3.2 生态系统的能量流动-2024-2025学年高二生物探究与应用优质备课课件（人教版2019选择性必修2）

第三章 生态系统及其稳定性 第2节 生态系统的能量流动 【本节聚焦】 1.能量在生态系统中是怎样流动的？ 2.怎样理解生态金字塔？ 3.研究能量流动有什么实践意义？ 本PPT模板部分元素使用了幻灯片母版制作。如果需要修改，点击-视图-幻灯片母版-修改；完成后关闭编辑母版即可。 1 问题探讨 假设你像小说中的鲁滨逊那样,流落在一个荒岛上,那里除了有能饮用的水,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。 关键看为人提供的能量有多少？ 这些生物能量最初来自哪里？ 玉米中能量的去路有哪些？ 讨论：哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援? 方案1 方案2 2 问题探讨 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。 能量的输入 能量的散失 生态系统 传递 转化 1.概念：生态系统中能量的_______、_______、_______和_______的过程。 输入 传递 转化 散失 你知道你吃下食物后能量流动的过程吗？ 3 问题探讨 1.能量来自哪里? 有机物中的化学能 （摄入量） 2.摄入量去到哪里? 吸收进入体内有机物的量（同化量） 未被吸收的排泄物（粪便量） 3.三者的关系是? 摄入量=同化量+粪便量 4.同化量的去处? 呼吸以热能形式散失 用于自身生长发育繁殖 5.能量输入实际为什么值？ 同化量 如何研究生态系统的能量流动呢？ 4 问题探讨 2.科学方法： 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 储存在体内的能量 呼吸作用散失的能量 个体3…… 能量储存 种群 能量散失 能量输入 将这些个体作为一个整体来研究 以个体为研究对象，有很大的局限性和偶然性，如果个体死亡，数据可能不准确；不同个体间差异过大。 某营养级 将一个营养级的所有种群作为一个整体 研究能量流动的基本思路： 研究生态系统中能量流动一般在群体水平上 5 一、能量流动的过程 第一营养级 第二营养级 第三营养级 （生产者） （初级消费者） （次级消费者） 有多少能量能够从玉米最终流向鲁滨逊？ 思考 第一营养级(生产者)的能量来源及去路 第二营养级(初级消费者)的能量来源及去路 最高营养级(最高级级消费者)的能量来源及去路 6 一、能量流动的过程 1.第一营养级的能量流动情况 ①生产者的能量来自哪里? ②这些能量都被生产者吸收了吗?照射在地面上的太阳能是如何被生产者吸收? ③生产者吸收了太阳能后,这些能量有哪些去向? ④该过程中能量发生了怎样的转化？ 活动1：阅读P55第一二段，思考问题，尝试建构第一营养级能量流动模型 生产者 7 一、能量流动的过程 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） 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） 思考:所有生态系统中输入的总能量都只有生产者固定的太阳能吗？ 1.第一营养级的能量流动情况 8 一、能量流动的过程 分解者利用 残枝 败叶 呼吸作用 散失 生产者所 固定的太阳能 用于生长 发育和繁殖 初级消费者 （植食性动物） 1.第一营养级的能量流动情况 （1）输入生态系统的总能量： 生产者固定的太阳能 生产者固定的太阳能= 呼吸作用以热能形式散失 + 用于生长、发育和繁殖 用于生长、发育和繁殖= 流入下一营养级 + 分解者利用 “一来二去” “一来三去” 9 一、能量流动的过程 2.第二营养级的能量流动情况 ①第二营养级的能量来自哪里？能全部利用吗？为什么？ ②流入第二营养级的能量有哪些去路？ 活动2：阅读P55第二段内容，思考问题，以第二营养级为例建构消费者的能量流动模型 …… 10 一、能量流动的过程 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 思考：鸡粪便中的能量属于鸡的同化量吗？ 不属于，属于生产者的同化量 2.第二营养级的能量流动情况 11 一、能量流动的过程 3.最高营养级的能量流动情况 (1)以此类推，人的能量来源于？ (2)人同化量的去向和鸡的 情况是否一样？ (3)最高营养级的同化量去向不包括： __________________ 流入下一营养级 鸡的同化量 不完全一样 12 一、能量流动的过程 思考:通过以上学习，你能总结出各营养级同化的能量去向有哪些，有何共同点呢？ 某营养级同化量 呼吸作用中以热能形式散失 用于自身生长、发育、繁殖 被分解者分解利用 流入下一个营养级 未被利用的能量 若问：某营养级的能量某段时间内的去向 某营养级同化量 呼吸作用中以热能形式散失 用于自身生长、发育、繁殖 被分解者分解利用 流入下一个营养级 若问：某营养级的能量最终去向 13 一、能量流动的过程 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 输入 4.生态系统的能量流动过程： 生产者固定的太阳能为流经生态系统的总能量 传递 以有机物的形式沿食物链和食物网向下一营养级传递 思考:在食物链中流动的能量是同化量还是摄入量？ 14 一、能量流动的过程 思考 1.中间的方块表示什么？其大小意味着什么？ 2.中间的箭头表示什么？其粗细意味着什么？ 3.指向分解者的箭头分别代表着什么？ 初级消费者粪便中的能量属于哪个颜色箭头的部分？ 各营养级的同化量 随营养级的升高，储存在生物体内的能量越来越少。 营养级之间的能量传递 表示流入下一营养级的能量逐级递减。 动植物遗体、动物排遗物 15 一、能量流动的过程 ① ② ③ ④ ⑤ 4.初级消费者粪便中的能量属于以上哪个箭头的部分？ 5.哪些或哪个箭头代表初级消费者的同化量？ ①或②＋③＋⑤ 6.哪些箭头代表初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量？ ①－③或②＋⑤ ④ 思考 16 小结 源头： 流经生态系统总能量：　　　　　　　 途径： 形式：　　　　　 太阳能→有机物中的________→热能 过程： 形式：最终以　　　　形式散失 输入 传递 转化 散失 太阳能 食物链和食物网 有机物中的化学能 生产者固定的太阳能总量 化学能 热能 呼吸作用 能量流动概念：生态系统中能量的 、 、 和 的过程。 输入 传递 转化 散失 17 仅仅分析生态系统中能量输入、传递、转化、散失的过程是不够的，因此还需要进行定量分析生态系统中的能量流动。 美国生态学家林德曼对一个结构相对简单的天然湖泊—赛达伯格湖的能量进行了定量分析。 Raymond Lindeman 赛达伯格湖位于美国明尼苏达州的赛达伯格沼泽自然保护区，是一个高原湖泊，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 18 二、能量流动的特点 活动3：阅读P56思考讨论，分析赛达伯格湖的能量流动。 3.请计算第一到第二营养级的能量传递效率？ 2.横向比较，是否遵循能量守恒定律？纵向比较，随着营养级的升高 ，同化量有什么变化？ 1. 将图中的数据用表格的形式进行整理。 输入能量（同化量） 流入下一营养级 呼吸散失 分解者利用 未利用 出入比 生产者 植食性动物 肉食性动物 464.6 62.8 12.6 13.5% 20% 62.8 96.3 12.5 293 12.6 18.8 2.1 29.3 7.5 微量 5.0 / 能量传递效率 逐级递减 = + + + 能量传递效率 = 某一营养级的同化量 上一营养级的同化量 × 100% = + + + 19 二、能量流动的特点 4.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除了流入下一营养级的之外，还有： ①一部分通过该营养级的呼吸作用散失； ②一部分作为排遗物、遗体或残枝败叶被分解者利用； ③一部分未被利用。 5.生物之间经过长期的进化形成的吃与被吃的捕食关系不可逆转，因此能量流动还具有什么特点？ 生态系统中能量流动是单向的。 思考 通过以上分析，你能总结出什么规律？ 20 二、能量流动的特点 1.能量流动的特点： ①单向流动 b通过呼吸作用散失的热能不能再次被利用 a食物链中的捕食关系不能逆转 能量流动特点 ②逐级递减 a能量传递效率：一般10-20% b营养级数量：一般不超过5个营养级 思考：如人工鱼塘需要投喂饲料，此时 流入鱼塘生态系统的总能量如何表示？ 生产者固定的太阳能＋人工投入的有机物中的化学能。 21 二、能量流动的特点 不矛盾。能量在流动过程中逐级递减，指的是流入各个营养级的能量。能量守恒定律可以用于衡量流入某个生态系统的总能量，总能量=储存在生态系统(生物体的有机物)中的能量+被各个营养级的生物利用、散发至非生物环境中的能量。因此，虽然能量在流动过程中逐级递减，但总能量依然遵循能量守恒定律。 能量在流动过程中逐级递减，与能量守恒定律矛盾吗？为什么？ 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。如果一个生态系统在一段较长时期内没有能量（太阳能或化学能）输入，这个生态系统就会崩溃。 课本P56 22 假设你像小说中的鲁滨逊那样,流落在一个荒岛上,那里除了有能饮用的水,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。 讨论：哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援? 方案1 方案2 选择方案1，方案1食物链较短，最后人获得的能量较多。 23 二、能量流动的特点 2.能量流动相关计算： 1.如果草固定了100焦耳的能量： 则狐狸最少能获得___焦耳能量, 最多能获得____焦耳能量。 2.如果狐狸要获得1焦耳能量：至少需要消耗草 焦耳能量，至多需要消耗牧草 焦耳能量。 1 4 如图所示食物链，能量传递效率是10%~20%，请回答： 25 100 24 既然能量流动是逐级递减的，那么如果将各个营养级所得到的能量数值，由低到高绘成图，可形成一个怎么的图形？ 25 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 （1）概念： （2）意义： （3）特点： 原因： 将单位时间内各营养级所得到的能量数值转换为相应面积（或体积）的图形，并将图形按照营养级次序排列，可形成一个金字塔图形，叫作能量金字塔。 直观的反映出生态系统各营养级间能量的关系。 第一营养级 第二营养级 第三营养级 第四营养级 1.能量金字塔 26 三、生态金字塔 人类位于食物链的顶端，从能量金字塔来看，人口数量日益增长，这会对地球上现有的生态系统造成什么影响？ 人口数量增长，会要求低营养级有更多的能量流入人类所处的营养级，也就是说，人类所需要的食物会更多，将种植或养殖更多的农畜产品，会给地球上现有的自然生态系统带来更大的压力。 课本P57 27 三、生态金字塔 2.生物量金字塔 用同样的方法表示各营养级的生物量（每个营养级所容纳的有机物的总干重），即为生物量金字塔。 （1）概念： 资料1：夏季两个生态系统的生物量统计表，单位为g∙m-2。 营养级 某湖泊 某海域 生产者 96 4 初级消费者 11 21 次级消费者 4 － 某湖泊的生物量 某海域的生物量 浮游植物个体小，寿命短，不断被动物吃掉。 为什么某海域的生物量会出现金字塔倒置？ 28 三、生态金字塔 2.生物量金字塔 第一营养级 第二营养级 第三营养级 第四营养级 营养级 809 37 11 1.5 干重 g/m2 一般为正金字塔形，有可能倒置 一般来说植物的总干重通常大于植食性 动物的总干重，而植食性动物的总干重也大于肉食性动物的总干重。 直观的反映生态系统各营养级所容纳的有机物的总干重的关系。 （2）意义： （3）特点： 原因： 29 三、生态金字塔 3.数量金字塔 表示各营养级的生物个体的数目比值关系，即为数量金字塔。 （1）概念： （2）特点： 一般呈 的金字塔； 上窄下宽 思考：如果消费者个体小而生产者个体大，如昆虫和树。绘制出该数量金字塔？ 营养级 第二营养级 第一营养级 个体数量 昆虫 树 倒置 昆虫和树 也可呈上宽下窄 的金字塔形，如 。 30 三、生态金字塔 能量金字塔 生物量金字塔 数量金字塔 形状 每一层 含义 特点 象征意义 单位时间内，每营养级生物所同化的能量的多少 自然生态系统一定为正金字塔 能量在流动过程中总是逐级递减 单位时间内，每营养级所容纳的有机物的总干重 一般为正金字塔,有时会出现倒金字塔形 一般生物量随食物链中营养级的升高而减少 单位时间内，每一营养级生物个体的数目 一般为正金字塔,有时会出现倒金字塔形 一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而减少 列表比较三种生物金字塔 31 四、研究能量流动的实践意义 生态系统的能量流动是单向的、逐级递减的，人类无法改变这一规律，那么如何利用这一规律指导生活和生产实践呢？ 以农田生态系统为例，思考以下回题： 1.哪些措施能增大流入生态系统的总能量？ 2.以前作物秸秆会被烧掉，现在会做成饲料喂 牲畜，意义是？ 间作套种等立体农业充分利用阳光、空间等资源 调整生态系统中能量流动关系，使能量更多地流向对人类最有益的部分 实现了对能量的多级利用，大大提高了能量的利用率。 （不是传递效率） （充分利用了流向分解者的能量） 4.结合以上，总结研究能量流动的三点实践意义。 3.及时清除农田中杂草和害虫的意义是什么？ 32 四、研究能量流动的实践意义 上一营养级的同化量 下一营养级的同化量 ×100% 生产者固定总能量 流入最高营养级的能量 ×100% 传递效率= 能量利用率= 辨析：能量利用率 和 能量传递效率 能量传递效率针对的是相邻两个营养级之间的同化量之比，且能量传递效率不能提高。 例题：一只狼捕捉了一只兔子，则这只狼最多能获得兔子20%的能量（ ） × 33 生态系统的能量流动 概念： 生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程 过程 特点 单向流动： 逐级递减： 沿食物链方向由低营养级流向下一营养级 生态金字塔： 能量沿食物链流动过程中逐级递减；传递效率10%~20%。 研究意义 1.增大流入生态系统的总能量； 2.实现对能量的多级利用，提高能量的利用率； 3.调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效的流向对人类最有益的部分。 输入生态系统的总能量： 生产者固定的太阳能 能量传递的形式与途径： 能量转化过程： 呼吸作用以热能形式散失 有机物中的化学能；食物链和食物网 能量散失的途径和形式： 太阳能 有机物中化学能 热能 能量金字塔；生物量金字塔；数量金字塔 课堂小结 34 专题 35 根据各类信息书写食物链（网）的方法 (1)根据能量或者有机物的含量“由多到少”书写食物链 营养级 A B C D 能量（有机物） 15.9 870.7 1.9 141.5 根据能量多少和传递效率10%～20%,食物链为: B→D→A→C (2)根据数据的各种变式模型书写食物链 丙→甲→乙→丁 乙→丙→甲 35 感谢您的观看！ 本PPT模板部分元素使用了幻灯片母版制作。如果需要修改，点击-视图-幻灯片母版-修改；完成后关闭编辑母版即可。 36 $$