2024届苏教版高考生物一轮复习生态系统的能量流动学案

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第7课时　生态系统的能量流动课标要求　1.分析生态系统中的能量在生物群落中单向流动并逐级递减的规律。2.举例说明如何利用能量流动规律，使人们能够更加科学、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．能量流动的概念理解源于选择性必修2 P76“积极思维”：生态系统中的能量流动和转化遵循能量守恒定律。流入生态系统的能量一部分储存在生物体有机物中，而另一部分通过生物的呼吸作用以热能的形式散失至无机环境中，两部分之和与流入生态系统的能量相等(填“相等”或“不相等”)。2．第一营养级能量流动提醒　生产者固定的太阳能即第一营养级的同化量，一部分能量用于呼吸消耗，余下的用于自身的生命活动，即积累有机物中的能量。     思维拓展　第二营养级及其后营养级能量流动(1)由上图分析可知①输入该营养级的总能量是指图中的b(填字母)。②粪便中的能量(c)不属于(填“属于”或“不属于”)该营养级同化的能量，应为上一个营养级同化的能量中流向分解者的部分。③初级消费者同化的能量(b)＝呼吸作用以热能的形式散失的能量(d)＋用于自身的生命活动的能量(e)。④自身的生命活动的能量(e)＝分解者利用的能量(f－c)＋流入下一营养级的能量(i)＋未被利用的能量(j)。(2)总结：①摄入量＝同化量＋粪便量。其中最高营养级无Ⅱ。源于选择性必修2 P76“图3－2－1”：在一定时间内，某生态系统中全部生产者固定的能量值为a，全部消费者所获得的能量值为b，全部分解者所获得的能量值为c，则a>b＋c(填“>”“＝”或“<”)。易错提醒　(1)能量流动过程的“一来二去”模型说明：①A是初级消费者摄入量；B是初级消费者同化量；C是用于自身生命活动量；D是次级消费者摄入量。②初级消费者摄入量＝同化量＋粪便量。③同化量＝呼吸作用散失的能量＋用于自身生命活动量。④自身生命活动量＝遗体残骸＋次级消费者摄入量。(2)能量流动过程的“一来三去”模型说明：①D、E、F分别代表第一、第二、第三营养级同化量。②三条去路(最高营养级除外)：呼吸作用散失、流入下一个营养级、分解者利用。(3)能量流动过程的“一来四去”模型说明：①D、E、F分别代表第一、第二、第三营养级同化量。②四条去路(最高营养级除外)：呼吸作用散失、流入下一个营养级、分解者利用、未利用。3．能量流动的特点源于选择性必修2 P77“图3－2－2”：流经某生态系统的能量不能再回到该生态系统，原因是能量流动是单向的。4．能量流动的相关计算(1)在食物网中，能量传递效率不是以个体或种群为单位的，而是以营养级为单位的，如对于食物网，由第一营养级到第二营养级的能量传递效率是指(B＋C)同化的总能量占A同化的总能量的10%～20%。(2)求最高营养级获得能量的“最大值”或“最小值”①在一条食物链中，若生产者(第一营养级)能量为100%，那么第n营养级获得的能量最多为(20%)n－1，最少为(10%)n－1。②在多条食物链中，最高营养级从不同渠道得到的能量比不定，已知较低营养级生物的能量，求较高营养级生物获得的能量：知低营养级求高营养级(3)求最低营养级消耗量的“至少”或“最多”①如一条食物链共有n个营养级，则第n营养级生物每增加1 kg体重：a．“至少”需要消耗的生产者的量：＝＝5n－1。b．“最多”需要消耗的生产者的量：＝＝10n－1。②在多条食物链中，若已知较高营养级生物的能量，求所需较低营养级生物的能量：知高营养级求低营养级(4)关于“定值”的计算在食物网中，某一营养级同时从上一个营养级的多种生物中按一定比例获取能量，则按照单独的食物链进行计算后再合并。思考　有一食物网如图所示。假如鹰的食物2/5来自兔子，2/5来自老鼠，其余来自蛇，那么鹰要增加20 g体重，最多消耗植物多少克？提示　分别计算三条食物链消耗植物的质量：如图：相加为5 600 g，故最多消耗植物5 600 g。5．生态金字塔的类型及特点项目数量金字塔生物量金字塔能量金字塔形状每一阶含义每一营养级生物个体的数量每一营养级生物所容纳的有机物总干重每一营养级生物所含能量的多少象征含义一般情况下，生物个体数量在食物链中随营养级升高而逐级递减一般情况下，生物量随营养级升高而逐级递减能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特点特征一般为正金字塔形，但可能出现“倒置”，如“树→昆虫”一般为正金字塔形上窄下宽的正金字塔形 6．能量流动规律在生产中的应用(1)研究生态系统的能量流动，可以帮助人们在设计人工生态系统时充分考虑能量的有效利用。例如：“桑基鱼塘”和“稻田养鱼”等生产模式大大提高了能量的利用率。(2)研究生态系统的能量流动，合理地优化生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对生产有益的部分，可以使农业生产获得更大的效益。例如：划区轮牧、农田捉虫、除草等。源于选择性必修2 P81“旁栏”：人们主要通过合理密植的方法提高作物的光能利用效率。考向一　能量流动的过程1．如图表示在某生态系统中，能量流经第二营养级的示意图。下列对该图分析不合理的是(　　)A．能量流动是伴随着物质利用进行的B．图中甲为初级消费者同化的能量C．该图不够完善，缺少甲中因呼吸作用以热能形式散失的能量D．乙比甲的能量少的原因主要是甲的遗体残骸中的能量被分解者利用而未传递下去答案　D解析　在生态系统的能量流动过程中，物质是能量流动的载体，能量是物质循环的动力，能量流动是伴随着物质利用而进行的，A正确；该图不够完善，没有标出甲中因呼吸作用散失的能量，C正确；乙比甲的能量少的主要原因是呼吸作用消耗了很多的能量，D错误。2．螳螂捕蝉，黄雀在后体现了食物链的原理，若鹰迁入了蝉、螳螂、黄雀所在的树林中，捕食黄雀并栖息在林中。下列叙述正确的是(　　)A．蝉、螳螂、黄雀、鹰构成了一条食物链B．鹰的迁入使得黄雀的数量大幅持续锐减C．螳螂通过捕食蝉获得了蝉能量的10%～20%D．鹰的迁入增加了该生态系统能量流动的环节答案　D解析　食物链是生产者和消费者存在的一种捕食与被捕食的关系，起点是生产者，终点是消费者，蝉、螳螂、黄雀、鹰缺少生产者不能构成一条食物链，A错误；鹰的迁入会使黄雀的数量在一定时间内有所减少，但因为生态系统间存在负反馈调节机制，当黄雀数量减少到一定程度后，鹰可能会调整食物来源，黄雀的数量会维持在一个相对稳定的水平，B错误；能量传递效率是指相邻两个营养级之间同化量的比值，螳螂和蝉都是某个营养级的个体，无法用10%～20%的能量传递效率来衡量，C错误；“螳螂捕蝉，黄雀在后”中隐藏的食物链为：绿色植物→蝉→螳螂→黄雀，当鹰迁入并栖息于林中后，食物链应为：绿色植物→蝉→螳螂→黄雀→鹰。因此鹰的迁入增加了该生态系统能量流动的环节，D正确。考向二　能量流动的特点及应用3．我国珠江三角洲某地桑基鱼塘的能量流动简图如下。据图判断以下说法错误的是(　　)A．输入该生态系统的总能量大于植物实际光合量之和B．植物到蚕和鱼的能量传递效率小于蚕和鱼同化量与植物实际光合量之比C．鱼同化的能量可通过自身的遗体残骸和粪便流向分解者D．生产中用蚕粪喂鱼和塘泥肥田能够实现物质的循环利用答案　C解析　因为该生态系统有鱼饲料等人工输入能量，所以输入该生态系统的总能量大于植物实际光合量之和，A正确；鱼同化量中有鱼饲料中含有的能量，故植物到蚕和鱼的能量传递效率小于蚕和鱼同化量与植物实际光合量之比，B正确；鱼粪便中的能量属于上一营养级的同化量，C错误。4．某生态系统部分营养成分之间的关系，以及部分营养级的部分能量值(单位：J·m－2·a－1)如图。下列判断正确的是(　　)A．草→草食性动物→肉食性动物①→肉食性动物②是一条食物链B．在能量流动和物质循环中X分别代表热能和CO2C．肉食性动物①属于初级消费者，由草食性动物到肉食性动物①的能量传递效率是3%D．肉食性动物①同化的能量中只有约3.11%用于其生长、发育和繁殖答案　D解析　草食性动物与肉食性动物都不止一种，因此不能表示一条食物链，A错误；在能量流动中，能量主要以热能形式散失；物质循环包括碳循环、氮循环等，在碳循环中，X表示CO2，B错误；肉食性动物①属于次级消费者，C错误；①用于生长、发育和繁殖的能量＝同化量－呼吸量＝7×105(J·m－2·a－1)，占同化量的约3.11%，D正确。考向三　能量流动的有关计算5．(多选)(2023·江苏盐城高三期末)某小型生态系统的能量流动过程如图所示[单位为103 kJ/(m2·a)]，A、B、C、D代表不同的生物成分。下列叙述正确的是(　　)A．由A、B、C、D构成的食物网是能量流动、物质循环的主要渠道B．B→D的能量传递效率约为18.7%C．若利用A凋落的枝叶种植茶树菇，不能提高对光能的利用率D．C分解有机物获取能量，同时也为A提供无机盐和CO2答案　CD解析　根据题图分析可知，C为分解者，不参与食物网的构成，A错误；B的同化量为18×103 kJ/ (m2·a)，传递给D的能量为3×103 kJ/(m2·a)，因此B→D的能量传递效率约为3÷18×100%≈16.7%，B错误；茶树菇为异养型生物，不能利用光能，因此若利用A凋落的枝叶种植茶树菇，不能提高对光能的利用率，C正确。6．如图是某草原生态系统中部分营养结构，若蛇取食鼠的比例由1/4调整到3/4，假设能量传递效率按20%计算，从理论上分析，改变取食比例后蛇体重增加1 kg，人能比原来多增重(　　)A．2 kg   B．2.5 kgC．4 kg   D．4.5 kg答案　A解析　根据题意可知取食比例改变前：蛇体重增加1 kg消耗草：3/4÷(20%)3＋1/4÷(20%)2＝100(kg)，改变后：蛇体重增加1 kg消耗草：1/4÷(20%)3＋3/4÷(20%)2＝50(kg)。所以改变后和改变前相比剩余的50 kg草可流向人。所以人可以增重50×20%×20%＝2(kg)。1．(2021·浙江6月选考，7)下列关于生态金字塔的叙述，正确的是(　　)A．生态金字塔显示了各营养级之间的数量关系B．生态金字塔中每个营养级的生物均属于同一食物链C．生态金字塔中的营养级均按其所占的数值大小依次排列D．生态金字塔可分别以个体数量、生产量和能量为指标绘制答案　A解析　生态金字塔中每个营养级的生物均属于食物网的同一营养级，但不属于同一条食物链，B错误；生态金字塔通常都是下宽上窄的正金字塔图形，但也有倒金字塔的，如英吉利海峡的浮游植物与浮游动物和底栖动物的生物量金字塔，故生态金字塔中的营养级并非均按其所占的数值大小依次排列，C错误；生态金字塔可采用生物量单位、个体数量单位和能量单位，故可分别以生物量、个体数量和能量为指标绘制，并非生产量，D错误。2．(多选)(2021·江苏·15)为了推进乡村振兴，江苏科技人员在某村引进赤松茸，推广“稻菇轮作”露地栽培模式，如图所示。下列相关叙述正确的是(　　)A．当地农田生态系统中引进的赤松茸，是该系统中的生产者之一B．该模式沿袭了“无废弃物农业”的传统，菌糠和秸秆由废弃物变为了生产原料C．该模式充分利用了水稻秸秆中的能量，提高了能量传递效率D．该模式既让土地休养生息，又增加了生态效益和经济效益答案　BD解析　由图观察可知，赤松茸接种在以秸秆发酵的栽培基料上，属于该生态系统中的分解者，A错误；该模式沿袭了“无废弃物农业”的传统，遵循物质循环再生原理，菌糠和秸秆由废弃物变为了生产原料，实现了物质的循环利用，B正确；该模式充分利用了秸秆中的能量，从而提高了能量的利用率，但不能提高能量的传递效率，C错误；该模式既让土地休养生息，在确保土地肥力的同时又增加了生态效益和经济效益，D正确。3．(2018·海南，20)某地在建设池塘时，设计了如图所示的食物网，鲫鱼和鲢鱼生活在不同水层。关于该池塘生态系统的叙述，下列错误的是(　　)A．鲫鱼既是初级消费者又是次级消费者B．消耗等量藻类时，鳜鱼的生长量少于鲢鱼C．通气可促进水体中生物残骸分解为无机物D．藻类固定的能量小于流入次级消费者的能量答案　D解析　鳜鱼的营养级比鲢鱼高，故消耗等量藻类时，鳜鱼的生长量少于鲢鱼，B正确；通气有利于水体中分解者的呼吸作用，促进残骸分解为无机物，C正确；藻类固定的能量大于流入次级消费者的能量，D错误。4．(2020·全国Ⅲ，31)假设某种蓝细菌(A)是某湖泊中唯一的生产者，其密度极大，使湖水能见度降低。某种动物(B)是该湖泊中唯一的消费者。回答下列问题：(1)该湖泊水体中A种群密度极大的可能原因是_______________________________________________________________________________________________(答出2点即可)。(2)画出该湖泊生态系统能量流动的示意图。(3)假设该湖泊中引入一种仅以A为食的动物(C)后，C种群能够迅速壮大，则C和B的种间关系是________。答案　(1)水体富营养化；没有其他生产者的竞争　(2)如图所示(3)竞争解析　(1)若水体中N、P等元素含量高，则蓝细菌会大量繁殖，即水体富营养化，又因为没有其他生产者与其竞争，所以该种蓝细菌种群密度极大，使湖水能见度降低。(2)生态系统的能量流动示意图需体现能量的来源、各营养级能量的去向(见答案)。(3)因该湖泊中B以A为食，在引入仅以A为食的动物C后，C与B之间是竞争的关系，且C的竞争力较强，使C种群能够迅速壮大。5．(2021·山东，24)海水立体养殖中，表层养殖海带等大型藻类，海带下面挂笼养殖滤食小型浮游植物的牡蛎，底层养殖以底栖微藻、生物残体残骸等为食的海参。某海水立体养殖生态系统的能量流动示意图如下，M、N表示营养级。(1)估算海参种群密度时常用样方法，原因是______________________________________。(2)图中M用于生长、发育和繁殖的能量为__________kJ/(m2·a)。由M到N的能量传递效率为________%(保留一位小数)，该生态系统中的能量________(填“能”或“不能”)在M和遗体残骸间循环流动。(3)养殖的海带数量过多，造成牡蛎减产，从生物群落的角度分析，原因是________________________________________________________________________。(4)海水立体养殖模式运用了群落的空间结构原理，依据这一原理进行海水立体养殖的优点是____________________________。在构建海水立体养殖生态系统时，需考虑所养殖生物的环境容纳量、种间关系等因素，从而确定每种生物之间的合适比例，这样做的目的是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案　(1)海参活动能力弱，活动范围小　(2)2 488　6.3　不能　(3)由于海带的竞争，浮游植物数量下降，牡蛎的食物减少，产量降低　(4)能充分利用空间和资源　维持生态系统的稳定性，保持养殖产品的持续高产(或实现生态效益和经济效益的可持续发展)解析　(2)生长、发育和繁殖的能量＝同化的能量－呼吸作用消耗的能量＝3 281＋2 826－3 619＝2 488 [kJ/(m2·a)]；由 M到N的能量传递效率为386÷(3281＋2826)×100%≈6.3%，能量流动的方向是单向的，不能循环。(3)牡蛎以浮游植物为食，由于海带的竞争，浮游植物数量下降，牡蛎的食物减少，所以产量降低。(4)海水立体养殖利用了群落结构的特点，优点是能充分利用空间和资源；由于空间和资源是有限的，所以在构建海水立体养殖生态系统时，需考虑所养殖生物的环境容纳量、种间关系等因素，从而确定每种生物之间的合适比例，维持生态系统的稳定性，保持养殖产品的持续高产。6．(2019·江苏，26)图1是某生态系统部分生物关系示意图。请回答下列问题：(1)生态系统最基本的生物成分是________。图1由乔木、草本植物、蝗虫、蜘蛛和杂食性鸟构成的食物网中，杂食性鸟分别处于第__________营养级。(2)从图1所示的营养关系分析，属于分解者的有________________。有机碎屑被彻底分解产生的________________________________(至少写出两类)等供生态系统循环利用。(3)由于乔木的遮挡程度不同，导致了不同区域地表的草本植物、真菌等生物种类和数量有一定差异，地表生物的这种区域差异分布体现了群落具有________结构。(4)下列属于该区域东亚飞蝗种群基本特征的有________(填序号)。①空间分布　②迁入率　③互利共生　④物种丰富度　⑤种群密度(5)图2是图1生态系统中某两个营养级(甲、乙)的能量流动示意图，其中a～e表示能量值。乙粪便中食物残渣的能量包含在____________(填图2中字母)中，乙用于生长、发育及繁殖的能量值可表示为__________(用图2中字母和计算符号表示)。答案　(1)生产者　二、三、四　(2)大型真菌、跳虫　无机盐、CO2、H2O　(3)水平　(4)①②⑤(5)c　a－b一、易错辨析1．生态系统的能量流动就是指能量的输入和散失过程(　×　)2．一只狼捕食了一只兔子，就完成了能量流动(　×　)3．相邻两个营养级的能量传递效率不会小于10%，也不会大于20%(　×　)4．一种蜣螂专以象粪为食，则该种蜣螂最多能获取大象所同化能量的20%(　×　)5．营养级越高的生物获得的能量越少，体型也越小(　×　)6．“桑基鱼塘”实现了能量的多级利用，大大提高了能量的传递效率(　×　)7．生态系统中的能量可被多级循环利用，从而大大提高了能量的利用率(　×　)二、填空默写1．(选择性必修2 P77)能量流动：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。2．(选择性必修2 P77)生态系统的能量在流动过程中具有单向流动和逐级递减的特点。3．(选择性必修2 P77)单向流动是指生态系统的能量只能从第一营养级流入第二营养级，再流入第三营养级……能量流动不可逆转，也不能循环。4．(选择性必修2 P77)进入第一营养级的能量，一部分在植物的呼吸作用中以热能的形式散失，另一部分储存在植物体内的有机物中，用于自身的生命活动。5．(选择性必修2 P78)因为受能量转化效率的限制，难以维持过高营养级消费者种群的生存对能量的需求，生态系统的食物链长度通常是有限的。6．(选择性必修2 P79)生态金字塔是反映食物链和食物网各营养级之间生物数量、质量和能量比例关系的图解模型。7．(选择性必修2 P80)能量金字塔不会出现倒置现象。8．(选择性必修2 P80)“桑基鱼塘”和“稻田养鱼”等生产模式，大大提高了能量的利用率。9．(选择性必修2 P81)研究生态系统的能量流动，合理地优化生态系统中的能量流动关系，使能量高效地流向对生产有益的部分，可以使农业生产获得更大的收益。