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 第2节 生态系统的能量流动 1 1.通过分析生态系统能量流动的过程，明确研究能量流动的意义，逐步完善物质与能 量观。（生命观念） 2.通过探究学习认识能量流动的特点，掌握定量分析法等科学分析方法。（科学探究） 3.利用生态系统能量流动的规律分析和解决实际问题。（科学思维、科学探究） 学习目标 2 认识生态系统能量流动的过程及特点 一、能量流动的概念 生态系统的能量流动：生态系统中能量的________________________的过程。 输入、传递、转化和散失 自主预习 3 二、能量流动的过程 1.能量的输入：太阳能被生态系统中的生产者通过光合作用转化成化学能，固定在它 们所制造的有机物中。这样，太阳能就输入到了生态系统的第一营养级。 自主预习 4 2.每一营养级的能量分析 （1）输入生产者（第一营养级）的能量 ①一部分在生产者的__________中以热能的形式散失了。 ②另一部分用于生产者的__________________等生命活动，储存在植物体的有机物中。 构成植物体的有机物中的能量的去向有两个： .一部分随着残枝败叶等被________分解而释放出来。 .另一部分被初级消费者摄入体内，这样，能量就流入了____________。 呼吸作用 生长、发育和繁殖 分解者 第二营养级 自主预习 5 （2）流入初级消费者（第二营养级）的能量 ①一部分在初级消费者的呼吸作用中以热能的形式散失。 ②另一部分用于初级消费者的__________________等生命活动，储存在初级消费者中。 储存的能量去向有两个： .一些以遗体残骸的形式被分解者利用。 .如果初级消费者被次级消费者捕食，能量就流入了第三营养级。 （3）能量在第三、第四营养级的变化，与第二营养级的情况大致相同。 生长、发育和繁殖 自主预习 6 三、能量流动的特点 1.生态系统中能量流动是______的。 2.能量在流动过程中逐级______。 （1）一般情况下，能量在相邻两个营养级间的传递效率是___________。 （2）生态系统中的能量流动一般不超过___个营养级。 单向 递减 5 自主预习 7 活动1 认识生态系统能量流动的过程 能量流经某生态系统第一营养级的图解如下，思考并回答下列问题： 1.流经该生态系统的总能量就是辐射到该地区的太阳能的总量吗？ 提示 不是，流经该生态系统的总能量是生产者通过光合作用固定的太阳能总量。 合作探究 8 2.生态系统中生产者的能量输入只能通过光合作用吗？ 提示 不是，绝大部分通过光合作用，但也可通过某些细菌的化能合成作用。 3.初级消费者摄入的能量是其同化量吗?它们之间存在什么关系? 提示 初级消费者摄入的能量不等于其同化量。它们之间的关系：同化量 摄入量-粪便量。 4.初级消费者粪便中的能量是其同化量的一部分吗?为什么? 提示 不是。初级消费者粪便中的能量是未被其吸收的能量，所以不属于其同化的能 量，而是属于上一营养级同化的能量。 合作探究 9 5.分析输入第一营养级的能量去向，尝试构建初级消费者的能量去向模型。 提示 合作探究 10 6.若表示某营养级摄入的能量，表示同化的能量，表示粪便量， 表示用于生长、 发育和繁殖暂时储存的能量，表示呼吸作用以热能形式散失的能量， 表示流向下一 个营养级的能量，表示流向分解者的能量， 表示暂时未被利用的能量，尝试用等式 将这些字母联系起来。 提示 。 合作探究 11 1.能量流动过程分析（以某动物种群捕食种群A为例） 合作探究 12 （1）未被捕食的是指没有被下一营养级摄食，仍以上一个营养级的形式存在的。 （2）未食入的是指没有被摄食进去的，如食物的碎屑，动物的骨头、毛发等，植物 的秸秆等，其会被分解者利用。 （3）未同化的是指粪便，其会被分解者利用。 （4）在自然界中，对一个种群来说，其同化的能量去向还包括未被捕食的，也可以 说是未利用的。 合作探究 13 2.能量传递过程分析（以初级消费者为例） 合作探究 14 例1 在“草 兔 狐”这条食物链中，兔经同化作用所获得的能量，其去向不包括 ( ) 。 B A.通过兔子的呼吸作用释放 B.通过兔子的粪便流入分解者体内 C.通过狐的粪便流入分解者体内 D.流入狐体内 [解析] 兔经同化作用所获得的能量 兔的摄入量-兔的粪便量，因此，兔子粪便中的能 量不属于兔经同化作用所获得的能量，B符合题意。 合作探究 15 对点练1 某生态系统中两个营养级（甲、乙）的能量流动如 图所示，其中表示能量值， 表示乙的同化量。下列叙 述正确的是( ) 。 C A.甲传递给乙的能量为 B.乙用于生长、发育和繁殖的能量为 C.乙粪便中的能量包含在 中 D.甲的能量和个体数量都低于乙 [解析] 是甲的同化量，A错误；乙用于生长、发育及繁殖的能量 乙同化的 能量-乙呼吸作用散失的能量，可表示为 ，B错误；乙粪便中的能量没有被乙同化， 属于甲进入分解者的能量，即包含在 中，C正确；甲的能量和个体数量一般都高于乙， 因为能量在流动过程中逐级递减，而乙的营养级更高，D错误。 合作探究 16 易错提醒 1.能量流动中能量形式的变化：太阳能 生物体有机物中的化学能 热能 （最终散失）。 2.能量在食物链中流动的形式：有机物（食物）中的化学能。 3.能量散失的主要途径：细胞呼吸。 4.生产者的同化量就是生产者固定的太阳能总量，即光合总量。 5.消费者同化的能量 摄入量-粪便中有机物的能量。 6.流入或输入某一营养级的能量，即此营养级同化的能量。 合作探究 17 活动2 认识能量流动的特点 下图是某人工鱼塘生态系统能量流动 过程示意图，其中数字表示部分环节涉及 的能量值［单位为 ，据图 回答下列问题： 1.该生态系统中流入生物群落的能量有哪 些来源? 提示 一个来源是生产者通过光合作用固定的太阳能，另一个来源是人工输入的有机 物中的化学能。 合作探究 18 2.肉食性动物、植食性动物和生产者固定的总能量分别是多少? 提示 肉食性动物固定的总能量 ，植食性动物固定的总能量 ，生产者固定的总能量 。 3.由上图可以看出，生态系统中的能量流动是单向的，原因是什么？ 提示 一是各营养级能量流动的顺序是不可逆转的；二是各营养级通过呼吸作用产生 的热能会散失，不能被生物群落再利用。 合作探究 19 4.由上图可看出，生态系统中的能量流动是逐级递减的，原因是什么？ 提示 一是各营养级的生物都会因呼吸作用消耗大部分能量，这部分能量不能被下一 营养级利用；二是各营养级总有一部分能量未被下一营养级的生物利用（成熟的生态 系统除外）；三是生产者的残枝败叶、消费者的遗体残骸等中的能量会被分解者利用。 合作探究 20 5.图中生产者 植食性动物以及植食性动物 肉食性动物的能量传递效率分别是多 少?（结果保留小数点后一位有效数字） 提示 生产者 植食性动物的能量传递效率 植食性动物固定的能量中来自生产者的 能量/生产者固定的总能量 。植食性动物 肉食 性动物的能量传递效率 肉食性动物固定的能量中来自植食性动物的能量/植食性动物 固定的总能量 。 合作探究 21 例2 某人工鱼塘中存在如下图所示的能量流动关系，其中字母表示能量（单位： ）。 据图分析，下列叙述错误的是( ) 。 A A.草鱼与植物之间的能量传递效率为 B. 是草鱼用于生长、发育和繁殖的能量 C.在自然水域中往往有 D. 中含有部分植物通过光合作用固定的能量 合作探究 22 [解析] 图中表示草鱼的摄入量，表示草鱼的同化量， 表示草鱼用于生长、发育和 繁殖的能量，表示草鱼呼吸作用消耗的能量，为草鱼粪便中的能量， 为草鱼遗体 残骸中的能量。草鱼的同化量 中还包含有机饲料输入的部分，并不完全来自植物， 因此草鱼与植物之间的能量传递效率小于 ，A错误，B正确；在自然水域 中，草鱼同化的能量呼吸作用消耗的能量 用于自身生长、发育和繁殖的能量，即 ，C正确；流向 中的能量有草鱼粪便中的能量，而草鱼粪便中的能量属于 植物通过光合作用固定的能量和有机物（饲料）中的能量，D正确。 合作探究 23 对点练2 某同学绘制了下图所示的能量流动图解（其中 为生产者固定的太阳能）， 下列叙述不正确的是( ) 。 C A.生产者固定的总能量可表示为 B.由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为 C.流入初级消费者的能量为 D.图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减 合作探究 24 [解析] 生产者固定的总能量可表示为， 表示呼吸作用消耗的能 量，表示未被利用的能量，表示流向分解者的能量，而 ， 是生产者流入下一营养级的能量，A正确；由第一营养级到第二营养级的能量传递效 率为 ，B正确；流入初级消费者的能 量为，即 ，C不正确；图解表明能量流动的特点是单向流动、逐 级递减，D正确。 合作探究 25 素能提升 生态系统中能量流动的计算 1.能量传递效率的相关“最值”计算 （1）计算某一生物所获得的最多（最少）的能量规律（设食物链为 ） 已知 问题 求解思路 D营养级能 量增加 至少需要A营养级提供多少能量（设为 ） 最多需要A营养级提供多少能量（设为 ） A营养级能 量增加 D营养级最多增加多少能量（设为 ） D营养级至少增加多少能量（设为 ） 合作探究 26 （2）涉及多条食物链的能量流动计算时，若根据要求只能选择食物网中的一条食物 链，计算某一生物获得的最多（或最少）能量。其规律如下： 合作探究 27 2.能量传递效率的相关“定值”计算 （1）已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算，而需按具体数值计算。 例如，在食物链中，能量传递效率分别为、、 ，若A的能量 为，则D获得的能量为 。 （2）如果在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物获取能量，且各途 径获得的能量比例确定，则按照各单独的食物链进行计算再合并。 合作探究 28 例3 某生态系统中存在如图所示的食物网，若将丙的食物比例由甲∶乙 调整为 ，能量传递效率按 计算，该生态系统能承载丙的数量是原来的( ) 。 A A.1.375倍 B.1.875倍 C.1.273倍 D.0.575倍 [解析] 由于生产者没有改变，因此流向该生态系统的总能量没有变化，设丙原来的能 量为，则需要甲提供的能量为 ；改变食 物比例后丙的能量设为 ，则需要甲提供的能量为 ，根据题意可得， ， 。 合作探究 29 对点练3 右图表示一个食物网。已知丙通过食用动物性食物（乙）获得的能量占获得 总能量的比例为，若要使丙所获得的能量增加 ，则至少需要的生产者（甲）的能量 为，那么与 的关系可表示为( ) 。 C A. B. C. D. [解析] 由题干中的“至少”可知，应该按最大能量传递效率计算， 表示从动物性 食物（乙）所获得能量占获得总能量的比例，则 表示直接从生产者（甲）获得的 能量的比例，故有，即 。 合作探究 30 认识生态金字塔和研究能量流动的意义 一、生态金字塔 1.能量金字塔：将单位时间内各营养级所得到的______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。 2.生物量金字塔：反映各个营养级________（每个营养级所容纳的________的总 _______）之间的关系。 3.数量金字塔：反映各个营养级的生物个体的______比值关系。 能量 生物量 有机物 干重 数目 自主预习 31 二、研究能量流动的意义 1.帮助人们将生物在____________上进行合理配置，增大流入某个生态系统的总能量。 2.帮助人们科学地规划和设计人工生态系统，使能量得到______________。 3.帮助人们合理地调整生态系统中的______________，使能量_____________________ ________的部分。 时间、空间 最有效的利用 能量流动关系 持续高效地流向对人类最有益 自主预习 32 活动3 认识生态金字塔和研究能量流动的意义 下图表示生态金字塔常见的几种类型，请回答下列问题： 合作探究 33 1.图1、图2、图3分别代表什么金字塔？它们分别代表的含义是什么? 提示 能量金字塔、生物量金字塔、数量金字塔。图中金字塔都分为三层，代表研究 的生态系统包含三个营养级；每一层代表该营养级所得到的能量或生物量或生物数目， 说明能量、生物量和生物数目随营养级的升高而逐级递减。 2.生态系统中数量金字塔都能用图3表示吗？在自然环境中是否存在某些营养级之间呈 现倒置形式的数量金字塔？你能举出实例吗? 提示 不能。存在，如一棵树上可以生活多只植食性昆虫，一棵白菜上有时可以看到 多只菜青虫。 合作探究 34 3.根据能量流动的原理，解释谚语“一山不容二虎”隐含的道理。 提示 根据生态系统中能量流动逐级递减的特点和规律可知，营养级越高，可利用的 能量就越少，老虎在生态系统中几乎是最高营养级，流经老虎的能量已减到很小的程 度，在一定区域内所能容纳的老虎数量也越少。 4.人们将秸秆作为牲畜饲料，牲畜产生的粪便进入沼气池，生产燃料。此过程提高了 能量的传递效率吗？ 提示 没有。该过程提高了能量的利用率，实现了对能量的多级利用，减少了环境污 染，但没有提高能量在不同营养级之间的传递效率。 合作探究 35 例4 下图表示生物界可能出现的4种生态金字塔。下列相关叙述错误的是( ) 。 C A.树 虫 鸟的数量金字塔和能量金字塔可分别用图甲和图丙表示 B.图丁不能表示能量金字塔与能量流动具有逐级递减的特点有关 C.生态金字塔中，每一种生物只能属于一层，每一层都不含分解者 D.生态金字塔中每一层代表一个营养级，图中“1”代表第一营养级 合作探究 36 [解析] 一棵树上有很多植食性昆虫，还有少量鸟类，所以数量金字塔可用图甲表示， 能量流动具有逐级递减的特点，所以能量金字塔可用图丙表示，图丁不能体现出能量 流动具有逐级递减的特点，A、B正确；生态金字塔中每一层代表一个营养级，对于杂 食性动物而言，其可以属于不同的营养级，图中“1”代表第一营养级，C错误，D正确。 合作探究 37 对点练4 据图判断，下列叙述错误的是( ) 。 C A.能量经过多级利用，其利用率提高了 B.每级生产环节都获得产品，提高了生态 经济效益 C.由于食物链延长，能量逐级损耗，生态 系统总能量的利用效率降低 D.由于各级产物都可以利用，该生态系统 减少了废物和污染 合作探究 38 [解析] 在该生态系统中作物通过光合作用固定太阳能，使能量进入生物体内，作物固 定的太阳能是流经此生态系统的总能量，作物、家畜、食用菌、蚯蚓等可以为人们提 供相应的产品，充分实现了能量的多级利用，不但减少了废物和污染，同时也提高了 生态效益和经济效益，实现了良性循环，A、B、D正确；食物链一般指捕食链，而图 中延长的是腐生链，且通过腐生链，废弃物中的能量得到了利用，所以生态系统总能 量的利用率应该是提高了，C错误。 合作探究 39 易错辨析 能量传递效率与能量利用率 1.能量传递效率：流入下一营养级的能量与该营养级同化量之间的比值。（注：它是 相邻两个营养级之间的传递效率，不是两个个体或者食物网中的两个物种之间的传递 效率。） 2.能量利用率：一般指流入最高营养级（或人类）的能量与生产者固定总能量之间的 比值。（注：一般来说，食物链越短，能量利用率越高。充分考虑分解者的参与，这 样可以实现能量的多级利用，从而提高能量利用率。） 3.不同的生态金字塔能形象地说明营养级与能量、生物数量、生物量之间的关系，是 定量研究能量流动的直观体现。 合作探究 40 1.判断下列关于生态系统的能量流动叙述的正误。 （1） 能量通过光合作用和化能合成作用输入生态系统，通过呼吸作用输出生态系统。 ( ) √ （2） 能量在生态系统的食物链中是以热能的形式流动的。( ) × （3） 生态系统维持正常功能，需要不断得到来自系统外的能量。( ) √ 随堂检测 41 （4） 生态系统中能量的初始来源只有太阳能。( ) × （5） 农业生态系统中，沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用。( ) × （6） 相邻两个营养级之间的能量传递效率不会小于，也不会大于 。( ) × （7） 一种蜣螂专以象粪为食，则该种蜣螂最多能获取大象所同化能量的 。( ) × （8） 拔去田地中的杂草是人为地调整能量流动的方向，可提高生态系统的能量传递 效率。( ) × 随堂检测 42 2.[2023·山东高考] 某浅水泉微型生态系统中能量情况如表所示，该生态系统中的初级 消费者以生产者和来自陆地的植物残体为食。下列说法正确的是( ) 。 生产者 固定 来自陆地的植 物残体 初级消费 者摄入 初级消费 者同化 初级消费者呼 吸消耗 能量 90 42 84 13.5 3 C A.流经该生态系统的总能量为 B.该生态系统的生产者有 的能量流入下一营养级 C.初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量为 D.初级消费者粪便中的能量为 ，该能量由初级消费者流向分解者 随堂检测 43 [解析] 该生态系统中的初级消费者以生产者和来自陆地的植物残体为食，因此流经该 生态系统的总能量为生产者固定的太阳能和来自陆地的植物残体中的能量，即 ，A错误；表格中没有显示生产者流入初级消 费者的能量，因此无法计算该生态系统的生产者有多少能量流入下一营养级，B错误； 初级消费者同化量为 ，初级消费者呼吸消耗量为 ，因此初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量 同化量-呼吸消耗 量 ，C正确；初级消费者摄入量包括粪便量 和次级消费者同化量，初级消费者粪便中的能量 摄入量-同化量 ，初级消费者粪便中的能量属于上一营养 级的能量，即生产者的能量，不会由初级消费者流向分解者，D错误。 随堂检测 44 $$