3.2 能量流动-【生物好课】2024-2025学年高二生物同步教学课件（人教版2019选择性必修2）

非生物物质和能量 生产者 消费者 分解者 生态系统 的成分 食物链（网） （营养结构） 生态系统的结构 生态系统的功能 信息传递 物质循环 能量流动 第3章 生态系统及其稳定性 用绣花功夫办美的教育 Doing beauty education with embroidery Kung Fu 第2节 生态系统的能量流动 本节聚焦 1. 理解记忆生态系统能量流动的过程 2. 理解记忆生态系统能量流动的特点 3. 能根据某营养级生物量计算其他营养级的生物量 4. 概述研究能量流动的实践意义 方案1 方案2 先 后 一部分 吃鸡蛋 一部分 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。 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 5 研究能量流动的基本思路 科学方法 能量流经一个种群的情况可以图示如下： 能量输入 个体1 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 储存在体内的能量 呼吸作用散失的能量 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。 能量输入 种群 能量储存 能量散失 如果将这个种群作为一个整体来研究，则左图可以概括成下图形式，从中可以看出分析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， 能量输入 某营养级 能量储存 能量散失 一、生态系统能量流动的概念 玉米 蝗虫 青蛙 蛇 老鹰 太阳 能量 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。 长体重（能量储存） 呼吸消耗 排遗物 食物 （能量输入） 人 想一想：你今年吃了多少食物？长了多少体重？吃了那么多却没长几斤， 能量都去了哪儿？ 摄入量=同化量+粪便量 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或能量储存的过程。 二、能量流动的过程 阅读教材P54-55，小组合作思考讨论完成问题。 1.输入生态系统的的能量来源是什么？ 2.输入第一营养级的能量有几个去路？分别是什么？ 3.植物用于自身生长、发育、繁殖的能量有几个去路？分别是什么？ 4.初级消费者摄入的能量全部转化为自身的能量了吗？摄入的能量去路有几个？分别是什么？ 5.某一营养级的“粪便”中能量应属于谁的同化量？ 6.结合营养级能量的去路，构建出能量流经生态系统的过程模型。 二、能量流动的过程 1.能量的输入 ①能量来源：地球上几乎所有的生态系统所需的能量都来自太阳。 ②相关过程 光合作用 光能 有机物中的化学能（光能自养型） 化能合成作用 化学能 有机物中的化学能（化能自养型） ①输入自然生态系统的能量 = 生产者固定的能量 = 生产者的同化量 ②输入人工生态系统的能量 = 生产者固定的能量 +人工投入的能量 （如饲料、鱼饵、污水） 2.能量的传递 生产者固定的能量 自身呼吸作用以热能散失 用于自身生长发育和繁殖 （储存在有机物） 初级消费者摄入 随残枝败叶被分解 粪便量 初级消费者同化量 呼吸散失 用于生长发育繁殖 被次级消费者摄入 遗体残骸 分解者 ①传递途径：食物链和食物网 ②传递形式：有机物中的化学能 ③传递过程 二、能量流动的过程 摄入量=同化量+粪便量 同化量=呼吸作用散失的热能+用于生长发育繁殖 =呼吸作用散失的热能+下一营养级摄入量+遗体残骸中的能量 某营养级的粪便量不属于该营养级的同化量，而属于上一营养级的同化量 流入初级消费者的能量 2.能量的传递 二、能量流动的过程 生产者固定的总能量 沿食物链和食物网，以有机物中化学能的形式传递 太阳能→有机物中化学能→ATP中活跃化学能+热能 输入： 传递： 转化： 散失： 通过呼吸作用和分解作用，最终以热能形式散失 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？ 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？ 不能，能量流动是单向的。 由于每一营养级和分解者都需要呼吸作用以热能的形式散失掉一部分能量，营养级越高，散失的能量越多。 生态系统中的能量流动 思考·讨论 三、能量流动的特点 Raymond Lindeman 林德曼（1915-1942） 赛达伯格湖 1941年美国耶鲁大学生态学家林德曼对50万平方米的天然湖泊------赛达伯格湖的能量流动进行了定量分析。 分析赛达伯格胡的能量流动 思考·讨论 13 分析赛达伯格胡的能量流动 思考·讨论 图中数字为能量数值，单位是J/(cm2.a)(焦每平方厘米年）。 图中“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。为研究方便起见，将肉食性动物作为一个整体看待。 14 流入 呼吸作用 分解者利用 未利用 流出 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 能量流动过程中逐级递减 讨论1：用表格的形式，将图中的数据进行整理。 三、能量流动的特点 15 流入 呼吸作用 分解者利用 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 20.06% 13.52% 讨论2.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？ 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。 三、能量流动的特点 16 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 20.06% 13.52% 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% 讨论3.计算“流出”该营养级能量占“流入”该营养级能量的百分比。 三、能量流动的特点 17 三、能量流动的特点 1.能量流动的特点及原因 （1）生态系统中能量流动是单向的 生态系统中，能量流动只能沿着食物链从低营养级流向高营养级； 生物之间的捕食关系不可逆转，能量不能循环流动， （2）能量在流动过程中逐级递减 ①各营养级的生物都会因呼吸作用消耗掉相当大的一部分能量，并以热能的形式散失，无法再利用; ②各营养级的生物中总有一部分能量未被利用部分; ③少部分能量随着残枝败叶或遗体等流向分解者。 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。 各个营养级的生物都会因消耗掉大部分能量，只有一小部分能够被下一营养级的生物利用，流到第五营养级时，余下的能量很少，甚至不足以养活一个种群，因此食物链一般不超过五个营养级。 （即能量沿食物链的流动是逐级递减的，营养级越高获得的能量越少）， 51页旁栏思考：食物链上一般不超过五个营养级，这是为什么？ 玉米 蝗虫 青蛙 蛇 老鹰 19 方案1 方案2 先 后 一部分 吃鸡蛋 一部分 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、15Kg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？ 20 能量金字塔 生物量金字塔 数量金字塔 形状         阅读教材P57-58，小组合作思考讨论完成下表。 象征意义 特点 四、生态金字塔 能量沿食物链流动过程中逐级递减 一般为正金字塔形 一般情况下,生物个体数量在 食物链中随营养级升高而减少 大多是正金字塔形 特殊形状 一般生物量在食物链 随营养级升高而减少 一般为正金字塔 浮游植物个体小,寿命 短,又会不断被捕食, 生物量可能低于浮游 动物。 五、研究能量流动的实践意义 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。 阅读教材P58，思考研究能量流动的实践意义和相关实例。 稻—萍—蛙 中国重要农业文化遗产——贵州从江侗乡稻鱼鸭复合系统 P60拓展应用1下图是两个农业生态系统的模式图。图a中农作物为人类提供的食物、为家禽和家畜提供的饲料，都与图b相同。 （1）哪个生态系统的能量能够更多地被人类利用？为什么？ 五、研究能量流动的实践意义 五、研究能量流动的实践意义 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，实现能量多级利用，提高能量的利用率。 能量利用率≠能量传递效率 多级利用≠循环利用 作物 粮食 秸秆 燃烧 多数热能散失 牲畜 粪便 沼气池 沼渣 肉蛋奶等 沼气 多级利用 秸秆五用 五、研究能量流动的实践意义 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。 稻田除草、除虫等。 合理确定草场的载畜量 牲畜过少，不能充分利用牧草所提供的能量；牲畜过多，就会造成草场的退化，使畜产品的产量下降。 课堂小结 28 本节聚焦 1. 理解记忆生态系统能量流动的过程 2. 理解记忆生态系统能量流动的特点 3. 能根据某营养级生物量计算其他营养级的生物量 4. 概述研究能量流动的实践意义 题型1 蛇 牧草 鼠 猫头鹰 ①如果牧草固定了1000焦耳的能量, 则猫头鹰最少能获得______焦耳能量. ②若猫头鹰要获得1千焦能量, 则至少消耗掉牧草所固定的______千焦能量。 1 40 25 1000 最少消耗 (获得最多) 选最短的食物链 选最大的传递效率20% 最大消耗 (获得最少) 选最长的食物链 选最小的传递效率10% 能量流动的有关计算 最多能获得______焦耳能量. 最多消耗牧草固定的______千焦能量. 如图食物网中，猫头鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇，则猫头鹰的体重若增加20g，至少需要消耗植物的重量为？ 能量流动的有关计算 题型2 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。 六、研究能量流动的实践意义 分析和处理数据 思维训练 32 1.这些玉米的含碳量折算合成葡萄糖是多少？这些葡萄糖储存的能量是多少？ 葡萄糖为：（12+18）/12×2675=6687.5kg 储存的能量为：6687.5×1.6×104 =1.07×108KJ 2.这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？ 呼吸作用消耗的能量：E呼 = M呼×1.6×104 = 2045×1.6×104 KJ = 3.27×107 KJ 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？ 固定的太阳能总量：E固 = EG + E呼 = 1.07×108 KJ + 3.27×107 KJ = 1.397×108 KJ E呼 E固 3.27×107 KJ 1.397×108 KJ = = 23.4% 太阳能利用效率 = E固 E总 1.397×108 KJ 8.5×109 KJ = = 1.64% 4.这块玉米田的太阳能利用效率是多少？ 思维训练 根据计算结果，画出能量流经该玉米种群的图解 六、研究能量流动的实践意义 $$