课时2生态系统的能量流动见自学听讲P224学科素养课程标准学习指导1.生命观念:通过分析生态系统的能量流动的过程,建立生命系统的物质和能量观。2.科学思维:通过分析能量流动过程图,培养运用逻辑思维分析问题的能力。3.科学探究:通过“调查当地农田生态系统中的能量流动情况”,提高观察、分析能力。4.社会责任:通过总结研究能量流动的实践意义,形成学以致用,关注生产生活的态度。1.正确分析生态系统能量流动的过程和特点。 2.正确掌握研究能量流动的实践意义。3.学会调查农田生态系统中的能量流动情况。1.借助于某一具体的食物链,分析能量流动的过程,总结能量流动的特点。2.可借助图解分析能量流动的源头、途径、传递效率及有关的生理过程,分析能量流动和物质循环的关系。3.采用列表比较法从形式、特点、范围、联系等方面比较物质循环与能量流动。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,称为生态系统的能量流动。能量流动的过程1.输入:生产者通过光合作用把太阳能转化为化学能,固定在有机物中。2.总值:流经生态系统的总能量为生产者固定的太阳能。3.传递、转化、散失:(1)传递渠道:食物链和食物网。(2)传递形式:有机物中的化学能。(3)能量去向(以能量在第一营养级的变化为例):a.通过生产者的呼吸作用以热能的形式散失;b.用于生产者的生长、发育和繁殖等生命活动,储存在有机物中;c.随着残枝败叶被分解者分解释放出来;d.被初级消费者摄入体内,流入第二营养级。能量流动的特点1.单向流动:能量只能沿食物链由低营养级向高营养级流动,不可逆转,也不能循环流动。2.逐级递减:输到某一营养级的能量中,只有10%20%的能量能够传递到下一营养级。计算规则:消耗最少要选择最短食物链和最大传递效率(20%);消耗最多要选择最长食物链和最小传递效率(10%)。研究能量流动的实践意义1.研究生态系统中的能量流动,可以帮助人们科学规划、设计人工生态系统,使能量得到最有效的利用。2.研究生态系统的能量流动,还可以帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。易错点1因混淆“摄入量”“同化量”“粪便量”“尿液中能量”而出错提示(1)摄入量同化量:摄入量-粪便量才是同化量,动物的“粪便量”不曾被动物消化吸收而同化,不属于同化量,如兔吃草时,兔粪便中的能量应为草流向分解者的能量,而不属于兔的同化量。(2)粪便量尿液中的能量:粪便量不属于动物同化量,但尿液中尿素所含能量应属于动物同化量的一部分。易错点2错将“相邻两营养级”间的传递效率等同于“相邻两个生物个体”间的传递效率,从而出现“一只狼捕获一只狐时获得了其10%20%能量”的错误提示如“一只狼”捕获“一只狐”时,狼应获得了狐的“大部分能量”而不是获得“10%20%”的能量,“所有狼”可获得“所有狐”的能量才是10%20%。易错点3动物的同化量并不等于摄入量提示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。易错点4生态系统的能量传递效率不等于能量利用率提示能量传递效率:能量在沿食物链流动的过程中,逐级减少,若以“营养级”为单位,能量在相邻两个营养级之间的传递效率为10%20%。其计算公式为能量传递效率=(一个营养级同化量/上一营养级同化量)100%。能量利用效率:通常考虑的是流入人体中的能量占生产者能量的比值,或流入最高营养级的能量占生产者能量的比值。合理调整能量流动,可提高能量的利用效率。见自学听讲P225能量流动的概念和过程1.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,称为生态系统的能量流动。2.能量流动过程(1)输入:源头:太阳能。起点:从生产者固定太阳能开始。总量:生产者固定的太阳能总量。相关生理过程:光合作用(主要)、化能合成作用。(2)传递:传递过程: 能量流动的途径(渠道):食物链和食物网(营养结构)。生物群落中能量的传递形式:有机物中的化学能。能量的来源及去向图解:a.消费者摄入量=消费者同化量+粪便量,即动物粪便量不属于该营养级的同化量,应为上一个营养级固定量或同化量。b.消费者同化量=呼吸消耗量+用于生长、发育和繁殖的量。c.用于生长、发育和繁殖的量=分解者分解利用的量+下一营养级同化量+未被利用的量。(3)转化:光能有机物中稳定的化学能热能(4)散失:经细胞呼吸以热能形式散失(绝大部分)。包括各个营养级自身的呼吸消耗的能量以及分解者的呼吸作用散失的能量。3.流入每一营养级的能量去向可从以下两个角度分析(1)定量不定时分析:流入某一营养级的一定量的能量,在足够长的时间内的去路有三条,即自身呼吸散热消耗;流入下一营养级;被分解者分解利用。但这一定量的能量不管如何传递,最终都以热能形式从生物群落中散失,只有生产者源源不断地固定太阳能,才能保证生态系统能量流动的正常进行。(2)定量定时分析:流入某一营养级的一定量的能量,在一定时间内的去路可有四条,即自身呼吸散热消耗;流入下一营养级;被分解者分解利用;未被自身呼吸消耗,也未被下一营养级和分解者利用,即“未利用”。如果是以年为单位研究,第部分的能量将保留给下一年。未被利用的能量最终也将被呼吸消耗,或者流向下一营养级和分解者。例1 下图为生态系统中能量流动图解部分示意图(字母表示能量的多少),下列选项正确的是()。A.图中b=h+c+d+e+f+i B.生产者与初级消费者之间的能量传递效率为(b/a)100%C.“草兔狼”这一关系中,狼粪便中的能量属于dD.缩短食物链可以提高能量传递效率解析图中b=h+c,A项错误;生产者与初级消费者之间的能量传递效率为(b-h)/a100%,B项错误;“草兔狼”这一关系中,狼粪便中的能量未被狼同化,仍属于其上一个营养级的能量,即属于兔同化的能量的一部分,属于d,C项正确;缩短食物链可以减少能量的损耗,但不能提高能量传递效率,D项错误。答案C例2下图为能量流经某生态系统第二营养级的示意图单位:J/(cm2a),据图分析,有关说法正确的是()。A.该生态系统的第一营养级流向分解者的能量是20 J/(cm2a)B.该生态系统的第二营养级储存的能量是30 J/(cm2a)C.第二营养级到第三营养级的能量传递效率是15%D.该生态系统中的生产者同化的总能量至少为 500 J/(cm2a)解析A是摄入量,B是同化量,C是用于自身生长、发育和繁殖的能量,D是呼吸作用散失的能量,E是流向分解者的能量。该生态系统的第二营养级流向粪便中的能量是20 J/(cm2a),A项错误;该生态系统的第二营养级储存的能量是30 J/(cm2a),B项正确;由于只知道第三营养级的摄入量,不知道同化量,因此,不能计算出能量由第二营养级到第三营养级的传递效率,C项错误;图中B表示该营养级同化的能量,即第二营养级同化的能量,为50+30=80 J/(cm2a),按能量最高传递效率20%计算,第一营养级同化的能量至少为400 J/(cm2a),D项错误。答案B 能量流动的特点及研究意义1.能量流动的特点(1)单向流动含义:生态系统中能量沿食物链单向流动,不可逆转,不能循环流动。原因:捕食关系是长期自然选择的结果,不能“逆转”;散失的热能不能被生物群落重复利用,无法“循环”。(2)逐级递减含义:能量只能沿着食物链由低营养级流向高营养级,并逐级递减。原因:自身呼吸消耗+分解者分解+未被利用。能量传递效率=下一营养级的同化量上一营养级的同化量100%一般说来,相邻营养级之间能量传递的效率为10%20%。表示方法:能量金字塔。生态金字塔的类型、含义比较: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一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减一般生物有机物的总质量沿食物链升高逐级递减每一阶含义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有机物总量特殊形状无一株大树上,鸟、虫、树的数量金字塔的塔形会发生倒置浮游植物的个体小,寿命短,又不断被浮游动物吃掉,所以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2.研究能量流动的实践意义(1)帮助人们科学规划,设计人工生态系统,使能量得到最有效的利用,实现能量的多级利用。注意:提高能量利用率的措施不能提高能量传递效率。(2)帮助人们合理地调整生态系统中能量流动关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。1.能量传递效率的相关“最值”计算(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,生态系统的能量在流动过程中消耗得越少。(3)具体计算方法如下:知低营养级求高营养级知高营养级求低营养级获得(需要)能量最多选最短食物链按20%计算选最长食物链按10%计算获得(需要)能量最少选最长食物链按10%计算选最短食物链按20%计算2.能量传递效率的有关“定值”计算(1)已确定营养级间能量传递效率的,不能按“最值”法计算,而须按具体数值计算。例如,在食物链ABCD中,能量传递效率分别为a%、b%、c%,若A的能量为M,则D获得的能量为Ma%b%c%。(2)如果在食物网中,某一营养级同时从上一营养级的多种生物获得能量,且各途径所获得的生物量比例确定,则按照各单独的食物链进行计算后合并。3.利用“拼图法”解决能量的流动问题输入第一营养级的能量(W1),被分为两部分:一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了(A1),一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖(B1+C1+D1)。而后一部分能量中,包括现存的植物体中的能量(B1)、流向分解者的能量(C1)、流向下一营养级的能量(D1)。如下图所示:说明:(1)流经整个生态系统的总能量是生产者固定的总能量,即W1。将图中第三营养级同化的总能量D2“拼回”第二营养级,则A2+B2+C2+D2刚好等于D1,即第二营养级同化的总能量;再将D1“拼回”第一营养级,则A1+B1+C1+D1刚好等于生产者固定的总能量W1。可见,在一个生态系统中,所有生物的总能量都来自W1,所有生物总能量之和都小于W1 (呼吸作用消耗的缘故)。(2)能量传递效率不会是100%。从上图可以看出,由第一营养级向第二营养级能量的传递效率为(D1/W1)100%,一般情况下,能量在相邻两个营养级间的传递效率为10%20%。例3下图1为某湖泊生态系统的能量金字塔简图,其中、分别代表不同的营养级,m1、m2代表不同的能量形式。图2为能量流经该生态系统某一营养级的变化示意图,其中ag表示能量值的多少。请回答下列问题:(1)图1中,m1、m2表示的能量形式分别为、。位