高中人教版 (2019)第3章 生态系统及其稳定性第2节 生态系统的能量流动导学案

  3.2 生态系统的能量流动（二）

学习目标       

1．理解能量流动金字塔

2 . 概述研究能量流动的实践意义。

3．能量流动效率计算。

学习重难点

1.能量流动的实践意义；   

2.能量流动效率计算。

课堂合作探究

探究一、能量流动模型——能量金字塔

1.如图是某一湖泊的能量金字塔，A、B、C、D 所代表的营养级是

A             B __________   C           D___________       

思考

1. 为什么一条食物链中营养级一般不超过5个？

2.如果把各个营养级的生物数量关系，用绘制能量金字塔的方式表达出来，是不是也是金字塔形？如果是，有没有例外？

3.三种生态金字塔的比较

例1 下图甲、乙两个特定的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.若甲和乙中玉米的数量相同，能量传递效率为10%，且甲能养活10000人，则乙能养活500人

D.若土壤中含相同浓度的DDT，则甲中的人比乙中的人体内DDT低

探究二 研究能量流动的实践意义

1．相比农作物秸秆直接燃烧，上图中设计的生态系统有何优点？

                                                                            。

2．在上述生态系统中，人们为提高农作物的产量，要经常到田间除草、灭虫、灭鼠。这样做的目的是什么？

                                                                               。

3．有人说：“由于上述生态系统是人工设计，所以其中营养级之间能量的传递效率可由人类任意控制。”你认为对吗？

探究三 能量传递效率的计算                           

1、能量传递效率的计算公式

2、能量传递效率的相关“最值”计算

若题干中未做具体说明，则一般认为能量传递的最低效率为10%，最高效率为20%。

（1）在食物链A→B→C→D中，则有

注　①食物链越短，最高营养级获得的能量越多；

②生物间的取食关系越简单，生态系统的能量流动过程中损耗的能量越少。

（2）.在食物网中则有

【典例1】　(2021·成都市诊断)如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

【典例2】　下图所示的食物网中，若人的体重增加1 kg，最少需消耗水藻________kg，最多消耗水藻________kg。

3、能量传递效率有关的“定值”计算

（1）.已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算，而需按具体数值计算

例如：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获得的能量为M×a%×b%×c%。

（2）.如果是在食物网中，某一营养级同时从上一营养级多种生物获得能量，且各途径获得的能量比例确定，则按照各单独的食物链进行计算后合并。

【典例3】　(2021·山东德州模拟)由于“赤潮”的影响，一条6 kg重的杂食性海洋鱼死亡，假如该杂食性海洋鱼的食物有1/3来自植物，1/3来自食草鱼类，1/3来自以食草鱼类为食的小型肉食鱼类；那么按能量传递效率20%来计算，该杂食性鱼从出生到死亡共需海洋植物(　　)

A.310 kg  B.240 kg

C.180 kg  D.150 kg

【典例4】　(2021·河北衡水调研)如图若黄雀的全部同化量来自两种动物——食草昆虫和螳螂，且它们各占一半，则当绿色植物增加G千克时，黄雀增加体重最多是多少千克(　　)

A.G/125  B.G/100

C.G/75  D.G/50

4、具有人工能量输入的能量传递效率计算

人为输入到某一营养级的能量是该营养级同化量的一部分，但却不是从上一营养级流入的能量。如求第二营养级至第三营养级传递效率时，应为第三营养级从第二营养级同化的能量(不包括人工输入到第三营养级的能量)/第二营养级的同化量(包括人工输入到第二营养级的能量)×100%。

【典例5】　(2021·甘肃兰州一中期末)如图是某人工鱼塘生态系统能量流动过程中部分环节涉及的能量值[单位为103 kJ/(m2·y)]，据图分析：

(1)该生态系统中流入生物群落的总能量有哪些来源？

(2)生产者、植食性动物和肉食性动物固定的总能量分别是多少？

(3)生产者→植食性动物、植食性动物→肉食性动物的能量传递效率分别是多少？(结果保留小数点后一位)

(4)假设能量全部来自于生产者，按照图中的能量流动规律，肉食性动物要增加100 kg，则需要消耗多少千克生产者？(保留整数)

知识框架

3.2  生物系统的能量流动（二）   课堂合作探究答案

探究一  能量金字塔

1. A 第一营养级  B  第二营养级 C  第三营养级 D  第四营养级

思考    

1. 因为能量流动是逐级递减的。一般当营养级达到第五级时，传递到该营养级的能量不足以维持本营养级生物的生存。

2. 一般情况下，也是金字塔形。但是有时候也会出现倒置的塔形。例如成千上万的昆虫生活在一棵大树上，该数量金字塔的塔形式会发生倒置的。

探究二 研究能量流动的实践意义

 1.该生态系统实现了农作物中能量的多级利用，提高了能量利用率。

 2．合理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。

 3．不对，通过人工设计可以把本应该流向分解者的能量，重新被人类利用，从而提高了能量的利用效率，但没有改变能量的传递效率。

【典例1】　C

解析　分析题图可知，图中有3条食物链，即A→B→猫头鹰、A→C→B→猫头鹰、A→C→D→猫头鹰。题中所问为猫头鹰体重每增加1 kg，至少消耗的A的质量，已知高营养级的能量求低营养级能量时，需最少能量，选最短食物链(A→B→猫头鹰)，能量传递效率按20%计算，则至少消耗A的质量为1÷20%÷20%＝25 kg，C正确。

【典例2】　25　100 000

解析　能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%～20%。求最少消耗水藻量时，应选最短的食物链，即水藻→小鱼→人，传递效率按20%计算，设最少消耗水藻量为x，则x×20%×20%＝1 kg，x＝25 kg；求最多消耗水藻量时，应选最长的食物链，即水藻→水蚤→虾→小鱼→大鱼→人，传递效率按10%计算，设最多消耗水藻量为y，则y×10%×10%×10%×10%×10%＝1 kg，y＝100 000 kg。

【典例3】　A

解析　由题意可知，题干中存在3条食物链：①海洋植物→杂食性鱼，②海洋植物→食草鱼→杂食性鱼，③海洋植物→食草鱼→小型肉食鱼→杂食性鱼；杂食性鱼的食物1/3来自食物链①，1/3来自食物链②，1/3来自食物链③。该杂食性鱼从食物链①消耗的海洋植物为2÷20%＝10 kg，从食物链②消耗的海洋植物为2÷20%÷20%＝50 kg，从食物链③消耗的海洋植物为2÷20%÷20%÷20%＝250 kg，因此共需海洋植物10＋50＋250＝310 kg，A正确。

【典例4】　C

解析　假设黄雀增加最多(能量传递效率为20%)为x，由题意可知，黄雀的全部同化量来自两种动物，食草昆虫和螳螂各占一半，所以黄雀要吃食草昆虫x÷20%÷2＝2.5x，同理黄雀要吃螳螂也是2.5x，而螳螂增重2.5x需要消耗食草昆虫2.5x÷20%＝12.5x，加起来相当于吃了食草昆虫15x，又相当于吃绿色植物15x÷20%＝75x。已知绿色植物增加G千克，所以75x＝G，x＝G/75，C正确。

【典例5】　

(1)　一个来源是光能，另一个来源是输入的有机物中的化学能。

(2)　肉食性动物固定的总能量＝(0.25＋0.05＋2.1＋5.1)×103＝7.5×

103 kJ/(m2·y)；植食性动物固定的总能量＝[(7.5－5)＋0.5＋4＋9]×103＝16×

103 kJ/(m2·y)；生产者固定的总能量＝[(16－2)＋3＋70＋23]×103＝110×

103 kJ/(m2·y)。

(3)　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%。

(4)肉食性动物要增加100 kg，则需要生产者的量为100÷15.6%÷12.7%≈

5 047(kg)。