1、第第 2 课时课时 生态系统中的能量流动生态系统中的能量流动 目标导读 1.通过教材 P94调查、P95图 47 和图 48，建立生态系统能量流动的一般性模 型。2.对教材 P96提供的数据进行分析，归纳出生态系统能量流动的基本特征。3.结合农田、 草原、森林生态系统实际，阐明研究生态系统能量流动的意义。 重难点击 1.生态系统能量流动的一般性模型。2.能量流动的基本特征。 一 能量流动的一般过程 能量流动是生态系统重要的功能之一，请结合教材 P94调查内容建立能量流动的一般过程。 1某学习小组对一片稻田进行了调查，绘制出食物网如图： 上述的食物网中，蛇的能量直接来自于田鼠、蛙和食虫鸟，归根结
2、底来自于水稻、杂草等固 定的太阳能。 2完成下图，分析生产者能量的来源和去路。 (1)输入生产者的能量是指生产者通过光合作用固定到有机物中的太阳能。 (2)生产者得到能量的三个主要去向分别是： 在植物体生长发育的过程中经过呼吸作用消耗掉，以热能形式散发到环境中去。 被初级消费者取食，经过能量的转化流入第二营养级。 被分解者分解，以热能形式散发到环境中去。 3模拟上述过程可以分析各个营养级的能量的输入、传递和输出的过程，建立生态系统能量 流动的一般性模型，并分析： (1)能量的输入 源头：太阳能。 相关生理过程：光合作用。 能量转换形式：光能有机物中的化学能。 输入总量：生产者固定的全部能量。
3、(2)能量的传递 传递途径：食物链和食物网。 传递形式：有机物中的化学能。 (3)能量的输出 形式：热能。热能是能量流动的最终归宿。 一般途径：呼吸作用，包括各个营养级自身的呼吸消耗以及分解者的呼吸作用。 特殊途径：动植物遗体形成煤炭、石油等，经过燃烧放出热能。 归纳提炼 1动物同化的能量摄入的能量粪便有机物中的能量，即摄入的食物只有部分被同化。例 如蜣螂利用大象的粪便获得能量，而不能说蜣螂获得了大象的能量。 2流入一个营养级的能量是指被这个营养级的生物所同化的全部能量。能量的来源与去路： (1)来源 生产者的能量主要来自太阳能 各营养级能量来自上一营养级所同化的能量 (2)去路 自身呼吸消耗
4、，转化为其他形式的能量和热能 流向下一营养级 残体、粪便等被分解者分解 未被利用：包括生物每年的积累量，也包括动 植物残体以化石燃料形式被贮存起来的能量 即一个营养级所同化的能量呼吸消耗的能量被下一营养级同化的能量分解者利用的能 量未被利用的能量。 活学活用 1结合生态系统能量流动的一般性模型，判断下列说法的正误。 (1)当狼吃掉一只兔子时，就获得了兔子的全部能量( ) (2)初级消费者的粪便量属于第二营养级的能量( ) (3)同化量用于生长发育和繁殖的能量( ) (4)呼吸作用所产生的能量都是以热能的形式散发到环境中去( ) (5)分解者的分解作用也是通过呼吸作用完成的( ) (6)能量 a
5、ebi( ) (7)箭头 a 代表生产者的同化量，方框代表初级消费者的摄入量( ) (8)生态系统中的能量流动和转化不遵循能量守恒定律，总量越来越少( ) (9)流经该生态系统的能量能够重新再回到这个生态系统，被重复利用( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) 解析 (2)初级消费者的粪便量属于第一营养级的能量。 (4)呼吸作用所产生的能量一部分储存 在 ATP 中，其余以热能的形式散失。(7)方框代表初级消费者的同化量。(8)生态系统中的 能量流动和转化遵循能量守恒定律。 二 能量流动的基本特征 能量在沿着食物链或食物网传递期间不断被消耗和传递，
6、试结合奥德姆 1957 年对佛罗里达州 的银泉水域生态系统的能流分析图解，总结能量流动的基本特征。 图中的数值表示能量值，单位：102 kJ/(m2 a)(千焦每平方米年)；中间一排方框中的数值表示 每一个营养级的生物所同化的总能量值；R 表示呼吸消耗。 观察上图思考： 1第一营养级能否从第四营养级获取能量从而实现能量的循环利用？ 答案 不能。经过长期的自然选择，食物链中吃与被吃的关系不可逆转。 2呼吸作用散失的热能能否再被生产者和其他所有生物直接利用？不能。 3由以上问题 1、2 可以得出能量流动具有单向流动的特点。 4生态系统能量流动的过程中，能量随着营养级的升高而出现什么样的变化？其原因
7、是什 么？ 答案 逐级减少。其原因是： (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。 (2)还有少部分能量随着残枝败叶或遗体等直接传递给了分解者。 5一条食物链中一般不超过 45 个营养级的原因是什么？ 答案 生态系统中能量流动的传递效率一般是 10%20%， 营养级越多， 能量的消耗就越多， 所剩能量往往不能维持一个新的营养级。 6上图中流入第二、第三营养级的能量值，分别占上一个营养级同化的总能量值的比值是多 少？ 答案 第一营养级传递至第二营养级的传递效率为：141.10 871.27100%16.19%。 第二营养级传递至第三营养级的传递效率为： 15.91 141.1
8、0100%11.28%。 7 人们把一个营养级和它的上一个营养级所同化的能量值的比值称为林德曼效率， 通过计算 上图两个营养级间的林德曼效率，会发现其介于 10%20%之间。 8若将各营养级所固定的总能量值的多少绘制成图，会形成什么形状？ 答案 一个金字塔形，称之为能量金字塔。 9下图为一能量金字塔，请分析 (1)能量金字塔的塔基由生产者构成。 (2)能量金字塔每一台阶的含义：每一营养级生物所固定的能量多少。 (3)能量金字塔形状的象征含义：能量沿食物链流动过程中是逐级减少的。 (4)能量金字塔的形状永远是正立的。 小贴士 (1)数量金字塔：数量金字塔是在生态系统中，每个营养级用有机体的数目来
9、表示。 一般来说，向下一个营养级传递时，生物的体型增大，个体数目却减少。有时候数量金字塔 会发生倒金字塔形。如成千上万的昆虫以一株树为生，数量金字塔就发生颠倒。 (2)生物量金字塔：生物量金字塔是以单位空间内各营养级的有机物的干重为指标制作的金字 塔。它也可能出现倒金字塔形，这是因为在湖泊、海洋生态系统中生产者的干重远远小于它 的光合作用实际合成的有机物的量。 归纳提炼 能量流动的极值计算 (1)能量在食物链中传递的计算 在一条食物链中若某一营养级的总能量为 n，则最多传到下一营养级的能量为 0.2n，最少 为 0.1n。 在一条食物链中，某一营养级的能量为 n，需要前一营养级的能量至少为 n
10、 20%5n，最 多为 n 10%10n。 (2)能量在食物网中传递的计算 若一食物网中，已知最高营养级增加能量为 N a求最多消耗第一营养级多少时，按最长食物链，最低传递效率计算； b求至少消耗第一营养级多少时，按最短食物链，最高传递效率计算。 若一食物网中，已知第一营养级能量为 M a求最高营养级最多获得多少能量时，应按最短食物链，最高传递效率计算； b求最高营养级最少获得多少能量时，应按最长食物链，最低传递效率计算。 (3)在已知高营养级求需要低营养级最值时，若高营养级有多种食物来源，要注意高营养级食 物来源有没有具体分配，若有就不能选最短或最长的食物链，而要按分配情况逐一计算，然 后相
11、加。 活学活用 2如图为某生态系统中能量流动图解部分示意图，各代表一定的能量值，下列各项 中正确的是( ) A表示流经该生态系统内部的总能量 B一般情况下，次级消费者增加 1 kg，生产者至少增加 100 kg C生物与生物之间的捕食关系一般不可逆转，所以能量流动具有单向性 D从能量关系看 问题导析 (1)生产者固定的太阳能的总量是流经该生态系统的总能量，所以不表示(表示/ 不表示)流经该生态系统内部的总能量。 (2)次级消费者增加 1 千克，求生产者至少增加多少千克，传递效率应取 20%。 (3)图中次级消费者的能量去路还可能有通过次级消费者呼吸作用散失的热能、未利用能量， 所以与的大小关系
12、为。 答案 C 三 研究生态系统中能量流动的意义 某市在落实“禁烧秸秆”工作的过程中，化“堵”为“疏”，引导农民设计建立了如下生态 系统模式图，阅读教材思考如下问题： (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，提高了能量利 用效率。 (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的林德曼效率可由人类 任意控制？”你认为对吗？ 答案 不对。营养级之间的林德曼效率介于 10%20%之间。 (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、间苗。这样做的目的 是实现作物的良好生长，合理密植，充分利用太阳光能，将更多的能量转化到我们的目标
13、产 物中去。 小贴士 林德曼效率与能量利用效率的比较 (1)林德曼效率： 计算公式为林德曼效率(下一营养级同化量/上一营养级同化量)100%， 能 量在相邻两个营养级之间的林德曼效率为 10%20%。 (2)能量利用效率：流入最高营养级的能量占生产者能量的比值。在一个生态系统中，营养级 越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多，因此食物链越短，能量利用效率越高。 归纳提炼 根据生态系统的能量流动规律，在实际生活中借鉴以下措施：(1)尽量缩短食物链；(2)充分利 用生产者；(3)充分利用分解者，如利用秸秆培育食用菌、利用植物残体生产沼气等。 活学活用 3在社会主义新农村建设中，四川某地通过新建沼气
14、池和植树造林，构建了新型农业生态系 统(如图所示)。判断下列说法的正误： (1)该生态系统中，处于第二营养级的生物有人和家禽、家畜( ) (2)该生态系统中，人的作用非常关键，植物是主要成分( ) (3)该生态系统的建立，提高了各营养级间的林德曼效率( ) (4)微生物也能利用农作物通过光合作用储存的能量( ) (5)多途径利用农作物可提高该系统的能量利用效率( ) (6)沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用( ) (7)沼气池中的微生物也是该生态系统的分解者( ) (8)沼气可以用来作燃料或者取暖，是“低碳经济，低碳生活”很好的体现( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5)
15、(6) (7) (8) 解析 能量只能单向流动，逐级减少。在食物网相邻营养级之间传递效率并没有改变，改变 的只是能量利用效率。 当堂检测 1下图为某生态系统的能量流动简图，下列叙述错误的是( ) A甲是生产者，乙是消费者 B该生态系统是一个开放的系统 C太阳光能通过光合作用固定并进入生态系统，可以热能形式输出 D甲、乙和分解者所储存的能量之和是输入该生态系统的总能量 答案 D 解析 由图可知，甲能够固定太阳能，则甲为生产者，乙从甲获取能量，则乙为消费者。太 阳光能通过光合作用固定并进入生态系统，经过生产者、消费者和分解者的呼吸作用后有一 部分以热能的形式散失，因此生态系统需要不断从外界获得能量
16、的同时又不断将能量扩散到 外界。输入该生态系统的总能量是生产者甲固定的太阳能总量。 2.下图为某一生态系统的能量金字塔，其中、分别代表不同的营养级，E1、E2 代表能量的形式。下列叙述正确的是( ) A是初级消费者 B为分解者 CE1为太阳能，E2为热能 D能量可在食物链中循环利用 答案 C 解析 能量金字塔中表示生产者， 为第一营养级， 、 和表示消费者， 分别代表第二、 三、四营养级，食物链可表示为；该生态系统的全部能量为所固定的全部 太阳能，用 E1表示，E2表示各营养级由于呼吸作用产生的热能；能量在食物链中只能单向流 动，并且随营养级的升高逐级递减。 3能量流动是指生态系统中能量的输入
17、、传递、转化和散失的过程，下列关于能量流动的叙 述，正确的是( ) A能量沿食物链单向流动 B能量沿食物链循环流动 C能量在各营养级间可以循环利用 D消费者的级别越高，所获得的能量越多 答案 A 解析 能量流动的特点是单向流动，逐级递减，A 正确；能量沿食物链或食物网单向流动， B 错误； 能量在各营养级间不能循环利用， C 错误； 消费者的级别越高， 所获得的能量越少， D 错误。 4下图是对某湖泊的能量考查结果单位：千焦/(厘米 2 年)，请据图回答： (1)流经该生态系统的总能量主要是指_， 为_千焦/(厘米 2 年)。 (2)能量从第一营养级到第二营养级的林德曼效率约为_%，这说明了能量流动的特 点是_的，也就是说食物链越长，_越多。 (3)D(热能)是通过_释放的能量。 (4)能量流动具有单向、不循环的特点，主要原因是由于生物不能在代谢中利用 _。 答案 (1)生产者固定的太阳能的总量 0.46 (2)13.5 逐级减少 能量流失 (3)呼吸作用 (4)呼吸作用放出的热能 解析 解答本题容易出现的问题是：识图不准，分辨能力差，把 487.28 当成正确答案； 林德曼效率应该通过计算作答，不能填写 10%20%；热能是通过各营养级生物的呼吸作 用而释放出来的，这部分能量是不能再利用的，只能散失。“呼吸作用”此时不能用“分解 作用”或“代谢作用”来代替。