3.2 生态系统的能量流动（第2课时）-2024-2025学年高二生物同步课堂精优课件（人教版2019选择性必修2）

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 1、怎样理解生态金字塔？ 2、研究能量流动有什么实践意义？ 视频：稻一鸭一蛙立体农业 在长江九曲回肠的最弯处-湖北地区，人们发明了“稻一鸭一蛙”种植模式。这种绿色生态的种植模式，可以做到全程不用农药和化肥，既省工节本，又保护了生态环境，种出的稻米更香，农民的种植收益还实现了翻倍增长。 1.写出“稻-鸭-蛙”田中的主要食物链。 2.“稻-鸭-蛙”种植模式能否提高水稻的产量，为什么？ 水稻→害虫 人 青蛙 鸭 青蛙和鸭会捕食害虫，减少害虫对水稻的损害；同时鸭的粪便可以为水稻提供养分。 问题探讨（导） 1.生态系统的能量流动有什么特点？ 2、相邻两个营养级间能量传递效率是多少？ 3、为什么能量流动一般不超过5个营养级？ 4、一个生态系统可以没有能量输入吗？ 自学课本56-57页，思考并完成下列小题。 自主探究 二、能量流动的特点 单向流动、逐级递减 10%-20% 在一个系统中营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多。 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。 思考讨论：分析赛达伯格湖的能量流动 Raymond Lindeman 林德曼（1915-1942） 为研究能量流经生态系统食物链时，每一级的能量变化和能量转移效率，1941年美国耶鲁大学生态学家林德曼对结构相对简单的天然湖泊赛达伯格湖的能量流动进行了定量分析。 优点：小、简单、稳定 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。 思考讨论：分析赛达伯格湖的能量流动 林德曼得到的数据如左图所示。 图中数字为能量数值，单位是J(cm2·a) (焦每平方厘米年）。 “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，这里将肉食性动物作为一个整体看待。 讨论1.图中62.8、12.6代表摄入量还是同化量？ 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？ 除最高营养级外，每个营养级有几个去路？ 同化量 不能，呼吸作用散失的能量不能再利用。 呼吸作用以热能形式散失、流入下一营养级、分解者利用、未利用。 任务一、分析生态系统能量流动特点 思考讨论：分析赛达伯格湖的能量流动 2、用表格的形式，将图中的数据进行整理，计算“流出”该营养级的能量占“流入”该营养级能量的百分比（能量传递效率） 。 3、纵向比较，随着营养级的升高 ，同化量有什么变化？与能量守恒定律矛盾吗？为什么？ 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 = + + + 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% = + + + 纵向比较，随营养级升高，同化（流入各个营养级）的能量逐级递减。 与能量守恒定律不矛盾，横向比较，输入生态系统的能量与能量各种去向（流入下一营养级、呼吸散失、分解者利用、未利用）之和相等。 任务一、分析生态系统能量流动特点 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？ 思考讨论：分析赛达伯格湖的能量流动 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 生态系统中能量流动是单向的。 6、解释现象：怎样从能量流动的角度解释“一山不容二虎”？ 能量是单向流动、逐级递减的，营养级越高，得到的能量越少。老虎处于最高营养级，要养活一只老虎，需要大量的生产者，需要很大的捕食范围。 7、解决问题：P54问题探讨，重新选择策略，原因是什么？ 先吃鸡、再吃玉米。食物链短，能量损耗少，人可以获得更多能量。 任务一、分析生态系统能量流动特点 9、长时间没有光照，对生态系统有什么影响，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。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。 如人工鱼塘投喂饲料，此时流入鱼塘生态系统的总能量是生产者固定的太阳能＋人工投入的有机物中的化学能。 8、通过以上分析，你能总结出什么能量流动有什么规律？ 单向流动: 原因①食物链中的捕食关系不可逆转，能量沿食物链依次流过各个营养级，不可逆转，不能循环流动 ②通过呼吸作用散失的热能不能再次被利用 逐级递减: 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 相邻两个营养级之间能量传递效率为10%～20%。 思考讨论：分析赛达伯格湖的能量流动 任务一、分析生态系统能量流动特点 任务二、生态系统能量流动中的计算 能量传递效率 = 下一营养级同化量 上一营养级同化量 ×100% （1）能量传递效率 传递效率计算是两个相邻营养级之间，不是两个体之间，也不是种群之间。 （2）在食物网中能量传递效率“最值”计算 能量在流经各个营养级时,传递效率为 ，食物链越 ，能量损失越多。 长 ①已知低营养级求高营养级（正推型） 获得能量最多 获得能量最少 选最 食物链 选最 食物链 传递效率按 计算 传递效率按 计算 20% 短 长 10% ②已知高营养级求低营养级（逆推型） 需最少能量 需最多能量 选最 食物链 选最 食物链 传递效率按 计算 传递效率按 计算 20% 10% 短 长 10%~20% 1、在分析生态系统的能量流动时经常涉及“总能量”、 “摄入量”、“输入量(输入到某一营养级的能量)”、“同化量”、“粪便量”、“能量传递效率”等说法,则下列说法中正确的是(　　) A.太阳辐射到某一生态系统中的能量即为输入生态系统的总能量 B.生产者积累的有机物中的能量为输入生态系统的总能量 C.某一营养级生物的摄入量减去粪便量,为该营养级生物同化量 D.相邻两营养级生物中高营养级与低营养级生物的摄入量之比表示能量传递效率 2、下列有关生态系统中能量流动的叙述，正确的是(　 ) A．兔子吃了1 kg的草，则这1 kg草中的能量就流入了兔子体内 B．一只狼捕食了一只兔子，则这只兔子中约有10%～20%的能量流入狼的体内 C．生产者通过光合作用合成有机物，能量就从无机环境流入生物群落 D．生态系统的能量是伴随着物质循环而被循环利用的 C C 3、右图表示某生态系统食物网的图解，流经食物链的总能量为y，猫头鹰所得能量最多为 ____ ; 最少为__ ___,猫头鹰体重每增加1kg，至少消耗A约____ 。 y×(20%)2 y×(10%)3 25kg 课后练习（检） 4、如果大鱼要增加1kg体重，那至少需要浮游植物的重量为：_______,最多需要浮游植物的重量为：_______ 25kg 1000kg 5、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____ kg。 沿食物链A→B→C逆推：3/4kg X 5 X 5＝75/4kg 沿食物链A→D→E→F→C逆推：1/4kg X 5 X 5 X 5 X 5＝625/4kg 6、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20 g，至少需要消耗植物的重量为(　　) A．600 g　　B．900 g C．1 600 g D．5 600 g 175kg 7.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 B A 课后练习（检） 8、某同学绘制了如图所示的能量流动图解(其中W1为生产者固定的太阳能)，下列叙述中不正确的是（ ） A.生产者固定的总能量可表示为(A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2) B.由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为D1/W1 C.流入初级消费者体内的能量可表示为(A2＋B2＋C2) D.图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减 C 9、如图为生态系统中能量流动图解部分示意图(字母表示能量的多少)，下列叙述正确的是（ ） A.图中b＝h＋c＋d＋e＋f＋i B.生产者与初级消费者之间的能量传递效率为b/a×100% C.“草→兔→狼”这一食物链中，狼粪便中的能量属于d D.缩短食物链可以提高能量传递效率 C 10、如图表示某一生态系统中的能量流动过程,其中甲、乙、丙代表生物成分,A、B、C、D、E、F代表能量。下列叙述错误的是(　　) A.A流入甲是通过光合作用实现的 B.E表示的是各营养级呼吸作用散失的能量 C.C/B的值可代表能量由第二营养级流向第三营养级的传递效率 D.生态系统中甲所含的能量可能大于乙和丙所含能量总和 C 课后练习（检） 1、生态金字塔有几种类型？ 2、什么是能量金字塔？有何特点及意义？ 3、什么是生物量金字塔？有何特点及意义？ 4、什么是数量金字塔？有何特点及意义？ 5、研究能量流动有何实践意义？请举例说明。 自学课本56-57页，思考并完成下列小题。 自主探究 生态金字塔包括能量金字塔、数量金字塔和生物量金字塔 任务：完成生态金字塔相关任务 1、模型构建： ①将赛达伯格湖的各营养级输入能量数值用相应面积的图形表示，按营养级由低到高依次排列。 能量分析 生产者 植食性动物 肉食性动物 分解者 输入能量 464.6 62.8 12.6 14.6 赛达伯格湖的能量流动数据分析[单位J/(cm2·a)] 肉食性动物 12.6 生产者 464.6 植食性动物 62.8 合作探究（议） 能量金字塔： 第一营养级 第二营养级 第三营养级 第四营养级 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，叫做能量金字塔。 意义： 直观的反映出生态系统各营养级间能量的关系。 特点： 通常都是上窄下宽的正金字塔形。 概念： 能量在流动中总是逐级递减的。 原因： 什么是能量金字塔？有何特点及意义？ 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？ 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。 二、生态金字塔 任务：完成生态金字塔相关任务 1、模型构建： ②根据两个生态系统的生物量统计表（单位为g/m2）分别建构两个生态系统的生物量金字塔，并讨论在什么情况下，生物量金字塔可能是上宽下窄倒置的金字塔形？ 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 某海域 第一营养级 第二营养级 第三营养级 营养级 生物量（g∙m-2） 4 11 96 生物量（g∙m-2） — 21 4 合作探究（议） 生物量金字塔： 什么是生物量金字塔？有何特点及意义？ 　海洋生态系统中，浮游植物(生产者)个体小，寿命短，又不断被捕食，因而某一时间调查到的生物量可能低于浮游动物的生物量。但总的来看，一年中浮游植物的总的生物量还是比浮游动物的多。 概念： 特点： 大多呈上窄下宽的金字塔。 如果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）之间的关系，形成生物量金字塔。 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。 意义： 可能倒置的原因： 原因: 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。 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 二、生态金字塔 ③夏季两个生态系统的生物个体数量统计表（单位:个/hm2）分别建构这两个生态系统的数量金字塔，并讨论在什么情况下，数量金字塔可能是上宽下窄倒置的金字塔形呢？ 任务：完成生态金字塔相关任务 1、模型构建： 名称 某草地 某温带森林 生产者 15 000 000 2 000 初级消费者 2 000 000 1 500 000 次级消费者 900 000 1 200 000 三级消费者 10 20 某草地 某温带森林 合作探究（议） 数量金字塔： 什么是数量金字塔？有何特点及意义？ 概念： 特点： 大多呈上窄下宽的金字塔，有时也可呈上宽下窄倒置的金字塔形，如昆虫和树。 意义： 可能倒置的原因： 表示各个营养级的生物个体的数目比值关系，就形成数量金字塔。 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。 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 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。 二、生态金字塔 营养级 第二营养级 第一营养级 个体数量 昆虫 树 项目 能量金字塔 生物量金字塔 数量金字塔 形状 每层含义 特点 象征意义 特殊形状 某些人工生态系统(如人工鱼塘)可呈现倒置状况 一般为上窄下宽的金字塔形 一般为上窄下宽的金字塔形 一般生物量随食物链中营养级的升高而减少 一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而减少 浮游植物个体小，寿命短，又会不断被捕食，因而某一时间呈现倒置金字塔形 如果消费者个体小而生产者个体大，就会呈现倒置金字塔形，如昆虫和树 单位时间内，每一营养级生物所同化的能量的多少 单位时间内,每一营养级生物所容纳的有机物的总干重 单位时间内,每一营养级生物个体的数目 自然生态系统一定为上窄下宽的金字塔形 能量在流动过程中总是逐级递减 列表比较生态金字塔 1、增大流入生态系统的总能量 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。 玉米小麦套种 多层育苗 稻—萍—蛙 为什么可以增加流入生态系统的总能量？ （1）充分利用了空间； （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。 三、研究能量流动的实践意义 玉米包菜间作套种 2、提高能量利用率 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。 沼气池实现了对能量的多级利用，大大提高了能量的利用率，能量的利用率≠能量的传递效率。能量传递效率是相邻两个营养级之间的同化量之比，不能提高。 用秸秆作饲料 粪便制作沼气 沼渣田肥 三、研究能量流动的实践意义 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 3、调整能量流动关系 三、研究能量流动的实践意义 思维训练——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？ 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？ 6687.5kg 1.07×108kJ 6687.5×1.6×104kJ = 2045×1.6×104kJ= 3.272×107kJ 2675×180(C6H12O6)÷72(C6)= 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% 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 思维训练——分析和处理数据 1、甲、乙、丙、丁是某同学绘制的生态金字塔，下列与之相关的说法，错误的是（ ） A.生态金字塔包括能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔，基本呈现图丙所示形态 B.由于能量流动具有逐级递减的特征，能量金字塔通常呈现丙图所示形态 C.不能用图甲表示生物数量金字塔 D.生态金字塔中每一层代表一个营养级，分解者不包含在其中 2.某湖泊的能量金字塔如图所示，下列相关叙述正确的是(　　) A．该能量金字塔中的a、c分别代表生产者、三级消费者 B．图中所有生物构成一条食物链 C．一个生态系统中营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多 D．对于森林生态系统来说，往往一棵树上栖息着很多昆虫，该生态系统中的能量金字塔呈倒置状态 C C 课后练习（检） 4、下列关于生态系统能量流动的原理在实践中的应用的叙述，错误的是（ ） A.除虫、除草可以让农田生态系统中的能量更多地流向对人类更有益的部分 B.多途径利用农作物可以实现对生态系统中能量的多级利用 C.根据草场能量流动的特点，可以合理确定草场的载畜量，从而保持畜产品的持续高产 D.“桑基鱼塘”的生产方式，在桑、蚕、鱼之间形成良性循环，将提高能量传递效率 D 5、茶树菇味道鲜美，常生长在油茶树枯朽的树桩上。某林场尝试在树下套种茶树菇，并用桐树、柳树、杨树脱落的枝叶制作培养基。下列相关叙述正确的是( ) A.油茶树枯朽树桩中的能量不属于油茶树的同化量 B.生长在油茶树树桩上的茶树菇属于生态系统中的分解者 C.套种措施可以提高树木和茶树菇对阳光等资源的利用率 D.该林场提高了能量的传递效率，实现了能量的多级利用 3、如图为某一生态系统的能量金字塔，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的营养级，E1、E2代表能量的形式。下列叙述正确的是( ) A.Ⅰ是消费者 B.Ⅳ为分解者 C.E1为太阳能，E2为热能 D.能量可在食物链中循环利用 C B 课后练习（检） 知识框架 一、概念检测 1．生态系统中所有生物的生命活动都需要能量，而不同营养级的生物获取能量的途径是有差别的。据此判断下列表述是否正确。 （1）太阳能只有通过生产者才能输入到生态系统中。（ ） （2）生态系统中初级消费者越多，次级消费者获得的能量越少。（ ） （3）能量沿食物链流动是单向的。（ ） 2．流经神农架国家级自然保护区的总能量是（ ） 该保护区中生产者体内的能量 照射到该保护区的全部太阳能 该保护区中生产者所固定的太阳能 该保护区中所有生产者、消费者、分解者体内的能量 3．在一定时间内，某生态系统中全部生产者固定的能量值为a，全部消费者所获得的能量值为b，全部分解者所获得的能量值为c，则a、b、c之间的关系是（ ） A.a=b+c B.a＞b+c C. a＜b+c D.c=a+b √ × √ C 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所利用？为什么？ × × ① ② 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利用，提高了能量的利用率。 练习与应用 太阳能 农作物 家畜、家禽 人 太阳能 农作物 家畜、家禽 人 沼气池 (含微生物) 食用菌 二、拓展应用 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？ 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。 练习与应用 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。 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。 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？ $$