第四章生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)

第2節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)第一課時(shí)學(xué)習(xí)目標(biāo)：（1）說出生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的概念；分析生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過程和特點(diǎn)；概述研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的意義。（2）通過圖解分析各種元素在生物圈中的循環(huán)情況，通過比較總結(jié)物質(zhì)循環(huán)的基本過程與特點(diǎn)。重點(diǎn)：（1）生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過程和特點(diǎn)。（2）研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的意義。（3）比較各種物質(zhì)循環(huán)的基本過程與特點(diǎn)。難點(diǎn)：（1）生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)、的特點(diǎn)。（2）掌握生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系。草地生態(tài)系統(tǒng)典型的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)對(duì)比哪一個(gè)能量更多地流向人類探究一：對(duì)能量流動(dòng)的理解

閱讀課本P83-84相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合“塞達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)圖解”，進(jìn)行分析、思考并小組討論下列問題：圖中各箭頭代表的是什么意思？何謂能量流動(dòng)？該生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)的方向及能量的多少。能量流動(dòng)是指生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞和散失的過程，稱為生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)。分析圖示可知能量流動(dòng)具有什么樣的特點(diǎn)？生態(tài)系統(tǒng)能量的作用又是什么？從方向上看能量流動(dòng)是單向流動(dòng)的，從數(shù)值上看能量流動(dòng)是逐級(jí)遞減的。生態(tài)系統(tǒng)能量的作用：是維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的動(dòng)力。生態(tài)系統(tǒng)中所需要的能量主要來自于哪？能量流動(dòng)是從什么地方開始的？輸入生態(tài)系統(tǒng)的總能量是多少？能量流動(dòng)的渠道是什么？生態(tài)系統(tǒng)中能量的源頭：太陽(yáng)能。能量流動(dòng)的起點(diǎn)：從生產(chǎn)者固定的全部太陽(yáng)能開始。流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量：生產(chǎn)者所固定的太陽(yáng)能總量。能量流動(dòng)的渠道：食物鏈和食物網(wǎng)。生產(chǎn)者固定的能量，流經(jīng)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量來源及去處如何？每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量來源。（1）生產(chǎn)者：來自太陽(yáng)能。（2）消費(fèi)者：一般來自上一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)。（3）分解者：來自生產(chǎn)者和消費(fèi)者。為什么一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量不能全部流向下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)？由于每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物在呼吸的過程中都會(huì)消耗一部分能量，加上動(dòng)物在攝食過程中總有一部分的能量會(huì)消耗在動(dòng)物排出的糞便中，因此流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的能量在數(shù)量上是不斷發(fā)生變化的。各營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量的去處：（1）一是自身通過呼吸作用分解一部分有機(jī)物,釋放能量；（2）隨尸體、排泄物等流入到分解者中；（3）有一小部分有機(jī)物中的能量流入到下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)。分析每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)上能量的“流入”和“流出”是否平衡。試分析原因。①每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物總有一部分能量不能被下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)利用。②各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物都會(huì)因呼吸作用消耗相當(dāng)大的一部分能量。③各營(yíng)養(yǎng)級(jí)中的能量都要有一部分流入分解者。(3)傳遞效率平均約為10%。不平衡。原因是能量流動(dòng)具有單向流動(dòng)和逐級(jí)遞減的特點(diǎn)，即(1)單向流動(dòng)：①食物鏈中各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的順序是不可逆轉(zhuǎn)的，因?yàn)椴妒酬P(guān)系不可逆轉(zhuǎn)，這是長(zhǎng)期自然選擇的結(jié)果。②各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量大部分以呼吸作用產(chǎn)生的熱能的形式散失，這部分能量是不能被重復(fù)利用的。(2)逐級(jí)遞減為什么一條食物鏈中營(yíng)養(yǎng)級(jí)一般不超過五個(gè)？能量通過四個(gè)左右的營(yíng)養(yǎng)級(jí)，已減少到不足以維持下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生命活動(dòng)的程度，所以一條食物鏈中營(yíng)養(yǎng)級(jí)一般不超過五個(gè)。能量流動(dòng)的途徑：食物鏈和食物網(wǎng)。能量的變化情況是：太陽(yáng)能→生物體中的化學(xué)能→熱能。因此熱量是能量流動(dòng)的最終歸宿。能量流動(dòng)的最終歸宿是什么？能量散失的過程是怎樣的？有機(jī)物（化學(xué)能）生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者呼吸作用能量ATP：用于各項(xiàng)生命活動(dòng)熱能：散失初級(jí)消費(fèi)者糞便中的能量包括在它的同化量中嗎？為什么？糞便是未消化吸收的食物殘?jiān)纬傻模猿跫?jí)消費(fèi)者糞便中的能量是他沒有同化的，因此這部分能量不是初級(jí)消費(fèi)者的，而是他的上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)——生產(chǎn)者的同化量，其關(guān)系式為：通過學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)，我們知道生態(tài)系統(tǒng)必須不斷地從外界獲取能量。能量是一切生命活動(dòng)的動(dòng)力，是生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。能量的流動(dòng)維持各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生命和繁衍，使得一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)得以存在和發(fā)展。研究能量流動(dòng)的意義，請(qǐng)你給歸納一下。消費(fèi)者攝入量=同化量+糞便量同化量=積累量+呼吸量積累量=下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化量+分解者（+未被利用）探究二：生態(tài)系統(tǒng)有關(guān)能量的計(jì)算分析“塞達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)圖解”可知第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)獲得第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)所同化的效率是多少？第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)獲得第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)所同化的效率是多少？能量在相鄰的營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間傳遞的效率是多少？（1）62.8/464.6×100%＝13.5%；閱讀課本P83相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合“塞達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)圖解”，進(jìn)行分析、思考并小組討論下列問題：（2）12.6/62.8×100%＝20%；（3）10%～20%。計(jì)算某一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)一段時(shí)間的能量變化。溫帶地區(qū)一年四季中生物群落的能量是如何波動(dòng)的？春末～秋初：生物群落總能量逐漸增加。輸入＝輸出＋未利用，該營(yíng)養(yǎng)級(jí)全部個(gè)體同化的能量。輸出：呼吸消耗的能量＋被分解者分解釋放的能量＋傳遞給下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量輸入＝輸出＋未利用，該生物群落中生產(chǎn)者固定的全部太陽(yáng)能。輸出：該生物群落中所有生物(包括分解者)的呼吸作用釋放的能量。計(jì)算某一個(gè)生物群落一段時(shí)間的能量變化。秋末～來年早春：生物群落總能量逐漸減少。根據(jù)以上幾問，試總結(jié)能量最值的計(jì)算規(guī)律？(1)若一食物網(wǎng)中，已知最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)增重為N：①要求最多需第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)多少時(shí)，按最長(zhǎng)食物鏈，最低傳遞效率計(jì)算。②要求至少消耗第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)多少時(shí)，按最短食物鏈，最高傳遞效率計(jì)算。(2)若一食物網(wǎng)中，已知第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)重量M：①要求最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)最多獲得多少能量時(shí)，應(yīng)按最短食物鏈，最高傳遞效率計(jì)算。②要求最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)最少獲得多少能量時(shí)，應(yīng)按最長(zhǎng)食物鏈，最低傳遞效率計(jì)算。以上措施可表述為：請(qǐng)用表格的形式，將圖中營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間能量流動(dòng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。并計(jì)算能量傳遞的效率。提示：營(yíng)養(yǎng)級(jí)流入能量流出能量（輸入到下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)）出入比生產(chǎn)者

植食性動(dòng)物

肉食性動(dòng)物

————分解者

————數(shù)學(xué)模型：第n營(yíng)養(yǎng)級(jí)獲得的能量最多為根據(jù)以上知識(shí)，構(gòu)建能量流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型與物理模型最少為物理模型：生態(tài)金字塔類型項(xiàng)目能量金字塔數(shù)量金字塔生物量金字塔形狀

特點(diǎn)正金字塔形一般為正金字塔形，有時(shí)會(huì)再現(xiàn)倒金字塔形一般為正金字塔形象征含義能量沿食物鏈流動(dòng)過程中具有逐級(jí)遞減的特性生物個(gè)體數(shù)目在食物鏈中隨營(yíng)養(yǎng)級(jí)升高而逐級(jí)遞減生物量每一級(jí)含義每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物所含能量的多少每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物個(gè)體的數(shù)目每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的有機(jī)物總量請(qǐng)根據(jù)以上對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)的特點(diǎn)等，繪制能量流動(dòng)的概念模型。

生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)與生物地球化學(xué)循環(huán)是否是同一概念？其特點(diǎn)是什么？探究三生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)閱讀課本P84相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合“塞達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)圖解”，進(jìn)行分析、思考并小組討論下列問題：是指在生態(tài)系統(tǒng)中，組成生物體的C、H、O、N、P、Ca等元素，不斷進(jìn)行著從無(wú)機(jī)環(huán)境到無(wú)機(jī)環(huán)境，再回到生物群落的循環(huán)，又叫生物地球化學(xué)循環(huán)。特點(diǎn)：循環(huán)流動(dòng)，反復(fù)出現(xiàn).

既然物質(zhì)是循環(huán)的，為什么人們還不斷向農(nóng)田中施加氮肥？物質(zhì)在生物圈范圍內(nèi)是循環(huán)的。農(nóng)田中不斷有糧食產(chǎn)出，所以要不斷施加氮肥。

碳在生物群落中以什么形式傳遞？碳水化合物。

參與循環(huán)的物質(zhì)指的是什么？參與循環(huán)的物質(zhì)是組成生物體的各種元素。

碳在生物群落與無(wú)機(jī)環(huán)境之間以什么形式循環(huán)？在生物群落內(nèi)部以什么形式循環(huán)？碳循環(huán)是在生物群落和無(wú)機(jī)環(huán)境之間以CO2形式循環(huán)，而不是在生物群落內(nèi)部循環(huán)，碳循環(huán)在生物群落內(nèi)部流動(dòng)的形式是有機(jī)物。

造成溫室效應(yīng)的主要原因是什么？化學(xué)燃料的大量燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的CO2，導(dǎo)致全球氣候變暖，從而造成溫室效應(yīng)。

生物圈中水循環(huán)的主要過程如下圖所示。分析圖示可知生物圈的水循環(huán)中包括了哪些元素的循環(huán)？其中生物圈中水循環(huán)有幾條途徑？在生物圈中水循環(huán)的動(dòng)力是什么？水循環(huán)中包括了H、O元素的循環(huán)。海洋水和陸地水蒸發(fā)以及植物的蒸騰作用散發(fā)的水分在空中形成云，通過降雨返回地表或海洋，一部分地表水滲入地下，地表水和地下水都有一部分流入海洋。水循環(huán)是依托水在氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)之間的轉(zhuǎn)換才完成的，而這三態(tài)的轉(zhuǎn)換需要太陽(yáng)光的照射，也就是來自太陽(yáng)光能。大氣環(huán)流地表徑流大氣中的水蒸氣大氣中的水蒸氣降水動(dòng)物植物海洋水陸地水（含河流、湖泊等）蒸發(fā)等降水蒸發(fā)蒸騰作用吸收蒸發(fā)吸收生物圈中水循環(huán)的主要過程

仔細(xì)閱讀p87課題研究，思考：小張、小王、小李三人的說法錯(cuò)在哪里？你能設(shè)計(jì)出更科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)來探究氮肥和磷肥含量與池塘富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)系嗎？設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)注意對(duì)照實(shí)驗(yàn)的設(shè)置。(1)水體的富營(yíng)養(yǎng)化是指湖泊、河流、水庫(kù)等水體中氮、磷等植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量過多所引起的水質(zhì)污染現(xiàn)象。(2)水體富營(yíng)養(yǎng)化的危害：過多的氮磷流入水體可能造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，使水生植物(藻類等)過度繁殖，在淡水體中形成“水華”，在海洋中形成“赤潮”，進(jìn)而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)被破壞。(3)具體分析如下：水體中N、P增加→藻類等浮游植物過度繁殖→大量植物死亡，被好氧細(xì)菌分解→消耗水中溶氧，水體缺氧→水生生物死亡。(4)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：①可分別檢測(cè)3個(gè)水樣，即隨機(jī)各檢測(cè)5個(gè)樣品，平均藻類個(gè)體數(shù)多的樣品密度大，反之密度小。②使水質(zhì)貧營(yíng)養(yǎng)化，以便進(jìn)行后面的實(shí)驗(yàn)。③協(xié)調(diào)的營(yíng)養(yǎng)(一定的N、P比)可促進(jìn)藻類的生長(zhǎng)發(fā)育，也是水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化的原因之一。④加設(shè)一個(gè)燒杯，其中只加入洗衣粉而不加尿素。⑤天然池塘可能富含固氮細(xì)菌，因而磷元素成為制約因素。項(xiàng)目能量流動(dòng)物質(zhì)循環(huán)區(qū)別特點(diǎn)單向流動(dòng)，逐級(jí)遞減反復(fù)循環(huán)范圍生態(tài)系統(tǒng)的各營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間生物圈的無(wú)機(jī)環(huán)境和生物群落形式以有機(jī)物的形式以無(wú)機(jī)物的形式聯(lián)系物質(zhì)循環(huán)的動(dòng)力來自能量，而物質(zhì)又是能量的載體，以保證能量從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式。生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)是緊密相連的氮元素以什么形式被植物吸收？生物群落中的氮通過怎樣的途徑轉(zhuǎn)化為大氣中的氮?dú)猓肯趸?xì)菌把氨氧化成硝酸鹽；進(jìn)入生物體的氮可形成尿素可被轉(zhuǎn)化為氨，并可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化N2；反硝化細(xì)菌可把硝酸鹽轉(zhuǎn)化為N2。請(qǐng)表格法歸納總結(jié)能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系。物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的關(guān)系主干知識(shí)整合一、能量流動(dòng)1.概念：是指生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、

和

的過程。2.源頭：綠色植物的光合作用

太陽(yáng)能開始了能量的輸入。3.總值：生產(chǎn)者固定的太陽(yáng)能的總量是流入的

。4.渠道：

和食物網(wǎng)5.形式的變化：太陽(yáng)能→生物體有機(jī)物中的

→熱能傳遞散失固定總能量食物鏈化學(xué)能6.過程：⑴方框大小、箭頭大小的含義：方框?yàn)?/p>

；箭頭為

。⑵能量流入某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)后的

個(gè)去向。呼吸

。能量流入某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)殘落物、遺體自身儲(chǔ)存流入下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)還有一部分是

。能量方向下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)散失未利用7.特點(diǎn)⑴單向流動(dòng)：能量只能沿著食物鏈由

營(yíng)養(yǎng)級(jí)流向

營(yíng)養(yǎng)級(jí)。10%-20%高每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物都因呼吸作用而

部分熱能。⑵逐級(jí)遞減每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物總有一部分不能被下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)傳遞效率

（形象地用能量金字塔表示）散失低能量金字塔始終為

金字塔，都遵循10%～20%傳遞效率金字塔生物量金字塔數(shù)量金字塔：可能為正金字塔，也可能為

金字塔，上下營(yíng)養(yǎng)級(jí)音間無(wú)固定數(shù)量關(guān)系。正倒8.研究意義：幫助人們合理地調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的

流動(dòng)關(guān)系，使能量

地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧Ｄ芰扛?/p>

二.物質(zhì)循環(huán)

1.概念：

2.特點(diǎn)：

、

。3.實(shí)例：⑴碳循環(huán)①存在形式：CO2、含碳

、碳酸鹽、煤、石油、天然氣等②循環(huán)形式：在生物群落與無(wú)機(jī)環(huán)境間以

形式循環(huán)，在生物群內(nèi)部是以

的形式流動(dòng)③生理過程：

作用、呼吸作用、

作用、分解作用全球性反復(fù)循環(huán)化合物CO2有機(jī)物光合化能合成

④碳循環(huán)過程圖解⑵氮循環(huán)：圖解

三.與能量流動(dòng)的關(guān)系1.區(qū)別：物質(zhì)是

的，而能量流動(dòng)是

的、

的。2.聯(lián)系：物質(zhì)作為能量

，使能量沿食物鏈流動(dòng)；能量作為

，使物質(zhì)能夠不斷地在生物群落和無(wú)機(jī)環(huán)境之間循環(huán)往返。反復(fù)利用單向逐級(jí)遞減載體動(dòng)力課堂鞏固1.如圖是生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的圖解，對(duì)此圖解的理解不正確的是()A.圖中方框的大小可表示該營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物所具有的能量多少B.該圖中C所具有的能量約為B的10%C.該圖中的A表示流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量D.圖中所示四個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量關(guān)系為：A≥B＋C＋D【解析】本題考查能量流動(dòng)的起點(diǎn)、傳遞及特點(diǎn)等。A.圖中方框的大小可表示該營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物所具有的能量多少B.該圖中C所具有的能量約為B的10%C.該圖中的A表示流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量D.圖中所示四個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量關(guān)系為：A≥B＋C＋D2．在如圖所示的食物網(wǎng)中，假如貓頭鷹的食物有2/5來自于兔子，2/5來自于鼠，1/5來自于蛇，那么貓頭鷹若增加20g體重，最少需要消費(fèi)植物(