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

第3章 生态系统及其稳定性 【本节聚焦】能量在生态系统中是怎么流动的？ 第2节 生态系统的能量流动 （第一课时） 能量流动过程及其特点 人教版高中生物选择性必修2 学习目标、重难点 核心素养 1、阐述生态系统能量流动的过程 2、说出生态系统能量流动的特点 3、通过依次对不同营养级能量的来源和去路分析，建构出生态系统能量流云的一般模型，提高学生的知识归纳、合作探究能力。 1、生命观念:通过学习生态系统的能量流动过程，建立物质和能量观。 2、科学思维:利用图示、模型构建生态系统的能量流动过程。 3、社会责任:认同利用能量流动规律，更加科学、有效地利用生态系统中的资源。 1.教学重点： 生态系统能量流动的过程及特点 2.教学难度 生态系统能量流动的过程 2 能量流动、物质循环、信息传递 生态系统 的成分 生态系统 的营养结构 非生物的物质和能量 生物 群落 生产者 消费者 分解者 生态系统的结构 捕食 食物链 食物网 物质循环和能量流动的渠道 知识回顾 功能 决定 ✔ 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？ 方案1 方案2 先 后 一部分 吃鸡蛋 一部分 问题探讨 1.玉米、人等生物获得的能量最初来自哪里？最终去向？ 2.在简图中用“→”表示能量流动过程： 传递、转化 太阳能 生产者 消费者 分解者 热能 输入 输出 （散失） 能量流动的概念: 生态系统中能量的 、 、 、 的过程。 输入 传递 转化 散失 课本P54 问题探讨 选择哪个层次作为研究对象？ 科学方法——研究能量流动的基本思路 (1)能量流经个体的情况： (2)如果把这个种群作为一个整体来研究，左图应概括成哪种形式？ (3)如果把一个营养级中的所有种群看成一个整体，上图应概括成哪种形式？ 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。 如果以种群为研究对象，能量流动的渠道为食物链，在分析时，可能因为食物网的复杂性而影响结果的准确性。 可以比较精确地测量每一个营养级能量的输入值和输出值。 你体重是多少？从小到大吃的食物和你的体重一样重吗？吃多少食物就能长一样的体重吗，原因可能是什么？ 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 能量输入 种群 能量储存 能量散失 能量输入 某营养级 能量储存 能量输入 能量储存 能量散失 研究生态系统中能量流动一般在群体水平上 想一想 自学课本54-55页，思考并完成下列小题。 1、什么是生态系统的能量流动？   2、输入生态系统的能量来源是什么？都能被生产者利用吗？   3、能量如何输入生态系统的第一营养级？    4、输入第一营养级的能量去路分别是什么？   5、植物体有机物中能量去路分别是什么？   6. 流入第二营养级的能量去向分别是什么？ 自主预习（思） 02 ①输入：生产者通过 固定的太阳能总量（主要）； ②传递：以有机物中 能的形式沿着 传递（主要）； ③转化：光能→ 能→ 能（主要）； ④散失：通过各营养级及分解者的呼吸作用以 能形式散失（主要）； 光合作用 食物链和食物网 有机物中化学 热 热 化学 1.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。 一、研究能量流动的基本思路 生产者、消费者的遗体中的能量会流入分解者。 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。 生产者通过光合作用将光能转化成为化学能，固定在它们所制造的有机物中（其次还有化能合成作用） 1.输入 ①能量来源: 太阳能 ②能量流动的起点: 生产者固定太阳能 ③流经生态系统的总能量: 生产者所固定的全部太阳能 ④能量输入过程: 若为人工生态系统，流经生态系统的能量为生产者固定的太阳能总量和人工补充的能量 二、能量流动的概念 2.传递： ①能量传递的途径（渠道）： 食物链和食物网 ②能量传递的形式： 有机物中的化学能 3.转化： 太阳能 有机物中的化学能 热能 光合作用 呼吸作用 4.散失： 热能 ①散失的主要途径： ②散失的形式: 细胞呼吸 生产者 生产者、消费者、分解者 二、能量流动的概念 生产者所固定的全部太阳能 用于生长、 发育和繁殖 初级消费者摄入 （植食性动物） 残枝 败叶 分解作用 散失 呼吸作用 散失(热能） 1.能量流经第一营养级的过程 1% 光合作用 99% 被地球表面大气层吸收、散射和放射 被存储于自身有机物中的能量（多糖、 蛋白质、脂肪等） 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。 小草的能量来自哪里？ 光能全部被草吸收了吗？ 草固定的能量有哪些去向？ 分解者利用 同化量 被用掉的能量——已同化的能量以ATP形式为各项生命活动供能（主动运输、蛋白质合成等功能）。另一部分能量是以热能的形式散失掉的。 ①流入第一营养级（生态系统）能量= 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 能量转化： 。 光能→化学能 二、能量流动的过程 同化作用又叫合成代谢，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。 （非己→自己） 同化作用 1 异化作用 2 异化作用又叫分解代谢，是指生物体把自身的一部分组成物质加以分解，释放出其中的能量，供给生命活动的过程。 （自己→非己）  任务一：能量在第一营养级（生产者）中流动 1、理清能量之间的关系 输入第一营养级的能量= + ； 植物生长、发育和繁殖的能量= + 。 2、构建能量在第一营养级中流动模型： 输入生态系统的能量： 生产者所固定的全部太阳能 用于生长、发育和繁殖等 初级消费者摄入 （第二营养级） 分解者利用 残枝败叶 分解作用 热能形式散失 呼吸作用 热能形式散失 太阳能 有机物中化学能 热能 呼吸作用以热能形式散失 用于生长、发育和繁殖 流入下一营养级 分解者利用 生产者固定的太阳能总量，人工生态系统还有人工补充的能量（例如饲料中有机物中的化学能）。 转化： 合作探究（议） 思考：兔子把草吃进肚子里，草中的能量都被兔子吸收(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（草）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 二、能量流动的过程 14 同化 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 二、能量流动的过程 摄入 思考：兔同化了小草的能量后，这些能量有哪些去向？ 任务二：能量在第二营养级（初级消费者）中流动 1、理清能量之间的关系 摄入量指动物取食的总量即食物总量；同化量是指该动物经过消化和吸收后转化为自身的能量。 初级消费者摄入的能量= + ； 初级消费者同化的能量= + ； 初级消费者用于生长、发育、繁殖的能量= + ； 输入初级消费者的能量是摄入量还是同化量？ 初级消费者粪便中的能量属于初级消费者同化量吗？ 不属于，属于第一营养级（生产者）的同化量 初级消费者的同化量； 初级消费者同化量 粪便量 呼吸作用散失的能量 用于生长、发育和繁殖的能量 流入次级消费者 分解者利用 呼吸作用以热能形式散失 用于生长、发育和繁殖 流入下一营养级 分解者利用 消费者能量去向 合作探究（议） 初级消费者摄入量 初级消费者粪便量（未同化，属于上一营养级） 消费者同化量 自身呼吸作用散失 生长发育繁殖的能量 分解者利用的能量 下一个营养级摄入量 下一营养级粪便量 下一营养级同化量 2.能量流经第二营养级的过程 摄入量 = 同化量 + 粪便量 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＋捕食者摄入＋分解者利用 二、能量流动的过程 能量流经第三、四营养级的过程与第二营养级的情况大致相同。 3.能量流经最高营养级（鹰）的过程 最高营养级没有流入 下一营养级的能量去向 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 思考：鹰同化兔的能量后，这些能量有哪些去向？ 同化 能量在食物链中流动的形式： 有机物中的化学能 摄入量 = 同化量 + 粪便量 同化量 = 呼吸作用散失＋自身生长发育繁殖 未被利用 定时分析 注意: 如果在每一时间段去分析去向，还应有未被利用的能量(最终也将被分解者利用)。 二、能量流动的过程 生产者固定太阳能 （同化量） 呼吸作用以热能的形式散失 用于生长、 发育和繁殖等 （储存在有机物中） 随残枝败叶流向分解者 初级消费者摄入量 初级消费者同化量 粪便量 流向分解者 呼吸作用以热能的形式散失 用于生长、 发育和繁殖等 （储存在有机物中） 随遗体残骸流向分解者 次级消费者摄入量 ①途径：食物链和食物网 ②形式：有机物中的化学能 …… 3.归纳各营养级能量去向 二、能量流动的过程 能量来源 呼吸作用散失 太阳能 生产者 同化能量去路 某个营养级 总能量 固定的太阳能总量 各级消费者 上一个营养级 生产者： 各级消费者： 同化总量 =摄入量-粪便量 流入下一营养级 被分解者利用 均属于用于自身生长、发育和繁殖的部分 最高营养级没有流入下一营养级的能量去向 3.归纳各营养级能量去向 二、能量流动的过程 生产者 呼吸 初级消费者 呼吸 次级消费者 分 解 者 … 呼吸 三级消 费者 呼吸 呼吸 生产者固定的太阳能总量流经这个生态系统的总能量 输入 传递 散失 粪便 4、生态系统能量流动的示意图 ①每个箭头及箭头的方向、大小、菱形方块的大小代表什么含义？ ②能量流动的渠道是？能量散失的途径是？流动过程中能量的转化是？ ③初级消费者粪便中的能量属于以上哪个颜色箭头的部分？ 以有机物中的化学能的形式沿食物链向下一营养级传递 遗体残骸 二、能量流动的过程 生产者 呼吸 初级消费者 呼吸 次级消费者 分 解 者 … 呼吸 三级消 费者 呼吸 呼吸 生产者固定的太阳能总量流经这个生态系统的总能量 输入 传递 散失 以有机物中的化学能的形式沿食物链向下一营养级传递 粪便 4、生态系统能量流动的示意图 1.箭头由粗到细： 2.能量流动的方向(以箭头表示)： 3.菱形面积越来越小： 表示能量逐级递减。 单向流动。 营养级别越高，保存在生物体内的能量就越少。 遗体残骸 二、能量流动的过程 (3)初级消费者粪便中的能量属于哪个箭头： 。 生产者 呼吸 初级消费者 呼吸 次级消费者 分 解 者 … 呼吸 三级消 费者 呼吸 呼吸 输入 传递 散失 遗体残骸 粪便 4、生态系统能量流动的示意图 (1)能量传递的途径和形式： 。 以有机物的形式沿食物链和食物网向下一营养级传递 (2)能量散失的途径和形式： 。 呼吸作用中以热能形式散失 (4)代表初级消费者的同化量的箭头: 。 ①或②＋③＋⑤ (5)代表初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量的箭头: 。 ①－③或②＋⑤ ④ ① ② ③ ④ ⑤ 二、能量流动的过程 易错点训练： 生态系统能量流动的分析 1.下图为能量流经某生态系统第二营养级的示意图： （1）第一营养级流向分解者的能量是20J/（cm2.a）（ ） （2）第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量是50J/（cm2.a）（ ） （3）第三营养级同化的能量是15J/（cm2.a）（ ） × × × 二、能量流动的过程 3. 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，其去向不应包括（　 ） A.通过兔子呼吸作用释放的能量 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.流入到狐体内 2.大象是植食性动物，有一种蜣螂则专以象粪为食，假设一大象在某段时间内摄入的植物总量为108KJ，所同化的能量为107KJ，则大象从植物体内获得的能量_______KJ，这部分能量流入蜣螂体内的约为_____KJ。 107 0 粪便量属上一营养级（草）的同化量。 B 二、能量流动的过程 练习：如图为草原生态系统的能量流动图解模型（G、H、I属于D、E、F）： 1._____________________表示流入各营养级生物的能量 写出其中等量关系__________________ 2.__________分别表示草、兔子、狼呼吸作用消耗的能量； 3.____________分别表示分解者分解利用的能量； 4.兔子用于生长、发育和繁殖的能量=_____________； 5._____中能量包括兔子尸体及狼粪便中的能量 A、B、C、D、E、F C+K或B-H G、H、I J、K、L A=D、B=E、C=F K 学以致用 注意 （1）并不是所有生态系统的能量输入都只有生产者。 人工鱼塘等生态系统的输入能量还包括饲料中有机物中的能量。 （2）能量流动并不是只在食物链（网）中传递。 生产者、消费者、分解者的遗体中的能量会流入分解者。 （3）生产者同化的能量就是其通过光合作用制造的有机物中的能量，即总光合作用量。用于生产者自身生长、发育和繁殖的能量需除去其呼吸消耗的能量，即净光合作用量。 （4）初级消费者同化量中流入分解者的能量=初级消费者遗体残骸+次级消费者粪便中所含的能量。 生态系统中的能量流动 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？ 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。 不能。能量流动是单向的。 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？ 如何证明呢？ 三、能量流动特点 研究目的 研究能量流经生态系统的食物链时，每一级的能量变化和能量转移效率。 研究对象 结构相对简单的天然湖泊 ——赛达伯格湖 科学家 美国 生态学家 林德曼 (R.L.Lindeman) 研究内容 对该湖的能量流动进行了定量分析 优点：边界明显，封闭性强，变化小、简单、稳定 三、能量流动特点 赛达伯格湖的能量流动图定时定量分析。 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。 思考： 1.流入（输入）该生态系统的总能量？ 2.图中62.8、12.6代表摄入量还是同化量？ 3.植食性动物粪便中的能量属于12.5，还是2.1？ 4.图中2.1指的是什么？包括哪几部分？ 464.6 植食性动物的遗体和肉食性动物的粪便 三、能量流动特点 1．用表格的形式，将图中的数据进行整理 注:为研究方便，这里把肉食性动物作为一个营养级 营养级 流入能量 （同化量） 流出能量 流入下一级 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 62.8 96.3 12.5 293 12.6 18.8 2.1 29.3 7.5 微量 5.0 / 2．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 三、能量流动特点 营养级 流入能量 （同化量） 流出能量 流入下一级 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 62.8 96.3 12.5 293 12.6 18.8 2.1 29.3 7.5 微量 5.0 / 2．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 = 某一营养级同化量 上一营养级同化量 ×100% 第一营养级和第二营养级的传递效率 ， 第二营养级与第三营养级的传递效率 ， 13.5% 20.1% 一般来说，能量在相邻两个营养级间的传递效率为10%～20%。 13.5% 20.1% 三、能量流动特点 讨论2：从箭头方向来看，能量流动是否会逆转，能不能循环流动？为什么？ 讨论1：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入下一营养级？ 各营养级的能量都有：一部分通过呼吸作用以热能形式散失； 一部分被分解者利用； 一部分未利用 能量不会逆转，不能循环流动，因为: ①生态系统各营养级间的捕食关系是不可逆转的 ②各营养级通过呼吸作用散失的热能无法再被生物 利用。 生态系统中能量流动是单向的 三、能量流动特点 讨论3：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。 (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 营养级流向____营养级，不可 _____ ，也不能___________ 。 食物链 低 高 逆转 循环流动 (2)从数值上看： 逐级递减 （能量传递效率为10%～20%） 注意： 1.任何生态系统都需要不断得到能量补充，以便维持生态系统的正常功能， 2.营养级越多，在能量流动中消耗的能量越多，一般不超过5个营养级。 判断 (1) 一只狼捕食了一只兔子，意味着这只兔子中约有10%～20% 的能量 流入狼的体内。（ ） × (2) 相邻两个营养级的能量传递效率一定是10%～20%。（ ） × 能量的传递效率指的是相邻两个营养级之间 人工生态系统被人为优化资源分配和减少能量损失，能量传递效率高于20%。 三、能量流动特点 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。 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？ 方案1 方案2 先 后 一部分 吃鸡蛋 一部分 二、能量流动的过程 原因：先吃鸡，减少了鸡的消耗，缩短食物人获得的能量更多，持续时间更久。 ①源头： 。 ②起点：从 开始。 ③流入生态系统总量： 。 ④主要方式：__________。 ⑤能量转化： 。 能量流动小结 概念 生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程 过 程 输入 生产者固定太阳能 生产者固定的太阳能总量 光合作用 ①传递渠道： 。 ②传递过程： 食物链和食物网 传递 转化 散失 ①大部分热能形式散失， ②需要分解者的分解作用和每一级生物的呼吸作用 生产者→初级消费者→次级消费者…… 太阳能 课堂小结 光能→化学能 能量流动特点：单向流动，逐级递减 人教版高中生物选择性必修2 【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 3、能量流动的相关计算和食物链的一般构建方法 第2节 生态系统的能量流动 第二课时 生态金字塔和研究能量流动的实践意义 第三章 生态系统及其稳定性 学习目标、重难点 核心素养 1.通过分析能量在营养级间的流动情况和赛达伯格湖的能量流动，概述生态系统中能量流动的过程和特征。 2.用生态金字塔表征生态系统中各营养级间的能量、生物量和数量等关系 3.概述生态系统能量流动的意义 1.科学思维:分析生态系统中的能量在生物群落中单向流动并逐级递减的规律；解释生态金字塔表征了失望各营养级之间在个体数量、生物量和能量方面的关系 2.科学探究：通过探究学习掌握生态系统能量流动的规律，利用相关知识分析和解决实际问题 3.社会责任：举例说明利用能量流动规律，人们能够更加科学、有效地利用生态系统中的资源 1.教学重点：生态系统的能量流动过程 2.教学难点： （1）分析生态系统能量流动的过程 （2）尝试调查当地生态系统的能量流动情况 40 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 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 模型构建：构建食物链的能量流动模型 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 特点： 单向流动，逐级递减 温故知新 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. 用相应面积或体积的图形表示 思考：表示生态系统能量流动，逐级递减的特点，除了用图中数字表示外，你还能用什么方法呢？ 生产者 464.6 植食性动物 62.8 肉食性动物 12.6 能量金字塔： 自然生态系统中都是上窄下宽的正金字塔形。 温故知新 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。 生态金字塔包括能量金字塔、数量金字塔和生物量金字塔 自主探究 1.概念： 把生态系统中各个营养级有机体的生物量、个体数量或能量，按营养级的顺序由低至高排列起来，所绘制的图形成为生态金字塔 2.类型： 包括能量金字塔、数量金字塔和生物量金字塔 ①能量金字塔：单位时间内各营养级所能得到的数量值转换为相应面积（或体积）的图形，并将图像按照营养级的次序排列，可形成一个金字塔图形。 ②生物量金字塔：每一级体积代表生物量值（所容纳有机物的总干重）。 ③数量金字塔：每一级体积代表个体数。 小鸟 昆虫 树 一、生态金字塔 1、能量金字塔 （1）概念：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。 肉食性动物 12.6 生产者 464.6 植食性动物 62.8 （2）特点：通常都是上窄下宽的正金字塔形。 （3）原因：能量在流动中总是逐级递减的。 (自然生态系统中的能量金字塔一定为正金字塔） （4）意义：直观的反映出生态系统各营养级间能量的关系 高 低 能量 低 营养级 高 一、生态金字塔 营养级 思考：右图为某城市生态系统能量金字塔，为什么呈倒置状态也能维持生态系统的正常运行？ 从生态系统外输入大量的有机物 一、生态金字塔 高 低 能量 低 高 人工生态系统能量金字塔即可以为正金字塔，也可以是倒金字塔 如果不是自然的呢？ 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。 旁栏思考 47 面积（或体积）表示各个营养级生物个体数之间的比值关系，即为数量金字塔。 2. 数量金字塔 大多也是上窄下宽的正金字塔形。 也可呈上宽下窄倒置的金字塔形，如昆虫和树。 （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。 （1）概念： （2）特点： 思考：如果消费者个体小而生产者个体大，如昆虫和树。相应的数量金字塔是怎样的呢？ 一、生态金字塔 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。 （1）概念： （2）特点： 大多呈 的金字塔。 上窄下宽 但是也有可能倒置 3. 生物量金字塔 某湖泊的生物量 某海域的生物量 浮游植物 浮游动物 生产者 初级消费者 次级消费者 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 （4）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。 （3）原因 一、生态金字塔 50 生态学家调查某一时刻不同生态系统中的生物量,所得数据如图所示 资料2 营养级 某湖泊 某海域 浮游植物 96 4 浮游动物 11 21 鲈鱼 4 － 夏季两个生态系统的生物量统计表，单位为g∙m-2 根据表格，分别建构两个生态系统的生物量金字塔。 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 思考：浮游植物个体小，世代周期短，繁殖能力强。为什么海域会出现金字塔倒置的现象？ 海洋生态系统中，浮游植物个体小，世代周期短，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。但一年内浮游植物总的生物量还是比浮游动物多。因此生物量金字塔会出现倒置。 生物量：每个营养级所容纳的有机物的总干重 当生产者个体小，寿命短，生物量金字塔也有可能倒置 一、生态金字塔 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，每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的 单位时间内，每营养级所容纳的有机物的总干重 一般为正金字塔,有时会出现倒金字塔形 一般生物量随食物链中营养级的升高而减少 单位时间内，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 一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而减少 一、生态金字塔 意义：生态金字塔是可以更为直观的反映生态系统各营养级之间所容纳的能量、生物量（有机物的总干重）、个体的数目的关系。 列表比较三种生物金字塔 (1)由于能量在流动的过程中逐级递减，所以营养级越高，该营养级的总 能量及生物的数量就会越少(　　) (2)生物量金字塔、数量金字塔同能量金字塔一样都是正置的(　　) × × 营养级越高，该营养级的总能量就会越少，但生物的数量不一定少。 生物量金字塔和数量金字塔有可能出现上宽下窄的倒置形状。 生态金字塔·判断正误P41 思维训练 分析和处理数据 1926年，一位生态学家研究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。 53 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 二、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。 请根据以上数据计算： 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% 二、研究能量流动的实践意义 55 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 思考：生态系统的能量流动是单向的、逐级递减的，人类无法改变这一规律，那么如何利用这一规律来指导生活和生产实践呢？ 思维训练 分析和处理数据 二、研究能量流动的实践意义 资料1：农业中的间作套种、多层育苗农业生产方式。 1.间作套种、多层育苗等立体农业生产方式有什么意义？ 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。 甘蔗和大豆间种 冬小麦夏玉米套作 蔬菜大棚中的多层育苗 稻-萍-蛙立体农业生产 二、研究能量流动的实践意义 间作套种 多层种植 稻-萍-蛙 立体栽培 思考1：为什么可以增加流入生态系统的总能量？ 间作：一般指几种作物同时期播种 套种：几种作物不同时期播种 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。 （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； 二、研究能量流动的实践意义 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? 用秸秆作饲料 粪便制作沼气 实现能量多级利用，从而大大提高能量的利用率 资料2：请根据你所学知识，对于下列措施进行评价 注：多级利用≠循环利用,能量不能循环利用； 二、研究能量流动的实践意义 概念辨析：能量传递效率与能量利用率 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= 生产者固定总能量 流入最高营养级的能量 ×100% ①能量传递效率：能量在相邻两个营养级之间传递。 ②能量利用率：流入最高营养级的能量占生产者能量的比值，或考虑分解者的参与，以实现能量的多级利用。 注意： (1)能量利用率≠能量传递效率; (2)食物链越短，能量利用率越高; (3)能量传递效率在10-20%之间，一般不能提高。 二、研究能量流动的实践意义 放牧量太少 过度放牧 合理放牧 资料3：从能量流动的角度分析，稻田除草、除虫的意义是什么？ 帮助人们合理地调整生态系统的能量流动关系，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 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 (1)拔去田地中的杂草是人为地调整能量流动的方向，提高生态系统的能量传递 效率(　　) (2)利用农作物秸秆培育蘑菇，实现了生态系统中能量的循环利用(　　) (3)研究能量流动可调整能量流动关系，使生产者固定的能量全部流向人类(　　) × × 不能提高生态系统的能量传递效率。 × 能量流动是单向流动，且逐级递减的，不能循环利用。 使能量持续高效地流向对人类最有益的部分， 但生产者固定的能量不可能全部流向人类。 研究能量流动的实践意义·判断正误P43 [思考] 下列做法的意义： ①桑基鱼塘——桑叶养蚕，蚕蛹喂鱼，塘泥肥桑。 ②秸秆还田 ③玉米田除虫 ④草原合理确定载畜量：放的牲畜太少不能充分利用牧草提供的能量，放牧过多会造成草场退化，使得畜产品产量下降。 ①②实现能量的多级利用，提高能量的利用率 ③④合理调整能量流动关系，使得能量持续高效流向对人类最有益的部分。 课堂小结 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。 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 练习与应用 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。 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？ 练习与应用 与能量传递效率有关的计算 PART ONE 1.每个营养级的同化量 未被利用的能量 2.各营养级用于生长、发育、繁殖等生命活动的能量分别是？ 3.利用“拼图法”可得到的关系式？ W1、D1 B1、B2 未利用 生长、发育、繁殖的能量=同化能量-呼吸作用散失的能量W1-A1 、D1—A2 生长、发育、繁殖的能量=传递到下一营养级的量+流向分解者的量+未利用的量 B1+C1+D1 B2+C2+D2 传递 例题 利用“拼图法”分析能量流动过程 相邻营养级的能量传递效率：10%～20%，计算方法如下： 该营养级同化量 上一营养级同化量 ×100% 能量传递效率 ＝ 能量传递效率针对的是相邻两个营养级之间的同化量之比，且能量传递效率不能提高。 例题：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（ ） × 演练1. 假设某初级消费者摄入的能量为a，其粪便中的能量为b，通过呼吸消耗的能量为c，用于生长、发育和繁殖的能量为d，则流入次级消费者的能量最多为(　　) A．(a＋b)×20% B．(c＋d)×20% C．(a－c)×20% D．(b＋d)×20% 演练2．在食物链“青草→兔子→鹰”中，若青草固定的太阳光能是2×106 kJ。则第二营养级到第三营养级的能量传递效率是(　　) A．16% B．10% C．18% D．12% 摄入量/kJ 同化量/kJ 兔子 3.6×105 3.2×105 鹰 4.32×104 3.2×104 B B 实战演练 1 4 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% 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，要使鹰增加2kg体重，则： 200 50 2、已知高营养级同化量，求低营养级同化量： 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% 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） 演练3.右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 浮游植物 浮游动物 小鱼 大鱼 1000kg 10% 10% 10% 20% 20% 25kg 1kg 例1：大鱼体重增加1kg，最多(至少）需要浮游植物多少千克 3.由最高营养级推导生产者（消耗量） 例2.如果A消耗10000 kg， C最多增重_____千克，最少增重___千克 400 1 获得能量最多：选最短食物链；按×20%计算 获得能量最少：选最长食物链；按×10%计算 10000 2000 400 1000 100 10 1 演练4．根据图示的食物网，若黄雀的全部同化量来自两种动物，蝉和螳螂各占一半，则当绿色植物增加G千克时，黄雀增加体重最多是(　　) A．G/75千克　　　B．3G/125千克 C．6G/125千克 D．G/550千克 A 4.由生产者推导最高营养级（获得量） 例3.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？ 沿食物链A→D→E→F→C逆推：1/4kg× 5 × 5 × 5 × 5＝625/4kg 消耗A最少，按最高传递效率20%计算（前级是后级5倍）： 75/4kg+625/4 kg=175kg 沿食物链A→B→C逆推：3/4kg × 5 × 5＝75/4kg 5.在能量分配比例已知时，按比例分别计算，最后相加 演练5.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 B 演练6.下图为一食物网。若要使丙体重增加x，已知其食用的动物性食物(乙)所占比例为a，则至少需要的生产者(甲)的量为y，那么x与y的关系可表示为(　　) A．y＝90ax＋10x B．y＝25ax＋5x C．y＝20ax＋5x D．y＝10ax＋10x C 演练7.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 设现有A能量为150，当A流向B和C的能量为1:1时，C获得的能量为： 75×10%×10%+75×10%=8.25 当A流向B和C的能量为1:2时，C获得的能量为： 50×10%×10%+100×10%=10.5 所以，C获得的能量是原来的10.5/8.25=1.27倍 1.375 设当食物比例A：B=1：1时，C的能量为x 则需要的A为1/2x÷10%+1/2x÷10%÷10%=55x 设当食物比例A：B为2：1时，C的能量为y 则需要的A为 由于两种情况下，生产者的数量是一定的，所以55x=40y， 则y=1.375x 2/3y÷10%+1/3y÷10%÷10%=40y 演练8. 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_______倍。 例4：如图是某人工鱼塘生态系统能量流动过程中部分环节涉及的能量值[单位为103kJ/（m2·a）]，下列说法错误的是（ ） A. 图中A代表的生理过程是呼吸作用 B. 第二营养级到第三营养级的能量传递效率约为15.6% C. 该生态系统中生产者固定的总能量是9.6x104kJ/（m2·a） D. 捕食关系一般不可逆转，所以能量流动具有单向性 C A 23 未利用 70 植食性动物 太阳能 生产者 分解者 3 0.5 4 9 肉食性动物 0.05 2.1 5.1 0.25 有机物输入 5 2 输出 6.具有人工能量输入的能量传递效率计算 $$