資源簡介

3.2 生態系統的能量流動
教案
一、教學目標
1.通過分析能量在營養級間的流動情況和賽達伯格湖的能量流動，概述生態系統中能量流動的過程和特征。
2.用生態金字塔表征生態系統中各營養級間的能量、生物量或數量等關系。
3.概述研究生態系統能量流動的意義。
4.嘗試調查當地某生態系統的能量流動情況。
二、教學重難點
1.教學重點
生態系統的能量流動過程。
2.教學難點
（1）分析生態系統能量流動的過程。
（2）嘗試調查當地某生態系統的能量流動情況。
三、教學過程
【本節聚焦】
能量在生態系統中是怎樣流動的？
怎樣理解生態金字塔？
研究能量流動有什么實踐意義？
【導入】問題探討：假設你像小說中的魯濱遜那樣，流落在一個荒島上，那里除了有能飲用的水，幾乎沒有任何食物。你身邊尚存的食物只有一只母雞、15kg玉米。
討論：你認為以下哪種生存策略能讓你維持更長的時間來等待救援？
1.先吃雞，再吃玉米。
2.先吃玉米，同時用一部分玉米喂雞，吃雞產下的蛋，最后吃雞。
【一、生態系統的能量流動】
生態系統中能量的輸入、傳遞、轉化和散失的過程，稱為生態系統的能量流動。
1.輸入
①能量來源:太陽能
②能量流動的起點:生產者固定的太陽能
③流經生態系統的總能量:生產者所固定的全部太陽能
④能量輸入方式:生產者通過光合作用將光能轉化成為化學能，固定在它們所制造的有機物中（其次還有化能合成作用）
特別提醒：若為人工生態系統，流經生態系統的總能量除生產者固定的太陽能總量，還有人工補充的能量（例如飼料中有機物中的化學能）
2.傳遞
①能量傳遞的途徑（渠道）：食物鏈和食物網
②能量傳遞的形式：有機物中的化學能
3.轉化
太陽能→有機物中的化學能→熱能
4.散失
以熱能的形式散失
科學方法：研究能量流動的基本思路
【二、能量流動的過程】
1.能量流經第一營養級的過程（詳見課件）
2.能量流經第二營養級的過程（流程圖見課件）
流經第二營養級的總能量：同化量
同化量＝攝入量－糞便量＝呼吸作用散失+用于生長發育和繁殖
能量流經第三、四營養級的過程與第二營養級的情況大致相同。
思考討論：生態系統中的能量流動
1.生態系統中的能量流動和轉化是否遵循能量守恒定律，為什么？
答：遵循；能量在生態系統中流動、轉化后，一部分儲存在生態系統生物體的有機物）中，另一部分在呼吸作用中以熱能的形式散失，兩者之和與流入生態系統的能量相等。
2.流經生態某生態系統的能量能否再回到這個生態系統中來？為什么？
答：不能，因為能量流動是單向的。
思考討論：分析塞達伯格湖的能量流動
1.用表格的形式，將圖中的數據進行整理。例如，可以將每一營養級上的能量“流入”和“流出”整理成為一份清單(“流出”的能量不包括呼吸作用散失的能量)。
2.計算“流出”該營養級的能量占“流入”該營養級能量的百分比。
3.流入某一營養級的能量，為什么不會百分之百地流到下一個營養級
答：流入某一營養級的能量主要有以下去向：一部分通過該營養級的呼吸作用散失了；一部分以排出物、遺體或殘枝敗葉的形式被分解者利用；還有一部分未能進入（未被捕食）下一營養級；其他的才是流入下一營養級的能量。所以，流入某一營養級的能量不可能百分之百地流到下一營養級。
4.通過以上分析，你能總結出什么規律
答：生態系統中的能量流動是單向的；能量在流動過程中逐級遞減。
【二、能量流動的特點】
1.單向流動：生態系統中能量流動是單向的。
在生態系統中，能量流動只能沿著食物鏈由低營養級流向高營養級，不可逆轉，也不能循環流動。
原因：生物之間的捕食關系是長期自然選擇的結果，一般不可逆轉。
2.逐級遞減：能量在流動過程中逐級遞減。
原因：（1）各營養級的生物都會因自身呼吸作用散失掉一部分能量。
（2）各營養級能量都要有一部分流入分解者。
（3）各營養級生物都不能全部被下一營養級捕食,各個營養級能量都有一部分未利用。
（4）生態系統中的能量流動一般不超過5個營養級。
任何生態系統都需要不斷得到來自系統外的能量補充，以便維持生態系統的正常功能。
補充總結：高、低營養級間能量的互算
①若題中沒有給出了傳遞效率值，則一般認為能量傳遞效率最低為10％，最高為20％。若題中給出了傳遞效率值則按給出的值計算。
②由高營養級求低營養級時，若求“最(至)多”值，則按最低效率10％傳遞；若求“最(至)少”值，則按最高效率20％傳遞。
③由低營養級求高營養級時，若求“最(至)多”值，則按最高傳遞效率20％計算；若求“最(至)少”值，則按最低傳遞效率10％計算。
【三、生態金字塔】
1、能量金字塔
（1）概念：將單位時間內各營養級所得到的能量數值轉換為相應面積（或體積）的圖形，并將圖形按照營養級順序排列，可形成一個金字塔圖形，叫做能量金字塔。
（2）意義：直觀的反映出生態系統各營養級間能量的關系。
（3）特點：通常都是上窄下寬的金字塔形。
2、生物量金字塔
（1）概念：用表示能量金字塔中的方法表示各個營養級生物量（每個營養級所容納的有機物的總干重）之間的關系，即為生物量金字塔。
（2）意義：直觀的反映生態系統各營養級所容納的有機物的總干重的關系。
（3）特點：大多也是上窄下寬的正金字塔形。
3、數量金字塔
（1）概念： 用表示能量金字塔的方法表示各營養級的生物個體的數目比值關系，即為數量金字塔。
（2）意義：表明每個營養級中生物個體的數量。
（3）特點：可以是上窄下寬的正金字塔形，也可以是上寬下窄的倒置的金字塔形。
【四、研究能量流動的實踐意義】
1.研究生態系統的能量流動，可以幫助人們將生物在時間、空間上進行合理配置，增大流入某個生態系統的總能量。
例如，間作套種、多層育苗、稻——萍——蛙等立體農業生產方式。
2.研究生態系統的能量流動，可以幫助人們科學地規劃和設計人工生態系統，使能量得到最有效的利用；
例如，秸稈喂牲畜；糞便制作沼氣；沼渣肥田，實現了對能量的多級利用，從而大大提高能量的利用率（≠能量的傳遞效率）。
3.研究生態系統的能量流動，還可以幫助人們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最有益的部分。
例如，合理確定草場的載畜量，稻田除草、除蟲等。
思維訓練：分析和處理數據（數據計算見課件）
1926年，一位生態學家研究了一塊玉米田的能量流動情況，得到如下數據。
1.這塊田共收割玉米約10000株，質量為6000kg。通過對玉米植株的化學成分進行分析，計算出其中共含碳2675kg。
2.據他估算，這些玉米在整個生長過程中通過細胞呼吸消耗的葡萄糖共2045kg。
3.1kg葡萄糖儲存1.6×104kJ能量。
4.在整個生長季節，入射到這塊玉米田的太陽能為8.5×109kJ.
請根據以上數據計算：
這些玉米的含碳量折合成葡萄糖是多少？這些葡萄糖儲存的能量是多少？
這些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？
這些玉米在整個生長季節所固定的太陽能總量是多少？呼吸作用消耗的能量占所固定太陽能的比例是多少？
根據計算結果，畫出能量流經該玉米種群的圖解，圖解中應標明各環節能量利用和散失的比例。
【課堂小結】

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