生态环境系统的能量流动导学案

生态系统的能量流动

1．生态系统的组成成分包括生产者、消费者、分解者、非生物的物质和能量，各组成成分间相互作用形成一个统一的整体。

2．生态系统的营养结构是食物链和食物网。生态系统的主要功能是能量流动和物质循环，就是沿着此渠道进行的。

3．绿色植物通过光合作用把太阳能转化为有机物中稳定的化学能，化能自养生物则通过化能合成作用把氧化无机物时释放的化学能转化为有机物中稳定的化学能。

4．生物通过呼吸作用把有机物中稳定的化学能释放出来，大部分以热能形式散失，少部分储存在ATP中。

5．在“草→兔→狼”这条食物链中，草通过光合作用固定了太阳能，属于第一营养级。兔生命活动需要的能量来自于草，属于第二营养级，初级消费者。狼生命活动需要的能量来自于兔，属于第三营养级，次级消费者。

课堂导入

下图是世界排名第一的羽毛球运动员林丹，他在比赛前要摄入大量营养物质，有能量的输入；在比赛过程中，有能量的转化和散失。一切生命活动都伴随着能量的变化，没有能量的输入，也就没有生命和生命系统。生态系统中能量的输入、传递、转化和散失过程如何呢？

探究点一能量流动的过程

黑麦草是一年生或多年生草本植物，是重要的栽培牧草和绿肥作物。下图是山羊吃黑麦草的图片，请分析山羊和黑麦草的能量流动过程。

1．观察黑麦草的能量去向，分析：

(1)A是通过光合作用完成的，该过程使光能转化成化学能，以有机物的形式储存在黑

麦草体内。

(2)B是通过呼吸作用为生长发育提供能量，这个过程产生的能量大部分以热能的形式

散失掉了。

(3)C过程中，枯枝落叶中的有机物被分解者分解为无机物，能量被释放。

(4)D是指部分能量被山羊通过捕食摄入体内，最终同化为自身的能量。

(5)能量流动过程中，我们经常以种群作为整体研究对象，请完成下图并归纳能量流动

的概念。

生态系统的能量流动是指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。

2．结合上述内容完成能量流经第二营养级的示意图

3．结合1、2，概括生态系统能量流动示意图，请据图分析：

(1)能量的输入

①源头：太阳能或氧化无机物产生的化学能。

②相关生理过程：光合作用或化能合成作用。

③能量转换形式：光能或氧化无机物产生的化学能→有机物中的化学能。

④输入总量：生产者固定的全部能量。

(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)能量的散失

①形式：热能。

②一般途径：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。

③特殊途径：动植物遗体形成煤炭、石油等，经过燃烧放出热能。

小贴士同化量和摄入量的比较同化量为每一营养级通过摄食并转化成自身有机物的能量，摄入量是消费者摄入的能量，同化量＝摄入量－粪便量。消费者产生的粪便中的能量属于上一营养级。

归纳提炼

某营养级(消费者)的能量变化理解简图

活学活用

1．结合探究点一中3的生态系统能量流动示意图判断：

(1)当狼吃掉一只兔子时，就获得了兔子的全部能量()

(2)初级消费者的粪便量属于第二营养级能量()

(3)同化量≠用于生长发育和繁殖的能量 ( ) (4)呼吸作用所产生的能量都是以热能的形式散失 ( ) (5)分解者的分解作用也是通过呼吸作用完成的 ( ) (6)能量a ＝e ＋b ＋I

( ) (7)箭头a 代表生产者的同化量，方框②代表初级消费者的摄入量

( )

(8)生态系统中的能量流动和转化不遵循能量守恒定律，总量越来越少( ) (9)流经该生态系统的能量能够重新再回到这个生态系统，被重复利用( ) 答案 (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√ (6)√ (7)× (8)× (9)×

解析 (1)狼排出粪便中的能量属于兔子，未被狼获得。(2)初级消费者的粪便量属于第一营养级的能量。(4)呼吸作用所产生的能量一部分储存在ATP 中，其余以热能的形式散失。(7)方框②代表初级消费者的同化量。(8)生态系统中的能量流动和转化遵循能量守恒定律。(9)能量流动的特点是单向流动、逐级递减的，不能重复利用。 探究点二 能量流动的特点及相关计算

美国生态学家林德曼对一个结构相对简单的天然湖泊——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[单位：J/(cm 2·a)]，请完成以下分析：

1．由图得知

(1)经过长期的自然选择，食物链中各营养级的顺序是不可逆转的。 (2)各营养级的能量总是趋向于以呼吸作用产生热能而散失掉，无法再利用。

因此，能量流动的方向是单向的，只能从上一个营养级流向下一个营养级，不可逆转，也不能循环流动。

2．能量传递效率计算公式为：相邻两个营养级的传递效率＝下一营养级同化量

上一营养级同化量

×100%，

请将图中各营养级的“输入”能量和“输出”到下一个营养级的能量整理出来填在表格中，并计算相邻营养级之间的传递效率。[J/(cm 2·a)]

3.由

(1)各营养级的生物都会因呼吸作用而消耗掉相当大一部分能量。

(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递给了分解者。

因此，输入各营养级的能量不可能百分之百地流入下一营养级，能量在沿食物链流动过程中是逐级递减的。

4．由2中传递效率可以看出，能量在相邻两营养级间的传递效率大约是10%～20%。若将单位时间内各营养级所得到的能量、每个营养级有机体的数量及单位空间内各营养级的生物量数值绘制成金字塔，如下面图表所示。

通常为正金字塔形，

有时会出现倒金字塔

形，如成千上万的昆

虫以一株树为生

一般呈正金字塔形，

有时会出现倒金字塔

形，如某一时间浮游

植物的生物量(用质

量来表示)可能低于

浮游动物的生物量

个营养级的原因：生态系统中能量流动的传递效率一般是10%～20%，营养级越多，能量的消耗就越多，所剩能量往往不能维持一个新的营养级。

5.下图是某一食物网的示意图：