2021-2022学年高二上学期生物人教版必修三5.2 生态系统的能量流动课件（59张）

(共59张PPT)
第2节
生态系统的能量流动
一、教学目标
1.分析生态系统能量流动的过程和特点。
2.概述研究能量流动的实践意义。
3.尝试调查农田生态系统中的能量流动情况。
二、教学重点和难点
生态系统能量流动的过程和特点。
假设你像鲁滨逊那样流落在不毛的荒岛上，身边只有15Kg玉米和一只母鸡可以食用，那么使自己活的最长的办法是：
A.先吃鸡，然后吃玉米　　　　
B.先吃玉米，同时用部分玉米喂鸡，吃鸡生产的蛋，最后再吃鸡
我认为应先吃鸡，再吃玉米
我反对！为什么要先吃我？我可以下蛋给你吃！
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答案就在我们本节课中······
如何活得更长？
生产者
消费者
分解者
非生物的物质与能量
一、生态系统的能量流动概念
1、概念：生态系统中能量的输入、传递、转化、散失的过程称为生态系统的能量流动。
输入
散失
散失
散失
传递、转化
光合作用
化能合成作用
呼吸作用
食物链
食物网
2、能量流动分析：流经一个种群的情况
能量输入
个体2
个体1
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
种群
能量储存
能量散失
生态系统的能量流动的研究对象：种群或“营养级”为单位
生产者
初级消费者
次级消费者
第一营养级
第二营养级
第三营养级
草
→
兔
→
鹰
二、能量流动的过程
⒈生态系统的能量来源是：？
2.流经生态系统的总能量是：？
4.生产者(第一营养级)
能量的去路有哪些？
太阳能
生产者所固定的太阳能
3.能量流动的起点和渠道是什么？
起点：
渠道：食物链和食物网
生产者固定太阳能开始
阅读课本P94，“能量的流动过程”，思考下列问题：
草的能量是怎样得来的
光合作用
？
(太阳能
化学能)（无机物
有机物）
呼吸消耗
分解者分解
供下一营养级摄入
草的能量的去向
？
用于自身生长、发育、繁殖---有机物
呼吸作用散失
用于生长、
发育、繁殖
遗体、
残枝败叶
分解者
初级消费者摄食
能量流经第一营养级示意图
太阳
生产者固定的太阳能
初级消费者摄入（吃进）的能量能都被利用吗？
未利用的能量
利用的能量
思考：兔子的摄入量就是兔子的同化量吗？
兔子同化的能量都到那里去了？
摄入量:下一个营养级通过捕食的方式从上一个营养级获得的能量.
同化量:经同化作用所吸收的能量
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。
(同化量
=
摄入量—粪便量）
能量流动的过程
初级消费者
摄入
初级消费者
同化
用于生长
发育和繁殖
次级消费者
摄入
分
解
者
利
用
遗体
残骸
粪便
呼吸作用
散失
呼吸作用
散失
能量在第二营养级中的变化
粪便量
用于生长、
发育、繁殖
遗体残骸
分解者
次级消费者摄入体内
初级消费者者摄入量
同化量
呼吸散失
（未被利用）
能量在第二营养级中的变化
？
呼吸消耗
鹰的能量去向如何
用于生长、发育和繁殖
------分解者分解
粪便量
用于生长、
发育、繁殖
遗体残骸被分解者分解
顶级消费者者摄入量
同化量
呼吸散失
能量在最高营养级中的变化
（未被利用）
同化量=摄入量－粪便量
=呼吸作用散失量＋用于生长、发育、繁殖的量（储存于生物体内的）
=呼吸作用散失量＋下一营养级同化量＋被分解者利用的量
注意：某生物的粪便量不属于该生物所处的营养级的同化量，而应属于上一营养级同化的能量（上一营养级被分解者利用的能量）。
呼吸
呼吸
呼吸
分
解
者
呼吸
太阳能
生产者
（植物）
初级消费者（植食动物）
次级消费者
（肉食动物）
呼吸
三级消费者
（肉食动物）
总结：能量流动过程----输入、传递、转化、散失
输入：
输入生态系统的总能量：
生产者固定的太阳能
传递：
能量在生物群落中传递的形式：
转化：
热能
太阳光能
化学能
光合作用
呼吸作用
散失：
能量散失的途径和形式：
呼吸作用以热能形式散失
有机物中的化学能
生产者
(植物)
呼吸
初级消费者
(植食动物)
呼吸
次级消费者
(肉食动物)
呼吸
分
解
者
…
呼吸
三级消费者
(肉食动物)
呼吸
图5—7中箭头的方向表示什么？
箭头的由粗到细表示什么？
能量的最终去向有哪三个？
能量流动的方向
能量由多到少
一部分通过呼吸作用以热能形式散失，
一部分流向下一营养级，
一部分流向分解者。
思考与讨论:
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？
在生态系统中，能量的形式不断转换，如太阳辐射能通过绿色植物的光合作用转变为储存于有机物化学键中的化学能；动物通过消耗自身体内储存的化学能变成爬、跳、飞、游的机械能。在这些过程中，能量既不能凭空产生，也不会消灭，只能由一种形式转变为另一种形式。因此，对于生态系统中的能量转换和传递过程，都可以根据热力学第一定律进行定量计算。
输入某营养级的总能量＝呼吸作用消耗的能量＋分解者分解的能量＋流入下一营养级的能量
２．流经某生态系统的能量能否再回到这个生态系统？
能量在生态系统中的流动，很大部分被各个营养级的生物利用，通过呼吸作用以热能的形式散失。散失到空间的热能不能再回到生态系统参与流动。因为至今尚未发现以热能作为能源合成有机物的生物
生产者
(植物)
呼吸作用
初级消费者
(植食动物)
呼吸作用
次级消费者
(肉食动物)
呼吸作用
分
解
者
…
呼吸
三级消费者
(肉食动物)
呼吸作用
从方向和数量两个方面，思考并讨论能量流动的特点。
三、能量流动的特点
生产者
(植物)
呼吸作用
初级消费者
(植食动物)
呼吸作用
次级消费者
(肉食动物)
呼吸作用
分
解
者
…
呼吸
三级消费者
(肉食动物)
呼吸作用
（1）方向：单向流动
②能量不可循环利用
①低营养级
高营养级
（2）数量：逐级递减
定性分析：
植食性动物
62.8
62.8
太阳能
未
固
定
生产者
464.6
分解者
12.5
呼吸作用
96.3
未利用
293
2.1
18.8
29.3
12.6
肉食性动物
12.6
微量
7.5
5.0
327.3
122.6
14.6
三、能量流动的特点
赛达伯格湖的能量流动图解
定量分析：
营养级
流入能量
流出能量
（流入后一个营养级）
出入比
生产者
植食性动物
肉食性动物
?
?
分解者
?
?
464.6
62.8
12.6
14.6
62.8
12.6
13.52%
20.06%
（1）根据赛达伯格湖能量流动图解完成下列表格
（2）计算相邻两个营养级间能量传递效率。各营养级之间的传递效率在多大范围内?
传递效率=
本营养级的同化量（流入本营养级）
后一营养级的同化量（流入后一个营养级）
×100%
从第一营养级到第二营养级的传递效率
从第二营养级到第三营养级的传递效率
=62.8/464.6=13.5%
=12.6/62.8=20.06%
结论：相邻营养级的传递效率大约是10%—20%。
一部分通过该营养级的呼吸作用散失了。
一部分作为遗体或残枝败叶而被分解者所分解。
还有一部分进入下一营养级（被捕食）
。
提示：流入某一营养级的能量主要有以下去向：
　　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。
（3）．流入某一营养级的能量，为什么不是百分百地流到下一营养级？
逐级递减:
单向流动:
生产者
次级消费者
三级消费者
初级消费者
不能循环，不可逆转
能量在沿食物链流动的过程中是逐渐减少的
在相邻两个营养级中的传递效率大约是10%—20%
总结：能量流动的特点
原因：a.食物链中生物间捕食关系不可逆。
b.能量以热能形式散失后，不可重复利用。
原因：a.自身呼吸作用消耗、b.分解者利用、c.未利用。
能量金字塔可以更直观地体现能量流动的特点。
由单位时间内各营养级所得到的能量数值，由低到高绘制的图形。
在一个生态系统中，营养级
越多，在能量流动的过程中
消耗的能量就越多，能量流
动是单向、逐级递减的。
能量金字塔
任何生态系统都需要不断得到能量补充，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的时间内没有能量输入，这个生态系统就会崩溃。
为什么谚语说“一山不容二虎”？
根据生态系统中能量流动逐级递减的特点和规律，营养级越高，可利用的能量就越少，老虎在生态系统中几乎是最高营养级，通过食物链(网)流经老虎的能量已减到很小的程度。因此，老虎的数量将是很少的。故“一山不容二虎”有一定的生态学道理。
10%~20%
生产者
10%~20%
初级
消费者
次级
消费者
10%~20%
……
为什么一般的食物链上营养级不会多于5个？
答：根据能量传递效率为10%-20%计算，流入到下一营养级能量是很少的。所以营养级越高生物种类和数量就越少。当能量流经4-5个营养级，所剩的能量就少到不足以再维持下一营养级的生命了。
引申：人增加一千克，要消耗多少千克的植物？为什么肉类食品的价格比小白菜价格高？
美国生态学家林德曼，提出了“十分之一定律”：从理论上讲，一个人靠吃鱼增长身体1kg，就得吃掉10kg鱼，10kg的鱼则要吃掉100kg的浮游动物，100kg的浮游动物要吃掉1000kg的浮游植物。也就是说，1000kg的浮游植物才能养活10kg的鱼，进而才能使人增长1kg体重。
假设你像鲁滨逊那样流落在不毛的荒岛上，身边只有15Kg玉米和一只母鸡可以食用，那么使自己活的最长的办法是：
A.先吃鸡，然后吃玉米　　　　
B.先吃玉米，同时用部分玉米喂鸡，吃鸡生产的蛋，最后再吃鸡
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
√
生物数量金字塔：按生物的个体数量表示。
生产者（野草）
5842424株；
初级消费者（草原动物、昆虫）
708
624只；
次级消费者（肉食动物、吃昆虫的小鸟）
354
904
只；
三级消费者（肉食动物、吃小鸟的鹰）
3只。
树
昆虫
小鸟
例外
如果将每个营养级的生物数量,按营养级由低到高绘制成图,就得到数量金字塔。数量图形也是正金字塔形吗?
思考：
生物量金字塔：按生物的质量表示。
生产者（大叶藻）
4800万吨；
初级消费者（吃大叶藻的小鱼虾）
1200万吨；
次级消费者（吃小鱼虾的大鱼）
17万吨；
三级消费者（吃大鱼的鱼）
3万吨。
例外
浮游植物
浮游动物
　　小　　　鱼
如果将每个营养级的生物量,按营养级由低到高绘制成图,就得到生物量金字塔。生物量金字塔是正金字塔形吗?
思考：
生物量：每个营养级所容纳的有机物的总干重
能量金字塔永远是正金字塔形，而数量和生物量金字塔有时倒置。
能量金字塔
数量金字塔
生物量金字塔
形状
特点
象征意义
含义
10000
1000
100
10
1
高
低
能量
高
低
营养级
10000
1000
100
10
1
高
少
数量
高
低
营养级
10000
1000
100
10
1
高
少
生物量
高
低
营养级
呈正金字塔形
一般呈正金字塔形
一般呈正金字塔形
能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性
生物个体数目沿食物链中随营养级而逐级递减
生物量(现存生物有机物的总质量)沿食物链流动逐级递减
食物链中每一营养级生物所含能量多少
每一营养级生物个体数目
每一营养级生物的有机物总量
生物金字塔
四:研究生态系统能量流动的意义
1、帮助人们科学规划、设计人工生态系统,
使能量得到最有效的利用。
研究能量流动,能否想办法提高能量传递效率？
只能提高能量
效率，实现多级利用。不能提高传递效率
利用
作物
粮食
秸秆
燃烧
多数热能散失
牲畜
粪便
沼气池
沼渣
肉蛋奶等
沼气
多级利用
2、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。
四:研究生态系统能量流动的意义
农民经常在农田里除草、灭虫。从生态系统能量流动的角度,这样做的目的是?
调整能量流动方向,使能量更多地流向对人类有益的农作物。
生物富集作用
通过食物链和食物网的各营养级，使某些污染物，如放射性化学物质和合成农药等，在生物体内逐步浓集的趋势。而且随着营养级的不断提高，有害污染物的浓集程度也越高，最高营养级的肉食动物最易受害。
本节知识体系
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：
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
能量金字塔：
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
太阳能
食物链和食物网
2.设法调整能量流动关系，使能量流向对人类最有益的部分。
1.
帮助人们科学规划设计人工生态系统，使能量先到最有效的利用。
反馈练习：
1、在一个处于平衡状态的封闭的生态系
统内，要使其中的动物能够长时间存活，必须提供（
）
A．o2
B．H2o　C．有机物
D．太阳能
B
D
2、在一条食物链中，第二营养级能量最
多有多少流入到第五营养级（
）
A.
1/5
B.1/125
　
C.1/25
　
D.1/625
3、肉食动物不可能是一条食物链中的第几
营养级（
）
A．第五
B．第二　C．第三
D．第四
4、对水稻→鼠→蛇→鹰这条食物链的错误
描述是（
）
A.水稻是生产者
B.鼠是初级消费者
　　
C.蛇是次级消费者
D.鹰属于第三营养级
B
D
5.下面有关生态系统能量流动的表述，不正确的是（　　）
A
.能量流动是单向流动，逐级递减的
B.食物链越短，可供消费者的能量越多
C
.初级消费者越多，次级消费者获得的能量越少
D
.营养级越多，散失的能量越多
6.假设一个生态系统的总能量为１００％，按最高传递效率计算，第三营养级和三级消费者所获得的能量应为（
　）
A.４％和４％　　　　　　　　B.０.８％和０.８％
C
.４％和０.８％　　　　　　
D.１０％和４％
C
C
练习题
1.
根据生态学原理，使能量在流动过程中损耗最低，应采用的一组食物结构
A.以淡水养殖的鱼类为主
B.以谷物与植物蛋白为主
C.以海洋鱼类为主
D.以禽肉与蛋为主
2.下图是某一生态系统的能量锥体，能正确反映能量流动特点的是：
A
B
C
D
D
B
4.在生态系统的能量金字塔中，贮存能量最多的成分是：
A.生产者
B.初级消费者
C.次级消费者
D.分解者
3.一般地说，在食物链中随营养级的递增，生物个体数量将依次：
A.递增
B.不变
C.递减
D.稍增加
C
A
5、流经生态系统的总能量是指(
　
)
A.
照射到该生态系统内所有植物体叶面上的全
部太阳能
B.
射进该系统的全部太阳能
C.
该系统全部生产者所固定的太阳能的总量
D.
生产者传递给消费者的全部能量
c
6、假设初级消费者从生产者那里获得的能量数值相等，则猫头鹰获得能量最多的食物链（
）
A、绿色植物→蝗虫→蜘蛛→蜥蜴→蛇→猫头鹰
B、绿色植物→鼠→猫头鹰
C、绿色植物→蝗虫→青蛙→蛇→猫头鹰
D、绿色植物→鼠→蛇→猫头鹰
B
7.假设一个生态系统的总能量为１００％，按最高传递效率计算，第三营养级和三级消费者所获得的能量应为（
　）
A.４％和４％　B.０.８％和０.８％C.４％和０.８％
D.１０％和４％
C
7.识图作答：下图表示生态系统的能量
流动，请据图回答：
（1）将A、B、C、D各营养级的名称依次
写在图中：
A．______
B．______
C．______
D．______
生产者
初级消费者
次级消费者
三级消费者
（2）图中a1代表
（3）图中a2代表
（4）a3＜a2的原因是
（5）从生态系统能量传递效率上看，一个
营养级的能量，流到下一个营养级只
有______
因此，一个食物链一般不
能超过______
生产者所固定的太阳能
从第一营养级流动到第二营养级的能量
初级消费者呼吸作用消耗了大
部分的能量，只有10％-20％的能量传递给次级消费者，
所以a3＜a2；
10％－20％
五个营养级
技能训练
分析和处理数据
1926年,美国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、这块玉米田共收割玉米约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呼吸消耗的葡萄糖共２０４５Kg。
３、１Kg葡萄糖储存１．６Ｘ１０4ＫＪ能量。
４、在整个生长季节里，入射到这块玉米田的太阳能总量为８．５Ｘ１０9ＫＪ。请据以上数据计算：
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？
这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？
2675×180/72=6687.5(kg)
6687.5×1.6×104=
1.07×108
(kJ)
2045×1.6×104=
3.272×107
(kJ)
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总量的比例是多少？
1.07×108
+3.272×107
=1.3972×108
（KJ）
3.272×107
/1.3972X108=23.4%
这块玉米田的太阳能利用效率是多少？
1.3972X108/8.5X109＝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
玉米种群
太阳能
8.5×109kJ
散失
利用：1.397
2×1011
kJ
1.64%
呼吸作用：
3.272×1010kJ
23.4%
储存：
1.07×1011
kJ
76.6%
拓展题1p98
太阳能
农作物
家禽、家畜
人
太阳能
农作物
家禽、家畜
沼气池
食用菌
人
完成能量流动图解
拓展题2p98
溶解在水中的方糖还能自行变回原来的形状吗？
不能，在一个封闭的系统中，物质总是由有序朝着无序的方向发展
硅藻依靠什么力量筑造自己的精美小屋呢？
硅藻能利用获取的营养通过自身的新陈代谢作用释放能量，依靠能量完成物质由无序向有序的转化，维持其生命活动
如图，B鱼体重增加1kg，最多需要浮游植物多少千克
浮游植物
浮游动物
A鱼
B鱼
1000kg
10%
10%
10%
至少
20%
20%
25kg
1kg
食物网中，求某一营养级增加量所需下级营养级量时：
最多量:
至少量:
按最长食物链、10%算
按最短食物链、20%算
能量流动的计算
能量流动特点应用：
选______的食物链
选传递效率_____
生产者
最少消耗
选传递效率__
___
消
费
者
最大消耗
获得最多
获得最少
选______的食物链
最短
最长
20%最大
10%最小
1、假设一个生态系统的总能量为１００％，按最高传递效率计算，第三营养级和三级消费者所获得的能量应为
A.４％和４％　　　　　　B.０.８％和０.８％
C
.４％和０.８％　　　　
D.１０％和４％
能量在食物链中传递的计算：
2、根据下图所表示的食物网,
结合能量流动的特点进行计算:
牧草
鼠
蛇
猫头鹰
如果牧草固定了1000焦耳的能量,
则猫头鹰最少能获得______焦耳能量,
最多能获得______焦耳能量.
1
40