3.2 生态系统的能量流动课件-2023-2024学年高二上学期生物人教版（2019）选择性必修2

3.2生态系统的能量流动 问题探讨 　　假如你流落到荒岛上，那里除了可饮用的水，几乎没有任何食物。你身边只有一只母鸡、15 kg玉米。你认为以下哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援？ 先吃鸡，再吃玉米。 先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡， 吃鸡产下的蛋，最后吃鸡。 问题探讨 深入内部 考察个体 生态系统能量流动的研究一般在群体水平上进行。将群体视为一个整体进行研究是系统科学常用的研究方法。 整合局部 环节规律 探索系统 动态规律 能量流经生物体的过程 呼吸作用 散失（热能） 粪便 呼吸作用 散失 （热能） 分解者利用 遗体残骸 摄入 用于生长发育繁殖 摄入量 = 同化量 + 粪便量 捕食者摄入 同化 消化吸收合成自身物质，储存能量 草 兔 鹰 生产者 等 等 等 初级消费者 次级消费者 第一营养级 第二营养级 第三营养级 生态系统能量流动在营养级层次研究 任务1： 初级消费者 同化 呼吸作用 分解者 下一 营养级 上一 营养级 能量流经第二营养级的过程 初级消费者 摄入（a） 初级消费者 同化(b) 粪便(c) 分解者利用 用于生长发育和繁殖（e） 次级消费者 摄入（i） 遗体 残骸 (f) 呼吸 作用 (d) 散失 呼吸作用 散失 … 未利用 (j） 枯枝败叶 遗体 遗体 遗体 总量： 生产者固定的太阳能 输入 形式： 有机物中的化学能 传递 途径： 食物链和食物网 太阳能 有机物中化学能 热能 转化 形式： 热能 散失 过程： 有机物中化学能 热能 呼吸作用 任务2： 遗体 遗体 生态系统能量流动的过程 枯枝败叶 遗体 遗体 遗体 总量： 生产者固定的太阳能 输入 形式： 有机物中的化学能 传递 途径： 食物链和食物网 太阳能 有机物中化学能 热能 转化 形式： 热能 散失 过程： 有机物中化学能 热能 呼吸作用 任务2： 遗体 遗体 生态系统能量流动的过程 生物群落 环境 输入 输出 生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。 生态系统能量流动的概念 最高营养级 摄入 最高营养级 同化 粪便 分解者利用 用于生长 发育和繁殖 遗体 残骸 呼吸作用 散失 呼吸作用 散失 【思考】最高营养级同化的能量去向有哪些？ ①呼吸作用中以热能的形式散失 ②以遗体残骸的形式被分解者利用 最高营养级没有流入下一营养级的能量去向 Raymond Lindeman 《生态学的营养动态概说》对能量流动做了定量分析 林德曼（1915-1942） 赛达伯格湖 深1米，面积为14480平方米，湖岸线长500米 。湖底深度一致、性质均一，没有大的波浪。 优点：小、简单、稳定 分析赛达伯格湖的能量流动 植食性动物 62.8 62.8 太阳能 未 固 定 生产者 464.6 分解者 12.5 呼吸作用 96.3 未利用 327.3 293 2.1 18.8 29.3 12.6 肉食性动物 12.6 微量 7.5 5.0 122.6 14.6 单位（焦/厘米2 ·年） 未利用：指未被自身呼吸作用消耗，也未被后一个营养级和分解者利用的能量。（定时定量分析） 未固定：是指未被固定的太阳能 分析赛达伯格湖的能量流动 能量传递效率 = 下一营养级同化量 上一营养级同化量 ×100% 营养级 流入能量 流出能量（输入下一营养级） 出入比（传递效率） 生产者 植食性动物 肉食性动物 464.6 62.8 13.5% 62.8 12.6 20.1% 12.6 分析赛达伯格湖的能量流动 3.流入某一营养级的能量，为什么不会百分之百地流到下一个营养级？ 4.通过以上分析，你能总结出什么规律？ 各营养级的能量都有一部分通过呼吸作用散失；一部分未被下一营养级利用；一部分被分解者分解。 1. 单向流动 2. 逐级递减 各个营养级的顺序是不可逆的；且各个营养级的能量总是以呼吸散失热能。 传递效率为10％～20％ 两个营养级之间 逐级递减的原因：自身呼吸消耗、被分解者分解、暂时未被利用。 生态系统能量流动的特点 1.先吃鸡，再吃玉米 玉米 鸡 人 2.先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下的蛋，最后吃鸡。 玉米 人 鸡 先吃鸡 原因：减少了鸡的消耗， 缩短食物链获得的能量更多， 持续时间更久。 食物链越短，最高营养级获得的能量越多。 问题探讨 能量在相邻两个营养级间的传递效率为10%～20%。 在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多。因此，生态系统中的能量流动一般不超过5个营养级。 任何生态系统都需要不断得到来自系统外的能量补充，以便维持生态系统的正常功能。 规律: 食物链越短，能量利用率越高。 能量传递效率与能量利用效率的比较 传递效率= 上一营养级的同化量 下一营养级的同化量 ×100% 能量利用率= 生产者能量 流入最高营养级的能量 ×100% 【思维拓展】 生态系统能量流动的特点 若题干中未做具体说明，则一般认为能量传递的最低效率为10%，最高效率为20%。 在食物链A→ B→C→D中，则有 （1）已知A营养级净增重N, 按20%计算。则为N × (20%)3 ①D营养级最多增重多少 ②D营养级至少增重多少 按10%计算。则为N × (10%)3 （2）已知D营养级净增重M, ①至少需要A营养级多少 ②最多需要A营养级多少 按20%计算。则为M ÷ (20%)3 按10%计算。则为M ÷ (10%)3 能量传递效率的计算 例1.若某生态系统固定的总能量为24000kJ，则该生态系统的第四营 养级生物最多能获得的能量是（   ）  A. 24kJ     B. 192kJ    C.96kJ    D. 960kJ  B 例2.在一条有5个营养级的食物链中，若第五营养级的生物体重 增加1kg，理论上至少要消耗第一营养级的生物量为（     ） A.25kg     B.125kg      C.625kg     D.3125kg C 能量传递效率的计算 ①正推型（知低营养级，求高营养级）： 获能最少选 食物链 ； 获能最多选 食物链 。 最长 ×10% ×20% 最短 不涉及“最多”、“至少”，计算时，需按具体数值计算。 提醒： ②逆推型（知高营养级，求低营养级）： 需能最少选 食物链 ； 需能最多选 食物链 。 最短 ÷20% 最长 ÷10% 能量传递效率的计算 在能量分配比例已知时，按比例分别计算，最后相加 例在右图的食物网中，如果C从B、F中获得的能量比为3∶1，C增重1kg，则最少需要消耗A多少kg？ 消耗A最少，按最高传递效率20%计算（前级是后级5倍）： 沿食物链A→B→C逆推：3/4kg X 5 X 5＝75/4kg 沿食物链A→D→E→F→C逆推：1/4kg X 5 X 5 X 5 X 5＝625/4kg 75/4kg+625/4 kg=175kg 能量传递效率的计算 随堂练习 1.如图是某生态系统中第三营养级的能量流动示意图，其中a为摄入量f为流向下一营养级的能量。下列相关叙述正确的是( ) A.能量沿食物链的流动是双向的 B.该第三营养级粪便中的能量属于第二营养级的同化量 C.第三、四营养级之间的能量传递效率可用f/（a-d）表示 D.该营养级未利用的能量属于f能量的一部分 【答案】B 【解析】能量沿着食物链单向流动，A错误；该第三营养级粪便中的能量属于第二营养级的同化量的一部分，B正确；d不单单指粪便中的能量，因此第三、四营养级之间的能量传递效率可以用/b表示，C错误；未利用的能量属于c,D错误。 随堂练习 2.如图是赛达伯格湖的能量流动图解[单位：kJ/（m2·a）]。据图分析，下列相关叙述正确的是( ) A.图中12.5kJ/（m2·a）的能量仅包括了生产者的枯枝败叶 B.植食性动物呼吸量与其同化量比值高于肉食性动物 C.流经该生态系统的总能量是各个营养级同化量之和 D.第二营养级用于生长发育繁殖的能量为44kJ/（m2·a） ，第二营养级到第三营养级的能量传递效率约为20% 【答案】D 【解析】A、图中12.5kJ/(m2.a)的数值是指生产者传给分解者的能量，包括生产者的枯枝败叶和植食性动物的粪便，A错误;植食性动物和肉食性动物呼吸量和同化量的比值分别是18.8/62.8≈0.3和7.5/12.6≈0.6，植食性动物呼吸量与其同化量比值低于肉食性动物，B错误;流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能，是第一营养级的同化量，不是各个营养级同化量之和，C错误;第二营养级用于生长发育繁殖的能量为62.8-18.8=44kJ/(m2.a)，第二营养级同化量为62.8kJ/(m2.a)，流入第三营养级的能量为12.6kJ/(m2.a)，则第二营养级到第三营养级的能量传递效率为12.6/62.8×100%≈20%，D正确。 $$