3.2生态系统的能量流动课件-2025-2026学年高二上学期生物人教版选择性必修2

第2节 生态系统的能量流动 选择性必修2 第3章 1 作为生物与环境组成的统一整体，生态系统不仅具有一定的结构，而且具有一定的功能。 生态系统的信息传递 生态系统的能量流动 生态系统的物质循环 生态系统 的功能 一、生态系统的能量流动概念 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。 ①能量来源: 太阳能 ②能量流动的起点（及总量）: 生产者固定的太阳能（总量） 1.输入 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 光合作用 有机物中的化学能 热能 呼吸作用 4.散失 自身呼吸作用 散失形式： 散失途径： 热能 注意：有机污染物、 人工生态系统 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。 二、生态系统的能量流动过程 材料： 猪粮比，通俗说就是生猪价格和作为生猪主要饲料的玉米价格的比值。按照我国相关规定，生猪价格和玉米价格比值在6.0比1，生猪养殖基本处于盈亏平衡点。猪粮比越高，说明养殖利润越好，反之则越差。但两者比值过大或过小都不正常，以猪粮比中涉及的“玉米→猪 →人”这条食物链为例，构建第一营养级的和第二营养级能量流动概念模型。 1、能量在各个营养级的流动： 1)能量流经第一营养级 99% 散失 1% 固定(同化) 生产者固定的 全部太阳能 用于生长 发育和繁殖 （储存于有机物） 初级消费者 （植食性动物） 分解者利用 残枝 败叶 分解作用 散失 呼吸作用 生长发育和繁殖 （未利用） 散失 第二、第三…营养级？ 在短时间内，生物一定会死亡或者被捕食吗？ 生产者固定的能量？ 总光合 生产者固定的能量 - 呼吸作用消耗的能量？ 净光合 净光合 呼吸作用 散失（热能） 粪便 呼吸作用 散失（热能） 分解者利用 遗体残骸 摄入 用于生长发育繁殖 次级消费者摄入 初级消费者 同化 2）能量流经其他营养级 流经某一营养级的总能量： 同化量 同化量 摄入量 - 粪便量 = = 呼吸作用散失 + 用于生长发育和繁殖 注意： 粪便属于上一营养级的同化量 （未利用） 粪便中的能量 某营养级摄入的能量 （第一营养级除外） 呼吸作用（以热能形式散失） 分解者分解 进入下一营养级 （未被利用的能量） 同化的能量 用于生长发育繁殖（储存于有机物中） （最高营养级没有这一去向） 生产者通过光合作用固定的能量 呼吸作用（以热能形式散失） 分解者分解 进入下一营养级 （未被利用的能量） 用于生长发育繁殖（储存于有机物中） 2、生态系统能量流动概括图 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 初级消费者粪便中的能量属于以上哪个箭头的部分？ 呼吸消耗能量+下一个营养级同化能量+分解者释放能量（+未被利用能量） 每个营养级同化能量 = 方框含义: 一般表示每个营养级的同化量 生产者生长发育繁殖的能量如何表示？ 3、生态系统能量流动其他模型图 初级消费者 次级消费者 生产者 a 上一年留下的能量 e呼吸消耗量 C进入下一营养级（同化） b、d：分解 未利用 注意： 能量流动并不是只在食物链（网）中传递。 生产者、消费者的遗体中的能量会流入分解者。 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。 思考： 能量能从消费者到分解者，分解者的能量能否到消费者体内？分解者的能量能再被生产者利用吗？能量能否循环利用？ 不能；不能 能，比如人可以吃蘑菇 三、生态系统的能量流动特点 赛达伯格湖的能量流动 Raymond Lindeman 在《生态学的营养动态概说》中对能量流动做了定量分析 林德曼（1915-1942） 赛达伯格湖 深1米，面积为14480平方米，湖岸线长500米。湖底深度一致、性质均一，没有大的波浪。 优点：小、简单、稳定 能量传递效率 = 下一营养级同化量 上一营养级同化量 ×100% 能量流动的特点： 单向流动 1、不循环、不可逆的原因？ 以热能的形式散失，不能再被利用。 食物链中各个营养级的顺序是不可逆的，能量只能由被捕食者流向捕食者，是长期自然选择的结果。 2、相邻两个营养级间的能量传递效率约为10%—20%；生态系统中的能量流动一般不超过5个营养级 逐级递减 思考： 流入某一营养级的能量主要有以下去向： 一部分通过该营养级的呼吸作用散失了； 一部分以排出物、遗体或残枝败叶的形式被分解者利用； 还有一部分未能进入（未被捕食）下一营养级； 其他的才是流入下一营养级的能量。所以流入某一营养级的能量不可能百分之百地流到下一营养级。 1.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? 2.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。 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。如果一个生态系统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。 “落红不是无情物，化作春泥更护花” 水体富营养化现象 巨大的蓝鲸以微小的浮游动物为食 × √ × 判断以下过程是否体现了生态系统的能量流动： 四、生态金字塔 第一营养级 第二营养级 第三营养级 第四营养级 1、能量金字塔 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，形成的金字塔图形。 通常都是上窄下宽的金字塔形 能量在流动中总是逐级递减的 （1）概念： （2）特点： 原因： 2、生物量金字塔 用表示能量金字塔中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 营养级 第四营养级 第三营养级 第二营养级 第一营养级 干重g/m2 1.5 11 37 809 营养级 第四营养级 第三营养级 大多也是上窄下宽的正金字塔形 （1）概念： （2）特点： 原因： 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。 生物量金字塔在什么情况下，可能是上宽下窄倒置的金字塔形呢？ 一般情况下，生物量金字塔是上窄下宽的，但是有时候会出现倒置的金字塔形。例如，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。当然，总的来看，一年中浮游植物的总的生物量还是比浮游动物的要多。 58页“旁栏思考” 3、数量金字塔 用表示能量金字塔的方法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。 可以是上窄下宽的正金字塔形，也可以是上宽下窄的倒置正金字塔形 （1）概念： （2）特点： 原因： 营养级 第二营养级 第一营养级 个体数量 昆虫 树 营养级 第二营养级 第一营养级 个体数量 鼠 草 鼬 第三营养级 如果消费者的个体小而生产者的个体大，则会呈现倒置金字塔。 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，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 三种生态金字塔的比较 (2021·浙江,7,2分,难度★)下列关于生态金字塔的叙述,正确的是 ( ) A.生态金字塔显示了各营养级之间的数量关系 B.生态金字塔中每个营养级的生物均属于同一食物链 C.生态金字塔中的营养级均按其所占的数值大小依次排列 D.生态金字塔可分别以个体数量、生产量和能量为指标绘制 A 五、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。 例：间种套作、多层育苗、稻—萍—蛙等立体农业生产方式。 间种套作 多层育苗 稻—萍—蛙 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：秸秆喂牲畜；粪便制作沼气；沼渣肥田等。 实现了对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率。 秸秆饲料 沼气池 沼渣 （≠能量的传递效率） 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：合理确定草场的载畜量，稻田除草、除虫等。 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. = 2675×(12+18)÷12 6687.5kg 1.07×108kJ 6687.5×1.6×104kJ = 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% （2021年福建高考真题）下列关于生态茶园管理措施的分析，错误的是（ ） A．使用诱虫灯诱杀害虫，可减少农药的使用 B．套种豆科植物作为绿肥，可提高土壤肥力 C．利用茶树废枝栽培灵芝，可提高能量的传递效率 D．修剪茶树枝叶通风透光，可提高光合作用强度 C 例1.下图所示的食物网中，若人的体重增加1 kg，最少消耗水藻________kg，最多消耗水藻________kg。 25 100 000 五、能量传递效率的相关计算 类型(一)　能量传递效率的相关“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 方法规律 例2.如图所示的食物网中，戊的食物有1/2来自乙，1/4来自丙，1/4来自丁，且能量从生产者到消费者的传递效率为10%，从消费者到消费者的能量传递效率为20%。若戊体重增加20 g，需要消耗植物 (　　) A．1 125 g　 B．1 600 g C．2 000 g D．6 500 g C 类型(二)　能量传递效率的有关“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，而需按具体数值计数。例如，在食物链A→B→C→D中，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D获得的能量为M×a%×b%×c%。 (2)如果是在食物网中，某一营养级同时从上一营养级多种生物获得能量，且各途径所获得的生物量比例确定，则按照各单独的食物链进行计算后合并。 方法规律 注意：在食物网中，能量传递效率不是以个体或种群为单位的，而是以营养级为单位的，如对于食物网 ，由第一营养级到第二营养级的能量传递效率是指(B＋C)同化的总能量占A同化的总能量的10%～20%。 例4：某生态系统中存在如图生物关系，E生物种群含有的总能量为5.8×109 kJ，B生物种群含有的总能量为1.6×108 kJ，则理论上A生物种群含有的总能量最多是(　　) A．4.2×107 kJ B．2.0×108 kJ C．1.0×108 kJ D．2.32×108 kJ B 变式训练：某生态系统中存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。 1.375 设当食物比例A：B为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 类型(三)　具有人工能量输入的能量传递效率计算 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103 kJ/(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9.6×104 kJ/(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 $$