3.2 生态系统的能量流动-【爱上生物课】2024-2025学年高二生物备课通关优质课件（人教版2019选择性必修2）

第2节生态系统的 能量流动 第三章生态系统及其稳定性 猪七爷素材淘宝店：https://shop149141837.taobao.com 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，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、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 后 一部分 吃鸡蛋 一部分 方案1 方案2 1.概念： 生态系统中能量的_______、_______、_______和_______的过程。 输入 传递 转化 散失 如何研究生态系统的能量流动呢？ 能量的输入 能量的散失 生态系统 传递 转化 一切生命活动都伴随着能量的变化。没有能量的输入，也就没有生命和生态系统。 科学方法 2.研究能量流动的基本思路 如果以个体为单位研究能量流动有什么问题？如果将种群作为一个整体来研究能量流动，又会遇到什么问题？ 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 能量输入 种群 能量储存 能量散失 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。 以种群为研究对象，能量的流动渠道为食物链（或食物网），在分析时可能因食物网的复杂性而影响结果的准确性。 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 某营养级 将一个营养级的所有种群作为一个整体 研究生态系统中能量流动一般在群体水平上 科学方法 2.研究能量流动的基本思路 如果将一个营养级的所有种群作为一个整体来研究图示能量流动的情况，那么应概括为何种形式？ 这种方式有什么优点？ 能比较精确地测量每一个营养级能量的输入值和输出值，提高结果的准确性。 一、能量流动的过程 想一想： 你上个周吃了多少食物？长了多少斤？ 思考一下，你读书写字、打篮球、跑步等这些活动需要能量吗？ 生物的所有生命活动都需要能量，那你所需要的能量来源于哪里？ 吃了那么多却没长几斤，能量都去哪了？ 食物 （能量输入） 人 排遗物 体重增长 （能量储存） 呼吸消耗 食物中的能量又来自哪里？ 一、能量流动的过程 1.第一营养级能量的来源和去向 玉米等 鸡等 人等 第一营养级 第二营养级 第三营养级 思考：（1）玉米的能量来自哪里? （2）太阳能如何被玉米吸收?这些能量都被玉米吸收了吗? （3）玉米吸收了太阳能后，以何种形式储存？这些能量有哪些去向? 一、能量流动的过程 光合作用 固定(同化) 呼吸作用以 热能形式散失 1% 同化（固定） 流入下一营养级 残枝败叶 被分解者分解 用于自身生长、 发育和繁殖 输入生态系统的总能量：生产者固定的太阳能 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） 同化作用：是指生物体把从外界环境中获取的营养物质转变成自身物质，并且储存能量的过程。 玉米的能量来自哪里？ 光能全部被玉米吸收了吗？ 玉米固定的能量有哪些去向？ 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？ 能量转化： 。 光能→化学能 一、能量流动的过程 呼吸作用以热能形式散失 生产者所固定的太阳能 太阳能 用于生长、发育、繁殖 流入初级消费者 残枝败叶等 被分解者利用 未被利用 (同化量) (净同化量) (呼吸消耗量) 1.第一营养级能量的来源和去向 生产者固定的全部太阳能(同化量) ②生产者固定的全部太阳能= 呼吸作用 + 用于生长、发育和繁殖 ③用于生长、发育和繁殖= 流入下一营养级 + 分解者利用 ①流入第一营养级（生态系统）能量= 一、能量流动的过程 鸡把玉米吃进肚子里，玉米中的能量都被鸡吸收(同化固定)了吗？ 摄入 同化（固定） 同化量 = 摄入量 粪便量 － 粪便 粪便量属于谁的能量？ 属上一营养级（玉米）的同化量。 同化为自身 能量 摄入量是指生物体实际吃进肚子里食物所蕴含的总能量 该部分能量最终流向分解者 2.第二营养级（鸡）的能量流动情况 一、能量流动的过程 流入下一营养级 呼吸作用以 热能形式散失 遗体残骸 被分解者分解 用于自身生长、 发育和繁殖 同化为自身 能量 鸡同化了玉米的能量后，这些能量有哪些去向？ 一、能量流动的过程 2.第二营养级（鸡）的能量流动情况 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 初级消费者摄入 用于生长、 发育和繁殖 摄入量 = 同化量 + 粪便量 次级消费者摄入 初级消费者同化 同化量 = 呼吸作用散失＋自身生长发育繁殖 同化量 = 呼吸作用散失＋流入下一营养级＋分解者利用 一、能量流动的过程 3.最高营养级（人）的能量流动情况 人同化了鸡的能量后，这些能量有哪些去向？ 呼吸作用以 热能形式散失 遗体残骸 被分解者分解 用于自身生长、 发育和繁殖 同化为自身 能量 最高营养级没有流入下一营养级的能量去向 所以，你同化的能量最终去向有哪些？ 呼吸作用散失；分解者利用 一、能量流动的过程 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 最高营养级摄入 用于生长、 发育和繁殖 摄入量 = 同化量 + 粪便量 最高营养级同化 同化量 = 呼吸作用散失＋自身生长发育繁殖 同化量 = 呼吸作用散失＋分解者利用 3.最高营养级（人）的能量流动情况 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 ※最高营养级没有这一去向 一、能量流动的过程 4.归纳各营养级能量去向 一、能量流动的过程 呼吸作用 呼吸作用 呼吸作用 呼吸作用 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 …… 分解者 散失 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 输入 生产者固定的太阳能总量为流经这个生态系统的总能量 散失 输入 若为人工生态系统，还有人为补充的能量（如饲料的能量）。 生产者固定太阳能。 ①能量来源： ③流经生态系统总能量： ②能量流动的起点: 生产者固定的太阳能总量（约占1%）。 太阳能（主要） ③流动过程中能量的转化是太阳能→ → 。 有机物中的化学能 热能 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 一、能量流动的过程 生态系统中的能量流动 讨论1：生态系统中的能量流动和转化是否遵循能量守恒定律？为什么？ 遵循能量守恒定律。 能量在生态系统中流动、转化后，一部分储存在生态系统（生物体的有机物）中，另一部分在呼吸作用中以热能的形式散失，两者之和与流入生态系统的能量相等。 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 讨论2：流经某生态系统的能量能否再回到这个生态系统中来？为什么？ 如何证明呢？ 不能。 能量流动是单向的。 二、能量流动的特点 分析赛达伯格湖的能量流动 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。 林德曼（1915-1942） Raymond Lindeman 林德曼对赛达伯格湖能量流动做了定量分析 优点：小、简单、稳定 二、能量流动的特点 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 讨论1:用表格的形式，将图中的数据进行整理？ 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。 二、能量流动的特点 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% 讨论1:用表格的形式，将图中的数据进行整理？ 讨论2:计算“流出”该营养级能量占“流入”该营养级能量的百分比？ 二、能量流动的特点 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。 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%。 讨论4: 通过以上分析，你能总结出什么规律？ 生态系统中食物链的营养级一般不超过5个 二、能量流动的特点 (1)从方向上看： 单向流动 在生态系统中，能量流动只能沿着 由低营养级流向高营养级，不可_______，也不能___________。 ①生物之间的捕食关系是长期自然选择的结果，一般不可逆转； ②各营养级呼吸作用散失的热能无法再利用。 食物链 逆转 循环流动 原因： (2)从数值上看： 逐级递减 原因： ①呼吸作用消耗大部分能量 ②被分解者分解利用 ③还有一部分未被利用（未被捕食） 能量在相邻两个营养级间的传递效率为10%～20%，且不能提高。 二、能量流动的特点 P56旁栏思考: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？ 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。 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。 二、能量流动的特点 策略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。 策略1.先吃鸡，再吃玉米。 玉米 鸡 人 玉米 鸡 人 采用策略1获得的能量更多，可维持更长的时间 。 难点：能量传递效率的计算 1. 能量传递效率的“至少”和“至多”计算 Ⅱ. 获得能量最少：选最 食物链；能量传递效率按 计算 Ⅰ. 获得能量最多：选最 食物链；能量传递效率按 计算 短 长 如果草有10000kg，鹰最多增加 kg，最少增加 kg。 400 1 ① 已知低营养级同化量，求高营养级同化量： 草 鹰 兔 蛇 青蛙 食草昆虫 ×10% ×20% 能量传递效率 = 下一营养级同化量 上一营养级同化量 ×100% 难点：能量传递效率的计算 1. 能量传递效率的“至少”和“至多”计算 ② 已知高营养级同化量，求低营养级同化量 Ⅱ. 需最多能量：选最 食物链；能量传递效率按 计算 Ⅰ. 需最少能量：选最 食物链；能量传递效率按 计算 若鹰的体重增加1kg，最少需消耗草____kg，最多消耗草_________kg。 25 10000 短 长 ÷10% ÷20% 草 鹰 兔 蛇 青蛙 食草昆虫 难点：能量传递效率的计算 选______的食物链 选______传递效率_____ 选______传递效率_____ 获得最多 获得最少 选______的食物链 最短 最长 20% 10% 生产者 消耗最少 消耗最多 消费者 最大 最小 1. 能量传递效率的“至少”和“至多”计算 难点：能量传递效率的计算 2.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： 沿食物链A→B→C逆推：3/4kg ➗ 20% ➗ 20%＝75/4kg 沿食物链A→D→E→F→C逆推： 1/4kg ➗ 20% ➗ 20%➗ 20% ➗ 20%＝625/4kg 75/4kg+625/4kg=175kg 难点：能量传递效率的计算 有机物含量逐级递减 食物链: 。 丙→甲→乙→丁 【知识链接】根据能量或者有机物含量逐级递减特点构建食物链（食物网） 食物链为: 三、生态金字塔 能量分析 生产者 植食性动物 肉食性动物 输入能量 464.6 62.8 12.6 请同学们将赛达伯格湖的能量流动数据，用相应面积的图形表示，并按营养级由低到高排列。 第一营养级 第二营养级 第三营养级 第四营养级 生产者 464.6 植食性动物 62.8 肉食性动物 12.6 能量金字塔 三、生态金字塔 1.能量金字塔 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顺序排列，可形成一个金字塔图形。 直观地反映出生态系统各营养级间能量的关系。 通常呈 的金字塔。 上窄下宽 能量在流动中总是 的。 逐级递减 某些人工生态系统（如人工鱼塘、城市）可呈现倒置情况。 (1)概念： (2)意义： (3)特点： (4)原因： 从生态系统外输入大量的有机物 肉食性动物 12.6 生产者 464.6 植食性动物 62.8 三、生态金字塔 1.能量金字塔 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？ 人口数量日益增长，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，将不得不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。 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。 大多呈 的金字塔。 上窄下宽 一般来说植物的总干重通常 植食性动物的总干重，而植食性动物的总干重也 肉食性动物的总干重。 大于 大于 (1)概念： (2)特点： (3)原因： 第一营养级 第二营养级 第三营养级 营养级 96 11 4 生物量 第一营养级 第二营养级 营养级 4 21 生物量 有可能倒置 三、生态金字塔 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 － 第一营养级 第二营养级 营养级 4 21 生物量 2.生物量金字塔 为什么某海域的生物量会出现金字塔倒置？ 海洋生态系统中，浮游植物个体小，寿命短，又不断被浮游动物和其它动物吃掉，所以在某一时刻调查到的浮游植物的生物量很可能低于第二营养级的生物量，因此生物量金字塔会出现倒置。 (3)意义： 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。 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： 也可呈上宽下窄 的金字塔形，如 。 一般呈 的金字塔； 上窄下宽 倒置 昆虫和树 (2)特点： 如果消费者个体小而生产者个体大，如昆虫和树。那么该数量金字塔？ 营养级 第二营养级 第一营养级 个体数量 昆虫 树 (3)意义： 直观的反映生态系统各营养级的生物个体的数目比值关系。 三、生态金字塔 列表比较三种生物金字塔 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，食物链中每一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，每一营养级生物的有机物的总干重 一般为正金字塔,有时会出现倒金字塔形 一般生物量(现存生物有机物的总干重)随食物链中营养级的升高而减少 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 三、生态金字塔 生态金字塔 能量金字塔 生物量金字塔 数量金字塔 哪种指标构建的金字塔能更直观的反映出生态系统各营养级间能量的传递规律，通常不出现倒置现象呢？ 从数量角度分析，会过分强调个体较小的生物的数量； 从生物量角度分析，会过分强调个体较大的生物的重要性； 能量金字塔能更直观、准确的反映出生态系统各营养级间能量的关系。 四、研究能量流动的实践意义 甘蔗和大豆间种 冬小麦夏玉米套作 1.研究生态系统的能量流动，可以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。 为什么可以增加流入生态系统的总能量？ （2）不同层次的作物利用不同强度的太阳能； （3）适当提高了种植密度，能利用更多的太阳能。 （1）充分利用了空间； 蔬菜大棚中的多层育苗 稻-萍-蛙立体农业生产 四、研究能量流动的实践意义 秸秆饲料 玉米 籽粒 秸秆 人 还田 玉米 籽粒 秸秆 人 饲料 基质 牛、羊 蘑菇 秸秆蘑菇基质 2.研究生态系统的能量流动，可以帮助人们科学规划和设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。 实现了对能量的多级利用，从而大大提高了能量的利用率 能量利用率≠能量传递效率 四、研究能量流动的实践意义 草场 载畜量 过少 不能充分利用牧草所能提供的能量 过多 造成草场退化，使畜产品的产量下降 合理确定载畜量，才能保持畜产品的持续高产。 稻田 除草、除虫 使稻田高产 3.研究生态系统的能量流动，还可以帮助人们合理的调整生态系统的能量流动关系，使能量持续高效地流向人类最有益的部分。 1926年，美国一位生态学家研究了一块玉米田的能量流动情况，得到如下数据。 1.这块田共收割玉米约10000株，质量为6000 kg。通过对玉米植株的化学成分进行分析，计算出其中共含碳2675 kg，折算为葡萄糖6687 kg。 2.据他估算，这些玉米在整个生长过程中，通过细胞呼吸消耗的葡萄糖共2045kg。 3.1kg葡萄糖储存1.6×104 kJ能量。 4.在整个生长季节，入射到这块玉米田的太阳能总量为8.5×109kJ。 思维训练 分析和处理数据 四、研究能量流动的实践意义 请根据以上数据计算： 1、这些玉米的含碳量折合成葡萄糖是多少？这些葡萄糖储存的能量是多少？ = 2675×180(C6H12O6)÷72(C6) 6687.5kg EG=MGx1.6×104＝1.07×108kJ 2、这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？ △E呼=△MGx1.6×104 ＝2045x1.6×104 ＝3.272×107kJ 3、这些玉米在整个生长季节所固定的太阳能总量是多少？呼吸作用消耗的能量占所固定太阳能的比例是多少？ E固=EG+△E呼 =1.07×108kJ+3.272×107kJ =1.3972×108kJ 3.272×107÷1.3972×108=23.4% 4、这块玉米田的太阳能利用效率是多少？ η=1.3972×108/8.5×109＝1.64% THANK YOU 猪七爷素材淘宝店：https://shop149141837.taobao.com $$