第三章 第2节 第2课时 生态金字塔和研究能量流动的实践意义-【金版新学案】2024-2025学年新教材高二生物选择性必修2 生物与环境同步课堂高效讲义教师用书word（人教版2019，不定项版）

第2课时　生态金字塔和研究能量流动的实践意义 [学习目标]　1.用生态金字塔表示生态系统中各营养级间的能量、生物量或数量等关系。　2.概述研究生态系统能量流动的意义。　3.举例说明利用能量流动规律，人们能够更科学地规划和有效地利用生态系统中的资源。 知识点一　生态金字塔 1．生态金字塔：能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔等的统称。 2．能量金字塔 (1)概念：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，可形成一个金字塔图形，叫作能量金字塔。 (2)特点：通常呈上窄下宽的金字塔形。 (3)意义：能量金字塔能直观地反映出能量在各营养级之间的传递规律。 3．生物量金字塔 (1)概念：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)特点：大多是上窄下宽的金字塔形。 4．数量金字塔 (1)概念：表示各个营养级的生物个体的数目比值关系，就形成数量金字塔。 (2)特点：一般呈上窄下宽的金字塔形，但也可呈上宽下窄倒置的金字塔形，如昆虫和树。 1．能量金字塔直观地反映出生态系统各营养级间能量的关系，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。 2．一般情况下，生物量金字塔是上窄下宽的金字塔形，但是有时候会出现倒置的金字塔形。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生物量可能低于浮游动物的生物量。当然，总的来看，一年中浮游植物的总的生物量还是比浮游动物的要多。 3．人类位于食物链的顶端，从能量金字塔来看，人口数量日益增长，这会对地球上现有的生态系统造成什么影响？ 提示：人口数量日益增长，会要求低营养级有更多的能量流入人类所处的营养级，也就是说，人类所需要的食物会更多，将不得不种植或养殖更多的农畜产品，会给地球上现有的自然生态系统带来更大的压力。 探究点　分析生态金字塔的种类和特征，提升生命观念和科学思维能力 某个湖泊生态系统的能量金字塔模型如下图所示，共有A～D四层，回答下列问题： 学生用书第67页 (1)D层的含义是什么？ 提示：第一营养级(生产者)在单位时间内固定的太阳能。 (2)A～D层生物组成有什么共同特点？ 提示：每一层的所有生物同属同一个营养级。 (3)通常情况下，该图除表示能量金字塔外，还可以表示哪些生态金字塔？ 提示：生物量金字塔、数量金字塔。 (4)试举一例倒置的金字塔，并尝试解释其原因。 提示：如树、虫和鸟构成的数量金字塔、海洋中某时刻浮游植物与浮游动物构成的生物量金字塔等。当生产者个体比消费者个体大得多时，数量金字塔可能是倒置的。 归纳总结 生态金字塔的种类及特点 项目 能量金字塔 数量金字塔 生物量金字塔 形状 象征含义 能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性 一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减 一般生物有机物的总质量沿食物链升高而逐级递减 特点 正金字塔形 一般为正金字塔形 一般为正金字塔形 分析 能量流动的过程中总是有能量的耗散，故能量流动逐级递减 成千上万只昆虫生活在一株大树上时，该数量金字塔的塔形会发生变化 浮游植物的个体小，寿命短，又不断被浮游动物吃掉，所以某一时间浮游植物的生物量可能低于浮游动物的生物量 应用1.(2023·四川南充高二期中)下图表示某森林生态系统的能量金字塔，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示不同的营养级。下列叙述正确的是(　　) A．该生态系统的数量金字塔也一定符合该模型 B．图中Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ构成一条食物链 C．Ⅱ中能量的去向除了图中所示外，还有呼吸散失的热能和被分解者利用的能量 D．能量在流动过程中是逐级递减的，能量传递效率随营养级的升高而逐级递减 答案：C 解析：该生态系统的数量金字塔存在倒置情况，例如树、虫、鸟，A错误；图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ代表的是营养级，每个营养级可能不止一种生物，B错误；流经第二营养级的能量，除了传递到下一个营养级外，还包括呼吸散失的热能、被分解者利用的能量，C正确；能量在流动过程中逐级递减，但能量传递效率不会随营养级的升高而逐级递减，传递效率一般在10%～20%之间，D错误。 应用2.(2023·河北张家口高二期末)生态金字塔包括能量金字塔、数量金字塔和生物量金字塔，下列有关叙述正确的是(　　) A．绘制生物量金字塔需将各营养级制造的有机物量转换为相应的面积或体积 B．自然生态系统的能量金字塔一般不会倒置，人工生态系统可能会倒置 C．浮游植物个体小、寿命短且不断被浮游动物捕食，二者构成的生物量金字塔总是倒置 D．如果消费者的个体大而生产者的个体小，数量金字塔可能为上宽下窄型 答案：B 解析：各个营养级的生物量是指每个营养级所容纳的有机物总干重(即有机物的积累量)，故绘制生物量金字塔需将各营养级容纳的有机物量转换为相应的面积或体积，A错误；自然生态系统的能量金字塔一般不会倒置，但人工生态系统例如池塘，存在能量的人工输入，故第一营养级固定的太阳能可能会低于第二营养级的同化量，使能量金字塔出现倒置现象，B正确；浮游植物个体小、寿命短，且不断被浮游动物捕食，二者构成的生物量金字塔在一定时间内可能会倒置，但不会永远倒置，C错误；如果消费者的个体小而生产者的个体大，数量金字塔可能为上宽下窄型，D错误。 学生用书第68页 知识点二　研究能量流动的实践意义 1．可以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。例如，间作套种、多层育苗、稻—萍—蛙等立体农业生产方式。 2．可以帮助人们科学地规划和设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。例如，秸秆喂牲畜；粪便制沼气；沼渣肥田，这样就实现了对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率。 3．还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。例如，合理确定草场载畜量、麦田除草、除虫等。 探究点　结合具体实例分析研究能量流动的实践意义，提升社会责任 以中国传统农田生态系统为例，思考并回答以下问题： (1)哪些措施能增加流入农田生态系统的总能量？ 提示：合理密植、间作套种等立体农业生产方式充分利用了空间和资源，能增加流入农田生态系统的总能量。 (2)及时清除农田中杂草的意义是什么？ 提示：调整农田生态系统中的能量流动关系，使能量更多地流向对人类最有益的部分。 (3)如果把作物秸秆当燃料烧掉，人类就不能充分利用秸秆中的能量。如果将秸秆用作饲料喂牲畜，可获得肉、蛋、奶等；将牲畜的粪便作为沼气池发酵的原料，可以生产沼气提供能源，沼渣还可以作为肥料还田，这样做的目的是什么？此过程提高能量的传递效率了吗？ 提示：实现对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率。没有提高能量的传递效率；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。 归纳总结 能量传递效率与能量利用率的比较 1．能量传递效率 (1)含义：生态系统中能量传递效率约为10%～20%，即输入某一营养级的能量中，只有10%～20%的能量流到下一营养级(最高营养级除外)。 (2)计算公式 能量传递效率＝×100%。 2．能量利用率 (1)一般指流入最高营养级(或人类)的能量占生产者固定总能量的比值。 (2)一般来说，食物链越短，能量利用率越高。 (3)有时考虑分解者的参与，使营养结构更复杂，以实现能量的多级利用，从而提高能量的利用率。 应用1.(2023·江苏盐城高二期中)“稻田养鱼”是一种新兴的生态养殖模式。该模式利用稻田水面养鱼，既可获得鱼产品，又可利用鱼吃掉稻田中的害虫和杂草。鱼排出粪肥，翻动泥土促进肥料分解，为水稻生长创造良好条件。下列叙述正确的是(　　) A．该生态系统的结构包括非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者 B．鱼吃杂草，杂草同化能量中的 10%～20%流入鱼体内 C．粪便作为有机肥还田时，粪便中的能量流向了农作物 D．该模式提高了能量利用率，使能量流向对人类最有益的地方 答案：D 解析：生态系统的结构包括组成成分和营养结构，A错误；10%～20%是营养级之间的能量传递效率，不是两种生物之间的能量传递效率，B错误；农作物不能利用粪便中的能量，粪便中的能量流向了分解者，C错误；生态农业使能量多级利用，提高了能量利用率，使能量流向对人类最有益的地方，D正确。 学生用书第69页 应用2.近年来，我国南方地区大力发展“稻—鸭”“桑—蚕—鱼”“果树—蘑菇”等立体生态农业系统，取得了良好的经济效益和生态效益。下列叙述正确的是(不定项)(　　) A．鸭子作为分解者，能加快生态系统的物质循环 B．“桑—蚕—鱼”生态系统能提高能量传递效率和能量利用率 C．蘑菇作为分解者，能将有机物分解成无机物，实现能量多级利用 D．与传统农业相比，生态农业系统减少化肥和农药的使用，减少环境污染 答案：CD 解析：稻田中的鸭子以浮游动植物和害虫为食，是消费者，能加快生态系统的物质循环，A错误；相邻两个营养级间能量传递效率一般为10%～20%，“桑—蚕—鱼”生态系统只能提高能量利用率，不能提高能量传递效率，B错误；蘑菇是大型真菌，属于分解者，能将有机物分解成无机物，实现能量多级利用，C正确；与传统农业相比，生态农业系统的生物种类增多，自我调节能力强，能减少农药、化肥的利用，减少环境污染，D正确。 思维导图 要语必背 1．生态金字塔包括能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔等。能量逐级递减，能量金字塔通常呈现正金字塔形。 2．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。 3．从能量流动的角度分析，建设“沼气池”的意义是实现了对能量的多级利用，从而大大提高了能量的利用率。 4．从能量流动的角度分析，合理确定草场载畜量的目的是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．(2023·衡水中学高二期中)生态金字塔可用来表示生态系统中不同营养级的个体数量、生物量和能量等的数量关系。下列叙述错误的是(　　) A．生态金字塔可分别以个体数量、生物量和能量为指标绘制 B．生态金字塔的最下层塔基越宽，生态系统的食物链不一定越复杂 C．生态金字塔中每个营养级的生物不一定都属于同一食物链 D．在紫外线辐射强的高海拔地区容易出现能量金字塔的倒置 答案：D 解析：生态金字塔可采用生物量单位、能量单位和个体数量单位，故可分别以个体数量、生物量和能量为指标绘制，A正确；食物链的复杂程度，与生产者(植物)、消费者的种类及其形成的捕食关系密切相关，B正确；生态金字塔中每个营养级的生物均属于食物网的同一营养级，不一定属于同一条食物链，C正确；因为能量是逐级递减的，因此在自然生态系统中能量金字塔通常都是上窄下宽的金字塔型，不可倒置，D错误。 2．(2023·鹤岗一中高二期中)下图为甲、乙两个自然生态系统中每个营养级的生物个体数量示意图。假设输入两个生态系统的总能量相同。下列有关叙述正确的是(　　) A．甲的生物种类比乙多 B．甲的第一营养级固定的能量比乙多 C．甲中只含有1条含三个营养级的食物链 D．甲、乙中现存消费者的总能量可能相同 答案：D 解析：甲中生产者数量多，但甲的生物种类不一定比乙多，A错误；由题知输入两个生态系统的总能量相同，因此甲的第一营养级固定的能量等于乙的，B错误；图甲能够说明有3个营养级，每个营养级可能包括多个物种，图甲不一定只有一条食物链，C错误；由题知输入两个生态系统的总能量相同，虽然乙营养级多，在能量传递中损失较多，但若甲以10%的能量传递效率传递能量，乙以大于10%的能量传递效率传递能量，甲、乙中现存消费者的总能量可能相同，D正确。 3．(2023·广西钦州高二期中)生态金字塔包括能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔，关于生态金字塔的叙述，错误的是(　　) A．生态金字塔中的每一个层级均代表一个营养级，其中不包括分解者 B．海洋中某时刻可能会出现如图甲所示的上宽下窄倒置的生物量金字塔 C．消费者个体大，生产者个体小的生态系统常出现如图甲所示的数量金字塔 D．根据能量流动的特点，生态系统通常出现如图乙所示的上窄下宽的能量金字塔 答案：C 解析：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，A正确。图甲可为生物量金字塔，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正确。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，C错误。能量流动具有逐级递减的特点，营养级越高所含的能量越少；若乙为能量金字塔，根据能量流动的特点，能量金字塔通常是上窄下宽的，D正确。 学生用书第70页 4．(2023·陕西汉中高二期中)果树套种花生立体农业已成为多数果农热衷的农业生产模式。果农根据气候、雨水等选择种植李子、甜柿、核桃、刺梨等灌木类果树，根据各种果树种植的行距合理布局花生、葡萄、猕猴桃等蔓生于灌木类果树中，精心管理，并辅以沼气池，充分利用自然资源，提高经济效益。下列叙述正确的是(　　) A．该立体农业中植物数量多，增加了化肥和农药的使用 B．葡萄、猕猴桃蔓生于灌木类果树上，存在寄生关系 C．花生和灌木类果树之间形成明显的垂直结构 D．与传统农业相比，该立体农业各营养级间的能量传递效率高 答案：C 解析：果树套种花生立体农业，合理布局花生、葡萄、猕猴桃等蔓生于灌木类果树中，精心管理，并辅以沼气池，充分利用自然资源，实现了能量的多级利用和物质循环再生利用，减少了化肥和农药的使用，净化了环境，同时还增加了经济效益，A错误；寄生植物只能从绿色的植物取得其所需的全部或大部分养分和水分，而葡萄、猕猴桃自身能够合成所需的营养物质，故葡萄和猕猴桃蔓生于灌木类果树上，不存在寄生关系，B错误；花生和灌木类果树共同争夺阳光等资源和空间，是种间竞争关系，果树套种花生立体农业具有分层现象形成了明显的垂直结构，C正确；该立体农业各营养级间的能量传递效率没有发生变化，但提高了能量利用率，D错误。 5．(2024·湖南岳阳高二期末)某人工生态系统的能量流经两个营养级的数据分析如表所示。下列分析错误的是(不定项)(　　) 项目 生产者固定 人为添加 初级消费 者摄入 初级消费 者同化 初级消费者 呼吸散失 能量/ [×105 J·(m2·a)-1] 100.0 25.0 85.0 17.5 7.0 A.如果去掉该生态系统中的人为因素，则该系统可能会发生变化 B．流经该生态系统的总能量是各营养级同化量与人为添加能量之和 C．初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量小于呼吸散失的能量 D．该生态系统中分解者获得的能量可以来自生产者和消费者 答案：BC 解析：这是人工生态系统，人为因素不可或缺，如果去掉该生态系统中的人为因素，会导致第一营养级的能量减少，直接影响后面营养级的同化量，则该系统可能会发生变化，A正确；流经该生态系统的总能量是生产者同化量与人为添加能量之和，B错误；初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量＝初级消费者的同化量－初级消费者呼吸散失的能量＝17.5－7.0＝10.5＞7.0，C错误；生产者和分解者的同化量的一部分都会流入分解者，所以该生态系统中分解者获得的能量可以来自生产者和消费者，D正确。 6．(创新情境)蟹—稻复合生态系统是在稻田生态系统中引入螃蟹种群后形成的以蟹、稻为主导生物的蟹—稻共生生态系统，为探究该养殖体系的优势，科研人员选取多个池塘进行实验。 (1)中华绒螯蟹是杂食性动物，喜食水生植物、鱼等动物，对腐臭的动物尸体也很爱食，该蟹—稻复合生态系统中全部生物构成________，中华绒螯蟹所属的成分为______________。 (2)为确定中华绒螯蟹的投放量，应根据食物网中的营养级，调查投放池塘中华绒螯蟹________的生物积累量。 (3)实验塘于6月投放中华绒螯蟹蟹苗，10月份收获成蟹，调查各食物种类的生物量结果如下，请回答： 10月收获期各组分 生物量/(t·km－2·a－1) 稻田单作生态系统 蟹—稻复合生态系统 总生物量 8 674.90 25 123.66 水生植物生物量占比 7.91% 5.81% 鱼类生物量占比 0.27% 0.12% 中华绒螯蟹生物量占比 — 0.20% 其他 59.56% 58.69% 水稻生物量占比 32.26% 35.18% ①加入中华绒螯蟹后，蟹—稻复合生态系统中总生物量________。 ②加入中华绒螯蟹____________(填“能”或“不能”)使能量更多的流向对人类有益的方向，你的判断依据是_________________________________________________________________。 ③从中华绒螯蟹的食性分析，蟹—稻复合生态系统中水稻生物量增加的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (4)诗人陆游爱吃蟹，写有“蟹肥暂擘馋涎堕”的诗句。为提高中华绒螯蟹的产量，养殖人员往往会投放玉米碎屑等饵料，未被食用的饵料会随定期排放的废水进入周围水体，引发水体的富营养化。为实现生态效益和经济效益的双赢，请提出两条具体措施：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 答案：(1)群落　消费者、分解者　(2)上一营养级(食物)　(3)①升高(高于稻田单作生态系统)　②能　收获了中华绒螯蟹，水稻生物量增加　③中华绒螯蟹食用水生植物，减少其与水稻的种间竞争；食用腐臭的动物尸体，促进物质循环　(4)定期适度捕捞中华绒螯蟹；对废水中饵料进行处理后再排放；按需投放饵料；定期合理投放幼蟹 解析：(1)群落是在相同时间聚集在一定地域中各种生物种群的集合。中华绒螯蟹是杂食性动物，喜食水生植物、鱼等动物，因此属于消费者，又由于其对腐臭的动物尸体也很爱食，因此也属于分解者。(2)由于能量流动的特点是单向流动、逐级递减，一般来说，在输入到某一个营养级的能量中，只有10%～20%的能量能够流到下一个营养级。因此要调查中华绒螯蟹的投放量，应该调查其上一营养级的生物积累量。(3)由表格可知，加入中华绒螯蟹后，蟹—稻复合生态系统中总生物量升高了。加入中华绒螯蟹后水稻生物量占比为35.18%，比之前升高了，并且同时可以获得0.20%的中华绒螯蟹，使能量更多地流向对人类有益的方向。中华绒螯蟹是杂食性动物，喜食水生植物，减少与水稻的种间竞争，食用腐臭的动物尸体，可以促进物质循环。(4)为了避免水体富营养化可以定期适度捕捞中华绒螯蟹；对废水中饵料进行处理后再排放；按需投放饵料；定期合理投放幼蟹。 学生用书第71页 学科网（北京）股份有限公司 $$