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（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 本节考点： 1、生态系统能量流动的过程及特点 2、生态金字塔的认识 3、研究能量流动的实践意义 第2节 生态系统的能量流动 认识到生态系统能量流动对维持生态平衡的重要性（社会责任） 演绎预测生态系统结构或功能改变时能量流动的变化（科学思维） 根据实验数据总结能量流动特点及影响因素（科学探究） 学习目标 生物在长期进化中形成适应特定能量流动模式的生存策略（生命观念） 2 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，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大鹅、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？ 方案 1.先吃鸡，再吃玉米。 玉米 鹅 人 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。 玉米 鹅 人 √ 应该先吃鸡，再吃玉米（即选择1），若选择2，则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。 3 一、生态系统的能量流动过程 1、能量流动的概念: 生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。 小麦 昆虫 青蛙 蛇 鹰 太阳 （1）起点：生产者固定的太阳能 （2）总能量：生产者所固定太阳能的总量 （3）渠道：食物链、食物网 （4）方向： 低营养级 高营养级 （5）转化：太阳能 化学能 热能 4 一、生态系统的能量流动过程 2.科学方法： 研究能量流动的基本思路 1、以个体为单位研究能量流动 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。 2、以种群为单位研究能量流动 如果以种群为研究对象，能量流动的渠道为食物链，可能因为食物网的复杂性而影响结果的准确性。 3、以营养级为单位研究能量流动 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。 5 一、生态系统的能量流动过程 3、能量流动的过程 草 兔 狼 第一营养级 第二营养级 第三营养级 生产者 初级消费者 次级消费者 6 一、生态系统的能量流动过程 3、能量流动的过程 （1）、能量流经第一营养级情况分析 生产者固定的太阳能 呼吸作用以热能的形式散失了 用于生产者的生长、发育和繁殖 残枝败叶 初级消费者摄入，流入第二营养级 未利用（定时分析） 1、生态系统能量的最终来源是什么？ 2、每天输送到地球的太阳能都能照射在生产者身上吗？ 3、照射在草地上的太阳能都能被小草吸收吗？ 4、能量是如何输入生态系统第一营养级的？ 太阳能 不能 不能 生产者的光合作用 7 一、生态系统的能量流动过程 3、能量流动的过程 （1）、能量流经第一营养级情况分析 生产者固定的太阳能 呼吸作用以热能形式散失 用于自身生长、发育和繁殖 + 用于自身生长、发育和繁殖 流入下一营养级 分解者利用（残枝败叶） + = + + 生产者固定的太阳能 呼吸作用以热能形式散失 流入下一个营养级 分解者利用 8 一、生态系统的能量流动过程 3、能量流动的过程 （2）、能量流经第二营养级情况分析 摄入量：表示生物所摄取的能量 动物：代表吃进的食物的能量 植物：在光合作用中所吸收的能量 吸收 同化量：吸收进入体内的有机物中的能量 动物：经消化吸收得到的能量） 植物：在光合作用中所固定的能量 呼吸作用散失的能量 储存在体内的能 粪便量：未被同化或吸收的能量 分解者 未吸收 同化量 = 摄入量 粪便量 － 流入某一营养级的能量指该营养级同化的能量，而不是摄入的能量 粪便中的能量是上一个营养级的同化量 9 一、生态系统的能量流动过程 3、能量流动的过程 （2）、能量流经第二营养级情况分析 呼吸作用 生长发育 次级 分解者 散失 注：只有同化量才是流入下一个营养级的能量 10 问题探讨 1.某营养级的能量最终去向： 2.某营养级某段时间内的能量去向： 3、所有生态系统中输入的总能量都只有生产者固定的太阳能吗？ 在人工生态系统中，总能量还有人工补充的能量（例如饲料、饵料等） 11 一、生态系统的能量流动过程 3、能量流动的过程 （3）、能量流经第三营养级情况分析 呼吸作用散失 用于自身生长发育繁殖 狼摄入 狼同化 分解者利用 粪便 呼吸作用 热能 散失 遗体残骸 属于上一营养级的同化量 【思考】最高营养级的能量去向？ ①呼吸作用以热能形式散失②分解者利用 12 一、生态系统的能量流动过程 4、食物链的能量流动模型 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） 分 解 者 呼吸作用 输入 传递 热能散失 光 能 能量流动的渠道是 。 食物链和食物网 13 一、生态系统的能量流动过程 4、食物链的能量流动模型 太阳能 下一个营养级 W1 D1 B1 C1 D1 A1 自身呼吸作用消耗 流向分解者 A2 B2 C2 D2 自身呼吸作用消耗 流向分解者 “一来三去”模型 “一来四去”模型 14 一、生态系统的能量流动过程 能量流动过程归纳理解 输入 传递 转化 散失 来源：太阳能 途径：食物链和食物网 途径：生物自身的呼吸作用 热能 太阳光能 有机物中化学能 光合作用 呼吸作用 形式：最终以热能形式散失 形式：储存于有机物中的化学能 流经生态系统总能量：生产者固定的太阳能（约占1%） 若为人工生态系统，还有人为补充的能量 15 视频： 16 课堂检测 1、在一个湖泊生态系统中，存在藻类、浮游动物、小型鱼类和大型鱼类这几种生物构成的食物链：藻类→浮游动物→小型鱼类→大型鱼类。已知浮游动物同化的能量为 a，其通过呼吸作用散失的能量为 b，流向分解者的能量为 c，未被利用的能量为 d，那么浮游动物用于生长、发育和繁殖的能量是（ ） A. a - b - c + d B. a - b - c - d C. a - b D. a - b - c 同化量 = 呼吸散失的能量 + 用于生长、发育和繁殖的能量 + 流向分解者的能量 + 未被利用的能量。所以用于生长、发育和繁殖的能量 = 同化量 - 呼吸作用散失的能量 - 流向分解者的能量 - 未被利用的能量，即浮游动物用于生长、发育和繁殖的能量 = a - b - c - d B 17 课堂检测 2、在一个小型淡水生态系统中，水蚤以藻类为食。已知某段时间内，水蚤摄入藻类的能量为 1000 焦耳，水蚤粪便中的能量为 300 焦耳，水蚤通过呼吸作用散失的能量为 400 焦耳，那么水蚤同化的能量以及用于生长、发育和繁殖的能量分别是（ ） A. 同化能量 700 焦耳，用于生长、发育和繁殖能量 0 焦耳 B. 同化能量 700 焦耳，用于生长、发育和繁殖能量 300 焦耳 C. 同化能量 1000 焦耳，用于生长、发育和繁殖能量 300 焦耳 D. 同化能量 1000 焦耳，用于生长、发育和繁殖能量 600 焦耳 B 同化量 = 摄入量 - 粪便量，水蚤摄入藻类的能量为 1000 焦耳，粪便中的能量为 300 焦耳，所以水蚤同化的能量 = 1000 - 300 = 700 焦耳。用于生长、发育和繁殖的能量 = 同化量 - 呼吸作用散失的能量，即 700 - 400 = 300 焦耳。 18 二、生态系统的能量流动特点 思考·讨论 赛达伯格湖 分析赛达伯格湖的能量流动 为了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，美国生态学家林德曼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了定量分析 19 二、生态系统的能量流动特点 思考·讨论 分析赛达伯格胡的能量流动 植食性动物 62.8 62.8 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 图中数字为能量值，单位是J(cm2·a)(焦每平方厘米年）。为研究方便起见，这里将肉食性动物作为一个整体看待 “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 单向流动，逐级递减 20 二、生态系统的能量流动特点 思考·讨论 分析赛达伯格胡的能量流动 输入 输出到下一营养级 传递 效率 第一营养级 (生产者) 第二营养级 (植食性动物) 第三营养级 (肉食性动物) — — 464.6 62.8 62.8 12.6 12.6 13.5% 20.1% 请将图中各营养级的能量填在表格中，并计算相邻营养级之间的传递效率。[J/(cm2·a)] 能量传递效率计算公式为： 传递效率= 上一营养级的同化量 下一营养级的同化量 ×100% 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 21 二、生态系统的能量流动特点 归纳总结： 能量只能沿食物链由低营养级流向高营养级，不可逆转，不能循环 【表现】 1、生物的捕食和被捕食关系是自然选择的结果，不能逆转。食物链中各营养级顺序不可逆转 【原因】 2、生态系统中能量最终以热能形式散失不能再次被利用，所以不可逆转，也不能循环流动 特点1：单向流动 一个营养级的能量不能百分之百地流入下一营养级，能量沿着食物链流动逐级减少。一般来说，相邻两个营养级之间能量传递效率10%-20%。营养级越多，能量流动过程中消耗的能量就越多。因此，生态系统中能量流动一般不超过5个营养级 【表现】 特点2：逐级递减 【原因】各营养级生物会因自身呼吸作用而散失部分能量、各营养级能量会有 一部分流向分解者、各营养级生物总有一部分能量未被下一营养级利用 22 二、生态系统的能量流动特点 思考·讨论 思考：图中方框的大小和箭头的方向和粗细有什么含义？ 能量单向流动，逐级递减 储存在某营养级生物体内的能量越来越少 23 三、生态系统的能量流动“最值计算” 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 20% 最长 10% 获能量最多 获能量最少 需能量最多 需能量最少 正推：知低营养级求高营养级 选最短食物链，按×20%计算 选最长食物链，按×10%计算 逆推：知高营养级求低营养级 选最长食物链，按÷10%计算 选最短食物链，按÷20%计算 若题干未具体说明，则一般认为能量传递最低效率10%，最高效率20% 若不涉及“最多”、“至少”计算时，需按具体数值计算。 24 课堂检测 3、在如图所示的食物网中，能量在相邻营养级间的传递效率为10% - 20%。已知猫头鹰体重增加了30g，且其食物来源中鼠占比3/5 ，兔占比2/5 ，那么猫头鹰增重所需消耗植物的最少质量是多少克？（ ） A. 750 B. 550 C.600 D.650 A 沿食物链猫头鹰→鼠→植物逆推：18÷0.2÷0.2＝450 沿食物链猫头鹰→兔→植物逆推：12÷0.2÷0.2＝300 25 四、生态金字塔 构建生态系统能量流动金字塔模型 请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。 生产者 464.6 植食性动物 62.8 肉食性动物 12.6 26 四、生态金字塔 构建生态系统能量流动金字塔模型 1.能量金字塔 （1）概念： 将单位时间内各营养级所得到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。 （2）意义： 直观反映出生态系统各营养级间能量的关系 （3）特点： 通常呈上窄下宽的金字塔。 原因：能量在流动中总是逐级递减的 (自然生态系统一定为正金字塔） 通常都是 27 四、生态金字塔 构建生态系统能量流动金字塔模型 2.生物量金字塔 （1）概念： 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。 （2）特点： 大多呈上窄下宽的金字塔 特殊情况：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。 下表为夏季两个生态系统的生物量统计表，请根据资料，分别建构两个生态系统的生物量金字塔 倒置现象 28 四、生态金字塔 构建生态系统能量流动金字塔模型 3.数量金字塔 （1）概念： 表示各营养级的生物个体的数目比值关系，即为数量金字塔。 （2）特点： 一般呈上窄下宽的金字塔；也可呈上宽下窄的倒置金字塔形，如昆虫和树 思考： 如果消费者个体小而生产者个体大，如昆虫和树。绘制出该数量金字塔？ 营养级 第二营养级 第一营养级 个体数量 昆虫 树 29 四、生态金字塔 形状 每一层含义 特点 象征意义 能量金字塔 生物量金字塔 数量金字塔 单位时间内，食物链中每一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 单位时间内，每一营养级生物的有机物的总干重 一般为正金字塔,有时会出现倒金字塔形 一般生物量(现存生物有机物的总干重)随食物链中营养级的升高而减少 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形 一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而减少 30 五、研究能量流动的实践意义 1、可帮助人们将生物在时间、空间上进行合理配置，增大流入生态系统的总能量。 （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； 甘蔗和大豆间种 冬小麦夏玉米套作 稻-萍-蛙立体农业生产 31 视频： 32 五、研究能量流动的实践意义 2、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。 能量利用率≠能量传递效率 能量传递效率：能量在相邻两个营养级之间传递，传递效率为10%-20%。 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。 能量传递效率针对的是相邻两个营养级之间同化量之比，且能量传递效率不能提高。 一般来说，食物链越短，能量利用率越高。 例：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（ ） × 33 五、研究能量流动的实践意义 2、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。 从能量利用角度分析，现代农业相较于传统农业有什么优势？ 实现了对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率。 34 五、研究能量流动的实践意义 3、研究生态系统的能量流动，还可以帮助人们合理的调整生态系统的能量流动关系，使能量持续高效地流向人类最有益的部分。 大量牧草不能被利用,人获得的能量严重偏低,不能充分利用牧草所提供的能量； 造成草场退化，使畜产品产量下降。短时间获取大量能量（产品），严重破坏牧场，不能持续高产出。 能充分利用牧草，持续高产出。 35 课堂检测 4、在生态系统的能量流动过程中，以下关于其意义的说法正确的是（ ） A. 能量流动能使生态系统中的各种生物按照营养级的高低依次排列，形成复杂的食物网结构，这体现了能量流动维持生态系统结构复杂性的意义 B. 生产者固定的太阳能，大部分以热能形式散失，小部分用于自身生长、发育和繁殖，这表明能量流动能为生物提供充足热量，利于生物生存 C. 由于能量流动逐级递减，所以一般生态系统中营养级不会超过 5 个，这保证了能量能高效集中于少数生物，利于优势物种发展 D. 当狼捕食兔子后，兔子的部分能量流入狼体内，狼会将获得的能量全部用于自身的奔跑、捕猎等活动，这体现了能量流动保障动物生存能力提升的意义 A 能量流动是生态系统维持稳定结构的关键因素之一，生物依据能量传递规律在生态系统中占据不同营养级，进而形成复杂食物网，该项说法正确，体现了能量流动维持生态系统结构复杂性的意义； B、生产者固定的太阳能，大部分以热能形式散失，小部分用于自身生长、发育和繁殖，散失的热能并不能直接为生物提供生存所需的“充足热量”来促进生物生存，生物生存繁衍主要依靠用于生长、发育和繁殖的那部分能量，该项错误 C、一般生态系统中营养级不会超过 5 个是因为能量流动逐级递减，能量传递到较高营养级时所剩无几，难以维持更多营养级生物生存，而不是为了“高效集中于少数生物，利于优势物种发展”，该项错误， D、狼捕食兔子后，兔子的部分能量流入狼体内，狼获得的能量一部分以热能形式散失，一部分用于自身基本生命活动、生长、发育和繁殖等，并非全部用于奔跑、捕猎等活动，该项错误 36 谢谢聆听 授课教师：郑婕 $$