生态系统能量流动导学案.doc

5.2生态系统的能量流动
一、学习目标：
1、理解生态系统能量流动的概念。
2、分析生态系统能量流动的过程和特点（重点）。
3、概述研究生态系统能量流动的意义。
【学习重点】能量流动的过程和特点
【学习难点】能量流动的过程
二、学习过程
【知识链接】
光合作用、食物链、食物网等知识是学习本部分内容的知识基础，学好本部分内容也为学习生态系统的稳定性和环境保护等知识做好了知识铺垫。
（一）温故知新
1、生态系统的成分包括什么？
2、生态系统的营养结构是什么？
3、生态系统中能量流动和物质循环的渠道是什么？
4、你学过的与能量代谢有关的生理过程有哪些？具体的能量转化过程是怎样的？

（二）导学过程
1．能量流动的概念：
______________________________________________________________
2．研究能量流动的方法：
研究生态系统中能量的流动一般在________水平上。
3．生态系统的能量流动过程：
沿________________进行流动。
4．能量流动的特点：
（1）能量流动的特点：
_________________________________________________
__________________________________________________
（2）能量传递效率：
能量在相邻两个营养级间的传递效率__________。
5．研究能量流动的实践意义：
（1）___________
（2）_______________________________________________________________________
三、提出疑惑
同学们，通过你的自主学习，你还有哪些疑惑，请把它填在下面的表格中
疑惑点
疑惑内容

【课内探究】
完成课本P91问题探讨，尝试回答讨论题，并思考选择此种生存策略的理由
一、能量流动的过程
阅读课本P94页第一段和第二段及图5-6，针对以下问题和自己的收获，做小结
a.生态系统的能量来源是什么？

b.流经生态系统的总能量是什么？

c.能量流动的渠道是什么？

d.能量流入每一营养级后，都有哪些去路？尝试构建能量流经各营养级的概念模型

e.生物同化量与摄入量的关系如何？（补充资料：同化作用是指生物体把从外界环境中获取的营养物质转变成自身物质，并且储存能量的过程。）

f.呼吸散失部分是否属于生物同化量？

对应训练1：若鹿的进食能量为100%，其粪便能量为36%，呼吸能量为48%，则鹿的同化量为（ ）
A．64% B．84% C．16% D．52%
小结：能量流动的过程
（1）输入过程：主要是通过生产者的 ，将光能转化为
（2）起点：从 固定的太阳能开始，总能量为生产者所固定的全部太阳能。
（3）传递途径： 和
（4）流入每一营养级中能量去向：a
b c＿＿＿＿＿＿＿＿
（5）能量的散失
①形式：热能，热能是能量流动的最后归宿。

思考与讨论：
（1）流经生态系统的总能量是辐射到该地区总的太阳能吗？

（2）消费者粪便中的能量是其同化的能量吗？

注意：消费者摄取的能量等于消费者同化的能量加上粪便中的能量，粪便中的能量属于上一营养级的遗体，消费者同化的能量即是上一营养级流向该消费者的能量，也就是该营养级的总能量。
例1.在一个生态系统中，某草食性动物同化的能量等于 （ ）
A.生产者固定的太阳能总量减去生产者的呼吸量
B.被草食动物吃了的植物所含的全部能量
C.被草食动物吃了的植物所含的能量减去粪便等内的能量
D.用于草食动物的生长、发育、繁殖等生命活动所需的能量

二、能量流动的特点
1.看P94页图5-7，回答以下问题并做小结2：
a.图中的每个箭头代表什么含义？

b.生态系统中的能量最终是趋向于以什么形式散失的？能不能被生产者重新利用？

c.从方向上看，能量能否逆向流动、循环流动？ 为什么？

d.图中的箭头和方框，每传递一次，都会变的比上一次小些，这说明了什么呢？

2.阅读课本P95页图5-8，赛达伯格湖能量流动图解，完成以下问题：
a.计算相邻营养级之间的能量传递效率是多少？
第一、二营养级间传递效率 ；

第二、三营养级间传递效率 。
b.从数值上分析，流入某一营养级的能量，为什么不能百分之百地流到下一个营养级？

对应训练2.：下列关于生态系统能量流动的叙述中，正确的是 （ ）
A.能量沿食物链传递效率为5%～10% B.能量存在于有机物中沿食物链传递
C.能量流动的起点是草食动物的同化作用 D.能量流动始终伴随着物质循环而循环

自我小结：生态系统能量流动的特点：
（1）单向流动:沿食物链由低营养级流向 ，不能逆转；也不能 。
原因：食物链各营养级的顺序是不可逆转的，这是长期自然选择地结果，如肉食性动物以植食性动物为食，而植食性动物不能反过来以肉食性动物为食。
（2）逐级递减：能量在沿食物链流动的过程中是 的，传递效率大约为 。

计算方法为：

原因：
a.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，并以热能的形式散失，无法再利用。
b.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利用。
c.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）在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动中消耗的能量越多。生态系统中的能量流动一般不超过 个营养级。
例2.如图是能量流动的图解，对此图理解不正确的是 （ ）

A.图中方框的大小可表示该营养级生物所含能量的相对值
B.图中C所具有的能量为B的10%～20%
C.图中A表示流经该生态系统的总能量
D.图中A具有的总能量是B、C、D的总和

（4）能量金字塔：将单位时间内各个营养级所得到的能量数值按营养级 绘成图，所形成的一个金字塔图形。
三、关于能量金字塔和数量金字塔
看课本P96页图5-9回答：
1.能量金字塔，塔基是哪类生物？能量金字塔中包含分解者吗？

2.模拟能量金字塔的原理，尝试构建生物的数量金字塔

3.数量金字塔可以倒置吗？可以的话，请举例

对应训练3：图11为某一生态系统的能量金字塔，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ分别代表不同的营养级，E1、E2代表能量的形式。下列叙述正确的是
A．Ⅰ是初级消费者 B．Ⅳ为分解者
C．E1为太阳能，E2为热能 D．能量可在食物链中循环利用
生物金字塔类型

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
一般为正金字塔形
象征含义
能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性
生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减
生物量（现存生物有机物的总量）沿食物链流动逐级递减
每一阶含义
食物链中每一营养级生物所含能量的多少
每一营养级生物个体的数目
每一营养级生物的总生物量
注意：1、能量金字塔不会出现倒置现象。
2、 数量金字塔可出现倒置现象，如树林中，树、昆虫和食虫鸟三者形成的数量金字
塔可出现倒置现象。
例3.下列有关生态系统功能的叙述中，哪项不正确 （ ）
A.能量流动的单向性是因为动物的食性一般不能逆转
B.任何生态系统都需要得到外部的能量补给
C.一个封闭的生态系统不需要从外界获得物质供应就可以长期维持正常功能
D.生态系统能量流动逐级递减的原因是生物的呼吸消耗和资源利用率不高
例4.一片树林中，树、昆虫和食虫鸟的个体数比例关系如图所示。下列选项能正确表示树、昆虫、食虫鸟之间能量关系的是 （ ）

四、 研究能量流动的实践意义
（1）帮助人们科学规划，设计 ，使能量得到最 。

（2） 帮助人们合理地 生态系统中能量流动关系，使能量持续高效地流向
。

五、生态系统中有关能量的计算问题：
1．已知较低营养级生物具有的能量（或生物量），求较高营养级生物能够从较低营养级生物获得能量（或生物量）的最大值。

例5. 若某生态系统固定的总能量为24000kJ，则该生态系统的第三和第四营养级所获得的能量最多是 （ ）
A. 540kJ和81kJ B. 3600kJ和960kJ C. 240kJ和24kJ D. 960kJ和192kJ

变式1：在能量金字塔中，若生产者在固定能量时产生240molO2，在能量传递效率为10～15%时，三级消费者可以获得的最大能量相当于 mol葡萄糖 （ ）
A.0.04 B. 0.4 C. 0.9 D.0.09

2． 已知较高营养级的能量（或生物量），求较低营养级应具备的能量（或生物量）的最小值。

例6. 某人捕得一条重2 kg的杂食海鱼，若此鱼的食物有1/2来自植物，1/4来自草食鱼类，1/4来自以草食鱼类为食的小型肉食鱼类，则该鱼至少需要海洋植物多少 kg？

3． 已知各营养级获得能量的总和，求各营养级间能量的传递效率
例7．教材P95图5-8中为美国生态学家林德曼于1942年对一个天然湖泊——赛达伯格湖的能量流动进行测量时所得结果。请据图5-8中相关数据计算出湖泊内各营养级间能量的传递效率？结合你的计算结果谈谈你怎样理解生态系统中能量流动的特点？

小结： 选最短的食物链
最少消耗 获得最多
选最大传递效率20℅
生产者 消费者
选最长的食物链
最大消耗 获得最少
选最小传递效率10℅

对生态系统中能量流动的计算问题，应在认真审题的基础上分类进行计算即可。
【当堂检测】
1.某一生态系统中，已知一只鹰增重2kg要吃l0kg小鸟，小鸟增重0．25kg要吃2kg昆虫，而昆虫增重l00kg要吃1000kg绿色植物。在此食物链中这只鹰对绿色植物的能量利用百分率为 （ ）
A．0．05％ B．0．5％ C．0．25％ D．0．025％
2.在一条食物链中，初级消费者同化的能量，其去向为 （ ）
①通过呼吸作用释放的能量 ②通过呼吸作用释放的热能
③流人到次级消费者体内 ④流人到分解者体内
A．②③ B．②④ C．①③④ D．②③④
3．下图是生态系统中食物链所反应出的能量流动情况，图中箭头表示能量流动的方向，单位是Kcal/m2/年。

下列说法正确的是 （ ）
A．在入射的太阳能中，生产者只利用其中的1%左右
B．分解者可利用来自各营养级转移到的所有能量
C．消费者营养级别越高，可利用的总能量越多
D．当人们把生产者作为食物时，比起其他营养级，可获得更少的能量
4．流经一个生态系统的总能量是 （ ）
A．生产者用于生长、发育和繁殖的总能量 B．流经各个营养级的能量总和
C．各个营养级生物同化的能量总和 D．生产者固定的太阳能的总量
5．有关生态系统中能量流动的叙述，不正确的是 （ ）
A．生态系统中能量流动是太阳能辐射到系统内生产者上的能量
B．生态系统中能量几乎全部来自太阳能
C．生态系统离开外界环境的能量供应就无法维持
D．生态系统中能量流动是单向流动和逐级递减的
课后练习与提高
1．以下关于生态系统的能量流动的叙述中，哪一项是不正确的 （ ）
A．能量流动是单向的、不循环的
B．食物链越短，可供终级消费者获得的能量越多
C．初级消费者越多，次级消费者获得的能量越少
D．营养级越多，散失的能量越多
2．下图表示某草原生态系统中能量流动图解,①~④表示相关过程能量流动量。下列有关叙述正确的是 ( )

A．①是流入该生态系统的总能量
B．③和④分别属于草和兔同化量的一部分
C．图中②/①的值代表草→兔的能量传递效率
D．分解者获得的能量最少
3．生态系统的能量流动是指 ( )
A．太阳能被绿色植物固定的过程 B．系统内生物体能量代谢的过程
C．系统内伴随物质循环的能量转移过程 D．能量从生物体进入环境的过程
4．在“青草→食草昆虫→蜘蛛→食虫鸟→猫头鹰”的这条食物链中，占生态系统总能量比例最多和最少的消费者依次是 ( )
A．猫头鹰和食虫昆虫 B．青草和猫头鹰
C．食草昆虫和猫头鹰 D．食草昆虫和青草
5．在下列食物链中，假设初级消费者从生产者获得的能量数值相同，哪一条食物链提供给猫头鹰的能量最多 ( )
A．绿色植物→蚱蜢→蜘蛛→蜥蜴→蛇→猫头鹰
B．绿色植物→蚱蜢→青蛙→蛇→猫头鹰
C．绿色植物→鼠→蛇→猫头鹰
D．绿色植物→鼠→猫头鹰
６．大象是植食性动物，有一种蜣螂则专以象粪为食。设一大象在某段时间所同化的能量为107千焦，则这部分能量中可流入蜣螂体内的约为 ( )
A．0千焦 B．106千焦 C．2×106千焦 D．106—2×106千焦
7．在一个密闭的生态系统中，如果生产者光合作用消耗了240摩尔的二氧化碳气体，此过程积累的氧气全部用于初级消费者分解葡萄糖，则其释放并储存在ATP中能量最多有多少被三级消费者获得 （ ）
A．0.245×106J B．1.008×106J C．1.609×106J D．1.858×106J
8．由于“赤潮”的影响，一条4Kg重的杂食性海洋鱼死亡，假如该杂食性的食物有1/2来自植物，1/4来自草食鱼类，1/4来自以草食鱼类为食的小型肉食鱼类，按能量流动效率20%计算，该杂食性鱼从出生到死亡，共需海洋植物 （ ）
A．120㎏ B．160㎏ C．60㎏ D．100㎏

9．假设右图所示食物网中水稻固定的大阳能为N，能量传递效率为10％，且均匀传递，则人类获得的能量 （ ）

A．等于10-1N B．等于10-2N
C．少于10-1N D．多于10-1N

10.在一条食物链中,共含有三个营养级。若每个营养级每日每小时的耗氧量如下图中曲线所示,则曲线a、b、c所反映的营养级依次是 ( )

A.第三营养级、第二营养级、第一营养级 B.第三营养级、第一营养级、第二营养级
C.第二营养级、第三营养级、第一营养级 D.第一营养级、第二营养级、第三营养级

11．图2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，单位是百万千焦。已知该生态系统受到的太阳辐射为118872百万千焦，但其中118761百万千焦的能量未被利用。请回答：

图2
（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______________%，从第二营养级到第三营养级的转化效率为______________%。
（3）次级消费者通过异化作用消耗的能量占其同化作用所得到能量的百分比是______________。
（4）由图2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：①各营养级生物体内的大量能量被：①___②其次是上一个营养级的部分能量______________；③还有少数能量被______________利用。
12．图3为某生态系统中食物网简图。图中甲～庚代表各种不同的生物。请据图分析回答：
（1）此生态系统中作为生产者的生物是______________，作为次级消费者的生物是______________。
（2）若此生态系统受到重金属污染，那么在体内积存重金属污染物最多的生物是______________。
（3）生物甲与己的关系是______________。
（4）该生态系统只表示了部分成分，图中未表示的成分有______________。
（5已知各营养级之间的能量转化效率均为10%，若一种生物摄食两种下一营养级的生物，且它们被摄食的生物量相等，则丁每增加l0kg生物量，需消耗生产者____________ kg。
例4．解析：题中已给出了树、昆虫、鸟三者间的数量“金字塔”，旨在考查生态系统的数量金字塔与能量金字塔的关系。从题图可知，依照个体数量统计，树的数目最少，而昆虫的数目最多，但是若按能量流动关系分析，二者间能构成的食物链是：树→昆虫→鸟。根据能量流动的特点，若用方框的大小表示能量的话，框的大小应沿食物链由大到小排叠，出现了与数字金字塔不同的形状。
答案：C
例5【解析】据题意，生态系统固定的总能量是生态系统中生产者（第一营养级）所固定的能量，即24000kJ，当能量的传递效率为20%时，每一个营养级从前一个营养级获得的能量是最多的。因而第三和第四营养级所能获得的最大能量分别是：24000×20%×20%和24000×20%×20%×20%，即960kJ和192kJ。
【小结】在未知能量传递效率时，按能量传递效率为20%进行计算，所得数值为较高营养级从较低营养级获取的最多能量。在此基础上，可演变为另外一种题型，即“已知较低营养级具有的能量（或生物量）及其能量传递效率时，求较高营养级从较低营养级获得的最多能量（或生物量）”，此时，依据给定的能量传递效率计算即可。
例6【解析】由题意可知，这条鱼的食物来源于三条食物链，即：植物→杂食鱼；植物→草食鱼类→杂食鱼；植物→草食鱼类→小型肉食鱼类→杂食鱼，由较高营养级的生物量求其对较低营养级的需要量时，应按能量传递效率20%计算。
据题意，2 kg重的杂食鱼中，有2×1/2＝1 kg的能量直接来源于植物，则实际消耗植物的量至少是：1÷20%＝5 kg；有2×1/4＝0.5 kg的能量来自草食鱼类，则实际消耗植物的最少量是：0.5÷20%÷20%＝12.5 kg；有2×1/4＝0.5 kg的能量来自小型肉食鱼类，则实际消耗植物的最少量是：0.5÷20%÷20%÷20%＝62.5 kg；则其消耗植物的最少量为5＋12.5＋62.5＝80 kg。
【小结】在已知较高营养级的生物具有的能量（或生物量），未知能量传递效率时，按能量传递效率为20%进行计算，所得数值为较低营养级生物应具备的能量（或生物量）最小值。在此基础上，也可演变为另一种题型，即“已知较高营养级具有的能量（或生物量）及其能量传递效率时，求较低营养级生物应具备能量的最小值”，此时，依据给定的能量传递效率中的最大值计算即可。
例7【解析】能量传递效率为下一个营养级所获得的能量占上一个营养级获得能量的比例。则：
第一营养级向第二营养级的传递效率为：62.8÷464.6×100%=13.52%；
第二营养级向第三营养级的传递效率为：12.6÷62.8×100%=20.06%；
由图中数据可知：生态系统中的能量流动具有逐级递减的特点，即较高营养级所含有的能量低于较低营养级生物所具有的量；根据计算的能量传递效率可以看出：能量的传递效率大约在10%～20%之间。答案：略

参考答案
当堂检测：1—5 C C A D A
课后练习与提高
1．C 解析：次级消费者获得的能量为初级消费者总能量的10%～20%。
2. B 解析：流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能。兔粪便中的能量属于草流向分解者的能量,兔遗体中的能量是兔同化量的一部分。图中②/①的值代表兔→狐的能量传递效率。据图无法判别分解者获得能量的多少
3．C 解析：生态系统的能量流动是指能量的输入、传递、转换和输出的过程，其是伴随着物质循环的进行而进行。二者的关系是：物质是能量的载体，能量流动推动物质循环。选项A、B、D均属能量流动中的一个环节，不能代表整个系统的能量流动，只有C能反应能量流动的全过程。
4.C 5．D 6.A 7.D 8.B 9.C
10.D 解析：根据图中提供的信息,a生物白天(6～18 h)氧气的消耗量为负值,说明曲线a代表的生物在有光照的情况下释放氧气,必定为生产者,是第一营养级。曲线c中消耗的氧气量比曲线b少,根据能量单向流动、逐级递减的特点,表明曲线c代表的生物所含的能量比曲线b代表的生物更少,营养级更高。
11．（1）111 生产者A （2）13.5 20 （3）60% （4）被呼吸作用所利用 未被下一个营养级所利用 分解者
12．(1)戊 甲乙丁 (2)丙 (3)捕食 竞争 (4)非生物物质和能量、分解者
（5）3250