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[学习目标]1.识记和理解生态系统能量流动的过程和特点。2.掌握能量流动过程中数据的分析和处理。3.掌握能量流动金字塔和数量金字塔模型的构建。知识点一生态系统能量流动的概念和过程知识梳理1.能量流动的概念生态系统中能量的输入、传递、□01和□02的过程。转化散失2．能量流动的过程(1)能量流经第一营养级的过程①输入：生产者通过□03把太阳能转化为化学能，固定在有机物中。②能量去向a．在生产者的呼吸作用中以□04形式散失。b．随着残枝败叶等被□05分解而释放出来。c．被初级消费者摄食同化，流入□06营养级。光合作用热能分解者第二(2)能量流经第二营养级的过程①初级消费者摄入量＝初级消费者同化量＋粪便量同化量才是真正流经该营养级的□11。粪便中的能量不是该营养级的能量，而是□12的一部分。如羊吃草，羊粪便中的能量是草同化的能量，并不属于羊。②消费者同化能量＝□13＋□14。③生长、发育和繁殖的能量＝□15＋□16。总能量上一个营养级的同化量呼吸消耗的能量用于生长、发育和繁殖的能量通过遗体残骸被分解者利用的能量被下一营养级摄入的能量(3)能量流动图解(4)各营养级能量来源和去向来源生产者的同化量来自太阳能消费者的能量来自上一营养级同化量去向自身呼吸消耗□27流入下一营养级即下一营养级同化量被分解者利用未利用的能量研究某一时间段的能量变化时应存在5能量流动过程总结[问题思考]1.能量只能通过光合作用输入到生态系统中吗？提示：能量的输入过程，绝大部分是通过绿色植物的光合作用进行的，但在极少数空间，如深海热泉口生态系统，是通过特殊细菌的化能合成作用完成的。提示2．流经生态系统的总能量是辐射到该地区太阳能的总能量吗？提示：不是。辐射到该地区的太阳能大部分被大气层或地面吸收、散射和反射掉了，大约只有1%以可见光的形式被生产者通过光合作用转化为化学能，固定在它们所制造的有机物中，这样才能被生物利用，因此，流经生态系统的总能量是生产者通过光合作用固定在有机物中的总能量。提示3．生态系统中能量流动和转化是否遵循能量守恒定律？提示：遵循。因为生产者固定的总量等于流动中散失的和储存的能量之和。提示4．流经生态系统的能量能否再回到生态系统中来？提示：不能。流经某生态系统的能量最终都以热能形式散失，以维持地球上能量的收支平衡，这些能量再也不能回到这个生态系统了。提示典题分析题型一能量流动的过程[例1]如图是该生态系统中能量流向物种甲后发生的一系列变化示意图，下列有关叙述不正确的是()A．A表示物种甲同化的能量B．D表示物种甲呼吸散失的能量C．B表示物种甲用于生长、发育和繁殖的能量D．A中的能量包括粪便中的能量[答案]D答案[解题分析]分析物种甲的能量去路可知，A表示物种甲同化的能量；B表示物种甲用于自身生长、发育和繁殖等生命活动所需的能量；C表示分解者利用的能量；D表示通过呼吸作用散失的能量；物种甲粪便中的能量不属于其同化量。解析知识点二能量流动的特点和意义知识梳理1.特点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，分析课本P95图5－8，完成以下问题：(1)图中未利用的能量指未被□01消耗，也未被□02的能量。未固定指□03。自身呼吸作用后一营养级和分解者利用未被固定的太阳能(2)据图分析能量流动第一个特点①图中生产者□04捕食肉食性动物来完成能量循环。②呼吸散失的热能□05再被生物群落利用。③能量流动第一个特点是□06，不可□07，也不能□08。不能不能单向流动逆转循环流动(3)完成表格分析能量流动第二个特点将各营养级的能量“输入”和“输出”清单整理出来填在表格中(“输出”的能量不包括呼吸作用散失的能量)。[单位：J/(cm2·a)]①能量传递效率指各□15之间的能量传递，能量传递效率公式为□16，由上表可以看出，能量在相邻两营养级的传递效率约为□17。②能量流动第二个特点：能量在沿□18流动过程中是□19的。其原因：a.□20；b.各营养级的能量一部分流入分解者；c.还有部分未被利用的能量。营养级某营养级的同化量上一营养级的同化量×100%10%～20%食物链和食物网逐级递减各营养级生物呼吸消耗大部分能量2．能量金字塔：将□21内各个□22所得到的能量数值，□23绘制成的一个金字塔图形。3．意义(1)帮助人们科学规划、设计□24，使能量得到最有效的利用，实现对能量的多级利用，提高能量的利用率。(2)帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系，使能量□25地流向□26的部分。单位时间营养级由低到高人工生态系统持续高效对人类最有益[问题思考]1.生物界中营养级一般不超几个？提示：生态系统中能量流动所经过的营养级一般不超过4～5个，因为营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多。提示2．农民在进行田间管理的时候，要进行灭虫除草，目的是什么？提示：使能量尽可能地流向农作物中，即流向对人类最有益的部分。提示3．能量传递效率等于能量利用率吗？提示：不等于。能量传递效率体现的是能量流动过程中所遵循的客观规律，不能随意改变；但能量利用率可以人为改变，例如充分利用农作物秸秆就可以提高能量利用率。提示4．能量金字塔能倒置吗？原因？提示：不会。因为能量流动是逐级递减的。提示典题分析题型二能量流动特点分析[例2]下图为生态系统中能量流动图解部分示意图，①②③④各代表一定的能量值，下列叙述中错误的是()A．生态系统中能量流动具有单向性主要是因为食物链中生物之间吃与被吃的关系不可逆转B．一般情况下，能量在相邻的两个营养级之间的传递效率大约是10%～20%C．①表示流经此生态系统的总能量D．从能量关系看②＞③＋④[答案]C答案[解题分析]流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能，即流入生产者的总能量，①表示初级消费者的同化量，C错误；每一个营养级的能量都可以包括三部分：流向下一营养级、流向分解者、自身呼吸作用所消耗，因此，从能量关系看②＞③＋④，D正确。解析题后归纳3种能量流动过程图比较图1：每一环节能量去向有2个，图中出现粪便量，由于同化量＝摄入量－粪便量，所以A为摄入量，B为同化量，由图可知B同化量总体有2个去向，即D为呼吸散失，C为用于生长、发育和繁殖，E为流入分解者的能量，F为下一营养级摄入量。图2：每一营养级能量去向有3个即：一个营养级同化的能量(A)＝自身呼吸消耗(E)＋流入下一营养级(被下一营养级同化B)＋被分解者分解利用。图3：每一营养级能量去向有4个(研究某一时间段)即：一个营养级同化的能量(A)＝自身呼吸消耗(D)＋流入下一营养级(被下一营养级同化B)＋被分解者分解利用＋未被利用。题型三在食物网中能量流动的最值计算[例3]在如图所示的食物网中，假如猫头鹰的食物有25来自于兔子，25来自于鼠，15来自于蛇，那么猫头鹰若增加20g体重，最少需要消耗植物()A．600gB．900gC．1600gD．5600g[答案]B答案[解题分析]根据题意，计算最高营养级至少消耗生产者的量应该按最大能量传递效率计算，所以最少需要消耗植物为：20×45÷20%÷20%＋20×15÷20%÷20%÷20%＝900(g)。解析规律总结能量传递效率的相关“最值”计算若题干中未做具体说明，则一般认为能量传递的最低效率为10%，最高效率为20%。(1)在食物链A→B→C→D中，则有①食物链越短，最高营养级获得的能量越多。②生物间的取食关系越简单，生态系统的能量流动过程中消耗的越少。(2)食物网中，在能量分配比例未知时计算某一生物获得的最多(或最少)的能量知低营养级求高营养级获能量最多选最短食物链按×20%计算获能量最少选最长食物链按×10%计算知高营养级求低营养级需最多能量选最长食物链按÷10%计算需最少能量选最短食物链按÷20%计算题型四生态金字塔[例4]如图为某一生态系统的能量金字塔，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、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[答案]C答案[解题分析]Ⅰ是生产者，A错误；Ⅳ位于第四营养级，属于消费者，B错误；E1为生产者通过光合作用固定的太阳能，E2为生物群落通过呼吸作用散失的热能，C正确；能量是单向流动、逐级递减的，不能循环利用，D错误。解析规律总结生态金字塔是生态学中表示不同关系的一种形式，不同的金字塔能形象地说明营养级与能量、生物个体数量、生物量之间的关系，是定量研究生态系统的直观体现。题型五能量流动研究的应用[例5]稻田中农民要拔掉稗草，鱼塘中要不断清除肉食性的“黑鱼”，用生态学观点看，这是为了()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流动的方向D．使物质能够尽快地循环流动[答案]C答案[解题分析]稻田中农民要拔掉稗草，鱼塘中要不断清除肉食性的“黑鱼”，用生态学观点看，这是为了调整能量流动方向，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分，C正确。解析[例6]如图为现代版“桑基鱼塘”农业生态系统的模式图，据图分析正确的是()A．“→桑”不能代表能量流动B．模式图中不应有“→池塘”的箭头C．鱼是次级消费者D．该生态农业提高了能量的利用率[答案]D答案[解题分析]图中“→桑”代表该生态系统能量的输入，A错误；该池塘水体中还有其他的生产者，模式图中应有“→池塘”的箭头，B错误；图中显示鱼以蚕粪为食，是分解者，C错误；该生态农业实现了能量的多级利用，提高了能量的利用率，D正确。解析课堂小结当堂检测查漏补缺巩固提升1．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．生态系统内生物体能量代谢的过程C．生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程D．能量从生物体进入环境的过程答案C答案解析太阳能被绿色植物固定的过程仅是能量的输入，A错误；生态系统内生物体能量代谢的过程主要包括的是能量的传递和转化过程，B错误；生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，称为生态系统的能量流动，C正确；能量从生物体进入环境的过程主要是指能量的散失，D错误。解析2．如果一个生态系统有四种生物并构成一条食物链。下表是某一时间分别测得这四种生物(甲、乙、丙、丁)所同化的能量值(kJ)，那么该段时间内流经该生态系统的总能量(kJ)是()生物种类甲乙丙丁生物同化的能量(kJ)550100300018A．680B．3000C．3680D．15000答案B答案解析根据表格数据分析可知，由甲、乙、丙、丁4种生物构成的食物链是：丙→甲→乙→丁，其中丙的能量最多，为生产者，生产者同化的太阳能总量就是流经该生态系统的总能量，即流经该生态系统的总能量是3000kJ。解析3．在生态系统中，营养级越高的生物获得的总能量越少。下列解释错误的是()A．各营养级中总有一部分能量被分解者利用B．各营养级中的能量一部分以热能形式散失C．生物维持自身的生命活动消耗一部分能量D．能量金字塔顶层的生物数量少需要能量少答案D答案解析流入某一营养级的能量为该营养级固定的能量，其中有一部分被分解者分解流失了，如动植物的遗体、残落物和排泄物等被微生物分解，A正确；各营养级同化的能量中有一部分能量经过自身的呼吸作用以热能形式散失，B正确；各营养级同化的能量中有一部分能量经过自身的呼吸作用用于维持自身的生命活动(生长、发育、繁殖等)，C正确；能量金字塔顶层的生物因为所处营养级最高，因而获得的能量最少，需要的能量不一定少，D错误。解析4．研究生态系统中能量流动的主要目的是()A．掌握能量流动中的传递效应B．熟悉生态系统的营养结构C．了解能量流动的方向D．使能量流向对人类最有益的部分解析人们研究生态系统中能量流动的主要目的是设法使能量更多地流向对人类最有益的部分。解析答案D答案5．下图是某生态系统能量流动过程图解，回答问题。(1)流经该生态系统的总能量是________。(2)图中________为分解者，理由是___________