2019-2020年高中生物生态系统的能量流动教材分析新课标人教版必修3

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1、2019-2020年高中生物生态系统的能量流动教材分析新课标人教版必修3如教材中所问：假设你身边只有一只母鸡、15千克玉米，以下哪种生存策略能让你维持更长时间等待救援？答案当然是先吃鸡，后吃玉米。因为，只有这样，才能让你身边仅有的食物所含有的全部能量都流入你的身体内。第二种方案，喂鸡吃的玉米中含的能量，在先流向鸡，然后再流向人的过程中减少了许多，人最终得到的能量就少了。为什么会是这样呢？这就需要用生态系统中物质循环和能量流动规律来解释了。一、生态系统的能量流动能量是生态系统的动力。生物体的生命活动无时不在消耗能量，同

2、样生态系统的生存和发展也离不开能量的供应。也就是说，能量必须不断地从无机环境输入到生物群落中，并沿食物链（网）这个渠道进行传递，才能维持群落中各种生物正常的生命活动，能量的输入、传递和散失就构成了生态系统的能量流动过程。1.生态系统能量的输入“万物生长靠太阳”，流经所有生态系统的全部能量都来源于太阳辐射的能量，那么太阳能又是怎么进入生态系统的呢？L代表太阳总辐射；PG代表总初级生产量；PD代表净初级生产量；R代表呼吸量；C代表消耗量；A代表同化量；P代表次级生产量；NU代表未利用量；FU代表粪尿量图5—2—1　生态系

3、统中能量流动模式图图5—2—1是生态系统中一条食物链内能量流动的模式图。图中的L代表照射到这条食物链内的太阳总辐射能量。从图中可以看出，L中大约有一半左右的太阳辐射能量是植物体内叶绿素不能吸收利用的（叶绿素主要吸收波长为640~660纳米的红光和波长为430~450纳米的蓝紫光），在叶绿素能够吸收的那部分太阳辐射能量中，又有大部分转变成热而散失掉了（对陆生植物来说，这主要用于蒸腾作用）。因此，真正被植物体光合作用固定下来的太阳辐射能量就不是很多了。而输入这个生态系统的总能量是生产者固定的太阳能的总量。2.生态系统中能

4、量的传递和散失能量在生态系统中的流动是以食物链为线索的。能量在生态系统中沿着食物链的方向流动。在图5—2—3中，能量的流动方向为植物—昆虫—青蛙—鹰。图5—2—3食物链示意图生产者固定的全部太阳能并不全部流入下一个营养级，一部分在自身细胞呼吸中以热能的形式散失；一部分随植物遗体、残落物被分解者分解释放出来；剩余一部分才被下一营养级同化。同样，消费者通过取食（生产者是通过光合作用）获得能量，通过呼吸消耗能量用于生命活动（以呼吸热形式逸散），贮存于生物体内的能量被下一营养级生物取食获得，或被分解者分解利用（还是以呼吸热的

5、形式逸散，只不过是分解者的呼吸热形式）。二、能量流动的特点对能量流动过程的定量分析，是研究能量流动规律的关键。图5—2—4　赛达伯格湖的能量流动图解课本第95页“赛达伯格湖的能量流动图解”中的有关计算数据如下：从图中看出，流经该生态系统的总能量即生产者固定的太阳能总量为464.6J/cm2·ａ，而传递给植食性动物（第二营养级）的仅为62.8J/cm2·ａ。第二营养级传给第三营养级（肉食性动物）的能量是12.6J/cm2·ａ，则能量由第一营养级流入第二营养级的百分比为（62.8/464.6）×100%＝13.5%，由第

6、二营养级流入第三营养级的百分比为（12.6/62.8）×100%=20%。因此，我们得出的结论是：由于自身细胞的呼吸消耗以及通过分解者的呼吸消耗，流入某个营养级的能量不能百分之百地流向后一个营养级。根据以上分析可知，能量传递的特点有如下两点：（1）能量在生态系统中的流动方向是单向的不可逆转，也不能循环流动。原因是：①食物链各个营养级的顺序是不可逆转的，这是长期自然选择的结果；②各个营养级的能量总是趋向于以呼吸作用产生的热能散失掉。由于热能不能被绿色植物作为光合作用的能源，所以整个生态系统必须要太阳能不断予以补充。（2

7、）生态系统中的能量传递是逐级递减的能量传递的逐级递减是指每一水平的营养级在将能量传输给下一个营养级时，由于自身的生活运动必然要消耗一部分能量，所以它传给下一级的能量只能是它从上一级获得能量的一部分，即：从上一级获得的能量=自身消耗能量＋传给下一级的能量。而且，在现实中生物体自身消耗的能量是远远大于它传给下一营养级的能量的，例如植食动物从绿色植物处获得的能量只是绿色植物净生产量的1／10，而肉食动物从植食动物处获得的能量又只是植食动物净生产量的1／10。因此，若将这种逐级递减的形式绘出来，就得到了能量金字塔（如图5—2

8、—5所示），食物链可分为。阴影面积表示能量大小图5—2—5　能量金字塔示意图人位于食物链的末端（因为一般情况下人不会被其他动物捕食），因而在能量金字塔中处于塔尖的位置。关于用金字塔来形容食物链中能量流动的情况，有两点需要加以说明：第一，如前所述，能量在一条食物链内逐级流动时的传递效率大约只有10%~20％，美国生态学家林德曼（Lindemann