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 【前测】 1.莎草等绿色植物（细胞）合成有机物，储存能量（同化作用）的生理过程是什么？分解有机物，释放能量（异化作用）的生理过程是什么？   光合作用 细胞呼吸（呼吸作用）   2.褐马鸡等动物合成有机物，储存能量（同化作用）的方式是什么？ 食物中的能量是否都成为褐马鸡等体内储存的能量？ 捕获植物或动物，消化吸收获得物质和能量 不是，还有未消化吸收的食物残渣中的能量     3.褐马鸡（体内能量的）等量都去哪里了？ 自身呼吸消耗；被下一营养级捕食；死亡后遗体被分解者分解   一、生态系统能量流动的过程 1.自然保护区中有这样一条食物链：莎草→褐马鸡→赤狐→金雕，结合细胞的物质和能量的变化，分析回答下面的问题。 （1）能量是怎样输入莎草的？其同化的能量有哪些去向？以上过程分别通过哪些生命活动实现的？ 光合作用固定太阳能 ②被褐马鸡捕食 （流向下一营养级） 总初级生产量（GP）：绿色植物通过光合作用固定的太阳能（储存在制造的有机物） 呼吸消耗的能量（R）：指生物呼吸作用消耗的能量（呼吸作用分解有机物释放的能量） 净初级生产量（NP）：生产者固定的太阳能 - 呼吸消耗的能量 GP=NP+Ｒ ①自身呼吸作用，散失热能 同化量 ③被分解者分解 生产者 固定能量去向 第一营养级能量分析小结 制造的有机物 呼吸作用消耗的有机物 积累的有机物 下一营养级同化的有机物 分解者同化的有机物 （有时间段限制）   （2）能量是怎样输入褐马鸡体内的？ 摄入其体内的能量就是同化的能量吗？ 褐马鸡同化的能量去向有哪些？赤狐和金雕能量变化又是怎样的？ 一、生态系统能量流动的过程 例如：蝗虫只能消化吸收它们吃进去的食物的30%，其余70%将以粪便的形式排出体外，供分解者利用。 摄入量：对于动物来说，是指表示一个动物所摄取的能量。 同化量：对于动物来说，是指消化后吸收的能量（同化的能量）。 　　　 　　 能量流经消费者个体的过程 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 摄入量 = 同化量 + 粪便量 捕食者摄入 同化 消化吸收合成自身物质，储存能量 6 消费者能量分析小结 消化吸收（同化）的有机物 呼吸消耗的有机物 积累的有机物 下一营养级 同化的有机物 分解者同化的有机物 （有时间段限制） 未同化的有机物 （上一营养级流向分解者） （3）这条食物链各种生物之间的能量流动关系能否反应整个百花山生态系统的能量流动途径？ 不能。生态系统中的生物之间有复杂的营养关系，引入营养级来进行研究。 研究能量流动的基本思路 深入内部 考察个体 生态系统能量流动的研究一般在群体水平上进行。 将生物群落做为一个整体进行研究是系统科学常用的研究方法。 整合局部 环节规律 探索系统 动态规律 2.生态学家用营养级来进行研究能量流动，请根据以上的学习成果，用箭头和关键词写出每一营养级的和生态系统的能量流动的示意图。 一、生态系统能量流动的过程 莎草 褐马鸡 赤狐 金雕 第二营养级 第一营养级 第三营养级 第四营养级 生产者 初级消费者 次级消费者 三级消费者 属于上一营养级的同化量 初级消费者 同化 呼吸作用 分解者 下一 营养级 上一 营养级 能量流经第二营养级的过程 生态系统能量流动过程 枯枝败叶 遗体 遗体 遗体 总量： 生产者固定的太阳能 输入 形式： 有机物中的化学能 传递 途径： 食物链和食物网 太阳能 有机物中化学能 热能 转化 形式： 热能 散失 过程： 有机物中化学能 热能 呼吸作用 11 生态系统能量流动过程 枯枝败叶 遗体 遗体 遗体 总量： 生产者固定的太阳能 输入 形式： 有机物中的化学能 传递 途径： 食物链和食物网 太阳能 有机物中化学能 热能 转化 形式： 热能 散失 过程： 有机物中化学能 热能 呼吸作用 生物群落 环境 输入 输出 12 生态系统能量流动的概念 生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。 枯枝败叶 遗体 遗体 遗体 3.根据示意图说明生态系统的能量流动应该包括能量的输入、传递、转化和散失。 尝试说明各营养级的同化量值的大小有什么关系，为什么？ 营养级越高，同化的能量越少，因为每个营养级都有能量通过呼吸作用散失、 分解者的分解作用等,（除最高营养级外)每一营养级还有流向下一个营养级的能量）。 13 利用“拼图”模型法巧解能量流动问题：输入第一营养级的能量(W1),即生产者同化的能量，可分为两部分:一部分用于生产者的呼吸作用， 以热能的形式散失(A1)；另一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖 (B1+C1+D1)，其中包括现存的植物体所含能量B1、流向分解者的能量C1和 流向下一营养级的能量D1。第二营养级的能量输入和输出类似。 营养级之间能量传递效率：D1/W1×100% D2/D1×100% 顶级动物没有能量流向下一个营养级 生产者制造的有机物（所含能量W1） 呼吸作用消耗的有机物（所含能量A1） 生产者积累的有机物 （所含能量B1+C1+D1） — — — 二、生态系统的能量流动的特点 1.要进行能量流动的定量分析，应该选择怎样的生态系统？ 林德曼 赛达伯格湖 范围小、边界清楚、结构简单、稳定，系统封闭性强，在一定时间内方便获取输入和输出能量数值。 2.如何定量研究各营养级的能量关系？例如生态学家林德曼（Lindeman）研究赛达伯格湖能量流动的思路和方法：“从 1936 年 12 月 21 日至 1941 年 3 月 28 日，林德曼采用周期调查的方法， 进行了近 50 次调查；用取样器对湖底淤泥进行取样，获得多个系列的生物和化学样品；从底部样品的粗碎屑中分离出生物体，进行鉴定、测量、计数和称重；采用离心分离法，分析浮游生物的质量和数量；依据产量对鱼类进行合理估计；根据不同物质每克的热量值将质量转化为能量值单位 J/（cm2 ·a）”。下面是赛达伯格湖的能量流动图解： 赛达伯格湖的能量流动 植食动物的粪便如何计算？ （1）根据图解，完成各营养级的能量数据整理。 营养级 流入能量（同化量） 流出能量（输入下一营养级） 能量“出入比”（传递效率） 呼吸作用散失 分解者利用 未利用 生产者               植食性动物             肉食性动物             464.6 62.8 13.5% 62.8 12.6 20.1% 12.6 能量传递效率 = 下一营养级同化量 上一营养级同化量 ×100% 能量生产者传递到植食性动物的传递效率： 能量从植食性动物传递到肉食性动物的传递效率： 能量传递效率：一般10-20% 96.3 293 12.5 18.8 2.1 29.3 7.5 微量 5.0 62.8/464.6×100%=13.5% 12.6/62.8×100%=20.1% （2）请总结流入某一营养级的能量为什么不能百分之百从一个营养级流到下一个营养级？ 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。 （3）能量流动方向是否会逆转，能否循环流动？能量在流动过程中逐级递减，与能量守恒定律是否矛盾？ 不会逆转，不能循环流动。因为： a.生态系统各营养级间捕食和被捕食的关系是不可逆的。 b.各营养级通过呼吸作用散失的热能不能再被生物利用。 能量守恒定律适用于衡量流入某个生态系统的总能量：总能量=储存在生态系统中的能量+被 各个营养级的生物利用、散失至非生物环境中的能量。因此虽然能量在流动过程中逐级递减， 但总能量依然遵循能量守恒定律。 （4）赛达伯格湖输入的总能量和输出的总能量值大小有什么关系，此时生态系统所处状态如何？ 输入能量=464.6J/cm2. a 输出能量（呼吸作用散失热能）=96.3+18.8+7.5=122.6J/cm2. a 输入>输出，生态系统处于不成熟的状态。 当一个生态系统的能量输入等于输出时，该生态系统处于成熟的稳定状态。 二、生态系统能量流动的特点 能量传递效率：一般10-20% 营养级数量：一般不超过5个营养级 1.生态系统中的能量是单向流动的。 2.能量在流动过程中逐级递减。 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。所以生态系统是一个开放的系统。 20 （5）（拓展任务）解释生态系统中的能量流动为什么一般不超过5个营养级？从能量流动特点分析，供养更多人口生存应采取什么策略？       （拓展任务）与百花山生态系统相比，奥林匹克森林公园的能量流动有什么不同？ 二、生态系统能量流动的特点 各个营养级的生物都会因自身呼吸作用消耗掉大部分能量，其余能量有一部分流入分解者，只有一小部分能够被下一营养级的生物利用，流到第五营养级的能量很少（即能量沿食物链的流动是逐级递减的，营养级越高获得的能量越少），甚至不足以维持一个种群的生存与繁衍，因此食物链一般不超过五个营养级。 人更多以植物为食品。 与百花山生态系统相比，奥林匹克森林公园除需要生产者固定太阳能输入能量外，还需要人工补给能量。 三、生态金字塔 1. 请同学们结合林德曼有关赛达伯格湖的能量流动数据，将各营养级的能量数值用相应面积或体积的图形表示，并按营养级由低到高（从下至上）排列。 （能量金字塔） 生态系统能量金字塔示意图 能量金字塔能更客观、准确的表示能量在各营养级间的传递规律。 肉食性动物 12.6 植食性动物 62.8 生产者 464.6 能量金字塔 数量金字塔 .数量金字塔在什么情况下会是上宽下窄倒置的金字塔型呢？ 2.能量金字塔能直观反映出生态系统各营养级间能量的关系，那么各营养级间的生物量金字塔一般是什么样子？ 三、生态金字塔 生物量金字塔 能量金字塔、数量金字塔（可能倒置）、生物量金字塔统称为生态金字塔。 四、研究生态系统流动的实践意义 1. 结合探究·实践栏目活动建议，调查当地生态系统的能量流动。应用生态金字塔原理分析，提出使该地生态系统中能量得到最大利用的改进建议。 请同学们按照某小组调查的某稻田生态系统图片资料，对以下问题进行分析： 某小组同学在进行了以上思考后，决定调查当地稻田生态系统，并结合教材59页活动建议提出以下调查问题。 1.该稻田除水稻外，还有哪些生产者？农民用什么方法控制这些生产者的数量？ 2.初级消费者有哪些？他们对水稻有利还是有害？对这些初级消费者农民分别采取了哪些措施？ 3.次级消费者有哪些？他们与水稻是什么关系？ 4.农民对水稻秸秆是如何处理的？ 6.农民利用什么方法提高水稻的光能利用率？ （1）通过查阅调查的图片资料，分析该生态系统的组成成分有哪些？ 四、研究生态系统流动的实践意义 青蛙 水稗草 陌上菜 跳蛛 田螺 鸭舌草 稻螟虫 四、研究能量流动的实践意义 （2）绘制该生态系统的部分能量流动图，思考稻田生态系统中生产者的主体是什么？其他生产者、初级消费者、次级消费者分别有哪些？它们与农作物是什么关系？有害还是有益？ 太阳能 水稻 稻飞虱 稻螟虫 青蛙 跳蛛 鸭舌草 水稗草 29 （3）将害虫与益虫进行归类，简化表示该生态系统能量流动关系 四、研究能量流动的实践意义 30 4.结合以上分析，提出提高稻田产量，使稻田能量最大限度流入人类的新措施。 提高水稻光合效率、减少杂草的竞争、减少害虫取食造成能量流失 是否有将害虫与杂草中能量通过二次转化，被人类利用的方法呢？ 四、研究能量流动的实践意义 31 措施1：稻-鸭共作稻田生态系统 水稻田生态系统营养结构更加完善，系统的功能整合特性得到发挥。 ？ 四、研究能量流动的实践意义 32 措施1：稻-鸭共作稻田生态系统 如何有效利用水稻下层的光能，增加流向人类的能量呢？ 四、研究能量流动的实践意义 杂草的控制，减少了与水稻的竞争，但一部分射在水稻间隙的光照也不能被充分利用。如何有效利用水稻下层的光能，增加流向人类的能量呢？从生态系统营养结构角度，同学们有什么想法吗？ 33 在空间上进行合理配置，增大流入生态系统的总能量、提高了能量利用率。 措施2：稻-萍-鸭共作稻田生态系统 四、研究能量流动的实践意义 34 水稻植株 稻壳 大米 四、研究能量流动的实践意义 人类获取了水稻稻谷中的能量，秸秆中还有占总初级生产量四分之一左右的副产品未被利用 35 传统农业对能量的利用 饲料 稻谷 人类 秸杆 粪 牛 太阳能 焚烧 水稻 还有进一步提高秸秆能量利用率的措施？ 四、研究能量流动的实践意义 一级利用 二级利用 一级利用 36 措施3：水稻秸秆养殖蘑菇、生产沼气 四、研究能量流动的实践意义 37 实现能量多级利用，从而大大提高能量的利用率 饲料 稻谷 人类 秸杆 粪 一级利用 牛 太阳能 二级利用 焚烧 水稻 食用菌 二级利用 菌渣 猪、羊 三级利用 沼气池 粪 三级利用 四、研究能量流动的实践意义 一级利用 人们认为没用的秸秆得到了多级利用。秸秆用来种植蘑菇，蘑菇被人类食用，这是对秸秆中能量的二级利用。沼渣做为猪、羊的饲料，人吃猪肉、羊肉，这是对秸秆的三级利用。用动物的粪便生产沼气，人类利用沼气中的能量，这是对秸秆的三级利用。图片中蓝色与红色的内容就是经过人类设计后，增加的能量利用次数。这种设计，实现能量多级利用，从而大大提高能量的利用率 38 （5）思考你提出的改进措施（鸭子）是否会对稻田生态系统产生负面影响呢？ 放养鸭子数量维持在180只/公顷、合理调整鸭子活动时间、食物投放量。可维持底栖动物多样性。同时鸭子的活动也不会对水稻造成踩踏。 四、研究能量流动的实践意义 在稻萍鸭生态系统给人类带来效益的同时，人们也在担心，鸭子在稻田中活动和对稻田中底栖动物的取食是否会影响底栖动物生物多样性，影响稻田生态系统的稳定性呢？通过实验研究得出结论：人们根据水稻与鸭生长周期，合理规划放鸭时间，在放养鸭子数量维持在180只每公顷、以及合理调整鸭子活动时间和食物投放量方面进行限制即可维持底栖动物多样性，保证该生态系统不被破坏。通过对稻田生态系统分析，我们可以看出，从农业生产角度来看，人们总是希望建立稳定性强。能量转化率高，和废物多次利用的稳定的生态流动关系。这样才能持续高效的获得更多的产品。满足人类的需要。 39 2. 通过对稻田生态系统的分析，请同学们结合这些改进措施，归纳研究能量流动的意义？ 四、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，增大流入生态系统的总能量。 （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。 （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。 通过对稻田生态系统的分析，请同学们结合这些改进措施，归纳研究能量流动的意义？ 40 生态系统 边界 结构 组成成分 营养结构 包括 功能 稳态 能量流动 过程 特点 生态金字塔及实践意义 学习总结 41 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；传递效率为10%~20%。 研究意义 ①将生物在时间、空间上进行合理配置，增大流入生态系统的总能量；②科学规划和设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用； ③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 生态金字塔：能量金字塔、生物量金字塔、数量金字塔 【练习与应用】P60 （2）哪个生态系统的能量能够更多的被人类利用？为什么？ 图b。图b所示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的多级、充分利用，提高了能量的利用率。 【练习与应用】P60 二、拓展应用 2.不能。在一个封闭的系统中,物质总是由有序朝着无序(熵增加)的方向发展。硅藻能利用获取的营养通过细胞呼吸释放能量,依靠能量完成物质由无序向有序的转化,维持其生命活动。能量的输入对于生态系统有序性的维持来说是不可缺少的。 $