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2节 生态系统的能量流动 选必2 第3章 生态系统及其稳定性 授课人 ： 叶新友 教学目标 1.通过分析能量在营养级间的流动情况，建立生态系统能量流动模型，概述生态系统中能量流动的过程。 2.通过分析赛达伯格湖的能量流动，概述生态系统中能量流动的特点。 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，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？ 1.先吃鸡，再吃玉米。 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。 荒岛求生 1.构建第一营养级的能量流动模型 （1）玉米的能量从哪里来？ （2）能量在玉米的体内发生了什么变化？ （3）玉米同化的能量有哪些去路？ [活动1]阅读P55第1、2自然段，尝试构建能量流经第一营养级的模型。 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） 玉米(第一营养级)的能量流动情况 玉米固定的太阳能 呼吸作用散失 用于自身生长发育繁殖 鸡摄入 分解者利用 光合作用 固定(同化) 散失 呼吸作用散失 枯枝败叶 玉米固定的太阳能的去向： 1.呼吸作用散失； 2.鸡摄入； 3.分解者利用 大部分 （1）输入生态系统的总能量= 生产者固定的太阳能 食物链 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） 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？ 1.构建第一营养级的能量流动模型 生产者固定的太阳能 在呼吸作用中以热能形式散失 用于生长、发育和繁殖 流入下一营养级 被分解者分解 用一“来”三“去”表示 呼吸作用散失 用于自身生长发育繁殖 鸡摄入 粪 鸡同化 遗体残骸 人摄入 分解者利用（呼吸作用散失） — = 鸡粪便中能量是谁的能量？ 属于玉米同化量 鸡的同化量去向有： 1.呼吸作用散失； 2.人摄入； 3.分解者利用 同化量 摄入量 粪便量 便 鸡(第二营养级)的能量流动情况 食物链 问题:真正流入初级消费者体内的能量是摄入量还是同化量？ √ 属于生产者的同化量 摄入量 同化量 经消化吸收得到的能量 粪便量 来源于所摄食玉米的同化量 长体重 （能量储存） 呼吸消耗 排遗物 食物 （能量 输入） 鸡 同化量 = 摄入量 粪便量 － 2.构建第二营养级的能量流动模型 [活动2] 分析P55图3-5能量流经第二营养级的示意图。 （1）流入第二营养级的能量指的是摄入量还是同化量？摄入量、同化量、粪便量三者的关系是什么？ 流入第二营养级的能量指的同化量 摄入量=同化量+粪便量 同化量=摄入量-粪便量 （2）鸡粪便中的能量属于第几营养级同化的能量？ 鸡粪便中的能量属于第一营养级同化的能量 一、能量流动的过程 2.构建第二营养级的能量流动模型 在呼吸作用中以热能形式散失 用于生长、发育和繁殖 流入下一营养级 被分解者分解 该营养级的摄入量 粪便量 同化量 （3）鸡同化的能量有哪些去路？ （4）第三养级以及最高营养级同化的能量去向有哪些？ 一、能量流动的过程 （1）第二营养级的能量来源是什么？ （2）第二营养级输入了多少能量？ （3）输入的能量分别有哪些去路？ 9 呼吸作用散失 用于自身生长发育繁殖 人摄入 粪便 人同化 遗体残骸 最高营养级的能量去向：1.呼吸作用散失；2.分解者利用 分解者利用（呼吸作用散失） 属于上一营养级的同化量 人(第三营养级)的能量流动情况 食物链 3.能量流动的过程 能量流经生物个体的过程 分 解 者 呼 吸 作 用 生产者 初级消费者 (绿色植物) 次级消费者 (植食性动物) (肉食性动物) 模型构建：构建食物链的能量流动模型 一切生命活动都伴随着能量的变化。没有能量的输入，也就没有生命的生态系统 1.概念 生态系统中能量的_______、_______、_______和_______的过程。 输入 传递 转化 散失 科学方法 能量输入 个体1 储存在体内的能量 呼吸作用散失的能量 个体2 储存在体内的能量 呼吸作用散失的能量 个体3…… 能量储存 种群 能量散失 能量输入 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。 某营养级 将一个营养级的所有种群作为一个整体 研究能量流动的基本思路： 研究生态系统中能量流动一般在群体水平上 能量来源 太阳能 生产者 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 某营养级同化量 呼吸作用中以热能形式散失 用于自身生长、发育、繁殖 被分解者分解利用 流入下一个营养级 未被利用的能量 1.若问：某营养级的能量某段时间内的去向 某营养级同化量 呼吸作用中以热能形式散失 用于自身生长、发育、繁殖 被分解者分解利用 流入下一个营养级 2.若问：某营养级的能量最终去向 知识点小结 二、能量流动的过程 输入 ⇓ — 源头： . 流经生态系统的总能量： . 传递 ⇓ 转化 ⇓ 散失 — — — 途径： . 形式： . 形式： . 过程： . 太阳能→有机物中的 →热能 太阳能 生产者固定的全部太阳能 食物链和食物网 有机物中的化学能 化学能 热能 呼吸作用 概念：生态系统中能量的 、 、 和 的过程。 输入 传递 转化 散失 思考·讨论 生态系统中的能量流动 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？ 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形式散失，两者之和与流入生态系统的能量相等 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。 所以，流落荒岛的你是先吃鸡还是先吃玉米呢？为什么？ 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 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 易错点训练 1.初级消费者粪便中的能量属于 。 2.初级消费者的同化量： 。 3.初级消费者用于生长发育繁殖的能量： 。 ⑤ ①或②+③+④ ① - ③或②+④ 每一营养级流向分解者的能量=该营养级的遗体和下一营养级的粪便 摄入量？ ① ② ③ ④ ⑤ 易错点训练 生态系统能量流动的分析（拼图法） W1 生产者固定能量 （同化、流入、输入） 自身呼吸作用消耗 流向分解者 B1:未利用 D1:流向 下一营 养级 C1流向分解者=遗体+下一级粪便 1.生产者的同化量： 。 2.生产者用于生长发育繁殖的能量： 。 3.初级消费者的同化量： 。 4.初级消费者用于生长发育繁殖的能量： 。 W1 或 A1+B1+C1+D1 W1-A1 或 B1+C1+D1 D1或A2+B2+C2+D2 D1-A2或B2+C2+D2 摄入量？ 高二4班 2.某同学绘制了如图所示的能量流动图解，下列叙述正确的是 A.生产者固定的总能量可表示为A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2 B.初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量为B2＋D2 C.初级消费者摄入的能量为A2＋B2＋C2 D.W1＝D1＋D2 跟踪训练 √ 易错点训练 生态系统能量流动的分析 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）（ ） 初级消费 者摄入量 粪便量 b同化量 d呼吸作用 c生长发 育繁殖 × × × e分解者 三、能量流动的特点 分析赛达伯格胡的能量流动 分析赛达伯格胡的能量流动 思考·讨论 1941年美国耶鲁大学生态学家林德曼发表了《一个老年湖泊内的食物链动态》的研究报告。他对50万平方米的赛达伯格湖作了野外调查和研究后用确切的数据说明，生物量从绿色植物向食草动物、食肉动物等按食物链的顺序在不同营养级上转移。 林德曼（1915-1942） 赛达伯格湖 Raymond Lindeman 林德曼对赛达伯格湖能量流动做了定量分析 优点：小、简单、稳定 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 能量流动过程中逐级递减 未利用：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（定时定量分析） 1.用表格的形式，将图中的数据进行整理。 （1）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% 3.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？ 20.06% 13.52% 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。 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 (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_________ 。 ①生物之间的捕食关系是 的结果，一般不可逆转； ②各营养级 散失的热能无法再利用。 食物链 低 高 逆转 循环流动 原因： 长期自然选择 呼吸作用 (2)从数值上看： 逐级递减 原因： （能量传递效率为10%～20%） 总有一部分能量经 消耗、被 、未被下一个营养 级利用。 自身呼吸 分解者分解 四、能量流动相关计算 1.能量传递效率的计算公式 （2）在食物网中能量传递效率“最值”计算 设食物链“甲→乙→丙→丁”，分情况讨论(如下表)： 类型一：知甲求丁 最多： ，食物链越短越 。 最少： ，食物链越长越 。 ×20% 多 ×10% 少 类型二：知丁求甲 最多： ，食物链越长越 。 最少： ，食物链越短越 。 ÷10% 多 ÷20% 少 四、能量流动相关计算 1.能量传递效率的计算公式 （2）在食物网中能量传递效率“最值”计算 正推：知低营养级求高营养级 获能量最多 选最短食物链，按×20%计算 获能量最少 选最长食物链，按×10%计算 逆推：知高营养级求低营养级 需能量最多 选最长食物链，按÷10%计算 需能量最少 选最短食物链，按÷20%计算 举例：如果牧草固定了1000kJ的能量，则猫头鹰最少能获得_____kJ能量，最多能获得_____kJ能量。如果猫头鹰增加1kg，理论上最少要消耗第一营养级的生物量为_______,最多要消耗第一营养级的生物量为___。 1 40 25kg 1000kg 四、能量流动相关计算 1.能量传递效率的计算公式 (3)在能量分配比例已知时，按比例分别计算，最后相加。 例：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？ 消耗A最少，按最高传递效率20%计算 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 75/4kg+625/4kg=175kg 4班 【例】下图是一个食物网，假如鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5 来自蛇，那么鹰若要增加20g体重，至少需要消耗植物（ ） A.900g　　　 B.500g C.200g D.600g 跟踪训练 A 举例：如果一个人食物有1/2来自绿色植物，1/4来自小型肉食动物，1/4来自羊肉，假如传递效率为10%，那么该人每增加1kg体重，约消耗植物　（　　） A．10kg B．28kg C．100kg D．280kg 在能量分配比例已知时，先根据题意写出相应的食物链，再根据能量流动效率，再按比例分别计算，最后相加。 D 能量分析 生产者 植食性动物 肉食性动物 输入能量 464.6 62.8 12.6 肉食性动物 12.6 生产者 464.6 植食性动物 62.8 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。 1.能量金字塔 (1)概念 (2)意义： 直观的反映出生态系统各营养级间能量的关系 (3)特点： 通常都是 的金字塔形 上窄下宽 (4)原因： 能量在流动中总是 的 逐级递减 (自然生态系统一定为正金字塔） 五、生态金字塔 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 表示各营养级的生物个体的 比值关系，即为数量金字塔。 2.数量金字塔 (1)概念 数目 (2)特点 一般呈 的金字塔； 上窄下宽 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 倒置 昆虫和树 也可呈上宽下窄 的金字塔形，如 。 五、生态金字塔 3.生物量金字塔 (1)概念 (2)特点 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。 大多呈 的金字塔,有可能倒置。 上窄下宽 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 (3)原因 一般来说植物的总干重通常 植食性动物的总干重，而植食性动物的总干重也 肉食性动物的总干重。 大于 大于 五、生态金字塔 2.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图丙所示形态 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 √ 六、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。 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 六、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。 秸秆饲料 沼气池 沼渣 例如 : 秸秆喂牲畜；粪便制作沼气；沼渣肥田，实现了对能量的多级利用，从而大大 提高能量的利用率 能量利用率≠ 能量的传递效率 能量永远不能循环利用，能量传递效率永远不能被提高 六、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。 合理确定草场的载畜量 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。 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 $$