3.2 生态系统的能量流动-2024-2025学年高二生物同步备课课件（人教版2019选择性必修2）

3.2 生态系统的能量流动 假设你像小说中的鲁滨逊那样，流落在一个荒岛上，除了有能饮用的水，几乎没有任何食物。你身边尚存的食物只有1只母鸡、15Kg玉米。 先 后 一部分 吃鸡蛋 一部分 方案1 方案2 问题探讨 能量的输入 能量的散失 生态系统 一切生命活动都伴随着能量的变化。没有能量的输入，也就没有生命的生态系统 1.概念： 生态系统中能量的_______、_______、_______和_______的过程。 输入 传递 转化 散失 一、能量流动的概念 科学方法 个体水平 群体水平 研究能量流动的基本思路 能量流经一个种群的情况可以图示如下： 如果将这个种群作为一个整体来研究，则左图可概括成下图形式，从中可看出分析能量流动的基本思路。 如果将一个营养级中的所有种群作为一个 整体，那么左图将概括为何种形式呢？ 能量输入 种群 能量储存 能量散失 能量输入 个体1 储存在体内的能量 呼吸作用散失的能量 个体2 个体3…… 储存在体内的能量 呼吸作用散失的能量 储存在体内的能量 呼吸作用散失的能量 1.能量流经第一营养级过程： 1% 固定(同化) 99% 散失 生产者固定的太阳能 呼吸作用 散失（热能） 用于生长 发育和繁殖 分解者 残枝 败叶 未利用 初级消费者 （植食性动物） （1）输入生态系统的总能量： 生产者固定的太阳能 注意：在人工生态系统中，总能量还有人工补充的能量（例如饲料、饵料等） 二、能量流动的过程 【思考】某一时间内生产者同化(固定)的能量去向有哪些？ ①呼吸作用中以热能的形式散失； ②随残枝败叶等被分解者分解而释放出来； ③流入初级消费者 ④未被利用 未被利用 1.能量流经第一营养级过程： 初级消费者摄入 遗体残骸 呼吸作用 热量散失 初级消费者同化 用于生长、发育和繁殖 次级消费者摄入 分解者利用 粪便 同化量 【思考】真正流入初级消费者体内的能量是摄入量还是同化量？ 1.能量流经第一营养级过程： 2.能量流经第二营养级过程： 同化量 摄入量 - 粪便量 = 属于上一营养级同化量的一部分，该部分能量最终流向分解者。 未利用 同化量 摄入量-粪便量 = = 呼吸作用散失+用于生长发育和繁殖 = 呼吸作用散失+分解者利用+次级消费者同化量+未被利用 2.能量流经第二营养级过程： 3.能量流经最高营养级的过程 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 未被利用 ① ② ③ 【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 ③未被利用 （最高营养级没有流入下一营养级的能量去向） 生产者 （绿色植物） 初级消费者 （植食性动物） 次级消费者 （肉食性动物） 三级消费者 （肉食性动物） 呼吸作用 呼吸作用 呼吸作用 呼吸作用 分解者 呼吸作用 ①能量流动的渠道是 。 ②能量散失的途径是各种生物的 (代谢过程)。 ③流动过程中能量的转化是太阳能→ → 。 食物链和食物网 呼吸作用 有机物中的化学能 热能 模型构建：构建食物链的能量流动模型 箭头由粗到细： 方框从大到小： 表示流入下一营养级的能量 。 注意： 生产者 （绿色植物） 初级消费者 （植食性动物） 次级消费者 （肉食性动物） 三级消费者 （肉食性动物） 呼吸作用 呼吸作用 呼吸作用 呼吸作用 分解者 呼吸作用 模型构建：构建食物链的能量流动模型 随营养级的升高，储存在生物体内的能量 。 逐级递减 越来越少 生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，称为生态系统的能量流动。 归纳总结：能量流动的概念理解 输入 ⇓ — 源头： 。 流经生态系统的总能量： 。 传递 ⇓ 转化 ⇓ 散失 — — — 途径： 。 形式： 。 形式： 。 过程： 。 太阳能→有机物中的 →热能 太阳能 生产者固定的太阳能总量 食物链和食物网 有机物中的化学能 化学能 热能 呼吸作用 方案1 方案2 先 后 一部分 吃鸡蛋 一部分 问题探讨 1.易错辨析 (1)当狼吃掉一只兔子时，就获得了兔子的全部能量。(　　) (2)初级消费者的粪便量属于第二营养级能量。(　　) (3)同化量≠用于生长发育和繁殖的能量。(　　) (4)呼吸作用所产生的能量都是以热能的形式散失。(　　) (5)分解者的分解作用也是通过呼吸作用完成的。( ) (6)流经人工生态系统的总能量是生产者固定的太阳能。( ) × √ × √ × × 【现学现用】 2.如图表示能量流经该生态系统某一营养级的变化示意图，其中a～g表示能量值。若图中A表示某食物网中第二营养级所摄入的全部能量，则下列说法不正确的是(　　) A．图中B表示同化的能量 B．图中C表示流入下一营养级的能量 C．图中D表示通过呼吸作用散失的能量 D．图中a值与c＋d＋e的值相同 B 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 293 2.1 18.8 29.3 12.6 肉食性动物 12.6 微量 7.5 5.0 327.3 122.6 14.6 数字为能量数值。“未固定”是指未被固定的太阳能，“未利用”是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。 思考·讨论 分析赛达伯格湖的能量流动 流入 呼吸作用 分解者利用 暂未利用 流出 流出/流入 生产者 植食性动物 肉食性动物 464.6 96.3 12.5 293 62.8 62.8 18.8 2.1 29.3 12.6 12.6 7.5 微量 5.0 分析赛达伯格湖的能量流动 问题1:计算“流出”该营养级能量占“流入”该营养级能量的百分比？ 能量传递效率 = 下一营养级同化量 上一营养级同化量 ×100% 注意：能量在相邻两个营养级间的传递效率为 。 10%～20% 思考·讨论 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？ 流入某一营养级的能量主要有以下去向： 一部分通过本营养级的呼吸作用散失。 一部分作为排遗物、遗体或残枝败叶被分解者利用。 一部分未被利用。 4. 通过以上分析，你能总结出什么规律？ 植食性动物 62.8 62.8 生产者 464.6 12.6 肉食性动物 12.6 13.52% 20.06% 生态系统中的能量流动是单向的； 能量在流动过程中逐级递减。传递效率为：10%~20%。 1.单向流动 （不逆转、不循环） 原因：①生物之间食物关系是不可逆转的；(能量沿食物链流动） ②散失的热能不能被生物体再利用。 2.逐级递减（传递效率为10%～20%） 原因：①呼吸作用散失； ②被分解者利用； ③未被利用。 在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动中消耗的能量越多；营养级越高，得到的能量越少；生态系统中食物链的营养级一般不超过5个。 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。 二、能量流动的特点 1.在草原上，牛以草为食，蜣螂以牛粪为食,假设牛同化的能量为105kJ思考：被牛同化的能量中约有多少流入蜣螂？( ) A A．0kJ B．10.5 kJ C．21kJ D．介于10.5kJ和21kJ之间 【现学现用】 2．如图为生态系统中能量流动图解部分示意图，①②③④各代表一定的能量值，下列叙述中错误的是（ ） A.生态系统中的能量流动具有单向性，主要是因为食物链中生物之间捕食与被捕食的关系不可逆转 B.一般情况下，能量在相邻的两个营养级之间的传递效率是10%～20% C.①表示流经此生态系统的总能量 D.从能量关系看，②＞③＋④ C 3．某同学绘制了下图所示的能量流动图解，下列叙述正确的是(　　) A．生产者固定的总能量可表示为(A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2) B．初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量为B2＋D2 C．初级消费者摄入的能量为(A2＋B2＋C2) D．W1＝D1＋D2 A 三、生态金字塔 通常都是上窄下宽的金字塔形 能量在流动中总是逐级递减的 能量金字塔是依据各营养级所含能量值的多少来构建的生态金字塔。 直观的反映出生态系统各营养级间能量的关系 （2)特点： (3)原因： (4)意义： (1)概念： 1.能量金字塔 草 100 kJ·m-2·a-1 1 000 kJ·m-2·a-1 10 000 kJ·m-2·a-1 100 000 kJ·m-2·a-1 描述了某一时刻生态系统中各营养级生物的质量关系。 第一营养级 第二营养级 第三营养级 3987 71 5.8 干重 g·m-2 营养级 (2)特点： (3)原因： 一般为正金字塔形，也可能倒置 一般来说：植物总干重＞植食性动物总干重＞肉食性动物总干重。 (4)意义： 直观地反映生态系统各营养级所容纳的有机物的总干重的关系。 (1)概念： 2.生物量金字塔 海洋生态系统中，浮游植物个体小，世代周期短，又不断被捕食，因而某一时间调查到的生物量可能低于浮游动物的生物量。当然，总的来看，一年中浮游植物的总的生物量还是比浮游动物的多。 4 21 生物量 第一营养级 第二营养级 营养级 单位：g∙m-2 营养级 某海域 生产者 4 初级消费者 21 次级消费者 － 2.生物量金字塔 一般为正金字塔形，也可能倒置 直观地反映生态系统各营养级的生物个体的数目比值关系。 （2)特点： (3)原因： (4)意义： （1)概念： 一般情况生产者数量多于消费者。若消费者个体小而生产者个体大就会出现倒置的金字塔形。 描述了某一时刻生态系统中各营养级的个体数量关系。 3.数量金字塔 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 一般为正金字塔，有时会出现倒金字塔 一般为正金字塔有时会出现倒金字塔 象征意义 能量沿食物链流动过程中是逐级递减的 一般地，生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减 生物量沿食物链中随营养级升高而逐级递减 每一级含义 每一营养级生物所含能量的多少 每一营养级生物个体数目的多少 每一营养级生物有机物总量的多少 特殊形状 人工鱼塘生态系统 海洋生态系统中，生产者浮游植物个体小、寿命短，又会不断被浮游动物吃掉，因而某一时间浮游植物的生物量可能要低于其捕食者浮游动物。 多 高 少 低 能 量 营 养 级 多 高 少 低 数 目 营 养 级 多 高 少 低 生 物 量 营 养 级 鸟 树 昆虫 1.帮助人们将生物在时间、空间上进行合理配置，增大流入某个生态系统的总能量。 蔬菜大棚中多层育苗 冬小麦夏玉米套作 稻—萍—蛙 四、研究能量流动的实践意义 2.帮助人们科学地规划和设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。 粉碎秸秆作为饲料 沼气池 沼渣 实现了对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率 能量利用率≠能量传递效率 3.帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。 例如: 合理确定草场的载畜量，稻田除草、除虫等。 1.生态金字塔可以表示生态系统各营养级之间的某种数量关系。下列相关叙述错误的是(    ) A.能量金字塔中第二营养级的能量不能回流到第一营养级 B.一般来说,自然生态系统中能量金字塔总是呈上窄下宽的金字塔型 C.生态金字塔的最底层代表的是生产者.最顶层代表的是分解者 D.出现倒置个体数量金字塔可能与生物个体体型的大小有关 C 【现学现用】 2.以下是生态金字塔的示意图（图中1、2、3分别代表第一、二、三营养级），有关叙述错误的是( ) A.海洋中可能出现如图甲所示的生物量金字塔 B.森林生态系统中不可能出现图乙所示的能量金字塔 C.对任意生态系统而言，数量金字塔均与图丙吻合 D.生态金字塔能直观反应生态系统各营养级间的关系 C 能量流动过程中相关“最值”计算 能量在流经各个营养级时，上一营养级的能量大约有10%~20%传到下一营养级，营养级越高，能量越少。因此食物链越长，能量损失越多。 选______的食物链 选最小传递效率_____ 生产者 最少消耗 选最大传递效率_____ 消费者 最大消耗 获得最多 获得最少 选______的食物链 最短 最长 20% 10% ①正推型：知低营养级求高营养级 如果A消耗10000 kg， C最多增重_____千克，最少增重___千克 400 1 10000 2000 400 1000 100 10 1 获得能量最多 获得能量最少 选最长食物链 选最短食物链 按 计算 按 计算 “×20%” “×10%” ②逆推型：知高营养级求低营养级 需最少能量 需最多能量 选最 食物链 选最 食物链 按 计算 按 计算 “÷20%” “÷10%” 短 长 1.如果大鱼要增加1kg体重，那至少需要浮游植物的重量为：_______ 最多需要浮游植物的重量为：_______ 25kg 1000kg 小鱼 大鱼 1kg 浮游植物 浮游动物 1÷（20%）2 =25 1÷（10%）3 =1000 2.右图表示某生态系统食物网的图解， 猫头鹰体重每增加1kg，至少消耗A约（ ） A．100kg B．44.5kg C．25kg D．15kg C ③在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物获得能量，且各途径所获得的生物量比例确定，则需按照各单独的食物链进行计算后合并。 1.如图食物网中，假如猫头鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇。那么，猫头鹰若要增加20 g体重，最少需要消耗的植物为_______。 植物 兔子 猫头鹰 鼠 蛇 900 20×2/5÷20%÷20%＋20×2/5÷20%÷20%＋20×1/5÷20%÷20%÷20%＝900(g) 2.在如图所示的食物网，如将A流向B和C的比例由B∶C＝1:1调整为1:2，能量传递效率按10%计算，C获得的能量是原来的_______倍。 A C B 设现有A能量为150，当A流向B和C的能量为1:1时，C获得的能量为： 75×10%×10%+75×10%=8.25 当A流向B和C的能量为1:2时，C获得的能量为： 50×10%×10%+100×10%=10.5 所以，C获得的能量是原来的10.5/8.25=1.27倍 ③在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物获得能量，且各途径所获得的生物量比例确定，则需按照各单独的食物链进行计算后合并。 1.有一食物网如图所示。如果能量传递效率为10%，各条食物链传递到庚的能量相等，则庚增加1kJ的能量，丙含有的能量为（　　） A．550kJ B．500kJ C．400kJ D．100kJ 【现学现用】 A 40 2.如图所示为某生态系统中的食物网示意图，若E同化的总能量为5.8×109 kJ，B同化的总能量为1.6×108 kJ，则理论上A同化的能量最多为(　　) A．4.2×107 kJ B．2.0×108 kJ C．1.0×108 kJ D．2.3×108 kJ E为第一营养级，B、C、D均为第二营养级， 三者获得的来自E的总能量最多为5.8×109×20%＝11.6×108(kJ)， 再减去B同化的总能量1.6×108 kJ， C、D同化的能量为1.0×109 kJ， A既可捕食C，又可捕食D， 其同化的能量最多为1.0×109×20%＝2.0×108(kJ)。 B 3.（不定项）如图为某生态系统中能量传递示意图，以下叙述正确的是(　　) AD A.能量流动是从甲固定的太阳能开始的，流入该生态系统的总能量为1 250 kJ B.从乙到丙的能量传递效率为20% C.将乙和丙的粪便作为有机肥还田，可以提高能量传递效率 D.食物链的营养关系一般不可逆转，这决定了能量流动的单向性 $$