第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)第1課時(shí)生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)目標(biāo)導(dǎo)航1.概述能量流動(dòng)的概念，描述能量在生態(tài)系統(tǒng)中的流動(dòng)過程。2.分析總結(jié)能量流動(dòng)的特點(diǎn)。3.闡明研究能量流動(dòng)的意義。一、能量流動(dòng)的概念和過程(閱讀P100～101)1．概念：生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程。2．過程圖解3．能量來源：太陽能。4．總能量：生產(chǎn)者固定的太陽能總量。5．渠道：食物鏈和食物網(wǎng)。二、能量流動(dòng)的特點(diǎn)及研究意義(閱讀P101～102)1．能量流動(dòng)的特點(diǎn)(1)單向流動(dòng)：指生態(tài)系統(tǒng)的能量只能從第一營養(yǎng)級流向第二營養(yǎng)級，再流向第三營養(yǎng)級……能量流動(dòng)不可逆轉(zhuǎn)，也不能循環(huán)。(2)逐級遞減：指能量在沿食物鏈傳遞的過程中，每一個(gè)營養(yǎng)級的生物在代謝中都會(huì)消耗很多的能量，結(jié)果流向下一個(gè)營養(yǎng)級的能量逐級減少。(3)傳遞效率①能量在相鄰兩個(gè)營養(yǎng)級之間的傳遞效率平均只有10%～20%。②生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)規(guī)律可用“能量金字塔”表示。從能量金字塔可以看出，一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)級越多，在能量流動(dòng)過程中散失的熱能就越多。③生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)一般不超過4～5個(gè)營養(yǎng)級。2．研究意義：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中推廣生態(tài)農(nóng)業(yè)，研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的規(guī)律，是為了使能量被多級利用，大大提高能量的利用率，還可以合理調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)關(guān)系，使能量流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧Ｅ袛嗾`：(1)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)指能量的輸入和散失過程()(2)流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量是照射在生產(chǎn)者上的太陽能()(3)流經(jīng)第二營養(yǎng)級的總能量指次級消費(fèi)者攝入到體內(nèi)的能量()(4)相鄰兩個(gè)營養(yǎng)級的能量傳遞效率不會(huì)小于10%，也不會(huì)大于20%()(5)能量金字塔可以出現(xiàn)倒置現(xiàn)象()(6)研究能量流動(dòng)，可合理設(shè)計(jì)人工生態(tài)系統(tǒng)，提高能量的傳遞效率()(7)研究能量流動(dòng)，可調(diào)整能量流動(dòng)關(guān)系，使生產(chǎn)者固定的能量全部流向人類()答案(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×(7)×解析(2)流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量是生產(chǎn)者所固定的太陽能，而不是照射在生產(chǎn)者上的太陽能。(3)第二營養(yǎng)級是指初級消費(fèi)者，因此流經(jīng)第二營養(yǎng)級的總能量是指被第二營養(yǎng)級所同化的能量，而不是被次級消費(fèi)者攝入到體內(nèi)的能量。一、能量流動(dòng)的概念和過程1．能量流動(dòng)的概念能量流動(dòng)是指生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程。在能量流動(dòng)中，能量不斷地從無機(jī)環(huán)境輸入到生物群落，并沿著食物鏈(網(wǎng))傳遞，最后又散失到無機(jī)環(huán)境。2．研究能量在沿著食物鏈從一個(gè)營養(yǎng)級流動(dòng)到另一營養(yǎng)級時(shí)，需要考慮能量被利用和未被利用等多方面的能量值：以某動(dòng)物種群捕食種群A為例，“能量流動(dòng)的分析”過程為：(1)未被捕食的是沒有被下一個(gè)營養(yǎng)級攝食，仍舊以上一個(gè)營養(yǎng)級的形式存在的。(2)未食入的是指沒有被攝食進(jìn)去的，如食物的碎屑，動(dòng)物的骨頭、毛發(fā)等，植物的秸稈等，其會(huì)被分解者利用。(3)未同化的是指糞便，其會(huì)被分解者利用。(4)在自然界中，對一個(gè)種群來說，其同化的能量去向還包括未被捕食的，也可以說是未利用的。3．生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入(1)能量來源：太陽能(除極少數(shù)特殊空間外)。(2)能量流動(dòng)起點(diǎn)：生產(chǎn)者的光合作用。(3)輸入的總能量：是生產(chǎn)者通過光合作用固定的太陽能總量。4．生態(tài)系統(tǒng)中能量的傳遞過程(1)傳遞途徑：食物鏈和食物網(wǎng)。(2)傳遞形式：有機(jī)物中的化學(xué)能。(3)傳遞過程：(以初級消費(fèi)者為例)由上圖可分析每個(gè)營養(yǎng)級的能量去路：①該營養(yǎng)級生物呼吸消耗。②流入到下一個(gè)營養(yǎng)級的生物中(頂級營養(yǎng)級生物除外)。③以動(dòng)植物遺體、殘枝落葉等形式被分解者分解利用。5．能量的散失過程(1)形式：熱能。熱能是能量流動(dòng)的最終歸宿。(2)過程有機(jī)物(化學(xué)能)eq\o(→,\s\up7(生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者),\s\do5(呼吸作用))能量eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(ATP中活躍化學(xué)能：用于各種生命活動(dòng),熱能：散失))(3)特殊途徑動(dòng)植物遺體、殘落物等形成的煤炭、石油等化石燃料eq\o(→,\s\up7(工業(yè)),\s\do5(燃燒))熱能。1．某一營養(yǎng)級的生物是指生物個(gè)體還是指某個(gè)種群？答案某一營養(yǎng)級的生物代表處于該營養(yǎng)級的所有生物，不代表生物個(gè)體也不是某個(gè)種群。2．判斷分析：“一只老虎捕食了一只野兔，則野兔的全部能量都流向了老虎”對嗎？并思考消費(fèi)者攝入的能量、同化的能量與糞便中的能量有什么關(guān)系？答案錯(cuò)，還有一部分未被老虎消化吸收的殘?jiān)?、糞便中的能量存在；同化的能量＝消費(fèi)者攝入的能量－糞便中的能量。3．生物的現(xiàn)存量與同化量的含義一樣嗎？二者有什么關(guān)系？答案不一樣。生物的現(xiàn)存量＝同化量－呼吸量－被分解者分解的遺體殘骸中所含能量。4．初級消費(fèi)者流向分解者的能量包含初級消費(fèi)者糞便中的能量嗎？答案不包含。初級消費(fèi)者糞便中的能量不屬于其同化量。5．如何分析某個(gè)營養(yǎng)級的能量去向？輸入到某個(gè)營養(yǎng)級的能量的去向都相似嗎？答案某個(gè)營養(yǎng)級的能量去路一般有：①該營養(yǎng)級生物呼吸消耗。②流入到下一個(gè)營養(yǎng)級的生物中。③以動(dòng)植物遺體、殘枝落葉等形式被分解者分解利用。其中，輸入頂級營養(yǎng)級的能量的去向只有2個(gè)，即：①該營養(yǎng)級生物呼吸消耗。②被分解者分解利用。1．下圖為某生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)簡圖，下列敘述錯(cuò)誤的是()A．甲是生產(chǎn)者，乙是消費(fèi)者B．該生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)開放的系統(tǒng)C．太陽光能通過光合作用固定并進(jìn)入系統(tǒng)，可以熱能形式輸出D．甲、乙和分解者所儲(chǔ)存的能量之和是輸入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量問題導(dǎo)析(1)由圖可知，甲能夠固定太陽能，則為生產(chǎn)者，乙從甲獲取能量則乙為消費(fèi)者。(2)太陽光能通過光合作用固定并進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，經(jīng)過生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者的呼吸作用后有一部分以熱能的形式散失，因此說生態(tài)系統(tǒng)需要不斷從外界獲得能量的同時(shí)又不斷將能量擴(kuò)散到外界。(3)輸入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量是生產(chǎn)者甲固定的太陽能總量。答案D解析根據(jù)題中簡圖可知，甲能夠固定太陽能，為生產(chǎn)者，乙從甲獲取能量，為消費(fèi)者，A正確；該生態(tài)系統(tǒng)需要從外界獲得能量，同時(shí)能量也可以擴(kuò)散到外界，是一個(gè)開放的生態(tài)系統(tǒng)，B正確；能量通過光合作用固定并進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，經(jīng)過生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者的呼吸作用后有一部分以熱能的形式散失，C正確；輸入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量是生產(chǎn)者甲固定的太陽能總量，D不正確。一題多變判斷正誤：(1)甲中一定有葉綠體()(2)甲中每個(gè)個(gè)體的能量都多于乙每個(gè)個(gè)體的能量()(3)甲中流向分解者的能量包含了乙的糞便中所含的能量()(4)能量輸入至甲、乙中所發(fā)生的能量轉(zhuǎn)化形式是相同的，而由甲、乙和分解者散失時(shí)能量的轉(zhuǎn)化形式是不同的()答案(1)×(2)×(3)×(4)×解析(1)若甲為藍(lán)藻，則沒有葉綠體。(2)只能比較甲、乙所處營養(yǎng)級的能量大小關(guān)系，而不能比較甲、乙某個(gè)個(gè)體的能量。(3)甲中流向分解者的能量包含了初級消費(fèi)者糞便中所含的能量。(4)能量輸入至甲、乙中所發(fā)生的能量轉(zhuǎn)化形式：甲是由光能→有機(jī)物中的化學(xué)能，而乙是由食物中的化學(xué)能→自身的化學(xué)能；而由甲、乙和分解者散失時(shí)能量的轉(zhuǎn)化形式都是有機(jī)物(化學(xué)能)eq\o(→,\s\up7(生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者),\s\do5(呼吸作用))能量eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(ATP中活躍化學(xué)能：用于各種生命活動(dòng),熱能：散失))二、能量流動(dòng)的特點(diǎn)和意義1．能量流動(dòng)的特點(diǎn)及原因(1)單向流動(dòng)①能量流動(dòng)是沿食物鏈進(jìn)行的，食物鏈中各營養(yǎng)級之間的捕食關(guān)系是長期自然選擇的結(jié)果，是不可逆轉(zhuǎn)的。②各營養(yǎng)級通過呼吸作用所產(chǎn)生的熱能不能被生物群落重復(fù)利用，因此能量流動(dòng)無法循環(huán)。(2)逐級遞減①各營養(yǎng)級生物都會(huì)因呼吸作用消耗大部分能量。②各營養(yǎng)級的能量都會(huì)有一部分流入分解者，也有未被下一營養(yǎng)級生物所利用的部分。2．能量傳遞效率(1)能量傳遞效率的含義能量在相鄰兩個(gè)營養(yǎng)級間的傳遞效率，一般來說約為10%～20%。計(jì)算公式為：相鄰兩個(gè)營養(yǎng)級的傳遞效率＝eq\f(下一營養(yǎng)級同化量,上一營養(yǎng)級同化量)×100%(2)能量在食物鏈中傳遞的計(jì)算，設(shè)食物鏈A→B→C→D→E，分情況討論情景設(shè)置提出的問題計(jì)算思路計(jì)算公式E營養(yǎng)級凈增重Y至少需要A營養(yǎng)級多少傳遞效率取20%X×(20%)4＝Y(jié)最多需要A營養(yǎng)級多少傳遞效率取10%X×(10%)4＝Y(jié)A營養(yǎng)級凈增重XE營養(yǎng)級最多增重多少傳遞效率取20%X×(20%)4＝Y(jié)E營養(yǎng)級至少增重多少傳遞效率取10%X×(10%)4＝Y(jié)3.能量流動(dòng)的分析方法分析教材P100“某一年賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)圖解”可知，流入每一營養(yǎng)級的能量去向可從以下兩個(gè)角度分析：(1)定量不定時(shí)分析：①流入某一營養(yǎng)級的一定量的能量在足夠長的時(shí)間內(nèi)的去路可有三條：a．自身呼吸消耗；b．流入下一營養(yǎng)級；c．被分解者分解利用。②但這一定量的能量不管如何傳遞，最終都以熱能形式從生物群落中散失，生產(chǎn)者源源不斷地固定太陽能，才能保證生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的正常進(jìn)行。(2)定量定時(shí)分析：①流入某一營養(yǎng)級的一定量的能量在一定時(shí)間內(nèi)的去路可有四條：a．自身呼吸消耗；b．流入下一營養(yǎng)級；c．被分解者分解利用；d．未被自身呼吸消耗，也未被下一營養(yǎng)級和分解者利用，即“未被利用”。②如果是以年為單位研究，“d”中部分的能量將保留給下一年。(3)同一食物鏈不同環(huán)節(jié)能量傳遞效率往往不完全相同，計(jì)算時(shí)不能都按10%，而需按具體數(shù)值計(jì)算，如在食物鏈A→B→C→D中，能量傳遞效率分別為a%、b%、c%，若A的能量為M，則D的能量為M×a%×b%×c%。4．能量流動(dòng)模型——生態(tài)金字塔不同的生態(tài)金字塔能形象地說明營養(yǎng)級與能量、生物量、數(shù)量之間的關(guān)系，是定量研究能量流動(dòng)的直觀體現(xiàn)。類型項(xiàng)目能量金字塔數(shù)量金字塔生物量金字塔形狀特點(diǎn)正金字塔形一般為正金字塔形，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)倒金字塔形，如樹上昆蟲與鳥的數(shù)量關(guān)系eq\x(鳥)eq\x(昆蟲)eq\x(樹)一般為正金字塔形(特例：如某一時(shí)間內(nèi)，浮游植物的生物量可能低于浮游動(dòng)物的生物量)象征含義能量沿食物鏈流動(dòng)過程中具有逐級遞減的特征生物個(gè)體數(shù)目在食物鏈中隨營養(yǎng)級升高而逐級遞減生物量(現(xiàn)存生物有機(jī)物的總質(zhì)量)沿食物鏈流動(dòng)逐級遞減每一級含義食物鏈中每一營養(yǎng)級生物所含能量的多少每一營養(yǎng)級生物個(gè)體的數(shù)目每一營養(yǎng)級生物的總生物量5.研究能量流動(dòng)的實(shí)踐意義在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中推廣生態(tài)農(nóng)業(yè)，研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的規(guī)律，是為了提高生態(tài)系統(tǒng)能量的利用率，使能量流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧?．是不是所有的食物鏈都不會(huì)超過五個(gè)營養(yǎng)級？答案不一定。對于某些低營養(yǎng)級由個(gè)體小、數(shù)量大的小生物構(gòu)成的食物鏈，可以超過5個(gè)營養(yǎng)級。2．下圖為某城市生態(tài)系統(tǒng)能量金字塔，為什么呈倒置狀況也能維持生態(tài)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)？答案因?yàn)槌鞘猩鷳B(tài)系統(tǒng)的能量基本是靠外部輸入，所以其自身低營養(yǎng)級能量很低，而高營養(yǎng)級因?yàn)槿丝诒姸嗟木壒誓芰亢芨撸瑥亩鼓芰拷鹱炙尸F(xiàn)出倒金字塔形。3．肉類和雞蛋的價(jià)格比糧食和蔬菜高，從能量流動(dòng)角度看，其道理何在？答案食物鏈延長，能量流失多，動(dòng)物性食品成本高。4．判斷分析：“一只老虎捕食了一只野兔，則野兔的全部能量的10～20%的能量都流向了老虎”。答案錯(cuò)，能量傳遞效率指的是營養(yǎng)級之間的傳遞效率，而非個(gè)體間，若一只老虎捕食了一只野兔，應(yīng)該是野兔的大部分能量流向了老虎。2．下圖為生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)圖解部分示意圖，①②③④各代表一定的能量值，下列敘述中錯(cuò)誤的是()A．生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)具有單向性主要是因?yàn)槭澄镦溨猩镏g吃與被吃的關(guān)系不可逆轉(zhuǎn)B．一般情況下，能量在相鄰的兩個(gè)營養(yǎng)級之間的傳遞效率大約是10%～20%C．①表示流經(jīng)此生態(tài)系統(tǒng)的總能量D．從能量關(guān)系看②>③＋④問題導(dǎo)析(1)食物鏈中的捕食關(guān)系是長期自然選擇形成的，不會(huì)倒轉(zhuǎn)，因此生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)具有單向性。(2)一般情況下能量在相鄰兩個(gè)營養(yǎng)級之間傳遞效率大約是10%～20%。(3)流經(jīng)此生態(tài)系統(tǒng)的總能量是生產(chǎn)者固定的太陽能，即流入生產(chǎn)者的總能量。(4)一個(gè)營養(yǎng)級的能量(頂級營養(yǎng)級除外)都可以包括三部分：流向下一營養(yǎng)級、流向分解者、自身呼吸作用所消耗。答案C一題多變(1)上題中，三級消費(fèi)者的能量流動(dòng)途徑是____________________________________。(2)除了圖中所示，第二營養(yǎng)級同化的能量還有一部分______________________________。(3)從圖中可以總結(jié)出能量流動(dòng)的特點(diǎn)是________________________________________________________________________、____________。(4)人類對生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)進(jìn)行調(diào)查研究，其意義是___________________________。答案(1)流向分解者、自身呼吸作用所消耗(2)在細(xì)胞呼吸中以熱能的形式散失(3)單向流動(dòng)逐級遞減(4)提高生態(tài)系統(tǒng)能量的利用率，使能量流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠?.在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，某草食動(dòng)物同化的能量等于()A．生產(chǎn)者固定的太陽能總量B．生產(chǎn)者固定的太陽能總量減去生產(chǎn)者的呼吸量C．被草食動(dòng)物吃了的植物中所含的能量減去糞便中所含的能量D．用于草食動(dòng)物的生長、發(fā)育、繁殖等生命活動(dòng)所需的能量答案C解析草食動(dòng)物以草為食物，經(jīng)消化吸收，真正進(jìn)入體內(nèi)的能量是食物中的能量減去糞便中包含的能量，即其同化的能量。2.下圖為生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的部分圖解，①代表一定的能量值。下列相關(guān)敘述中，正確的