生态系统的能量流动（教案）.doc

高二生物必修3 生态系统的能量流动一、能量流动的概念：能量流动是指生态系统中的能量输入、传递、转化和散失的过程二、能量流动的过程1、能量流动的起点：从生产者经光合作用所固定太阳能开始的，流经生态系统的总能量是指生产者固定的太阳能的总量。生产者所固定的太阳能的总量=流经这个生态系统的总能量，而流入到各级消费者的总能量是指各级消费者所同化的能量，排出的粪便中的能量不计入排便生物所同化的能量中。2、能量流动的渠道：生态系统的营养结构食物链和食物网。能量在各营养级之间的流动主要是通过食物关系进行的。对于初级消费者所同化的能量，也是这三个去处。并且可以认为，一个营养级所同化的能量呼吸散失的能量十被下一营养级同化的能量十分解者释放的能量。但对于最高营养级的情况有所不同，它所同化的能量呼吸散失的能量十分解者分解释放的能量。5、流动的形式：以有机物的形式流动6、能量的转化：光能生物体有机物中的化学能热能7、能量的散失：热能是能量流动的最终归宿。（热能是不能重复利用的，所以能量流动是单向的，不循环的。）三、能量流动的特点1、单向流动（1）单向流动是指能量只能从前一营养级流向后一营养级，而不能反向流动。（2）原因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；各营养级的能量大部分以呼吸作用产生的热能形式散失掉，这些能量是生物无法利用的。（3）对“能量流动是单方向不可逆”的理解从食物链角度，能量由生产者固定开始，沿食物链逐级流动，到达最高营养级后，能量不能被生产者、上一个营养级再度利用。从能量代谢角度，能量贮存在有机物的化学键中，当它释放时，一部分转变为自由能，可以作功；一部分转变为热能释放。生物不能利用热能，所以热能就散失，自由能越来越少，能量越流越少，以致成为单向流动。2、逐级递减（1）逐级递减是指输入到一个营养级的能量不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逐级减少的。（2）原因：各营养级的生物都因呼吸消耗了大部分能量；各营养级总有一部分生物未被下一营养级利用，如枯枝败叶。（3）能量传递效率：生态系统的为 10% 20% 的含义，是指一个营养级的总能量大约只有 10% 20% 传递到下一个营养级。三、生态金字塔生态金字塔是能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔的总称，这三者都是用来说明食物链中能量流动情况。不同的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。能量金字塔是以各营养级所固定的总能量来表示的，它以热力学为基础，较好地反映了生态系统内能量流动的本质。数量金字塔过高地估计了小型生物的作用，而生物量金字塔又过于强调了大型生物的作用，而能量金字塔所提供的情况较为客观和全面。1、能量金字塔能量沿食物链流动时逐级递减，营养级越多，消耗的能量就越多，因此可以将单位时间内各个营养级的能量数值，由低到高绘制成图，这样就形成一个正金字塔图形，就叫做能量金字塔。在能量金字塔中，营养级别越低，占有的能量越多，反之，越少。能量金字塔绝不会倒置。从能量金字塔中可以看出：在生态系统中，营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多。而之所以呈现金字塔形，是因为通常情况下，能量从上一个营养级传递到下一个营养级，平均传递效率为10%20%。 能量金字塔每一台阶的含义：代表食物链中每一营养级生物所含能量多少。能量金字塔形状的象征含义：表明能量流动沿食物链流动过程具有逐级递减的特性。2、数量金字塔（用生物体数目来表示）以每个营养级的生物个体数量为依据绘制的金字塔。但会出现有的生物个体数量很少而每个个体的生物量很大的情况，所以也会出现倒置的现象。数量金字塔每一台阶的含义：表示每一营养级生物个体的数目。数量金字塔形状的象征含义：因为在捕食链中，随着营养级的升高，能量越来越少，而动物的体形一般越来越大，因而生物个体数目越来越少。实例生物数量金字塔：人们对一片草地上的所有生物成员作了统计：三级消费者（肉食动物、吃小鸟的鹰）3只次级消费者（肉食动物、吃昆虫的小鸟）只初级消费者（草原动物、昆虫）只生产者（野草）株3、生物量金字塔（用质量来表示）以每个营养级的生物量绘制的金字塔。但某些单细胞生物的生命周期短，不积累生物量，而且在测定生物量时是以现存量为依据的，所以在海洋生态系统中会出现倒置现象，即出现浮游动物数量多于浮游植物。如海洋生态系统中，生产者浮游植物个体小，寿命短，又会不断被浮游动物吃掉，因而某一时间调查到的浮游植物的生物量可能要低于其捕食者浮游动物的生物量，但这并不是说流过生产者这一环节的能量比流过浮游动物的要少。生物量金字塔每一台阶的含义：表示每一营养级现存生物的质量，即有机物的总质量。生物量金字塔的一般形状：能量是以物质形式存在的，因而每一营养级的生物量（现存生物有机物的总质量）在一定程度上代表着能量值的高低，从这个意义上讲，生物量金字塔的形状一般同能量金字塔形状相似。 以生物量金字塔为例，从“十分之一定律”这一理论上说，一个人若是靠吃水产品来增长1 kg体重的话，就得吃10 kg鱼，这10 kg鱼要以100 kg浮游动物为食，而这100 kg浮游动物又要消耗1 000 kg浮游植物才能成活。这就是说，要有1 000 kg浮游植物才能养活10 kg鱼，进而才能使人增长1 kg体重。 总结只有能量金宇塔永远是底宽上尖的正金字塔形（即：能量金字塔绝不会倒置），数量金宇塔及生物量金字塔一般也是正金字塔形，但有时也会出现倒置的特殊形状的金字塔。四、生物富集作用生物富集作用又叫生物浓缩，是指生物体通过对环境中某些元素或难以分解的化合物（如重金属离子、不易分解的化学农药等），通过食物链会在各个营养级的生物体内逐渐得富集起来（很容易积累到生物体的脂肪组织和肝脏中，不易分解），在能量流动的渠道中，随着营养级越高，生物体内的这些物质的浓度就越高。五、研究能量流动的意义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；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。六、生态系统能量流动中的有关计算由于一般情况下能量在两个相邻营养级之间的传递效率是10%20%。故在能量流动的相关问题中，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%。所以，在已知较高营养级生物的能量求消耗较低营养级生物的能量时，若求“最多”值，则说明较低营养级生物的能量按“最低”效率传递，若求“最（至）少”值，则说明较低营养级生物的能量按“最高”效率传递。反之，已知较低营养级生物的能量求传递给较高营养级生物的能量时，若求“最多”值，则说明较低营养级生物的能量按“最高”效率传递，若求“最少”值，则说明较低营养级生物的能量按“最低”效率传递。这一关系可用下图来表示 ：例题1下图为某生态系统食物网简图，若E生物种群总能量为 ，B生物种群总能量为 ，从理论上计算，A贮存的总能量最少为（）A7.1×108 kJ B4.8×107 kJC5.95×107 kJD2.3×107 kJ【解析】由图可知D为生产者，要使A获得的能量最少，则必须保证三个条件，即：一是能量来源途径最少；二是能量传递效率最低（按10%算）；三是食物链要最长。故从理论上讲，与A贮存的总能量最少相关的食物链不可能是DA，也不可能是DA、DECA同时存在，只能是DECA。为此，E的能量在传递给A的途径中，只有确保：E在传递给B时用去的能量最多；E的总能量减去传递给B的后再传给C时效率最低；C在传递给A时效率最低，结果才能使A获得的能量最少。所以据此计算得A贮存的总能量最少为： （7.1×109 2.3×108÷10%）×10%×10%4.8×107 kJ故答案选B项。例题2已知某营养级生物同化的能量为1000kJ，其中95%通过呼吸作用以热能的形式散失，则其下一营养级生物获得的能量最多为（）A200kJB40kJC50kJD10kJ【解析】本题具有较大的迷惑性，极易错选A项。由于该营养级的能量95%通过呼吸作用以热能的形式散失，故积累的能量只有5%，因而其最多也只有5%（即5%×100050kJ）的能量传递给下一营养级。因此答案选C项。例题3如果一个人食物有1/2来自绿色植物，1/4来自小型肉食动物，1/4来自羊肉，假如传递效率为10%，那么该人每增加1千克体重，约消耗植物（）A10千克B28千克C100千克D280千克【解析】解答本题时，首先应画出食物网，然后依据食物网和题干信息来解答。通过“植物人”这条链计算出消耗植物的量为：0.5÷10%5千克；通过“植物植食动物小型肉食动物人”这条链计算出消耗植物的量为：0.25÷10%÷10%÷10%250千克；通过“植物羊人”这条链计算出植物的量为：0.25÷10%÷10%25千克。故要消耗植物的总量为280千克。（525025280）故此题的答案选D项。例题4如下图简化的草原食物网中，假如鹰的食物有2/5来自于兔，2/5来自于鼠，1/5来自于蛇。那么，鹰若增重20g，最多消耗多少克植物？最少消耗多少克植物？【解析】因为已知条件是最高营养级增加重量，以及鹰捕食兔、鼠、蛇的能量系数，最多消耗多少植物应按10（最低能量传递率）来计算。“植物兔鹰”这条食物链中，最多消耗植物为：同理，“植物鼠鹰”、“植物鼠蛇鹰”两条食物链中，最多消耗植物分别为：80080040005600（g） 故共计5600 g。同理，“最少消耗多少植物”应按20（最高能量传递率）来计算： 例题5在“棉花棉蚜食蚜蝇瓢虫麻雀鹰”这条食物链中，如果食蚜蝇要有5 m2 的生活空间才能满足自身的能量需求，则一只鹰的生活空间至少是（）A5×103 m2 B5×104 m2 C 53 m2 D54 m2 【解析】本题以生物的生活范围来反映所具能量的大小。由题意可知鹰处于最高营养级，按能量最高传递效率可求出一只鹰至少所需的生活空间为：（1÷20%÷20%÷20%）×5 54 m2 。答案选D项。例题6在能量金字塔中，如果生产者在光合作用过程中产生240mol的氧气，其全部用于初级消费者分解血糖，则其释放并贮存在ATP中的能量最多有（ ）可被三级消费者捕获？A1.008×103 kJB5.016×103 kJC1.858×103 kJD2.008×103 kJ【解析】依据有氧呼吸反应式，可知240mol的氧气能分解40mol的葡萄糖，又由于每摩尔葡萄糖彻底氧化分解产生的能量有1161kJ转移到ATP中，故初级消费者产生的ATP中的能量最多有“1161×40×20%×20%1.858×103 kJ”被三级消费者捕获。答案选C项。5.2生态系统的能量流动教学设计浙江袁从容课  题                   第2节 生态系统的能量流动 教学目标1.分析生态系统能量流动的过程和特点。2.概述研究能量流动的实践意义。3.尝试调查农田生态系统中的能量流动情况教方学法讲述与学生练习、讨论相结合教材分析重点生态系统能量流动的过程和特点。难点 能量流动过程、特点 教具多媒体、实物投影仪    教  学  过  程检查学案讨论与总结一、生态系统的能量流动    1概念：生态系统中能量的输入、传递和散失的过程。2过程（1） 起点：从生产者固定太阳能开始，（2）过程 特点：单向流动，逐级第减 （4）研究目的：设法调整生态系统的能量流动方向，使能量流向使能量持续高效流向对人类最益的部分。             教  学  过  程讲述（1）几乎所有生态系统的能量源头是太阳能。植物通过光合作用，把太阳光能固定下来，这是生态系统繁荣的基础。注意：植物光合作用固定的能量减去呼吸作用消耗的能量，才是能够为下一营养级消费的能量。所以，从能量的角度来看，植物的多少决定了生物种类和数量。在气候温暖、降雨充沛的地方，植物格外繁茂，各种生物就会非常繁荣，热带雨林就是这样的情况；在气候寒冷、降雨很少的地方，植物很难生长，各种生物的数量都很少，显得荒凉而冷寂；（2）能量沿着食物链流动时，每一营养级都有输入、传递、转化和散失的过程；（3）生物的遗体残骸是分解者能量的来源。思考与讨论1学生思考回答，老师提示。提示1.遵循能量守恒定律。能量在生态系统中流动、转化后，一部分储存在生态系统（生物体有机物）中，而另一部分被利用、散发至无机环境中，两者之和与流入生态系统的能量相等。2.不能，能量流动是单向的。板书二、能量流动的特点资料分析学生思考回答，老师提示。1和2营养级流入能量流出能量（输入后一个营养级）出入比生产者464.662.813.52%植食性动物62.812.620.06%肉食性动物12.6    分解者14.6    3.流入某一营养级的能量主要有以下去向：一部分通过该营养级的呼吸作用散失了；一部分作为排出物、遗体或残枝败叶不能进入下一营养级，而为分解者所利用；还有一部分未能进入（未被捕食）下一营养级。所以，流入某一营养级的能量不可能百分之百地流到下一营养级。4.生态系统中能量流动是单向的；能量在流动过程中逐级递减。讲述生命活动离不开能量，生物需要不断从外界获取能量才能维持生存；在生物获得的能量中只有一部分贮存于生物体内；由于能量沿食物链流动过程中逐级递减，因而能量相同的食物，动物性食品比例越高，意味着消耗的总能量越多。板书能量流动的特点： 1.     生态系统中能量流动是单向的；2.     能量在流动过程中逐级递减。旁栏思考题学生思考回答，老师提示。提示一般情况下，也是金字塔形。但是有时候会出现倒置的塔形。例如，在海洋生态系统中，由于生产者（浮游植物）的个体小，寿命短，又会不断地被浮游动物吃掉，所以某一时刻调查到的浮游植物的量可能低于浮游动物的量。当然，总的来看，一年中流过浮游植物的总能量还是比流过浮游动物的要多。与此同理，成千上万只昆虫生活在一株大树上，该数量金字塔的塔形也会发生倒置。板书三、研究能量流动的实践意义思考与讨论2学生思考回答，老师提示。提示“桑基鱼塘”的设计理念是从人类所需出发，通过能量多级利用，充分利用流经各营养级的能量，提高生产效益。调查参考调查点：稻田生态系统组成成分： （1） 非生物的物质和能量； （2） 生产者： 水稻、杂草、浮游植物等；（3）消费者：田螺、泥鳅、黄鳝、鱼、青蛙、浮游动物、昆虫、鸟类等；（3）分解者：多种微生物。问题提示1.生产者主体是水稻，其他生产者有杂草、浮游植物等。农民主要通过喷洒除草剂，或人工除草的方式抑制杂草的生长。2.初级消费者有：田螺、浮游动物、植食性昆虫、植食性鱼、鸟类等。一般而言，植食性昆虫和鸟类等往往对水稻生长构成危害，田螺、植食性鱼数量较多时也会对水稻生长构成危害。农民采取喷洒农药、竖稻草人等措施防止或减少这些动物的危害。3.次级消费者有：泥鳅、黄鳝、肉食性鱼、青蛙等。一般而言，这些消费者对水稻生长利大于害。农民通过禁捕，或适量放养等措施，实现生态农业的目标。5.农民对秸秆的传统处理方式有焚烧或填埋等；现代农业提出了综合利用思想，例如，秸秆可作为多种工业原材料，还可以用来生产沼气，以充分利用其中的能量。6.主要通过合理密植的方法提高作物的光能利用效率。7.通过稻田养鱼等措施，实现立体化生态农业；通过建造沼气池，实现能量的多级利用。技能训练分析和处理数据提示这些玉米的含碳量折合成葡萄糖是6 687.5 kg，计算公式是(12+18)/12×2 675，这些葡萄糖储存的能量是1.07×1011 kJ（计算公式是EG=MG×1.6×107）；这些玉米呼吸作用消耗的能量是3.272×1010 kJ（计算公式为E呼=MG×1.6×107）；这些玉米在整个生长季节所固定的太阳能总量是1.397 2×1011 kJ（计算公式为E固=EG+E呼），呼吸作用消耗的能量占所固定太阳能的比例是23.4%；这块玉米田的太阳能利用效率是1.64%（计算公式为=1.397 2×1011/8.5×1012）。 典型例题例1（2004年陕西、内蒙卷）一个池塘有生产者（浮游植物）、初级消费者（植食性鱼类）、次级消费者（肉食性鱼类）、分解者（微生物）。其中生产者固定的全部能量为a，流入初级消费者、次级消费者、分解者的能量依次为b、c、d，下列表述正确的是     Aa=b+d     Bab+d     Cab+d        Dac+d解析 一个生态系统中，流经该系统的总能量是生产者固定的太阳能。该生态系统中生产者固定的全部能量是a，即流经该系统的各个营养级的总能量是a，数值是最大的。这些能量一部分在生产者的呼吸作用中以热能形式散失到环境中，一部分用于自身的生长、发育、繁殖。在后一部分能量中，一部分随植物遗体和残枝败叶等被分解者分解释放出来，还有一部分沿着食物链流入初级消费者，除小部分能量随动物粪便排出体外，其余被初级消费者同化。能量依次沿食物链单向流动、逐级递减传递下去。本题正确答案是B。  目标检测1在浮游植物小鱼海豹虎鲸这条食物链中，若虎鲸增加1kg体重，至少消耗浮游植物的量为A、1kg        B、10kg     C、125kg       D、1000kg2右图是生态系统中碳循环图解，图中甲、乙、丙各是：A、甲是生产者，乙是消费者，丙是分解者B、乙是生产者，甲是消费者，丙是分解者C、丙是生产者，乙是消费者，甲是分解者D、甲是生产者，丙是消费者，乙是分解者3下列除哪项外均为对生态系统内能量流动特征的描述：A、食物链和食物网是能量流动的渠道B、食物链中初级消费者越多，次级消费者获得的能量越多C、单向流动，逐级递减D、食物链越短，可供养的消费者越多 4某池塘生态系统全部生产者所固定的大阳能总值为a，全部消费者所利用的能量总值为b，全部分解者所利用的能量总值为c那么，a、 b、c三者之间的关系为：A、a>b，b=c         B、a=b+c         C、a>b+c        D、a<b+c 7图302表示一生态系统中生物种类间的相互关系，图中各种类均生活在退潮后暴露出的岩石上，其中海藻、藤壶、贻贝和海葵固着于岩石表面，海星、石鳖和石械则在岩石表面来回爬动找寻食物，图中的数字表示海星食物中各种类所占的比例（%）。     此生态系统中处于第三营养级的种类有                   。两者既有捕食关系又有竞争关系的种类是_。        当除去全部海星一年后，与对照地区相比，该处生物种类组成发生了很大的变化，其中_成为优势种，而石鳖和石械数量大为减少，其原因是_。参考答案    1C  2B  3A  4C7海星、荔枝螺、海葵  海星和荔枝螺  藤壶  藤壶大量繁殖，占据了岩石表面，使海藻不能生长，石鳖和石槭因失去食物而数量减少。 作业 教学后记