3.2.1 能量流动的过程及特点-【正禾一本通】2024-2025学年高中生物选择性必修2同步课堂高效讲义教师用书 （人教版2019 单选）

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 【学习目标】1.生命观念：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.科学思维：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。 任务一　能量流动的过程 一、能量流动的概念 生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。 二、能量流动的过程 1.第一营养级能量的输入和输出 (1)输入：生产者通过光合作用将太阳能转化为化学能，固定在有机物中。 (2)输出 ①在生产者的呼吸作用中以热能形式散失。 ② 2.能量流经第二营养级的示意图 3.生态系统能量流动的示意图 据图分析，流入各营养级(最高营养级除外)的能量的去路： (1)通过自身呼吸作用以热能形式散失。 (2)流入下一个营养级。 (3)被分解者分解利用。 【深挖教材·P55】 “拼图法”分析能量流动的过程 (1)自然生态系统中，输入第一营养级(生产者)的能量W1被分为两部分：一部分(A1)在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了，一部分(B1＋C1＋D1)用于生产者的生长、发育和繁殖。而后一部分的能量包括现存的植物体中的能量(未利用的能量)B1、流向分解者的能量C1、流入下一个营养级的能量D1。 (2)流经整个生态系统的总能量是生产者固定的总能量，即W1。将图中第三营养级同化的总能量D2“拼回”第二营养级，则A2＋B2＋C2＋D2刚好等于D1，即第二营养级同化的总能量；再将D1“拼回”第一营养级，则A1＋B1＋C1＋D1刚好等于生产者固定的总能量W1。 【点拨】　①图中箭头上的字母(W1、D1、D2)代表流入某一营养级的能量，即同化量。 ②拼图是按照定量定时分析的，所以同化量包含四条去向：自身呼吸作用消耗(A1、A2)，流入下一营养级(D1、D2)，被分解者分解利用(C1、C2)和未被利用(B1、B2)。 下图表示能量流入第二营养级后的去向。 (1)初级消费者摄入的能量是其同化量吗？它们之间存在什么关系？ 提示：初级消费者摄入的能量不等于其同化量。它们之间的关系：同化量＝摄入量－粪便量。 (2)初级消费者粪便中的能量是其同化量的一部分吗？为什么？ 提示：不是。初级消费者粪便中的能量不属于其同化的能量，而是属于生产者所同化的能量。 (3)第二营养级能量的去路有d、i、f(填字母)三条。 (4)第二营养级的摄入量(a)、同化量(b)及净同化量(e)分别可以如何计算(用图中字母的表达式表示)? 提示：摄入量(a)＝b＋c；同化量(b)＝a－c＝d＋e＝d＋i＋f；净同化量(e)＝b－d＝i＋f。 【归纳总结】　1.能量流动概念的理解 2.流入某一营养级的能量的来源和去路 (1)能量来源 (2)能量去向：流入某一营养级的能量去向可从以下两个角度分析： ①各营养级同化量的去向(能量的最终去向)： ②短时间内，某营养级的生物不会被全部捕食或死亡，因此同化量的去向(某段时间内的能量去向)还应该包括未被利用的能量。即： 未被利用是指在统计能量流动的时间段内，某一营养级生物的同化量中未被自身呼吸作用消耗，也未被下一营养级捕食或分解者利用的能量。该部分包括以化石燃料形式储存于地下未被人类开采的能量，还包括多年生植物上一年自身生长、发育的净积累量，如草原中一批羊，羊吃草可以长大，在统计期间，有被狼捕食的，有死亡的，还有未死亡的(未利用)。 3.分析能量流动时的两个注意点 (1)动物同化的能量不等于摄入的能量 说明：同化量为每一营养级通过摄食并转化成自身有机物的能量，摄入量是消费者摄入的能量，同化量＝摄入量－粪便量。 (2)粪便量不是该营养级同化量的一部分 说明：消费者产生的粪便不属于该营养级同化的能量，它实际上与上一营养级的遗体、残骸一样，属于上一营养级的同化量的一部分。 1.关于草原生态系统能量流动的叙述，错误的是(　　) A.能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失的过程 B.分解者所需的能量可来自各营养级生物所储存的能量 C.生态系统维持正常功能需要不断得到来自系统外的能量 D.生产者固定的能量除用于自身呼吸外，其余均流入下一营养级 解析：选D。生态系统的能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失的过程，A正确；分解者所需的能量可来自各营养级生物所储存的能量，B正确；由于生物呼吸产生的能量不能再被利用，能量流动逐级递减，因此生态系统维持正常功能需要不断得到来自系统外的能量，C正确；生产者固定的能量除用于自身呼吸外，其余流入下一营养级及分解者，D错误。 2.鸮鹦鹉为草食性鸟类，下图为能量流经鸮鹦鹉所在营养级时的分配示意图。下列相关叙述错误的是(　　) A.最高营养级的生物同化能量的去向与图示不同 B.图中①②依次表示同化量和呼吸作用散失的能量 C.图中③的能量来自第一、第二营养级生物同化的能量 D.据图可推测鸮鹦鹉与其他生物间存在捕食和种间竞争关系 解析：选D。生态系统中不同营养级同化量的去向，除最高营养级的能量没有流向下一营养级外，其他均相同，A正确；鸮鹦鹉为草食性鸟类，图中①表示鸮鹦鹉同化的能量，②表示鸮鹦鹉呼吸作用散失的能量，B正确；③表示分解者利用的能量，直接来自遗体残骸及粪便，来自遗体残骸的能量为第二营养级生物同化的能量，来自粪便的能量为第一营养级生物同化的能量，C正确；据图可确定鸮鹦鹉与其他生物间存在捕食关系，不能确定存在种间竞争关系，D错误。 3.(2024·湖北武汉高二期中)如图是某草原生态系统的能量流动模型。a、b、c表示流入各营养级生物的能量，d、e、f表示用于各营养级生物生长、发育、繁殖的能量，j、k、l表示流入分解者的能量。下列分析正确的是(　　) A.食物链中处在最高营养级的生物是分解者 B.狼同化的能量可表示为c＝f＋i＋l C.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 D.若一段时间内草原所固定的太阳能总量为1×106 kJ，那么图中最高营养级所获得的能量为c/a×106 kJ 解析：选D。食物链中只有生产者和消费者，没有分解者，A错误；流入分解者的能量属于本营养级用于生长、发育、繁殖的一部分，即l包含在f中，故狼同化的能量可表示为f＋i，B错误；生态系统的结构包括生态系统的组成成分和营养结构，组成成分包括非生物的物质和能量、生产者、消费者与分解者，营养结构包括食物链和食物网，C错误；若一段时间内草原所固定的太阳能总量为1×106 kJ，那么图中最高营养级生物所获得的能量为1×106×b/a×c/b＝c/a×106 kJ，D正确。 任务二　能量流动的特点 1.能量流动的特点 2.能量传递效率的计算 (1)计算公式 能量传递效率＝×100% (2)一般在生态系统中相邻两个营养级间的能量传递效率为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。 【深挖教材·P57】 能量传递效率与能量利用率的区别 (1)能量传递效率：生态系统中两个相邻营养级之间低营养级流入到相邻高营养级中的能量占低营养级同化量的比例。 (2)能量利用率：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。一般来说，食物链越短，能量利用率越高。 下图是某人工鱼塘生态系统能量流动过程示意图，其中数字表示部分环节涉及的能量值[单位为103 kJ/(m2·a)]。 (1)该生态系统中流入生物群落的总能量有哪些来源？ 提示：一个来源是生产者通过光合作用固定的太阳能，另一个来源是人工输入的有机物中的化学能。 (2)肉食性动物、植食性动物和生产者固定的总能量分别是多少？ 提示：肉食性动物固定的总能量＝(0.25＋0.05＋2.1＋5.1)×103＝7.5×10 3kJ/(m2·a)；植食性动物固定的总能量＝[(7.5－5)＋0.5＋4＋9]×103＝16×103 kJ/(m2·a)；生产者固定的总能量＝[(16－2)＋3＋70＋23]×103＝110×103 kJ/(m2·a)。 (3)图中生产者→植食性动物以及植食性动物→肉食性动物的能量传递效率分别是多少？(结果保留一位有效数字) 提示：生产者→植食性动物的能量传递效率为植食性动物固定的能量中来自生产者的能量/生产者固定的总能量×100%＝(16－2)/110×100%≈12.7%；植食性动物→肉食性动物的能量传递效率为肉食性动物固定的能量中来自植食性动物的能量/植食性动物固定的总能量×100%＝(7.5－5)/16×100%≈15.6%。 【归纳总结】　能量流动的特点及原因分析 (1)单向流动 ①能量流动是沿食物链进行的，食物链中各营养级之间的捕食关系是长期自然选择的结果，是不可逆转的。 ②各营养级通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落重复利用，因此能量流动无法循环。 (2)逐级递减 ①各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。 ②各营养级的能量都会有一部分流入分解者。 ③还有一部分能量未被利用。 【点拨】　(1)流经人工生态系统(如人工鱼塘、城市污水处理池等)的总能量＝人工投放的饵料或城市污水中有机物所含的能量＋生产者固定的太阳能。 (2)能量传递效率是指各营养级之间的能量传递，不是指个体或种群之间。 (3)能量传递效率为10%～20%是针对相邻两个营养级中的所有生物而言的，具体到某一条食物链中相邻两个营养级的能量传递效率可能低于10%或高于20%。 1.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，能量就从非生物环境流入生物群落 D.生态系统的能量是可以循环利用的 解析：选C。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，A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，能量就从非生物环境流入生物群落，C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错误。 2.(2024·山东菏泽高二期末)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 解析：选A。图中b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错误，B正确。在自然水域中，草鱼同化量＝呼吸作用消耗的能量＋用于自身生长、发育和繁殖的能量，即d＋f＝c，C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正确。 3.如图为某生态系统中能量传递示意图，以下叙述错误的是(　　) A.能量流动是从甲固定的太阳能开始的，流入该生态系统的总能量为1 250 kJ B.从乙到丙的能量传递效率为15% C.将乙和丙的粪便作为有机肥还田，可以提高能量传递效率 D.食物链的营养关系一般不可逆，这决定了能量流动的单向性 解析：选C。由图分析可知，甲为生产者，乙为初级消费者，丙为次级消费者，丁为分解者。能量流动从生产者(甲)固定的太阳能开始，流入该生态系统的总能量是生产者固定的太阳能＝175＋200＋875＝1 250(kJ)，A正确。从乙到丙的能量传递效率为30÷200×100%＝15%，B正确。将乙和丙的粪便作为有机肥还田，经分解者的分解作用后能为植物提供无机盐，但不能提高能量传递效率，C错误。食物链的营养关系一般不可逆，这决定了能量流动的单向性，D正确。 新情境命题 加拿大一枝黄花(社会责任) 　　加拿大一枝黄花在20世纪时被当作观赏植物引进了我国之后，很快就适应了当地环境，但因为人们的管理不善，导致加拿大一枝黄花逃逸到野外并表现出破坏性。加拿大一枝黄花发芽早，个头高，根系非常发达，在抢夺阳光、水分、肥料方面具有极大优势，以至于在其生长的地方，通常很少有其他植被生存。 【命题设计】 1.考查知识迁移能力及对问题的比较辨析 (1)调查加拿大一枝黄花种群密度的常用方法是______________。调查加拿大一枝黄花入侵地的物种丰富度时，物种丰富度与样方大小的关系是____________________________________。 2.考查对能量流动的理解及相关计算能力 (2)研究发现加拿大一枝黄花竟是湖羊喜欢吃的优质牧草，而且加拿大一枝黄花的种子很难逃过羊的消化道，湖羊粪便里连它的种子都不会留下，因此湖羊可以很好地防治加拿大一枝黄花。如图为湖羊防治加拿大一枝黄花的食物链中湖羊到人的能量流动图解，人处于最高营养级。 ①结合示意图分析，湖羊用于生长、发育和繁殖的能量为____________J/(hm2·a) 。 ②图中人体流向分解者的能量为________J/(hm2·a)。从第二营养级到第三营养级的能量传递效率为______(保留一位小数)。 解析：(1)样方法适用于调查植物和活动能力弱、活动范围小的动物，故调查加拿大一枝黄花种群密度的常用方法是样方法。物种丰富度是指群落中物种的数目，一般而言，物种丰富度与样方大小的关系是：一定范围内，样方面积越大物种丰富度越高。(2)①湖羊用于生长、发育和繁殖的能量＝湖羊同化量－湖羊呼吸作用释放的能量＝(摄入量－粪便量)－呼吸作用释放的能量＝1.25×109－5×108－6.05×108＝1.45×108 J/(hm2·a)。②图中人体流向分解者的能量＝同化量(摄入量－粪便量)－呼吸量－未利用＝1.1×108－1.5×107－3.5×107－5.5×107＝5×106 J/(hm2·a)。第二营养级是湖羊，第三营养级是人，从第二营养级到第三营养级的能量传递效率为(1.1×108－1.5×107)÷(1.25×109－5×108)×100%≈12.7%。 答案：(1)样方法　一定范围内，样方面积越大物种丰富度越高　(2)①1.45×108　②5×106　12.7% 课堂小结　巩固提升 【教材答疑】 问题探讨　　　　　　　　　　 P54 应该先吃鸡、再吃玉米(即选择1)。若选择2，则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。 思考·讨论 P55 1.遵循。能量在生态系统中流动、转化后，一部分储存在生态系统(生物体的有机物)中，另一部分在呼吸作用中以热能的形式散失，两者之和与流入生态系统的能量相等。 2.不能，能量流动是单向的。 思考·讨论 P56 1、2. 营养级 流入能量/ [J/(cm2·a)] 流出能量(输入后一个营养级)/[J/(cm2·a)] 出入 比/% 生产者 464.6 62.8 13.52 植食性 动物 62.8 12.6 20.06 续表 营养级 流入能量/ [J/(cm2·a)] 流出能量(输入后一个营养级)/[J/(cm2·a)] 出入 比/% 肉食性 动物 12.6 － － 分解者 14.6 － － 3.流入某一营养级的能量主要有以下去向：一部分通过该营养级的呼吸作用散失；一部分以排出物、遗体或残枝败叶的形式被分解者利用；还有一部分未能进入(未被利用)下一营养级；其他的才是流入下一营养级的能量。所以，流入某一营养级的能量不可能百分之百地流到下一营养级。 4.生态系统中的能量流动是单向的；能量在流动过程中逐级递减。 P56 不矛盾。能量在流动过程中逐级递减，指的是流入各个营养级的能量。能量守恒定律可以用于衡量流入某个生态系统的总能量，总能量＝储存在生态系统(生物体的有机物)中的能量＋被各个营养级的生物利用、散发至非生物环境中的能量。因此，虽然能量在流动过程中逐级递减，但总能量依然遵循能量守恒定律。 【体系构建】 【核心语句】 1.生态系统的能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失的过程。 2.流入每个营养级中能量的去路一般有：通过呼吸作用以热能的形式散失、流入下一营养级(最高营养级除外)及以遗体残骸形式被分解者分解。 3.能量流动的特点是单向流动、逐级递减。 4.能量流动的途径：食物链(食物网)。 5.能量转化：光能→化学能→热能。 学科网（北京）股份有限公司 $$