3.2.2 生态金字塔和研究能量流动的实践意义-【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课时　生态金字塔和研究能量流动的实践意义 【学习目标】1.科学思维：通过解释生态金字塔表示了食物网各营养级之间在个体数量、生物量和能量方面的关系，培养建模的科学思维。 2.社会责任：通过举例说明利用能量流动规律，人们能够更加科学、有效地利用生态系统中的资源，培养关注生物学社会性议题的社会责任感。 任务一　生态金字塔 1.生态金字塔的类型：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，形成的一个金字塔图形。 (2)特点：通常呈上窄下宽的金字塔形。 3.生物量金字塔 (1)概念：如果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：如果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。 生态学家调查了不同生态系统中的生物个体数量和生物量(调查数据中排除了微生物和土壤动物)，所得数据如表格所示。P代表生产者，C1、C2、C3依次代表初级、次级和三级消费者。 资料1：夏季两个生态系统的生物个体数量统计表，单位为个·hm－2。 名称 某草地 某温带森林 P 15 000 000 2 000 C1 2 000 000 1 500 000 C2 900 000 1 200 000 C3 10 20 (1)请根据资料1，分别建构这两个生态系统的数量金字塔。 提示：某草地： 某温带森林： (2)分析数量金字塔出现上宽下窄倒置的金字塔形的原因。 提示：当生产者个体比消费者个体大得多时，数量金字塔经常是倒置的。 资料2：夏季两个生态系统的生物量统计表，单位为g·m－2。 名称 某湖泊 某海峡 P 96 4 C1 11 21 C2 4 － (3)根据资料2，分别建构两个生态系统的生物量金字塔。 提示：某湖泊： 某海峡： (4)分析生物量金字塔出现上宽下窄倒置的金字塔形的原因。 提示：海洋生态系统中，浮游植物个体小，世代周期短，又不断被捕食，因而某一时间调查到的生物量可能低于浮游动物的生物量。 【归纳总结】　生态金字塔的类型和特点 项目 能量金字塔 生物量金字塔 数量金字塔 形状 每一层 含义 单位时间内，食物链中每一营养级生物所同化的能量的多少 单位时间内，每一营养级生物所容纳的有机物的总干重 每一营养级生物个体的数目 特点 通常都是上窄下宽的金字塔形 一般为上窄下宽的金字塔形 一般为上窄下宽的金字塔形 象征 意义 能量在流动过程中逐级递减 生物量(有机物的总干重)随食物链中营养级的升高而逐级递减 生物个体的数目在食物链中随营养级升高而逐级递减 特殊 形状 － 海洋生态系统中，浮游植物个体小，寿命短，又会不断被捕食，因而某一时间调查到的生物量可能低于浮游动物，呈现倒置的金字塔形 如果消费者个体小而生产者个体大，就会呈现倒置的金字塔形，如昆虫和树 1.下列关于生态金字塔的叙述，正确的是(　　) A.生态金字塔通常只能以个体数量或能量为指标绘制 B.数量金字塔显示了各营养级生物个体的数目比值关系 C.能量金字塔主要体现了相邻营养级的传递效率为10%～20% D.生态金字塔中每个营养级的生物均属于同一食物链 解析：选B。生态金字塔可采用能量单位、生物量单位和个体数量单位，故可分别以能量、生物量和个体数量为指标绘制，A错误；食物链各营养级之间的生物个体的数目比值关系可用数量金字塔来表示，B正确；能量金字塔可以表示各营养级间能量关系，在生态系统中相邻营养级之间的传递效率一般为10%～20%，但实际上很多的生态系统中有时会超出这个范围，C错误；生态系统中食物网错综复杂，每个营养级的生物是指属于食物链同一环节的所有生物，D错误。 2.(2024·陕西西安高二期中)下图表示A、B两个特定生态系统的能量金字塔。有关解释正确的是(　　) A.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 B.能量沿食物链单向流动，传递效率随营养级的升高而逐级递减 C.若A和B中玉米的数量相同，A能养活10 000人，则B至少能养活1 000人 D.与食用玉米相比，食用牛肉消耗资源更多，向环境中排放的CO2更多 解析：选D。能量流动具有单向流动、逐级递减的特点，如果生态系统A和B中玉米的能量相同，则理论上吃玉米的人(处于第二营养级)所获得的能量比吃牛肉的人(处于第三营养级)所获得的能量多。但是根据题目并不能确定A、B两个生态系统中玉米的能量大小，两种情况下人各自摄取的食物中所含有的能量的多少无法计算，所以也无法判断他们获得的能量的大小，A错误。一般来说，能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%～20%，能量的传递效率不会随营养级的升高而逐级递减，B错误。能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%～20%，A和B中玉米数量相同，若A能养活10 000人，则A中最少需要玉米10 000÷20%＝50 000；B中玉米也为50 000，则B中玉米至少能养活人数＝50 000×10%×10%＝500人，C错误。与食用玉米相比，食用牛肉时人所处的营养级较高，需要消耗的能量较多，消耗的资源更多，向环境中排放的CO2更多，D正确。 3.下图中a、b、c、d代表四种类型的生态金字塔，有关说法不正确的是(　　) A.某些水域生态系统的生物量金字塔为b型 B.c型金字塔中第二营养级与第三营养级之间的能量传递效率小于10% C.森林生态系统的数量金字塔也可能为d型 D.在自然生态系统中，能量金字塔也可能为倒金字塔形 解析：选D。某些水域生态系统中由于浮游植物个体小，且生长周期短，使得浮游动物和底栖动物的生物量可能大于浮游植物，其生物量金字塔为b型，A正确；c图中第二营养级到第三营养级的能量传递效率为48÷596×100%≈8.1%，小于10%，B正确；森林生态系统中乔木等植物(第一营养级)的数量可能比植食性动物(第二营养级)的数量少，肉食性动物(第三营养级)的数量可能比第二营养级的生物数量少，其数量金字塔为d型，C正确；生态系统的能量流动是单向传递、逐级递减的，因此能量金字塔不会呈倒金字塔形，D错误。 任务二　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；粪便制作沼气；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。 1.“稻—鸭—萍”共作是一种新兴的生态农业模式，是在稻鸭共作的基础上，放养营养含量高且不占用水稻生长空间的红萍而形成的。其具有以下优点：①可以固氮富钾，红萍既可以从空气中固定氮，又能从水中富集钾，可提供水稻正常生长所需的70%的氮素和70%的钾素，并为鸭子提供饲料。②鸭子可以食用杂草，可大大减少多种水田杂草的发生和危害。③可以除虫，鸭子可以食用田间害虫，减少了害虫对水稻的危害，同时鸭子排出的粪便可以起到增肥的作用。总之， “稻—鸭—萍”立体农业利用生物间的相互关系，充分利用空间，将不同生物种群组合在一起，实现了多物种共存、多层次配置，提高了水田的物质能量利用率，具有明显的经济效益、生态效益和社会效益。 (1)从能量流动的角度分析，“稻—鸭—萍”共作模式与稻鸭共作模式相比，引入红萍有什么意义？ 提示：在空间上进行合理配置，增大流入生态系统的总能量。 (2)从能量流动的角度分析，稻田除草、除虫的意义是什么？ 提示：调整生态系统的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。 2.图一是传统农业对水稻秸秆的利用示意图，图二为现代农业对秸秆的利用示意图。据图回答问题： 从能量利用的角度分析，现代农业相较于传统农业有什么优势？ 提示：现代农业实现了对能量的多级利用，从而大大提高了能量的利用率。 1.(2024·广西南宁高二期末)孟子《寡人之于国也》中提出“数罟(细密的渔网)不入洿池，鱼鳖不可胜食也。”体现古人在生态保护和渔业捕捞方面的认识。下列相关说法错误的是(　　) A.人为捕捞鱼鳖可调整能量流动关系，使能量更多地流向人类 B.不使用“数罟”捕鱼，目的是保证鱼鳖种群的年龄结构为增长型 C.捕捞后鱼鳖的种群数量应维持在K/2，有利于鱼鳖种群数量的快速恢复 D.不同年龄段的某种鱼位于不同水层，体现了群落的垂直结构 解析：选D。人为捕捞鱼鳖可调整能量流动关系，可使能量更多地流向人类，A正确；不使用“数罟(细密的渔网)”捕鱼，可以使鱼鳖种群的幼年个体所占比例增加，保证种群的年龄结构为增长型，B正确；捕捞后鱼鳖的种群数量维持在K/2，此时种群的增长速率最大，有利于种群数量的快速恢复，C正确；群落的空间结构包括垂直结构与水平结构，是群落中不同物种的分布特点，而不同年龄段的某种鱼的空间分布不同，属于种群的空间分布，D错误。 2.如图是近年在某地试验成功并大范围推广的生态农业模式，下列有关此生态系统的叙述中，错误的是(　　) A.图中位于第二营养级的生物有螺、昆虫、鸭 B.鸭和螺之间是捕食与种间竞争关系 C.该生态系统中鸭所同化的能量来自生产者固定的太阳能和饲料中的化学能 D.拔去田地中的杂草可以提高生态系统的能量传递效率 解析：选D。螺、昆虫、鸭都可以直接捕食生产者，此种情况下它们都位于第二营养级，A正确；鸭可以捕食螺，二者之间具有捕食关系，同时它们都以野草为食，故鸭和螺之间还有种间竞争关系，B正确；该生态系统中鸭所同化的能量来自生产者固定的太阳能和饲料中的化学能，C正确；拔去田地中的杂草是人为地调整能量流动的方向，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分，但不能提高生态系统的能量传递效率，D错误。 3.(2024·浙江湖州高二期末)某地采用稻渔综合种养模式。在稻田里春季养殖小龙虾，夏季养殖螃蟹和鲫鱼，实现水稻种植与水产养殖的协调绿色发展。下列叙述正确的是(　　) A.该稻田中的小龙虾和螃蟹之间存在种间竞争关系 B.该种养模式可以提高农田生态系统的能量传递效率 C.鱼粪为水稻生长提供物质和能量，可以减少田间化肥的使用 D.鱼捕食田间害虫，可以减少农药的使用，有利于保护环境 解析：选D。在稻田里春季养殖小龙虾，夏季养殖螃蟹和鲫鱼，所以该稻田中的小龙虾和螃蟹之间不存在种间竞争关系，A错误；该种养模式可以提高农田生态系统的能量利用率，但是不能提高传递效率，B错误；鱼粪为水稻生长提供物质，可以减少田间化肥的使用，不能提供能量，C错误；该生态农业模式能在水稻稳产的前提下，大幅度提高稻田经济效益，减少农药的使用，提升产品质量安全水平，有利于保护环境，D正确。 新情境命题 高标准农田建设(社会责任) 　　在2023年中央一号文件关于“加强高标准农田建设”的专门章节中，出现了“严厉打击盗挖黑土、电捕蚯蚓等破坏土壤行为”的明确表述，关于野生蚯蚓对土壤的价值及生物多样性在人类农业发展中起到的作用，再次引起人们思考。图1为某人工生态系统的示意图，图2表示该生态系统中部分能量流动图解，其中N1～N7表示能量值。 【命题设计】 1.考查知识迁移能力及长句表达能力 (1)将蚓粪作为有机肥施用到农田、果园中有诸多好处，但实际生产时仍需适当补充化肥，这主要因为______________________________________________________________________。 2.考查能量流动的研究意义及社会责任 (2)利用鸭子防治稻飞虱，从能量流动的角度看，其目的是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________。 3.考查对问题的分析能力及科学思维 (3)输入该生态系统的总能量包括______________________________________________。图2中N7可表示______________________________，N6属于________(用图中带数字的字母表示)中的一部分。 解析：(1)农产品的大量输出会造成土壤肥力不足，因此将蚓粪作为有机肥施用到农田、果园中有诸多好处，但实际生产时仍需适当补充化肥。(2)利用鸭子防治稻飞虱，从能量流动的角度看，其目的是调整生态系统的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的地方。(3)输入该人工生态系统的总能量包括生产者(水稻等)固定的太阳能和人工投入的饲料中的化学能。图2中N7可表示牛等第二营养级同化的能量，一部分用于呼吸散失的能量N4，一部分储存在生物体内，用于其生长、发育和繁殖。摄入的能量N5，一部分被生物同化，一部分以粪便排出，牛等粪便中的能量仍属于上一营养级同化的能量，在该人工生态系统中还需要考虑投入的饲料中的能量，因此N6属于N1、N3中的一部分。 答案：(1)农产品的大量输出会造成土壤肥力不足　(2)调整生态系统的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的地方　(3)生产者固定的太阳能和人工投入的饲料中的化学能　牛等第二营养级同化的能量　N1、N3 课堂小结　巩固提升 【教材答疑】 P57 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。 P58 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。 思维训练 P59 这些玉米的含碳量折合成葡萄糖是(12＋18)/12×2 675＝6 687.5 kg，这些葡萄糖储存的能量是6 687.5×1.6×104＝1.07×108 kJ。 这些玉米呼吸作用消耗的能量是2 045×1.6×104＝3.272×107 kJ。 这些玉米在整个生长季节所固定的太阳能总量为葡萄糖储存的能量加上呼吸消耗的能量，即1.07×108＋3.272×107＝1.397 2×108 kJ，呼吸作用消耗的能量占所固定太阳能的比例是(3.272×107)/(1.3972×108)×100%≈23.4%。 这块玉米田的太阳能利用效率是(1.397 2×108)/(8.5×109)×100%≈1.64%。 [练习与应用·P60] 一、概念检测 1.(1)√　(2)×　(3)√　2.C　3.B 二、拓展应用 1.(1) (2)图b。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。 2.①不能。在一个封闭的系统中，物质总是由有序朝着无序(熵增加)的方向发展。②硅藻能利用获取的营养通过细胞呼吸释放能量，依靠能量完成物质由无序向有序的转化，维持其生命活动。③能量的输入对于生态系统有序性的维持来说是不可缺少的。 【体系构建】 【核心语句】 1.研究生态系统的能量流动，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。 2.研究生态系统的能量流动，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。 3.研究生态系统的能量流动，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。 学科网（北京）股份有限公司 $$