3.2 生态系统的能量流动（导学案）生物人教版选择性必修2

3.2生态系统的能量流动（导学案） 1.通过分析能量在营养级间的流动情况和赛达伯格湖的能量流动，概述生态系统中能量流动的过程和特征。 2.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。 3.概述研究生态系统的能量流动情况。 学习重点：1生态系统能量流动的过程和特点。 2研究生态系统能量流动的意义。 学习难点：1能量传递效率的相关计算 2应用能量流动相关知识解决实际问题。 一、能量流动的过程 1．能量流动的概念 生态系统的能量流动是指生态系统中能量的输入 、 传递 、 转化 、 散失 的过程。 2．能量流经第一营养级的过程 （1）输入：生产者通过光合作用把太阳能转化为化学能，固定在有机物中。 （2）能量去向：①在生产者的呼吸作用中以热能 形式散失；②随着残枝败叶等被分解者分解而释放出来；③被初级消费者摄食同化，流入第二营养级。 3．能量流经第二营养级的过程 （1）输入：通过摄食生产者获得。 （2）去向：①通过呼吸作用以热能形式散失。 ②随尸体、排泄物流向分解者。③被次级消费者摄食同化，流入下一营养级。 二、能量流动的特点 1．能量流动的特点 能量流动的特点可以概述为：单向流动、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%。在一个生态系统中，营养级越多，在能量的流动过程中消耗的能量就越多。 2．能量金字塔 将单位时间内各个营养级所得到能量数值，由低到高绘制成图，可形成一个金字塔图形，叫做能量金字塔。 三：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。 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。 任务一：能量流动的过程 1．第一营养级的能量来源是什么，去路有哪些？并回答第一营养级的能量怎样传递到第二营养级？ 太阳能（主要）去路呼吸消耗散失、被初级消费者摄食、被分解者分解、未被利用​ ​储存在植物体中的能量，有一部分被初级消费者摄入体内，能量就流入了第二营养级。 2.请写出摄入量和同化量之间的关系。 同化量＝摄入量－粪便量(或摄入量＝同化量＋粪便量)。 3.输入初级消费者的能量是哪部分？初级消费者粪便中的能量属于哪个营养级？ 输入初级消费者的能量是初级消费者同化的能量。初级消费者粪便中的能量属于第一营养级。 4．分析、比较分别流入第一、第二营养级的能量的去路，归纳二者的共同点。 输入这两个营养级的能量，一部分在呼吸作用中以热能的形式散失，另一部分用于其自身的生长、发育和繁殖等生命活动，储存在自身的有机物中。这些有机物中的能量一部分流向分解者，另一部分则被下一营养级摄入体内。 5.生态系统中能量传递的形式和渠道分别是什么？ 　能量传递的形式是有机物，渠道是食物链和食物网。 6.生态系统中能量散失的途径和形式分别是什么？ 　能量散失的途径是呼吸作用，形式是热能。 任务二：定量研究能量流动的特点 1．仔细分析教材“思考·讨论：分析赛达伯格湖的能量流动”，将图中的数据用表格的形式进行整理。 营养级 流入能量[J/(cm2·a)] 能量的去向[J/(cm2·a)] 生产者 464.6 62.8(流入下一营养级)、12.5(流入分解者)、96.3(呼吸作用散失)、293(未利用) 植食性动物 62.8 12.6(流入下一营养级)、2.1(流入分解者)、18.8(呼吸作用散失)、29.3(未利用) 肉食性动物 12.6 微量(流入分解者)、7.5(呼吸作用散失)、5.0(未利用) 根据上表，回答下列问题： (1)横向比较每一级的输入量和输出量，请问生态系统的能量流动是否遵循能量守恒定律？ 遵循能量守恒守律。 (2)纵向比较各级输入量，能量沿着营养级流动时，有何特点？为什么？ 能量沿着营养级流动的过程中逐级递减。因为流入某一营养级的能量除了流入下一营养级之外，还有一部分通过该营养级的呼吸作用散失；一部分作为排遗物、遗体或残枝败叶被分解者利用；一部分未被利用。 2．生物之间经过长期的进化形成的吃与被吃的捕食关系不可逆转，因此能量流动还具有什么特点？　生态系统中能量流动是单向的。 1．某同学在大饮料瓶中加入了水、水草、泥沙、小鱼、小虾等，制作了一个密闭的生态瓶，模拟一个小型生态系统。下列相关叙述正确的是（　　） A．该生态系统的组成成分是生产者、消费者和分解者 B．该生态瓶中的小鱼和小虾等初级消费者属于第一营养级 C．小鱼、小虾及泥沙中的微生物促进了生态系统的物质循环 D．为保证生态瓶能量输入，应将其放置在阳光直射的地方 【答案】C 【详解】A、该生态系统的组成成分包括生产者、消费者、分解者和非生物的物质和能量，A错误； B、该生态瓶中的小鱼和小虾等初级消费者属于第二营养级，水草属于第一营养级，B错误； C、小鱼、小虾（消费者）及泥沙中的微生物（分解者）促进了生态系统的物质循环，C正确； D、生态瓶应放在散射光充足的地方，若放在阳光直射处，水温过高会导致生物死亡，D错误。 2．为防治农田中的有害生物，下列措施与生态学原理对应最合理的是（　　） A．大量喷洒化学农药杀灭害虫——改变种群的年龄结构 B．适时灌溉提高作物产量——提高作物的环境容纳量 C．在果园中种草，吸引天敌昆虫——增加食物链长度，提高能量传递效率 D．对鼠害发生区，既捕杀成鼠又减少其获得食物的机会——降低其种群的环境容纳量 【答案】D 【详解】A、大量喷洒化学农药杀灭害虫是直接提高害虫种群死亡率、降低种群密度，并非通过改变年龄结构起作用，A错误； B、环境容纳量是环境可维持的种群最大数量，而适时灌溉是为了满足作物水分需求，提高光合作用效率进而提升产量，B错误； C、果园种草吸引天敌昆虫可增加营养结构复杂程度，提高生态系统抵抗力稳定性，还能实现能量的多级利用、提高能量利用率，但相邻营养级的能量传递效率是固定的（10%~20%），无法通过该措施提高，C错误； D、环境容纳量（K值）由环境资源、空间等条件决定，减少鼠的食物来源可恶化鼠的生存环境，降低其种群的环境容纳量，搭配捕杀成鼠可有效降低鼠种群数量，D正确。 3．如下图为养殖大闸蟹的阳澄湖某水域生态系统能量流动的部分图解，其中的英文字母表示能量（单位：kJ）。对该图的分析正确的是（　　） A．流经阳澄湖该养殖区域的总能量是a B．大闸蟹的同化量为2+b-h C．图中c代表大闸蟹用于生长、发育、繁殖的能量 D．大闸蟹到次级消费者的能量传递效率为（e+5）/（b+2）×100% 【答案】B 【详解】A、流经该人工养殖区域的总能量是生产者固定的太阳能与人工输入有机物的化学能之和，即a+2+5=a+7，A错误； B、大闸蟹的总摄入量为来自植物的b加上饲料输入的2，即b+2，同化量=摄入量-粪便量h，因此同化量为（b+2）-h=2+b-h，B正确； C、大闸蟹的同化量c的去向包括呼吸作用散失的f和用于自身生长、发育、繁殖的能量d，因此d才是代表大闸蟹用于生长、发育、繁殖的能量，C错误； D、能量传递效率是相邻两个营养级同化量的比值，首先e是次级消费者的摄入量而非同化量，且5是饲料直接输入给次级消费者的能量，不属于大闸蟹流向次级消费者的能量；其次大闸蟹的同化量为2+b-h，因此该计算式错误，D错误。 4．某生态学研究小组对同一片湖泊生物进行了两次调查。第一次调查了某一时刻的生物量，结果如图，图中浮游动物以浮游植物为食；第二次进行了较长时间（一年）的持续调查，统计各生物类群的平均生物量，结果如下表，其中甲为生产者。 生物类群 甲 乙 丙 丁 戊 生物量（t·m⁻2） 312.5 35.3 12.0 8.0 1.8 下列相关叙述，正确的是（　　） A．柱状图中浮游动物生物量大于浮游植物，属于生物量金字塔倒置的体现 B．两次调查的数据均能用来计算该湖泊生态系统营养级间的能量传递效率 C．表中甲、乙对应图中浮游植物、浮游动物，其中浮游植物有个体小、繁殖快的特点 D．同一湖泊中两次调查结果差异大，说明调查期间该湖泊的营养结构发生了巨大改变 【答案】C 【详解】A、柱状图呈现的是某一时刻的生物量，而生物量金字塔是否倒置需要看某一营养级在一段时间内的平均生物量。仅这一个时刻的数值不能代表整体的营养级关系，而且浮游动物以浮游植物为食，浮游植物的繁殖速度快，短期内可能出现浮游动物生物量暂时高于浮游植物的情况，但这不属于生物量金字塔倒置的体现，A错误； B、能量传递效率是指相邻两个营养级之间同化量的比值，柱状图是某一时刻的生物量，不是一段时间的同化量，无法用来计算能量传递效率；表格是平均生物量，生物量也不等同于同化量，同样不能用来计算能量传递效率，B错误； C、表格中甲是生产者，对应柱状图中的浮游植物，乙的生物量仅次于甲，对应浮游动物。浮游植物作为生产者，通常具有个体小、繁殖快的特点，这样才能维持生态系统的能量输入，C正确； D、同一湖泊两次调查结果差异大，第一次是某一时刻的生物量，第二次是一年的平均生物量，时间尺度不同会导致结果差异，不能说明湖泊的营养结构发生了巨大改变，D错误。 5下图为某食物网中营养级X（非最高营养级）在t0-t1时刻内的能量流动示意图，①②③为相关途径，调查期间无迁入和迁出，无个体被捕食。下列叙述正确的是（　　） A．营养级X中生物个体的数量受食物、气温、干旱等密度制约因素的影响 B．t0-t1时刻，营养级X的同化量可用Q+N-M+P表示 C．若营养级X为第二营养级，则M中可能包含其粪便中的能量 D．若营养级X的同化量减少，则流向下一营养级的能量比例会下降 【答案】B 【详解】A、密度制约因素的影响程度和种群密度相关，食物属于密度制约因素，但气温、干旱属于非密度制约因素（影响与种群密度无关），A错误； B、据题干信息可知，在调查时间段内，营养级X的能量来源为同化量I，初始能量为M，去向包括呼吸消耗量P、流向分解者的能量（假设为N）、流入下一营养级的能量（已知无被捕食，故为0），以及终末存活个体能量Q。根据能量守恒定律：M+I=P+N+0+Q，因此同化量 I=P+N+Q−M，B正确； C、M是营养级X体内所含的有机物能量，属于X已经同化的能量；X粪便中的能量属于上一营养级，未被X同化，不会出现在X的体内能量中，C错误； D、X同化量减少，仅会导致流向下一营养级的能量总量减少，相邻营养级间的能量传递比例(传递效率)不会因此下降，D错误。 稻蛙综合种养技术通过构建稻蛙共养系统，促进水稻种植与蛙类养殖的协同发展，提升了生态和经济效益。黑斑蛙主要摄取动物性食物，也摄取少量植物性食物。经营者在移栽水稻一段时间后，投放黑斑蛙幼蛙且定期投喂饲料。回答下列问题： (1)稻田引入黑斑蛙进行养殖，提高_________的复杂性，使稻田生态系统抵抗外界干扰的能力变_________。 (2)稻蛙共养系统的能量来源为____________。能量可以沿着“水稻→稻飞虱→黑斑蛙→蛇”流动，体现了能量流动的____________特点。该食物链中缺少的生态系统组成成分有__________________。 (3)合理投喂有机饲料能促进蛙的生长，后来发现也能促进水稻生长。从“种养结合”的角度，解释这为什么能促进水稻生长：_______________________________________（写2点） (4)经营者发现，幼蛙投放量过多，反而导致水稻亩产量减少，从种群和群落角度分析可能的原因是__________________________________________________________。（写1点即可） 【答案】(1) 食物网/营养结构/生态系统结构 强 (2) 太阳光和饲料 单向流动 分解者、非生物的物质和能量 (3)在稻田中养蛙，蛙摄食有机饲料后排出的粪便中氮、磷等可供水稻吸收利用；它们呼出的二氧化碳还可为水稻的光合作用补充原料。 (4)食物资源不足，蛙会取食幼嫩稻苗/空间资源不足，蛙的频繁活动会影响水稻生长 【详解】（1）生态系统的食物网/营养结构/生态系统结构越复杂，其自我调节能力越强，抵抗外界干扰的能力就越强。 （2）稻蛙共养系统中，能量来源主要是生产者（水稻）固定的太阳能，同时定期投喂的饲料也为系统提供了能量，所以能量来源为太阳能和饲料中的化学能。 能量沿着食物链 “水稻→稻飞虱→黑斑蛙→蛇” 流动，只能从第一营养级流向第二营养级，再依次向后，不能逆向流动，也不能循环流动，体现了能量流动的单向流动的特点。该食物链中包含的生态系统组成成分有生产者与消费者，缺少的生态系统组成成分有分解者、非生物的物质和能量 （3）合理投喂饲料促进蛙的生长，蛙的排泄物等有机物被分解者分解后形成无机盐等物质，这些物质可以被水稻吸收利用，从而促进水稻生长。 （4）食物资源不足时，蛙为了生存会取食幼嫩稻苗，从而导致水稻亩产量减少；若空间资源不足，蛙的频繁活动会影响水稻生长，可能导致水稻亩产量减少；若蛙排泄物过多会改变土壤 pH，不利于水稻生长，可能导致水稻亩产量减少。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 3.2生态系统的能量流动（导学案） 1.通过分析能量在营养级间的流动情况和赛达伯格湖的能量流动，概述生态系统中能量流动的过程和特征。 2.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。 3.概述研究生态系统的能量流动情况。 学习重点：1生态系统能量流动的过程和特点。 2研究生态系统能量流动的意义。 学习难点：1能量传递效率的相关计算 2应用能量流动相关知识解决实际问题。 一、能量流动的过程 1．能量流动的概念 生态系统的能量流动是指生态系统中能量的 、 、 、 的过程。 2．能量流经第一营养级的过程 （1）输入：生产者通过 把太阳能转化为化学能，固定在有机物中。 （2）能量去向：①在生产者的呼吸作用中以 形式散失；②随着残枝败叶等被 分解而释放出来；③被初级消费者摄食同化，流入 营养级。 3．能量流经第二营养级的过程 （1）输入：通过 获得。 （2）去向：①通过 以 形式散失。 ②随尸体、排泄物流向 。③被 摄食同化，流入下一营养级。 二、能量流动的特点 1．能量流动的特点 能量流动的特点可以概述为： 、 。能量在相邻两个营养级间的传递效率大约是 。在一个生态系统中，营养级越多，在能量的流动过程中消耗的能量就 。 2．能量金字塔 将单位时间内各个 所得到 数值，由低到高绘制成图，可形成一个金字塔图形，叫做能量金字塔。 三：研究能量流动的实践意义 1．帮助人们将生物在时间、 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 ，使能量得到 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 的部分。 任务一：能量流动的过程 1．第一营养级的能量来源是什么，去路有哪些？并回答第一营养级的能量怎样传递到第二营养级？ 2.请写出摄入量和同化量之间的关系。 3.输入初级消费者的能量是哪部分？初级消费者粪便中的能量属于哪个营养级？ 4．分析、比较分别流入第一、第二营养级的能量的去路，归纳二者的共同点。 5.生态系统中能量传递的形式和渠道分别是什么？ 6.生态系统中能量散失的途径和形式分别是什么？ 任务二：定量研究能量流动的特点 1．仔细分析教材“思考·讨论：分析赛达伯格湖的能量流动”，将图中的数据用表格的形式进行整理。 营养级 流入能量[J/(cm2·a)] 能量的去向[J/(cm2·a)] 生产者 植食性动物 肉食性动物 根据上表，回答下列问题： (1)横向比较每一级的输入量和输出量，请问生态系统的能量流动是否遵循能量守恒定律？ (2)纵向比较各级输入量，能量沿着营养级流动时，有何特点？为什么？ 2． 生物之间经过长期的进化形成的吃与被吃的捕食关系不可逆转，因此能量流动还具有什么特点？ 　 1．某同学在大饮料瓶中加入了水、水草、泥沙、小鱼、小虾等，制作了一个密闭的生态瓶，模拟一个小型生态系统。下列相关叙述正确的是（　　） A．该生态系统的组成成分是生产者、消费者和分解者 B．该生态瓶中的小鱼和小虾等初级消费者属于第一营养级 C．小鱼、小虾及泥沙中的微生物促进了生态系统的物质循环 D．为保证生态瓶能量输入，应将其放置在阳光直射的地方 2．为防治农田中的有害生物，下列措施与生态学原理对应最合理的是（　　） A．大量喷洒化学农药杀灭害虫——改变种群的年龄结构 B．适时灌溉提高作物产量——提高作物的环境容纳量 C．在果园中种草，吸引天敌昆虫——增加食物链长度，提高能量传递效率 D．对鼠害发生区，既捕杀成鼠又减少其获得食物的机会——降低其种群的环境容纳量 3．如下图为养殖大闸蟹的阳澄湖某水域生态系统能量流动的部分图解，其中的英文字母表示能量（单位：kJ）。对该图的分析正确的是（　　） A．流经阳澄湖该养殖区域的总能量是a B．大闸蟹的同化量为2+b-h C．图中c代表大闸蟹用于生长、发育、繁殖的能量 D．大闸蟹到次级消费者的能量传递效率为（e+5）/（b+2）×100% 4．某生态学研究小组对同一片湖泊生物进行了两次调查。第一次调查了某一时刻的生物量，结果如图，图中浮游动物以浮游植物为食；第二次进行了较长时间（一年）的持续调查，统计各生物类群的平均生物量，结果如下表，其中甲为生产者。 生物类群 甲 乙 丙 丁 戊 生物量（t·m⁻2） 312.5 35.3 12.0 8.0 1.8 下列相关叙述，正确的是（　　） A．柱状图中浮游动物生物量大于浮游植物，属于生物量金字塔倒置的体现 B．两次调查的数据均能用来计算该湖泊生态系统营养级间的能量传递效率 C．表中甲、乙对应图中浮游植物、浮游动物，其中浮游植物有个体小、繁殖快的特点 D．同一湖泊中两次调查结果差异大，说明调查期间该湖泊的营养结构发生了巨大改变 5下图为某食物网中营养级X（非最高营养级）在t0-t1时刻内的能量流动示意图，①②③为相关途径，调查期间无迁入和迁出，无个体被捕食。下列叙述正确的是（　　） A．营养级X中生物个体的数量受食物、气温、干旱等密度制约因素的影响 B．t0-t1时刻，营养级X的同化量可用Q+N-M+P表示 C．若营养级X为第二营养级，则M中可能包含其粪便中的能量 D．若营养级X的同化量减少，则流向下一营养级的能量比例会下降 稻蛙综合种养技术通过构建稻蛙共养系统，促进水稻种植与蛙类养殖的协同发展，提升了生态和经济效益。黑斑蛙主要摄取动物性食物，也摄取少量植物性食物。经营者在移栽水稻一段时间后，投放黑斑蛙幼蛙且定期投喂饲料。回答下列问题： (1)稻田引入黑斑蛙进行养殖，提高_________的复杂性，使稻田生态系统抵抗外界干扰的能力变_________。 (2)稻蛙共养系统的能量来源为____________。能量可以沿着“水稻→稻飞虱→黑斑蛙→蛇”流动，体现了能量流动的____________特点。该食物链中缺少的生态系统组成成分有__________________。 (3)合理投喂有机饲料能促进蛙的生长，后来发现也能促进水稻生长。从“种养结合”的角度，解释这为什么能促进水稻生长：_______________________________________（写2点） (4)经营者发现，幼蛙投放量过多，反而导致水稻亩产量减少，从种群和群落角度分析可能的原因是__________________________________________________________。（写1点即可） / 学科网（北京）股份有限公司 $