3.2 生态系统的能量流动（情境任务式课件）（3大任务）生物人教版选择性必修2

3.2 生态系统的能量流动 第三章 生态系统及其稳定性 本课以本地“稻蛙套养”生态农业模式为主线情境，通过“能量账本建模→能量漏斗计算→能量流向优化”三级递进任务，引导学生在分析真实农业问题的过程中自主建构能量流动的过程模型、归纳流动规律、理解实践意义。 1 情境导入 同学们，这是我们隔壁县正在推广的“稻蛙套养”模式。农民不喷农药了，青蛙帮忙吃害虫，青蛙的排泄物又肥了田，水稻和青蛙一起卖，收入反而更高了。 问题：青蛙吃害虫，害虫吃水稻——能量沿着这条食物链流动时，经历了哪些环节？为什么稻蛙套养能让农民“少投入、多产出”？这背后隐藏着怎样的能量流动规律？ 我们在上一节课学习了群落的结构，认识到红树林湿地是一个物种丰富度较高的群落。但地球上并非所有群落都像红树林一样‘热闹’。今天我们就沿着这条路线，去看看不同环境下的群落有什么不一样，以及那里的生物是如何适应各自环境的。 学习目标 重难点 怎样理解生态金字塔？ 能量在生态系统中是怎样流动的？ 重点 研究能量流动有什么实践意义？ 任务一：稻蛙套养田里的“能量账本”——能量流动的过程 1 4 任务一：稻蛙套养田里的“能量账本”——能量流动的过程 任务探究 即时演练 探究新知 水稻固定的太阳能去了哪里？害虫吃掉的能量全部变成了青蛙的体重吗？ 每人领取一套“能量流动卡片”（含“光合作用固定”“呼吸作用散失”“流入下一营养级”“遗体残骸被分解者利用”“未被利用”“粪便排出”等）； 任务一：用卡片拼出能量流经水稻（生产者）的去向图； 任务二：用卡片拼出能量流经稻飞虱（初级消费者）的去向图； 思考：①水稻固定的太阳能是否全部被稻飞虱获取？②稻飞虱吃掉的能量（摄入量）是否全部被同化？粪便中的能量属于谁的“同化量”？ 任务一：稻蛙套养田里的“能量账本”——能量流动的过程 任务探究 即时演练 探究新知 1.概念：生态系统中能量的 、 、 、 的过程，称为生态系统的能量流动。 输入 传递 转化 散失 将种群作为一个整体，甚至以营养级作为一个整体进行研究，是分析生态系统能量流动的基本思路。 能很好地避免以个体和种群为研究对象带来的不足，提高结果的准确性。 任务一：稻蛙套养田里的“能量账本”——能量流动的过程 任务探究 即时演练 探究新知 一株水稻 能量输入 能量输出 （同化量） 细胞呼吸，以热能形式散失 被稻飞虱等生物同化 被分解者分解，以热能形式散失 一个水稻种群 第一营养级 任务一：稻蛙套养田里的“能量账本”——能量流动的过程 任务探究 即时演练 探究新知 第一营养级同化量 （生产者） 能量输入 能量输出 细胞呼吸，以热能形式散失 被初级消费者同化 被分解者分解，以热能形式散失 流入第二营养级的能量=第二营养级同化第一营养所获得的能量（同化量） 同化量 = 摄入量 - 粪便量 任务一：稻蛙套养田里的“能量账本”——能量流动的过程 任务探究 即时演练 探究新知 摄入量 = 同化量+粪便量 同化量（流入量）= 呼吸消耗+自身生长、发育、繁殖（储存量） 自身生长、发育和繁殖= 分解者分解利用+下一营养级同化(定时分析时要+未被利用) 任务一：稻蛙套养田里的“能量账本”——能量流动的过程 任务探究 即时演练 探究新知 思考1：是否每一营养级的能量去向都相同？ 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； （最高营养级没有流入下一营养级的能量去向） 1、在由草、兔、狐组成的一条食物链中，兔经同化作用所获得的能量，其去向不应该包括（　 ） Ａ.通过兔子细胞呼吸释放的能量 Ｂ.通过兔子的粪便流入到分解者体内 Ｃ.通过狐的粪便流入到分解者体内 Ｄ.流入到狐的体内 即时演练 任务探究 B 11 任务二：从定性和定量看“能量漏斗”——能量流动的特点与生态金字塔 2 12 任务二：能量流动的特点与生态金字塔 任务探究 即时演练 探究新知 水稻固定的太阳能约为58000 kJ/(m²·a)，稻飞虱和螟虫同化的能量约为5800 kJ/(m²·a)，青蛙同化的能量约为870 kJ/(m²·a)。同步展示赛达伯格湖能量流动图解（林德曼的研究数据），单位：J/(cm²·a)，第一营养级464.6，第二营养级62.8，第三营养级12.6。 思考：能量在营养级之间传递时，为什么总是“打折扣”？这个折扣有多大？ 任务二：能量流动的特点与生态金字塔 任务探究 即时演练 探究新知 活动1：计算稻蛙套养田相邻营养级间的能量传递效率： 第一→第二营养级 = 5800÷58000×100% = 10%； 第二→第三营养级 = 870÷5800×100% = 15%。 再看赛达伯格湖：62.8÷464.6≈13.5%，12.6÷62.8≈20.1%。 活动2：思考：为什么传递效率大约只有10%~20%？从呼吸消耗、遗体残骸被分解者利用、未被利用等角度分析能量散失的原因。 任务二：能量流动的特点与生态金字塔 任务探究 即时演练 探究新知 2.能量为什么不会百分之百地流到下一个营养级? 1.计算“流出”该营养级的能量占“流入”该营养级能量的百分比。 能量传递效率= 流入某一营养级的能量除了流入下一营养级的之外，还有： ①一部分通过该营养级的呼吸作用散失； ②一部分作为排遗物、遗体或残枝败叶被分解者利用； ③一部分未被利用（未被捕食，未进入下一个营养级） 某一营养级的同化量 下一营养级的同化量 ×100% 任务二：能量流动的特点与生态金字塔 任务探究 即时演练 探究新知 特点1：单向流动，不循环 能量只能沿食物链由第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面的各个营养级，不可逆转，与不能循环。 【原因】：①生物的捕食和被捕食关系是自然选择的结果，不能逆转。食物链中各营养级的顺序是不可逆转的； ②生态系统中的能量最终以热能的形式散失，所以不可逆转，也不能循环流动。 任务二：能量流动的特点与生态金字塔 任务探究 即时演练 探究新知 特点2：逐级递减 输入到一个营养级的能量不能百分之百地流入下一营养级，能量沿着食物链流动过程中逐级减少。 一般来说，相邻两个营养级之间的能量传递效率是10%~20%。营养级越多，能量流动过程中消耗的能量就越多。因此，生态系统中能量流动一般不超过5个营养级。 【原因】①各营养级生物会因自身的呼吸作用而散失部分能量 ②各营养级的能量会有一部分流向分解者。 ③各营养级生物总有一部分能量未被下一营养级利用 任务二：能量流动的特点与生态金字塔 任务探究 即时演练 探究新知 第一营养级 第二营养级 第三营养级 第四营养级 能量金字塔 1、概念：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，可形成一个金字塔图形，叫做能量金字塔。 任务二：能量流动的特点与生态金字塔 任务探究 即时演练 探究新知 第一营养级 第二营养级 第三营养级 第四营养级 能量金字塔 2、意义：直观的反映出生态系统各营养级间能量的关系。 3、特点：自然生态系统通常都是上窄下宽的金字塔形。 原因：能量在流动中总是逐级递减的。 任务二：能量流动的特点与生态金字塔 任务探究 即时演练 探究新知 2、意义：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。 生物量金字塔 1、概念：用表示能量金字塔中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，即为生物量金字塔。 3、特点：大多也是上窄下宽的正金字塔形。 任务二：能量流动的特点与生态金字塔 任务探究 即时演练 探究新知 数量金字塔 1、概念：用表示能量金字塔的方法表示各个营养级的生物个体的数目比值关系，即为数量金字塔。 2、意义：表明每个营养级中生物个体的数量。 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 活动3：讨论：①如果换成一片森林，数量金字塔会不会出现“倒置”（如一棵树上生活着大量昆虫）？②生物量金字塔在什么情况下可能倒置（如海洋浮游植物与浮游动物） 任务二：能量流动的特点与生态金字塔 任务探究 即时演练 探究新知 树 昆虫 鸟 浮游植物 浮游动物 鱼类 出现上宽下窄倒置的生物量金字塔和数量金字塔情况: 一棵树上的昆虫和鸟 数量金字塔: 生物量金字塔: 任务三：让能量“流”向人的口袋——研究能量流动的实践意义 3 23 任务三：研究能量流动的实践意义 任务探究 即时演练 探究新知 资料一：农药使用量从每亩1.2公斤降至零，稻谷产量基本持平（因青蛙控制了害虫），额外收获青蛙约50公斤/亩，综合收益提高约35%。 资料二：某地采用“稻—鱼—鸭”复合种养模式，鸭吃害虫和杂草，鱼吃浮游生物和底栖动物，鸭粪和鱼粪肥田，实现了“一水两用、一田三收”。 思考：从能量流动的角度看，稻蛙套养和稻鱼鸭模式“高明”在哪里？人类研究能量流动的实践意义是什么？ 任务三：研究能量流动的实践意义 任务探究 即时演练 探究新知 例如: 间作套种、多层育苗、稻--萍--蛙等立体农业生产方式。 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。 任务三：研究能量流动的实践意义 任务探究 即时演练 探究新知 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: 如果把作物秸秆当燃料烧掉，人类就不能充分利用秸秆中的能量。如果将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; 任务三：研究能量流动的实践意义 任务探究 即时演练 探究新知 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: 只有根据草场的能量流动特点，合理确定草场的载畜量，才能保持畜产品的持续高产。（捕捞量，稻田除草、除虫等） 即时演练 任务探究 1、假定某生态系统中有绿色植物，蛙、蛇、鹰、昆虫和食虫鸟等生物，此生态系统的总能量为24000千焦，如营养级之间能量转化效率为15%，第三营养级和第四营养级所利用的能量分别是（ ） A.540千焦 81千焦 B.240千焦 340千焦 C.650千焦 700千焦 D.1200千焦 540千焦 2、如果一个人的食物有1/2来自绿色植物，1/4来自小型肉食动物，1/4来自羊肉，假如传递效率为10%，那么该人每增加1kg的体重，约消费植物（　　） Ａ.１０Ｋｇ　　　 Ｂ.２８Ｋｇ Ｃ.１００Ｋｇ　　 Ｄ.２８０Ｋｇ 28 课后作业 “我家餐桌上的能量流动”调查与优化方案设计 家庭饮食调查（课后1周内完成）：记录你家一周内消耗的主要食物种类和大致数量（如米饭、猪肉、鸡肉、蔬菜、鸡蛋等），标注每种食物来源于植物性食物还是动物性食物。 这就解释了为什么“常规杀菌方法难以根除”——蓝细菌是原核细胞生物，不是一般意义上的“菌”，且它与环境中的营养物质富集有关，是生态问题，不仅是杀菌问题。 随堂小练 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 ( ) √ × √ 30 随堂小练 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 C B 31 下节再见 32 $