2019-2020学年高中生物苏教版必修三教学案:第四章 第二节 第1课时 生态系统中的能量流动和物质循环 Word版含答案.doc
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1、第1课时生态系统中的能量流动和物质循环学习目标:1.理解能量在生态系统中的流动过程,总结能量流动特点2概述研究能量流动的意义3分析生态系统中碳循环的特点4说明物质循环与能量流动的关系教材梳理一、生态系统中的能量流动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)能量来源:太阳光能。(2)总能量:生产者固定的太阳能。(3)途径:食物链和食物网。3特点:单向流动和逐级递减,由一个营养级传递到下一个营养级的能量平均为10%左右。4研究意义:提高生态系统的能量转化效率,使能量流向对人类最有益的部分。二、生态系统中的物质循环1物质循环的概念生态系统的物质循环又称为生物地球化学循环,是指生态系
2、统中,组成生物体的C、H、O、N、P、Ca等元素,不断往返于无机环境和生物群落之间。2物质循环与能量流动的关系物质循环和能量流动紧密相连,物质循环的动力来自能量,而物质又是能量的载体。3水循环水循环受到太阳能、大气环流等因素的影响,降水和蒸发是水循环过程中的主要环节,植物的蒸腾作用对水循环有重要的促进作用。4碳循环(1)主要形式:CO2。(3)过程图解:5氮循环大气中的氮主要以氮气的形式存在,只有通过固氮作用(生物固氮、工业固氮和光电固氮等)才能将游离的氮转变为可被植物吸收与利用的硝酸盐和氨等物质。牛刀小试1判断下列说法的正误(1)生态系统中的各个生物都需要能量,能量是维持生态系统稳态的动力。
3、()(2)生态系统中的能量流动只包括能量的输入和散失过程。()(3)太阳辐射到地面的能量是流经生态系统的总能量。()(4)降水和蒸发是水循环过程的主要环节。()(5)碳循环主要依靠生产者的光合作用和分解者的分解作用。()(6)反硝化细菌可以把硝酸盐转化为氮返回大气。()(7)过多的氮磷流入水体,使藻类大量繁殖,有利于生态系统的稳态。()2初级消费者体内的能量,其去路不包括()A被次级消费者获得B被第二营养级的其他生物获得C通过自身呼吸作用消耗D被分解者通过呼吸作用散发到环境中去解析:选B流经每一营养级的能量有三个去路:用于自身呼吸消耗;被下一营养级同化;被分解者分解以热能形式散失。3根据生态学
4、原理,要使能量流经食物链的总消耗量降到最低,应采取下列哪种食物结构()A以淡水养殖的鱼类为主B以家畜的肉类为主C以谷类和植物蛋白为主D以禽类的肉和蛋白质为主解析:选C植物属于第一营养级,若以植物为食,其食物链最短,能量流经该食物链时总消耗量最低。4关于碳循环的叙述,错误的是()A碳在无机环境与生物群落之间以CO2的形式进行循环B生态系统的各种成分都参与碳循环过程C大气中的CO2要变成含碳有机物只能通过绿色植物的光合作用D如果碳循环过程不能进行,生态系统将会被破坏解析:选C硝化细菌等通过化能合成作用也能将大气中的CO2转变成含碳的有机物。5思考探究(1)结合教材“赛达柏格湖的能量流动图解”思考讨
5、论:初级消费者摄入的能量是其同化量吗?它们之间存在什么关系? 提示:初级消费者摄入的能量不等于其同化量,它们之间存在的关系是:同化量摄入量粪便量。初级消费者同化的能量会有哪些去向?提示:a.通过呼吸作用以热能形式散失;b.流入下一营养级;c.被分解者分解利用。初级消费者粪便中的能量是指其流向分解者的吗?为什么?提示:不是,初级消费者粪便中的能量不属于其同化的能量,是指生产者流向分解者的其中一部分。(2)结合教材“赛达柏格湖的能量流动图解”计算能量流动在植食性动物与肉食性动物之间的传递效率是多少?能总结计算公式吗?提示:能量传递效率100%,能量在植食性动物与肉食性动物之间的传递效率约为20%。
6、(3)从能量流动的特点分析,为什么一条食物链的营养级一般不超过五个?提示:能量通过四个左右的营养级,已减少到不足以维持下一个营养级的生命活动的程度,所以一条食物链中营养级一般不超过五个。(4)CO2是以什么方式进入生物群落的,在生物群落中以什么形式传递?提示:CO2通过生产者的光合作用或化能合成作用进入生物群落,在生物群落中以含碳有机物形式传递。(5)既然物质是循环的,为什么人们还不断向农田中施加氮肥?提示:物质在生物圈范围内是循环的。农田中不断有粮食产出,所以要不断施加氮肥。重难突破一、能量流动的过程分析1过程图解2过程分析过程分析输入源头主要为太阳能输入总量生产者固定的太阳能总量传递传递途
7、径食物链和食物网传递形式有机物中的化学能各营养级能量的来源生产者的能量来自太阳能;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;分解者的能量来自生产者和消费者能量的分流被该营养级生物细胞呼吸分解消耗一部分;进入下一个营养级的生物(最高营养级生物除外);动植物遗体、残枝落叶、粪便等被分解者分解利用转化在食物链、食物网传递中因物质变化而转化二、能量流动的特点及有关计算1单向流动(1)食物链中,相邻营养级生物的吃与被吃关系不可逆转,因此能量不能倒流,这是长期自然选择的结果。(2)各营养级的能量总有一部分以细胞呼吸产生热能的形式散失掉,这些能量是无法再利用的。 2逐级递减(1)每个营养级的生物总
8、有一部分能量不能被下一营养级利用。(2)各个营养级的生物都会因细胞呼吸消耗相当大的一部分能量,供自身利用和以热能形式散失。(3)各营养级中的能量都要有一部分流入分解者。3能量传递效率:10%左右,即输入某一营养级的能量中,只有10%左右的能量流入到下一个营养级。计算方法为:能量传递效率100%。特别提醒(1)食物网中,能量传递效率是指某营养级流向各食物链下一营养级的总能量占该营养级的比例。如BAC是指流向B、C的总能量占A所同化能量的10%左右。(2)各营养级总生物量、活动取食范围、生物富集也存在相应的递变关系,不过生物富集是逐级递增的。三、生态金字塔的类型及理解不同的生态金字塔能形象地说明营
9、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。类型项目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,有时会出现倒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生物个体数量在食物链中随营养级升高而逐级递减生物量(现存生物有机物的总量)沿食物链流动逐级递减每一阶含义食物链中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量每一营养级生物的总生物量特别提醒(1)根据能量流动的递减性原则,在建立与人类相关的食物链时,应尽量缩短食物链。(2)能量金字塔的形状永远是正金字塔形,数量金字塔有可能倒置。四、物质循环碳循环的相关分析1物质循环
10、的实例碳循环(1)由甲图可知:大气中的碳元素进入生物群落,是通过植物的光合作用或化能合成作用。 碳在生物群落和无机环境之间循环是以CO2的形式进行的。碳元素在生物群落中的传递,主要靠食物链和食物网,传递形式为有机物。 大气中CO2的来源有三个:一是分解者的分解作用;二是动植物的细胞呼吸;三是化学燃料的燃烧。 (2)由乙图可知:碳在无机环境与生物群落之间传递时,只有生产者与无机环境之间的传递是相互的,其他各成分之间的传递都是单向的。煤、石油、天然气等化学燃料的燃烧,使大气中的CO2浓度增高,是形成“温室效应”的最主要原因。 2碳循环平衡的破坏温室效应(1)导致温室效应的原因:化学燃料的大量燃烧,
11、在短时间内使大气中CO2的浓度升高。森林、草原等植被大面积的破坏,大大降低了植物对大气中CO2的调节能力。(2)防止或减缓温室效应的主要措施:改善能源结构,开发新能源(核能、水能等),尽量减少煤炭的燃烧量(减少CO2的来源)。大力推行植树造林活动(增加CO2的去路)。五、生态系统能量流动与物质循环的比较项目能量流动物质循环形式以有机物为载体主要以无机物为载体过程沿食物链(网)单向流动在无机环境与生物群落之间反复循环范围生态系统各营养级生物圈特点单向流动、逐级递减具全球性,反复利用、循环往复联系能量的固定、储存、转移、释放离不开物质的合成和分解等过程,两者同时进行、相互依存、不可分割能量流动和物
12、质循环都借助食物链和食物网进行物质是能量沿食物链(网)流动的载体能量是物质在生态系统中反复循环的动力考向聚焦例1如图A表示某生态系统的能量金字塔图,P为生产者,Q1为初级消费者,Q2为次级消费者。对图A中的各营养级所含有的能量进行分类剖析如图B。(注:图B中a、a1、a2表示上一年留下来的能量,e、e1、e2表示呼吸消耗量)其中分析不正确的是()Abcde为本年度流入该生态系统的总能量B初级消费者产生的粪便中所含的能量包含在c中Cb和d之一,可代表生产者传递给分解者的能量Dc1表示初级消费者所含能量中被次级消费者所同化的量解析图A表示能量金字塔,P、Q1、Q2分别为第一、第二、第三营养级。由图
13、B及题干信息可知,植物光合作用固定的光能,即生产者的同化量,c、c1、c2表示流入下一营养级的能量。每个营养级的能量去路包括四项:(1)自身呼吸作用消耗(题中已知为e、e1、e2);(2)被下一营养级利用(c1、c2等);(3)被分解者利用(b和d之一);(4)未利用(b和d之一)。A项:生产者当年的同化量即为流入该生态系统的总能量,即bcde。“初级消费者产生的粪便”应为生产者同化的能量中被分解者利用的部分,即b或d部分。答案B(1)不定时分析,流入某一营养级的能量在足够长的时间内的去路可能有3条,即自身呼吸消耗、流入下一营养级和被分解者分解利用。(2)定时分析,流入某一营养级的能量在一定时
14、间内的去路可能有4条,除了上面的三条外,还有一条是既未被自 身呼吸消耗,也未被下一营养级和分解者利用,即“未利用”部分。如果是以年为单位研究,其中“未利用”部分的能量将保留到下一年。例2如图表示某水域生态系统的能量金字塔和碳循环示意图,请回答:(1)A、B、C、D分别代表_、_、_、_。(2)从甲、乙两图中反映出能量流动和物质循环的特点分别为_和_ _。(3)图甲中的能量传递效率约为_。(4)图乙中A、E之间的箭头分别表示_作用和_作用。(5)图乙中反映出物质循环发生在_和_之间,反复循环。(6)能量流动是物质循环的_,能量流动又离不开物质的_与_。(7)由于化学燃料的大量燃烧,造成图乙中_(
15、填字母)中的_气体含量大幅度上升,引起_。解析结合两图判断,A、B、C分别是第一、第二、第三营养级,D为分解者,E为非生物的物质和能量。能量传递效率,AB为10.28%,BC为19.96%,所以从总体看,能量传递效率约为10%20%。图乙中的双箭头为生产者与大气中的CO2之间的光合作用与呼吸作用。化学燃料的大量燃烧会造成E中的CO2含量升高,引起温室效应。答案(1)生产者初级消费者次级消费者分解者(2)单向流动、逐级递减循环性(3)10%20%(4)光合呼吸(5)生物群落无机环境(6)动力合成分解(7)ECO2温室效应 碳循环图解的分析方法生态系统的碳循环图解(1)图中具有双向箭头的是A和E,
16、一个为生产者,一个是大气中的CO2库。因为其他各个成分都有箭头指向A,所以A为大气中的CO2库,E为生产者。 (2)观察剩余的几个成分,因为其他生物部分的箭头都指向C,所以C是分解者,剩余的B、D、F则为消费者。(3)整个图解中,食物链是EFDB。 网络构建填充:生产者固定的能量食物链(网)热能单向流动逐级递减全球性循环往复生物群落生物圈关键语句1能量流动包括能量的输入、传递(包括转化)和散失的过程。2能量流动的起点是生产者固定的太阳能,流经生态系统的总能量是生产者固定的全部太阳能。3能量流动的特点是单向流动、逐级递减,能量的传递效率大约是10%。4物质循环指组成生物体的C、H、O、N、P、C
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