3.2 生态系统的能量流动 课件 2024—2025学年高二上学期生物人教版选择性必修2

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一只母鸡、15kg玉米。 流落荒岛 讨论： 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？ 问题探讨 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。 1.先吃鸡，再吃玉米。 第一营养级 第二营养级 第三营养级 论证方案 （生产者） （初级消费者） （次级消费者） 食物链1 第一营养级 第二营养级 （生产者） （初级消费者） 食物链2 有多少能量能够从玉米最终流向鲁滨逊？ 二、能量流动的过程 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。 1.先吃鸡，再吃玉米。 先吃鸡，再吃玉米。 我反对！ 为什么要先吃 我？ 问题探讨 生态系统的能量流动 第2节 4 1.概念：生态系统中能量的 、 、 、 的过程，称为生态系统的能量流动。 输入 传递 转化 散失 一、能量流动的概念： 生产者 消费者 分解者 非生物环境 输入 散失 散失 散失 传递、转化 光合作用 化能合成作用 呼吸作用 食物链 食物网 5 二、研究能量流动的基本思路 科学方法 研究能量流动的基本思路 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 储存在体内的能量 呼吸作用散失的能量 能量输入 个体1 个体2 个体3 …… 能量输入 种群 能量存储 能量散失 将这个种群作为一个整体来研究，左图可以概括成下图形式 个体水平 群体水平 将种群作为一个整体，甚至以营养级作为一个整体进行研究，是分析生态系统能量流动的基本思路。 能量是如何输入第一营养级的？（以草为例） 几乎所有生态系统的能量源头： 太阳 能量流动从哪开始（起点）？ 如何输入第一营养级？ 生产者固定太阳能 输入生态系统的总能量: 生产者的光合作用 1%以可见光形式 照射在草地上的太阳能都能被小草吸收吗？ 不能 每天输送到地球的太阳能都能照射在生产者身上吗？ 讨论1：能量流动的过程 生产者固定的太阳能总量 用于生长、发育和繁殖等生命活动（以化学能形式储存于有机物中） 呼吸作用散失（热能） 分解者分解释放（残枝败叶） 初级消费者摄入（食物） 小草固定了太阳能后，这些能量有哪些去向？ ①自身呼吸消耗 ②被分解者利用 ③流入下一个营养级 能量是如何输出第一营养级的？（以草为例） 1%以可见光形式 讨论1：能量流动的过程 一、能量流动的过程 从生产者固定光能(太阳能)开始 生产者固定的太阳能总量 1.生态系统中能量流动的起点是什么？ 2.输入生态系统的总能量是什么？ 3.流入第一营养级的能量去向有哪些？请简单归纳一下。 呼吸作用 能量输入 生产者 生长发育繁殖 热能散失 初级消费者摄食 分解者分解 三、能量流动的过程 9 能量是如何流经第二营养级的？（以兔为例） 兔子体内的能量来自哪里？ 来自草（生产者） 兔子吃进去的草，草中的能量都能被吸收并转化为兔子体内的能量吗？ 不能，只能消化吸收其中的一小部分，其余的随粪便排出体外 流入第二营养级的能量：第二营养级的同化量 同化量 = 摄入量 - 粪便量 摄入量 是生物吃进去的食物中所蕴含的能量 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的组成物质,并且储存能量的变化过程。 同化量 讨论2：能量流动的过程 兔同化的能量有哪些去向？ ①自身呼吸消耗 ②被分解者利用 ③流入下一个营养级 呼吸作用散失（热能） 用于生长、发育和繁殖等生命活动（以化学能的形式储存于有机物中） 分解者分解释放（遗体残骸） 次级消费者摄入（食物） 讨论2：能量流动的过程 能量在中间级别消费者中的变化 呼吸作用 散失 粪便 呼吸作用 散失 … 初级消费者摄入 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 遗体残骸 12 f呼吸作用散失 g储存体内用于生 长发育和繁殖 h流入下一营养级 能量流经某营养级的示意图 a输入 e某营养级 b输出① c输出② d输出③ i分解者利用 j暂未利用 k此营养级遗体残骸 l下一营养级粪便 m最高营养级无此路径 n后续都通过三条输出途径被利用 13 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 1.某营养级的能量最终去向 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 未被利用的能量 2.某营养级的能量某段时间内的能量去向 三、能量流动的过程 分 解 者 呼 吸 作 用 生产者 初级消费者 (绿色植物) 次级消费者 (植食性动物) (肉食性动物) 三、能量流动的过程 呼吸作用 呼吸作用 呼吸作用 残枝败叶等 残骸等 残骸等 分解者 分解者 分解者 生 产者 初级 消费者 次级 消费者 残枝败叶等 残骸 残骸 散失（分解者呼吸作用） 散失（呼吸作用） 呼吸作用 呼吸作用 呼吸作用 分解者 分解者 分解者 能量流动： 生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。 传递 传递 初级 消费者 生 产者 次级 消费者 转化 太阳能 有机物中化学能 热能 生物群落 环境 输入 输出 散失：通过各营养级及分解者的呼吸作用以热能形式散失 总量：生产者固定的太阳能总量 传递 输入 形式：有机物中化学能 途径：食物链和食物网 概念：生态系统中能量的 、 、 和 的过程。 输入 传递 转化 散失 起点：生产者通过光合作用固定太阳能开始 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。 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？ 思考•讨论：生态系统中的能量流动 例题1.如图为草原生态系统的能量流动图解模型，A、B、C分别表示流入各营养级生物的能量，D、E、F分别表示各营养级生物用于生长、发育和繁殖的能量，G、H、I分别表示草、兔子、狼呼吸作用消耗的能量，J、K、L分别表示流入分解者的能量。下列说法中，正确的是（ ） A. 图中A＝D，B＝E，C＝F B. K中能量包括兔子尸体及狼粪便中的能量 C. 食物链中能量最少的是分解者所处的营养级 D. 第一营养级与第二营养级间的能量传递效率是E/D B 分析赛达伯格湖的能量流动 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 思考·讨论 他通过对一个结构相对简单的天然湖泊——赛达伯格湖的能量流动进行的定量分析 22 植食性动物 62.8 62.8 赛达伯格湖的能量流动 P56资料分析 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 如果在某一时间段去分析去向，还应有未被利用的能量(最终通过三条输出途径被利用)。 单位是年。未利用：沉积到湖底的有机物残体 62.8是植食性动物的同化量，不包括粪便量，因为粪便是植物未被消化吸收的部分，被分解者利用，故算在生产者流向分解者这里 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 输出（去路） 逐级递减 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） 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% 赛达伯格湖的能量流动 P56资料分析 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？请计算一下第一到第二营养级的能量传递效率？能效一般为10到20，十分之一定律，那么为什么能量不能全部流向下一级？ 赛达伯格湖能量流动图解 1.从数值上看： 逐级递减 自身呼吸作用消耗； 被分解者分解； 暂时未被利用。 原因：有以下几部分能量不能流入下一营养级 （能量传递效率为10%～20%） 四、能量流动的特点 讨论2：从能量传递效率上看，能量为什么不能百分之百从一个营养级流到下一个营养级？ 能量在流动过程中逐级递减，与能量守恒定律矛盾吗？ 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。 25 赛达伯格湖能量流动图解 2.从方向上看： 单向流动 在生态系统中，能量流动只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面的各个营养级，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。 逆转 循环流动 原因： 四、能量流动的特点 从方向上看，能量流动是否会逆转，能不能循环流动？ 26 1.单向流动: 自身呼吸作用消耗 分解者利用 暂未利用 12.6 62.8 生产者 464.6 植食性动物 62.8 肉食性动物 12.6 13.5% 20% 2.逐级递减: 能量流动的特点: 能量传递效率10%～20% 不可逆向，不可循环 营养级越多，能量流动过程中消耗的越多。 1、食物链一般不超过5个营养级，为什么？ 2、在市场上，肉一般比蔬菜贵，试着分析原因？ 蔬菜一般属于生产者范畴，而肉属于消费者范畴，由于能量传递的效率只有10%~20%，也就是说要得到1千克的肉至少要消耗5千克的植物；所以相同重量的肉比蔬菜贵。 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。 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？由此得出什么结论？ 不能，能量流动是单向的。 讨论3：课本P56旁栏思考？ 28 　假如你流落到荒岛上，只有一只母鸡、15kg玉米…… １．先吃鸡，再吃玉米。 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。 增加了食物链的长度，能量逐级递减，最后人获得的能量较少 问题探讨 请同学们将赛达伯格湖的能量流动数据，用相应面积或体积的图形表示，并按营养级由低到高排列。 生态金字塔 五、 肉食性动物 12.6 植食性动物 62.8 生产者 464.6 请同学们将赛达伯格湖的能量流动数据，用相应面积或体积的图形表示，并按营养级由低到高排列。同学们你和老师画的是否相同？呈一个下宽上窄的阶梯状图形。如果按照林德曼十分之一定律。将图形进一步理想化，用体积表示 30 1.能量金字塔 每一级体积代表所得到的能量值 直观反应——能量单向流动、逐级递减 第四营养级 第三营养级 第二营养级 第一营养级 生态金字塔 五、 随着营养级的升高，体积逐渐减小，按营养级由低到高排列，形成一个正金字塔形，称为能量金字塔或能量椎体。最早提出用金字塔一词来形容食物链上各个营养级的分布情况的是英国生态学家埃尔顿。他提出在食物链各环节上，生物数量存在很大差别。一般底部生物生产者的数量较多，随营养级升高，食草动物和肉食动物的数量会逐渐减少。 31 2.生物量金字塔 营养级 第四营养级 第三营养级 第二营养级 第一营养级 干重g/m2 1.5 11 37 809 营养级 第四营养级 第三营养级 低 高 每一级体积代表生物量值（所容纳有机物的总干重） 低 高 生态金字塔 五、 为了弥补数量金字塔的不足，人们改用各营养级生物量（某一时刻每个营养级所容纳的有机物的总干重）之间的关系，构建了生物量金字塔。美国生态学家奥德姆（H.T.Odum）提出的弗罗里达州银泉生态系统生物量金字塔。如下： 倒置情况：海洋生态系统中，浮游植物个体小，寿命短，又会不断被捕食，因而某一时间调查到的生物量可能低于浮游动物。 32 3.数量金字塔 昆虫 树 倒置情况 每一级体积代表个体数 生态金字塔 五、 生物量、数量金字塔一般正置，偶尔会倒置。 33 生态金字塔 一、 一般情况下，是上窄下宽。但有时候会出现倒置的金字塔形。 例如，海洋生态系统中，由于生产者（浮游植物）个体小，寿命短，又会不断地被浮游动物吃掉。所以某一时刻调查到的浮游植物的生物量可能低于浮游动物的生物量。 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要多。 旁栏思考： 生物量金字塔在什么情况下，可能是上宽下窄倒置的金字塔形呢？ 为了弥补数量金字塔的不足，人们改用各营养级生物量（某一时刻每个营养级所容纳的有机物的总干重）之间的关系，构建了生物量金字塔。美国生态学家奥德姆（H.T.Odum）提出的弗罗里达州银泉生态系统生物量金字塔。如下： 倒置情况：海洋生态系统中，浮游植物个体小，寿命短，又会不断被捕食，因而某一时间调查到的生物量可能低于浮游动物。 34 能量金字塔 生物量金字塔 数量金字塔 形状 每一层含义 象征 意义 生物链中各营养级生物所含能量的多少 各营养级生物有机物总量的多少 各营养级生物个体数目的多少 能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特点。 一般情况下，生物量(现存生物有机物总量)沿食物链流动逐级递减。 一般情况下，生物个体数目数量在食物链中随营养级升高而逐渐减少。 五、生态金字塔 六、研究能量流动的实践意义 间作套种 多层育苗 稻——萍——蛙 1. 研究生态系统的能量流动，可以帮助人们将生物在 、 上进行 ， 流入某个生态系统的总能量。 例如： 间作套种、多层育苗、稻--萍--蛙等立体农业生产方式。 时间 空间 合理配置 增大 36 假如给你一个池塘，你会怎样经营，从而获得更大的收益？ 沼气工程 桑基鱼塘 生态系统中流向分解者的能量，还有一部分以生活能源或食物中化学能的形式被人类再度利用，实现了能量的多级、充分利用，提高了能量利用率。 能量利用率= 生产者能量 流入最高营养级的能量 ×100% 实现对能量的多级利用，大大提高能量的利用率 研究能量流动的意义 2.可以帮助人们科学规划设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。 用秸秆作饲料 粪便制作沼气 沼渣田肥 能 量 流 动 的 意 义 质疑： 能不能改变生态系统能量流动的规律？ 思考： 农民在进行田间管理的时候，要进行灭虫除草，目的是什么? 不能，人们虽然不能改变能量流动的客观规律，但可设法调整能量流动方向，使能量流向对人类最有益的部分。例如，在森林中，最好使能量多储存在木材中；在草原牧场上，则最好使能量多流向到牛、羊等牲畜体内，获得更多的毛、肉、皮、奶等畜产品。 除草为了使太阳能更多地流向农作物。 捉虫为了使农作物中的能量散失减少。 3、研究生态系统的能量流动，还可以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。 改变能量流动方向 （1）草原放牧 不 放 牧：草中能量大量流向分解者（对人类无益） 少 放 牧：不能充分利用草中能量 过多放牧：草原退化，流向家畜的能量减少 合理放牧：能量持续高效地流向对人类最有益（家畜）的部分 （2）森林防护 防治害虫：使森林生长加快，大量能量积蓄在木材中 不防害虫：大量能量流向昆虫体内 应用举例 课堂小结 分析和处理数据 1926年，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10 000株，质量为6000kg。通过对玉米植株的化学成分进行分析，计算出其中共含碳2675kg。 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1.6×104kJ能量。 4.在整个生长季节，入射到这块玉米田的太阳能为8.5×109kJ. 请根据以上数据计算： 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？ 这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？ 1.07×108kJ 6687.5×1.6×104kJ = 2045×1.6×104kJ= 3.272×107kJ 2675×180(C6H12O6)÷72(C6)= 6687.5kg 1926年，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10 000株，质量为6000kg。通过对玉米植株的化学成分进行分析，计算出其中共含碳2675kg。 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1.6×104kJ能量。 4.在整个生长季节，入射到这块玉米田的太阳能为8.5×109kJ. 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？ 这块玉米田的太阳能利用效率是多少？ 自身生长发育繁殖 呼吸散失 1.07×108kJ+ 3.272×107kJ=1.3972×108kJ 3.272×107÷1.3972×108=23.4% 1.3972×108÷8.5×109=1.64% 分析和处理数据 根据计算结果，画出能量流经该玉米种群的图解，图解中应标明各环节能量利用和散失的比例 能量在第一、二营养级中的变化 ④ 生产者 自身呼吸作用(散失) ② ⑨ ⑤ ⑦ 呼吸作用散失 粪便 初级消费者同化 用于生长 发育和繁殖 ⑧ 次级消费者摄入 遗体残骸 ⑥ ③ 遗体残骸 初级消费者摄入 用于生长 发育和繁殖 分 解 者 ① A 呼吸作用(散失) ⑩ B C 46 能量流动的过程： 生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。 散失（分解者） 散失（呼吸作用） 次级 消费者 初级 消费者 生 产者 输入 传递 传递 能量流动的特点： 单向流动、逐级递减。 2、关于生物的同化量的叙述正确的是     （ ）  A.从上一个营养级流入该营养级的总能量     B.食物消化后粪便中的能量    C.从上一营养级摄取的能量                  D.从消化道吸收后合成有机物中的能量 1、在由草、兔、狐组成的一条食物链中，兔经同化作用所获得的能量，其去向不应该包括（　 ） Ａ.通过兔子细胞呼吸释放的能量 Ｂ.通过兔子的粪便流入到分解者体内 Ｃ.通过狐的粪便流入到分解者体内 Ｄ.流入到狐的体内 D还包括呼吸消耗 例题.如图表示某生态系统中能量流动图解，①～④表示相关过程能量流动量。下列有关叙述正确的是（ ） A．①是流入该生态系统的总能量 B．分解者获得的能量最少 C．图中②/①的比值代表草到兔的能量传递效率 D．③和④分别属于草和兔同化量的一部分 D 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】 当堂习题巩固 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% 能量在食物链中传递的“最值计算” 【思维拓展】 当堂习题巩固 由最高营养级推导生产者（消耗量）A→B→C 需最多能量：选最长食物链；按÷10%计算 (食物链前级是后级10倍) 需最少能量：选最短食物链；按÷20%计算 (食物链前级是后级5倍) 浮游植物 小鱼 大鱼 1000kg 10% 10% 10% 20% 20% 25kg 1kg 例：大鱼体重增加1kg，最多(至少)需要浮游植物多少千克 【思维拓展】 当堂习题巩固 需最多能量—消耗最多—给向下一营养级的能量少：10% ：选最长的食物链 （需最多能量，因为消耗量多，哪一条食物链消耗最多选哪条，选长的，给下一营养级的能量少：按10%算） 1.下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 课堂练习 当堂习题巩固 需最多能量—消耗最多—给向下一营养级的能量少：10% ：选最长的食物链 （需最多能量，因为消耗量多，哪一条食物链消耗最多选哪条，选长的，给下一营养级的能量少：按10%算） 2.下图是一个食物网，假如鹰的食物有2/5来自兔，2/5来 自鼠，1/5来自蛇，那么鹰若要增加20 g体重，至少需要消耗植物（ ） A.900g　　　 B.500g C.200g D.600g A 课堂练习 当堂习题巩固 3. 某生态系统中存在如图所示的食物网，如将C的食物比例由A∶B＝1∶1调整为2∶1，能量传递效率按10%计算，该生态系统能承载C的数量是原来的(　　) A．1.375倍　　 B．1.875倍 C．1.273倍 D．0.575倍 A 课堂练习 当堂习题巩固 55 例题2.下图是某湖泊生态系统能量流动的定量分析图解。图中A.B.C代表三个营养级，数字均为实际测得的能量数，单位为106kJ。已知该生态系统受到的太阳辐射为1188872×106kJ，但其中1188761×106kJ的能量未被利用。请回答下面的问题。 (1)请将流经该生态系统的总能量数填写在图中的方框内，这部分能量是________所固定的太阳能。 (2)能量从第一营养级到第二营养级的转化效率为________%，从第二营养级到第三营养级的转化效率为________%。 生产者 111 13.5 20 56 111 (3)次级消费者通过呼吸作用消耗的能量占其同化作用所得到能量的百分比是_______。 (4)由图可知，下个营养级不能得到上个营养级的全部能量，原因有： ①各营养级生物体内的大量能量被___________________； ②其次是上个营养级的部分能量________________________； ③还有少数能量被________利用。 60% 细胞呼吸消耗 未被下一营养级利用 分解者 57 $$