第五章生态系统及其稳定性第2节生态系统的能量流动学习目标课程标准1.分析生态系统能量流动的过程和1.分析生态系统中的能量流特点。(重、难点)动的基本规律及其应用。2．概述研究能量流动的实践意义。2．活动建议：调查或探讨一3．尝试调查农田生态系统中能量个农业生态系统中的能量流动。流动情况。12345678自主学习新知解读知识构建问题释疑指点迷津训练巩固直击高考课时作业自主学习????一、生态系统能量流动的概念及过程输入、传递、转化和________散失的过程。1．概念：生态系统中能量的________________2．过程光合作用把太阳能转化为__________化学能(1)输入：生产者通过____________，固定在有机物中。__________(2)第一营养级中的能量的去向呼吸作用中以热能形式散失________?在生产者的____________?分解者?用于生产者的生长、?随残枝败叶等被__________?输入第一营??发育和繁殖等生命?分解而释放出来养级的能量??活动，储存在植物被初级消费者摄入体??有机物中?第二营养级?体的__________内，流入______________???(3)过程图解?二、能量流动的特点?1．生态系统中的能量流动是单向的?
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现：能量只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流逆转向后面的各个营养级，不可________，也不可____________。循环流动?2．能量在流动过程中逐级递减?(1)表现：输入到一个营养级的能量不可能百分之百地流入到下一营养级，能逐级递减的。量在沿食物链流动的过程中是____________?(2)能量传递效率：能量在相邻两个营养级间的传递效率大约是10%～20%__________________。能量数值由?(3)能量金字塔：将单位时间内各个营养级所得到的________低到高绘制成图，可形成一个金字塔图形。__________?(4)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。生态系统中的能量流动一般不超过__________4～5个营养级。?三、研究能量流动的实践意义人工生态系统最有效的利?1．帮助人们科学规划、设计________________，使能量得到__________用。能量流动关系，使能量?2．帮助人们合理地调整生态系统中的____________持续高效地流向对人类最有益的部分。____________?？思考?1．呼吸作用产生的能量是否都以热能的形式散失掉？为什么？?提示：不是。呼吸作用产生的能量有三个去向；一是大部分以热能的形式散失；二是转化为ATP中的化学能，三是储存在尚未完全分解的有机物中。?2．初级消费者摄入的生产者中含有的能量是否均流向初级消费者体内？试解释原因。?提示：不是，因为初级消费者摄入生产者后并没有完全吸收，还有一部分能量以粪便的形式排出。新知解读Y1．能量的输入?
知识点
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1能量流动的过程(1)能量的源头及输入方式光合作用①几乎所有的生态系统：光能――→有机物中的化学能；绿色植物化能合成作用②特殊的生态系统：无机物氧化产生的化学能――→有机物中的化学硝化细菌等能。(2)输入总量：生产者固定的能量总值。????2．能量的传递(1)传递途径：食物链和食物网。(2)传递形式：有机物中的化学能。(3)某一营养级的能量分流?理解流入每一营养级的能量去向可从以下两个角度分析：?①定量不定时分析：流入某一营养级的一定量的能量在足够长的时间内的去路可有三条：a.自身呼吸消耗；b.流入下一营养级；c.被分解者分解利用。?②定量定时分析：流入某一营养级的一定量的能量在一定时间内的去路可有四条：a.自身呼吸消耗；b.流入下一营养级；c.被分解者分解利用；d.未被自身呼吸消耗，也未被下一营养级和分解者利用，即“未利用”，如果是以年为单位研究，这部分的能量将保留到下一年。?3．能量的转化和散失?(1)能量散失的主要途径：呼吸作用(包括各营养级生物本身的呼吸作用及分解者的呼吸作用)。?(2)能量流动过程图解中箭头由粗到细：表示流入下一个营养级的能量逐级递减。(3)方块面积越来越小表示随营养级的升高，贮存在生物体内的能量越来越少。(4)生态系统中能量流动形式的转化：光合作用太阳能或无机物氧化产生的化学能――→化能合成作用生产者、消费者、分解者有机物中的化学能――→能量呼吸作用?→ATP：用于各项生命活动?—??→热能：散失?知识贴士??????(1)食物的摄入量≠同化量①摄入量：指动物取食的总量，可以理解为动物的食物总量。②同化量：指动物经过消化和吸收后转化为自身的能量。③关系：摄入量＝同化量＋粪便中的能量(2)能量的输入并非只有光合作用能量的输入过程，绝大部分是通过绿色植物的光合作用，但在极少数特殊空间，如深海热泉口生态系统，是通过特殊细菌的化能合成作用。?(3)“未利用”能量如：多年生植物上一年自身生长发育的净积累量；未来得及分解，被埋藏在地下形成的煤炭、石油等能量。X??典例在某草原生态系统能量流动过程中，假设羊摄入体内的能量为n，羊粪便中的能量为36%n，呼吸作用散A1失的能量为48%n，则()?A．羊同化的能量为64%n?B．储存在羊体内的能量为52%n?C．由羊流向分解者的能量为16%n?D．由羊流向下一营养级的能量为64%n?[解析]同化量＝摄入量－粪便量，所以羊同化的能量为n－36%n＝64%n。储存在羊体内的能量＝同化量－呼吸消耗量＝64%n－48%n＝16%n，而储存在羊体内的能量一部分被分解者分解，一部分流向下一营养级，一部分未被利用。????〔迁移应用1〕大象是植食性动物，有一种蜣螂则专以7象粪为食。设大象在某段时间所同化的能量为10kJ，则这部分能量中可流入蜣螂体内的约为()A6A．0kJB．10kJ666C．2×10kJD．10～2×10kJ[解析]象粪中的能量，是大象取食植物后未消化的能量，属于生产者同化的能量的一部分，而大象同化的能量没有流入蜣螂体内。Y?知识点2生态系统能量流动的特点?生态系统中能量流动的特点：单向流动，逐级递减。?1．单向流动?(1)单向流动：是指生态系统的能量流动只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面的各个营养级，不可逆转也不可循环地流动。?(2)能量单向流动的原因?①食物链中各种生物之间的捕食关系是确定的，是在长期自然选择过程中形成的捕食关系，不能逆转；?②各营养级的能量总是趋向于在呼吸作用过程中以热能形式散失，而热能是不能再被利用的。?2．逐级递减?(1)逐级递减：输入到一个营养级的能量不可能百分之百地流入下一个营养级，能量在沿食物链流动的过程中是逐级递减的。?(2)能量逐级递减的原因?①各营养级生物要维持自身的生命活动，总要消耗一部分能量；?②各营养级消费者不可能百分之百地利用前一营养级的能量，总有一部分会自然死亡或被分解者所利用；?③各营养级的同化率不是百分之百的，总有一部分变成排遗物而被分解者利用。3．能量传递效率：10%～20%下一营养级的同化量其计算方法为：能量传递效率＝×100%上一营养级的同化量4．生态金字塔能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔三者都是用来说明食物链中能量流动情况的，三者统称为生态金字塔。不同的金字塔能形象地说明营养级与能量、数量、生物量之间的关系，是定量研究生态系统的直观体现。形状能量金字塔数量金字塔生物量金字塔特点一定为正金字塔象征意义一般为正金字塔形，有时会出现倒金字塔形一般为正金字塔形能量沿食物链流动过一般生物个体数目在一般生物量(现存生物程中具有逐级递减的食物链中随营养级升有机物的总质量)沿食特性高而逐级递减物链升高逐级递减含义特殊形状能量金字塔数量金字塔生物量金字塔机物总量人工养殖的鱼塘中，生每一阶食物链中每一营养级每一营养级生物个体每一营养级生物的有生物所含能量的多少的数目无(一定正立)树→昆虫→鸟产者的生物量可以小于消费者的生物量????5．能量流动的极值计算(1)能量在食物链中传递的计算①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。②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÷20%＝5n，最多为n÷10%＝10n。?(2)能量在食物网中传递的计算，设食物链A→B→C→D→E，分情况讨论：情景设置E营养级净增重Y提出的问题至少需要A营养级多少至多需要A营养级多少E营养级最多增重多少E营养级至少增重多少计算思路传递效率取20%传递效率取10%传递效率取20%传递效率取10%计算公式X×(20%)4＝Y4X×(10%)＝YA营养级净增重XX×(20%)4＝YX×(10%)4＝Y其规律如下：??最少??选最短食物链?获得??????消耗??选最大传递效率20%??最多??生产者?消费者??最多选最长食物链??获得???????消耗??选最小传递效率10%??最少?(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，然后相加。?知识贴士?(1)能量传递效率指两个相邻营养级之间，而不是两个个体或两个种群之间。?(2)一般来就，在以低营养级生物为主的生态系统中，传递效率可以低于10%；仅在特殊条件下，某传递效率有可能高于20%，时间过长将导致生态系统被破坏。?(3)天然生态系统必须当能量状况表现为正金字塔形状时，方可维持生态系统的正常运转，从而维持生态系统的稳定性。而人工生态系统中因能量可人为补充，可能会使能量金字塔呈现倒置状况，如人工鱼塘中生产者的能量未必比消费者(鱼)多。X??典例某生态系统中存在如图所示的食物网，如将C的食物比例由A∶B＝1∶1调整为2∶1，能量传递效率按210%计算，该生态系统能承载C的数量是原来的B()?A．1.875倍B．1.375倍?C．1.273倍D．0.575倍?[解析]本题主要考查能量流动的相关计算，具体分析如下：?0.50.5若按＝，C增重1kg消耗A的质量＋＝55kg，?10%10%×10%?若按＝21，C增重1kg消耗A的重量为：/10%＋33?＝40kg。?由于A所含的能55→→承载量变为＝1.375倍40量是相对固定的?〔迁移应用2〕如图所示为生态系统中能量流动图解部分示意图，①②③④⑤⑥⑦各代表一定的能量值，下列各项中不正确的是(B)?A．从能量关系看②>③＋④?B．农业生态系统中能量是可以循环利用的?C．次级消费者粪便中的能量去路包括在⑥途径中?D．生态系统中的能量流动一般不超过4～5个营养级?[解析]图中①②③分别表示第二、三、四营养级的同化量，④⑤⑥⑦表示分解者利用的能量；各营养级生物同化量＝呼吸量＋下一营养级的同化量＋分解量，故②>③＋④；热能不能被生物同化利用，故能量单向流动而不能循环利用；次级消费者以初级消费者为食，其粪便中含有未被利用的“初级消费者”的能量，粪便排出后将被分解者分解利用；从图中可以看出，能量沿食物链传递是逐级递减的，超过5个营养级，所含有的总能量不足以维持一个营养级。故选B。知识构建定义：指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。???能量流经一个种群的情况：能量输入―→种群―→能量储存生?态?系?能量散失统??的?能?量??流?动??能量流动过程：太阳能生?态?①单向流动??能量流动特点?系???②逐级递减统???1?设计人工生态系统，使能量有效利用的???能?研究能量流动的意义??2?合理调整能量流动关系，使能量持续?高效地流向对人类有益的部分量???流动问题释疑????(一)问题探讨提示：应该先吃鸡，再吃玉米(即选择1)。若选择2，则增加了食物链的长度，能量逐级递减，最后人获得的能量较少。(二)思考讨论11．提示：遵循能量守恒定律。能量在生态系统中流动、转化后，一部分储存在生态系统(生物体有机物)中，而另一部分被利用、散发至无机环境中，两者之和和流入生态系统的能量相等。?2．提示：不能，能量流动是单向的。?
资料
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分析?1、2流出能量营养级流入能量(输入后一个营养级)464.662.8生产者62.812.6植食性动物12.6肉食性动物分解者14.6出入比13.52%20.06%?3．提示：流入某一营养级的能量主要有以下去向：一部分通过该营养级的呼吸作用散失了；一部分作为排出物、遗体或残枝败叶不能进入下一营养级，而为分解者所利用；还有一部分未能进入(未被捕食)下一营养级。所以，流入某一营养级的能量不可能百分之百地流到下一营养级。?4．提示：生态系统中能量流动是单向的；能量在流动过程中逐级递减。?(三)思考讨论2?提示：“桑基鱼塘”的设计理念是从人类所需出发，通过能量多级利用，充分利用流经各营养级的能量，提高生产效益。?(四)旁栏思考题?一般情况下，也是金字塔形。但是有时候会出现倒置的塔形。例如，在海洋生态系统中，由于生产者(浮游植物)的个体小，寿命短，又会不断地被浮游动物吃掉，所以某一时刻调查到的浮游植物的量可能低于浮游动物的量。当然，总的来看，一年中流过浮游植物的总能量还是比流过浮游动物的要多。同理，成千上万只昆虫生活在一株大树上，该数量金字塔的塔形也会发生倒置。指点迷津?利用“拼图法”解决能量流动中的难题?输入第一营养级的能量(W1)被分为两部分：一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了(A1)，一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖。而后一部分能量中，包括现存的植物体B1、流向分解者的C1、流向下一营养级的D1。参考图，很容易理解以下问题。?(1)流经整个生态系统的总能量是生产者固定的总能量，即W1。将图中第三营养级同化的总能量D2“拼回”第二营养级，则刚好等于D1，即第二营养级同化的总能量；再将D1“拼回”第一营养级，则刚好等于生产者固定的总能量W1。可见，在一个草原生态系统中，草原上所有生物的总能量都来自W1，所有生物总能量之和都小于W1，这是呼吸作用消耗的缘故。?(2)能量传递效率不会是100%。从图中可以看出，从第一营养级向第二营养级的能量传递效率为D1/W1，因此不会达到100%，一般情况下，能量传递效率为10%～20%。?(3)在解决有关能量传递的计算问题时，首先要确定相关的食物链，理清生物与生物在营养级上的差值。?某同学绘制了如图所示的能量流动图解，下列叙述正?典例确的是(A)3????A．生产者固定的总能量可表示为(A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2)B．由生产者到初级消费者的能量传递效率为D2/W1C．初级消费者摄入的能量为(A2＋B2＋C2)D．W1＝D1＋D2?[解析]由图可知，W1为生产者固定的太阳能，D1为初级消费者同化的能量，则W1＝A1＋B1＋C1＋D1，D1＝A2＋B2＋C2＋D2；生产者固定的太阳能为W1，初级消费者固定的能量为D1，由生产者到初级消费者的能量传递效率为D1/W1；初级消费者摄入的能量＝固定量＋粪便量；其值远大于D1，即大于A2＋B2＋C2；由于能量传递效率约为10%～20%，所以W1>D1＋D2。?1．(2016·全国卷Ⅰ，5)在漫长的历史时期内，我们的祖先通过自身的生产和生活实践，积累了对生态方面的感性认识和经验，并形成了一些生态学思想，如：自然与人和谐统一的思想。根据这一思想和生态学知识，下列说法错误的是(B)?A．生态系统的物质循环和能量流动有其自身的运行规律?B．若人与自然和谐统一，生产者固定的能量便可反复利用?C．“退耕还林、还草”是体现自然与人和谐统一思想的实例?D．人类应以保持生态系统相对稳定为原则，确定自己的消耗标准?[解析]生态系统的物质循环和能量流动有其自身的运行规律，人类活动要遵循自然规律，A项正确；生态系统的能量是单向流动、逐级递减的，不能反复利用，B项错误；“退耕还林、还草”体现了人与自然的和谐统一，C项正确；人类消耗会给生态环境带来压力，过度消耗会破坏生态系统的稳定性，D项正确。?????2．(2016·全国卷Ⅲ，5)我国谚语中的“螳螂捕蝉，黄雀在后”体现了食物链的原理。若鹰迁入了蝉、螳螂和黄雀所C在的树林中，捕食黄雀并栖息于林中。下列叙述正确的是()A．鹰的迁入增加了该树林中蝉及其天敌的数量B．该生态系统中细菌产生的能量可流向生产者C．鹰的迁入增加了该生态系统能量消耗的环节D．鹰的迁入增加了该生态系统能量流动的方向?[解析]鹰的迁入会使黄雀数量减少，导致螳螂的数量增加，进而使蝉的数量减少，A项错误；生态系统中流入生产者的能量是光合作用固定的太阳能或化能合成作用固定的化学能，细菌产生的能量(如热能)不能流向生产者，B项错误；鹰的迁入增加了营养级，增加了能量消耗的环节，C项正确；能量沿食物链由低营养级向高营养级流动，鹰是最高营养级的消费者，鹰的迁入不会改变该生态系统能量流动的方向，D项错误。
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