2018版高中生物 第四章 生态系统的稳态 4.2 生态系统稳态的维持(第1课时)生态系统中的能量流

第二节生态系统的稳态第1课时生态系统中的能量流动1．简述生态系统中能量流动的概念。

2．理解能量在生态系统中的流动过程及特点。

(重难点)3．概述研究能量流动的意义。

(难点)1．生态系统中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．生态系统中能量流动的过程(1)地球上几乎所有的生态系统所需要的能量都来自太阳。

(2)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势散失了；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。

(3)构成植物体的有机物中的能量，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。

[合作探讨]探讨1：初级消费者摄入的能量是其同化量吗？它们之间存在什么关系？提示：初级消费者摄入的能量不等于其同化量，它们之间存在的关系是：同化量＝摄入量－粪便量。

探讨2：某种蜣螂专门以大象的粪便为食，能不能说蜣螂获得了大象的能量？简单说明。

提示：不能。

因为大象粪便中的能量并不属于大象的同化能量，而是生产者的同化量。

[归纳拓展]1．能量的输入(1)起点：生产者通过光合作用固定的太阳能。

(2)流入生态系统的总能量：生产者所固定的太阳能总量。

(3)输入方式光合作用①几乎所有的生态系统：光能―――→有机物中的化学能绿色植物等化能合成作用②特殊的生态系统：无机物氧化产生的化学能―――――→有机物中的化学能硝化细菌等2．能量的传递(1)传递途径：食物链和食物网。

(2)传递形式：有机物中的化学能。

(3)传递过程3．以第二营养级为例分析能量的分流动物同化的能量＝摄入量－粪便中有机物的能量，即第二营养级粪便中的能量不属于第二营养级同化的能量。

4．能量的转化和散失1．在由草、兔、狐组成的一条食物链中，兔经同化作用所获得的能量，其去向不应该包括( )A．通过兔子的呼吸作用释放的能量B．通过兔子的粪便流入到分解者的体内C．通过狐狸的粪便流入到分解者的体内D．流入到狐的体内【解析】兔经同化作用所获得的能量＝兔的摄入量－兔的粪便量，因此，B项中的能量去向并非来自于兔同化作用获得的能量。

【答案】 B2．如图是麻风树林中两个营养级的能量流动图解，已知麻风树的总能量为N。

其中字母代表了能量，则下列叙述不正确的是( )A．从麻风树流入下一营养级的总能量是AB．C是第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量C．D是指呼吸作用消耗的能量D．该图中不包含非生物的物质和能量【解析】该图只包含两个营养级，麻风树是第一营养级，则A只能代表第二营养级的摄入量，B代表第二营养级的同化量，其中D代表用于呼吸作用消耗的能量，C代表第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量，E则是流入分解者的能量；该图解中包括了生产者、消费者和分解者，没有非生物的物质和能量。

【答案】 A3．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%nB．贮存在羊体内的能量为52%nC．由羊流向分解者的能量为16%nD．由羊流向下一营养级的能量为64%n【解析】羊同化的能量＝摄入量－粪便中能量，即n－36%n＝64%n，故A正确；贮存在羊体内的能量＝同化量－呼吸散失量，即64%n－48%n＝16%n。

故B错误；由羊流向分解者的能量和流向下一营养级的能量的和不会超过16%，故C、D均错。

【答案】 A1．能量流动的特点(1)单向流动：指生态系统的能量只能从第一营养级流向第二营养级，再流向第三营养级……能量流动不可逆转，也不能循环。

(2)逐级递减：指能量在沿食物链传递的过程中，每一个营养级的生物在代谢中都会消耗很多的能量，结果流向下一个营养级的能量逐级减少。

①能量传递效率：能量在相邻两个营养级之间的传递效率平均只有10%～20%。

②营养级数量：生态系统的能量流动一般不超过4～5个营养级，因为营养级越多，能量流动过程中散失的热能就越多。

(3)生态系统的能量流动规律可用“能量金字塔”表示，其含义是将单位时间内各个营养级所得到的能量数值，由低到高绘制成图形成的。

2．研究生态系统能量流动的意义(1)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。

(2)还可以合理调整生态系统中的能量流动关系，使能量流向对人类最有益的部分。

[合作探讨]探讨1：从能量流动角度分析，为什么猪肉的价格一般比蔬菜和粮食的价格更高一些？提示：蔬菜和粮食属于生产者，是第一营养级，猪属于初级消费者，是第二营养级，而能量传递效率只有10%～20%，所以要获得相同质量的猪肉，要消耗5～10倍的蔬菜和粮食。

因此猪肉的价格一般比蔬菜和粮食高。

探讨2：下图为某城市生态系统能量金字塔，为什么呈倒置状况也能维持生态系统的正常运转？提示：因为城市生态系统的能量基本是靠外部输入，所以其自身初级营养级能量很低，而次级营养级因为人口众多的缘故能量很高，从而能量体现出倒金字塔。

探讨3：有人说：“其中营养级之间能量的传递效率可由人类任意控制。

”你认为对吗？ 提示：不对。

通过人工设计可以把本应该流向分解者的能量，重新被人类利用，从而提高了能量的利用效率，而没有改变能量的传递效率。

[归纳拓展] 1．能量流动的特点 (1)单向流动的原因①食物链中各营养级的顺序是不可逆转的，这是长期自然选择的结果。

②各营养级的能量大部分以呼吸作用产生热能形式散失掉，这些能量是生物无法再利用的。

(2)逐级递减的原因①各营养级的生物都会因呼吸作用而消耗掉相当大的一部分能量。

②各营养级的生物中总有一部分能量未被下一营养级的生物所利用。

③还有少部分能量随着残枝败叶或遗体等直接传给了分解者。

(3)林德曼10%定律：①林德曼10%定律是指由一个营养级传递到下一个营养级的能量平均只有10%左右。

②计算公式：能量传递效率＝一个营养级同化量上一营养级同化量×100%。

③形象描述：能量金字塔。

如下图：2．生态金字塔的类型不同的生态金字塔能形象地说明营养级与能量、生物量、数量之间的关系，是定量研究生态系统的直观体现。

1．下图是对某生态系统的能量流动分析调查后的结果，甲～戊表示生态系统中的生物成分(戊是分解者)。

GP 表示总同化量，NP 表示净积累量，R 表示呼吸消耗量。

箭头表示能量流动方向。

据图分析下列正确的是(数值单位：105J/m 2·a)( ) 【导学号：32570225】A ．该生态系统的营养结构可表示为甲→戊→乙→丙→丁B．能量从初级消费者到次级消费者的传递效率大约是16%C．生产者同化的总能量中约为7.3×107(J/m2·a)未被消费者同化D．流经该生态系统的总能量是生产者固定的太阳能，即图中所有GP之和【解析】该生态系统的营养结构应该为甲→乙→丙→丁，不包括分解者戊。

能量从初级消费者到次级消费者的传递效率大约是：15.91÷141.1×100%＝11.3%。

流经该生态系统的总能量是生产者固定的太阳能，即871.27×105J/(m2·a)，并不是所有GP之和。

生产者同化的总能量中未被消费者同化的为：871.27×105－141.1×105＝7.3×107 J(m2·a)。

【答案】 C2．下图是某湖泊生态系统能量流动的定量分析图解。

图中A、B、C代表三个营养级，数字均为实际测得的能量数，单位为百万千焦。

已知该生态系统受到的太阳辐射能为118 872百万千焦，但其中118 761百万千焦的能量未被利用。

请完成下列问题：(1)请将流经该生态系统的总能量数填写在图中的方框内，这部分能量是________所固定的太阳能。

(2)能量从第一营养级到第二营养级的转化效率为________%，次级消费者通过异化作用消耗的能量占同化作用所得到能量的百分比是________。

(3)由图可知，下一个营养级不能得到上一个营养级的全部能量，原因有：各营养级生物体内的大量能量被________；其次是部分能量________；还有少量能量被________利用。

【解析】从图中看出，生产者A固定的太阳能仅为118 872－118 761＝111百万千焦，这实际上就是流经该湖泊生态系统的总能量。

从图中不难看出，A中能量111百万千焦中只有15.0百万千焦被第二营养级B所同化，绝大部分的能量通过其他途径流失了，所以从A 到B的能量传递效率是15.0÷111.0×100%＝13.5%。

从图中有关数据还可知道第三营养级C 同化所得能量中有1.8百万千焦通过自身的呼吸作用消耗掉了，占1.8÷3.0×100%＝60%。

【答案】(1)111 生产者(2)13.5 60% (3)呼吸作用消耗未被下一个营养级利用分解者1．初级消费者体内的能量，其去路不包括( )A．被次级消费者获得B．被第二营养级的其他生物获得C．通过自身呼吸作用消耗D．被分解者通过呼吸作用散发到环境中去【解析】流经每一营养级的能量有三个去路：①用于自身呼吸消耗；②被下一营养级同化；③被分解者分解以热能形式散失。

【答案】 B2．在一个生态系统中，已知初级消费者与次级消费者的个体数分别为N1、N2，个体平均质量分别为M1、M2，则下列关系式正确的是( )A．N1·M1>N2·M2B．N1·M1<N2·M2C．N1·M1＝N2·M2D．N1·M1≥N2·M2【解析】能量流动是逐级递减的，一般生物量可以代表能量值，所以N1·M1>N2·M2。

【答案】 A3．农民经常拔除稻田里的稗草，人们要不断地清除鱼塘中食肉的“黑鱼”。

用生态学的观点分析，这样做是为了( ) A．保持生态平衡B．保持生物群落的单一性C．调整能量在生态系统中的流动方向D．使物质和能量能尽快地流动【解析】人们研究生态系统能量流动的意义之一就在于可以在遵循生态系统自身规律的前提下，调整生态系统的能量流动关系，使更多的能量流向对人类最有益的部分。

如减少稗草、黑鱼，其目的即在于此。

【答案】 C4．以下表示动物利用食物的过程，正确的分析是( )A．动物粪便中的能量包含在③中B．哺乳动物的③/①值一般为10%～20%C．提高圈养动物生长量一般需降低③/②值D．④用于动物生长、发育和繁殖【解析】粪便中的能量不属于该营养级同化的能量；同化量和获取量之间的比值没有一定的数值比例；圈养生物的目的是提高其同化量以利其生长，因此需提高同化量占食入量的比例；同化量与呼吸消耗量的差值为该生物用于自身生长、发育和繁殖的能量。

【答案】 D5．下图是生态系统能量流动的图解，对此图解的理解不正确的是( )A．图中方框的大小可表示该营养级生物所具有的能量多少B．该图中C所具有的能量约为B的10%C．该图中的A表示流经该生态系统的总能量D．图中所示四个营养级的能量关系为：A≥B＋C＋D【解析】无机环境的能量进入生态系统的起点是生产者，所以确定A为生产者，则B、C、D为消费者，由于能量流动是逐级递减的，所以图中方框大小可以用来代表该营养级生物所具有的能量多少。