1、第2节 生态系统的能量流动课标解读课标要求学习目标学法指导1.分析生态系统中的能量呈现出单向流动和逐级递减的规律2.举例说明利用能量流动规律人们能够更加科学、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.通过分析生态系统的能量流动的过程，建立生态系统的物质和能量观（生命观念）2.通过分析能量流动过程，归纳总结能量流动特点，形成科学思维习惯（科学思维）3.尝试调查当地某生态系统的能量流动情况（科学探究）4.通过总结研究能量流动的实践意义，形成学以致用、关注生产生活的态度（社会责任）1.通过定性分析能量在营养级间的流动情况和定量分析赛达伯
2、格湖的能量流动，理解生态系统中能量流动的过程和特征2.运用模型建构法，构建生态系统中各营养级间的能量、生物量和数量的关系模型，理解生态系统能量流动的特点3.结合生产实际，理解研究生态系统能量流动的意义自主学习必备知识一、能量流动的概念和过程1.能量流动的概念：生态系统中能量的 输入 、传递、 转化 和散失的过程。2.能量流动的过程分析（1）输入：绝大多数是生产者通过光合作用把太阳能转化为化学能，固定在它们所制造的有机物中。（2）传递、转化和散失过程（以第一营养级为例）.输入第一营养级的能量：一部分在生产者的 呼吸作用 中以热能的形式散失；另一部分用于生产者的 生长、发育和繁殖 等生命活动，储存
3、在植物体的有机物中。.构成植物体有机物中的能量：一部分随着残枝败叶等被 分解者 分解而释放出来；另一部分则被初级消费者摄入体内，流入 第二 营养级。3.能量在某个生态系统中流动的图解分析可以看出：生产者及各级消费者（除最高营养级）能量流动相同的三个去向分别是通过呼吸作用以 热能 的形式散失；流向 下一营养级 ；被 分解者 分解利用。【提醒】对于所需能量来自太阳的生态系统，流经其的总能量不是照射在生产者上的太阳能，而是生产者固定的太阳能。二、能量流动的特点1.特点（1）单向流动：沿食物链由低营养级流向高营养级，不可 逆转 ，也不能 循环 流动。（2） 逐级递减 ：能量在沿食物链流动的过程中逐级减
4、少；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 五 个营养级。2.能量传递效率（1）计算公式能量传递效率=某一营养级同化量上一营养级同化量100% 。（2）能量在相邻两个营养级间的传递效率一般只有 10%20% ，也就是说，在输入某一营养级的能量中，只有10%20% 能够流到下一营养级。3.生态系统维持正常功能的条件任何生态系统都需要不断得到来自 系统外 的能量补充，以便维持生态系统的正常功能。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能量数值转换为 相应面积（或体积） 的图形，并将图形按照营养级的次序排列
5、，可形成一个金字塔图形。（2）生物量金字塔用能量金字塔的方法表示各个 营养级生物量 （每个营养级所容纳的有机物的总干重）之间的关系。（3）数量金字塔用能量金字塔的方法表示 各个营养级的生物个体 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 总能量 。如农田生态系统中的间种套作、蔬菜大棚中的多层育苗、稻萍蛙等 立体农业 生产方式都充分利用了空间和资源，获得了更大收益。（2）帮助人们科学地规划、设计人工生态系统，使能量得到 最有效 的利用。如“桑基鱼塘”等生态农业实现了对能量的 多级 利用，提高了能量的 利用率 。（3）帮助人们合
6、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。如合理确定草场的载畜量、划区轮牧、农田捉虫、除草等。互动探究关键能力主题学习一 能量流动的过程情境探究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：1.草的能量来自哪里？它的能量又是通过什么途径传递给其他动物的？答案：提示：草的能量来自太阳能。传递途径为食物链或食物网。2.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：（1）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？（2）初级消费者的粪便中的能量属于哪个
7、营养级的能量？第三营养级的粪便中的能量呢？（3）初级消费者同化的能量又有几个流向？答案：提示：（1）摄入量=粪便量+同化量。（2）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。（3）三个：自身呼吸散失、被分解者利用和流向下一营养级。归纳总结1.能量流动概念的理解2.流入某一营养级的能量的来源和去路（1）能量来源a.生产者的能量主要来自太阳能b.消费者的能量来自上一营养级同化的能量（摄入量-粪便量）（2）流入某一营养级（最高营养级除外）的能量去向可从以下两个角度分析：不定时（在足够长的时间内能量的最终去路）a.自身呼吸作用消耗b.流入下一营养级c.被
8、分解者分解利用定时（某段时间内的能量去路）a.自身呼吸作用消耗b.流入下一营养级c.被分解者分解利用d.未被利用（3）能量的输出：各生物成分的呼吸量。3.能量的散失（1）生态系统中的能量最终都是以热能形式散失到无机环境中的。（2）散失到无机环境的能量不能再被生物利用。（3）生态系统中的能量流动和转化遵循能量守恒定律，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失。经典例题例1 如图表示某草原生态系统中能量流动图解，表示相关过程能量流动量。下列有关叙述正确的是( )A.是流入该生态系统的总能量B.分解者获得的能量最少C.图中/的值代表草兔的能量传递效率D.和分别属于草和兔同化量的一部分答案：D 解析：据图分
9、析，是流入兔这一营养级的能量，流入该生态系统的总能量是草固定的太阳能总量，A错误；图中狐处于食物链的顶端，获得的能量最少，B错误；图中/的值不代表草兔的能量传递效率，C错误；是兔食草后未吸收的残渣，是兔子的遗体，它们分别属于草和兔同化量的一部分，D正确。素养解读通过构建模式图，依据能量守恒定律，理解生态系统中能量的输入、传递和输出，形成物质与能量观等生命观念。素养落实1.（2021山东枣庄滕州一中高二月考）如图表示某生态系统中生产者能量的来源和去路（e表示被分解者分解而释放出来的能量），下列说法错误的是( )A.生产者通过光合作用固定在有机物里面的能量可用a表示B.在生产者的呼吸作用中以热能的
10、形式散失了的能量可用b表示C.c用于生产者的生长、发育和繁殖等生命活动，可储存在植物体的有机物中D.若d为下一个营养级同化的能量，则d是c的10%20%答案： D 解析：分析题图可知，a为生产者同化的能量，即生产者通过光合作用固定在有机物里面的能量，A正确；生产者同化的能量一部分在生产者的呼吸作用中以热能形式散失（b），一部分用于生产者的生长、发育、繁殖等生命活动，储存在植物体的有机物中（c），B、C正确；能量传递效率是指相邻两个营养级之间同化量的比值，若d为下一个营养级同化的能量，则d是a的10%20% ，D错误。主题学习二 能量流动的特点情境探究分析教材P56赛达伯格湖的能量流动图解，回答
11、以下问题：注：图中数字为能量数值，单位是J/(cm2a) ；为研究方便，将肉食性动物作为一个整体看待。1.图中能量是单向的，只能由生产者植食性动物肉食性动物，为什么？答案：提示：生产者、植食性动物、肉食性动物之间由于存在捕食关系而形成食物链（网），而且这种关系是不可逆的。2.据图分析，该生态系统中生产者、植食性动物、肉食性动物固定或同化的能量分别是多少？生态系统中生物所处的营养级与获取的能量有什么关系？答案：提示：生产者同化的能量是464.6J/(cm2a) ，植食性动物同化的能量是62.8J/(cm2a) ，肉食性动物同化的能量是12.6J/(cm2a) 。生态系统中生物所处的营养级越高，获
12、取的能量越少。3.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？答案：提示：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，所以传到下一营养级的不能是100%。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？答案：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。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，
13、但总能量依然遵循能量守恒定律。归纳总结1.能量流动的特点及原因经典例题例2（2020辽宁丹东高二期末）下图表示能量流经某生态系统第二营养级示意图单位J/(cm2a) ，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15J/(cm2a)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30J/(cm2a)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答案： C 解析：分析题图，该生态系统第三营养级摄入的能量是15J/(cm2a) ，A错误；由于第三营养级能量只知道摄入量，不知道同化量，故不能计算能量由第二营养级到第三营养
14、级的传递效率，B错误；第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量是30J/(cm2a) ，C正确；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，D错误。素养解读利用生态系统中能量流动单向传递、逐级递减的规律，解决能量传递过程中能量的来源和去路、能量传递效率的相关计算等问题，培养科学思维能力。素养落实2.在食物链“ABC ”中，能量流动逐级减少。其原因不包括( )A.总有一部分A和B会自然死亡或被分解者利用B.B、C摄入的能量总有一部分被排出C.A、B和C生命活动的维持总要消耗能量D.照射到A上的太阳能不能被全部固定答案：D 解析：能量流经各个营养级时，总有一部分生
15、产者和初级消费者会自然死亡和被分解者利用，这部分能量就没有流入下一个营养级，A正确；B、C摄入的能量总有一部分随粪便排出，被分解者利用，并没有被该营养级同化，B正确；A、B、和C生命活动的维持总要消耗一部分能量，该部分能量没有流入下一个营养级，C正确；流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能，不包括不被固定的太阳能，D错误。主题学习三 生态金字塔与研究能量流动的实践意义情境探究1.阅读教材P5758“生态金字塔”内容，思考并回答以下问题：（1）人类位于食物链的顶端，从能量金字塔来看，人口数量日益增长，这会对地球上现有的生态系统造成什么影响？（2）生物量金字塔可能是上宽下窄倒置的金字塔形吗，请举
16、例说明。答案：提示：（1）人口数量日益增长，会要求低营养级有更多的能量流入人类所处的营养级，也就是说，人类所需要的食物会更多，将不得不种植或养殖更多的农畜产品，这会给地球上现有的自然生态系统带来更大的压力。（2）一般情况下，生物量金字塔是上窄下宽的金字塔形，但是有时候会出现倒置的金字塔形。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多的。2.如图为某一生态农业系统模式图，据图回答问题：（1）流经此生态系统的总能量为 。（2）每一级生
17、产环节都获得产品，提高了生态经济效益，这是否意味着物质和能量可循环利用？（3）与自然生态系统相比，该生态系统中人获得的总能量增加，大大提高了能量的利用率，是不是也提高了系统中的能量传递效率呢？答案：提示：（1）作物固定的太阳能（2）否，每一级都获得产品，充分实现了物质的再利用，但能量是逐级递减的，不能循环利用。（3）人类的参与使系统中原来废弃物的能量得到了利用，提高了能量利用率，能量传递效率是相邻两个营养级同化量之比，为10%20% ，这是不能改变的。归纳总结1.生态金字塔的比较项目类型能量金字塔数量金字塔生物量金字塔形状特点正金字塔形一般为正金字塔形，有时会出现倒金字塔形一般为正金字塔形象征
18、含义能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性 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（现存生物 有机物的总量）沿食物链流动逐级递减 特殊情况无（一定为正） 如一棵树与树上昆虫及鸟的数量关系如人工养殖的，鱼塘，生产者的生物量可以小于消费者的生物量 2.能量传递效率与能量利用率的比较（1）能量传递效率：能量在沿食物链流动的过程中，逐级递减，若以“营养级”为单位，能量在相邻两个营养级之间的传递效率为10%20% 。（2）能量利用率：流入人类或食物链最高营养级的能量占生产者所固定的能量的比值。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越多，因此食物
19、链越短，一般能量利用率越高。经典例题 例3 （2021江苏南通测试）如图是某同学绘制的生态系统能量金字塔，其中ad 代表能量值。下列相关叙述正确的是( )A.图中所示的各种生物成分组成一条食物链B.次级消费者、三级消费者分别属于第二、第三营养级C.能量c可代表生产者呼吸释放的热能及流向分解者的能量D.在生态系统中，b的值不可能超过d的10倍答案：C 解析：图中各营养级的生物不是一种，所以可以构成多条食物链；次级消费者、三级消费者分别属于第三、第四营养级；图中c表示呼吸作用散失的能量及流向分解者的能量；生态系统中，b的值可能会超过d的10倍。素养解读本题借助能量金字塔分析生态系统中各营养级之间在
20、能量方面的特点，培养模型与建模的科学思维能力。素养落实3.（2020湘赣皖十五校联考）下图是某生态农业的模式图，下列关于该生态系统的叙述正确的是( )A.“水稻鸡猪”是该生态系统的一条食物链B.沼渣、塘泥可以为水稻、大豆提供物质和能量C.鸡粪中的能量不属于鸡同化的能量D.该生态系统提高了各营养级之间的能量传递效率答案： C 解析：猪并未捕食鸡，“水稻鸡猪”不是该生态系统的一条食物链，A错误；沼渣、塘泥作为肥料还田，水稻、大豆利用的是微生物分解这些肥料时产生的无机盐及CO2 ，并未直接从沼渣、塘泥中获取能量，B错误；鸡粪中的能量不属于鸡的同化量，属于鸡的上一营养级的同化量，C正确；在生态农业中只
21、能提高能量的利用率而不能提高营养级之间的能量传递效率，D错误。评价检测课堂达标课堂小结 课堂检测1.下列叙述，正确的打“”，错误的打“”。（1）生产者和各级消费者的能量均可流入下一营养级。( )（2）当狼吃掉一只兔子时，就获得了兔子的全部能量。( )（3）植物鼠鹰这条食物链，第三营养级含能量少。( )（4）一个生态系统在较长时期内没有能量输入就会崩溃。( )（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。( )（6）研究能量流动，可调整能量流动关系，使生产者固定的能量全部流向人类。( )2.下列有关生态系统中食物链与能量流动的叙述，错误的是( )A.能量经食物链流
22、动时只能从较低的营养级流向较高的营养级B.生态系统中的能量流动总是开始于生产者C.初级消费者含有的能量大部分流向次级消费者D.生态系统中的能量最终以热能的形式散失到环境中答案：C 解析：能量大部分以热能的形式散失，初级消费者的能量只有10%20% 流向次级消费者，C错误。3.（2020辽宁辽阳高二期末）下图为生态系统的能量流动简图，下列叙述正确的是( )A.甲是生产者，乙是无机环境B.图中的“能量”可以被甲再次利用C.图中“能量”多数以热能形式散失D.一年中生产者同化的能量不可能小于群落输出的总能量答案： C 解析：图中，甲是生产者，乙是分解者，A错误；能量是单向流动的，不能循环，也不可逆转，
23、B错误；每个营养级都要进行呼吸作用，其中大部分的能量都是以热能形式释放的，C正确；在逐渐衰退的生态系统中，生产者同化的能量小于群落输出的总能量，D错误。4.（2020北京四中高二期末）假设某初级消费者摄入的能量为a，其粪便中的能量为b，通过呼吸作用散失的能量为c，用于生长、发育和繁殖的能量为d，则流入次级消费者的能量最多为( )A.(a+b)20%B.(c+d)20%C.(a-c)20%D.(b+d)20%答案： B 解析：生态系统中某一营养级（最高级消费者除外）的能量去路：自身呼吸作用消耗；流向下一营养级；残体、粪便等被分解者分解。能量流动的特点是单向流动、逐级递减，能量传递效率为10%20
24、% 。在该生态系统中，假设初级消费者摄入的能量为a，其中存在于粪便中的能量为b，说明初级消费者同化的能量是a-b；因此，流入次级消费者的能量最多为(a-b)20%。初级消费者通过呼吸作用消耗的能量为c，用于生长、发育和繁殖的能量为d，说明初级消费者同化的能量是c+d;因此，流入次级消费者的能量最多还可表示为(c+d)20%，综上分析，B正确。5.生态学中常以金字塔形象地说明营养级与能量、生物体个体数量、生物量之间的关系，是定量研究生态系统的直观体现。生态金字塔有能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔三种类型。结合下图，下列有关叙述正确的是( )A.该金字塔可表示树林中树（）、害虫（）和食虫鸟（）
25、之间的个体数量关系B.如果表示能量金字塔，则能量的流动方向只能依次是C.该金字塔可表示浮游植物（）和浮游动物（）的能量之间的关系D.在城市生态系统中该金字塔中的表示生产者答案： C 解析：营养级越高，含有的能量越少，但数量可以出现倒金字塔形，一棵树上可以有很多虫子，显然不可用图示的金字塔表示生物个体数量，A错误；如果表示能量金字塔，位于塔基的是生产者，依次为第二营养级、第三营养级，则能量的流动方向只能是，B错误；能量金字塔中，营养级越低，含有的能量越多，浮游植物处于第一营养级，含有的能量最多，浮游动物处于第二营养级，能量比第一营养级少，C正确；城市生态系统是特殊的人工生态系统，生产者数量少，流
26、经城市生态系统的总能量大于该生态系统中所有生产者固定的太阳能总量，D错误。6.（2020辽宁葫芦岛高二质量检测）下图为某生态系统能量流动的过程图解，其中罗马数字表示生态系统的成分，英文字母al 表示能量。请据图回答下列问题：（1）流经该生态系统的总能量是 （填字母），il 表示生态系统中各个营养级生物通过 消耗的能量。（2）食草动物排出的粪便中仍含有部分能量，这部分最终被 所利用，这部分能量包含在 （填字母）中。（3）图中生物构成的食物链有 个营养级。属于第三营养级的是 。（4）图中所列出的生态系统的成分并不齐全，你认为还缺少 。答案：（1）a; 呼吸作用 （2）分解者（）; e （3）四;
27、（4）非生物的物质和能量（或水、空气、无机盐等） 解析：（1）流经该生态系统的总能量是生产者固定的太阳能总量，a表示生产者固定的太阳能；il表示各个营养级生物通过呼吸作用以热能的形式散失的能量。（2）分解者会分解植物和动物遗体残骸以及排遗物等，故食草动物排出的粪便中的能量被分解者利用；食草动物粪便中的能量属于生产者同化能量的一部分，e代表生产者流向分解者的能量。（3）食物链是由生产者和不同级别的消费者组成的，故是生产者（第一营养级），、分别属于第二营养级、第三营养级、第四营养级。（4）生态系统是一定空间内，由生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体，故其成分还有非生物的物质和能量（或水、空气、无机盐等）。
