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成才之路 生物,路漫漫其修远兮 吾将上下而求索,人教版 必修3,生态系统及其稳定性,第五章,第2节 生态系统的能量流动,第五章,1分析生态系统中的能量流动的基本规律及其应用。 2活动建议：调查或探讨一个农业生态系统中的能量流动。 情境导入： 生命活动时时刻刻在消耗着能量，能量是推动各种生命活动的动力，没有能量的输入，也就没有生命和生命系统。图示为一只河马遭到一群狮子的围攻。,问题探究：在猎杀河马后，狮子是否得到了河马体内全部的能量？如果没有，试问没进入狮子体内的能量其去向如何？ 学习目标： 1分析生态系统能量流动的过程和特点。(重、难点) 2概述研究能量流动的实践意义。 3尝试调查农田生态系统中能量流动情况。,一、生态系统能量流动的概念及过程 1概念：生态系统中能量的_、传递、_和_的过程。 2过程 (1)输入：生产者通过_把太阳能转化为_，固定在_中。,输入,转化,散失,光合作用,化学能,有机物,呼吸作用,热能,有机物,分解者,第二营养级,生产者,次级消费者,分解者,逆转,循环流动,2能量在流动过程中逐级递减 (1)表现：输入到一个营养级的能量不可能百分之百地流入到下一营养级，能量在沿食物链流动的过程中是_的。 (2)能量传递效率：能量在相邻两个营养级间的传递效率大约是_。 (3)能量金字塔：将单位时间内各个营养级所得到的_数值由_绘制成图，可形成一个金字塔图形。 (4)在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就_。生态系统中的能量流动一般不超过_个营养级。,逐级递减,10%20%,能量,低到高,越多,45,三、研究能量流动的实践意义 1帮助人们科学规划、设计_，使能量得到_的利用。 2帮助人们合理地调整生态系统中的_关系，使能量_地流向对人类最有益的部分。,人工生态系统,最有效,能量流动,持续高效,能量流动的过程,理解流入每一营养级的能量去向可从以下两个角度分析： 定量不定时分析：流入某一营养级的一定量的能量在足够长的时间内的去路可有三条：a.自身呼吸消耗；b.流入下一营养级；c.被分解者分解利用。 定量定时分析：流入某一营养级的一定量的能量在一定时间内的去路可有四条：a.自身呼吸消耗；b.流入下一营养级；c.被分解者分解利用；d.未被自身呼吸消耗，也未被下一营养级和分解者利用，即“未利用”，如果是以年为单位研究，这部分的能量将保留到下一年。,(2)能量的输入并非只有光合作用 能量的输入过程，绝大部分是通过绿色植物的光合作用，但在极少数特殊空间，如深海热泉口生态系统，是通过特殊细菌的化能合成作用。 (3)“未利用”能量如：多年生植物上一年自身生长发育的净积累量；未来得及分解，被埋藏在地下形成的煤炭、石油等能量。,想一想某动物同化的能量为100 kJ，其中有多少能量随粪便排出？ 提示：动物粪便应属食物残渣，这是未曾消化吸收的部分，它不属动物的同化量，故动物同化能量中没有随粪便排出的能量。,在某草原生态系统能量流动过程中，假设羊摄入体内的能量为n，羊粪便中的能量为36%n，呼吸作用散失的能量为48%n，则( ) A羊同化的能量为64%n B储存在羊体内的能量为52%n C由羊流向分解者的能量为16%n D由羊流向下一营养级的能量为64%n,解析 同化量摄入量粪便量，所以羊同化的能量为n36%n64%n。储存在羊体内的能量同化量呼吸消耗量64%n48%n16%n，而储存在羊体内的能量一部分被分解者分解，一部分流向下一营养级，一部分未被利用。 答案 A,大象是植食性动物，有一种蜣螂则专以象粪为食。设大象在某段时间所同化的能量为107 kJ，则这部分能量中可流入蜣螂体内的约为 ( ) A0 kJ B106 kJ C2106 kJ D1062106 kJ 答案 A 解析 象粪中的能量，是大象取食植物后未消化的能量，属于生产者同化的能量的一部分，而大象同化的能量没有流入蜣螂体内。,生态系统中能量流动的特点：单向流动，逐级递减。 1单向流动 (1)单向流动：是指生态系统的能量流动只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面的各个营养级，不可逆转也不可循环地流动。,生态系统能量流动的特点,(2)能量单向流动的原因 食物链中各种生物之间的捕食关系是确定的，是在长期自然选择过程中形成的捕食关系，不能逆转； 各营养级的能量总是趋向于在呼吸作用过程中以热能形式散失，而热能是不能再被利用的。 2逐级递减 (1)逐级递减：输入到一个营养级的能量不可能百分之百地流入下一个营养级，能量在沿食物链流动的过程中是逐级递减的。,(2)能量逐级递减的原因 各营养级生物要维持自身的生命活动，总要消耗一部分能量； 各营养级消费者不可能百分之百地利用前一营养级的能量，总有一部分会自然死亡或被分解者所利用； 各营养级的同化率不是百分之百的，总有一部分变成排遗物而被分解者利用。,5.能量流动的极值计算 (1)能量在食物链中传递的计算 在一条食物链中若某一营养级的总能量为n，则最多传到下一营养级的能量为0.2n，最少为0.1n。 在一条食物链中，某一营养级的能量为n，需要前一营养级的能量至少为n20%5n，最多为n10%10n。 (2)能量在食物网中传递的计算，设食物链ABCDE，分情况讨论：,想一想肉类和鸡蛋的价格比粮食和蔬菜高，从能量流动角度看，其道理何在？ 提示：食物链延长，能量流失多，动物性食品成本高。,某生态系统中存在如图所示的食物网，如将C的食物比例由AB11调整为21，能量传递效率按10%汁算，该生态系统能承载C的数量是原来的( ) A1.875倍 B1.375倍 C1.273倍 D0.575倍,解析 本题主要考查能量流动的相关计算，具体分析如下： 答案 B,假如一个人在代谢过程中，其全部同化量的1/2来自植物，另1/2来自牛肉，并且能量在各营养级之间的传递效率均为10%，现有G千克植物通过食物链被摄入人体，问最多能使人体体重增加多少(不计人体呼吸作用所消耗的部分能量)( ) AG/10 B2G/11 CG/55 DG/280 答案 C,解析 该题着重考查了生态系统的能量流动关系。题中包含了两个食物链：植物牛人，植物人。假设最多使人体增重x，则有x/2的重量是直接吃植物增重的，根据食物链需要吃植物的量为10x/2，人有x/2的重量是吃牛肉增重的，根据食物链需要吃植物的量为100x/2，根据题意：G10x/2100x/2，xG/55。,研究能量流动的实践意义 (1)研究生态系统的能量流动，可以帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。例如，在农业生态系统中，如果把作物秸秆当燃料烧掉，人类就不能充分利用秸秆中的能量，如果将秸秆做饲料喂牲畜，让牲畜粪便进入沼气池，将发酵产生的沼气做燃料，再将沼气池中的沼渣做肥料，就能实现对能量的多级利用，从而提高能量的利用率，“桑基鱼塘”也基本体现了这个原理。,研究能量流动的意义,(2)研究生态系统的能量流动，还可以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。例如，在一个草场上，如果过度放牧造成草场的退化，会使畜产品的产量下降。只有根据草场的能量流动特点，合理确定草场的载畜量，才能保持畜产品的持续高产。,(2)每个营养级的能量去路：一是通过呼吸作用以热能形式散失了；二是随尸体、排泄物等流入分解者中去；三是有一小部分有机物中的能量流入到下一营养级中(最后一个营养级除外)，这是通过捕食关系进行的。 (3)能量利用率不等于能量传递效率 调整生态系统中能量流动的关系，可提高流入对人类最有益部分的能量的比例，即能量利用率，而不是提高了能量传递效率。,下图所示生态系统中能量流动图解部分示意图，各代表一定的能量值，下列各项不正确的是( ) A从能量关系看 B农业生态系统中能量是可以循环利用的 C次级消费者粪便中的能量去路包括在途径中 D生态系统中的能量流动一般不超过45个营养级,解析 任何生态系统中的能量都不可循环利用，只能单向流动。(次级消费者固定的能量)中能量的去向包括(流向下一营养级)、(被分解者消耗)和次级消费者本身呼吸消耗及利用的能量，因而；次级消费者粪便中的能量，实际上是初级消费者同化的能量，去路包括在途径中；由于能量流动逐级递减，能量流动到第四、五营养级时，一般不能维持该营养级生物的生存，因而能量流动一般不超过45个营养级。 答案 B,下列4种现象中，不适宜用生态系统中能量流动规律进行合理分析的是( ) A虎等大型肉食动物容易成为濒危物种 B蓝藻易在富营养化水体中爆发 C饲养牛、羊等动物，成本低、产量高 D巨大的蓝鲸以微小的浮游动物为食 答案 B,解析 A项中，虎属于最高营养级，获取能量少，容易成为濒危物种；B项中，在富营养化的水体中，N、P含量高，蓝藻会进行爆发式繁殖，但是没有体现食物链，所以不适宜用能量流动规律来分析；C项，牛、羊属于初级消费者，直接从生产者获取食物，获得的能量多，因此成本低；D项中，能体现出食物链，能用能量流动规律来解释。,(一)问题探讨 提示：应该先吃鸡，再吃玉米(即选择1)。若选择2，则增加了食物链的长度，能量逐级递减，最后人获得的能量较少。 (二)思考讨论1 1提示：遵循能量守恒定律。能量在生态系统中流动、转化后，一部分储存在生态系统(生物体有机物)中，而另一部分被利用、散发至无机环境中，两者之和和流入生态系统的能量相等。 2提示：不能，能量流动是单向的。,资料分析 1、2,3.提示：流入某一营养级的能量主要有以下去向：一部分通过该营养级的呼吸作用散失了；一部分作为排出物、遗体或残枝败叶不能进入下一营养级，而为分解者所利用；还有一部分未能进入(未被捕食)下一营养级。所以，流入某一营养级的能量不可能百分之百地流到下一营养级。 4提示：生态系统中能量流动是单向的；能量在流动过程中逐级递减。 (三)思考讨论2 提示：“桑基鱼塘”的设计理念是从人类所需出发，通过能量多级利用，充分利用流经各营养级的能量，提高生产效益。,(四)旁栏思考题 一般情况下，也是金字塔形。但是有时候会出现倒置的塔形。例如，在海洋生态系统中，由于生产者(浮游植物)的个体小，寿命短，又会不断地被浮游动物吃掉，所以某一时刻调查到的浮游植物的量可能低于浮游动物的量。当然，总的来看，一年中流过浮游植物的总能量还是比流过浮游动物的要多。同理，成千上万只昆虫生活在一株大树上，该数量金字塔的塔形也会发生倒置。,1利用“拼图法”解决能量流动中的难题 输入第一营养级的能量(W1)被分为两部分：一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了(A1)，一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖。而后一部分能量中，包括现存的植物体B1、流向分解者的C1、流向下一营养级的D1。参考图，很容易理解以下问题。,(1)流经整个生态系统的总能量是生产者固定的总能量，即W1。将图中第三营养级同化的总能量D2“拼回”第二营养级，则刚好等于D1，即第二营养级同化的总能量；再将D1“拼回”第一营养级，则刚好等于生产者固定的总能量W1。可见，在一个草原生态系统中，草原上所有生物的总能量都来自W1，所有生物总能量之和都小于W1，这是呼吸作用消耗的缘故。 (2)能量传递效率不会是100%。从图中可以看出，从第一营养级向第二营养级的能量传递效率为D1/W1，因此不会达到100%，一般情况下，能量传递效率为10%20%。 (3)在解决有关能量传递的计算问题时，首先要确定相关的食物链，理清生物与生物在营养级上的差值。,解析 由图可知，W1为生产者固定的太阳能，D1为初级消费者同化的能量，则W1A1B1C1D1，D1A2B2C2D2；生产者固定的太阳能为W1，初级消费者固定的能量为D1，由生产者到初级消费者的能量传递效率为D1/W1；初级消费者摄入的能量固定量粪便量；其值远大于D1，即大于A2B2C2；由于能量传递效率约为10%20%，所以W1D1D2。 答案 A,一、选择题 1在一个生态系统中，某草食动物同化的能量等于 ( ) A生产者固定的太阳能总量 B生产者固定的太阳能总量减去生产者的呼吸量 C被草食动物吃了的植物中所含的能量减去粪便中所含的能量 D用于草食动物的生长、发育、繁殖等生命活动所需的能量,答案 C 解析 草食动物以草为食物，经消化吸收，真正进入体内的能量是食物中的能量减去粪便中包含的能量，即其同化的能量。,2下图为生态系统能量流动的部分图解，代表一定的能量值。下列相关叙述中，正确的是 ( ) A生态系统的能量流动是循环进行的 B能量在沿食物链流动时逐级递减 C次级消费者属于第二营养级 D图中代表呼吸作用所消耗的能量 答案 B 解析 生态系统能量流动是单向的、逐级递减的；次级消费者属于第三营养级；图中代表流向分解者的能量。,3在生态系统的一条食物链中，若生产者通过光合作用产生了60 mol的氧气，则其所固定的太阳能中，流入初级消费者体内并被利用的能量最多是( ) A1161 kJ B2322 kJ C2870 kJ D5740 kJ 答案 B 解析 因为植物光合作用每产生6 mol氧气的同时会产生1 mol葡萄糖，所以该生态系统中生产者固定的太阳能是10 mol葡萄糖含有的能量，即28700 kJ。流入初级消费者的体内且能被利用的能量最多是1161020%2322 kJ。,4某个池塘有生产者(浮游植物)、初级消费者(植食性鱼类)、次级消费者(肉食性鱼类)、分解者(微生物)。其中生产者固定的全部能量为a，流入初级消费者、次级消费者、分解者的能量依次为b、c、d，此生态系统的能量金字塔中，下列表述正确的是( ) Aabcd Babc Cabd Dacd 答案 B,解析 根据生态系统能量流动的原理，能量在沿着食物链流动的过程中是逐级递减的，能量的传递效率只有10%20%。生态系统能量流动的渠道是食物链和食物网，包括生产者和消费者两种生物成分，不包括分解者，所以有abc。,C从生态学的观点来看，G、H和C所包含的所有生物构成生物群落 DH包括多种动物，它们之间的需求相似构成竞争关系 答案 C 解析 群落是指某一生态系统内所有生物的总和，而G、H、C仅为生产者和消费者，还应有分解者。,6.如果一个人的食物有1/2来自绿色植物，1/4来自小型肉食动物，1/4来自羊肉，假如传递效率为10%，那么该人每增加1千克体重，约消耗植物( ) A10kg B28kg C100kg D280kg 答案 D,解析 本题考查生态系统中的能量流动情况及其计算能力。 根据题意，可以写出三条食物链： 植物人，在此食物链中，人要增重0.5kg，消耗植物为0.510%5kg； 植物羊人，在此食物链中，人要增重0.25kg，消耗的植物为0.2510%10%25kg； 植物植食动物小型肉食动物人，在此食物链中，人要增重0.25kg，消耗的植物为0.2510%10%10%250kg。所以人要增重1kg，共消耗植物280kg。,(1)流经该生态系统的总能量是指_，有_千焦/厘米2年。 (2)能量从第一营养级到第二营养级的效率为_%，这说明了能量流动的特点是_的，也就是说食物链越长，_越多。 (3)D(热能)是通过_产生的能量。 (4)能量流动具有单向、不循环的特点，主要原因是由于生物不能在代谢中利用_。 答案 (1)生产者固定的太阳能的总量 0.46 (2)13.5 逐级递减 能量流失 (3)呼吸作用 (4)呼吸放出的热能,解析 解答本题容易出现的问题是：识图不准，分辨能力差，把487.28当成正确答案；能量传递效率应该通过计算回答，不能填写10%20%；热能是通过各营养级生物的呼吸作用而释放出来的，这部分能量是不能再利用的，只能散失。“呼吸作用”此时不能用“分解作用”或“代谢作用”来代替。,(3)在生态系统的能量流动图解中，箭头依次变细，意味着_。 (4)图中F表示_，E的主要作用是_。 (5)生态系统中能量在逐级流动中传递效率为_。假若“A”的总能量为100%，按最高传递效率计算，第三营养级所获得的能量应是_。 (6)人们研究生态系统中能量流动的主要目的，就是设法调整生态系统的能量流动关系，使能量流向_。,答案 (1)生产者(第一营养级) 初级消费者(第二营养级) 次级消费者(第三营养级) 三级消费者(第四营养级) 分解者 (2)生产者(A)所固定的太阳能的总量 (3)能量是单向流动、逐级递减的 (4)各类生物呼吸作用消耗的能量 分解有机物 (5)10%20% 4% (6)对人类最有益的部分,答案 B 解析 食物链的最高营养级鲈鱼为第五营养级；该食物网第一到第二营养级的能量传递效率的计算为两者同化量的比值，即(4 2003 780)/31 92025%；太阳鱼同化的能量除去呼吸作用消耗部分，其它用于生长发育繁殖，本题只有太阳鱼和下一个营养级鲈鱼的同化量，无法计算出太阳鱼呼吸作用消耗量；生态系统由生物群落和无机环境共同组成，食物网中的生物只包括了生产者和消费者，少了必要成分分解者。,回答下列问题： (1)请画出该生态系统中的食物网。 (2)甲和乙的种间关系是_；种群丁是该生态系统生物组分中的_。,
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