第2節生態系統的能量流淌課堂互動探究案課程標準1.分析生態系統中的能量在生物群落中單向流淌并逐級遞減的規律。2．舉例說明探討生態系統中能量流淌規律，人們能夠更加科學、有效地利用生態系統中的資源。3．說明生態金字塔表示食物網各養分級之間在個體數量、生物量和能量方面的關系。素養達成1.通過分析生態系統的能量流淌的過程，建立生命系統的能量觀。(生命觀念)2．分析能量流淌過程，歸納總結能量流淌特點，形成科學思維的習慣。(科學思維)3．通過總結探討能量流淌的實踐意義，形成學以致用，關注生產生活的看法。(社會責任)設疑激趣大草原上主要的生產者就是小草，草原上幾乎全部的動物都是由小草養活的，沒有小草，也就不會有兔子和鷹?，F在小草有問題要問了：①我們的能量來自哪里？②照耀在草地上的太陽能都被我們汲取了嗎？③我們汲取了太陽能后，這些能量有哪些去向？今日我們共同學習生態系統的能量流淌。夯基提能·分層突破——互動·探究·智涂學習主題一能量流淌的過程活動1呼倫貝爾草原上的鷹捕食兔子，存在一條食物鏈：草→兔→鷹。草原上生產者主要是草，草原上幾乎全部動物都是干脆或間接由草養活，那么草的能量來自哪里？它的能量又是經什么途徑傳遞給其他動物的？活動2視察玉米的能量流淌圖示填空1．A是通過________完成的，該過程使________轉化成________能，以________的形式儲存在玉米體內。2．B通過________作用為生長發育供應能量，這個過程產生的能量大部分以________能的形式散失掉了。3．C過程中，枯枝落葉中的有機物被________分解為無機物，能量被釋放。4．D是指部分能量被雞通過________攝入體內，最終同化為自身的能量。活動3如圖表示能量流經其次養分級示意圖，請據圖思索下列問題：1．攝入量(a)和糞便量(c)、初級消費者的同化量(b)之間具有怎樣的等量關系？2．初級消費者的糞便中的能量屬于哪個養分級的能量？第三養分級的糞便中的能量呢？3．初級消費者同化的能量又有幾個流向？易錯易混：(1)攝入量≠同化量①攝入量：指動物取食的總量，可以理解為動物的食物總量。②同化量：指動物經過消化和汲取后轉化為自身的能量。③關系：同化量＝攝入量－糞便量同化量才是真正流經該養分級的總能量。糞便中的能量不是該養分級的能量，而是上一個養分級的同化量的一部分。如羊吃草，羊糞便中的能量是草同化的能量，并不屬于羊同化的能量。(2)能量的輸入并非只有光合作用能量的輸入過程，絕大部分是通過綠色植物的光合作用進行的，但在極少數特別空間，如深海熱泉口生態系統中，是通過特別細菌的化能合成作用完成的。名師提示：1．某一個養分級的能量在肯定時間內的去路(1)自身呼吸作用消耗；(2)流入下一養分級；(3)被分解者分解利用；(4)“未利用”(指未被自身呼吸作用消耗，也未被下一養分級和分解者利用)。2．能量流淌的一個流程圖和三個關系式(1)攝入量＝同化量＋糞便中的能量。(2)同化量＝用于生長、發育和繁殖的能量＋呼吸作用消耗的能量。1.分析能量流淌的基本思路探討能量流淌不能在個體水平上，只能在群體水平上。以食物鏈和食物網為渠道，以種群或養分級為對象作為一個整體來探討，可以簡化問題，清楚地分析出能量流淌的基本思路。2．流入某一養分級的能量的來源和去路(1)能量來源(2)能量去向：流入某一養分級(最高養分級除外)的能量去向可從以下兩個角度分析：①不定時(能量的最終去路)②定時(某段時間內的能量去路)3．“拼圖法”分析能量流淌過程輸入第一養分級的能量(W1)，被分為兩部分：一部分在生產者的呼吸作用中以熱能的形式散失了(A1)，一部分則用于生產者的生長、發育和繁殖(B1＋C1＋D1)。而后一部分能量中，包括現存植物體的B1、流向分解者的C1、流向下一養分級的D1，如圖所示：1．(學業水平三)流經某一生態系統的總能量是()A．照耀到該生態系統中的全部太陽能B．該生態系統中生產者所固定的太陽能C．該系統中全部生產者、消費者、分解者體內的能量D．該生態系統中生產者體內的能量2．(學業水平三)下列關于能量流淌的敘述，錯誤的是()A．各養分級同化的能量一般都會分為兩部分流向分解者B．各養分級呼吸作用散失的能量都不能被其他生物所同化C．消費者糞便中的能量應屬于上一養分級同化的能量D．每種肉食性消費者同化的能量都來自于不同養分級3．(學業水平四)某同學繪制了下圖所示的能量流淌圖解，下列敘述正確的是()A.生產者固定的總能量可表示為(A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2)B．初級消費者用于生長、發育和繁殖的能量為B2＋D2C．初級消費者攝入的能量為(A2＋B2＋C2)D．W1＝D1＋D24．(學業水平四)(不定項選擇)下圖為生態系統中能量流淌圖解部分示意圖，①②③④各代表肯定的能量值，下列敘述中不正確的是()A．圖中④包含了次級消費者糞便中的能量B．在食物鏈中各養分級獲得能量的方式及能量的用途完全相同C．①表示流經此生態系統的總能量D．從能量關系看②＞③＋④學習主題二能量流淌的特點、生態金字塔及探討意義活動1美國生態學家林德曼對一個結構相對簡潔的自然湖泊——賽達伯格湖的能量流淌進行了定量分析，得出了如圖所示的數據[單位：J/(cm2·a)]。請完成以下分析：1．由圖得知，能量流淌的方向是________，只能從________養分級流向________養分級，再依次流向后面的各個養分級，不行逆轉，也不能循環流淌。2．將各養分級上的能量“流入”和“流出”清單整理出來填在表格中(“流出”的能量不包括呼吸作用散失的能量)。[單位：J/(cm2·a)]流入流出傳遞效率第一養分級(生產者)464.662.8________其次養分級(植食性動物)62.812.6________第三養分級(肉食性動物)12.6－－(1)由此總結能量流淌的傳遞效率公式：能量傳遞效率＝下一營養級同化量本營養級同化量(2)能量傳遞效率是指各________之間的能量傳遞，不是指個體或種群之間。(3)生態系統中的能量流淌為什么是單向的？(4)能量傳遞效率10%～20%是對整體而言的，某一食物鏈中相鄰兩個________的傳遞效率可能會低于10%。3．由2中數據可以看出，輸入各養分級的能量不行能百分之百流入下一養分級，能量在沿________流淌過程中是________的。其緣由是：大部分能量通過________以熱能的形式散失；________________被分解者分解利用；還有一部分能量未被利用。4.由2中傳遞效率可以看出，能量在相鄰兩養分級間的傳遞效率大約是________。利用該效率，將單位時間內各養分級所得到的能量、數量及生物量數值繪制成金字塔，如下表所示。能量金字塔數量金字塔生物量金字塔圖示(1)據圖分析，一條食物鏈中一般不超過5個養分級，緣由是：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)用能量流淌的原理，說明諺語“一山不容二虎”隱含的道理。活動2某市在落實“禁燒秸稈”工作的過程中，化“堵”為“疏”，引導農夫設計建立了如下生態系統模式圖，閱讀教材思索如下問題：1．相比農作物秸稈干脆燃燒，上述生態系統實現了農作物中能量的________，提高了________。這說明：探討能量流淌可幫助人們________、設計人工生態系統，使能量得到________的利用。例如，在森林中，最好使能量多儲存在木材中；在草原牧場上，則最好使能量多流向牛、羊等牲畜體內，獲得更多的毛、肉、皮、奶等畜產品。2．有人說：“由于上述生態系統是人工設計的，所以其中養分級之間能量的傳遞效率可由人類隨意限制。”你認為對嗎？3．在上述生態系統中，人們為提高農作物的產量，要常常到田間除草、滅蟲、滅鼠。這樣能合理調整生態系統中的________關系，使能量持續高效地流向____________________________________________。易錯易混：能量傳遞效率≠能量利用率(1)能量傳遞效率：能量在沿食物鏈流淌的過程中，逐級削減，若以“養分級”為單位，能量在相鄰兩個養分級之間的傳遞效率約為10%～20%。(2)能量利用率：通常考慮的是流入人體中的能量占生產者能量的比值，或流入最高養分級的能量占生產者能量的比值，或考慮分解者的參加，以實現能量的多級利用。誤區警示：依據能量傳遞效率進行“正向”和“反向”推導計算時，要留意題目給出的條件：(1)若已知較低養分級的能量，求較高養分級的能量，則用能量值乘以能量傳遞效率，反之則用能量值除以能量傳遞效率；(2)要留意題目是否給出了能量傳遞效率的詳細數值。1.能量流淌的特點及緣由2．生態金字塔能量金字塔、數量金字塔、生物量金字塔三者都是用來說明食物鏈中能量流淌狀況的，三者統稱為生態金字塔。不同的金字塔能形象地說明養分級與能量、數量、生物量之間的關系，是定量探討生態系統的直觀體現。能量金字塔數量金字塔生物量金字塔形態特點肯定為正金字塔一般為正金字塔形，有時會出現倒金字塔形一般為正金字塔形象征意義能量沿食物鏈流淌過程中具有逐級遞減的特點一般生物個體數目在食物鏈中隨養分級上升而逐級遞減一般生物量(現存生物有機物的總質量)沿食物鏈上升逐級遞減每一階含義食物鏈中每一養分級生物所含能量的多少每一養分級生物個體的數目每一養分級生物的有機物總量特別形態無(肯定正立)樹→昆蟲→鳥人工養殖的魚塘中，生產者的生物量可以小于消費者的生物量3.能量流淌的極值計算(1)能量在食物鏈中傳遞的計算①在一條食物鏈中若某一養分級的總能量為n，則傳到下一養分級的能量最多為0.2n，最少為0.1n。②在一條食物鏈中，若某一養分級的能量為n，須要前一養分級的能量最少為n÷20%＝5n，最多為n÷10%＝10n。(2)能量在食物網中傳遞的計算①若一食物網中，已知最高養分級增加能量為Na.求最多消耗第一養分級多少時，按最長食物鏈，最低傳遞效率計算；b.求至少消耗第一養分級多少時，按最短食物鏈，最高傳遞效率計算。②若一食物網中，已知第一養分級能量為Ma.求最高養分級最多獲得多少能量時，應按最短食物鏈，最高傳遞效率計算；b.求最高養分級最少獲得多少能量時，應按最長食物鏈，最低傳遞效率計算。(3)在已知高養分級求須要低養分級最值時，若高養分級有多種食物來源，要留意高養分級食物來源有沒有詳細安排，若有就不能選最短或最長的食物鏈，而要按安排狀況逐一計算，然后相加。4．在實際生產生活中對生態系統的能量流淌規律的應用(1)盡量縮短食物鏈。(2)充分利用生產者。(3)充分利用分解者，如利用秸稈培育食用菌、利用植物殘體生產沼氣等。1．(學業水平三)處于能量金字塔塔基的生物是()A.第一養分級、生產者B.其次養分級、次級消費者C.第三養分級、三級消費者D.第四養分級、四級消費者2．(學業水平三)一個池塘有生產者(浮游植物)、初級消費者(植食性魚類)、次級消費者(肉食性魚類)和分解者(微生物)。其中生產者固定的全部能量為a，流入初級消費者、次級消費者和分解者的能量依次為b、c、d。下列表述正確的是()A.a＝b＋dB．a>b＋d＋cC.a<b＋dD．a<c＋d3.(學業水平四)某生態系統中存在如圖所示的食物網，如將C的食物比例由A∶B＝1∶1調整為2∶1，能量傳遞效率按10%計算，該生態系統能承載C的數量是原來的()A.1.375倍B．1.875倍C.1.273倍D．0.575倍4．(學業水平四)(不定項選擇)生態系統中存在食物鏈“馬尾松→松毛蟲→杜鵑”，如圖表示松毛蟲攝入能量的流淌方向。下列敘述不正確的是()A.該食物鏈中的生物在數量上呈正金字塔模型B.松毛蟲和杜鵑之間的能量傳遞效率可用E/A×100%表示C.由松毛蟲流入分解者的能量可用C＋D＋F表示D.若遷走全部杜鵑，松毛蟲的種群數量將呈“J”形增長強化落實·學業達標——歸納·提升·素養網絡建構主干落實1.生態系統的能量流淌是指能量的輸入、傳遞、轉化和散失的過程。2．生態系統的能量流淌從生產者固定太陽能起先。3．生態系統中能量流淌是單向的、逐級遞減的。能量在相鄰兩個養分級間的傳遞效率大約為10%～20%。4．探討生態系統的能量流淌，可以幫助人們將生物在時間、空間上進行合理配置，增大流入某個生態系統的總能量。5．探討生態系統的能量流淌，可以幫助人們科學地規劃和設計人工生態系統，使能量得到最有效的利用。6．探討生態系統的能量流淌，還可以幫助人們合理地調整能量流淌關系，使能量持續高效地流向對人類最有益的部分。高效課堂·實踐運用——鞏固·達標·反饋1．一個自然湖泊生態系統中，肉食性動物比草食性動物的數量少得多。這是由于()A．湖泊中氧氣不足B．湖泊中動物的密度太大C．捕食肉食性動物的鳥類過多D．能量在食物鏈中逐級遞減2．下圖為某生態系統部分能量流淌示意圖，能量沿著一條食物鏈(綠色植物→鼠→鼬)流淌。據圖分析，下列相關敘述錯誤的是()A．圖中“呼吸”是指細胞呼吸過程中以熱能形式散失的能量B．分解者能將動植物遺體殘骸中的有機物分解成無機物C．鼠攝入的能量中，最多有20%的能量流向鼬D．鼬為次級消費者，其攝入量減去糞便量即同化的能量3．某同學通過分析蛇的食性繪制了如圖所示的食物關系。假定一條1kg的蛇，4/5的食物來自鼠，1/5的食物來自蛙。按能量流淌的最高效率計算，此蛇間接消耗的植物為()A．45kgB．22.5kgC．90kgD．20kg4．(不定項選擇)如圖是一個農業生態系統模式圖，下列關于該系統的敘述中，正確的是()A．微生物能利用農作物通過光合作用儲存的能量B．沼氣池中的微生物是該生態系統的分解者C．沼渣、沼液作為肥料還田，使能量能夠循環利用D．多途徑利用農作物可提高該系統的能量利用效率5．如圖是某湖泊生態系統能量流淌的定量分析圖解。圖中A、B、C代表三個養分級，數字均為實際測得的能量值，單位為百萬千焦。已知該生態系統受到的太陽輻射為118872.0百萬千焦，但其中118761.0百萬千焦的能量未被利用。請回答：(1)請將流經該生態系統的總能量值填寫在圖中的方框內，這部分能量是________所固定的太陽能。(2)能量從第一養分級到其次養分級的傳遞效率約為________%，從其次養分級到第三養分級的傳遞效率為________%。(3)次級消費者通過呼吸作用消耗的能量占其同化作用所得到的能量的比例是________%。(4)由圖可知，下一個養分級不能得到其上一個養分級的全部能量，緣由：①各養分級生物體內的大部分能量被________________；②各養分級生物體內的部分能量____________________；③還有部分能量被________利用。疑難解答·全程培優——釋疑·解惑·教材教材第60頁?【練習與應用】一、概念檢測1．(1)√(2)×(3)√2．C該生態系統中生產者體內的能量小于生產者固定的太陽能總量，A錯誤；照耀到該生態系統中的全部太陽能不能被生產者全部固定，生產者固定的太陽能才是流經該生態系統的總能量，包括生態系統內全部生物體內的能量和它們呼吸作用散失的能量，C正確，B、D錯誤。3．B由于生產者自身呼吸會消耗一部分能量，還有部分能量未利用，所以生產者固定的太陽能要大于消費者和分解者所獲得的能量之和。二、拓展應用1．(1)(2)提示：圖b所示生態系統的能量能夠更多地被人類所利用，因為其中流向分解者的能量，還有一部分以生活能源或食物中化學能的形式被人類再度利用，即該生態系統實現了能量的多級、充分利用，提高了能量的利用率。2．提示：不能。依據熱力學其次定律，在封閉系統中，隨著時間的推移無序性將增加。硅藻能利用獲得的養分通過自身的新陳代謝作用釋放能量，從而依靠能量完成物質由無序向有序的轉化，筑造自己的精致小“屋”。開放性問題，答案合理即可。第2節生態系統的能量流淌夯基提能·分層突破學習主題一【師問導學】活動1提示：草的能量來自太陽光能。傳遞途徑為食物鏈或食物網?；顒?1．光合作用光能化學有機物2．呼吸熱3．分解者4．捕食活動31．提示：攝入量(a)＝糞便量(c)＋同化量(b)。2．提示：初級消費者的糞便中的能量屬于第一養分級的能量，第三養分級的糞便中的能量屬于其次養分級的能量。3．提示：三個：自身呼吸作用散失、被分解者利用和流向下一養分級?！具^程評價】1．解析：流經某一生態系統的總能量是指這個生態系統的生產者所固定的全部太陽能。答案：B2．解析：各養分級獲得的同化量中流向分解者的能量常常分為兩部分，即一部分是形成的遺體、殘骸等，另一部分是被下一養分級攝入后形成的糞便，A正確；各養分級呼吸作用釋放的能量一部分用于滿意自身生命活動，一部分以熱能散失，其中散失的能量不能被其他生物所同化利用，B正確；消費者糞便中的能量由于沒有被消費者同化，所以應屬于上一養分級同化的能量，C正確；在特定的生態系統中，部分肉食性消費者同化的能量可能只來源于同一個養分級，D錯誤。答案：D3．解析：生產者固定的總能量(W1)是流經該生態系統的總能量，W1＝A1＋B1＋C1＋D1，又因為D1＝A2＋B2＋C2＋D2，所以W1＝A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2，A正確；初級消費者用于生長、發育和繁殖的能量為B2＋D2＋C2，B錯誤；初級消費者攝入的能量應大于其同化量，即大于A2＋B2＋C2＋D2，C錯誤；按最大能量傳遞效率20%計算，圖中的D1＝W1×20%，D2＝D1×20%＝W1×4%，所以D1＋D2＝W1×24%，故W1＞D1＋D2，D錯誤。答案：A4．解析：④是次級消費者流向分解者的能量，屬于次級消費者同化的能量，而次級消費者糞便中的能量不屬于它同化的能量，屬于初級消費者同化的能量，A錯誤；在食物鏈中，各養分級獲得能量的方式及能量的用途不完全相同，B錯誤；①表示初級消費者同化的能量，而流經生態系統的總能量是生產者固定的能量，C錯誤；②為次級消費者同化的能量，其去向除了③流向下一養分級(三級消費者)、④流向分解者外，還有呼吸消耗和未被利用的，所以②>③＋④，D正確。答案：ABC學習主題二【師問導學】活動11．單向的第一其次2．13.5%20.1%(2)養分級(3)提示：①食物鏈中各種生物之間的捕食關系是確定的，是在長期自然選擇過程中形成的，不能逆轉；②各養分級的能量最終是在呼吸作用過程中以熱能形式散失的，而熱能是不能被生物再度利用的。(4)養分級3．食物鏈逐級遞減呼吸作用遺體、排遺物、殘枝敗葉4．10%～20%(1)生態系統中能量流淌的傳遞效率一般是10%～20%，養分級越多，能量的消耗就越多，所剩能量往往不能維持一個新的養分級(2)提示：依據生態系統中能量流淌逐級遞減的特點和規律可知，養分級越高，可利用的能量就越少，虎在生態系統中幾乎是最高養分級，通過食物鏈(網)流經虎的能量已減到很小的程度。因此，虎的數量將是很少的。故“一山不容二虎”?；顒?1．多級利用能量利用率科學規劃最有效2．提示：不對。人們雖然可設法調整能量流淌方向，使能量流向對人類最有益的部分，但不能變更能量的傳遞效率。3．能量流淌對人類最有益的部分【過程評價】1．解析：生產者是第一養分級，其固定的能量最多，在能量金字塔的最底層，是能量金字塔的塔基，A正確。答案：A2．解析：生態系統中，生態系統中的能量流淌從生產者固定太陽能起先，能量流淌只能從第一養分級流向其次養分級，再依次流向后面的各個養分級，是單向不行逆轉的。流入初級消費者、次級消費者和分解者的能量全部來自生產者，且每個養分級都有呼吸消耗的能量，所以，初級消費者(b)、次級消費者(c)、分解者(d)的能量之和小于生產者固定的全部能量(a)，即a>b＋d＋c，B符合題意。答案：B3．解析：由于生產者沒有變更，所以流向該生態系統的總能量沒有變更，設C原來的能量為a，則須要A供應的能量為1/2a×10×10＋1/2a×10＝55a；變更食物比例后的C的能量設為b，則須要A供應的能量為2/3b×10＋1/3b×10×10＝40b。依據題意可知：55a＝40b，即：b/a＝1.375。答案：A4．解析：該食物鏈中的生物在能量上呈正金字塔形，而數量上松毛蟲的數量多于馬尾松，不呈現正金字塔形，A錯誤；松毛蟲的同化量是A，杜鵑的同化量是E，能量傳遞效率可用E/A×100%表示，B正確；由松毛蟲流入分解者的能量可用D＋F表示，C表示松毛蟲糞便量，屬于馬尾松的能量，C錯誤；若遷走全部杜鵑，但由于資源和空間是有限的，松毛蟲的種群數量增長將呈現“S”形增長，D錯誤。答案：ACD高效課堂·實踐運用1．解析：湖泊中氧氣不足