生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)導(dǎo)學(xué)案

1、生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)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，各組成成分間相互作用形成一個(gè)統(tǒng)一的整體。2生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)是食物鏈和食物網(wǎng)。生態(tài)系統(tǒng)的主要功能是能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)，就是沿著此渠道進(jìn)行的。3綠色植物通過(guò)光合作用把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能，化能自養(yǎng)生物則通過(guò)化能合成作用把氧化無(wú)機(jī)物時(shí)釋放的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能。4生物通過(guò)呼吸作用把有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能釋放出來(lái)，大部分以熱能形式散失，少部分儲(chǔ)存在ATP中。5在“草兔狼”這條食物鏈中，草通過(guò)光合作用固定了太陽(yáng)能，屬于第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)。兔生命活動(dòng)需要的能量來(lái)自于草，屬于第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)，初級(jí)消費(fèi)者。狼生命活

2、動(dòng)需要的能量來(lái)自于兔，屬于第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)，次級(jí)消費(fèi)者。課堂導(dǎo)入下圖是世界排名第一的羽毛球運(yùn)動(dòng)員林丹，他在比賽前要攝入大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，有能量的輸入；在比賽過(guò)程中，有能量的轉(zhuǎn)化和散失。一切生命活動(dòng)都伴隨著能量的變化，沒(méi)有能量的輸入，也就沒(méi)有生命和生命系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失過(guò)程如何呢？探究點(diǎn)一能量流動(dòng)的過(guò)程黑麥草是一年生或多年生草本植物，是重要的栽培牧草和綠肥作物。下圖是山羊吃黑麥草的圖片，請(qǐng)分析山羊和黑麥草的能量流動(dòng)過(guò)程。1觀察黑麥草的能量去向，分析：(1)A是通過(guò)光合作用完成的，該過(guò)程使光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，以有機(jī)物的形式儲(chǔ)存在黑麥草體內(nèi)。(2)B是通過(guò)呼吸作用為生長(zhǎng)發(fā)育提供能量，這

3、個(gè)過(guò)程產(chǎn)生的能量大部分以熱能的形式散失掉了。(3)C過(guò)程中，枯枝落葉中的有機(jī)物被分解者分解為無(wú)機(jī)物，能量被釋放。(4)D是指部分能量被山羊通過(guò)捕食攝入體內(nèi)，最終同化為自身的能量。(5)能量流動(dòng)過(guò)程中，我們經(jīng)常以種群作為整體研究對(duì)象，請(qǐng)完成下圖并歸納能量流動(dòng)的概念。生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)是指生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過(guò)程。2結(jié)合上述內(nèi)容完成能量流經(jīng)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的示意圖3結(jié)合1、2，概括生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)示意圖，請(qǐng)據(jù)圖分析：(1)能量的輸入源頭：太陽(yáng)能或氧化無(wú)機(jī)物產(chǎn)生的化學(xué)能。相關(guān)生理過(guò)程：光合作用或化能合成作用。能量轉(zhuǎn)換形式：光能或氧化無(wú)機(jī)物產(chǎn)生的化學(xué)能有機(jī)物中的化學(xué)能。輸入總量：生產(chǎn)者固

4、定的全部能量。(2)能量的傳遞傳遞途徑：食物鏈和食物網(wǎng)。傳遞形式：有機(jī)物中的化學(xué)能。(3)能量的散失形式：熱能。一般途徑：呼吸作用，包括各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)自身的呼吸消耗以及分解者的呼吸作用。特殊途徑：動(dòng)植物遺體形成煤炭、石油等，經(jīng)過(guò)燃燒放出熱能。小貼士同化量和攝入量的比較同化量為每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)通過(guò)攝食并轉(zhuǎn)化成自身有機(jī)物的能量，攝入量是消費(fèi)者攝入的能量，同化量攝入量糞便量。消費(fèi)者產(chǎn)生的糞便中的能量屬于上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)。歸納提煉某營(yíng)養(yǎng)級(jí)(消費(fèi)者)的能量變化理解簡(jiǎn)圖活學(xué)活用1結(jié)合探究點(diǎn)一中3的生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)示意圖判斷：(1)當(dāng)狼吃掉一只兔子時(shí)，就獲得了兔子的全部能量()(2)初級(jí)消費(fèi)者的糞便量屬于第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量()

5、(3)同化量用于生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖的能量()(4)呼吸作用所產(chǎn)生的能量都是以熱能的形式散失()(5)分解者的分解作用也是通過(guò)呼吸作用完成的()(6)能量aebI()(7)箭頭a代表生產(chǎn)者的同化量，方框代表初級(jí)消費(fèi)者的攝入量()(8)生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)和轉(zhuǎn)化不遵循能量守恒定律，總量越來(lái)越少()(9)流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的能量能夠重新再回到這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，被重復(fù)利用()答案(1)×(2)×(3)(4)×(5)(6)(7)×(8)×(9)×解析(1)狼排出糞便中的能量屬于兔子，未被狼獲得。(2)初級(jí)消費(fèi)者的糞便量屬于第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量。(4)呼吸作用所

6、產(chǎn)生的能量一部分儲(chǔ)存在ATP中，其余以熱能的形式散失。(7)方框代表初級(jí)消費(fèi)者的同化量。(8)生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)和轉(zhuǎn)化遵循能量守恒定律。(9)能量流動(dòng)的特點(diǎn)是單向流動(dòng)、逐級(jí)遞減的，不能重復(fù)利用。探究點(diǎn)二能量流動(dòng)的特點(diǎn)及相關(guān)計(jì)算美國(guó)生態(tài)學(xué)家林德曼對(duì)一個(gè)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的天然湖泊賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)進(jìn)行了定量分析，得出了如圖所示的數(shù)據(jù)單位：J/(cm2·a)，請(qǐng)完成以下分析：1由圖得知(1)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的自然選擇，食物鏈中各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的順序是不可逆轉(zhuǎn)的。(2)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量總是趨向于以呼吸作用產(chǎn)生熱能而散失掉，無(wú)法再利用。因此，能量流動(dòng)的方向是單向的，只能從上一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)流向下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)，不可逆轉(zhuǎn)，

7、也不能循環(huán)流動(dòng)。2能量傳遞效率計(jì)算公式為：相鄰兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的傳遞效率×100%，請(qǐng)將圖中各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的“輸入”能量和“輸出”到下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量整理出來(lái)填在表格中，并計(jì)算相鄰營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的傳遞效率。J/(cm2·a)輸入輸出到下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)傳遞效率第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)(生產(chǎn)者)464.662.813.5%第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)(植食性動(dòng)物)62.812.620.1%第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)(肉食性動(dòng)物)12.63.由2中數(shù)據(jù)可以看出(1)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物都會(huì)因呼吸作用而消耗掉相當(dāng)大一部分能量。(2)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物中總有一部分能量未被下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物所利用。(3)還有少部分能量隨著殘枝敗葉或遺體等直接傳遞給了分解者。因此，輸

8、入各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量不可能百分之百地流入下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)，能量在沿食物鏈流動(dòng)過(guò)程中是逐級(jí)遞減的。4由2中傳遞效率可以看出，能量在相鄰兩營(yíng)養(yǎng)級(jí)間的傳遞效率大約是10%20%。若將單位時(shí)間內(nèi)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)所得到的能量、每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)有機(jī)體的數(shù)量及單位空間內(nèi)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物量數(shù)值繪制成金字塔，如下面圖表所示。能量金字塔數(shù)量金字塔生物量金字塔形狀特點(diǎn)呈正金字塔形通常為正金字塔形，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)倒金字塔形，如成千上萬(wàn)的昆蟲(chóng)以一株樹(shù)為生 一般呈正金字塔形，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)倒金字塔形，如某一時(shí)間浮游植物的生物量(用質(zhì)量來(lái)表示)可能低于浮游動(dòng)物的生物量據(jù)圖分析，一條食物鏈中一般不超過(guò)45個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的原因：生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)的傳遞效率一般是10

9、%20%，營(yíng)養(yǎng)級(jí)越多，能量的消耗就越多，所剩能量往往不能維持一個(gè)新的營(yíng)養(yǎng)級(jí)。5.下圖是某一食物網(wǎng)的示意圖：(1)如果 A增重100千克，C最多增重4千克。C最少增重0.01千克。(2)如果C增重1千克，至少需消耗A25千克。最多需消耗A10_000千克。(3)如果C從B、F中獲得的能量比為31，C增重1千克，則最少需要消耗A175千克。小貼士（1）)“未利用” 能量如：多年生植物上一年自身生長(zhǎng)發(fā)育的凈積累量；未來(lái)得及分解，被埋藏在地下形成的煤炭、石油等能量。（2）能量傳遞效率是指相鄰兩營(yíng)養(yǎng)級(jí)間，而不是種群，更不是個(gè)體。（3）一般來(lái)說(shuō)，在以低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物為主的生態(tài)系統(tǒng)中，傳遞效率可以低于10%；僅

10、在特殊條件下，某傳遞效率有可能高于20%，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)將導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)被破壞。（4）能量傳遞效率相關(guān)計(jì)算中，有時(shí)用生物量(質(zhì)量等)來(lái)代表生物所含有的能量。歸納提煉能量流動(dòng)的極值計(jì)算(1)能量在食物鏈中傳遞的計(jì)算在一條食物鏈中若某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的總能量為n，則最多傳到下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量為0.2n，最少為0.1n。在一條食物鏈中，某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量為n，需要前一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量至少為n÷20%5n，最多為n÷10%10n。(2)能量在食物網(wǎng)中傳遞的計(jì)算，設(shè)食物鏈ABCDE，分情況討論情景設(shè)置提出的問(wèn)題計(jì)算思路計(jì)算公式E營(yíng)養(yǎng)級(jí)凈增重Y至少需要A營(yíng)養(yǎng)級(jí)多少傳遞效率取20%X×(20%)4Y至

11、多需要A營(yíng)養(yǎng)級(jí)多少傳遞效率取10%X×(10%)4YA營(yíng)養(yǎng)級(jí)凈增重XE營(yíng)養(yǎng)級(jí)最多增重多少傳遞效率取20%X×(20%)4YE營(yíng)養(yǎng)級(jí)至少增重多少傳遞效率取10%X×(10%)4Y(3)在已知高營(yíng)養(yǎng)級(jí)求需要低營(yíng)養(yǎng)級(jí)最值時(shí)，若高營(yíng)養(yǎng)級(jí)有多種食物來(lái)源，要注意高營(yíng)養(yǎng)級(jí)食物來(lái)源有沒(méi)有具體分配，若有就不能選最短或最長(zhǎng)的食物鏈，而要按分配情況逐一計(jì)算，然后相加?；顚W(xué)活用2如圖為某生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)圖解部分示意圖，各代表一定的能量值，下列各項(xiàng)中正確的是()A表示流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的總能量B一般情況下，次級(jí)消費(fèi)者增加1 kg，生產(chǎn)者至少增加100 kgC生物與生物之間的捕食關(guān)系一般不

12、可逆轉(zhuǎn)，所以能量流動(dòng)具有單向性D從能量關(guān)系看問(wèn)題導(dǎo)析(1)生產(chǎn)者固定的太陽(yáng)能的總量是流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量，所以不表示(表示、不表示)流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的總能量。(2)次級(jí)消費(fèi)者增加1 千克，求生產(chǎn)者至少增加多少千克，傳遞效率應(yīng)取20%。(3)圖中次級(jí)消費(fèi)者的能量去路還可能有通過(guò)次級(jí)消費(fèi)者呼吸作用散失的熱能、未利用能量，所以與的大小關(guān)系為>。答案C解析僅僅是流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部總能量的一部分；次級(jí)消費(fèi)者增加1 kg，生產(chǎn)者至少增加25 kg；從能量關(guān)系上看，>。探究點(diǎn)三研究能量流動(dòng)的實(shí)踐意義某市在落實(shí)“禁燒秸稈”工作的過(guò)程中，化“堵”為“疏”，引導(dǎo)農(nóng)民設(shè)計(jì)建立了如下生態(tài)系統(tǒng)模式圖，閱

13、讀教材思考如下問(wèn)題：1相比農(nóng)作物秸稈直接燃燒，上述生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了農(nóng)作物中能量的多級(jí)利用，提高了能量利用率。這說(shuō)明：研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)，可以幫助人們科學(xué)規(guī)劃、設(shè)計(jì)人工生態(tài)系統(tǒng)，使能量得到最有效的利用。2有人說(shuō)：“由于上述生態(tài)系統(tǒng)是人工設(shè)計(jì)，所以其中營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間能量的傳遞效率可由人類(lèi)任意控制?！蹦阏J(rèn)為對(duì)嗎？答案不對(duì)。3在上述生態(tài)系統(tǒng)中，人們?yōu)樘岣咿r(nóng)作物的產(chǎn)量，要經(jīng)常到田間除草、滅蟲(chóng)、滅鼠。這樣做的目的是合理調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)關(guān)系，使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟?lèi)最有益的部分。小貼士能量傳遞效率與能量利用效率的比較（1）能量傳遞效率：計(jì)算公式為：能量傳遞效率(下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化量/上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化量)&

14、#215;100%，能量在相鄰兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的傳遞效率約為10%20%。（2）能量利用效率：流入最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量占生產(chǎn)者能量的比值。在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，營(yíng)養(yǎng)級(jí)越多，在能量流動(dòng)過(guò)程中消耗的能量就越多，因此食物鏈越短，能量利用效率越高。歸納提煉根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)規(guī)律，在實(shí)際生產(chǎn)生活中借鑒以下措施(1)盡量縮短食物鏈。(2)充分利用生產(chǎn)者。(3)充分利用分解者，如利用秸稈培育食用菌、利用植物殘?bào)w生產(chǎn)沼氣等?；顚W(xué)活用3在社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)中，四川某地通過(guò)新建沼氣池和植樹(shù)造林，構(gòu)建了新型農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)(如圖所示)。請(qǐng)判斷下列說(shuō)法的正誤：(1)該生態(tài)系統(tǒng)中，處于第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物有人和家禽、家畜()(2)該

15、生態(tài)系統(tǒng)中，人的作用非常關(guān)鍵，植物是主要成分()(3)該生態(tài)系統(tǒng)的建立，提高了各營(yíng)養(yǎng)級(jí)間的能量傳遞效率()(4)微生物也能利用農(nóng)作物通過(guò)光合作用儲(chǔ)存的能量()(5)多途徑利用農(nóng)作物可提高該系統(tǒng)的能量利用率()(6)沼渣、沼液作為肥料還田，使能量能夠循環(huán)利用()(7)沼氣池中的微生物也是該生態(tài)系統(tǒng)的分解者()(8)沼氣可以用來(lái)作燃料或者取暖，是“低碳經(jīng)濟(jì)，低碳生活”很好的體現(xiàn)()答案(1)(2)(3)×(4)(5)(6)×(7)(8)解析能量只能單向流動(dòng)，逐級(jí)遞減。在食物網(wǎng)相鄰營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間傳遞效率并沒(méi)有改變，改變的只是能量利用率。1根據(jù)生態(tài)學(xué)的原理，要使能量流經(jīng)食物鏈的總消耗最

16、少，人們應(yīng)采取哪一種食物結(jié)構(gòu)()A以家禽的蛋類(lèi)為主B以淡水養(yǎng)殖的魚(yú)、蝦為主C以谷物和植物蛋白為主D以雞、豬等家禽、家畜的肉類(lèi)為主答案C解析根據(jù)能量流動(dòng)逐級(jí)遞減的原理，食物鏈越長(zhǎng)，流經(jīng)食物鏈的總能量損失越多。由此可知，以植物性產(chǎn)品為食的生物與植物(生產(chǎn)者)組成的共有兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的食物鏈最短，能量在此種食物鏈流動(dòng)時(shí)損失最少。2.如圖食物網(wǎng)中的華南虎體重每增加1 kg，至少需要消耗植物()A10 kg B25 kgC50 kg D100 kg答案B解析解本題的關(guān)鍵有二：一是理解“至少”的含義，應(yīng)按照能量傳遞效率20%計(jì)算；二是對(duì)圖的理解，即圖中的斑羚和野豬無(wú)需分開(kāi)計(jì)算。華南虎體重增加1 kg，則至少需

17、要消耗初級(jí)消費(fèi)者(斑羚和野豬)5 kg，需要消耗生產(chǎn)者(植物)至少為25 kg。3“草兔子狐貍狼”為某草原上的一條食物鏈，下列關(guān)于該食物鏈的說(shuō)法中，正確的是()A該食物鏈中兔子是初級(jí)消費(fèi)者、第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)B兔子產(chǎn)生的糞便不屬于兔子的同化量，而是草固定的能量的一部分C根據(jù)能量金字塔可知，處于塔尖的狼，其個(gè)體體內(nèi)的能量少于兔子個(gè)體體內(nèi)的能量D狐貍捕食一只兔子，則該兔子體內(nèi)的能量全部流向狐貍答案B解析生產(chǎn)者是第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)；兔子的糞便不屬于兔子的同化量；能量金字塔描述的是營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的能量關(guān)系，不能簡(jiǎn)單等同于單個(gè)個(gè)體。4下圖是對(duì)某湖泊的能量考查結(jié)果單位：千焦/(厘米2·年)，請(qǐng)據(jù)圖回答：(1)流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量主要是指_，有_千焦/(厘米2·年)。(2)能量從第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)到第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的傳遞效率約為_(kāi)%，這說(shuō)