人教版（2019）选择性必修2-3.2 生态系统的能量流动(共59张PPT)

(共59张PPT)
第2节　生态系统的能量流动
课程标准 素养要求
1．分析生态系统中的能量在生物群落中单向流动并逐级递减的规律。
2．举例说明利用能量流动规律，人们能够更加科学、有效地利用生态系统中的资源。
3．解释生态金字塔表征了食物网各营养级之间在个体数量、生物量和能量方面的关系。 1．生命观念：通过学习能量流动的过程和特点，建立物质与能量观。
2．科学思维：运用模型与建模思维，构建生态系统中能量流动过程模型图。
3．社会责任：运用能量流动的特点，指导生产、生活实践，如生态农业等。
一、能量流动的过程
1．概念：生态系统中能量的______、传递、______和散失的过程，称为生态系统的能量流动。
2．过程
(1)
输入
转化
生产者
光合作用
化学能
(2)能量流经第二营养级的示意图
[提醒]　粪便中的能量属于上一个营养级同化的能量。
初级消费者同化
生长、发育和繁殖
呼吸作用
次级消费者
(3)能量流动示意图
二、能量流动的特点
10%～20%
单向的
逆转
循环流动
逐级递减
逐级减少
三、生态金字塔
能量
生物量
数目
倒置
四、研究能量流动的实践意义
合理配
总能量
能量得到最有效
能量的多
级利用
能量的利用率
对人类最有益的部
分
置
(1)生态系统的能量流动是指能量的输入和散失过程。(　　)
(2)流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能。(　　)
(3)散失的热能不可以被生产者固定再次进入生态系统。(　　)
(4)相邻两个营养级间的能量传递效率不会小于10%，也不会大
于20%。(　　)
(5)生物量金字塔大多是上窄下宽的金字塔形。(　　)
(6)研究能量流动，可合理设计人工生态系统，提高能量的传递效
率。(　　)
×
×
√
×
√
×
知识点一　能量流动的过程分析
1．某一营养级能量的来源与去路
2．“拼图法”分析能量流动过程
输入第一营养级的能量(W1)，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，包括现存植物体的B1、流向分解者的C1、流向下一营养级的D1，如下图所示：
3．摄入量、同化量和粪便量的区别与联系
[温馨提示]　(1)能量流动的渠道并非只有(主要)食物链和食物网。
(2)能量输入的途径是生产者固定的能量，能量散失的途径是各营养级生物的呼吸作用产生的热能。
1．(2021·四川成都期末)下图表示初级消费者能量流动的部分过程，括号中的字母表示能量，初级消费者呼吸散失的能量为b，下列相关说法正确的是(　　)
A．应在B处加上标有细胞呼吸的箭头
B．初级消费者同化的能量为n－a
C．次级消费者摄入的能量为n－a－b
D．B为初级消费者同化的总能量
√
解析：图中A表示初级消费者同化的能量，B表示用于生长、发育和繁殖等生命活动所需的能量，应在A处加上标有细胞呼吸的箭头；初级消费者同化的能量为n－a；B处能量为n－a－b，其中部分能量被分解者分解利用，部分能量储存在初级消费者体内未被利用，还有部分能量流入下一营养级，因此，被次级消费者摄入的能量小于n－a－b。
2．(2021·山东烟台高二检测)某同学绘制了下图所示的能量流动图解，下列叙述正确的是(　　)
A．生产者固定的总能量可表示为A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2
B．初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量为B2＋D2
C．初级消费者摄入的能量为A2＋B2＋C2
D．W1＝D1＋D2
√
解析：生产者固定的总能量(W1)是流经该生态系统的总能量，
W1＝A1＋B1＋C1＋D1，又因为D1＝A2＋B2＋C2＋D2，
所以W1＝A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2，A正确；
初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量为B2＋C2＋D2，B错误；
初级消费者摄入的能量应大于其同化量，即大于A2＋B2＋C2，C错误；
按最大能量传递效率20%计算，图中的D1＝W1×20%，
D2＝D1×20%＝W1×4%，所以D1＋D2＝W1×24%，故W1＞D1＋D2，D错误。
发展素养 长句特训 与高考接轨
答案：
(1)(与生活联系)从能量流动的角度分析肉食性鱼类与植食性鱼类的总生物量相比，谁更多？____________________。原因是_______________
____________________________________________________________。
植食性鱼类的总生物量较多　虾、贝等小型植食性动物能摄食饵料，肉食性鱼类只摄食虾、贝类，所处的营养级较高，而能量在流动过程中逐级递减，因此，肉食性动物的能量来源减少，总的生物量也较少
(2)(科学思维)结合题1画出能量在第一营养级内部能量流动模型图解。
答案：
知识点二　能量流动的相关计算
1．能量的传递以营养级为单位
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。如对于食物网 ，由第一营养级到第二营养级的能量传递效率是指B和C同化的总能量占A同化的总能量的比例。
3．能量传递效率的相关“最值”计算
(1)在食物链中，若题干中未具体说明，则一般认为能量传递的最低效率为10%，最高效率为20%，如食物链A→B→C→D的相关“最值”计算如下表所示：
已知 问题 思路求解
D净增重M 至少需要A的量X M÷(20%)3＝X
最多需要A的量X M÷(10%)3＝X
A重N D最多增重的量Y N×(20%)3＝Y
D至少增重的量Y N×(10%)3＝Y
(2)在食物网中，食物链越短，最高营养级获得的能量越多；生物间的捕食关系越简单，生态系统的能量流动过程中消耗的能量越少。具体计算方法如下表所示：
知低营养级求高营养级 知高营养级求低营养级
获能量最多 选最短食物链、
按×20%计算 需最多能量 选最长食物链、
按÷10%计算
获能量最少 选最长食物链、
按×10%计算 需最少能量 选最短食物链、
按÷20%计算
4.能量传递效率的有关“定值”计算
(1)已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算，而需按具体数值计算。例如,在食物链A→B→C→D中,能量传递效率分别为a%、b%、c%,若A的能量为M,则D获得的能量为M×a%×b%×c%。
(2)在已知食物链中的能量分配比例和能量传递效率时，对于食物网中能量流动的计算，先根据题意写出相应的食物链并根据各营养级之间的传递效率，按照从不同食物链获得的比例分别进行计算，再将各条食物链中的值相加。
[温馨提示]　能量传递效率≠能量利用率
(1)能量传递效率＝(下一营养级同化量÷该营养级同化量)×100%，为10%～20%。
(2)能量利用率
①一般指流入最高营养级(或人类)的能量占生产者固定总能量的比值。
②一般来说，食物链越短，能量利用率越高。
③有时考虑分解者的参与，使营养结构更复杂，以实现能量的多级利用,从而提高能量利用率。
1．下图所示食物网中，猫头鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇，则猫头鹰的体重若增加20 g，至少需要消耗植物的重量为(　　)
A．600 g　　　　　　 B．900 g
C．1 600 g D．5 600 g
√
解析：已知高营养级求至少需要消耗低营养级的能量时需按照最大传递效率进行计算，即20×(2/5)÷20%÷20%＋20×(2/5)÷20%÷20%＋20×(1/5)÷20%÷20%÷20%＝900 g。
2．下图表示能量流经某生态系统中第二营养级示意图[单位：J/(cm2·a)],据图分析，下列有关说法正确的是(　　)
A．该生态系统中第一营养级同化的能量至少应为300 J/(cm2·a)　
B．该生态系统中第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量
是30 J/(cm2·a)
C．能量由第二营养级到第三营养级的传递效率是20%
D．该生态系统中第三营养级同化的能量应是15 J/(cm2·a)
√
解析：题图为能量流经某生态系统第二营养级的示意图，其中A表示该营养级摄入的能量，B表示该营养级同化的能量，C表示该营养级用于生长、发育和繁殖的能量，D表示呼吸作用以热能的形式散失的能量，E表示分解者利用的能量。第二营养级同化的能量为100(摄入量)－20(粪便中的能量)＝80 J/(cm2·a)，根据能量传递效率倒推出第一营养级同化的能量至少为400 J/(cm2·a)，A错误；
该生态系统第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量为30 J/(cm2·a)，B正确；
题图仅表示能量流经第二营养级的过程，并不能得出第三营养级的同化量，因此无法计算由第二营养级到第三营养级的能量传递效率,C错误；
次级消费者摄入的能量并不等同于第三营养级同化的能量，D错误。
3．生物甲、乙、丙构成的食物关系如下图所示。据图回答下列问题：
(1)甲能量中比例为a的部分直接提供给丙，则要使丙的能量增加m kJ，至少需要消耗甲的能量为________ kJ(用所给字母的表达式表示)。
(2)丙能量中比例为a的部分直接由甲提供，则要使丙能量增加m kJ，至少需要消耗甲的能量为__________ kJ(用所给字母的表达式表示)。
(2)本小题涉及能量来源调整，可采用逆推法，至少需要消耗甲的能量为m×a÷20%＋m×(1－a)÷20%÷20%＝25m－20am。
知识点三　生态金字塔
能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔统称为生态金字塔。能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔能形象地说明各营养级与能量、数量、生物量之间的关系，三者之间的比较如下表所示。
类型 能量金字塔 数量金字塔 生物量金字塔
形状
类型 能量金字塔 数量金字塔 生物量金字塔
特点 天然生态系统一定为正金字塔形 一般为正金字塔形，有时会呈现倒金字塔形 一般为正金字塔形
象征含义 能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性 一般生物个体数量在食物链中随营养级的升高而减少 一般生物量随食物链中营养级的升高而减少
每一级
含义 单位时间内各营养级所得到的能量数值 各个营养级的生物个体的数目比值 每个营养级所容纳的有机物的总干重
类型 能量金字塔 数量金字塔 生物量金字塔
特殊
形状 某些人工生态系统可呈现倒金字塔形 如一棵树与树上昆虫及鸟的数量关系：
在海洋生态系统中，生产者浮游植物个体小、寿命短，又会不断被浮游动物捕食，因而某一时间调查到的浮游植物的生物量可能要低于浮游动物的生物量。即：
[温馨提示]　能量金字塔是以各营养级所同化的总能量来表示的，它较好地反映了生态系统内能量流动的本质。数量金字塔过高地估计了小型生物的作用，而生物量金字塔又过于强调大型生物的作用，故能量金字塔所反映的情况较为客观和全面。
1．(2021·江苏南京高三期末)右图表示某一生态系统的能量金字塔，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同营养级的生物，E1、E2代表两种能量形式。下列有关叙述正确的是(　　)
A．Ⅰ和Ⅳ是实现生态系统物质循环的关键组成成分
B．生态系统中同一营养级的生物组成生物群落
C．E1表示的能量主要是通过光合作用固定的
D．生态系统中的物质在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ之间循环利用
√
解析：图中Ⅰ代表生产者，Ⅳ属于消费者，而实现物质循环的关键组成成分是生产者和分解者，A错误；
在相同时间聚集在一定区域中各种生物种群的集合，叫作群落，即生态系统中的全部生物组成生物群落，B错误；
Ⅰ代表生产者，主要是绿色植物，所以E1表示的能量主要是通过光合作用所固定的太阳能，C正确；
生态系统中的物质在生物群落和非生物环境之间循环利用,而在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ之间(生产者和各级消费者之间)不能循环利用，D错误。
2．(2021·安徽江淮十校高三上联考)如下图所示，a为自然生态系统的生态金字塔，b为城市生态系统的生态倒金字塔，下列叙述错误的是(　　)
A．组成a生态系统不可或缺的生物组分为生产者和分解者
B．流经a或b生态系统的总能量为各自生产者所固定的太阳能
C．b生态系统可以对a生态系统产生强烈的干扰
D．人类活动对b生态系统的发展起支配作用，其中分解者的分解作用相对较弱
√
解析：生态系统的组成成分中，不可缺少的为生产者和分解者，生产者能为生态系统提供能量，分解者将动植物遗体、动物的排遗物中所含的有机物质分解为无机物，A正确；
城市生态系统为人工生态系统，对其他生态系统依赖性大，需要大量的能量输入才能维持有序高效运转，故流入城市生态系统的能量，不只有生产者固定的太阳能，B错误；
b生态系统是人工生态系统，其中的动、植物和人类活动可以对a生态系统产生强烈的干扰，C正确；
人类活动对城市生态系统的发展起支配作用，因为城市生态系统中动、植物的种类和数量都很少，分解者的功能较弱，所以对其他生态系统有很高的依赖性，需要人们对其进行科学的管理，以维持其动态平衡，D正确。
发展素养 长句特训 与高考接轨
答案：
(1)(批判性思维)有人认为某种生物只能在能量金字塔某一层当中，你认为这种观点对吗？__________。原因是__________________________
___________________________________________________________。
不对　能量金字塔中每一层代表的是不同营养级生物所含有的总能量，在食物网中某种生物可能占据多个营养级
答案：
(2)(批判性思维)能量金字塔和上题图中一样都是正金字塔，这种观点对吗？________。理由是_________________________________________
_____________________________________________________________
____________________________________________________________。
不对　在人工生态系统中，有人的参与。比如，鱼塘中会有人工投放的饵料可能会形成倒金字塔
核心知识小结
[要点回眸]
生产者
太阳能
生产者
食物链和食物网
单向流动
逐级递减
10%～20%
规划和设计
能量流动
[答题必备]
1.生态系统的能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失的过程。
2.能量流动的起点是生产者固定的太阳能，渠道是食物链和食物网。
3.流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能。
4.能量流动的特点是单向的、逐级递减的。
5.能量金字塔的形状通常是正金字塔形，生物量金字塔、数量金字塔有倒置的情况。
6.生态农业实现了对能量的多级利用，从而大大提高了能量的利用率。
[随堂检测]
1．生态系统的能量流动是指(　　)
A．太阳能被绿色植物固定的过程
B．生态系统内生物体能量代谢的过程
C．生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程
D．能量从生物体进入非生物环境的过程
√
解析：太阳能被绿色植物固定的过程属于能量的输入过程，A不符合题意；
生态系统内生物体能量代谢的过程是能量的转化和散失过程，B不符合题意；
生态系统的能量流动是指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，C符合题意；
能量从生物体进入非生物环境的过程是能量的散失过程,D不符合题意。
2．(2021·江苏扬州高二检测)若牛的摄入量为100%，其中粪便量是38%,呼吸量是52%，则牛的同化量是(　　)
A．18%　　　　　　　 B．48%
C．62% D．82%
解析：牛的同化量＝摄入量－粪便量，即100%－38%＝62%。
√
3．用各营养级生物的能量、数量构建的金字塔分别称为能量金字塔、数量金字塔。在某一栎林中 ，第一营养级生物为栎树，第二营养级生物为昆虫，第三营养级生物为蛙、蜥蜴和鸟，第四营养级生物为蛇。该栎林数量金字塔的示意图是(　　)
√
解析：在数量金字塔中昆虫的数量远远大于栎树的数量，第三营养级的生物数量小于昆虫的数量，第四营养级的生物数量小于第三营养级的生物数量。
4．下表是能量流经某生态系统中第二营养级生物时的情况，下列说法正确的是(　　)
类型 摄入的能量 粪便中
的能量 呼吸作用
消耗的能量 用于生长、发育
和繁殖的能量
能量(kJ) 530 330 X 80
A．X表示的能量大小不能确定
B．该营养级动物同化的能量中有25%用于呼吸作用消耗
C．表中四个量之间没有一定的数量关系
D．理论上流向第三营养级生物的能量最多为40 kJ
√
解析：表中的四个量之间有一定的数量关系，呼吸作用消耗的能量＝摄入的能量－粪便中的能量－用于生长、发育和繁殖的能量，即
X＝530－330－80＝120 kJ，A、C错误；
同化的能量＝用于生长、发育和繁殖的能量＋呼吸作用消耗的能
量＝80＋120＝200 kJ，故该营养级生物呼吸作用消耗的能量占其同化的能量的比例为(120÷200)×100%＝60%，B错误；
一般情况下，相邻两个营养级之间的能量传递效率为10%～20%，故理论上流向第三营养级生物的能量最多为第二营养级生物同化的能量×20%，即200×20%＝40 kJ，D正确。
5．现有草原上的一条食物链：草→兔→狼，已知图中的a代表狼摄入的能量，则下列相关叙述错误的是(　　)
A．若狼体重增加1 kg，则至少需要消耗25 kg的草
B．b代表狼粪便中的能量，c代表狼同化的能量
C．e中的能量可用于狼的生长、发育和繁殖
D．若狼被大量捕杀，则兔的数量会持续上升
√
解析：若狼体重增加1 kg,则至少需要消耗1÷20%÷20%＝25 kg的草,A正确；
b代表狼粪便中的能量，c代表狼同化的能量，B正确；
e中的能量可用于狼的生长、发育和繁殖，C正确；
在“草→兔→狼”这条相对独立的食物链中，若狼被大量捕杀，则兔的数量因为天敌的大量消失很快增加，当达到一定数量后,兔子会因食物、种内竞争等因素而减少，所以兔子的数量先增加后减少,最后趋于稳定,D错误。
6．美国生态学家林德曼对一个结构相对简单的天然湖泊——赛达伯格湖的能量流动进行了定量分析，得出了如下图所示的数据[单位：J/(cm2·a)]。
(1)据图分析并回答下列问题：
①图中生产者______(填“能”或“不能”)捕食肉食性动物来完成能量的循环。
②呼吸作用散失的能量________(填“能”或“不能”)再被生产者利用来合成有机物。
③前两个小题体现了能量流动的特点是__________________________。
(2)据上图完成表中内容，分析并回答下列问题：
输入 输出到
下一营养级 传递效率
(保留三位有效数字)
第一营养级
(生产者) 464.6 62.8 ____
第二营养级
(植食性动物) 62.8 12.6 ____
①据表可以看出，能量在相邻两个营养级间的传递效率为__________。
②上表体现了能量流动的特点是__________________。
答案：
(1)①不能　②不能　③单向传递
(2)13.5%　20.1%　①10%～20%　②逐级递减