人教版(新教材)高中生物選擇性必修2學(xué)案：3 2 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動

人教版(新教材)高中生物選擇性必修2PAGEPAGE1第2節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動能量流動的概念和過程——————————————自主梳理——————————————1.能量流動的概念(1)概念生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程。(2)對概念的理解2.能量流動的過程(1)從宏觀角度分析能量流動的過程①生產(chǎn)者中的能量主要來自綠色植物光合作用固定的太陽能，是流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量。②消費者中的能量來自上一個營養(yǎng)級。③分解者中的能量來自生產(chǎn)者和消費者。④某營養(yǎng)級同化的能量分為兩個去向：一部分通過呼吸作用以熱能的形式散失，一部分用于生長、發(fā)育和繁殖等生命活動。(2)從微觀角度分析某一個營養(yǎng)級(非最高營養(yǎng)級)能量的去路(1)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動指能量的輸入和散失過程。(×)〖提示〗生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程，稱為生態(tài)系統(tǒng)的能量流動。(2)地球上幾乎所有的生態(tài)系統(tǒng)所需要的能量都來自太陽。(√)(3)初級消費者糞便中的能量屬于生產(chǎn)者同化的能量。(√)(4)初級消費者攝入的能量全部轉(zhuǎn)化為自身的能量，儲存在有機(jī)物中。(×)〖提示〗攝入量減去糞便量才是同化量?！紤?yīng)用示例〗(2021·山西太原市調(diào)研)下列關(guān)于草原生態(tài)系統(tǒng)能量流動的敘述，錯誤的是()A.能量流動包括能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程B.生產(chǎn)者固定的能量除用于自身呼吸作用外，其余均流入下一營養(yǎng)級C.在生態(tài)系統(tǒng)中，能量沿著食物鏈和食物網(wǎng)流動D.分解者所需的能量可來自各營養(yǎng)級用于生長、發(fā)育和繁殖的能量〖答案〗B〖解析〗生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是指生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程，A正確；生產(chǎn)者固定的能量除用于自身呼吸作用外，其余均流入下一營養(yǎng)級和分解者，B錯誤；在生態(tài)系統(tǒng)中，能量沿著食物鏈和食物網(wǎng)流動，C正確；各營養(yǎng)級生物同化的能量除去自身呼吸作用散失的能量，為各營養(yǎng)級生物用于生長、發(fā)育和繁殖的能量，這些能量一部分流向分解者，一部分流向下一營養(yǎng)級，D正確。〖對點小練〗在由“草→鼠→狐”組成的一條食物鏈中，鼠經(jīng)同化作用所獲得的能量，其去向不包括()A.通過鼠呼吸作用釋放的能量 B.通過鼠的糞便流入分解者體內(nèi)C.通過狐的糞便流入分解者體內(nèi) D.流入狐體內(nèi)并被同化的能量〖答案〗B〖解析〗鼠為第二營養(yǎng)級，同化的能量一部分通過呼吸作用以熱能的形式散失；其余的用于生長發(fā)育和繁殖等生命活動，其中一部分以遺體殘骸的形式被分解者利用，一部分被狐攝入。被狐攝入的能量中一部分以糞便的形式被分解者利用，剩下的被狐所同化；由于鼠的同化量等于攝入的能量減去糞便中的能量，因此鼠的糞便中的能量屬于草的同化量。——————————————素養(yǎng)提升——————————————1.某一個營養(yǎng)級的能量在一定時間內(nèi)的去路(1)自身呼吸作用消耗(2)流入下一營養(yǎng)級(3)被分解者分解利用(4)“未利用”(指未被自身呼吸作用消耗，也未被下一營養(yǎng)級和分解者利用)。2.能量流動的1個流程圖和3個關(guān)系式(1)攝入量＝同化量＋糞便中的能量。(2)同化量＝用于生長、發(fā)育和繁殖的能量＋呼吸作用消耗的能量。(3)用于生長、發(fā)育和繁殖的能量＝分解者分解利用量＋下一個營養(yǎng)級同化量＝同化量－呼吸作用消耗的能量?！紤?yīng)用示例〗如圖是該生態(tài)系統(tǒng)中能量流向物種甲后發(fā)生的一系列變化示意圖，下列有關(guān)敘述正確的是()A.B表示物種甲同化的能量 B.E表示物種甲呼吸散失的能量C.C表示物種甲流向分解者的能量 D.A中的能量包括物種甲糞便中的能量〖答案〗B〖解析〗分析物種甲的能量去路可知，A表示物種甲同化的能量，B表示物種甲用于自身生長發(fā)育、繁殖等生命活動所需的能量，C中還包括物種甲糞便中的能量，D表示分解者通過呼吸作用散失的能量，E表示物種甲通過呼吸作用散失的能量。物種甲糞便中的能量屬于甲上一個營養(yǎng)級的同化量?！紝c小練〗(2021·河北石家莊調(diào)研)如圖表示初級消費者能量流動的部分過程，括號中的數(shù)值表示能量，初級消費者呼吸散失的能量為b，下列說法正確的是()A.應(yīng)在B處加上標(biāo)有呼吸作用的箭頭B.初級消費者同化的能量為n－aC.次級消費者攝入的能量為n－a－bD.B為初級消費者所同化的總能量〖答案〗B〖解析〗圖中A表示初級消費者同化的能量，B表示用于生長發(fā)育和繁殖等生命活動所需的能量，應(yīng)在A處加上標(biāo)有呼吸作用的箭頭，A錯誤；初級消費者同化的能量為n－a，B正確；B處能量為n－a－b，其中部分能量被分解者分解利用，還有部分能量流入下一營養(yǎng)級，因此，被次級消費者攝入的能量小于(n－a－b)，C、D錯誤。聯(lián)想質(zhì)疑★遇到這種情況，單從能量流動方向來講，應(yīng)該先吃雞后吃玉米。(1)流經(jīng)整個自然生態(tài)系統(tǒng)的總能量是生產(chǎn)者固定的太陽能，而不是照射到所有植物體上的太陽能，因為有相當(dāng)一部分的太陽能沒有被生產(chǎn)者捕捉和固定。(2)流經(jīng)人工生態(tài)系統(tǒng)的總能量等于人工投放的餌料中的能量和生產(chǎn)者固定的太陽能兩者的總和。(3)某些自養(yǎng)細(xì)菌(生產(chǎn)者)可以利用無機(jī)物氧化時所釋放的能量來制造有機(jī)物，即通過化能合成作用固定能量。(4)最高營養(yǎng)級的消費者的能量沒有流向下一營養(yǎng)級這條途徑。第二營養(yǎng)級的同化量有哪些去路？〖提示〗①自身呼吸作用散失的熱能；②隨著遺體殘骸被分解者分解釋放的能量；③流入下一營養(yǎng)級的能量。其中②和③的和，又稱為用于第二營養(yǎng)級生長、發(fā)育和繁殖的能量。糞便量與遺體殘骸(或枯枝敗葉)量的比較①不同點：某一營養(yǎng)級的糞便量，不屬于該營養(yǎng)級的同化量，而是屬于其上一營養(yǎng)級的同化量；某一營養(yǎng)級的遺體殘骸(枯枝敗葉)量，屬于該營養(yǎng)級的同化量；②相同點：糞便和遺體殘骸(枯枝敗葉)中的能量，最終都流向分解者。能量流動的特點、研究意義及生態(tài)金字塔——————————————自主梳理——————————————1.能量流動的特點2.生態(tài)金字塔3.研究能量流動的實踐意義(1)幫助人們將生物在時間、空間上合理配置，增大流入某個生態(tài)系統(tǒng)的總能量。如農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的間種套作、蔬菜大棚中的多層育苗，稻—萍—蛙等立體農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式都充分地利用了空間和資源，獲得了更大的收益。但不能循環(huán)利用（2）幫助人們科學(xué)地規(guī)劃和設(shè)計人工生態(tài)系統(tǒng)，使能量得到最有效的利用，如將作物秸稈用作飼料喂牲畜獲得肉、蛋、奶等，實現(xiàn)對能量的多級利用，從而大大提高能量的利用率。但不能提高能量傳遞效率(3)幫助人們合理地調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動關(guān)系，使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠郑绾侠泶_定草場載畜量。(1)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是逐級遞減的，原因是一個營養(yǎng)級同化的能量只有一部分流入下一個營養(yǎng)級。(√)(2)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是單向的，原因是一個營養(yǎng)級呼吸散失的能量不能被生產(chǎn)者再同化，以及捕食關(guān)系是不可逆的。(√)(3)由于能量在流動的過程中逐級遞減，所以營養(yǎng)級越高，該營養(yǎng)級的總能量及生物的數(shù)量就會越少。(×)〖提示〗雖然較高營養(yǎng)級所能利用的能量較少，但有時較高營養(yǎng)級的生物個體體積較小時，較高營養(yǎng)級的生物數(shù)量會較多，如一棵大樹和昆蟲。(4)沼渣還田可以實現(xiàn)對能量的多級利用，從而提高生態(tài)系統(tǒng)的能量傳遞效率。(×)〖提示〗沼渣還田可以實現(xiàn)對能量的多級利用，從而大大提高能量的利用率，但是不能提高生態(tài)系統(tǒng)的能量傳遞效率。(5)生態(tài)金字塔都呈上窄下寬的金字塔形。(×)〖提示〗數(shù)量金字塔和生物量金字塔有時候會出現(xiàn)上寬下窄的倒置金字塔?！紤?yīng)用示例〗(2019·全國卷Ⅱ，6)如果食物鏈上各營養(yǎng)級均以生物個體的數(shù)量來表示，并以食物鏈起點的生物個體數(shù)作底層來繪制數(shù)量金字塔，則只有兩個營養(yǎng)級的夏季草原生態(tài)系統(tǒng)(假設(shè)第一營養(yǎng)級是牧草，第二營養(yǎng)級是羊)和森林生態(tài)系統(tǒng)(假設(shè)第一營養(yǎng)級是喬木，第二營養(yǎng)級是昆蟲)數(shù)量金字塔的形狀最可能是()A.前者為金字塔形，后者為倒金字塔形B.前者為倒金字塔形，后者為金字塔形C.前者為金字塔形，后者為金字塔形D.前者為倒金字塔形，后者為倒金字塔形〖答案〗A〖解析〗夏季草原生態(tài)系統(tǒng)中，作為第一營養(yǎng)級的牧草的個體數(shù)量遠(yuǎn)大于作為第二營養(yǎng)級的羊的個體數(shù)量，該生態(tài)系統(tǒng)數(shù)量金字塔的形狀最可能是金字塔形。而在森林生態(tài)系統(tǒng)中，作為第一營養(yǎng)級的喬木的一個個體上生活著大量的作為第二營養(yǎng)級的昆蟲個體，該生態(tài)系統(tǒng)數(shù)量金字塔的形狀最可能為倒金字塔形。〖對點小練〗(2021·河南鄭州聯(lián)考)如圖為某果園中能量流經(jīng)某害蟲種群的示意圖〖圖中數(shù)據(jù)的單位為kJ/(m2·a)〗。下列敘述錯誤的是()A.若要防治蟲害，則應(yīng)設(shè)法使該害蟲種群的能量攝入量減少B.據(jù)圖可知，該害蟲同化的能量大部分通過自身呼吸作用以熱能的形式散失C.從圖中可以看出，生態(tài)系統(tǒng)的能量流動具有逐級遞減的特點D.由害蟲流入分解者的能量包括圖中糞便和遺體殘骸等中的能量〖答案〗D〖解析〗圖示為流經(jīng)某害蟲種群的能量情況的調(diào)查統(tǒng)計，害蟲攝入的能量包括糞便量和同化量，同化量的去向包括呼吸作用散失的能量、流向下一營養(yǎng)級的能量和流向分解者的能量。害蟲可能以果樹的葉片或果實等為食，若果園要防治蟲害，則需要設(shè)法減少害蟲對葉片或果實等的攝入，即減少害蟲種群的攝入量，A正確；害蟲同化量＝呼吸作用散失的能量＋儲存的能量(用于自身生長、發(fā)育和繁殖等生命活動的能量)，故害蟲呼吸作用散失的能量是1970－1402－68.01＝499.99〖kJ/(m2·a)〗，而儲存的能量為68.01kJ/(m2·a)，說明害蟲同化的能量大部分通過自身呼吸作用以熱能的形式散失，B正確；由于呼吸作用散失等，生態(tài)系統(tǒng)的能量流動具有逐級遞減的特點，C正確；由害蟲流入分解者的能量屬于害蟲同化量的一部分，而害蟲糞便中的能量為上一營養(yǎng)級同化量的一部分，故圖中糞便中的能量不屬于由害蟲流入分解者的部分，D錯誤。——————————————素養(yǎng)提升——————————————科學(xué)思維——有關(guān)能量傳遞效率的計算(1)計算出相關(guān)種群之間的能量傳遞效率：能量傳遞效率(e)＝下一營養(yǎng)級的同化量/上一營養(yǎng)級的同化量×100%；(2)判斷各營養(yǎng)級之間的關(guān)系：①若10%≤e≤20%，則兩個種群是相鄰營養(yǎng)級；②若e?10%，則兩種群間至少隔了1個營養(yǎng)級；③若e?20%，則兩種群為同一營養(yǎng)級。〖應(yīng)用示例〗(2021·河南名校聯(lián)盟)某草原上長期生活著兔、狐和狼等生物，形成了一個相對穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，經(jīng)測定，各種生物所含能量如表所示〖能量單位：kJ·(km2·a)－1〗。則該生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈(網(wǎng))可表示為()生物種類草兔狐狼所含能量9.9×1091.5×1090.9×1080.7×108A.草→兔→狐→狼 B.草→兔→狼→狐C. D.〖答案〗C〖解析〗由表中數(shù)據(jù)可知，草與兔之間的能量傳遞效率約為15.2%，因此兩者之間存在捕食關(guān)系，即兔吃草；狐、狼與兔之間的能量相差一個數(shù)量級，它們與兔之間也存在捕食關(guān)系；狐與狼的能量相差不大，并且兩者的能量之和約是兔所含能量的10.7%，可判定狼和狐都以兔為食，且二者之間不存在捕食關(guān)系，C項符合題意?！紝c小練〗(2021·西安高新一中調(diào)研)甲、乙兩個水池中各有由5個物種構(gòu)成的食物網(wǎng)，如圖所示，且這兩個水池的生態(tài)系統(tǒng)在沒有人為干擾的情況下均達(dá)到相對平衡狀態(tài)。請據(jù)圖回答下列問題：(1)每個水池生態(tài)系統(tǒng)中有________條食物鏈，流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量來自________所固定的太陽能。(2)假如鯽魚的1/4食物來自綠藻，1/2來自輪蟲，且該系統(tǒng)能量從生產(chǎn)者到消費者的傳遞效率為10%，從消費者到消費者的能量傳遞效率為20%。如果鯽魚種群增加的能量為200kJ，那么其中來自綠藻和輪蟲的能量分別為________kJ和________kJ。〖答案〗(1)5綠藻和水草(2)500500〖解析〗(1)由圖可知，兩個水池中都有5條食物鏈，分別是：①綠藻→鯽魚，②綠藻→輪蟲→鯽魚，③綠藻→螺螄→鯽魚，④水草→螺螄→鯽魚，⑤水草→鯽魚。該生態(tài)系統(tǒng)的總能量來自生產(chǎn)者綠藻和水草所固定的太陽能。(2)鯽魚種群增加的能量為200kJ，其中1/4(50kJ)來自綠藻，1/2(100kJ)來自輪蟲，綠藻和輪蟲到鯽魚的傳遞效率分別為10%、20%，則來自綠藻和輪蟲的能量分別是50/10%＝500kJ、100/20%＝500kJ?？茖W(xué)思維——能量流動過程圖解〖應(yīng)用示例〗(2021·江西南昌二中期末)如圖表示某草原生態(tài)系統(tǒng)中能量流動圖解，①～④表示相關(guān)過程能量流動量。下列有關(guān)敘述正確的是()A.①是流入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量B.圖中②/①的比值代表草到兔的能量傳遞效率C.分解者獲得的能量最少D.③和④分別屬于草和兔同化量的一部分〖答案〗D〖解析〗①是兔這一營養(yǎng)級攝入的能量，流入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量是草固定的太陽能總量，A錯誤；①和②均表示攝入量，所以②/①的比值不能代表第二營養(yǎng)級到第三營養(yǎng)級的能量傳遞效率，B錯誤；最后動植物尸體的能量全部流入分解者，分解者獲得的能量不是最少，C錯誤；③是兔食草后未吸收的殘渣中的能量，④是兔子的遺體殘骸，它們分別屬于草和兔同化量的一部分，D正確。〖對點小練〗(2021·石嘴山市期末)某同學(xué)繪制了如圖所示的能量流動圖解(其中W1為生產(chǎn)者固定的太陽能)，下列敘述中不正確的是()A.生產(chǎn)者固定的總能量可表示為(A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2)B.由第一營養(yǎng)級到第二營養(yǎng)級的能量傳遞效率為(D1/W1)×100%C.流入初級消費者的能量為(A2＋B2＋C2)D.圖解表明能量流動特點是單向流動、逐級遞減〖答案〗C〖解析〗生產(chǎn)者固定的總能量可表示為(A1＋B1＋C1＋D1)，A1呼吸作用消耗，B1未被利用，C1流向分解者，而D1＝A2＋B2＋C2＋D2是流入下一營養(yǎng)級的能量，A正確；由第一營養(yǎng)級到第二營養(yǎng)級的能量傳遞效率為D1/(A1＋B1＋C1＋D1)×100%＝D1/W1×100%，B正確；流入初級消費者的能量為D1＝(A2＋B2＋C2＋D2)，C錯誤；圖解表明能量流動的特點是單向流動、逐級遞減，D正確。聯(lián)想質(zhì)疑★能量沿營養(yǎng)級流動，逐級遞減★數(shù)量金字塔的特例：從個體數(shù)量上來講，第二營養(yǎng)級(蟲)＞第三營養(yǎng)級(鳥)＞第一營養(yǎng)級(樹)?！锍舨藞@里的害蟲，減少白菜中流向害蟲的能量為什么“一山不能容二虎”〖提示〗從能量流動的角度考慮，一個生態(tài)系統(tǒng)中，營養(yǎng)級越多，在能量流動過程中消耗的能量就越多，老虎一般屬于第四營養(yǎng)級或第五營養(yǎng)級。因此處于食物鏈頂端的老虎的生存需要消耗大量能量，由于生態(tài)系統(tǒng)的能量是有限的，所以處于食物鏈頂端的老虎的數(shù)量會很少。能量的利用率≠能量傳遞效率(1)能量傳遞效率：能量在沿食物鏈流動的過程中是逐級遞減的，若以“營養(yǎng)級”為單位，能量在相鄰兩個營養(yǎng)級之間的傳遞效率為10%～20%。(2)提高能量利用率的方法：①調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動關(guān)系，即調(diào)整流入人體中的能量占生產(chǎn)者所固定的總能量的比值，提高流向?qū)θ祟愑幸娌糠值哪芰勘壤?；②將原本流向分解者的能量再次流向?qū)θ祟愑幸娴牟糠郑詫崿F(xiàn)能量的多級利用。左圖中箭頭①指的是攝入量，③指的是糞便量，所以兔的同化量等于①－③；若沒有箭頭③，則①代表的是兔的同化量。能量流動“拼圖”的分析方法(1)W1、D1指相應(yīng)營養(yǎng)級的同化量，B1、B2指相應(yīng)營養(yǎng)級未利用的能量；(2)各營養(yǎng)級用于生長、發(fā)育和繁殖等生命活動的能量為B1＋C1＋D1或B2＋C2＋D2；(3)能量傳遞效率不會是100%，從左圖可以看出，相鄰兩個營養(yǎng)級的傳遞效率等于D1/W1×100%，一般情況下，能量在相鄰兩個營養(yǎng)級間的傳遞效率為10%～20%；(4)利用“拼圖法”可得關(guān)系式：W1＝A1＋B1＋C1＋D1＝A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2，D1＝A2＋B2＋C2＋D2。思維導(dǎo)圖必背語句1.生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程稱為生態(tài)系統(tǒng)的能量流動。2.一個營養(yǎng)級的同化量包括自身呼吸散失、流向下一個營養(yǎng)級、被分解者利用和未被利用的能量。3.能量流動是沿食物鏈進(jìn)行的，食物鏈中各營養(yǎng)級之間的捕食關(guān)系是經(jīng)過長期自然選擇而形成的，所以能量流動是不可逆轉(zhuǎn)的。4.各營養(yǎng)級生物及分解者通過呼吸作用散失的熱能不能被生物群落重復(fù)利用，因此能量流動是不能循環(huán)的。.一個營養(yǎng)級的能量不能100%地傳遞給下一個營養(yǎng)級，所以能量流動具有逐級遞減的特點，能量傳遞效率為10%～20%。隨堂檢測1.下列關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)能量流動的敘述，正確的是()A.營養(yǎng)級數(shù)量越多，相鄰營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率就越低B.呼吸消耗量在同化量中所占比例越少，生物量增加就越多C.生產(chǎn)者的同化量越大，各級消費者的體型就越大D.營養(yǎng)級所處的位置越高，該營養(yǎng)級所具有的總能量就越多〖答案〗B〖解析〗在流入生態(tài)系統(tǒng)能量一定的情況下，相鄰營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率相對較高才能維持高營養(yǎng)級生物的生存，A錯誤；呼吸消耗量在同化量中占比越少，意味著積累越多，生物量增加就越多，B正確；生產(chǎn)者的同化量越大，能養(yǎng)活的消費者越多，但與消費者的體型大小無關(guān)，C錯誤；由于能量傳遞過程中逐級遞減，因此營養(yǎng)級所處的位置越高，該營養(yǎng)級所具有的總能量就越少，D錯誤。2.(2021·華師一附中調(diào)研)在一個生態(tài)系統(tǒng)中，草食動物所同化的能量等于()A.生產(chǎn)者固定的太陽能的總量B.生產(chǎn)者固定的太陽能的總量減去生產(chǎn)者的呼吸量C.被草食動物吃了的植物所含的能量減去糞便等排遺物中的能量D.用于草食動物的生長、發(fā)育、繁殖等生命活動所需的能量〖答案〗C〖解析〗生產(chǎn)者固定的太陽能的總量是流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量，A錯誤；生產(chǎn)者固定的太陽能的總量減去生