生物人教版（2019）选择性必修2 3.2生态系统的能量流动（共49张ppt）

(共49张PPT)
温故知新
1、生态系统的结构由哪几部分组成？
食物链中箭头的方向代表能量流动的方向
生态系统的物质循环和能量流动的渠道
2、什么叫食物链、食物网
食物链意义：
第3章 生态系统及其稳定性
第2节 生态系统的能量流动
问题探讨
假设你像小说中的鲁滨逊一样，也流落到一个荒岛上，那里除了能饮用的水以外，几乎无任何食物。你随身尚存食物只有一只母鸡、15Kg玉米。以下哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援：
先吃鸡，再吃玉米
先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下的蛋，最后吃鸡。
先
后
方案1
方案2
一部分
吃鸡蛋
一部分
研究能量流动的基本思路
深入内部
考察个体
生态系统能量流动的研究一般在群体水平上进行。将群体视为一个整体进行研究是系统科学常用的研究方法。
整合局部
环节规律
探索系统
动态规律
能量流经生物个体的过程
呼吸作用
散失（热能）
粪便
呼吸作用
散失
（热能）
分解者利用
遗体残骸
用于生长发育繁殖
摄入量 = 同化量 + 粪便量
捕食者摄入
同化
消化吸收合成自身物质，储存能量
摄入
生态系统能量流动在营养级层次研究
草
兔
鹰
生产者
等
等
等
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
一、生态系统的能量流动
能量流动概念：生态系统中能量的 、 、 和 的过程。
输入
传递
转化
散失
能量的输入
能量的散失
生态系统
一切生命活动都伴随着能量的变化。没有能量的输入，也就没有生命的生态系统
传递
转化
二、能量流动的过程
1.能量流经第一营养级的过程
99%
散失
1%
固定(同化)
生产者所固定的全部太阳能
用于生长
发育和繁殖
初级消费者
（植食性动物）
分解者利用
残枝 败叶
呼吸作用
散失
呼吸作用
散失
生长发育和繁殖
属于上一营养级的同化量
2.能量流经第二营养级的过程
二、能量流动的过程
摄入量 = 同化量 + 粪便量
流入该营养级的能量
属于该营养级的能量
某营养级同化量
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（定量不定时）：
属于上一营养级的同化量
2.能量流经第二营养级的过程
二、能量流动的过程
摄入量 = 同化量 + 粪便量
流入该营养级的能量
属于该营养级的能量
某营养级同化量
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
2.某营养级的能量某段时间内的能量去向（定量定时）：
未被利用的能量
未利用
（活体、石油、煤炭）
初级消费者
同化
呼吸作用
分解者
下一
营养级
上一
营养级
2.能量流经第二营养级的过程
二、能量流动的过程
注意：能量流经第三、四营养级等的过程与第二营养级的情况大致相同。最高营养级无“流向下一营养级”这一环节。
一个来源三个去向
3.总结生态系统能量流动过程：
二、能量流动的过程
枯枝败叶
遗体
遗体
遗体
总量：
生产者固定的太阳能总量
输入
形式：
有机物中的化学能
传递
途径：
食物链和食物网
太阳能 有机物中化学能 热能
转化
形式：
热能
散失
过程：
有机物中化学能 热能
呼吸作用
生理过程：
主要是光合作用，此外还有化能合成作用
注意：流经人工生态系统的总能量，除了生产者固定的太阳能总量之外，还应考虑人工输入的能量。
生态系统中的能量流动
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？
遵循；
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。
2.流经生态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，因为能量流动是单向的。
分析赛达伯格湖的能量流动
Raymond Lindeman
为了研究能量流经生态系统的食物链时，每一级的能量变化和能量转移效率，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。
林德曼（1915-1942）
赛达伯格湖：
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
太阳能
未
固
定
生产者
464.6
植食性动物62.8
62.8
肉食性动物12.6
12.6
呼吸作用
122.6
96.3
18.8
7.5
分解者
14.6
12.5
2.1
微量
未利用
327.3
293
29.3
5.0
塞达伯格湖能量流动图解
“未固定”是指未被固定的太阳能，
“未利用”指的是既未呼吸消耗，也未
被下一营养级和分解者利用的能量
讨论
1、用表格整理图中的数据，将每一营养级上的能量“流入”和“流出”(“流出”的能量不包括呼吸作用散失的能量)。
整理为一份清单：
2、计算“流出”该营养级能量占“流入”该营养级能量的百分比？
464.6
62.8
12.6
62.8
13.52%
20.06%
能量传递效率=
下一营养级的同化量
上一营养级的同化量
×100%
林德曼得到的数据
三、能量流动的特点
营养级 流入能量 流出能量（输入下一营养级） 出入比
（传递效率）
生产者
植食性 动物
肉食性 动物
12.6
赛达伯格湖能量流动图解
(1)从方向上看：
三、能量流动的特点
单向流动
原因：①生物之间食物关系是不可逆转的；(能量沿食物链流动）
②散失的热能不能被生物体再利用。
（不逆转、不循环）
赛达伯格湖能量流动图解
(2)从数值上看：
呼吸作用散失、被分解者分解、未被利用。
原因：
（能量传递效率为10%～20%）
三、能量流动的特点
逐级递减
①相邻两个营养级间的能量传递效率为10%-20%；
②营养级越多，在能量流动中消耗的能量越多；
③营养级越高，得到的能量越少；
④生态系统中食物链的营养级一般不超过5个。
要点：
A.先吃鸡，
再吃玉米
玉米
鸡
人
B.先吃玉米，同时用一部分 玉米喂鸡，吃
鸡产下的蛋，最后吃鸡。
玉米
人
鸡
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。
三、能量流动的特点
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。
（1）生态系统中的能量是单向流动的。
（2）能量在流动过程中逐级递减。
枯枝败叶
遗体
遗体
遗体
菱形方块的大小、箭头的粗细代表什么含义？
生态系统能量流动过程：
注意：
(2)箭头由粗到细：
(1)菱形方块从大到小：
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。
1.能量的最终源头：
2.流经生态系统的总能量是：
3.能量流动的主渠道是：
4.能量沿营养级逐级传递:
5.能量流经每一营养级的来源：
去向：
太阳能
生产者固定的太阳能总量
食物链和食物网
同化量
流向下一营养级；流向分解者；呼吸消耗
单向流动、逐级递减
每级都会散失、遗弃
6.能量流动的特点：
能量流动过程小结
【检测】如图为生态系统中能量流动图解部分示意图（字母表示能量的多少），下列选项中正确的是（ ）
A. 生产者与初级消费者之间的能量传递效率为(b/a )X100%
B.“草→兔→狼”这一关系中，狼粪便的能量属于d
C. 缩短食物链可以提高能量传递效率
D. 图中b=h+c+d+e+f+i
B
【检测】某同学绘制了如下图所示的能量流动图解(其中W1为生产者固定的太阳能,方框大小表示所含能量的多少)。下列叙述中不正确的是( )
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D2/D1
C. 流入初级消费者的能量为(A2+B2+C2+D2)
D. 图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减
B
四、生态金字塔
除了用图中数字表示外，你还能用什么方法表示生态系统能量流动逐级递减的特点呢？
能量流动是逐级递减的
传递效率10%～20%
构建生态系统能量流动金字塔模型
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。
形状：上窄下宽的“金字塔”形
1.能量金字塔:
四、生态金字塔
①概念：如果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的次序排列，可形成一个金字塔图形，叫作能量金字塔
②特点：天然生态系统一定为上窄下宽的正金字塔形，某些人工生态系统可呈现倒金字塔形。
第三营养级
第二营养级
第一营养级
第四营养级
营养级
高
低
能量
低
高
四、生态金字塔
2.生物量金字塔
①概念：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。
植物(总干重）
营养级
高
低
生物量
少
多
肉食性动物
植食性动物
...
②特点：一般为正金字塔形。
资料：夏季两个生态系统的生物量统计表，单位为g m-2。
营养级 某湖泊 某海域
生产者 96 4
初级消费者 11 21
次级消费者 4 －
2. 生物量金字塔
（每个营养级所容纳的有机物的总干重）
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。
为什么某海域的生物量会出现金字塔倒置？
四、生态金字塔
四、生态金字塔
资料：0.1ha草原上各个营养级的生物数量，草150万株，植食性动物20万头，（包括鼠、兔、羊和各种植食性昆虫等）肉食性动物1为9万头（包括鼬、狐、狼和各种捕食性昆虫）肉食性动物2为10头。
3.数量金字塔
①概念：如果表示各个营养级的生物个体的数目比值关系，就形成数字金字塔。
营养级
高
低
数目
少
多
3. 数量金字塔
四、生态金字塔
②特点：一般为正金字塔形,有时会呈现倒金字塔形。
数量金字塔会不会呈现倒置的金字塔形？
如：一棵树上的昆虫
消费者个体小而生产者个体大。
请想一想：哪种指标构建的金字塔能更客观的表示生态系统能量传递规律，不出现倒置现象呢？
四、生态金字塔
生态金字塔
能量金字塔
生物量金字塔
数量金字塔
能量金字塔
四、生态金字塔
能量金字塔能更客观、准确的表示能量在各营养级间的传递规律。
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
特殊形状
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
某些人工生态系统可呈现倒金字塔形
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
海洋生态系统中，浮游植物个体小，寿命短，又会不断被捕食，因而某一时间调查到的生物量可能低于浮游动物
每一营养级生物个体的数目
一般为正金字塔
一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而减少
如果消费者个体小而生产者个体大，就会呈现倒金字塔形，如昆虫和树；
五、研究能量流动的实践意义
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？
五、研究能量流动的实践意义
塔基的大小体现了进入生态系统能量的多少，决定着该生态系统承载供养生物的数量。
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
如何解决？
五、研究能量流动的实践意义
甘蔗和大豆间种
冬小麦夏玉米套作
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，增大流入生态系统的总能量。
蔬菜大棚中的多层育苗
稻-萍-蛙立体农业生产
五、研究能量流动的实践意义
②研究生态系统的能量流动，可以帮助人们科学规划和设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。
传统农业对能量的利用
饲料
稻谷
人类
秸杆
粪
一级利用
牛
太阳能
二级利用
焚烧
水稻
还有进一步提高秸秆能量利用率的措施吗？
五、研究能量流动的实践意义
秸秆养殖蘑菇、生产沼气
饲料
稻谷
人类
秸杆
粪
一级利用
牛
太阳能
二级利用
焚烧
水稻
食用菌
二级利用
菌渣
猪、羊
三级利用
沼气池
粪
三级利用
实现能量多级利用，从而大大提高能量的利用率
五、研究能量流动的实践意义
③研究生态系统的能量流动，还可以帮助人们合理的调整生态系统的能量流动关系，使能量持续高效地流向人类最有益的部分。
合理确定草场的载畜量，才能保持畜产品的持续高效
五、研究能量流动的实践意义
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。
小结
1.生态金字塔能够直观的表征食物网各营养级之间的关系。生态金字塔可以用生态系统各营养级的个体数量、 生物量和能量表示。
2.利用生态系统的能量流动规律，对其合理改造，使人们能够更加科学、有效地利用生态系统中的资源。使能量最大限度流向对人类有益的方向。
生态系统
边界
结构
组成成分
营养结构
包括
功能
稳态
能量流动
过程
特点
生态金字塔及实践意义
一、概念检测
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。 ( )
√
×
√
练习与运用
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
C
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. aB
二、拓展应用
1.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。
(2)哪个生态系统的能量能够更多地被人类所利用？为什么？
答案：图b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。
2.将一块方糖放入水中，方糖很快就会溶解，消失得无影无踪。溶解在水中的方糖还能再自行变回原来的形状吗？为什么？
生活在水中的硅藻，它们能利用溶解在水中的硅化物制造口己绚丽精致的外壳，而通常情况下水体中硅化物的含量极为微少，仅有百万分之几，这比方糖溶解后水中的含糖量低得多。硅藻依靠什么力量筑造自己的精美小“屋”呢？
通过以上事例，你对能量在生态系统中的作用是否有了进一步的认识？
答案：不能。在一个封闭的系统中,物质总是由有序朝着无序(熵增加)的方向发展。
硅藻能利用获取的营养通过细胞呼吸释放能量,依靠能量完成物质由无序向有序的转化,维持其生命活动。
能量的输人对于生态系统有序性的维持来说是不可缺少的。