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高中生物人教版 (2019)选择性必修2第2节 生态系统的能量流动教案配套课件ppt
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这是一份高中生物人教版 (2019)选择性必修2第2节 生态系统的能量流动教案配套课件ppt，共48页。PPT课件主要包含了预习案·自主学习，探究案·互动探究，联系实际·素养落实，光合作用，分解者，摄食生产者，下一营养级，呼吸作用，单向流动，逐级递减等内容，欢迎下载使用。
一、能量流动的过程1.概念: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:生态系统的生产者通过 把太阳能转化为化学能,固定在它们所制造的有机物中。(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被初级消费者摄入体内,流入 。
梳理必备知识，储备素养根基
输入、传递、转化和散失
3.能量流经第二营养级的过程(1)输入:通过 。(2)去向。①呼吸作用以 的形式散失;②流向 ;③被 分解利用。
4.生态系统能量流动的示意图
二、能量流动的特点1.特点(1) :沿食物链由低营养级流向高营养级,不可 ,也不能 流动。(2) :能量在沿食物链流动的过程中逐级 ;营养级越多,在能量流动过程中消耗的能量就越多,生态系统中的能量流动一般不超过 个营养级。
(2)能量在相邻两个营养级间的传递效率一般只有 。三、生态金字塔及研究能量流动的实践意义1.生态金字塔(1)能量金字塔。将单位时间内各营养级所得到的 转换为 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,叫作能量金字塔。(2)生物量金字塔。用能量金字塔的方法表示各个 (每个营养级所容纳的 )之间的关系,就形成生物量金字塔。
(3)数量金字塔是用能量金字塔的方法表示 的数目比值关系。2.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 。(2)帮助人们科学地规划和设计人工生态系统,使能量得到 的利用。(3)帮助人们合理地调整生态系统中的 ,使能量持续高效地流向 的部分。
(1)流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能。( )提示:流经生态系统的总能量通常是生产者固定的太阳光能。(2)生产者和各级消费者的能量均可流入下一个营养级。( )提示:最高营养级没有流入下一个营养级的能量。(3)散失的热能不可以被生产者固定再次进入生态系统。( )(4)生物量金字塔、数量金字塔同能量金字塔一样都是正置的。( )提示:生物量金字塔、数量金字塔都有倒置的特例。
(5)拔去田地中的杂草是人为地调整能量流动的方向,提高生态系统的能量传递效率。( )提示:杂草与作物属于同一营养级,同营养级内物种的改变,一般不影响相邻营养级之间的能量传递效率。(6)利用农作物秸秆培育蘑菇,实现了生态系统中能量的循环利用。( )提示:能量不能循环流动。
探究一 能量流动的过程
资料:呼伦贝尔草原上的鹰捕食兔子,存在一条食物链:草→兔→鹰。草原上生产者主要是草,草原上几乎全部动物都是直接或间接由草养活。请分析并回答以下问题:问题(1):草的能量来自哪里?输入生态系统的能量是指哪一部分?提示:草的能量来自太阳能。生产者固定的太阳能总量。问题(2):生产者的能量又是通过什么途径,以什么形式传递给其他动物的?提示:传递途径为食物链或食物网;以有机物的形式传递。
逐点击破疑难，提升关键能力
问题(3):生产者的能量有哪些去路?生态系统的能量传递过程中发生了怎样的转化?提示:一部分通过呼吸作用以热能的形式散失;一部分流入分解者被分解释放出去;另一部分流入第二营养级(初级消费者)。太阳能→有机物中的化学能→热能。
活动:如图表示能量流经第二营养级示意图,请据图思考下列问题:
问题(4):摄入量和粪便量、初级消费者的同化量之间具有怎样的等量关系?提示:摄入量=粪便量+同化量。
问题(5):初级消费者的粪便中的能量属于哪个营养级的能量?第三营养级的粪便中的能量呢?提示:初级消费者的粪便中的能量属于第一营养级的能量。第三营养级的粪便中的能量属于第二营养级的能量。问题(6):初级消费者同化的能量又有几个流向?提示:自身呼吸散失、被分解者利用和流向下一营养级。
1.生态系统能量流动的过程(1)能量流动的源头——太阳能,但输入生态系统的总能量是指生产者固定的太阳能总量。(2)能量转化:太阳能→有机物中的化学能→热能(最终散失)。在能量转化过程中,叶绿体把光能转化为有机物中的化学能储存起来;线粒体把有机物中的化学能转化为热能和ATP中的化学能。(3)流动形式是有机物中的化学能,而能量传递的途径是沿着食物链和食物网进行的。(4)散失途径:呼吸作用,包括各个营养级自身的呼吸消耗以及分解者的呼吸作用。
(5)能量散失的形式:以热能形式散失。(6)研究能量流动既可以在个体水平上,也可以在群体水平上进行,研究生态系统能量流动则一般在群体水平上进行。
2.某一营养级的能量流动图解
(1)由以上图解可得到的等量关系。①动物同化的能量=摄入量-粪便有机物中的能量,即摄入的食物只有部分被同化。
②同化量=自身呼吸以热能形式散失的能量+用于该营养级生物生长、发育和繁殖等的能量。③该营养级生物生长、发育和繁殖的能量=被分解者分解的能量+流入下一营养级的能量(最高营养级的生物除外)+未被利用的能量。(2)某一营养级的能量定量不定时分析和定量定时分析的去路。①定量不定时分析:流入某一营养级的一定能量在足够长的时间内去路可有三条:a.一部分通过呼吸作用以热能的形式散失;b.一部分随生物的遗体或残骸等被分解者分解利用;c.还有一部分流入下一营养级(最高营养级的生物除外)。②定量定时分析:流入某一营养级的一定能量在一定的时间内去路可有四条:a.一部分通过呼吸作用以热能的形式散失;b.一部分随生物的遗体或残骸等被分解者分解利用;c.一部分流入下一营养级(最高营养级的生物除外);d.还有一部分未被利用,即未被自身呼吸消耗,也未被下一营养级和分解者利用。
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,甲、乙、丙、丁代表各种能量,如图是该生态系统中能量流入B处发生的一系列变化示意图,下列说法错误的是( )A.图中的甲表示B的同化量,乙表示B用于生长、发育和繁殖的能量B.参与丁过程的都是异养型生物,包括大多数细菌、真菌等C.丙表示呼吸作用释放的能量D.图中D利用的能量全部来自B生物
解析:甲表示B的同化量,乙表示B用于生长、发育和繁殖的能量,丙表示B呼吸作用以热能形式散失的能量,丁表示分解者的分解作用散失的热能,图中D利用的能量不全部来自B生物,还来自A生物(B粪便中的能量是B未同化的能量,属于上一个营养级A同化的能量)。
2.某同学绘制了如图所示的能量流动图解(W1为生产者固定的太阳能),下列叙述不正确的是( )A.C1可代表生产者流向分解者的能量,初级消费者粪便的能量是C1的组成部分B.初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量为B2+C2+D2C.初级消费者摄入的能量为A2+B2+C2D.图解表明初级消费者并未获得生产者固定的所有能量
解析:由题图可知,A代表呼吸作用散失的能量,B代表未被利用的能量,C代表本营养级流向分解者的能量,D代表下一营养级的同化量。C1包括了初级消费者粪便中的能量;初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量为B2+C2+D2;初级消费者摄入的能量应大于其同化量,即大于A2+B2+C2+D2。
探究二 能量流动的特点
活动:生态学家林德曼对一个天然湖泊——赛达伯格湖的能量流动进行了定量分析,得出了如图所示的数据。
注:图中数字为能量数值,单位是J/(cm2·a)。
问题(1):第一营养级到第二营养级之间的能量传递效率是多少(保留一位小数)?为什么能量不能100%流入下一营养级?提示:能量传递效率=62.8÷464.6×100%≈13.5%。因为每个营养级的能量都有一部分通过呼吸作用散失,一部分被分解者分解利用,还有部分未被利用,所以传到下一营养级的不能是100%。问题(2):一般肉食性动物体内的能量能否流入植食性动物?为什么?提示:不能;因为食物链中生物之间的捕食关系是不可逆转的。问题(3):总结出能量流动的特点。提示:能量流动是单向的;能量在流动过程中是逐级递减的。
问题(4):能量在流动过程中逐级递减,与能量守恒定律矛盾吗?为什么?提示:不矛盾。能量在流动过程中逐级递减,指的是流入各个营养级的能量逐渐减少。能量守恒定律可以用于衡量流入某个生态系统的总能量,流入某个生态系统的总能量=储存在生态系统(生物体的有机物)中的能量+被各个营养级的生物以及分解者利用、散发至非生物环境中的能量。因此,虽然能量在流动过程中逐级递减,但总能量依然遵循能量守恒定律。
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:
3.下图表示能量流经某生态系统第二营养级示意图[单位J/(cm2·a)],据图分析,有关说法正确的是( )A.该生态系统第三营养级同化的能量是15 J/(cm2·a)B.能量由第二营养级到第三营养级的传递效率是15%C.第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量是30 J/(cm2·a)D.分解者分解动植物遗体释放出来的能量,可供绿色植物再利用
解析:该生态系统第三营养级摄入的能量是15 J/(cm2·a),同化量小于摄入量;由于只知道第三营养级摄入量,不知道同化量,故不能计算能量由第二营养级到第三营养级的传递效率;第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量是30 J/(cm2·a);分解者分解动植物遗体,其中的能量最终以热能的形式散失,而热能不能被绿色植物再利用。
4.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 kgB.44.5 kgC.25 kg D.15 kg
解析: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),按最高能量传递效率20%计算,则至少消耗A的质量为1÷20%÷20%=25 kg。
探究三 生态金字塔及研究能量流动的实践意义
活动:阅读教材P57～58“生态金字塔”内容,思考并回答以下问题:问题(1):构建出的能量金字塔说明了什么?提示:说明能量流动是逐级递减的。
资料1:生态学家调查了不同生态系统中的生物个体数量和生物量(调查数据中排除了微生物和土壤动物),所得数据如表格所示。P代表生产者,C1、C2、C3依次代表初级、次级和三级消费者。表1 夏季两个生态系统的生物个体数量统计表(单位:个·hm-2)
表2 夏季两个生态系统的生物量统计表(单位:g·m-2)
问题(2):请根据表1,分别建构两个生态系统的数量金字塔。
问题(3):根据表2,分别建构两个生态系统的生物量金字塔。
问题(4):分析数量金字塔出现上宽下窄倒置的金字塔形的原因。提示:当生产者个体比消费者个体大得多时,数量金字塔通常是倒置的。问题(5):分析生物量金字塔出现上宽下窄倒置的金字塔形的原因。提示:海洋生态系统中,浮游植物个体小,世代周期短,又会不断被捕食,因而某一时间调查到的生物量可能低于浮游动物的生物量。当然,总的来看,一年中浮游植物的总的生物量还是比浮游动物的要多。
资料2:如图是新农村建设中某地通过新建沼气池和植树造林,构建的新型农业生态系统。
问题(6):据图从能量流动角度分析,与传统农业相比生态农业的优点是什么?提示:实现了对能量的多级利用,提高了能量的利用率。
问题(7):种植农作物时,要清除杂草和害虫,从能量流动角度分析其目的是什么?提示:调整能量流动关系,使能量流向对人类最有益的部分。问题(8):人们在研究能量流动时,将秸秆作为牲畜饲料,粪便进入沼气池生产燃料。此过程提高能量的传递效率了吗?提示:没有。提高了能量的利用率,即人类充分利用了流向分解者的能量,实现了对能量的多级利用,减少了环境污染,但没有提高能量在不同营养级之间的传递效率。
(1)生态金字塔是能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔的总称,生态金字塔的每一层代表一个营养级。(2)能量金字塔体现的是营养级与营养级所含总能量的关系,不会倒置。而数量金字塔和生物量金字塔一般为正金字塔形,但也有倒置的情况。
5.甲、乙、丙、丁是某同学绘制的生态金字塔,下列与之相关的说法,错误的是( )A.生态金字塔包括能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔,基本呈现图丙所示形态B.由于能量流动具有逐级递减的特征,能量金字塔通常呈现图丙所示形态C.不能用图甲表示生物数量金字塔D.生态金字塔中每一层代表一个营养级,分解者不包含在其中
解析:某些食物链,如树→虫→鸟,其数量金字塔可能如图甲。
解析:油茶树枯朽树桩中的能量属于油茶树的同化量中流向分解者的部分;茶树菇属于分解者,不能直接利用阳光;该林场的做法实现了能量的多级利用,提高了能量的利用率而不是传递效率。
6.茶树菇味道鲜美,常生长在油茶树枯朽的树桩上。某林场尝试在树下套种茶树菇,并用桐树、柳树、杨树脱落的枝叶制作培养基。下列相关叙述正确的是( )A.油茶树枯朽树桩中的能量不属于油茶树的同化量B.生长在油茶树树桩上的茶树菇属于生态系统中的分解者C.套种措施可以提高树木和茶树菇对阳光等资源的利用率D.该林场提高了能量的传递效率,实现了能量的多级利用
[真实情境]我国南方部分地区的农民收入大大增加,因为改变了稻田生产模式,由过去单一化的“稻鱼”向“稻+N”(如“稻+鱼+鸭”“稻+鱼+蟹”)生态综合种养模式发展,为农民增收提供了新途径。探究:(1)输入该生态系统的总能量是水稻通过光合作用固定的太阳能总量吗?为什么?提示:不是;稻田中除了水稻还有其他的生产者。(2)鸭清除了虫害和杂草,从能量流动角度分析有什么意义?提示:调整了能量流动关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。(3)这种立体式种养模式有什么好处?提示:不同生物占有不同的生态位,有利于充分利用生态系统的物质和能量,提高了能量的利用率。
1.研究生态系统的能量流动,可以参考如图所示的模型。下列有关叙述中错误的是( )A.研究流经某一种群的能量时,要考虑到能量被利用和未被利用等方面B.研究生态系统中的能量流动,一般在群体水平上C.模型中的“能量输入”就是指捕食者的捕食D.模型中的“能量散失”主要指呼吸作用散失的能量
解析:模型中的“能量输入”在第一营养级一般是指生产者固定的能量,第二营养级之后是指同化量,即捕食者的捕食量-粪便中的能量。
2.如果食物链上各营养级均以生物个体的数量来表示,并以食物链起点的生物个体数作底层来绘制数量金字塔,则只有两个营养级的夏季草原生态系统(假设第一营养级是牧草,第二营养级是羊)和森林生态系统(假设第一营养级是乔木,第二营养级是昆虫)的数量金字塔的形状最可能是( )A.前者为金字塔形,后者为倒置的金字塔形B.前者为倒置的金字塔形,后者为金字塔形C.前者为金字塔形,后者为金字塔形D.前者为倒置的金字塔形,后者为倒置的金字塔形
解析:只有牧草和羊两个营养级的夏季草原生态系统中,牧草为第一营养级,羊为第二营养级,且牧草的数量比羊多,则该生态系统绘制的数量金字塔为上窄下宽的金字塔形;只有乔木和昆虫两个营养级的森林生态系统中,乔木为第一营养级,昆虫为第二营养级,且一棵树上可以有很多昆虫,昆虫的数量比乔木的数量多,则该生态系统绘制的数量金字塔为倒置的金字塔形。
3.为提高农业产量,农民采取了如下手段,某同学根据能量流动的特点进行分析,其中叙述正确的是( )①人工除草 ②使用农药消灭害虫 ③温室种植时,适当降低夜间温度 ④对农作物施肥A.①是为了减少营养级,从而降低能量传递过程中能量的损失B.②是为了使能量尽可能多地流向对人类最有益的部分C.③是为了增加农田生态系统的能量输入D.④是为农田生态系统额外补充能量,从而提高农业产量
解析:①人工除草,②使用农药消灭害虫,都是调整能量流动的方向,使能量能够持续高效地流向对人类最有益的部分;③温室种植时,适当降低夜间温度,降低呼吸作用强度,可以减少有机物的消耗;④对农作物施肥是补充营养物质,而不是补充能量。
4.若某生态系统中只具有三个营养级,且处于相对稳定状态。如图表示该生态系统的能量流动的关系图,a、b、c、d等表示不同的生理过程和相应的能量数值。请据图回答下列相关问题:
(1)从生态系统的营养级上分析,图中的A属于 。
解析:(1)图中A能利用大气中CO2和太阳能,应该是生产者,从生态系统的营养级上分析,生产者属于第一营养级。
答案:(1)第一营养级
(2)图中a1表示生产者固定的能量,a2表示初级消费者 的能量,初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量可用代数式 表示。
解析:(2)分析题图可知,a2可表示初级消费者的同化量,b2可表示初级消费者呼吸散失的能量,c2可表示初级消费者流向分解者的能量,a3可表示次级消费者同化的能量,b3可表示次级消费者呼吸散失的能量,c3可表示次级消费者流向分解者的能量;同化量-呼吸散失的能量=用于生长、发育和繁殖的能量=流向下一营养级的能量+流向分解者的能量,又因为该生态系统中只有三个营养级,所以C同化的能量最终通过呼吸作用散失和流向分解者,则初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量可表示为a2-b2(或a3+c2或b3+c3+c2)。
答案:(2)同化 a2-b2(或a3+c2或b3+c3+c2)
(3)图中表示呼吸作用过程的是 (填图中标号)。a3的大小最多相当于a1大小的 %。
一、能量流动的过程1.概念: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:生态系统的生产者通过 把太阳能转化为化学能,固定在它们所制造的有机物中。(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被初级消费者摄入体内,流入 。
梳理必备知识，储备素养根基
输入、传递、转化和散失
3.能量流经第二营养级的过程(1)输入:通过 。(2)去向。①呼吸作用以 的形式散失;②流向 ;③被 分解利用。
4.生态系统能量流动的示意图
二、能量流动的特点1.特点(1) :沿食物链由低营养级流向高营养级,不可 ,也不能 流动。(2) :能量在沿食物链流动的过程中逐级 ;营养级越多,在能量流动过程中消耗的能量就越多,生态系统中的能量流动一般不超过 个营养级。
(2)能量在相邻两个营养级间的传递效率一般只有 。三、生态金字塔及研究能量流动的实践意义1.生态金字塔(1)能量金字塔。将单位时间内各营养级所得到的 转换为 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,叫作能量金字塔。(2)生物量金字塔。用能量金字塔的方法表示各个 (每个营养级所容纳的 )之间的关系,就形成生物量金字塔。
(3)数量金字塔是用能量金字塔的方法表示 的数目比值关系。2.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 。(2)帮助人们科学地规划和设计人工生态系统,使能量得到 的利用。(3)帮助人们合理地调整生态系统中的 ,使能量持续高效地流向 的部分。
(1)流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能。( )提示:流经生态系统的总能量通常是生产者固定的太阳光能。(2)生产者和各级消费者的能量均可流入下一个营养级。( )提示:最高营养级没有流入下一个营养级的能量。(3)散失的热能不可以被生产者固定再次进入生态系统。( )(4)生物量金字塔、数量金字塔同能量金字塔一样都是正置的。( )提示:生物量金字塔、数量金字塔都有倒置的特例。
(5)拔去田地中的杂草是人为地调整能量流动的方向,提高生态系统的能量传递效率。( )提示:杂草与作物属于同一营养级,同营养级内物种的改变,一般不影响相邻营养级之间的能量传递效率。(6)利用农作物秸秆培育蘑菇,实现了生态系统中能量的循环利用。( )提示:能量不能循环流动。
探究一 能量流动的过程
资料:呼伦贝尔草原上的鹰捕食兔子,存在一条食物链:草→兔→鹰。草原上生产者主要是草,草原上几乎全部动物都是直接或间接由草养活。请分析并回答以下问题:问题(1):草的能量来自哪里?输入生态系统的能量是指哪一部分?提示:草的能量来自太阳能。生产者固定的太阳能总量。问题(2):生产者的能量又是通过什么途径,以什么形式传递给其他动物的?提示:传递途径为食物链或食物网;以有机物的形式传递。
逐点击破疑难，提升关键能力
问题(3):生产者的能量有哪些去路?生态系统的能量传递过程中发生了怎样的转化?提示:一部分通过呼吸作用以热能的形式散失;一部分流入分解者被分解释放出去;另一部分流入第二营养级(初级消费者)。太阳能→有机物中的化学能→热能。
活动:如图表示能量流经第二营养级示意图,请据图思考下列问题:
问题(4):摄入量和粪便量、初级消费者的同化量之间具有怎样的等量关系?提示:摄入量=粪便量+同化量。
问题(5):初级消费者的粪便中的能量属于哪个营养级的能量?第三营养级的粪便中的能量呢?提示:初级消费者的粪便中的能量属于第一营养级的能量。第三营养级的粪便中的能量属于第二营养级的能量。问题(6):初级消费者同化的能量又有几个流向?提示:自身呼吸散失、被分解者利用和流向下一营养级。
1.生态系统能量流动的过程(1)能量流动的源头——太阳能,但输入生态系统的总能量是指生产者固定的太阳能总量。(2)能量转化:太阳能→有机物中的化学能→热能(最终散失)。在能量转化过程中,叶绿体把光能转化为有机物中的化学能储存起来;线粒体把有机物中的化学能转化为热能和ATP中的化学能。(3)流动形式是有机物中的化学能,而能量传递的途径是沿着食物链和食物网进行的。(4)散失途径:呼吸作用,包括各个营养级自身的呼吸消耗以及分解者的呼吸作用。
(5)能量散失的形式:以热能形式散失。(6)研究能量流动既可以在个体水平上,也可以在群体水平上进行,研究生态系统能量流动则一般在群体水平上进行。
2.某一营养级的能量流动图解
(1)由以上图解可得到的等量关系。①动物同化的能量=摄入量-粪便有机物中的能量,即摄入的食物只有部分被同化。
②同化量=自身呼吸以热能形式散失的能量+用于该营养级生物生长、发育和繁殖等的能量。③该营养级生物生长、发育和繁殖的能量=被分解者分解的能量+流入下一营养级的能量(最高营养级的生物除外)+未被利用的能量。(2)某一营养级的能量定量不定时分析和定量定时分析的去路。①定量不定时分析:流入某一营养级的一定能量在足够长的时间内去路可有三条:a.一部分通过呼吸作用以热能的形式散失;b.一部分随生物的遗体或残骸等被分解者分解利用;c.还有一部分流入下一营养级(最高营养级的生物除外)。②定量定时分析:流入某一营养级的一定能量在一定的时间内去路可有四条:a.一部分通过呼吸作用以热能的形式散失;b.一部分随生物的遗体或残骸等被分解者分解利用;c.一部分流入下一营养级(最高营养级的生物除外);d.还有一部分未被利用,即未被自身呼吸消耗,也未被下一营养级和分解者利用。
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,甲、乙、丙、丁代表各种能量,如图是该生态系统中能量流入B处发生的一系列变化示意图,下列说法错误的是( )A.图中的甲表示B的同化量,乙表示B用于生长、发育和繁殖的能量B.参与丁过程的都是异养型生物,包括大多数细菌、真菌等C.丙表示呼吸作用释放的能量D.图中D利用的能量全部来自B生物
解析:甲表示B的同化量,乙表示B用于生长、发育和繁殖的能量,丙表示B呼吸作用以热能形式散失的能量,丁表示分解者的分解作用散失的热能,图中D利用的能量不全部来自B生物,还来自A生物(B粪便中的能量是B未同化的能量,属于上一个营养级A同化的能量)。
2.某同学绘制了如图所示的能量流动图解(W1为生产者固定的太阳能),下列叙述不正确的是( )A.C1可代表生产者流向分解者的能量,初级消费者粪便的能量是C1的组成部分B.初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量为B2+C2+D2C.初级消费者摄入的能量为A2+B2+C2D.图解表明初级消费者并未获得生产者固定的所有能量
解析:由题图可知,A代表呼吸作用散失的能量,B代表未被利用的能量,C代表本营养级流向分解者的能量,D代表下一营养级的同化量。C1包括了初级消费者粪便中的能量;初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量为B2+C2+D2;初级消费者摄入的能量应大于其同化量,即大于A2+B2+C2+D2。
探究二 能量流动的特点
活动:生态学家林德曼对一个天然湖泊——赛达伯格湖的能量流动进行了定量分析,得出了如图所示的数据。
注:图中数字为能量数值,单位是J/(cm2·a)。
问题(1):第一营养级到第二营养级之间的能量传递效率是多少(保留一位小数)?为什么能量不能100%流入下一营养级?提示:能量传递效率=62.8÷464.6×100%≈13.5%。因为每个营养级的能量都有一部分通过呼吸作用散失,一部分被分解者分解利用,还有部分未被利用,所以传到下一营养级的不能是100%。问题(2):一般肉食性动物体内的能量能否流入植食性动物?为什么?提示:不能;因为食物链中生物之间的捕食关系是不可逆转的。问题(3):总结出能量流动的特点。提示:能量流动是单向的;能量在流动过程中是逐级递减的。
问题(4):能量在流动过程中逐级递减,与能量守恒定律矛盾吗?为什么?提示:不矛盾。能量在流动过程中逐级递减,指的是流入各个营养级的能量逐渐减少。能量守恒定律可以用于衡量流入某个生态系统的总能量,流入某个生态系统的总能量=储存在生态系统(生物体的有机物)中的能量+被各个营养级的生物以及分解者利用、散发至非生物环境中的能量。因此,虽然能量在流动过程中逐级递减,但总能量依然遵循能量守恒定律。
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:
3.下图表示能量流经某生态系统第二营养级示意图[单位J/(cm2·a)],据图分析,有关说法正确的是( )A.该生态系统第三营养级同化的能量是15 J/(cm2·a)B.能量由第二营养级到第三营养级的传递效率是15%C.第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量是30 J/(cm2·a)D.分解者分解动植物遗体释放出来的能量,可供绿色植物再利用
解析:该生态系统第三营养级摄入的能量是15 J/(cm2·a),同化量小于摄入量;由于只知道第三营养级摄入量,不知道同化量,故不能计算能量由第二营养级到第三营养级的传递效率;第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量是30 J/(cm2·a);分解者分解动植物遗体,其中的能量最终以热能的形式散失,而热能不能被绿色植物再利用。
4.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 kgB.44.5 kgC.25 kg D.15 kg
解析: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),按最高能量传递效率20%计算,则至少消耗A的质量为1÷20%÷20%=25 kg。
探究三 生态金字塔及研究能量流动的实践意义
活动:阅读教材P57～58“生态金字塔”内容,思考并回答以下问题:问题(1):构建出的能量金字塔说明了什么?提示:说明能量流动是逐级递减的。
资料1:生态学家调查了不同生态系统中的生物个体数量和生物量(调查数据中排除了微生物和土壤动物),所得数据如表格所示。P代表生产者,C1、C2、C3依次代表初级、次级和三级消费者。表1 夏季两个生态系统的生物个体数量统计表(单位:个·hm-2)
表2 夏季两个生态系统的生物量统计表(单位:g·m-2)
问题(2):请根据表1,分别建构两个生态系统的数量金字塔。
问题(3):根据表2,分别建构两个生态系统的生物量金字塔。
问题(4):分析数量金字塔出现上宽下窄倒置的金字塔形的原因。提示:当生产者个体比消费者个体大得多时,数量金字塔通常是倒置的。问题(5):分析生物量金字塔出现上宽下窄倒置的金字塔形的原因。提示:海洋生态系统中,浮游植物个体小,世代周期短,又会不断被捕食,因而某一时间调查到的生物量可能低于浮游动物的生物量。当然,总的来看,一年中浮游植物的总的生物量还是比浮游动物的要多。
资料2:如图是新农村建设中某地通过新建沼气池和植树造林,构建的新型农业生态系统。
问题(6):据图从能量流动角度分析,与传统农业相比生态农业的优点是什么?提示:实现了对能量的多级利用,提高了能量的利用率。
问题(7):种植农作物时,要清除杂草和害虫,从能量流动角度分析其目的是什么?提示:调整能量流动关系,使能量流向对人类最有益的部分。问题(8):人们在研究能量流动时,将秸秆作为牲畜饲料,粪便进入沼气池生产燃料。此过程提高能量的传递效率了吗?提示:没有。提高了能量的利用率,即人类充分利用了流向分解者的能量,实现了对能量的多级利用,减少了环境污染,但没有提高能量在不同营养级之间的传递效率。
(1)生态金字塔是能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔的总称,生态金字塔的每一层代表一个营养级。(2)能量金字塔体现的是营养级与营养级所含总能量的关系,不会倒置。而数量金字塔和生物量金字塔一般为正金字塔形,但也有倒置的情况。
5.甲、乙、丙、丁是某同学绘制的生态金字塔,下列与之相关的说法,错误的是( )A.生态金字塔包括能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔,基本呈现图丙所示形态B.由于能量流动具有逐级递减的特征,能量金字塔通常呈现图丙所示形态C.不能用图甲表示生物数量金字塔D.生态金字塔中每一层代表一个营养级,分解者不包含在其中
解析:某些食物链,如树→虫→鸟,其数量金字塔可能如图甲。
解析:油茶树枯朽树桩中的能量属于油茶树的同化量中流向分解者的部分;茶树菇属于分解者,不能直接利用阳光;该林场的做法实现了能量的多级利用,提高了能量的利用率而不是传递效率。
6.茶树菇味道鲜美,常生长在油茶树枯朽的树桩上。某林场尝试在树下套种茶树菇,并用桐树、柳树、杨树脱落的枝叶制作培养基。下列相关叙述正确的是( )A.油茶树枯朽树桩中的能量不属于油茶树的同化量B.生长在油茶树树桩上的茶树菇属于生态系统中的分解者C.套种措施可以提高树木和茶树菇对阳光等资源的利用率D.该林场提高了能量的传递效率,实现了能量的多级利用
[真实情境]我国南方部分地区的农民收入大大增加,因为改变了稻田生产模式,由过去单一化的“稻鱼”向“稻+N”(如“稻+鱼+鸭”“稻+鱼+蟹”)生态综合种养模式发展,为农民增收提供了新途径。探究:(1)输入该生态系统的总能量是水稻通过光合作用固定的太阳能总量吗?为什么?提示:不是;稻田中除了水稻还有其他的生产者。(2)鸭清除了虫害和杂草,从能量流动角度分析有什么意义?提示:调整了能量流动关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。(3)这种立体式种养模式有什么好处?提示:不同生物占有不同的生态位,有利于充分利用生态系统的物质和能量,提高了能量的利用率。
1.研究生态系统的能量流动,可以参考如图所示的模型。下列有关叙述中错误的是( )A.研究流经某一种群的能量时,要考虑到能量被利用和未被利用等方面B.研究生态系统中的能量流动,一般在群体水平上C.模型中的“能量输入”就是指捕食者的捕食D.模型中的“能量散失”主要指呼吸作用散失的能量
解析:模型中的“能量输入”在第一营养级一般是指生产者固定的能量,第二营养级之后是指同化量,即捕食者的捕食量-粪便中的能量。
2.如果食物链上各营养级均以生物个体的数量来表示,并以食物链起点的生物个体数作底层来绘制数量金字塔,则只有两个营养级的夏季草原生态系统(假设第一营养级是牧草,第二营养级是羊)和森林生态系统(假设第一营养级是乔木,第二营养级是昆虫)的数量金字塔的形状最可能是( )A.前者为金字塔形,后者为倒置的金字塔形B.前者为倒置的金字塔形,后者为金字塔形C.前者为金字塔形,后者为金字塔形D.前者为倒置的金字塔形,后者为倒置的金字塔形
解析:只有牧草和羊两个营养级的夏季草原生态系统中,牧草为第一营养级,羊为第二营养级,且牧草的数量比羊多,则该生态系统绘制的数量金字塔为上窄下宽的金字塔形;只有乔木和昆虫两个营养级的森林生态系统中,乔木为第一营养级,昆虫为第二营养级,且一棵树上可以有很多昆虫,昆虫的数量比乔木的数量多,则该生态系统绘制的数量金字塔为倒置的金字塔形。
3.为提高农业产量,农民采取了如下手段,某同学根据能量流动的特点进行分析,其中叙述正确的是( )①人工除草 ②使用农药消灭害虫 ③温室种植时,适当降低夜间温度 ④对农作物施肥A.①是为了减少营养级,从而降低能量传递过程中能量的损失B.②是为了使能量尽可能多地流向对人类最有益的部分C.③是为了增加农田生态系统的能量输入D.④是为农田生态系统额外补充能量,从而提高农业产量
解析:①人工除草,②使用农药消灭害虫,都是调整能量流动的方向,使能量能够持续高效地流向对人类最有益的部分;③温室种植时,适当降低夜间温度,降低呼吸作用强度,可以减少有机物的消耗;④对农作物施肥是补充营养物质,而不是补充能量。
4.若某生态系统中只具有三个营养级,且处于相对稳定状态。如图表示该生态系统的能量流动的关系图,a、b、c、d等表示不同的生理过程和相应的能量数值。请据图回答下列相关问题:
(1)从生态系统的营养级上分析,图中的A属于 。
解析:(1)图中A能利用大气中CO2和太阳能,应该是生产者,从生态系统的营养级上分析,生产者属于第一营养级。
答案:(1)第一营养级
(2)图中a1表示生产者固定的能量,a2表示初级消费者 的能量,初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量可用代数式 表示。
解析:(2)分析题图可知,a2可表示初级消费者的同化量,b2可表示初级消费者呼吸散失的能量,c2可表示初级消费者流向分解者的能量,a3可表示次级消费者同化的能量,b3可表示次级消费者呼吸散失的能量,c3可表示次级消费者流向分解者的能量;同化量-呼吸散失的能量=用于生长、发育和繁殖的能量=流向下一营养级的能量+流向分解者的能量,又因为该生态系统中只有三个营养级,所以C同化的能量最终通过呼吸作用散失和流向分解者,则初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量可表示为a2-b2(或a3+c2或b3+c3+c2)。
答案:(2)同化 a2-b2(或a3+c2或b3+c3+c2)
(3)图中表示呼吸作用过程的是 (填图中标号)。a3的大小最多相当于a1大小的 %。
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