3.2生态系统的能量流动课件2021-2022学年高二上学期生物人教版选择性必修2(共38张PPT)

(共38张PPT)
3.2 生态系统的能量流动
【问题探讨】
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。
方案1
方案2
先
后
一部分
吃鸡蛋
一部分
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？
一、能量流动的过程
生态系统中能量的_____、_____、_____和_____的过程。
1. 概念：
输入
传递
转化
散失
输入
源头：
总能量：
太阳能
一般情况下是生产者固定的太阳能
传递
途径：
形式：
食物链和食物网
有机物中的化学能
转化
太阳能
散失
途径：
形式：
呼吸作用
热能
有机物中的化学能
热能
科学方法
个体水平
群体水平
研究能量流动的基本思路
能量流经一个种群的情况可以图示如下：
如果将这个种群作为一个整体来研究，则左图可概括成下图形式，从中可看出分析能量流动的基本思路。
如果将一个营养级中的所有种群作为一个整体，那么左图将概括为何种形式呢？
能量输入
种群
能量储存
能量散失
能量输入
个体1
储存在体内的能量
呼吸作用散失的能量
个体2
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
可以比较精确地测量每一个营养级能量的输入值和输出值。
1%
固定(同化)
（1）能量流经第一营养级示意图
生产者所固定的全部太阳能
99%
散失
呼吸作用
散失（热能）
用于生长
发育和繁殖
分解者利用
残枝 败叶
分解作用
散失
未利用
初级消费者
（植食性动物）
注意: 如果在某一时间段去分析去向，还应有未被利用的能量(最终也将被分解者利用)。
若为人工生态系统，流经生态系统的总能量还有人工补充的能量
（例如饲料中有机物中的化学能）
2. 能量流动的过程：
生产者所固定
的全部太阳能
呼吸 作用
散失（热能）
用于生长发育和繁殖
分解者利用
残枝 败叶
分解作用
散失
未利用
初级消费者
（植食性动物）
【思考】生产者同化(固定)的能量去向有哪些？
①呼吸作用中以热能的形式散失
②③属于用于自身生长、发育和繁殖，储存在有机物中的能量
②随残枝败叶等被分解者分解而释放出来
③流入初级消费者
（2）能量流经第二营养级示意图
遗体残骸
呼吸作用
散失
初级消费者摄入
初级消费者同化
……
分解者利用
粪便
呼吸作用
热能散失
流经第二营养级的总能量：
初级消费者同化量
【思考】第二营养级同化的能量去向有哪些？
①本营养级个体自身呼吸消耗(散失)；
②本营养级个体自身生长、发育、繁殖（储存）。
a.流入下一营养级；b. 被分解者分解; c. 未被利用部分（石油、煤炭等）。
（2）第二营养级的能量流动
遗体残骸
呼吸作用
散失
初级消费者摄入
初级消费者同化
……
分解者利用
粪便
呼吸作用
热能散失
流经第二营养级的总能量：
初级消费者同化量
【思考】第二营养级同化的能量去向有哪些？
⑴ 本营养级个体自身呼吸消耗(散失)；
⑵ 本营养级个体自身生长、发育、繁殖（储存）。
a.流入下一营养级；b. 被分解者分解; c. 未被利用部分（石油、煤炭等）。
初级消费者
摄入
用于生长
发育和繁殖
次级消费者
摄入
呼吸
散失
遗体
残骸
初级消费者
同化
分解者分解
粪便
呼吸
散失
…
...
能量流经第二营养级示意图
①
②
③
初级消费者粪便中的能量包括在初级消费者同化的能量中吗？
摄入量=同化量+粪便量
粪便量属于上一营养级的同化量
同化量＝用于生长、发育、繁殖等生命活动的能量＋呼吸消耗的能量
用于生长、发育、繁殖等生命活动的能量＝储存的能量＝同化量－呼吸量＝流入下一营养级的能量＋分解者分解利用的能量＋未被利用的能量
（3）能量流经最高营养级的过程
最高营养级
摄入
最高营养级
同化
粪便
分解者利用
用于生长
发育和繁殖
遗体
残骸
呼吸作用
散失
呼吸作用
散失
【思考】最高营养级同化的
能量去向有哪些？
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
初级消费者
摄入（a）
初级消费者
同化(b)
粪便(c)
分解者利用
用于生长发育和繁殖（e）
次级消费者
摄入（i）
遗体
残骸
(f)
呼吸
作用
(d)
散失
呼吸作用
散失
…
未利用
(j）
（1）输入该营养级的总能量是指
______（填字母）。
（2）粪便中的能量（c）______
（填“属于”或“不属于”）该营养级同化的能量，应为
。
（3）初级消费者同化的能量（b）=______+______。
（4）生长、发育和繁殖的能量（e）=______+______+______。
b
不属于
上一营养级同化的
d
e
i
f
j
能量中流向分解者的部分
现学现用
能量流动的过程——小结
同化量
呼吸作用中以热能形式散失
用于自身生长、发育、繁殖
被分解者分解利用
流入下一个营养级
①某营养级的能量最终去向（不定时）
②某营养级的能量某段时间内的能量去向（定时）
同化量
呼吸作用中以热能形式散失
用于自身生长、发育、繁殖
被分解者分解利用
流入下一个营养级
未被利用的能量
摄入量
粪便量
摄入量
粪便量
生产者
呼吸
初级消费者
次级消费者
呼吸
分解者
…
三级消费者
呼吸
呼吸
能量输入
①能量流动的渠道是 。
②能量散失的途径是各种生物的 (代谢过程)。
③流动过程中能量的转化是太阳能→ → 。
食物链和食物网
呼吸作用
有机物中的化学能
热能
【方法技巧】 巧用“拼图法”分析能量流动过程
分析：
W1为生产者固定的太阳能，被分为两部分：一部分在生产者的呼吸作用中以热能散失（ A1 ） ，一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖（=B1＋C1＋D1）。
呼吸散失热能
流向分解者的能量
未被利用
初级消费者同化的能量
W1＝A1＋B1＋C1＋D1；其中B1 为未被利用的能量（现存在植物体）， C1 为流向分解者的能量，D1为初级消费者同化的能量
二、能量流动的特点
思考 讨论：分析赛达伯格湖的能量流动
Raymond Lindeman
林德曼（1915-1942）
赛达伯格湖
优点：小、简单、稳定
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。
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
327.3
293
2.1
18.8
29.3
12.6
肉食性动物
12.6
微量
7.5
5.0
122.6
14.6
单位（焦/厘米2 ·年）
未利用：指未被自身呼吸作用消耗，也未被后一个营养级和分解者利用的能量。（定时定量分析）
未固定：是指未被固定的太阳能
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）。
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。
流入 呼吸作用 分解者利用 暂未利用 流出 流出/流入
生产者
植食性动物
肉食性动物
464.6
96.3
12.5
293
62.8
13.52%
62.8
18.8
2.1
29.3
12.6
20.06%
12.6
7.5
微量
5.0
能量传递效率
能量流动过程中逐级递减
自身呼吸散失
分解者利用
未利用
能量在相邻两个营养级间的传递效率为 。
能量传递效率=
某一营养级的同化量
上一营养级的同化量
×100%
10%～20%
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？
4.通过以上分析，你能总结出什么规律？
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。
1.单向流动
2.逐级递减
原因：
呼吸作用消耗大部分
残枝败叶或遗体、粪便等被分解者利用
原因
捕食与被捕食关系不可逆转，是长期自然选择的结果
热能不能再重复利用
未被下一营养级生物所利用
能量传递效率=
下一营养级同化量
上一营养级同化量
(一般为10％～20％ )
× 100%
二、能量流动的特点
不可逆
不循环
原因
相邻两个营养级之间
能量在相邻两个营养级间的传递效率为10%～20%。
在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多。因此，生态系统中的能量流动一般不超过5个营养级。
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。
规律: 食物链越短，能量利用率越高。
能量传递效率与能量利用效率的比较
传递效率=
上一营养级的同化量
下一营养级的同化量
×100%
能量利用率=
生产者能量
流入最高营养级的能量
×100%
【思维拓展】
三、生态金字塔
1.能量金字塔
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。
第一营养级
第二营养级
第三营养级
第四营养级
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。
（1）特点：通常都是上窄下宽的正金字塔形。
（2）原因：能量在流动中总是逐级递减的。
从能量流动金字塔可以看出：
营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就 。
越多
直观反映——能量逐级递减
2.生物量金字塔
如果用同样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，就形成生物量金字塔。
（1）特点：一般为正金字塔形，有可能倒置。
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
（2）原因：一般来说植物的总
干重通常大于植食性
动物的总干重，而植
食性动物的总干重也
大于肉食性动物的总
干重。
2.生物量金字塔
生物量金字塔在什么情况下，可能是上宽下窄倒置的金字塔形呢？
一般情况下，是上窄下宽。但有时候会出现倒置的金字塔形。例如，海洋生态系统中，由于生产者（浮游植物）个体小，寿命短，又会不断地被浮游动物吃掉。所以某一时刻调查到的浮游植物的生物量可能低于浮游动物的生物量。
总的来看，浮游植物的总的生物量还是比浮游动物的要多。
3.数量金字塔
如果表示各个营养级的生物个体的数目比值关系，就形成数量金字塔。
（1）特点：一般为正金字塔形，有时会出现倒金字塔形。
（2）原因：如果消费者的个体小而生产者的个体大，
则会呈现倒置金字塔。
营养级
第二营养级
第一营养级
个体数量
昆虫
树
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
Ecological pyramid
生态金字塔
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
四、研究能量流动的实践意义
1. 帮助人们将生物在______、______上进行合理配置，增大流入某个生态系统的________。
时间
空间
总能量
例如：农田生态系统中的间种套作、蔬菜大棚中的多层育苗、
稻-萍-蛙等立体农业。
2. 帮助人们科学规划、设计_____________，使能量得到_______ 的利用。
人工生态系统
最有效
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
农作物
家禽、家畜
人
饲料
粪肥
食物
粪肥
食物
农作物
家禽、家畜
人
沼气池
（含微生物）
食用菌
粪便
粪便
燃料
饲料
粪便
菌渣等
沼渣 沼液
作肥料
秸秆
试分析哪个生态系统能量利用率高？
右下图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。
3. 帮助人们合理地调整生态系统中的_____________，使能量_________地流向对人类_______的部分。
能量流动关系
持续高效
最有益
合理确定载畜量，
保持畜产品持续高产。
稻田除草、除虫等。
分析和处理数据
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？
葡萄糖为：180/72×2675=6687.5kg
储存的能量为：6687.5×1.6×104 =1.07×108KJ
②这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？
这些玉米呼吸作用消耗的能量：
2045×1.6×104KJ=3.272×107 KJ
分析和处理数据
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？
这些玉米固定的太阳能总量是：1.07×108+3.272×107=1.3972×108
呼吸消耗能量占固定太阳能的比例为：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？
利用效率=1.3972×108/8.5×109=1.64%
能量传递效率的计算
若题干中未做具体说明，则一般认为能量传递的最低效率为10%，最高效率为20%。
在食物链A→ B→C→D中，则有
（1）已知A营养级净增重N,
按20%计算。则为N × (20%)3
①D营养级最多增重多少
②D营养级至少增重多少
按10%计算。则为N × (10%)3
（2）已知D营养级净增重M,
①至少需要A营养级多少
②最多需要A营养级多少
按20%计算。则为M ÷ (20%)3
按10%计算。则为M ÷ (10%)3
归纳总结
正推型 乘法
逆推型 除法
1.若某生态系统固定的总能量为24000kJ，则该生态系统的第四营
养级生物最多能获得的能量是（ ）
A. 24kJ B. 192kJ C.96kJ D. 960kJ
B
2.在一条有5个营养级的食物链中，若第五营养级的生物体重
增加1kg，理论上至少要消耗第一营养级的生物量为（ ）
A.25kg B.125kg C.625kg D.3125kg
C
练一练
能量传递效率的计算
①正推型（知低营养级，求高营养级）：
获能最少选 食物链 ；
获能最多选 食物链 。
最长
×10%
×20%
最短
不涉及“最多”、“至少”，计算时，需按具体数值计算。
提醒：
②逆推型（知高营养级，求低营养级）：
需能最少选 食物链 ；
需能最多选 食物链 。
最短
÷20%
最长
÷10%
3.如图食物网中，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
B
　 已知高营养级求至少需要低营养级的能量时，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)
练一练
能量传递效率的计算
在能量分配比例已知时，按比例分别计算，最后相加
例：在右图的食物网中，如果C从B、F中获得的能量比为3∶1，C增重1kg，则最少需要消耗A多少kg？
消耗A最少，按最高传递效率20%计算：
沿食物链A→B→C逆推：3/4kg ÷ 20％÷20％＝75/4kg
沿食物链A→D→E→F→C逆推：
1/4kg ÷20％÷20％÷20％÷20％＝625/4kg
75/4kg+625/4 kg=175kg
Class summary
课堂总结
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：
生产者固定的全部太阳能
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10%~20%。
研究意义：
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