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

该高中生物学课件聚焦生态系统能量流动，以“鲁滨逊荒岛生存策略”情境导入，通过问题链衔接能量输入、传递、转化和散失等核心知识，辅以自主学习任务、科学方法指导及能量流动模型构建等学习支架。 其亮点在于融合生命观念（物质与能量观）、科学思维（数据表格分析、能量计算建模）和探究实践（玉米田能量数据处理），通过情境问题、模型构建及实例分析（如赛达伯格湖能量流动），助力学生深化概念理解，提升科学探究能力，也为教师提供结构化教学资源，提高教学效率。

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。 方案2 你认为以上哪种生存策略能让你维持更长时间来等待救援？ 先吃鸡，再吃玉米 我反对！为什么要先吃我？ 问题探讨 方案1 先吃鸡 再吃玉米 问题：能量在生态系统中上怎样流动的？输入生态系统的的能量来源是什么？沿着什么渠道进行传递？以什么形式传递？最终以什么形式散失？ 能量的输入 能量的散失 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 生态系统 2 第三章 生态系统及其稳定性 第2节 生态系统的能量流动 能量流动的概念理解 1.生态系统中能量的_____、_____、_____和_____的过程。 输入 传递 转化 散失 输入 源头： 总能量： 太阳能（地球上几乎所有的生态系统） 一般情况下是生产者固定的太阳能 若为人工生态系统，流经生态系统的总能量还有人工补充的能量。 传递 途径： 形式： 食物链和食物网 有机物中的化学能 转化 太阳能 有机物中的化学能 热能 散失 途径： 形式： 呼吸作用 热能 科学方法 想一想： 你今年吃了多少食物？长了多少体重？ 吃了那么多体重却几乎没变，能量都去哪了？ 研究能量流动的基本思路 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。 以种群为研究对象，能量的流动渠道为食物链（或食物网），在分析时可能因食物网的复杂性而影响结果的准确性。 将一个营养级的所有种群作为一个整体来研究能量流动，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。 某营养级 【自主学习1】能量流动的过程 阅读书本P55，梳理第一营养级的能量流动情况，并思考下列问题。 问题1：能量的源头是什么？ 问题2：能量输入的起点是什么？ 问题3：分析第一营养级生物固定的能量有哪些去向？并构建第一营养级能量流动模型。 生产者所同化的全部太阳能 ②呼吸作用 散失（热能） ①用于生长 发育和繁殖 分解者利用 残枝 败叶 分解作用 散失 未利用 初级消费者 （植食性动物） 第一营养级能量流动情况 太阳：能量来源 1% 固定 (同化) 99% 散失 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。 7 兔子将草吃进肚子里，草中的能量都被兔子吸收(同化固定)了吗？ 摄入 同化（固定） 同化量 = 摄入量 粪便量 － 粪便 思考：粪便中的能量属于谁的同化量？ 兔子并没有将粪便中的能量转变成自身物质，因此兔粪中的能量属上一营养级（草）的同化量。 同化为自身 能量 该部分能量最终流向分解者 ➻粪便属于上一营养级（草）的同化量 摄入量是指生物体实际吃进肚子里食物所蕴含的总能量 8 遗体残骸 ①呼吸作用 散失 初级消费者摄入 初级消费者同化 …… ②用于生长、发育和繁殖 次级消费者摄入 分解者利用 粪便 呼吸作用 热能散失 流经第二营养级的总能量： 初级消费者同化量 第二营养级能量流动情况 同化量 = 摄入量 粪便量 － 同化量 = 自身生长发育繁殖= 呼吸作用散失＋自身生长发育繁殖 流入下一营养级＋分解者利用 最高营养级没有流入下一营养级的能量去向。 9 注意·说明 1. 流经一个生态系统的总能量是生产者固定太阳能的总量，而并非照射到这个生态系统中的太阳能。因为有相当一部分的太阳辐射没有被生产者“捕捉”和固定。 2.除第一营养级生物外，某一营养级生物摄入体内的能量并不是该营养级生物的同化量，因为有一小部分能量存在于动物排出的粪便中，最终被分解者分解释放出来。 3.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)。 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 某生态系统能量的输入并非只有光合作用，还能通过特殊细菌的化能合成作用、人为添加来实现。 （4）生长、发育和繁殖的能量（e）=___+___+___。 初级消费者 摄入（a） 初级消费者 同化(b) 粪便(c) 用于生长发育和繁殖（e） 次级消费者 摄入（i） 遗体 残骸 (f) 呼吸 作用 (d) 散失 呼吸作用 散失 … 未利用 (j） 分解者利用 （1）输入该营养级的总能量是指 ___（填字母）。 （2）粪便中的能量（c）______（填“属于”或“不属于”）该营养级 同化的能量，应为： （3）初级消费者同化的能量（b）=___+___。 b 不属于 上一营养级同化的能量中流向分解者的部分。 d e i f j 尿液中所含能量应 （填“属于”或“不属于”）动物同化量的一部分。 属于 习题巩固 11 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 流经整个生态系统的总能量是生产者固定太阳能的总量。 在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失掉的能量。 用于生产者的生长、发育和繁殖的总能量 现存的植物体内的能量。 W1: A1+(B1+C1+D1) W1= A1: B1： 生产者流向分解者的能量 流向下一个营养级的能量 依次为第二营养级的呼吸量、现存量、分解者的分解量、流入第三营养级的能量。 C1： D1： A2;B2;C2;D2 D1=A2+(B2+C2+D2) 拓展提升 思考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？ 思考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。当能量沿食物链流动时，每个营养级的生物都要进行呼吸作用，释放一部分热能，这部分热能一旦散失，生产者是不能固定的，因此，能量不能循环流动。 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的形式散失，两者之和与流入生态系统的能量相等。 能量流动的特点是？ 【自主学习2】能量流动的特点 阅读书本P56，分析赛达伯格湖的能量流动 ，总结能量流动的特点。 塞达伯格湖能量流动图解 流入 呼吸作用 分解者利用 暂未利用 流出 流出/流入 生产者 植食性动物 肉食性动物 1、用表格整理数据: 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 能量传递效率 13.52% 20.06% 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% 问题1：图中62.8、12.6代表摄入量还是同化量？ 问题2：植食性动物粪便中的能量属于12.5还是2.1？ 问题3：图中2.1指的是什么？包括哪几部分？ 同化量 12.5 植食性动物的遗体和肉食性动物的粪便 2、通过以上分析，请总结出能量流动的特点并分析原因： （1）从方向上看： （不逆转、不循环） 单向流动 原因： 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。 （2）从同化量数据上看： 逐级递减 （传递效率为10%～20%） 原因： 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。 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。因此，生态系统中的能量流动一般不超过5个营养级。 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。 拓展提升 食物链中高低营养级之间能量最值计算 1.正推类型： A B C D 假如现有A100kg，则： ① 最多可使D增重____kg。 ② 最少可使D增重____kg。 能量传递效率按20%来算。 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%。 0.8 0.1 能量传递效率按10%来算。 多条食物链，已知低营养级同化量，求高营养级 A B C D E F 假如现有A10000kg，则： ① 最多可使C增重____kg。 ② 最少可使C增重____kg。 选最短食物链；按20%计算。 400 选最长食物链；按10%计算。 1 食物链越短，最高营养级获得的能量越多 2.逆推类型： A B C D 假如已知D增重1kg，则： ① 最多要消耗A kg。 ② 最少要消耗A kg。 能量传递效率按10%来算。 能量传递效率按20%来算。 1000 125 多条食物链，已知高营养级同化量，求低营养级 假如现有C增重1kg，则： ① 最多消耗A kg。 ② 最少消耗A kg。 A B C D E F 选最短食物链；按20%计算。 选最长食物链；按10%计算。 10000 25 【例】有一食物网如图所示。如果能量传递效率为10%，各条食物链传递到庚的能量相等，则庚同化1kJ的能量，需多少丙同化能量（ ） A．550kJ B．500kJ C．400kJ D．100kJ 3.关于“定值”的计算 在食物网中,某一营养级同时从上一个营养级的多种生物中按一定比例获取能量，则按照单独的食物链进行计算后再合并。 A 甲 乙 丙 丁 己 戊 庚 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（前级是后级5倍）： 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 175kg 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 E B C D 2.0×108kJ 20 1.先吃鸡，再吃玉米 玉米 鸡 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 人 鸡 原因：减少了鸡的消耗， 缩短食物链获得的能量更多， 持续时间更久。 食物链越短，最高营养级获得的能量越多。 21 1.研究人员对某森林生态系统一年内的能量流动进行了研究，结果如上表(单位：J·m－2·a－1)。根据表中信息，下列有关该生态系统的叙述正确的是(　 ) A.肉食性动物处在食物链的第三营养级 B.相邻营养级间的能量传递效率都相同 C.初级消费者摄入的总能量是1.5×108 J·m－2·a－1 D.该生态系统未利用的能量约1.03×108 J·m－2·a－1 D   生产者 植食性动物 肉食性动物 分解者 流入能量 9.8×108 1.5×108 2.1×107 — 呼吸作用 6.1×108 8.1×107 1.6×107 1.7×108 课堂检测 肉食性动物不一定捕食植食性动物，也可能捕食肉食性动物，因此肉食性动物不一定处在食物链的第三营养级，A错误； 相邻营养级间的能量传递效率一般在10%～20%，相邻营养级间的能量传递效率不一定都相同，B错误； 流入植食性动物的能量为初级消费者的同化量，摄入量＝同化量＋粪便量，因此初级消费者摄入的总能量应大于1.5×108 J·m－2·a－1，C错误； 该生态系统未利用的能量＝生产者同化的能量－所有生物呼吸作用散失的能量＝9.8×108－6.1×108－8.1×107－1.6×107－1.7×108＝1.03×108 (J·m－2·a－1)，D正确。 22 1. 能量金字塔 如果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的次序排列，可形成一个金字塔图形，叫作能量金字塔。 营养级 高 低 能量 低 高 （1）特点： 正金字塔形。 （2）象征含义： 能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性。 （3）每一级含义： 食物链中每一营养级生物所含能量的多少。 【自主学习3】生态金字塔 23 如果用同样的方法表示各个营养级生物量（每个营养级所容纳的有机物的总干重）之间的关系，就形成生物量金字塔。 一般为正金字塔形，有可能倒置。 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 2. 生物量金字塔 （1）特点： （2）象征含义： （3）每一级含义： 生物量（现存生物有机物的总量）沿食物链流动逐级递减。 每一营养级生物的总生物量。 海洋生态系统中，由于生产者（浮游植物）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。 24 3. 数量金字塔 如果表示各个营养级的生物个体的数目比值关系，就形成数量金字塔。 （1）特点： 一般为正金字塔形，有时会出现倒金字塔形。 （2）象征含义： 一般情况下，生物个体数量在食物链中随营养级升高而逐级递减。 （3）每一级含义： 食物链中每一营养级生物个体的数量。 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 25 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 26 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 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。 能量利用率≠能量传递效率 用秸秆作饲料 粪便制作沼气 概念辨析：能量传递效率与能量利用率 传递效率= 上一营养级的同化量 下一营养级的同化量 ×100% 能量利用率= 生产者固定总能量 流入最高营养级的能量 ×100% 1.能量传递效率：能量在相邻两个营养级之间传递。 2.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。 注意： (1)能量利用率≠能量传递效率; (2)食物链越短，能量利用率越高; (3)能量传递效率在10-20%之间，一般不能提高。 29 例.下图是两个农业生态系统的模式图。图1中农作物为人类提供的食物、为家禽和家畜提供的饲料,都与图2相同。哪个生态系统的能量能够更多地被人类所利用？为什么？ 图2所示的生态系统中流向分解者的能量，还有一部分可以以生活能源或食物中化学能的形式被人类再度利用，因此，该生态系统实现了能量多级、充分利用，提高了能量的利用率。 30 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。 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 过程 能量的源头： 流经生态系统的总能量： 生产者固定的太阳能的总量 途径：食物链和食物网 特点 单向流动： 逐级递减： 沿食物链方向由低营养级流向下一营养级 能量沿食物链流动过程中逐级递减；传递效率10%~20%。 研究意义： 调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效的流向对人类最有益的部分 太阳能 课 堂 小 结 32 1.流经神农架国家级自然保护区的总能量是( ) A.该保护区中生产者体内的能量 B.照射到该保护区中的全部太阳能 C.该保护区中生产者所固定的太阳能 D.该保护区中所有生产者、消费者、分解者体内的能量 C 2.在一定时间内，某生态系统中全部生产者固定的能量值为a，全部消费者所获得的能量值为b，全部分解者所获得的能量值为c，则a、b、c之间的关系是（ ） A.a+b=c B.a＞b+c C.a＜b+c D.c=a+b B 课堂检测 33 3.下列关于生态系统的能量流动的叙述中，错误的是(　　) A．由于生态系统的能量流动是逐级递减的，所以营养级越高则所同化的能量就越少 B．由于散失的热能不能被生产者重新固定，所以生态系统的能量流动是单向不可循环的 C．充分利用作物秸秆等可以提高能量传递的效率 D．能量流动和物质循环的渠道都是食物链和食物网 C 生态系统的能量传递效率一般不能人为改变，充分利用作物秸秆只能提高能量利用率而不能提高能量传递效率 4.(不定项)如图为某生态系统中能量传递示意图，以下叙述正确的是(　　) A．能量流动是从甲固定的太阳能开始的，流 入该生态系统的总能量为1250 kJ B．从乙到丙的能量传递效率为15% C．将乙和丙的粪便作为有机肥还田，可以提高能量传递效率 D．食物链的营养关系一般不可逆，这决定了能量流动的单向性 ABD 分析和处理数据P59 请根据以上数据计算： 1926年，一位生态学家研究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10000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。 3.1kg葡萄糖储存1.6×104 kJ能量。 4.在整个生长季节，入射到这块玉米田的太阳能总量为8.5×109kJ 思维训练 1.这些玉米的含碳量折算合成葡萄糖是多少？这些葡萄糖储存的能量是多少？ 2.这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？ 3.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？ 4.这块玉米田的太阳能利用效率是多少？ “η”是希腊字母中的一个小写字母，其标准的发音是“伊塔”（eta） 36 1.这些玉米的含碳量折算合成葡萄糖是多少？这些葡萄糖储存的能量是多少？ 2.这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？ 3.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？ 4.这块玉米田的太阳能利用效率是多少？ = MG=2675×180(C6H12O6)÷72(C6) 6687.5kg EG=MGx1.6×104＝1.07×108kJ △E呼=△MGx1.6×104＝2045x1.6×104＝3.272×107kJ E固=EG+△E呼=1.07×108kJ+3.272×107kJ=1.3972×108kJ 3.272×107÷1.3972×108=23.4% η=1.3972×108/8.5×109＝1.64% $