第3章 第2节 生态系统的能量流动（教用Word）-【金榜题名】2025-2026学年高二生物选择性必修2同步学案（人教版2019）

第2节　生态系统的能量流动 学习目标 素养要求 1.分析生态系统中能量在生物群落中单向流动并逐级递减的规律。 2．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。 3．解释生态金字塔表征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。 1.使用图示等方式表征和说明生态系统中能量流动的过程和特征，并对相关的生态学实践应用作出合理的分析和判断。(生命观念、科学思维、社会责任) 2．调查或探讨一个校园、公园、农田、森林、湿地或池塘生态系统中的能量流动。(科学探究) 一、能量流动的概念与过程 1．概念：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。 2．过程 (1)能量输入：被生产者通过光合作用转化为化学能。 (2)第一营养级的能量分析 (3)能量流动的过程示意图 ①A～D分别代表 A．初级消费者，B.次级消费者，C.三级消费者，D.分解者。 ②据图总结流入每一营养级的能量最终去向 3．能量的散失： 通过呼吸作用，以热能形式散失。 二、能量流动的特点 1．单向流动 (1)方向：能量只能沿食物链从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面更高的营养级。 (2)特点：不可逆转，也不能循环流动。 2．逐级递减 能量在相邻两个营养级间的传递效率大约是10%～20%。 三、生态金字塔 1．类型 (1)能量金字塔 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。 (2)生物量金字塔 将单位时间内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。 (3)数量金字塔 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 (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)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。 (3)数量金字塔 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。但是，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倒置的金字塔形。 四、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．帮助人们科学地规划和设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。 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。 [自学效果诊断] 1．判正误 (1)生态系统的能量流动指能量的输入和散失过程( × ) (2)太阳能只有通过生产者才能输入到生态系统中( √ ) (3)每一营养级生物的同化量就是从上一营养级摄入的能量( × ) (4)在“植物→鼠→鹰”这条食物链中，第三营养级含能量最少( √ ) (5)沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用( × ) (6)研究能量流动，可合理设计人工生态系统，提高能量的传递效率( × ) 2．微思考 (1)通常，生态系统的食物链不会很长，原因是什么？ [提示]　能量在沿食物链流动的过程中是逐级减少的。 (2)初级消费者摄入的生产者中含有的能量是否均流向初级消费者体内？试解释原因。 [提示]　不是，因为初级消费者摄入生产者后并没有完全吸收，还有一部分能量以粪便的形式排出。 新知探究一　能量流动的过程分析 1．某生态系统中有A、B、C、D四种生物，构成食物链A→B→C，D为分解者。如图是该生态系统中能量流入B发生的一系列变化示意图。据图思考讨论： (1)说出甲、乙、丙、丁表示的含义分别是什么？ [提示]　甲表示B的同化量；乙表示用于生长发育和繁殖的能量；丙表示呼吸作用散失；丁表示分解者呼吸作用散失。 (2)图中“粪便”中的能量是B的同化量的一部分吗？ [提示]　不是，图中“粪便”中的能量属于食物链中B摄入的食物中未消化部分即A同化的能量。 2．流经某营养级的能量绝大部分的去路是什么？这部分能量还能否进入这个生态系统被利用？ [提示]　以热能的形式散失。不能，这是因为能量散失及被利用后不能被再次利用。 [核心归纳] 每一营养级能量的来源与去路 (1)能量来源分析 ①生产者的能量主要来自太阳能。 ②其余各营养级的能量来自上一营养级所同化的能量。 (2)能量去路分析 ①消费者摄入能量＝消费者同化能量＋粪便中能量，即动物粪便中能量不属该营养级同化能量，应为上一个营养级同化能量。 ②消费者同化能量＝呼吸消耗＋用于生长、发育和繁殖。 ③用于生长、发育和繁殖的能量＝分解者分解利用＋下一营养级同化＋未被利用。 ④在各营养级中，能量的几个去路：通过呼吸作用以热能的形式散失；被下一营养级生物利用；被分解者利用；未被利用。 [典题应用] 1．右图为草原生态系统的能量流动图解模型，A、B、C分别表示流入各营养级生物的能量，D、E、F分别表示各营养级生物用于生长、发育和繁殖的能量，G、H、I分别表示草、兔子、狼呼吸作用消耗的能量，J、K、L分别表示流入分解者的能量。下列说法中，正确的是(　　) A．图中A＝D，B＝E，C＝F B．K中能量包括兔子尸体及狼粪便中的能量 C．食物链中能量最少的是分解者所处的营养级 D．第一营养级与第二营养级间的能量传递效率是E/D 解析：选B　图中应是A>D，B>E，C>F；兔子同化的能量一部分被分解者利用，另一部分流向次级消费者(狼)，狼粪便中的能量也是兔子同化的，可以流向分解者；食物链中能量最少的是狼所处的营养级；第一营养级与第二营养级间的能量传递效率是B/A。 2．在由草→兔→狐组成的一条食物链中，兔经同化作用所获得的能量，其去向不应该包括(　　) A．通过兔子呼吸作用释放的能量 B．通过兔子的粪便流入分解者体内 C．通过狐狸的粪便流入分解者体内 D．流入狐狸体内 解析：选B　通过兔子呼吸作用释放的能量属于兔子同化的能量，A正确；通过兔子的粪便流入分解者体内的能量属于上一营养级草同化的能量，B错误；通过狐狸的粪便流入分解者体内的能量属于上一营养级兔子同化的能量，C正确；流入狐狸体内的能量属于兔子同化的能量，D正确。 新知探究二　能量流动的特点及相关计算 结合课本P56思考·讨论生态学家林德曼对赛达伯格湖的能量流动图解，分析并回答下列问题。 1．能量流动的特点及传递效率 (1)结合食物链和食物网的构成以及能量流动过程分析为什么能量流动只能是单向的？ [提示]　①经过长期的自然选择，食物链中各生物之间的捕食关系是确定的，是不可逆转的。 ②各营养级的能量大部分通过呼吸作用以热能形式散失，而热能是不能再被利用的。 (2)流入某一营养级的能量为什么不能全部流入下一个营养级？ [提示]　每个营养级中的能量一部分被呼吸作用消耗，一部分流入分解者，因此不可能全部流入下一个营养级。 (3)计算生产者与植食性动物之间，植食性动物与肉食性动物之间能量传递效率分别是多少？ [提示]　①生产者与植食性动物： ×100%≈13.5% ②植食性动物与肉食性动物： ×100%≈20.1%。 (4)根据(3)中能量传递效率的计算，总结相邻两个营养级之间能量传递效率的计算公式及特点。 [提示]　①计算公式：能量传递效率＝×100% ②特点：能量由某一个营养级传递到下一个营养级是减少的。 [核心归纳] 1．与能量传递效率有关的分析 能量传递效率的含义：“在输入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。”这里流到下一个营养级的能量，应是被下一营养级同化的总能量。 2．有关能量的计算 (1)能量在食物链中传递的计算。 ①在一条食物链中，若某一营养级的总能量为n，则最多传到下一营养级的能量为n·20%(或0.2n)，最少为n·10%(或0.1n)。 ②在一条食物链中，某一营养级的能量为n，需要前一营养级的能量至少为n÷20%＝5n，最多为n÷10%＝10n。 (2)能量在食物网中传递的计算。 ①若一食物网中，已知最高营养级增重为N。 a．要求最多消耗第一营养级多少时，按最长食物链，最低传递效率计算。 b．要求至少消耗第一营养级多少时，按最短食物链，最高传递效率计算。 ②若一食物网中，已知第一营养级总能量为M。 a．要求最高营养级最多获得多少能量时，应按最短食物链，最高传递效率计算。 b．要求最高营养级最少获得多少能量时，应按最长食物链，最低传递效率计算。 [特别提醒] (1)能量传递的效率为10%～20%，它是指在不同的营养级之间，而不是指在两个具有捕食关系的种群之间。 (2)同一食物链不同环节能量传递效率往往不完全相同，计算时不能按10%或20%，而需按具体数值计算，如在食物链A→B→C→D中，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D的能量为M×a%×b%×c%。 3．食物链一般不超过5个营养级的原因 能量沿着食物链流动时是逐级递减的，且传递效率为10%～20%，故营养级越高，所获得的能量越少，当营养级达到五六级时，传递到该营养级的能量就不足以维持一个营养级的生存了。 [典题应用] 3．下图是能量流动的图解，对此图解的理解不正确的是(　　) A．图中方框的大小可表示该营养级生物所具有的能量多少 B．该图中C所具有的能量为B具有的能量的10%～20% C．该图中的A所具有的能量表示流经该生态系统的总能量 D．图中所示四个营养级能量的关系为：A≥B＋C＋D 解析：选D　非生物环境中的能量进入生态系统的起点是生产者，所以确定A为生产者，则B、C、D为消费者，由于能量流动是逐级递减的，所以图中方框大小可以用来表示该营养级生物所具有的能量多少。A所固定的能量，有四个去向：自身呼吸消耗、流向下一营养级、流向分解者、未被利用(图中没有标出未被利用的部分)，所以A具有的能量应该大于B、C、D的能量之和。 4．下图表示某生态系统食物网的图解，猫头鹰体重每增加1 kg，至少消耗A约(　　) A．100 kg　　　　　 B．44.5 kg C．25 kg D．15 kg 解析：选C　由图可知，图中共有3条食物链，猫头鹰处于第三和第四营养级。猫头鹰体重每增加1 kg，至少消耗生产者的量应以最短的食物链和最高的传递效率来计算，即1÷20%÷20%＝25 kg。 [方法规律]　能量同化量的计算方法(以中间营养级为例) (1)倒推法。 ①可以将本营养级各分流能量相加求和。 如上图，生产者同化的能量为W1，可以将A1、B1、C1和D1进行求和。 ②利用公式“下一营养级同化量÷传递效率”求算。 如上图，可以用D1除以传递效率。 (2)正推法。 ①利用公式“上一营养级同化量－上一营养级其余分流能量之和”求算。 如上图，初级消费者的同化量D1，可以用生产者的同化量W1减去A1、B1、C1的和。 ②利用公式“上一营养级同化量×传递效率”求算。 如上图，初级消费者的同化量D1可以用W1乘以传递效率。 [核心语句必背] 1．生态系统的能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失等过程。 2．生态系统中能量的来源是太阳能，流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能的总量。 3．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、流入下一营养级及遗体残骸被分解者分解。 4．能量流动的特点是单向流动、逐级递减。 5．研究能量流动的意义： (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)帮助人们科学地规划和设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。 (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．对于一片草原来说，流经该生态系统的总能量是(　　) A．太阳能的辐射量 B．生产者的同化量 C．生产者的呼吸量 D．生产者同化量与呼吸量的差值 解析：选B　流经生态系统的总能量是生产者的同化量。太阳能的辐射量不会全部被吸收，A错误。生产者的呼吸量是同化量的主要去路之一，C错误。生产者同化量与呼吸量的差值是生产者用于自身生长、发育和繁殖的能量，D错误。 2．下列有关生态系统能量流动的叙述，错误的是(　　) A．进入生物群落的总能量与进入生态系统的总光能相等 B．能量流动的渠道是食物链和食物网 C．每个营养级的能量去向之一是自身呼吸消耗 D．每个营养级总有一部分能量流向分解者 解析：选A　进入生物群落的总能量是生产者固定的总能量，小于进入生态系统的总光能，A错误；能量流动的渠道是食物链和食物网，B正确；每个营养级能量的去向包括该营养级的呼吸消耗、流向下一营养级(最高营养级除外)和流向分解者，C、D正确。 3．在下列食物链中，假设初级消费者从生产者获得的能量数值相同，哪一条食物链提供给猫头鹰的能量最多(　　) A．绿色植物→蚱蜢→蜘蛛→蜥蜴→蛇→猫头鹰 B．绿色植物→蚱蜢→青蛙→蛇→猫头鹰 C．绿色植物→鼠→蛇→猫头鹰 D．绿色植物→鼠→猫头鹰 解析：选D　生态系统中的能量沿食物链流动的过程中是逐级递减的，故食物链越短，最高营养级获得的能量越多。 4．用各营养级生物的能量、数量构建的金字塔分别称为能量金字塔、数量金字塔。在某一栎林中，第一营养级生物为栎树，第二营养级生物为昆虫，第三营养级生物为蛙、蜥蜴和鸟，第四营养级生物为蛇。该栎林数量金字塔的示意图是(　　) 解析：选B　本题主要考查生态系统能量流动的相关知识。生态系统能量流动的特点是单向流动且逐级递减，故A项为能量金字塔。在数量金字塔中昆虫的数量远远大于栎树的数量，第三营养级的生物数量小于昆虫的数量，第四营养级的数量小于第三营养级的数量，故B项为栎林数量金字塔。C、D图中各个营养级之间的图示既不符合能量金字塔，也不符合数量金字塔。 5．若使农业生态系统朝着对人类最有益的方向发展，下列做法中不正确的是(　　) A．由人类决定种养生物的种类 B．由人类进行播种、施肥 C．经常进行锄草、松土、治虫等田间管理 D．延长食物链，提高能量传递效率 解析：选D　由人类决定种养生物的种类以便使能量流向对人类最有利的方向，A正确；由人类进行播种、施肥能够使农田生态系统朝着对人类有益的方向发展，B正确；经常进行锄草、松土、治虫等田间管理能够使农田生态系统朝着对人类有益的方向发展，C正确；延长食物链不能提高能量传递效率，反而会增加能量的流失，D错误。 6．下图是某生态系统能量流动过程图解，请据图回答问题： (1)流经该生态系统的总能量是_______________________________________。 (2)图中________________为分解者，理由是__________________________________。 (3)图中哪个箭头是不应存在的？________________________________________。 (4)⑫的能量最多有④的能量的几分之几？________________________________。 (5)B属于______动物，它的粪便中的能量会被________利用，通过过程________表示。 解析：(1)(2)(3)生产者(图中A)固定的太阳能即图中的①才是流经该生态系统的总能量，图中B、C、D分别是初级、次级、三级消费者，A、B、C、D都有能量流入E，则E为分解者，但E能量不会倒流入A、B、C、D，故图中⑦不应存在。(4)⑫的能量最多有⑨的1/5，⑨最多有④的1/5，故⑫最多有④的1/25。(5)B属于初级消费者，直接以A(生产者)为食，所以为植食性动物，其粪便中的能量是没有进入植食性动物体内的，应该属于生产者流向分解者的能量，即为⑥。 答案：(1)①　(2)E　从生产者到各级消费者都有能量流入　(3)⑦　(4)1/25　(5)植食性　E(分解者)　⑥ 学科网（北京）股份有限公司 $$