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

(1)单向流动： 原因： 课前回顾 次级消 费者摄入 用于生长发育繁殖，储存在有机物中 初级消费者同化 初级消费者摄入 … 散失 呼吸作用 遗体 残骸 粪便 分解者利用 散失 呼 吸 作 用 1.能量流经第二营养级的过程: 同化量 = =呼吸作用散失+用于生长发育繁殖(储存在有机物中) (2)逐级递减： 营养级顺序（捕食关系）不可逆 释放的热能不能被重新利用（不循环） 原因：①每一营养级呼吸作用消耗 ②一部分能量未被利用 ③一部分能量被分解者分解 2.能量流动的特点及原因 摄入量-粪便量 1 第3章 生态系统及其稳定性 第2节 生态系统的能量流动 第2课时 【本节聚焦】 能量在生态系统中是怎样流动的？ 怎样理解生态金字塔？ 研究能量流动有什么实践意义？ 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。 间作套种 多层育苗 稻—萍—蛙 二、研究能量流动的实践意义 充分地利用了空间和资源，获得了更大的收益。 2.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。 能量利用率≠能量传递效率 粪便制作沼气 用秸秆作饲料 二、研究能量流动的实践意义 实现能量多级利用，从而大大提高能量的利用率 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。 稻田除草、除虫等。 合理确定草场的载畜量 二、研究能量流动的实践意义 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。 二、研究能量流动的实践意义 我国古代就已发展出“桑基鱼塘”生产方式：利用桑叶喂蚕，蚕沙(蚕粪)养鱼，鱼塘泥肥桑，在桑、蚕、鱼之间形成良性循环。请从生态系统能量流动特点出发，分析这种设计的合理性。 分析：从人类所需出发，通过 对能量的多级利用， 充分利用流经各营养级的能量， 提高能量的利用率，提高生产效益。 对于赛达伯格湖，利用纸板或橡皮泥等材料，纸板面积或橡皮泥体积可用于表示输入一个营养级的能量数值大小，由低营养级到高营养级，可形成什么样的图形？ 464.6 62.8 12.6 能量金字塔 1.什么是能量金字塔？有何特点？ 2.什么是生物量金字塔？有何特点？ 3.在什么情况下，生物量金字塔可能是上宽下窄倒置的金字塔形？ 4.什么是数量金字塔？有何特点？ 5.在什么情况下，数量金字塔可能是上宽下窄倒置的金字塔形呢？ 三、生态金字塔 阅读P57-58，思考： 能量金字塔 生态金字塔 生物量金字塔 数量金字塔 三、生态金字塔 1.能量金字塔： (1)含义： 如果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的次序排列，可形成一个金字塔图形，叫作能量金字塔。 高 低 高 低 能量 营养级 (2)特点及成因 某个湖泊生态系统的能量金字塔示意图 第四营养级 第三营养级 第二营养级 第一营养级 特点：能量金字塔通常都是上窄下宽的正金字塔形 成因：能量在流动过程中总是逐级递减的 直观地反映出生态系统各营养级间能量的关系 (3)意义： 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。 P57思考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？ 10 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 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。 三、生态金字塔 2.生物量金字塔： (1)含义： 将单位时间内各营养级的生物量（每个营养级所容纳的有机物的总干重）的数值，转换为相应面积(或体积)的图形，由低到高绘制成图，可形成一个金字塔图形。 (2)特点及成因： 特点：大多是上窄下宽的正金字塔形 成因：能量在流动过程中总是逐级递减的 在海洋生态系统中，由于生产者（浮游植物）的个体小，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。（如右图） 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要多。 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？ 3.数量金字塔 (1)含义： 将单位时间内个营养级的生物个体的数目，转换为相应面积(或体积)的图形，由低到高绘制成图，可形成一个金字塔图形，叫做数量金字塔。 高 低 高 低 数量 营养级 (2)特点：一般为上宽下窄的金字塔形（正置） 三、生态金字塔 营养级 第二营养级 第一营养级 个体数量 鼠 草 鼬 第三营养级 营养级 第二营养级 第一营养级 个体数量 昆虫 树 如果消费者的个体小而生产者的个体大，则会呈现倒置金字塔。 汉水丑生侯伟作品 数量金字塔 能量金字塔 昆虫 鸟 树 1树 ＞1000昆虫 若干 只鸟 1树 类型项目　　 能量金字塔 数量金字塔 生物量金字塔 形状 特点 通常为正金字塔形 一般为正金字塔形，有时会出现倒金字塔形 大多为正金字塔形 象征含义 能量在沿食物链流动过程中逐级递减 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 一般情况下，生物量在食物链中随营养级升高而减少 每一阶 含义 食物链中每一营养级生物所同化的能量 每一营养级生物个体的数目 每一营养级所容纳的有机物的总干重 特殊形状 无 如人工养殖的鱼塘， 生产者的生物量可以 小于消费者的生物量 如一棵树与树上昆虫及鸟的数量关系： 三、生态金字塔 一、“拼图法”分析能量流动过程 【疑难突破】 1.输入第一营养级的能量(W1)分析 2.输入第二营养级的能量(第二营养级的同化量)D1= 3.从第一营养级到第二营养级的能量传递效率是  A2+B2+C2+D2 D1/W1×100% 生态系统的能量流动过程中的相关最值计算 分析下图食物网，进行相关计算： 1.如果A增重1kg，C最多增重多少千克，最少增重多少千克？ 解析　 ①C增重最多，按最短食物链，最高传递效率： 1 kg×20%×20%＝1/25 kg ②C增重最少，按最长食物链，最低传递效率： 1 kg×10%×10%×10%×10%＝1/10 000 kg。 答案　1/25 kg；1/10 000 kg 二、生态系统中能量传递效率的相关计算 生态系统的能量流动过程中的相关最值计算 分析下图食物网，进行相关计算： 2.如果C增重1 kg，至少需消耗A多少千克，最多需消耗 A多少千克？ 解析　 如果C增重1kg，①消耗A最少，按最短食物链、最高传递效率： 1 kg÷20%÷20%＝25 kg。 ②消耗A最多，按最长食物链、最低传递效率： 1 kg÷10%÷10%÷10%÷10%＝10 000 kg。 答案　25 kg；10 000 kg。 生态系统的能量流动过程中的相关最值计算 分析下图食物网，进行相关计算： 3.如果C从B、F中获得的能量比为3∶1，C增重1 kg，则最少需要消耗A多少千克？ 解析　 消耗A最少，按最高传递效率计算： 沿食物链A→B→C 逆推：3/4 kg÷20%÷20%＝75/4 kg 沿食物链A→D→E→F→C 逆推：1/4 kg÷20%÷20%÷20%÷20%＝625/4 kg 答案　175 kg 1.若能量分配比例未知，计算某一生物获得的最多(或最少)的能量 (1)正推——知低营养级求高营养级 ①获能量最多→选最短食物链，按×20%计算。 ②获能量最少→选最长食物链，按×10%计算。 (2)逆推——知高营养级求低营养级 ①需能量最多→选最长食物链，按÷10%计算。 ②需能量最少→选最短食物链，按÷20%计算。 2.若能量分配比例和能量传递效率已知，则先根据题意写出相应的食物链，再根据能量传递效率、不同食物链获得的能量比例，对每一条食物链上的能量进行计算，最后根据题意相加即可。 二、生态系统中能量传递效率的相关计算 【疑难突破】 思维训练：分析和处理数据 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总量为8.5×109kJ。 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？ 2045×1.6×104KJ=3.272×107 KJ 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？ 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？ 玉米固定的太阳能总量是：1.07×108+3.272×107=1.3972×108KJ 呼吸消耗能量占固定太阳能的比例为：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？ 利用效率：1.3972×108/8.5×109=1.64% 例题1：一只狼捕捉了一只兔子，则这只狼最多能获得兔子20%的能量（ ） × = 某一营养级同化量 上一营养级同化量 能量传递效率 ×100% 与能量传递效率有关的计算 2．下图表示甲、乙两个特定生态系统的能量金字塔 (1)依生态学原理看，同样的玉米，上述哪种营养结构可养活更多的人口？为什么？ (2) 若土壤中含相同浓度的难降解污染物，则甲中的人与乙中的人体内污染物浓度哪个更高？ 乙中更高。--富集作用 甲种营养结构能养活更多的人口，因为乙中人处于第三营养级，能量损耗加大，养活的人口更少。 问题探讨 与能量传递效率有关的计算 1 4 1、已知低营养级同化量，求高营养级同化量： 在食物链“草→兔→鹰”中，假如现有草100kg，则： ①最多可使鹰增重____kg。 ②最少可使鹰增重____kg。 能量传递效率按 来算。 能量传递效率按 来算。 20% 10% 200 50 2、已知高营养级同化量，求低营养级同化量： 在食物链“草→兔→鹰”中，要使鹰增加2kg体重，则： ①最多要消耗草______kg。 ②最少要消耗草_____kg。 能量传递效率按 来算。 能量传递效率按 来算。 10% 20% 问题探讨 与能量传递效率有关的计算 3、多条食物链,已知低营养级同化量，求高营养级 获得能量最多：选最 食物链；按 计算 获得能量最少：选最 食物链；按 计算 短 长 10% 20% 如果A有10000 kg，C最多增加_____kg，最少增加___kg。 400 1 若人的体重增加1 kg，最少需消耗水藻____kg，最多消耗水藻_________kg。 25 100 000 4、多条食物链,已知高营养级同化量，求低营养级 需最少能量：选最 食物链；按 计算 需最多能量：选最 食物链；按 计算 短 长 10% 20% 问题探讨 与能量传递效率有关的计算 5、(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 A.80 g B.900 g C.800 g D.600 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。 1.27 问题探讨 一、概念检测 1. （1）√ （2）× （3）√ 2.C 3.B 练习与应用 二、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）分析这两幅图， 完成这两个生态系统的能量流动图解 （2）哪个生态系统的能量能够更多地被人类利用？为什么？ 图 b 所示生态系统中流向分解者的能量，还有一部分可以以生活能源或食物中化学能的形式被人类再度利用，因此，该生态系统实现了能量的多级、充分利用，提高了能量的利用率。 图a 图b 汉水丑生侯伟作品 2．将一块方糖放入水中，方糖很快就会溶解，消失得无影无踪。溶解在水中的方糖还能再自行变回原来的形状吗？为什么？ 生活在水中的硅藻，它们能利用溶解在水中的硅化物制造自己绚丽精致的外壳，而通常情况下水体中的硅化物含量极为微少，仅有百万分之几，这比方糖溶解后水中的含糖量低得多。硅藻依靠什么力量筑造自己的精美小“屋”呢？ 通过以上事例，你能对能量在生态系统中的作用是否有了进一步的认识？ 不能。在一个封闭的系统中，物质总是由有序朝着无序（熵增加）的方向发展。 硅藻能利用获取的营养通过细胞呼吸释放能量，依靠能量完成物质由无序向有序的转化，维持其生命活动。 能量的输入对于生态系统有序性的维持来说是不可缺少的。 32 $$