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

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母鸡、15kg玉米。 问题探讨 方案1 方案2 先 后 一部分 吃鸡蛋 一部分 第2节 生态系统的能量流动 第三章 生态系统及其稳定性 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 2 生态系统中能量的_、_、_和_的过程,称为生态系统的能量流动; 输入 传递 转化 散失 一.能量流动的概念理解 1.输入 (1)生态系统的能量来源: 生产者的能量来源(最终源头):_ 各级消费者的能量来源:_ (2)能量输入的主要方式: _ _ (3)流经生态系统的总能量: _ 太阳能 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) 生产者固定的太阳能总量 **若为人工生态系统,流经生态系统的总能量除生产者固定的太阳能总量,还有人为补充的能量(例如饲料中有机物中的能量) 上一营养级现有的有机物 2.传递 (1)能量传递的途径(渠道):_ (2)能量传递的形式:_ 食物链和食物网 有机物中的化学能 3.转化: _ 太阳能 有机物中的化学能 热能 4.散失 (1)散失形式_ (2)散失途径_ 热能 呼吸作用 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 能量散失 研究能量流动的基本思路 能量流经一个种群的情况可以图示如下: 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 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。 如果将这个种群作为一个整体来研究,则左图可以概括成下图形式,从中可以看出分析能量流动的基本思路。 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。 如果将一个营养级的所有种群作为一个整体,那么左图将概括为何种形式呢? 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。 6 1.能量流经第一营养级 用于生长 发育和繁殖 初级消费者 (植食性动物) 分解者利用 生产者 (植物) 1% 固定(同化) 残枝 败叶 99% 散失 呼吸作用 以热能的形式散失 二. 能量流动的过程 同化量 =呼吸消耗量+储存在生物体内的量(用于生长、发育、繁殖) =呼吸消耗量+流入下一营养级+被分解者利用 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)。 +(未被利用) 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。经同化作用所吸收的能量称为同化量。 7 ①兔子把草吃进肚子里,草中的能量都被兔子吸收了吗? ②兔子吸收了能量后,这些能量有哪些去向? 2.能量流经第二营养级 二. 能量流动的过程 同化量=摄入量—粪便量 (粪便量是上一营养级同化量的一部分) 初级消费者 摄入 用于生长 发育和繁殖 次级消费者 摄入 呼吸作用 散失(呼吸作用) 遗体 残骸 初级消费者 同化 分解者利用 粪便 呼吸作用 散失 【思考】第二营养级同化的能量去向有哪些? ①呼吸作用中以热能的形式散失; ②以遗体残骸的形式被分解者利用; ③流入次级消费者 (②③属于用于自身生长、发育和繁殖的能量) ④未被利用的量 注意:能量流经最高营养级时,没有流入下一营养级体内的能量去向 生产者 呼吸作用 初级消费者 呼吸作用 次级消费者 分 解 者 … 呼吸作用 三级消费者 呼吸作用 呼吸作用 输入 传递 散失 (1)能量的源头: (2)能量流动的起点: (5)输入该生态系统的总能量: (3)流动的渠道: 生产者固定的太阳能总量 太阳能 从生产者固定太阳能开始 食物链和食物网 (4)散失形式: 呼吸作用以热能形式散失 【总结】 散失 总结:能量流经生态系统的过程 转化 思考 讨论 生态系统中的能量流动 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? 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。呼吸作用中以热能的形式散失掉的能量不能被绿色植物作为光合作用的能源。 遵循;因为生产者固定的总量等于流动中散失的和贮存的之和。 林德曼(1915-1942) 赛达伯格湖 优点:小、简单、稳定 思考•讨论:分析赛达伯格湖的能量流动 三. 能量流动的特点 12 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 输出(去路) 单位(焦/厘米2 年) 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% 思考•讨论:分析赛达伯格湖的能量流动 横向比较,是否遵循能量守恒定律?纵向比较,随着营养级的升高 ,同化量有什么变化?请计算一下第一到第二营养级的能量传递效率?能效一般为10到20,十分之一定律,那么为什么能量不能全部流向下一级? 赛达伯格湖能量流动图解 (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长期自然选择的结果,一般不可逆转; ②各营养级呼吸作用散失的热能无法再利用。 食物链 低 高 逆转 循环流动 原因: 三. 能量流动的特点 14 赛达伯格湖能量流动图解 (2)从数值上看: 逐级递减 ①各营养级的生物都会因自身呼吸作用散失掉一部分能量。 ②各营养级能量都要有一部分流入分解者。 ③各营养级生物都不能全部被下一营养级捕食,各个营养级能量都有一部分未利用。 原因: (能量传递效率为10%~20%) 三. 能量流动的特点 在一个生态系统中,营养级越多,在能量流动过程中消耗的能量就越多。 15 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; 如果一个生态系统在一段较长时间内没有能量(太阳能或化学能)输入,这个生态系统就会崩溃。 三. 能量流动的特点 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 方案1 方案2 方案一能让你维持更长的时间来等待救援 先 后 一部分 吃鸡蛋 一部分 1.正推类型: 解题思路:至少按最小效率(10%)计算 最多按最大效率(20%)计算 若A总重1000KG体重,至少(或最多)能使D增重多少千克? 2.逆推类型: 解题思路:至少按最大效率(20%)计算 最多按最小效率(10%)计算 若D增重10KG,至少(或最多)消耗A多少千克? 技法必备一 若题干中未做具体说明,则一般认为能量传递的最低效率为10%,最高效率为20%,则: 3.上述能量传递效率是指各营养级之间的比例,一般为10%—20%,若题目中给出具体值,则按具体值计算。 若在食物网中有:A B C 在计算时,应将B、C看做同一营养级来对待,流向B、C的总量占A的10%—20% 技法必备一 若题干中未做具体说明,则一般认为能量传递的最低效率为10%,最高效率为20%,则: 19 1.在“浮游植物 浮游动物 鱼”这条食物链中,如果鱼要增加100kg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:_ 2500kg 10000kg 2.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 巩固提升: 3.不是以个体或种群为单位,而是以 为单位。 营养级 如图为某生态系统中的食物网简图,若E种群中的总能量为5.8 109kJ,B种群的总能量为1.6 108kJ,从理论上分析,A种群获得的总能量最多是( ) A 2.0 108kJ B.2.32 108kJ C.4.2 108kJ D.2.26 108kJ A A E B C D 巩固提升: 4.在如图食物网中,假如猫头鹰的食物有2/5来自兔,2/5来自鼠,1/5来自蛇,那么,猫头鹰若要增加20 g体重,最少需要消耗的植物为( ) A.80 g B.900 g C.800 g D.600 g B 巩固提升: 5.若营养级 、 、 各有一种生物甲、乙、丙,它们构成的食物关系如图。其中,甲能量中比例为x的部分直接提供给丙,要使丙能量增加A kJ,至少需要消耗甲的能量_kJ(用含所给字母的表达式表示)。 25A/(1+4x) 甲•x•1/5 + 甲•(1-x)•1/5•1/5 =A 整理:(5x + 1-x )•甲/25 = A 甲 乙 丙 巩固提升: 6.某生态系统中存在如图所示的食物网,如将丙的食物比例由甲:乙=1:1调整为2:1,能量传递效率按10%计算,该生态系统能承载丙的数量是原来的( ) A、1.875倍 B、1.375倍 C、1.273倍 D、0.575倍 应该从丙出发, 甲:乙为1:1时,丙的能量为x,需要的甲为(1/2)x 10%+(1/2)x 10% 10%=55x. 设当食物由甲:乙为2:1时,丙的能量为y,需要的甲为(2/3)y 10%+(1/3)y 10% 10%=40y.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. B 甲 乙 丙 巩固提升: 输入第一营养级的能量(W1),被分为两部分:一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了(A1),一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖(B1+C1+D1)。而后一部分能量中,包括现存的植物体中的能量(B1)、流向分解者的能量(C1)、流向下一营养级的能量(D1)。如下图所示: 技法必备二: 1.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 巩固提升: 2.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),下列选项中正确的是( ) 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 )X100% C.“草 兔 狼”这一关系中,狼粪便的能量属于d D. d中的能量去向是用于生长、发育、繁殖和被分解者利用 E. 缩短食物链可以提高能量传递效率 F. 一只狼捕食了一只兔子,则这只兔子中有10%-20%的能量流入狼的体内 c 巩固提升: 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,每一营养级生物的生物量的多少(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 四. 生态金字塔 倒置情况:海洋生态系统中,浮游植物个体小,寿命短,又会不断地被捕食,因而某一时间调查到的生物量可能低于浮游动物。 倒置情况:如果消费者个体小,而生产者个体大,就会呈现倒金字塔形,如昆虫和树。 28 根据各类信息书写食物链的方法 (1)根据能量或者有机物的含量“由多到少”书写食物链 根据能量或者有机物的含量由多到少,可以确定食物链为: B D A C 根据能量多少和传递效率10%~20% 食物链的判断与书写: 技法必备三: 食物链: 。 (2) 依据柱形图构建食物链(网) 丙 甲 乙 丁 根据各类信息书写食物链的方法 技法必备三: (3) 依据扇形图构建食物链(网) 食物链: 食物链: 。 (4) 依据曲线图构建食物链(网) 乙 丙 甲 根据各类信息书写食物链的方法 技法必备三: 31 (5) 依据生态系统的物质循环图解构建食物链(网) 生产者 非生物的物质和能量 消费者 分解者 其中的食物链是: A B 根据各类信息书写食物链的方法 技法必备三: 某生态系统有四种生物(甲、乙、丙、丁),并构成一条食物链。在某一时间确定这四种生物所含有机物总量的比值如右图所示。在一段时间内,如果种群乙的有机物总量的比值增大,则引起的变化应是图示中的( ) D 食物链为: 丙 甲 乙 丁 巩固提升: 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。 例如: 间作套种、多层育苗、稻-萍-蛙等立体农业生产方式。 间作套种 多层育苗 稻—萍—蛙 五. 研究能量流动的实践意义 2.研究生态系统的能量流动,可以帮助人们科学地规划和设计人工生态系统,使能量得到最有效的利用。 例如: 秸秆用作饲料喂牲畜,可获得肉、蛋、奶等;用牲畜的粪便生产沼气,沼气池中的沼渣还可以作为肥料还田。实现了对能量的多级利用,从而大大提高能量的利用率。 用秸秆作饲料 粪便制作沼气 五. 研究能量流动的实践意义 能量利用率≠能量传递效率 能量利用率:通常指的是流入人类中的能量占生产者能量的比值,或最高营养级的能量占生产者能量的比值,或考虑分解者参与以实现能量的多级利用。 能量传递效率:指某一营养级从上一营养级所含能量中获得的能量比例。 2025/5/15 3.研究生态系统的能量流动,还可以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。 例如: 合理确定草场的载畜量,稻田除草、除虫等。 五. 研究能量流动的实践意义 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。 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? 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. 这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少? 2045 1.6 104kJ= 3.272 107kJ 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? 1.07 108kJ+ 3.272 107kJ=1.3972 108kJ 3.272 107 1.3972 108=23.4% 这块玉米田的太阳能利用效率是多少? 1.3972 108 8.5 109=1.64% = 2675 12 6 180 6687.5kg 1.07 108kJ 6687.5 1.6 104kJ = 38 分析和处理数据 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 【课堂小结】 40 生态系统的 能量流动 能量流动的过程 能量流动的特点 单向流动 逐级递减 生态金字塔 能量金字塔 生物量金字塔 数量金字塔 实践意义 【检测】下面为初级消费者能量流动示意图,相关叙述正确的是( ) A.初级消费者摄入量就是它的同化量 B.f代表呼吸散失的能量,只包括有 氧呼吸 C.i和h都属于初级消费者同化量的 被分解者利用 D.通过圈养减少f可以提高产量 【检测】下面大象是植食性动物,有一种蜣螂则专门以象粪为食,设大象在某段时间所同化的能量为107kJ,则这部分能量中流入蜣螂体内的约为( ) A.0kJ B.106kJ C.2 106kJ D.106~2 106kJ D A 【检测】某湖泊的能量金字塔如图所示,下列相关叙述正确的是( ) A.图中所有生物构成一条食物链 B.该能量金字塔中的a、c分别代表生产者、三级消费者 C.从图中可以看出,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 【检测】关于生态系统能量流动的原理在实践中应用 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流向对人类更有意义的部分 B.多途径利用农作物可提高该系统的能量利用率 C.根据草场能量流动的特点,可以合理确定草场的载畜量 D.沼渣、沼液作为肥料还田,能使能量循环利用 C D d c b a 【检测】在社会主义新农村建设中,四川某地通过新建沼气池和植树造林,构建了新型农业生态系统(如图所示)下列有关叙述不正确的是( ) A.该生态系统中,处于第二营养级的生物有人和家禽家畜 B.该生态系统中,人的作用非常关键,植物是主要成分 C.该生态系统的建立,提高了各营养级间的能量传递效率 D.沼气池的建造和植树造林,提高了该生态系统的稳定性 C 【检测】下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 *y)。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. 碳从动物流向分解者的形式为有机物 C. 能量从该生态系统的第二营养级到第三营养级传递的效率为15.6% D. 该生态系统中生产者固定的总能量9.6 104kJ/m2y D x y y+5=5.1+2.1+0.25+0.05 x+2=0.5+2.5+4+9 y=2.5 x=14 =70+23+3+14=101x103 =y/(x+2)x100% =2.5/16x100% 【检测】如图表示植物光合作用积累的有机物被植食动物利 用的过程.下列有关叙述正确的是( ) A. 植物的呼吸消耗量包含在⑤中 B. 植食动物粪便中的能量包含在③中 C. ④用于植食动物生长、发育和繁殖 D. ⑤⑥⑦⑧之和为植物有机物积累量 ⑦ ④⑤⑥⑦⑧ C 植物呼吸消耗量 植物光合作用制造有机物量 (植物的 同化量) 45 $$