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

生物群落 非生物的物质和能量 生产者 分解者 食物链 食物网 【复习】 能量流动 信息传递 物质循环 生态系统三大功能 第2节 生态系统的能量流动 第3章 生态系统及其稳定性 学习目标 1.理解能量流动的含义及研究生态系统能量流动的意义。【生命观念】 2.通过赛达伯格湖能量流动的图解和数据分析，学生阐述能量流动的特点。【科学探究】 3.应用生态系统能量流动特点解决生活中的实际问题。【科学思维】 4.注农业的发展和生态农业的建设。【社会责任】 学习重点 生态系统能量流动的过程和特点。 学习难点 能量流动某一营养级的模型构建及理解。 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。 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。 流落荒岛 讨论：你认为以下哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援？ 1.先吃鸡，再吃玉米。 问题探讨 先吃鸡，再吃玉米 我反对，为什么要先吃我 应该先吃鸡，再吃玉米（即选择1），若选择2，则增加了食物链的长度，能量逐级递减，最后人获得的能量较少。 研究能量流动的基本思路 科学方法 个体1 … 储存在体内的能量 呼吸作用散失的能量 个体 2 储存在体内的能量 呼吸作用散失的能量 个体 3 储存在体内的能量 呼吸作用散失的能量 能量输入 能量储存 种群 能量散失 能量输入 如果将一个营养级中的所有种群作为一个整体，那么应该如何表示？ 群体 是指同一营养级上的所有种群！ 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。 4 自主学习 阅读教材 55页，结合图3—5和3-6，思考以下问题 1、能量是怎样输入第一营养级的？ 2、生产者是否将照射到草地上的光全部储存？ 3、输入第一营养级的总能量是？ 4、生产者固定的太阳能有那两个去向？ 5、用于生长、发育和繁殖的能量有哪两个去向？ 第一营养级能量流动 1、生产者的能量通过什么途径，以什么形式传递给其他动物？ 2、第二营养级的能量来自流入第二营养级的能量是同化量还是摄入量？ 3、同化量和摄入量之间的关系是怎样的？ 4、第二营养级粪便中的能量应该属于谁的同化量？ 5、初级消费者同化量去向有哪些？ 第二营养级能量流动 一、能量流动的过程 (1)玉米的能量来源于哪里？ (2)照射在玉米上的太阳能都被吸收了吗？如何被吸收? (3)玉米吸收太阳能后，以何种形式储存？ (4)玉米中的能量有哪些去向？ 1.第一营养级的能量流动情况 玉米 鸡 人 一、能量流动的过程 太阳能 1% 1% 光合作用 有机物中化学能 1.第一营养级的能量流动情况 玉米 鸡 人 一、能量流动的过程 1% 热能 呼吸作用 流入下一营养级 分解者分解 残枝败叶等 自身生长、发育、繁殖等，储存在有机物中 1.第一营养级的能量流动情况 一、能量流动的过程 呼吸作用 散失（热能） 呼吸作用 散失 （热能） 分解者利用 生产者所固定的太阳能 用于生长发育繁殖 初级消费者摄入 未利用 残枝败叶等 ① 一来“二去”: 一来“三去”: 一来“四去”: ② ③ ④ ⑤ ①② ①③④ ①③④⑤ “未利用”是指：在统计能量流动的时间段内，某一营养级生物的同化量中未被呼吸作用消耗，也未被下一营养级捕食或分解者利用的能量，有时还包括以化石燃料形式储存于地下未被人类开采的能量。 一、能量流动的过程 2.第二营养级的能量流动情况 (1)鸡的能量来源于哪里？ (2)摄入的能量都被鸡吸收了吗？ (3)鸡吸收的能量以何种形式储存？ (4)鸡吸收的能量，有哪些去向？ 玉米（摄食） 粪便 有机物中化学能 呼吸消耗以热能形式散失 用于自身生长发育繁殖 摄入 粪便 同化 热能 呼吸作用 流入下一营养级 分解者分解 一、能量流动的过程 2.第二营养级的能量流动情况 次级消 费者摄入 用于生长发育繁殖 初级消费者同化 初级消费者摄入 散失 呼吸作用 遗体 残骸 分解者利用 散失 呼 吸 作 用 … 粪便 （未同化） 呼吸作用以热能形式散失 用于生长、 发育和繁殖 被分解者分解利用 流入下一个营养级 同化量 摄入量 粪便 （未同化） 未利用 一来“二去”: 一来“三去”: 一来“四去”: 摄入量 = 同化量 + 粪便量 假设某食物链还有第三、四、五营养级，那么能量在第三、第四营养级的流动情况？ 流入下一营养级 与第二营养级的情况大致相同 3.最高营养级的能量流动情况 与第二营养级的情况大致相同 但最高营养级中没有 的能量去向 某一营养级的能量流动分析 1、某一营养级能量的来源： (1) 生产者：生产者所固定的太阳能； (2)消费者：同化量。 2、某一营养级能量的去路 (1)通过呼吸作用以热能形式散失； (2)流入下一营养级； (3) 被分解者分解利用； (4)未被利用。 ①定量定时： （一定时间内） ②定量不定时：（能量的最终去路） (1)通过呼吸作用以热能形式散失； (2)流入下一营养级； (3) 被分解者分解利用； 利用桌面上的卡纸，构建能量流经生产者、初级消费者、次级消费者 的能量流动过程图（每个营养级有3个去向即可） [模型构建] 呼吸作用 分解者 思考: 残枝败叶+ 初级消费者的粪便量 箭头由粗变浅：表示_________________________________ 菱形面积越来越小：表示_____________________________ 遗体残骸+ 次级消费者的粪便量 随营养级的升高，储存在生物体内的能量越来越少。 表示流入下一营养级的能量逐级递减。 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 生态系统的能量流动分析 14 生产者的能量来源:_______;各级消费者的能量来源:____________________ 散失形式：______ 散失途径：____________________________________________ _________________________________ 输入： 传递： 散失： 转化： 流经生态系统的总能量：________________________ 生产者所固定的太阳能 太阳能 传递形式：___________________ 传递渠道：___________________ 有机物中的化学能 食物链和食物网 热能 太阳能 化学能 各营养级的呼吸作用及分解者的分解作用 热能 上一营养级同化的能量 太阳能 输入 转化 传递 散失 化学能 热能 2.下图所示为某生态系统中能量流向物种甲后发生的一系列变化,下列有关叙述错误的是(　　) A.A表示物种甲同化的能量B.E表示物种甲呼吸散失的能量C.D表示分解者呼吸散失的能量D.A中的能量包括物种甲粪便中的能量 D 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。 讨论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•讨论：生态系统中的能量流动 讨论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。 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，营养级越高，散失的能量越多。 三、能量流动的特点 林德曼 （1915-1942） 赛达伯格湖 林德曼对一个结构相对简单的天然湖的能量流动进行了定量分析 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 18 思考•讨论：分析赛达伯格湖的能量流动 讨论1：用表格的形式，将图中的数据进行整理。例如，可以将每一营养级上的能量“流入”和“流出”整理成为一份清单（“流出”的能量不包括呼吸作用散失的能量）。 讨论2：计算“流出”该营养级的能量占“流入”该营养级能量的百分比。 营养级 流入能量 流出能量 出入比 生产者 植食性动物 肉食性动物     464.6 62.8 13.5% 62.8 12.6 20.0% 12.6 能量传递效率 = 下一营养级同化量 本营养级同化量 ×100% 下一营养级同化量 本营养级同化量 19 讨论3: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？ 讨论4:通过以上分析，你能总结出什么规律？ 思考•讨论：分析赛达伯格湖的能量流动 各营养级的能量都有 一部分能量通过呼吸作用以热能形式散失； 一部分能量未被利用； 一部分能量被分解者分解利用。 ①生态系统中能量流动是单向的； ②能量在流动过程中逐级递减； 20 三、能量流动的特点 (1)单向流动 ①不可逆： ②不循环流动： (2)逐级递减 营养级顺序不可逆 释放的热能不能被重新利用 ①一部分能量呼吸作用以热能形式散失 ②一部分能量未被利用 ③一部分能量被分解者分解 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 21 不矛盾。能量在流动过程中逐级递减，指的是流入各个营养级的能量。能量守恒定律可以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(生物体的有机物)中的能量＋被各个营养级的生物利用、散发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。 能量在流动过程中逐级递减，与能量守恒定律矛盾吗？为什么？ 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； 生命系统是开放系统，可以通过获取能量来维持系统的有序性。 23 例1．下图为甲同学绘制的某生态系统的能量流动图解(其中W1为生产者固定的太阳能)，相关叙述不正确的是 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)×100% C．流入初级消费者的能量为(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 技巧分析:利用“拼图法”巧解能量流动难点 (1)输入第一营养级的能量(W1)即生产者的同化量被分为两部分： 一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失(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未被利用B1、流向分解者C1、流向下一营养级的D1 第3章生态系统及其稳定性 第2节 生态系统的能量流动 （第2课时） SW-PWF 26 四. 生态金字塔 请同学们将赛达伯格湖的能量流动数据，用相应面积或体积的图形表示，并按营养级由低到高排列。 肉食性动物 12.6 植食性动物 62.8 生产者 464.6 1.能量金字塔: 低 能量 高 低 高 营养级 单位时间内各营养级所的得到的能量数值转换为相应面积（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。 直观的反映出生态系统各营养级间能量的关系。 意义： 特点： 通常都是上窄下宽的金字塔形。 2.生物量金字塔 每个营养级所容纳的有机物的总干重 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 海洋生态系统中，浮游植物个体小，寿命短，又不断被浮游动物和其它动物吃掉，所以在某一时刻调查到的浮游植物的生物量很可能低于第二营养级的生物量，因此生物量金字塔会出现倒置。 直观的反映生态系统各营养级所容纳的有机物的总干重的关系。 意义： 特点： 大多也是上窄下宽的正金字 塔形,但是有时候会出现倒置的金字塔形。 3.数量金字塔 各个营养级的生物个体的数目比值关系 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 温带森林的生物数量 当生产者个体比消费者个体大得多时，数量金字塔经常倒置。比方说，生产者是树，初级消费者是昆虫。 直观的反映生态系统各营养级的生物个体的数目比值关系。 可以是上窄下宽的正金字塔形，也可以是上宽下窄的倒置金字塔形。 意义： 特点： 昆虫 树 人类位于食物链的顶端，从能量金字塔来看，人口数量日益增长，这会对地球上现有的生态系统造成什么影响？ 为了满足日益增长的人类的生活需求，要求低营养级(塔基)要有更多的能量输入。 塔基 项目 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 生态金字塔的比较 B 金版P79 1. 研究生态系统的能量流动，可以帮助人们将生物在 、 上进行 ， 流入某个生态系统的总能量。 间作套种 多层育苗 稻—萍—蛙 时间 空间 合理配置 增大 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 ，使能量得到最有效的利用。 用秸秆作饲料 粪便制作沼气 沼渣田肥 五. 研究能量流动的实践意义 实现了对能量的多级利用，大大提高了能量的利用率。 人工生态系统 桑基鱼塘 (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。 能量传递效率与能量利用率的比较 本营养级的同化量 下一营养级的同化量 ×100% 生产者固定总能量 流入最高营养级的能量 ×100% 能量传递效率= 能量利用率= 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 ，使能量 地流向对人类最有益的部分。 五. 研究能量流动的实践意义 合理确定草场载畜量 麦田除草、除虫 牲畜过少，不能充分利用牧草所提供的能量； 牲畜过多，就会造成草场的退化，使畜产品的产量下降。 能量流动关系 持续高效 4.下图是两个农业生态系统的模式图。图a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b相同。 (1)分析这两幅图,完成这两个生态系统的能量流动图解。 P60拓展应用 38 思考：以农田生态系统为例哪些措施能增加流入生态系统的总能量？ 太阳能 农作物 家畜、家禽 人 图a 能量流动图解 图b 能量流动图解 太阳能 农作物 家畜、家禽 人 沼气池 (含微生物) 食用菌 39 6.下图为某生态系统中的能量传递示意图(单位:kJ),下列叙述错误的是 (　　) 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1 250 kJB.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 C P60练习与应用 归纳总结 41 思维训练 分析和处理数据 阅读P59文字叙述，请根据以上数据计算： 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？ (12+18)/12×2675=6687.5kg = 2675×180(C6H12O6)÷72(C6) 6687.5kg 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？ 2045×1.6×104kJ= 3.272×107kJ 1.07×108kJ+ 3.272×107kJ=1.3972×108kJ 3.272×107÷1.3972×108=23.4% ④这块玉米田的太阳能利用效率是多少？ 6687.5×1.6×104 =1.07×108KJ 1.3972×108÷8.5×109=1.64% 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 思维训练 分析和处理数据 能量传递效率的计算 能量传递效率=--------------------- 能量在相邻两个营养级之间的传递效率为10％～20％，计算公式： 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。 由第一营养级到第二营养级的能量传递效率是指： 例如：对于食物网 (B＋C)同化的总能量占A同化的总能量的10%～20%。 下一营养级同化量 本营养级同化量 ×100% 能量传递效率的计算 (1)已确定营养级间能量传递效率的计算: 例如：食物链“甲→乙→丙→丁”，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若甲的能量为1KJ，则丁获得的能量为 。 若丁的能量为1KJ，则甲获得的能量为 。 1×a%×b%×c% 1÷a%÷b%÷c% (2)食物链中能量的最值计算 例如：在食物链A→B→C→D中， 已知A营养级的能量为1KJ，则D营养级获得的能量 最多为： . 最少为： . 已知D营养级的能量为1KJ，则需A营养级的能量 最多为： . 最少为： . 1×(20%)3 1×(10%)3 1÷(20%)3 1÷(10%)3 能量传递效率的计算 (4)在食物网中能量的最值计算 知低营养级 求高营养级 获得能量最多 选 食物链 按 计算 获得能量最少 选 食物链 按 计算 最短 ×20% 最长 ×10% 最多为： . 最少为： . 1×(10%)3 例如：A→B→C→D，已知A的能量为1KJ，则D获得的能量最多为？最少为？ E 1×(20%)2 能量传递效率的计算 (4)在食物网中能量的最值计算 知高营养级 求低营养级 需最多能量 选 食物链 按 计算 需最少能量 选 食物链 按 计算 最短 ÷20% 最长 ÷10% 最多为： . 最少为： . 1÷(10%)3 1÷(20%)2 例如：A→B→C→D，已知D的能量为1KJ，则需A最多为？最少为？ E (5)食物比例问题 在食物网中，某一营养级同时从上一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。 能量传递效率的计算 例如：下图是一个食物网，假如鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠， 1/5来自蛇，那么鹰若要增加20 g体重，至少需要消耗植物 。 900g 20×2/5÷20%÷20%=200 20×2/5÷20%÷20%=200 20×1/5÷20%÷20%÷20%=500 (5)食物比例问题 能量传递效率的计算 例如.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(　　) A．1.375倍　　 B．1.875倍 C．1.273倍 D．0.575倍 设C原来的能量为a，则需要A提供的能量为 1/2 a÷10%÷10%＋1/2 a÷10%＝55 a； 改变食物比例后的C的能量设为b，则需要A提供的能量为 2/3 b÷10%＋1/3 b÷10%÷10%＝40 b。 由于生产者没有改变，所以流向该生态系统的总能量没有变化， 55 a＝40 b， 即b/a＝1.375。 A B 5.下图所示食物网中,E是生产者,共含有7.1×109 kJ 的能量,B的总能量为2.3×108 kJ,从理论上计算A最多获得的能量是 (　　) A.2.84×108 kJ B.2.38×108 kJ C.1.41×109 kJ D.3.05×108 kJ C 10.下图所示的食物网中,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 1.生态系统中所有生物的生命活动都需要能量，而不同营养级的生物获取能量的途径是有差别的。据此判断下列表述是否正确。 (1)太阳能只有通过生产者才能输入到生态系统中（ ） (2)生态系统中初级消费者越多，次级消费者获得的能量越少( ) (3)能量沿食物链流动是单向的 ( ) √ × √ 练习与应用 一、概念检测 52 2.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 3.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 练习与应用 C 53 【例3】下图表示某一生态系统的能量金字塔,其中Ⅰ~Ⅳ分别代表不同的营养级,E1、E2代表能量的形式。下列叙述错误的是 (　　) A.图中每一个阶梯代表的含义是相应的营养级同化的能量 B.该图所示的食物网中只有1条食物链:Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ C.图中一般不会涉及的生态系统成分包括分解者 D.图中能体现能量在生态系统中流动的特点 $