陽C.作為次級消費者的肉食性動物屬于食物鏈的第二營養(yǎng)級D.能量從食物鏈第一營養(yǎng)級向第二營養(yǎng)級只能單向流動
解析:雜食動物既會捕食植物,又會捕食動物,如果捕食植物,就是第二營養(yǎng)級,如果捕食動物,就是第三營養(yǎng)級或更高營養(yǎng)級,所以不同食物鏈中的動物會處于不同的營養(yǎng)級,A正確;綠色植物進行的是光合作用,能量來源于太陽,B正確;次級消費者是第三營養(yǎng)級,初級消費者是第二營養(yǎng)級,第一營養(yǎng)級是生產(chǎn)者,C錯誤;因為第一營養(yǎng)級是植物,第二營養(yǎng)級是動物,食物鏈?zhǔn)菃蜗虻模芰苛鲃右簿褪菃蜗虻?,D正確。
知識點二 生態(tài)金字塔和研究能量流動的實踐意義
教材梳理1._______金字塔:將單位時間內(nèi)___________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,通常呈現(xiàn)上窄下寬的金字塔形。2._________金字塔:反映各營養(yǎng)級生物量之間的關(guān)系。生物量指每個營養(yǎng)級所容納的_________的總干重,這種生態(tài)金字塔一般也呈正金字塔形。3._______金字塔:反映各營養(yǎng)級的生物個體的數(shù)目比值關(guān)系,一般呈正金字塔形,但也可能呈倒金字塔形,如___________。
4.研究能量流動的實踐意義(1)幫助人們將生物在時間、空間上進行合理配置,增大流入某個生態(tài)系統(tǒng)的_________,如間種套作、稻→萍→蛙等立體農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。(2)幫助人們科學(xué)地規(guī)劃和設(shè)計_____________,使能量_________,提高能量的_________,如沼氣池的應(yīng)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)__________________,如草場載畜量的確定。
判斷正誤1.研究能量流動,可調(diào)整能量流動關(guān)系,使生產(chǎn)者固定的能量全部流向人類。( )2.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。( )3.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。( )4.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%。( )
核心探討1.(1)分析數(shù)量金字塔出現(xiàn)上寬下窄倒置的金字塔形的原因。提示:當(dāng)生產(chǎn)者個體比消費者個體大得多時,數(shù)量金字塔經(jīng)常是倒置的。(2)分析生物量金字塔出現(xiàn)上寬下窄倒置的金字塔形的原因。提示:海洋生態(tài)系統(tǒng)中,浮游植物個體小,世代周期短,又不斷被捕食,因而某一時間調(diào)查到的生物量可能低于浮游動物的生物量。當(dāng)然,總的來看,一年中浮游植物的總的生物量還是比浮游動物的多。
2.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。
(2)分析能量流動圖解,總結(jié)圖b所示生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)勢:__________ _______________________________________。
量的多級、充分利用,提高了能量的利用率
3.以農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)為例,思考回答以下問題:(1)哪些措施能增加流入農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的總能量?提示:間作套種等立體農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式充分利用了空間和資源,能增加流入農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的總能量。(2)及時清除農(nóng)田中雜草的意義是什么?提示:除草可以調(diào)整農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動關(guān)系,使能量更多地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧?br/>核心歸納1.三種生態(tài)金字塔的比較
2.能量傳遞效率與能量利用率的區(qū)別(1)能量傳遞效率①含義:生態(tài)系統(tǒng)中能量傳遞效率約為10%~20%,即輸入某一營養(yǎng)級的能量中,只有10%~20%的能量流到下一營養(yǎng)級(最高營養(yǎng)級除外)。②計算公式
(2)能量利用率①一般指流入最高營養(yǎng)級(或人類)的能量占生產(chǎn)者固定總能量的比值。②一般來說,食物鏈越短,能量利用率越高。③有時考慮分解者的參與,使?fàn)I養(yǎng)結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,以實現(xiàn)能量的多級利用,從而提高能量的利用率。
典題應(yīng)用3.某草原生態(tài)系統(tǒng)中能量金字塔由最下面一層到最上面一層共四層,分別為甲、乙、丙、丁(如下圖),若有外來生物戊入侵,且會與丙競爭食物,但不會被丁所捕食。下列有關(guān)說法不正確的是( )A.甲可能為綠色植物,甲固定的能量大于乙、丙、丁同化的能量之和B.甲、乙、丙、丁構(gòu)成該生態(tài)系統(tǒng)的生物群落C.丁生物的種群數(shù)量很可能會逐漸減少D.戊在生態(tài)系統(tǒng)中處于第三營養(yǎng)級
解析:處于能量金字塔最底層的是生產(chǎn)者,所以甲可能為綠色植物,生產(chǎn)者甲固定的能量大于乙、丙、丁同化的能量之和;能量金字塔包含生產(chǎn)者和消費者,不包含分解者,而生物群落應(yīng)該包含該生態(tài)系統(tǒng)中的所有生物,可見甲、乙、丙、丁不能構(gòu)成該生態(tài)系統(tǒng)的生物群落;由于生物戊入侵,與丙(丁的食物)競爭食物,所以丙的數(shù)量會下降,又由于戊不會被丁所捕食,所以丁生物的種群數(shù)量很可能會因食物減少而逐漸減少;戊與丙競爭食物,所以在生態(tài)系統(tǒng)中處于第三營養(yǎng)級。
4.下列關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)能量流動的敘述,不正確的是( )A.生產(chǎn)者固定的能量是光能或化學(xué)能B.自然生態(tài)系統(tǒng)中,數(shù)量金字塔存在倒置情況,能量金字塔則不存在C.與傳統(tǒng)魚塘相比,桑基魚塘可顯著提高不同營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率D.在農(nóng)田中除草、捉蟲可使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠?br/>解析:通過光合作用自養(yǎng)的生產(chǎn)者固定的能量是光能,通過化能合成作用自養(yǎng)的生產(chǎn)者固定的能量是化學(xué)能,A項正確;自然生態(tài)系統(tǒng)中,能量流動逐級遞減,能量金字塔只能是“正立”的,而生物數(shù)量與能量之間不具有絕對的比例關(guān)系,數(shù)量金字塔有倒置的情況,B項正確;?;~塘通過增加或延長食物鏈,可以實現(xiàn)物質(zhì)和能量的多級利用,提高能量的利用率,但不能提高不同營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率,C項錯誤;在農(nóng)田中除草、捉蟲,通過調(diào)整能量流動的方向,可使能量更多地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠?,D項正確。
這是一份高中生物人教版 (2019)選擇性必修2第2節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動說課ppt課件,共60頁。PPT課件主要包含了課前自主預(yù)習(xí)案,課堂互動探究案,傳遞轉(zhuǎn)化,太陽能,生產(chǎn)者,食物網(wǎng),有機物中的化學(xué)能,化石燃料,初級消費者同化,發(fā)育和繁殖等內(nèi)容,歡迎下載使用。
這是一份人教版 (2019)選擇性必修2第2節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動備課課件ppt,共60頁。PPT課件主要包含了課前·新知導(dǎo)學(xué),光合作用,3傳遞過程,呼吸作用,發(fā)育和繁殖,有機物,分解者,單向流動,低營養(yǎng)級,高營養(yǎng)級等內(nèi)容,歡迎下載使用。
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