3.2.1 能量流动的过程及特点（Word教参）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中生物选择性必修2 生物与环境（人教版2019）

第2节　生态系统的能量流动 第1课时　能量流动的过程及特点 [课标要求]1.通过分析能量在各营养级间的流动情况，建立生态系统能量流动的模型，概述生态系统能量流动的过程。　2.通过定量分析赛达伯格湖的能量流动，概述生态系统能量流动的特点。 知识点1　能量流动的过程1.概念 生态系统中能量的__输入__、__传递__、__转化__和__散失__的过程，称为生态系统的能量流动。 2．过程 (1)能量输入：被生产者通过__光合作用__转化为__化学能__固定在它们所制造的有机物中。 (2)第一营养级的能量分析 (3)能量流经第二营养级的示意图 (4)生态系统能量流动的示意图 知识点2　能量流动的特点 1.能量流动的特点 (1)__单向流动__：沿食物链由低营养级流向高营养级，不可__逆转__，也不能__循环__流动。 (2)__逐级递减__ ①能量在沿食物链流动的过程中__逐级减少__。 ②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__5__个营养级。 2．能量传递效率 (1)能量传递效率＝×100%。 (2)能量在相邻两个营养级间的传递效率一般只有__10%～20%__。 3．生态系统维持正常功能的条件 任何生态系统都需要不断得到来自__系统外__的能量补充，以便维持生态系统的正常功能。 1．基础判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)能量通过光合作用和化能合成作用输入生态系统，通过呼吸作用输出生态系统。(√) (2)生态系统的能量流动是单向的，原因是一个营养级呼吸散失的能量不能被生产者再同化，且捕食关系是不可逆的。(√) (3)一只狼捕食了一只兔子，该狼获得了兔子能量的10%～20%。(×) 提示　能量传递效率是针对相邻两个营养级中的所有生物而言的，不针对个体。 (4)在“植物→鼠→鹰”这条食物链中，第三营养级含能量最少。(√) (5)第三营养级生物产生粪便中的能量属于该营养级的同化量。(×) 提示　第三营养级生物产生粪便中的能量属于第二营养级的同化量。 相邻两个营养级间的传递效率≠某天敌捕食某食物时的传递效率 在食物链中，所谓能量有效传递效率为10%～20%是指从上一营养级传入下一营养级的能量大约只占上一营养级同化量的10%～20%，而不是下一营养级的某生物捕食上一营养级某生物时，只得到10%～20%的能量。如草→羊→狼这条食物链中，当“一只”狼捕食“一只”羊时，狼得到的应为羊同化能量的大部分。 2．教材习题改编小练(教材P60“概念检测”改编) 下列与生态系统能量流动相关的叙述，错误的是(　　) A．太阳能只有通过生产者才能输入到生态系统中 B．生态系统中初级消费者越多，次级消费者获得的能量越少 C．能量沿食物链流动是单向的 D．流经神农架国家级自然保护区的总能量是该保护区中生产者所固定的太阳能 答案　B 解析　生态系统中，初级消费者越多，次级消费者获得的能量可能越多，B项错误。 1．(教材P54“问题探讨”)假如你像小说中的鲁滨逊那样，流落在一个荒岛上，那里除了有饮用的水，几乎没有任何食物。你身边尚存的食物只有1只母鸡、15 kg玉米。要维持更长时间等待救援，需获得更多能量，那么究竟要采用以下哪种生存策略呢？ A．先吃鸡再吃玉米 B．先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡下的蛋，最后吃鸡 提示　应该先吃鸡，再吃玉米，即选择A。若选择B，则玉米是生产者，鸡是初级消费者，人是次级消费者，如此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，维持生存时间缩短。 探究点1　能量流动的过程及特点 1．如图表示某生态系统能量流经第二营养级示意图，请据图思考下列问题： (1)摄入量(a)和粪便量(c)、初级消费者的同化量(b)之间的关系可表示为__a＝c＋b__。 (2)初级消费者的粪便中的能量属于第__一__营养级的同化量的一部分，而第三营养级粪便中的能量应属于__第二营养级__的同化量的一部分。 (3)初级消费者同化的能量应包含如下去向： ①__自身呼吸作用散失__； ②__流向下一营养级__； ③__被分解者分解__。 (4)假设上述生态系统中存在一条食物链：草→兔→鹰。这里的生产者主要是草，几乎全部动物都是直接或间接由草养活，草的能量来自__太阳能__，这些能量传递给其他动物的途径是__食物链或食物网__。 1．能量流动过程归纳 2．能量的来源和去路分析 (1)来源 ①第一营养级：主要是太阳能。 ②其他营养级：通过摄食上一营养级获取。 ③分解者：各营养级生物的粪便、遗体残骸等。 (2)去路 ①最高营养级：自身呼吸消耗；被分解者分解利用；未被利用的能量(即最高营养级的消费者的能量没有流向下一营养级这条途径)。 ②其他营养级：自身呼吸消耗；流入下一营养级；被分解者分解利用；未被利用的能量。 (3)从长远来看，生态系统中的能量最终都以热能形式散失掉了。 【例1】 如图为生态系统部分能量流动图解，下列叙述正确的是(　　) A．a表示初级消费者粪便中的能量，b表示初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量 B．c表示初级消费者的同化量 C．图中b＝a＋c D．c指向分解者的箭头中包含初级消费者的遗体残骸，也包括次级消费者粪便中的能量 答案　D 解析　a表示初级消费者粪便中的能量，属于生产者固定的能量，摄入量－粪便中的能量＝同化量，同化量一部分用于呼吸作用消耗，一部分用于生长、发育和繁殖，所以图中b表示初级消费者的同化量，c表示初级消费者用于自身生长、发育和繁殖的能量，A、B项错误；图中b＝呼吸作用消耗的能量＋c，C项错误；c中一部分会被下一个营养级摄入，下一个营养级粪便中的能量属于c而不属于自身的同化量，所以图中c指向分解者的箭头中包含初级消费者的遗体残骸，也包括次级消费者粪便中的能量，D项正确。 【例2】 (2023·全国甲)在生态系统中，生产者所固定的能量可以沿着食物链传递，食物链中的每个环节即为一个营养级。下列关于营养级的叙述，错误的是(　　) A．同种动物在不同食物链中可能属于不同营养级 B．作为生产者的绿色植物所固定的能量来源于太阳 C．作为次级消费者的肉食性动物属于食物链的第二营养级 D．能量从食物链第一营养级流向第二营养级只能单向流动 答案　C 解析　杂食性动物既会捕食植物，又会捕食动物，如果捕食植物，就是第二营养级，捕食动物，就是第三营养级或更高营养级，所以不同食物链中的动物会处于不同的营养级，A项正确；绿色植物进行的是光合作用，能量来源于太阳，B项正确；次级消费者是第三营养级，初级消费者是第二营养级，第一营养级是生产者，C项错误；因为第一营养级是植物，第二营养级是动物，食物链是单向的，能量流动也就是单向的，D项正确。 探究点2　能量流动的特点1.生态学家林德曼对一个结构相对简单的天然湖泊——赛达伯格湖的能量流动进行了定量分析。林德曼得到的数据如图所示。回答下列问题： ,图中数字为能量数值，单位是J/(cm2·a)(焦每平方,厘米年)。)) (1)据图分析，图中生产者__不能__(填“能”或“不能”)捕食肉食性动物来完成能量的循环；呼吸作用散失的能量__不能__(填“能”或“不能”)再被生产者利用来合成有机物，即能量流动的第一个特点是__单向流动__。 (2)据图完成表格内容并分析 项目 输入 输出到下一营养级 传递效率 第一营养级(生产者) 464.6 62.8 __13.5%__ 第二营养级(植食性动物) 62.8 12.6 __20.1%__ 可以看出，能量在相邻两个营养级间的传递效率大约为__10%～20%__，即能量流动的第二个特点是__逐级递减__。其原因是各个营养级的生物都会因__呼吸作用__消耗相当大的一部分能量，供自身利用和以__热能__的形式散失；各营养级中的能量都要有一部分流入__分解者__；每个营养级的生物总有一部分能量__未被利用__。 (3)由赛达伯格湖的能量流动图解可以看出，生态系统中的能量流动是单向的，其原因是食物链中，相邻营养级的生物之间__吃与被吃__的关系不可逆转，因此能量不能倒流，这是长期__自然选择__的结果。由上表看出生态系统中的能量流动是逐级递减的。 1．能量单向流动的两大原因 (1)食物链各营养级的顺序是不可逆转的，这是长期自然选择的结果，如肉食性动物以植食性动物为食，而不能反过来。 (2)各营养级通过呼吸作用以热能形式散失的能量是无法再被利用的，因此，能量也不能循环流动，而必须由太阳能不断补充。 2．能量逐级递减的原因 (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)各营养级的生物中总有一部分能量未被下一个营养级利用。 (3)还有少部分能量随着残枝败叶或遗体流入分解者。 【例3】 下列有关生态系统能量流动的叙述，正确的是(　　) A．兔子吃了1 kg的草，则这1 kg草中的能量就流入了兔子体内 B．一只狼捕食了一只兔子，则这只兔子中10%～20%的能量就流入了狼的体内 C．生产者通过光合作用合成有机物，能量就从无机环境流入生物群落 D．生态系统的能量是可以循环利用的 答案　C 解析　兔子吃了1 kg的草，即摄入了1 kg草的能量，但摄入的能量并没有全部被兔子同化，因为有一部分能量残留在其粪便中，随粪便排出了体外，这部分是生产者的同化量，A项错误；能量传递效率为10%～20%指的是能量在相邻两个营养级之间的传递效率，并非个体与个体之间，B项错误；生产者通过光合作用合成有机物来固定光能，能量就从无机环境流入生物群落，C项正确；生态系统中的能量沿着食物链或食物网单向流动、逐级递减，是不可以循环利用的，D项错误。 【例4】 某人工鱼塘中存在如下图所示的能量流动关系，其中字母表示能量(单位：kJ)。据图分析错误的是(　　) A．草鱼与植物之间的能量传递效率为c/a×100% B．d是草鱼用于生长、发育和繁殖的能量 C．在自然水域(自然池塘)中往往d＋f＝c D．g中含有部分植物通过光合作用固定的能量 答案　A 解析　图中6表示草鱼的摄入量，c表示草鱼的同化量，d代表草鱼用于生长、发育和繁殖的能量，f表示草鱼呼吸作用消耗的能量，h为草鱼粪便中的能量，i为草鱼遗体残骸中的能量。草鱼的同化量c中还包含有机饲料输入的部分，并不完全来自植物，因此草鱼与植物之间的能量传递效率小于c/a×100%，A项错误，B项正确；在自然水域中，草鱼同化的能量一呼吸作用消耗的能量十用于自身生长、发育和繁殖的能量，即d＋f＝c，C项正确；流向g中的能量有草鱼粪便中的能量，而草鱼粪便中的能量为植物通过光合作用固定的能量，D项正确。 探究点3　能量流动的相关计算 1．如图是某湖泊生态系统能量流动的定量分析图解。图中A、B、C代表三个营养级，数字均为实际测得的能量值，单位为百万千焦。已知该生态系统受到的太阳辐射为118 872.0百万千焦，但其中118 761.0百万千焦的能量未被利用。回答下列问题： (1)流经该生态系统的总能量为多少？这部分能量来自哪？ 流经该生态系统的总能量是生产者固定的太阳能，即118 872.0－118 761.0＝111.0(百万千焦)。 (2)能量从第一营养级到第二营养级以及从第二营养级到第三营养级的传递效率分别为多少？ 相邻两个营养级的能量传递效率等于某一营养级同化的能量占上一个营养级同化的能量的比例，即A到B的能量传递效率为15.0÷111.0×100%≈13.5%；B到C的能量传递效率为3.0÷15.0×100%＝20.0%。 (3)次级消费者通过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多少？ 次级消费者通过呼吸作用消耗的能量占其同化作用所得到的能量的比例为1.8÷3.0×100%＝60.0%。 2．下图表示A、B两个特定生态系统的能量金字塔，请回答下列问题： 　 (1)依据生态学原理可知，同样的玉米，上述哪种营养结构可养活更多的人口？为什么？ A的营养结构可养活更多人口。因为B中人处于第三营养级，能量损耗加大，所以养活的人口更少。 (2)一个吃玉米的人所获得的能量一定比一个吃牛肉的人获得的能量多，对吗？为什么？ 不对。A、B营养结构中“牛”“人”代表的是相应营养级环节，并非“一个人”。 (3)就 这一食物网而言，若人的素食∶肉食比例由1∶1调整为2∶1，则同样的玉米，人获得的能量是原来的多少倍？写出推导思路(设能量传递效率为20%)。 1．29。推导思路如下： 设玉米量均为A，调整前人获得的能量为x1，调整后人获得的能量为x2， 则＋＝A，＋＝A， 则x1＝，x2＝，＝＝≈1.29。 【例5】 (2024·黑吉辽)(不定项)如图为某红松人工林能量流动的调查结果。此森林的初级生产量有很大部分是沿着碎屑食物链流动的，表现为枯枝落叶和倒木被分解者分解，剩余积累于土壤。据图分析，下列叙述正确的是(　　) 注：植物所固定的太阳能或所制造的有机物质称为初级生产量，其包括净初级生产量和自身呼吸消耗的能量。 A．E是太阳照射到生态系统的能量 B．E2属于未被利用的能量 C．E3占净初级生产量的36% D．E3的产生过程是物质循环的必要环节 C答案　D 解析　由题干“此森林的初级生产量有很大部分是沿着碎屑食物链流动的，表现为枯枝落叶和倒木被分解者分解”和图注可知，E是初级生产量，A项错误；E2属于呼吸消耗的能量，B项错误；E1是净初级生产量，E3占净初级生产量的36%，C项正确；E3表示枯枝落叶和倒木被分解者分解产生的能量，因此其产生过程是物质循环的必要环节，D项正确。 能量的传递效率和计算公式 能量在相邻两个营养级间的传递效率为10%～20%，其计算公式如下： 能量传递效率＝×100% 核心知识小结 [要点回眸] [答题必备] 1.生态系统的能量流动是指能量的输入、传递、转化和散失的过程。 2．任何生态系统都需要不断得到来自系统外的能量补充，以便维持生态系统的正常功能。 3．能量流动的特点是单向流动、逐级递减。 4．能量在相邻两个营养级间的传递效率大约为10%～20%。 1．下列关于生态系统能量流动的叙述，正确的是(　　) A．营养级数量越多，相邻营养级之间的能量传递效率就越低 B．呼吸消耗量在同化量中所占比例越少，生物量增加就越多 C．生产者的同化量越大，各级消费者的体型就越大 D．营养级所处的位置越高，该营养级所具有的总能量就越多 答案　B 解析　在流入生态系统能量一定的情况下，相邻营养级之间的能量传递效率相对较高才能维持高营养级生物的生存，A项错误；呼吸消耗量在同化量中占比越少，意味着积累越多，生物量增加就越多，B项正确；生产者的同化量越大，能养活的消费者就越多，但与消费者的体型大小无关，C项错误；由于能量在流动过程中逐级递减，因此营养级所处的位置越高，该营养级所具有的总能量就越少，D项错误。 2．在一个生态系统中，草食性动物所同化的能量等于(　　) A．生产者固定的太阳能的总量 B．生产者固定的太阳能的总量减去生产者的呼吸量 C．被草食性动物吃了的植物所含的能量减去粪便等排遗物中的能量 D．用于草食性动物的生长、发育和繁殖等生命活动所需的能量 答案　C 解析　生产者固定的太阳能的总量是流经生态系统的总能量，A项错误；生产者固定的太阳能的总量减去生产者呼吸作用散失的能量是植物用于生长、发育和繁殖等生命活动的能量，B项错误；草食性动物所同化的能量等于被草食性动物摄食的植物所含的能量减去粪便等排遗物中的能量，C项正确；用于草食性动物的生长、发育和繁殖等生命活动所需的能量和草食性动物呼吸消耗的能量之和才是草食动物所同化的能量，D项错误。 3．下列关于生态系统的能量流动的叙述，错误的是(　　) A．由于生态系统的能量流动是逐级递减的，所以营养级越高所同化的能量就越少 B．由于散失的热能不能被生产者重新固定，所以生态系统的能量流动是单向不可循环的 C．充分利用作物秸秆等可以提高能量的传递效率 D．能量流动和物质循环的渠道都是食物链和食物网 答案　C 解析　生态系统的能量传递效率一般不能人为改变，充分利用作物秸秆只能提高能量利用率而不能提高能量传递效率，C项错误。 4．(2023·山东)某浅水泉微型生态系统中能量情况如表所示，该生态系统中的初级消费者以生产者和来自陆地的植物残体为食。下列说法正确的是(　　) 生产者 固定 来自陆地的植物残体 初级消费者 摄入 初级消费者 同化 初级消费者呼吸消耗 能量[105 J/ (m2·a)] 90 42 84 13.5 3 A.流经该生态系统的总能量为90×105 J/(m2·a) B．该生态系统的生产者有15%的能量流入下一营养级 C．初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量为10.5×105 J/(m2·a) D．初级消费者粪便中的能量为70.5×105 J/(m2·a)，该能量由初级消费者流向分解者 答案　C 解析　该生态系统中的初级消费者以生产者和来自陆地的植物残体为食，因此，流经该生态系统的总能量为生产者固定的太阳能和来自陆地的植物残体中的能量，即90＋42＝132×105 J/(m2·a)，A项错误；初级消费者以生产者和来自陆地的植物残体为食，表格中没有显示生产者流入初级消费者的能量比例，因此无法计算有多少能量流入下一营养级，B项错误；初级消费者的同化量为13.5×105 J/(m2·a)，初级消费者呼吸消耗的能量为3×105 J/(m2·a)，因此初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量＝同化量－呼吸消耗量＝10.5×105 J/(m2·a)，C项正确；初级消费者摄入量包括粪便量和次级消费者同化量，同化量又包括呼吸作用以热能形式散失的量和用于生长、发育和繁殖的量，生长、发育和繁殖的量又包括流向下一营养级的量和被分解者利用的量，因此初级消费者粪便中的能量不会由初级消费者流向分解者，D项错误。 5．海水立体养殖中，表层养殖海带等大型藻类，海带下面挂笼养殖滤食小型浮游植物的牡蛎，底层养殖以底栖微藻、生物遗体残骸等为食的海参。某海水立体养殖生态系统的能量流动示意图如下，M、N表示营养级。回答下列问题： (1)估算海参种群密度时常用样方法，原因是______________________。 (2)图中M用于生长、发育和繁殖的能量为________kJ/(m2·a)。由M到N的能量传递效率为________(保留一位小数)，该生态系统中的能量________(填“能”或“不能”)在M和遗体残骸间循环流动。 (3)由于养殖的海带数量过多，造成牡蛎减产，从生物群落的角度分析，原因是___________________________________________________________________ _______________________________________。 (4)海水立体养殖模式运用了群落的空间结构原理，依据这一原理进行海水立体养殖的优点是____________________。在构建海水立体养殖生态系统时，需考虑所养殖生物的环境容纳量、种间关系等因素，从而确定每种生物之间的合适比例，这样做的目的是__________________________________________________。 解析 (1)海参由于活动能力弱，活动范围小，所以常用样方法测定种群密度。(2)M用于生长、发育和繁殖的能量＝同化的能量－呼吸作用消耗的能量＝3 281＋2 826－3 619＝2 488 kJ/(m2·a)；由M到N的能量传递效率为386÷(3 281＋2 826)≈6.3%；由于能量流动的方向是单向的，因此不能循环。(3)牡蛎以浮游植物为食，由于海带的竞争，浮游植物数量下降，牡蛎的食物减少，所以产量降低。(4)海水立体养殖利用了群落结构的特点，优点是能充分利用空间和资源；由于空间和资源是有限的，所以在构建海水立体养殖生态系统时，需考虑所养殖生物的环境容纳量、种间关系等因素，从而确定每种生物之间的合适比例，维持生态系统的稳定性，保持养殖产品的持续高产。 答案 (1)海参活动能力弱，活动范围小 (2)2 488　6.3%　不能　(3)由于海带的竞争，浮游植物数量下降，牡蛎的食物减少，产量降低　(4)能充分利用群落的空间和资源　维持生态系统的稳定性，保持养殖产品的持续高产(实现生态效益和经济效益的可持续发展) 学科网（北京）股份有限公司 $$