人教生物学选择性必修2课件：3-2 生态系统的能量流动(共51张PPT)

(共51张PPT)
第2节　生态系统的能量流动
学有目标——新课程标准必明 记在平时——核心语句必背
1.分析生态系统能量流动的过程和特点。 2.理解生态金字塔的类型和特点。 3.概述研究能量流动的实践意义。 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.流入每个营养级中能量的去路一般有：通过呼吸作用以热能的形式散失、流入下一营养级及遗体残骸被分解者分解。
3.能量流动的特点是单向流动，逐级递减。
4.生态金字塔包括能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔三种类型。
人教生物学选择性必修2课件
第3章 生态系统及其稳定性
[理清主干知识]
一、能量流动的概念和过程
1．概念
生态系统中能量的 、传递、 和散失的过程。
2．过程
(1)能量的输入：
输入
转化
(2)能量流经第二营养级的过程：
(3)能量流动示意图：
①能量流动的方向(箭头)：表示生态系统中能量流动是 的。
②箭头由粗变细：表示能量 。
③菱形面积越来越小：表示随营养级级别的增加，储存在某营养级生物体内的能量 。
单向流动
逐级递减
越来越少
二、能量流动的特点
1．单向流动
(1)方向：沿 由低营养级流向高营养级。
(2)特点：不可 ，也不能 。
2．逐级递减
(1)能量传递效率：相邻两个营养级的能量传递效率为 。
食物链
逆转
循环流动
10%～20%
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，并将图形按照营养级的次序排列形成的一个金字塔图形，叫作能量金字塔。
2．生物量金字塔：在金字塔中如果表示的是各个营养级生物量(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。与能量金字塔相似，但有特例，如海洋中的某一时刻浮游植物的生物量可能低于浮游动物的生物量。
3．数量金字塔：在金字塔中如果表示的是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。
四、研究能量流动的意义
(1)帮助人们将生物在时间、空间上进行 ，增大流入某个生态系统的总能量。
(2)帮助人们科学地规划、设计人工生态系统，使能量得到 的利用。
(3)帮助人们合理地调整生态系统中的 关系，使能量持续高效地流向对人类 的部分。
合理配置
最有效
能量流动
最有益
[诊断自学效果]
1．判断下列叙述的正误
(1)生态系统的能量流动指能量的输入和散失过程 ( )
(2)太阳能只有通过生产者才能输入生态系统中 ( )
(3)每一营养级生物的同化量就是从上一营养级摄入的能量 ( )
(4)生长、发育和繁殖的能量＝分解者分解利用的能量＋下一营养级同化的能量＋未被利用的能量 ( )
×
√
×
√
(5)在“植物→鼠→鹰”这条食物链中，第三营养级含能量最少 ( )
(6)相邻两个营养级的能量传递效率不会小于10%，也不会大于20% ( )
(7)沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用 ( )
(8)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 ( )
(9)能量金字塔和生物量金字塔可以出现倒置现象 ( )
√
×
×
×
×
2．将能量流动及相关内容连线
[在探究中学明]
下图表示能量流入第二营养级后的去向，据图回答有关问题。
(1)初级消费者摄入的能量是其同化量吗？它们之间存在什么关系？
提示：初级消费者摄入的能量不等于其同化量，它们之间的关系：同化量＝摄入量－粪便量。
(2)初级消费者粪便中的能量是其同化量的一部分吗？为什么？
提示：不是。初级消费者粪便中的能量不属于其同化的能量，而是属于生产者所同化的能量。
(3)第二营养级能量的去路有 (填图中字母)三条。
(4)第二营养级的摄入量(a)，同化量(b)及净同化量(e)分别可以如何计算(用图中字母的表达式表示)
提示：摄入量(a)＝b＋c；同化量(b)＝a－c＝d＋e＝d＋i＋f；净同化量(e)＝b－d＝i＋f。
d、i、f
(2)能量去向
流入某一营养级的能量去向可从以下两个角度分析：
①定量不定时(在足够长的时间内能量的最终去路)：
a．自身呼吸消耗；b.流入下一营养级(最高营养级除外)；c.被分解者分解利用。
②定量定时：流入某一营养级的一定量的能量在一定时间内的去路可有四条：a.自身呼吸消耗；b.流入下一营养级；c.被分解者分解利用；d.未被自身呼吸消耗，也未被下一营养级和分解者利用，即“未利用”。如果是以年为单位研究，这部分的能量将保留到下一年。
[例1]　关于草原生态系统能量流动的叙述，错误的是 (　 )
A．能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失的过程
B．分解者所需的能量可来自各营养级生物所储存的能量
C．生态系统维持正常功能需要不断得到来自系统外的能量
D．生产者固定的能量除用于自身呼吸外，其余均流入下一营养级
[解析]　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；分解者所需的能量可来自各营养级生物所储存的能量；由于生物呼吸产生的能量不能再被利用，能量流动逐级递减，因此生态系统维持正常功能需要不断得到来自系统外的能量；生产者固定的能量除用于自身呼吸外，其余均流入下一营养级及分解者。
[答案]　D
[例2]　某生态系统中有a、b、c、d四种生物，构成食物链a→b→c，d为分解者，如图是该生态系统中能量流入b处发生的一系列变化示意图，下列说法错误的是 (　 )
A．图中的甲表示b的同化量，乙表示b用于生长、发育和繁殖的能量
B．参与丁过程的都是异养型生物，主要包括营腐生的细菌、真菌等
C．当生态系统处于相对稳定状态时，b的种群数量一般处于K/2
D．图中d的能量不全部来自b生物
[解析]　b摄入量为其同化量(甲)和粪便量之和，其同化量一部分用于呼吸消耗，一部分用于自身的生长、发育和繁殖(乙)；丁过程为分解者的分解作用，分解者主要是营腐生生活的细菌、真菌等，都是异养型生物；当生态系统处于相对稳定状态时，b种群数量达到环境容纳的最大值，一般处于K值；d的能量可来自b的粪便，而此部分属于上一营养级a同化的能量。
[答案]　C
[易错提醒]　分析能量流动时的两个注意点
动物同化的能量不等于摄入的能量 说明 同化量为每一营养级通过摄食并转化成自身有机物的能量，摄入量是消费者摄入的能量，同化量＝摄入量－粪便量
粪便量不是该营养级同化量的一部分 说明 消费者产生的粪便不属于该营养级同化的能量，它实际上与上一营养级的遗体、残骸一样，属于上一营养级的同化量的一部分
[在应用中落实]
1．运用生态系统能量流动规律分析，下列四项中，不利于能量流向对人类最有益的部分的是 (　 )
A．在森林中，使能量多储存在木材里
B．在草原牧场，使能量多流向牛和羊
C．能量流经初级消费者→次级消费者→三级消费者(人的食物)
D．在养鱼池中，让有机肥料以腐屑形式被鱼类或饵料动物直接摄食
解析：C项由于食物链的延长，增大了能量的损耗，不利于能量流向对人类最有益的部分。其他选项都有利于能量流向对人类最有益的部分。故选C。
答案：C　
2．如图是该生态系统中能量流向物种甲后发生的一系列变化示意图，下列有关叙述正确的是 (　 )
A．B表示物种甲同化的能量
B．E表示物种甲呼吸散失的能量
C．C表示物种甲流向分解者的能量
D．A中的能量包括物种甲粪便中的能量
解析：分析物种甲的能量去路可知，A表示物种甲同化的能量，B表示物种甲用于自身生长发育、繁殖等生命活动所需的能量，C中还包括物种甲粪便中的能量，D表示分解者通过呼吸作用散失的能量，E表示物种甲通过呼吸作用散失的能量。物种甲粪便中的能量属于甲上一个营养级的同化量。
答案：B　
[在探究中学明]
1．能量流动的特点
生态学家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，得出了如图所示的数据(单位：J·cm－2·a－1)。
(1)据图分析
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能量流动的第一个特点是 。
不能
不能
单向传递
(2)依图完成表中内容并分析
①可以看出，能量在相邻两个营养级间的传递效率为 。
②能量流动的第二个特点是 。
项目 输入 输出到下一营养级 传递效率
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 _______
13.5%
20.1%
10%～20%
逐级递减
2．生态金字塔
分析比较三类金字塔
[在深化中提能]
1．能量流动的特点及原因分析
(1)单向流动的原因
①能量流动是沿食物链进行的，食物链中各营养级之间的捕食关系是长期自然选择的结果，是不可逆转的。
②各营养级通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落重复利用，因此能量流动无法循环。
(2)逐级递减的原因
①各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。
②各营养级的能量都会有一部分流入分解者。
③还有一部分能量未被利用。
2．能量传递效率与能量利用率的区别
(1)能量传递效率。
①含义：生态系统中两个相邻营养级的能量传递效率为10%～20%，即输入某一营养级的能量中，只有10%～20%的能量流入到下一营养级(最高营养级除外)。
②计算公式：
(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
[例1]　 如图为某生态系统中能量传递示意图，以下叙述错误的是 (　 )
A．能量流动是从甲固定的太阳能开始的，流入该生态系统的总能量为1 250 kJ
B．从乙到丙的能量传递效率为15%
C．将乙和丙的粪便作为有机肥还田，可以提高能量传递效率
D．食物链的营养关系一般不可逆，这决定了能量流动的单向性
[解析]　由图分析可知，甲为生产者，乙为初级消费者，丙为次级消费者，丁为分解者。能量流动从生产者固定的太阳能开始，流入该生态系统的总能量是生产者固定的太阳能＝175＋200＋875＝1 250(kJ)；从乙到丙的能量传递效率为30÷200×100%＝15%；将乙和丙的粪便作为有机肥还田，经分解者的分解作用后能为植物提供无机盐，但不能提高能量传递效率；食物链的营养关系一般不可逆，这决定了能量流动的单向性。
[答案]　C
[例2]　右图为某一生态系统的能量金字塔，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、
Ⅳ分别代表不同的营养级，E1、E2代表能量的形式。下列叙述正确
的是 (　 )
A．Ⅰ和Ⅳ是连接生物群落与无机环境的关键成分
B．该图所示的食物网只有1条食物链：Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ
C．E1表示流入这一生态系统的总能量
D．能量可在食物链中循环利用
[解析]　图中Ⅰ代表生产者，Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ都代表消费者，实现物质循环的关键生物成分是生产者和分解者；每一营养级的生物种类很多，各种生物之间会形成错综复杂的食物网；生产者固定的太阳能表示流入生态系统的总能量(E1)；生态系统中能量沿食物链单向流动，不能循环利用。
[答案]　C
[在应用中落实]
1．在某草原生态系统的能量流动过程中，若羊摄入体内的能量为n，羊粪便中的能量为36%n，呼吸作用散失的能量为48%n，则下列叙述正确的是 (　 )
A．羊同化的能量为64%n
B．储存在羊体内的能量为52%n
C．由羊流向分解者的能量为16%n
D．由羊流向下一营养级的能量为64%n
解析：羊同化的能量为n－36%n＝64%n，A正确；储存在羊体内的能量为n－36%n－48%n＝16%n，B错误；根据题意，由羊流向分解者的能量为其同化量中储存在羊体内的能量的一部分，小于16%n，C错误；由羊流向下一营养级的能量为其同化量的10%～20%，D错误。
答案：A　
2．(2021·浙江6月选考)下列关于生态金字塔的叙述，正确的是 (　 )
A．生态金字塔显示了各营养级之间的数量关系
B．生态金字塔中每个营养级的生物均属于同一食物链
C．生态金字塔中的营养级均按其所占的数值大小依次排列
D．生态金字塔可分别以个体数量、生产量和能量为指标绘制
解析：生态金字塔是指各营养级之间的某种数量关系，可采用生物量单位、能量单位和个体数量单位，A正确，D错误；营养级是指处于食物链同一环节上的全部生物的总和，同一营养级的生物个体，可能处于不同的食物链的同一环节上，B错误；生态金字塔中营养级按营养关系排列，生产者处于金字塔的最底层，顶级消费者处于金字塔的顶端，C错误。
答案：A　
[在探究中学明]
1．能量传递效率的相关“最值”计算
下图所示的食物网中，若人的体重增加1 kg，最少消耗水藻________kg，最多消耗水藻________kg。
[解析]　能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%～20%。求最少消耗水藻时，选最短的食物链，即水藻→小鱼→人，传递效率按20%计算，设最少消耗水藻为x，则x×20%×20%＝1，解得x＝25(kg)；求最多消耗水藻时，选最长的食物链，即水藻→水蚤→虾→小鱼→大鱼→人，传递效率按10%计算，设最多消耗水藻为y，则y×10%×10%×10%×10%×10%＝1，得y＝105(kg)。
[答案]　25　105
2．能量传递效率的有关“定值”计算
如图所示的食物网中，戊的食物有1/2来自乙，1/4来自丙，
1/4来自丁，且能量从生产者到消费者的传递效率为10%，从消
费者到消费者的能量传递效率为20%。若戊体重增加20 g，需要消耗植物____g。
[解析]　甲为生产者，戊共有以下食物链：①甲→乙→戊，戊增加20×1/2＝10(g)，需要乙10×5＝50(g)，需要甲50×10＝500(g)；②甲→丙→戊，戊增加20×1/4＝5(g)，需要丙5×5＝25(g)，需要甲25×10＝250(g)；③甲→丙→丁→戊，戊增加20×1/4＝5(g)，需要丁5×5＝25(g)，需要丙25×5＝125(g)，需要甲125×10＝1 250(g)，故共需要甲500＋250＋1 250＝2 000(g)。
[答案]　 2 000
3．具有人工能量输入的能量传递效率计算
如图是某人工鱼塘生态系统能量流动过程中的部分环节，图中所示数据为该环节中涉及的能量值(单位为103 kJ·m－2·a－1)，据图分析：
(1)该生态系统中流入生物群落的总能量有哪些来源？
提示：一个来源是光能，另一个来源是输入的有机物中的化学能。
(2)生产者、植食性动物和肉食性动物固定的总能量分别是多少？
提示：肉食性动物固定的总能量＝(0.25＋0.05＋2.1＋5.1)×103＝7.5×103 (kJ·m－2·a－1)；植食性动物固定的总能量＝[(7.5－5)＋0.5＋4＋9]×103＝16×103 (kJ·m－2·a－1)；生产者固定的总能量＝[(16－2)＋3＋70＋23]×103＝110×103( kJ·m－2·a－1)。
(3)生产者→植食性动物、植食性动物→肉食性动物的能量传递效率分别是多少？(计算结果精确到0.1%)
提示：生产者→植食性动物的能量传递效率为植食性动物固定的能量中来自生产者的能量/生产者固定的总能量×100%＝(16－2)/110×100%≈12.7%；植食性动物→肉食性动物的能量传递效率为肉食性动物固定的能量中来自植食性动物的能量/植食性动物固定的总能量×100%＝(7.5－5)/16×100%≈15.6%。
[在深化中提能]
1．能量传递效率的“最值”计算
(1)食物链越短，最高营养级获得的能量越多。
(2)生物间的取食关系越简单，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：
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
2．能量传递效率的“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，而需按具体数值计数。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)如果是在食物网中，某一营养级同时从上一营养级多种生物获得能量，且各途径所获得的生物量比例确定，则按照各单独的食物链进行计算后合并。
3．具有人工能量输入的能量传递效率计算
人为输入某一营养级的能量是该营养级同化量的一部分，但不是从上一营养级流入的能量。如求第二营养级至第三营养级传递效率时，应为第三营养级从第二营养级同化的能量(不包括人工输入到第三营养级的能量)/第二营养级的同化量(包括人工输入到第二营养级的能量)×100%。
[在应用中落实]
1．有一食物网如图所示。如果能量传递效率为10%，各条食物链传递到庚的能量相等，则庚增加1 kJ的能量，丙最少含 (　 )
A．550 kJ　 B．500 kJ C．400 kJ D．100 kJ
解析：设丙的能量为x，经丙→丁→己→庚传递到庚的能量为0.5 kJ，则需要丙0.5÷(10%)3＝500(kJ)；经丙→戊→庚传递到庚的能量为0.5 kJ，则
需要丙0.5÷(10%)2＝50(kJ)，即丙最少含500＋50＝550(kJ)的能量。
答案：A　
2. 如图是一个食物网，假如鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，
1/5来自蛇，那么鹰若要增加20 g体重，至少需要消耗植物 (　 )
A．900 g B．500 g
C．200 g D．600 g
解析：当能量传递效率为最大值即20%时，消耗的植物量最少。鹰经兔途径消耗的植物量为20×2/5÷20%÷20%＝200(g)；鹰经鼠途径消耗的植物量为20×2/5÷20%÷20%＝200(g)；鹰经蛇、鼠途径消耗的植物量为20×1/5÷20%÷20%÷20%＝500(g)，共计消耗植物量为200＋200＋500＝900(g)。
答案：A　
3.某生态系统中存在如图所示的食物网，如将丙的食物比例由甲∶
乙＝1∶1调整为2∶1，能量传递效率按10%计算，该生态系统能
承载丙的数量是原来的 (　 )
A．1.375倍 B．1.875倍
C．1.273倍 D．0.575倍
解析：由于生产者没有改变，所以流向该生态系统的总能量没有变化。设丙原来的能量为a，则需要甲提供的能量为1/2a×10×10＋1/2a×10；改变食物比例后丙的能量设为b，则需要甲提供的能量为2/3b×10＋1/3b×10×10，根据题意可得：1/2a×10×10＋1/2a×10＝2/3b×10＋1/3b×10×10，b/a＝1.375。
答案：A　
[课堂巩固落实]
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．能量从生物体进入环境的过程
解析：太阳能被绿色植物固定的过程仅是能量的输入；生态系统内生物体能量代谢的过程主要包括的是能量的传递和转化过程；由于能量蕴含在有机物中，所以在物质循环过程中伴随着的能量转移过程(包括输入、传递、转化和散失)，就是指生态系统的能量流动；能量从生物体进入环境的过程主要是指能量的散失。
答案：C　
2．生态学中常用能量金字塔来描述生态系统中各营养级所得到的能量数值。下列描述正确的是 (　 )
A．在能量金字塔顶部的消费者获得的能量最多
B．最多约有20%的能量从第一营养级流向次级消费者
C．生产者通过呼吸作用消耗的能量一般没有流入初级消费者的能量多
D．生态系统中的营养级越多，在能量流动过程中损失的能量就越多
解析：在能量金字塔顶部的消费者营养级最高，获得的能量最少，A错误；最多约有20%×20%的能量从第一营养级流向次级消费者，B错误；生产者通过呼吸作用消耗的能量一般多于流入初级消费者的能量，C错误；生态系统中的营养级越多，在能量流动过程中损失的能量就越多，D正确。
答案：D　
3．(2022·浙江6月选考)生态系统的营养结构是物质循环和能量流动的主要途径。下列叙述错误的是 (　 )
A．调查生物群落内各物种之间的取食与被取食关系，可构建食物链
B．整合调查所得的全部食物链，可构建营养关系更为复杂的食物网
C．归类各食物链中处于相同环节的所有物种，可构建相应的营养级
D．测算主要食物链各环节的能量值，可构建生态系统的能量金字塔
解析：可通过调查生物群落中各物种间的捕食关系建立食物链，A正确；错综复杂的食物链构成食物网，B正确；营养级是指物种在食物链中的位置，C正确；测算全部食物链各环节的能量值，可构建生态系统的能量金字塔，D错误。
答案：D　
4．(2022·湖北高考)如图为生态系统结构的一般模型，据图回答下列问题：
(1)图中A代表____________；肉食性动物1的数量____________(填“一定”或“不一定”)少于植食性动物的数量。
(2)如果②③④代表能量流动过程，④代表的能量一般是②的__________。
(3)如果图中生产者是农作物棉花，为了提高棉花产量，从物质或能量的角度分析，针对②的调控措施及理由分别是_________________________________________________
____________________________________________；针对⑦的调控措施及理由分别是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)据题意可知，A能将遗体、粪便、碎屑等中的有机物分解形成无机物，返回无机环境中，因此A表示分解者。高营养级的生物数量可能会多于低营养级的生物数量，因此肉食性动物1的数量不一定少于植食性动物的数量。(2)能量在相邻两个营养级间的传递效率一般是10%～20%，②表示植食性动物的同化量，③表示肉食性动物1的同化量，是②的10%～20%，④表示肉食动物性2的同化量，是③的10%～20%，因此④代表的能量一般是②的1%～4%。(3)针对②和⑦的调控措施及理由见答案。
答案：(1)分解者　不一定　(2)1%～4%
(3)控制(或减少)植食性动物的数量，使棉花固定的能量尽可能保留在棉花植株中　合理密植，改善通风条件，满足光合作用对CO2的需求；增施有机肥，分解者分解有机物可产生更多无机盐、CO2，满足棉花生长需要；喷淋降温，缓解强光照和高温导致的“午休”，满足光合作用对CO2的需求，减弱呼吸作用