第三節生態系統中的能量單向遞減流動素養·目標定位課前·基礎認知課堂·重難突破隨堂訓練素養·目標定位目標素養1.明確初級生產量和次級生產量,分析生態系統能量流動的過程和特點,形成正確的物質與能量觀。2.建構能量流動模型,討論其在生產實踐中的指導意義,強化科學思維和社會責任。知識概覽課前·基礎認知自主預習一、生態系統中的初級生產量和次級生產量1.初級生產量初級生產量是指綠色植物通過光合作用所固定的能量或所合成的有機物質,單位為J/(m2·a)或g/(m2·a)。2.凈初級生產量在初級生產量中,有一部分被植物的呼吸(R)所消耗,剩下的才用于植物的生長和繁殖,這就是凈初級生產量(NP),而把包括呼吸消耗在內的全部初級生產量稱為總初級生產量(GP),三者之間的關系是總初級生產量=凈初級生產量+呼吸消耗量(GP=NP+R)。3.次級生產量(1)概念動物的有機物是靠取食植物、其他動物和一切現成有機物而生產出來的。這類生產在生態系統中屬于第二次的有機物生產,其生產的有機物或固定的能量就稱為次級生產量。(2)次級生產者與次級生產量①凡是異養生物都屬于次級生產者。②在海洋生態系統中,植食動物利用藻類的效率大大高于陸地動物利用植物的效率。因此,海洋的年凈初級生產總量雖然只有陸地年凈初級生產總量的一半,但海洋的凈次級生產總量相當于陸地凈次級生產總量的3倍多。二、能量流動1.能量流動的含義:在生態系統中,能量不斷地沿著太陽→植物→植食動物→肉食動物→頂級肉食動物的方向流動。2.研究層次:可以在食物鏈和生態系統兩個層次上進行。3.能量流動過程(1)能量流動的起點:太陽輻射能(或光能)。(2)能量流動的渠道:食物鏈和食物網。(3)能量流動的特點:單向流動和逐級遞減。一般陸生生態系統的能量傳遞效率大約只有10%,而海洋生態系統的能量傳遞效率會大于10%。(4)植食動物的能量去向:a.被自身細胞呼吸消耗;b.被分解者分解;c.被次級消費者取食并同化;d.暫時未被利用。4.能量金字塔:呈現下寬上窄的金字塔形,不會出現倒金字塔形。5.人類將生態系統中的能量流動規律應用于農業生產。研究能量流動規律有利于幫助人類合理地調整生態系統中的能量流動關系,使能量持續高效地流向對人類有益的方向。自主思考用能量流動的原理,解釋諺語“一山不容二虎”。提示:根據生態系統中能量流動逐級遞減的特點可知,營養級越高,可利用的能量就越少;虎在生態系統中幾乎是最高營養級,通過食物鏈(網)輸入虎的能量很少,因此,虎的數量很少。預習檢測1.判斷題。(1)初級生產量是指綠色植物通過光合作用所固定的能量或所合成的有機物質。(

)(2)生態系統的能量流動就是指能量的輸入和散失過程。(

)(3)能量金字塔和生物量金字塔可以出現倒置現象。(

)√××(4)除最高營養級外,某一營養級的總能量由四個部分組成:自身呼吸消耗的能量、流向下一營養級的能量、被分解者利用的能量和未被利用的能量。(

)(5)拔去田地中的雜草是人為地調整能量流動的方向,可以提高生態系統的能量傳遞效率。(

)√×2.在陸地生態系統中,凈初級生產量最大的是(

)A.熱帶雨林B.北方針葉林C.草原

D.苔原(凍土帶)答案:A解析:在陸地生態系統中,熱帶雨林的凈初級生產量是最高的,北方針葉林、草原、苔原的凈初級生產量依次減少。3.下圖是該生態系統中能量流向物種甲后發生的一系列變化示意圖,下列敘述正確的是(

)A.B表示物種甲的同化量B.E表示物種甲呼吸散失的能量C.C表示物種甲流向分解者的能量D.A包括物種甲糞便中的能量答案:B解析:分析物種甲的能量去路可知,A表示物種甲的同化量,B表示物種甲用于自身生長和繁殖的能量,C中還包括物種甲糞便中的能量,D表示分解者通過呼吸作用散失的能量,E表示物種甲通過呼吸作用散失的能量。物種甲糞便中的能量不屬于其同化量。課堂·重難突破一

生態系統中的初級生產量和次級生產量重難歸納1.比較初級生產量和次級生產量比較項目初級生產量次級生產量定義綠色植物通過光合作用所固定的能量或所合成的有機物質動物的有機物是靠取食植物、其他動物和一切現成有機物而生產出來的。這類生產在生態系統中屬于第二次的有機物生產,其生產的有機物或固定的能量就稱為次級生產量比較項目初級生產量次級生產量對象生態系統中的綠色植物生態系統中的消費者和分解者(次級生產者)單位g/(m2·a)或J/(m2·a)g/(m2·a)或J/(m2·a)去路植物的呼吸消耗以及生長和繁殖異養生物的呼吸消耗以及生長和繁殖比較項目初級生產量次級生產量聯系①次級生產量均直接或間接來自初級生產量②初級生產量、次級生產量歸根結底來自太陽能圖示

2.凈初級生產量的制約因素(1)不同生態系統的凈初級生產量隨溫度和雨量的不同而有很大差異。(2)不同生態系統中的凈初級生產量與該生態系統中的植物群落狀況有關。例如,熱帶雨林中植物群落具有明顯的分層現象,則其光合效率較高,其凈初級生產量也相對較高。相反,苔原生態系統中植物群落較簡單,其凈初級生產量也較低。1.如何理解“沒有初級生產量就不會有消費者和分解者,也就不會有生態系統”這句話?提示:生態系統中所有的消費者和分解者都直接或間接地利用初級生產量為生。2.陸地生態系統中熱帶雨林的凈初級生產量為2000g/(m2·a),北方針葉林是800g/(m2·a),苔原是140g/(m2·a);海洋生態系統中珊瑚礁和藻床是2000g/(m2·a),河口是1800g/(m2·a),大陸架是360g/(m2·a),開闊海洋是127g/(m2·a)。這些數值說明凈初級生產量的特點是什么?提示:地球各地不同生態系統的凈初級生產量受溫度、光照與雨量影響,差異性很大。典例剖析在夏季測量某溫帶落葉林中的一個淡水池塘的凈初級生產量,結果如下圖所示。下列說法錯誤的是(

)A.曲線中隨水深增加,凈初級生產量下降,可能的原因是光照強度下降B.若該池塘生態系統長期處于C點所示的狀態,則可處于穩定狀態C.凈初級生產量用于植物的生長和繁殖,A點的植物長勢最好D.生產者的生物量就是凈初級生產量在某一調查時刻前的積累量答案:B解析:生態系統長期處于C點時,凈初級生產量為0,即沒有有機物積累,所以不可能處于穩定狀態。學以致用下列關于草→鼠→鷹這條食物鏈的生產量的描述,錯誤的是(

)A.草的生產量是初級生產量B.鷹的生產量是三級生產量C.鼠的生產量是次級生產量D.凈初級生產量在某一調查時刻前的積累量就是草的生物量答案:B解析:鼠和鷹均為消費者,其生產量均為次級生產量,不存在三級生產量的說法。二

能量流動重難歸納第二營養級能量流動分析能量流經第二營養級示意圖(1)初級消費者攝入的能量(a)=初級消費者同化的能量(b)+糞便中的能量(c),即動物糞便中的能量不屬于該營養級同化的能量,應為上一個營養級固定或同化的能量。(2)初級消費者同化的能量(b)=自身呼吸作用散失的能量(d)+用于生長和繁殖的能量(e)。(3)用于生長和繁殖的能量(e)=分解者利用的能量(f)+下一營養級同化的能量(i)+未被利用的能量(J)。1.判斷“一只老虎捕食了一只野兔,則野兔的全部能量都流向了老虎”這句話的對錯,并思考消費者攝入的能量、同化的能量與糞便中的能量之間的關系。提示:錯,還有一部分未被老虎消化吸收的殘渣、糞便中的能量存在。消費者同化的能量=消費者攝入的能量-糞便中的能量。2.某同學繪制了下圖所示的能量流動圖解(其中W1為生產者固定的太陽能),據圖回答下列問題。(1)由第一營養級到第二營養級的能量傳遞效率為多少?流入初級消費者的能量為多少?(用圖示字母表示)提示:D1/W1,D1=A2+B2+C2+D2。(2)此圖解體現能量流動有何特點?提示:單向流動、逐級遞減。典例剖析下圖為生態系統中能量流動部分示意圖(字母表示能量)。下列敘述正確的是(

)A.圖中b=h+c+d+e+fB.生產者與初級消費者之間的能量傳遞效率為(b/a)×100%

C.在“草→兔→狼”這一食物鏈中,狼糞便中的能量屬于dD.縮短食物鏈可以提高能量傳遞效率C解析:題圖中b=h+c,A項錯誤。生產者與初級消費者之間的能量傳遞效率為(b-h)/a×100%,B項錯誤。在“草→兔→狼”這一食物鏈中,狼糞便中的能量未被利用,仍屬于其上一個營養級,即屬于d,C項正確。縮短食物鏈可以減少能量的損耗,但不能提高能量傳遞效率,D項錯誤。規律總結能量傳遞效率與能量利用率的區別(1)能量傳遞效率能量在沿食物鏈流動的過程中逐級減少,若以“營養級”為單位,能量在相鄰兩個營養級之間的傳遞效率為10%左右。(2)能量利用率①一般指流入最高營養級(或人類)的能量占生產者固定總能量的比值。②一般來說,食物鏈越短,能量利用率越高。③有時考慮分解者的參與,使營養結構更加復雜,以實現能量的多級利用,從而提高能量利用率。學以致用下列關于草原生態系統能量流動的敘述,錯誤的是(

)A.能量流動包括能量的輸入、傳遞和散失的過程B.分解者所需的能量可來自各營養級生物所儲存的能量C.生態系統維持正常功能需要不斷得到來自系統外的能量D.生產者固定的能量除用于自身呼吸外,其余均流入下一營養級答案:D解析:生產者固定的能量的去向包括用于自身呼吸、流入下一營養級、被分解者分解和暫時未被利用。隨堂訓練1.在生態系統的能量流動中,能量形式的轉變順序是(

)A.太陽能→化學能→熱能B.熱能→太陽能→化學能C.化學能→太陽能→熱能D.太陽能→熱能→化學能答案:A2.下列關于初級生產量的敘述,錯誤的是(

)A.初級生產量是生態系統的基石B.綠色植物的初級生產量形成于葉綠體中C.初級生產量的單位通常用g/m2或J/m2表示D.地球各地的凈初級生產量隨溫度和雨量的不同有很大差異答案:C解析:初級生產量的單位應為g/(m2·a)或J/(m2·a)。3.在由草、兔、狐組成的一條食物鏈中,兔經同化作用所獲得的能量,其去向不應包括(

)A.通過兔子呼吸作用散失B.通過兔子的糞便流入分解者體內C.通過狐的糞便流入分解者體內D.流入狐的體內答案:B解析:通過兔子的糞便流入分解者體內的能量屬于草固定的能量,不屬于兔子同化的能量。4.大象是植食動物,有一種蜣螂專以象糞為食。設一頭大象在某段時間內所同化的能量為107kJ,則這部分能量中可流入蜣螂體內的約為(

)A.0 B.106kJ C.2×106kJ D.3×106kJ答案:A解析:被某一營養級攝入的能量,一部分存在于該營養級生物排出的糞便中,另一部分被該營養級生物所同化,題中大象攝入體內的能量,一部分存在于象糞中,一部分被其同化,所以流入蜣螂體內的能量不屬于象所同化的能量。5.某生物小組考察一農田生態系統中水稻從播種到稻稈還田的全過程。在稻田分蘗期間,農民拔草、治蟲;然后排水進行擱田(亦稱“烤田”);稻谷收獲之后,部分農民在田里焚燒稻稈。下列相