3.2.2 生态金字塔和研究能量流动的实践意义（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课时　生态金字塔和研究能量流动的实践意义 [课标要求]1.用生态金字塔表征生态系统中各营养级间的能量、生物量或数量等关系。　2.概述研究生态系统的能量流动的意义。 知识点1　生态金字塔1.类型：__能量金字塔__、__生物量金字塔__、__数量金字塔__。 2．能量金字塔 (1)概念：如果将单位时间内各营养级所得到的__能量数值__转换为__相应面积(或体积)__的图形，并将图形按照营养级的次序排列，即可得到一个__金字塔__图形，称作__能量金字塔__。 (2)特征：由于能量在流动过程中总是__逐级递减__，因此能量金字塔通常都是__上窄下宽的金字塔__形。 3．生物量金字塔 (1)概念：若用同样的方法表示各个营养级__生物量__(每个营养级所容纳的有机物的总干重)之间的关系，就形成生物量金字塔。 (2)特征：生物量金字塔大多也是__上窄下宽__的金字塔形，一般来说，植物的总干重通常__大于__植食性动物的总干重，而植食性动物的总干重也__大于__肉食性动物的总干重。 4．数量金字塔 (1)概念：数量金字塔表示各个营养级的生物个体的__数目比值关系__。 (2)特征： ①在一个草原生态系统中，吃草的鼠比草的数目少，吃鼠的鼬又比鼠的数目少，这时，数量金字塔是__上窄下宽__的金字塔形。 ②如果消费者个体小而生产者个体大，如昆虫和树，那么数量金字塔就会呈现__上宽下窄__的倒置的金字塔形。 知识点2　研究能量流动的实践意义1.帮助人们将生物在__时间、空间__上进行合理配置，__增大__流入某个生态系统的总能量。 2．帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到__最有效__的利用，实现对能量的__多级__利用，从而大大提高能量的__利用率__。 3．帮助人们合理地调整__生态系统中的能量流动关系__，使能量__持续高效__地流向对人类__最有益__的部分。 1．基础判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)生态系统中能量的初始来源只有太阳能。(×) 提示　生态系统的能量来源主要为太阳能，也可源自某些无机物氧化分解释放的能量，如硝化细菌、硫细菌、铁细菌等化能自养型生物。 (2)农业生态系统中，沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用。(×) 提示　沼液和沼渣可以为农作物提供肥料，沼气池发酵产生的沼气又能成为人类的能源物质，实现了能量的多级利用，而能量不能循环利用。 (3)所有生态系统中生产者得到的能量必然大于消费者得到的能量。(×) 提示　人工生态系统中生产者得到的能量可能小于消费者得到的能量。 (4)拔去田间杂草是人为地调整能量流动的方向，提高生态系统的能量传递效率。(×) 提示　拔去田间杂草可以提高能量的利用率，但不能提高能量的传递效率。 (5)研究能量流动，可调整能量流动关系，使生产者固定的能量全部流向人类。(×) 提示　生产者自身呼吸会消耗一部分能量，因此生产者固定的能量不会全部流向人类。 (6)能量金字塔和生物量金字塔可以出现倒置现象。(×) 提示　能量金字塔不会出现倒置现象。 1．教材P60“练习与应用”分析图 (1)分析图a和图b两幅图，作出这两个生态系统的能量流动图解。 如图所示 (2)哪个生态系统的能量能够更多地被利用？为什么？ 图b所示生态系统的能量能够被更多地利用。因为图b所示生态系统中流向分解者的能量，还有一部分可以以生活能源或食物中化学能的形式被人类再度利用，因此，该生态系统实现了能量的多级、充分利用，提高了能量的利用率。 探究点1　生态金字塔 下图为某生态系统能量金字塔，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的营养级，M1、M2代表不同的能量形式。思考并回答下列问题： (1)图中M1、M2分别表示什么？ M1是输入到生态系统中的总能量，为该生态系统中全部生产者固定的太阳能总量；M2是该系统散失的能量——热能(或通过呼吸作用散失的热量)。 (2)通常情况下，位于营养级Ⅳ的生物量一般远少于营养级Ⅲ，主要原因是什么？ 由于在食物链中能量传递逐级递减，Ⅳ的营养级最高，可利用的能量最少，所以营养级Ⅳ的生物量一般远少于营养级Ⅲ。 (3)如果把各个营养级的生物个体的数量关系，用绘制能量金字塔的方式表达出来，是不是也如上窄下宽的金字塔形？有没有例外？ 一般情况下，也是上窄下宽的金字塔形，但有时也可能出现上宽下窄的倒置的金字塔形，如成千上万只昆虫生活在一株大树上，该数量金字塔的塔形就会发生倒置。 【例1】 如图为某一生态系统的能量金字塔，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ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．Ⅰ是初级消费者 B．Ⅳ为分解者 C．E1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　据图分析，Ⅰ是生产者，处于第一营养级，A项错误；Ⅳ为三级消费者，处于第四营养级，B项错误；E1为太阳能，用于植物的光合作用，E2为热能，是生物呼吸作用产生的，C项正确；能量在食物链中是单向流动的，不能循环利用，D项错误。 【例2】 生态金字塔包括能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔，下图中的几种生态金字塔模型是根据某一时刻的调查结果绘制而成的。下列分析错误的是(　　) A．甲可为数量金字塔，消费者个体大，生产者个体小常出现这种金字塔 B．乙可为生物量金字塔，海洋中某时刻浮游植物的生物量可能小于浮游动物的 C．丙可为能量金字塔，根据能量流动的特点，能量金字塔通常是上窄下宽的 D．生态金字塔中的每一个层级均代表一个营养级，但不包括分解者 答案　A 解析　甲类型的数量金字塔出现倒置的原因是消费者个体小，生产者个体大，比如树和昆虫，A项错误；乙可为生物量金字塔，如海洋浮游植物的生物量小于浮游动物，但浮游植物繁殖速度很快，B项正确；能量流动具有逐级递减的特点，营养级越高所含能量越少，故丙可为能量金字塔，通常是上窄下宽形的，C项正确；生态金字塔中的每一个层级均代表一个营养级，包括生产者和消费者，但不包括分解者，D项正确。 生态金字塔类型比较 项目 能量金字塔 生物量金字塔 数量金字塔 形状 特点 通常为正金字塔形 一般为正金字塔形 一般为正金字塔形 图形 含义 能量沿食物链单向流动、逐级递减 一般生物有机物的总量沿食物链随营养级的升高而逐级递减 一般生物个体数量随食物链中营养级升高而逐级递减 每一 阶的 含义 每一营养级生物所含能量的多少 每一营养级所容纳的有机物的总干重 每一营养级生物个体的数量 特殊 状况 分析 某些人工生态系统可呈倒金字塔形(如人工鱼塘、城市生态系统，其能量需人工补给而不能完全依赖生产者固定的能量) 倒置金字塔(在海洋生态系统中，微小藻类世代短、繁殖快，作为生产者时，第一营养级生物量少) 树→昆虫→食虫鸟(成百上千只昆虫生活在一棵树上，吸引几只食虫鸟) 探究点2　研究能量流动的实践意义 1．用能量流动的原理，解释谚语“一山不容二虎”隐含的道理。 提示　根据生态系统中能量流动、逐级递减的特点和规律可知。营养级越高，可利用的能量就越少，老虎在生态系统中几乎是最高营养级，通过食物链(网)流经老虎的能量已减到很小的程度。因此，老虎的数量一般很少。“一山不容二虎”。 2．人们在研究能量流动时，将秸秆作为牲畜饲料，将粪便投入沼气池，生产燃料。此过程提高能量的传递效率了吗？ 提示　没有。以上过程提高了能量的利用率，即人类充分利用了流向分解者的能量；实现了对能量的多级利用，减少了环境污染，但没有提高能量在不同营养级之间的传递效率。 【例3】 (2024·1月浙江节选)不经意间观察到一些自然现象，细究之下，其实有内在的逻辑。回答下列问题：为了畜牧业的兴旺，牧民们对草原生态系统进行一定的干预，例如对牛羊取食之余牧草及时收割、打包，从生态系统功能的角度分析，这项干预措施的意义有_________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________。 解析 从生态系统能量流动的功能解释，对牛羊取食之余牧草及时收割、打包，可以使能量更多地流向对人类有益的方向。 答案 使能量更多地流向对人类有益的方向 【例4】 (2022·山东)某地长期稳定运行稻田养鸭模式，运行过程中不投放鸭饲料，鸭取食水稻老黄叶、害虫和杂草等，鸭粪可作为有机肥料还田。该稻田的水稻产量显著高于普通稻田，且养鸭还会产生额外的经济效益。若该稻田与普通稻田的秸秆均还田且其他影响因素相同，下列说法正确的是(　　) A．与普通稻田相比，该稻田需要施加更多的肥料 B．与普通稻田相比，该稻田需要使用更多的农药 C．该稻田与普通稻田的群落空间结构完全相同 D．该稻田比普通稻田的能量的利用率低 答案　A 解析　该稻田生态系统的营养结构更复杂，其水稻产量还显著高于普通稻田，而运行过程中不投放鸭饲料，因此与普通稻田相比，该稻田需要施加更多的肥料，A项正确；鸭取食害虫和杂草等，可以减少农药的使用，B项错误；该稻田增加了鸭子使得群落的物种组成不同，因此该稻田与普通稻田的群落空间结构不完全相同，C项错误；该稻田的水稻产量显著高于普通稻田，且养鸭还会产生额外的经济效益，与普通稻田相比，该稻田的能量利用率高，D项错误。 研究能量流动实践意义的2个易错表述： (1)可以实现能量的多级利用，但不能实现能量的循环利用。 (2)可以人为提高能量的利用率，但不能提高能量的传递效率。 核心知识小结 [要点回眸] [答题必备] 1.如果将单位时间内各营养级所得到的能量数值或生物量数值或数量值转化为相应面积或体积的图形，将得到三类(能量、生物量、数量)金字塔。 2．研究生态系统的能量流动，可以帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。 1．如图所示为生物界可能出现的4种生态金字塔。下列相关叙述错误的是(　　) A．树→虫→鸟的数量金字塔和能量金字塔可分别用图甲和图丙表示 B．图丁不能表示能量金字塔与能量流动具有逐级递减的特点 C．生态金字塔中，每一种生物只能属于一层，每一层都不含分解者 D．生态金字塔中每一层代表一个营养级，图中“1”代表第一营养级 答案　C 解析　一棵树上有很多植食性昆虫，还有少量鸟类，所以数量金字塔可用图甲表示；能量流动具有逐级递减的特点，所以能量金字塔可用图丙表示；图丁不能体现出能量流动具有逐级递减的特点，A、B项正确。生态金字塔中，对于杂食性动物而言，可以属于不同的营养级，C项错误。生态金字塔中每一层代表一个营养级，图中“1”代表第一营养级，D项正确。 2．(2024·山东)某稳定的生态系统某时刻第一、第二营养级的生物量分别为6g/m2和30g/m2，据此形成上宽下窄的生物量金字塔。该生态系统无有机物的输入与输出，下列说法错误的是(　　) A．能量不能由第二营养级流向第一营养级 B．根据生物体内具有富集效应的金属浓度可辅助判断不同物种所处营养级的高低 C．流入分解者的有机物中的能量都直接或间接来自于第一营养级固定的能量 D．第一营养级固定的能量可能小于第二营养级同化的能量 答案　D 解析　能量流动的特点是单向流动、逐级递减，能量不能由第二营养级流向第一营养级，A项正确；依据生物富集，金属浓度沿食物链不断升高，故可辅助判断不同物种所处营养级的高低，B项正确；第一营养级植物的残枝败叶中的有机物流入分解者、消费者的遗体残骸中的有机物流入分解者，流入生态系统的总能量来自于生产者固定的太阳能总量，消费者通过捕食生产者获取能量，故流入分解者的有机物中的能量都直接或间接来自于第一营养级固定的能量，C项正确；该生态系统是稳定的生态系统，第一营养级固定的能量大于第二营养级同化的能量，D项错误。 3．茶树菇味道鲜美，常生长在油茶树枯朽的树桩上。某林场尝试在树下套种茶树菇，并用桐树、柳树、杨树脱落的枝叶制作培养基。下列相关叙述正确的是(　　) A．油茶树枯朽树桩中的能量不属于油茶树的同化量 B．生长在油茶树树桩上的茶树菇属于生态系统中的分解者 C．套种措施可以提高树木和茶树菇对阳光等资源的利用率 D．该林场提高了能量的传递效率，实现了能量的多级利用 答案　B 解析　油茶树枯朽树桩中的能量属于油茶树的同化量中流向分解者的部分，A项错误；茶树菇属于分解者，不能直接利用阳光，C项错误；该林场的做法实现了能量的多级利用，提高了能量的利用率而不是传递效率，D项错误。 4．设计人工生态系统的常用方法之一是给食物链(网)“加环”，如图就是一种“加环”示意图。据图判断，下列有关叙述正确的是(　　) A．用残渣来培育食用菌和蛆，提高了能量的传递效率 B．用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇，可增加经济效益 C．用蛆的排泄物作为有机肥还田，使能量能够循环利用 D．离开人的管理，该生态系统仍可以正常运转 答案　B 解析　用残渣来培育食用菌和蛆，提高了能量的利用率，但不能提高能量传递效率，A项错误；用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇，可提高经济效益，B项正确；生态系统的能量流动是单向的，不能循环利用，C项错误；人工生态系统中人起到了决定性作用，离开人的管理，该生态系统不能正常运转，D项错误。 5．(2022·天津)为研究河流中石块上微生物群落的演替，将灭菌后的裸石置于河流中，统计裸石上不同时间新增物种数目(图1)、自养类群和异养类群的个体数量(图2)(A和H分别代表自养和异养类群的优势种)。 ,图1) ,图2) (1)裸石上发生的群落演替类型为________。 (2)由图1可知，演替的前120天，生长在裸石上的物种总数________(填“增加”或“减少”)，之后，演替趋于稳定。 (3)由图2可知，演替稳定后，优势种A的环境容纳量与演替初期相比________(填“变大”或“变小”)。 (4)已知自养类群为异养类群提供有机碳，演替达到稳定后，两者的数量金字塔是________(填“正”或“倒”)金字塔形，能量金字塔是____(填“正”或“倒”)金字塔形。 (5)当试验裸石上的演替稳定后，其群落结构应与周围类似石块上已稳定存在的群落结构相似，原因是两者所处的________相似。 解析 (1)群落演替的类型有初生演替和次生演替，裸石上没有土壤条件，发生的演替类型为初生演替，初生演替的大致阶段：裸岩阶段→地衣阶段→苔藓阶段→草本植物阶段→灌木阶段→森林阶段。(2)由图1可知，演替的前120天，随着演替时间增加，新增物种数减少，也就是增加速率减慢，但还是在增加，到120天时，新增物种数为0，即不再增加，因此演替的前120天，生长在裸石上的物种总数增加，之后，演替趋于稳定。(3)由图1可知，120天后，新增物种数为0，群落演替达到稳定，由图2可知，与120天前优势种A的圆圈面积相比，120天后的优势种A圆圈面积较小，因此演替稳定后，优势种A的环境容纳量与演替初期相比变小。(4)由图2可知，120天后，异养类群圆圈面积较自养类群圆圈面积大，即数量可能较多，自养类群为异养类群提供有机碳，据此推测演替达到稳定后，两者的数量金字塔是倒金字塔。由于能量在流动过程中总是逐级递减，自养类群为异养类群提供有机碳，因此能量金字塔通常都是正金字塔形。(5)群落演替的根本原因是内外环境条件的变化使得群落基因库改变，当试验裸石上的演替稳定后，其群落结构应与周围类似石块上已稳定存在的群落结构相似，原因是两者所处的环境条件相似。 答案 (1)初生演替　(2)增加　(3)变小　(4)倒　正　(5)环境条件 学科网（北京）股份有限公司 $$