人教版（2019）选择性必修2课件：3.2 生态系统的能量流动(共41张PPT)

(共41张PPT)
第2节 生态系统的能量流动
第3章 生态系统及其稳定性
复习回顾
1.生态系统的结构包括______________________和_________________________
2.生态系统的组成成分包括____________________________________________________
3.食物链是根据______关系构建而成，构成食物链的成分不包括生态系统组成成分中的________________________________
4.食物网中，两种生物间的种间关系可能是_______________________________
生态系统的组成成分
营养结构(食物链、食物网)
非生物的物质和能量、
捕食
非生物的物质和能量、分解者
①捕食②竞争③捕食和竞争
生产者、消费者、分解者
能量流动
信息传递
物质循环
生物群落与非生物环境之间相互作用而形成的统一整体
生态系统三大功能
生态系统：
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。
2.先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下的蛋，最后吃鸡。
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？
1.先吃鸡，再吃玉米。
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
储存在体内的能量
呼吸作用散失的能量
个体3……
能量储存
种群
能量散失
能量输入
将这些个体作为一个整体来研究
以个体为研究对象，有很大的局限性和偶然性，如果个体死亡，数据可能不准确；不同个体间差异过大。
某营养级
将一个营养级的所有种群作为一个整体
科学方法 - 研究能量流动的基本思路
一、能量流动的过程
能量流动的概念：
生态系统中能量的 、 、 和 的过程。
输入
传递
转化
散失
1.小草的能量来自哪里？
2.流经生态系统的总能量是辐射到该地区太阳能的总量吗？
不是，辐射到该地区的太阳能大部分被大气层或地面吸收、散射和反射掉了，大约只有1%以可见光的形式，被生产者通过光合作用转化成化学能，固定在它们所制造的有机物中，这样才能被生物利用。
输入生态系统的总能量=生产者固定的能量（太阳能或化学能）
地球上几乎所有的生态系统所需要的能量都来自太阳。
能量流动的分析
一、能量流动的过程
①呼吸作用以
热能形式散失
光能全部被草吸收了吗？
草固定的能量将到哪儿去？
1%
②生长发育和
繁殖储存起来
呼吸作用散失
生长
发育
繁殖
遗体
残枝败叶
分解者
流入下一营养级
生产者固定的太阳能
A.残枝败叶
被分解者分解
B.初级消费者摄入
（植食性动物）
1.第一营养级的能量流动
固定
(光合作用）
一、能量流动的过程
思考：兔子吃了1斤草，被消化吸收6两，不能消化吸收的则以粪便形式排出。判断吃的1斤草和吸收的6两草分别对应同化量还是摄入量？
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的组成物质，并且储存能量的变化过程，简单来说就是“消化、吸收和利用”。
同化量=摄入量—粪便量
兔子的粪便是属于草的能量，
即粪便的能量属于上一营养级。
一、能量流动的过程
①呼吸作用散失
A.遗体残骸
被分解者分解利用
②生长发育和
繁殖储存起来
兔同化了小草的能量后，这些能量有哪些去向？
2.第二营养级的能量流动
初级消费者
同化
粪便（未同化）
被分解者分解
初级消费者
摄入
B.次级
消费者摄入
一、能量流动的过程
呼吸作用以热能散失
用于自身生长、发育、繁殖
被分解者分解利用
流入下一营养级
消费者
摄入的能量
非同化（粪便）
同化
3.其他营养级的能量流动
未利用（若时间过短）
(最高营养级除外）
未利用:指未被自身呼吸作用消耗，也未被下一个营养级和分解者利用的能量。（如：沉积到湖底的有机物残体）
一、能量流动的过程
呼吸作用以热能散失
用于自身生长、发育、繁殖
被分解者分解利用
消费者
摄入的能量
非同化（粪便）
同化
4.最高营养级的能量流动
未利用
同化上一营养级的能量
呼吸
储存
分解者
遗体
流向下一营养级
用于生长、发育、繁殖等生命活动
热能
一、能量流动的过程
分 解 者
呼 吸 作 用
生产者
初级消费者
(绿色植物)
次级消费者
(植食性动物)
(肉食性动物)
散失
光合固定
同化
同化
生产者的遗体
初级消费者的粪便
初级消费者的遗体
次级消费者的粪便
一、能量流动的过程
生产者通过光合作用将光能转化成为化学能，固定在它们所制造的有机物中（其次还有化能合成作用）
生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，称为生态系统的能量流动。
（1）输入
①能量来源:
太阳能
②能量流动的起点:
生产者固定的太阳能
③流经生态系统的总能量:
生产者所固定的全部太阳能
④能量输入方式:
若为人工生态系统，流经生态系统的总能量除生产者固定的太阳能总量，还有人工补充的能量（例如饲料中有机物中的化学能）。
特别提醒：
生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，称为生态系统的能量流动。
一、能量流动的过程
（2）传递：
①能量传递的途径（渠道）：
食物链和食物网
②能量传递的形式：
有机物中的化学能
（3）转化：
太阳能
光合作用
有机物中的化学能
热能
呼吸作用
（4）散失：
以热能形式散失
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；如果一个生态系统在一段较长时间内没有能量(太阳能或化学能)输入，这个生态系统就会崩溃。
一、能量流动的过程
思考 · 讨论
生态系统中的能量流动
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。
二、能量流动的特点
思考 · 讨论
分析赛达伯格湖的能量流动
图中数字为能量值，单位是J(cm2·a)(焦每平方厘米年）。图中“未固定”是指未被固定的太阳能，“未利用”是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。为研究方便起见，这里将肉食性动物作为一个整体看待。
赛达伯格湖能量流动图解
二、能量流动的特点
思考 · 讨论
分析赛达伯格湖的能量流动
营养级 流入能量 流出能量 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
62.8
12.6
13.52%
20.06%
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)。
14.6
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。
二、能量流动的特点
思考 · 讨论
分析赛达伯格湖的能量流动
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
流入某一营养级的能量主要有以下去向：一部分通过该营养级的呼吸作用散失了；一部分以排出物、遗体或残枝败叶的形式被分解者利用；还有一部分未能进入（未被捕食）下一营养级；其他的才是流入下一营养级的能量。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。
生态系统中的能量流动是单向的；能量在流动过程中逐级递减。
二、能量流动的特点
特点1：单向流动：
在生态系统中，能量流动只能沿着________由____营养级流向_____营养级，不可______，也不能___________；
食物链
低
高
逆转
循环流动
原因：
（1）生物之间的捕食关系是长期自然选择的结果，一般不可逆转；
（2）各营养级呼吸作用散失的热能无法再利用，因此能量流动无法循环。
特点2：逐级递减：
流入某一营养级的能量除了流入下一营养级的之外，还有：
①一部分通过该营养级的呼吸作用散失；
②一部分作为排遗物、遗体或残枝败叶被分解者利用；
③一部分未被利用
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。
二、能量流动的特点
能量传递效率=
上一营养级的同化量
某一营养级的同化量
×100%
能量在相邻两个营养级间的传递效率为10%～20%
例如：下图为某人工鱼塘食物网及其能量传递示意图(图中数字为能量数值，单位是J·m－2·a－1)。该食物网中第一到第二营养级的能量传递效率为 。
12%
（3780+4200）÷66500×100%＝12%
二、能量流动的特点
思考讨论1：能量在流动过程中逐级递减，与能量守恒定律矛盾吗？为什么？
不矛盾。能量在流动过程中逐级递减，指的是流入各个营养级的能量。总能量=储存在生态系统(生物体的有机物)中的能量+被各个营养级的生物利用、散发至非生物环境中的能量。
因此，虽然能量在流动过程中逐级递减，但总能量依然遵循能量守恒定律。
思考讨论2：流经某生态系统的能量能否再回到这个生态系统？
不能，能量流动是单向的（例如：释放出的热能是不能再利用的）。
思考讨论3：流落荒岛的你是先吃鸡还是先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下的鸡蛋，最后吃鸡呢？为什么？
应该先吃鸡，再吃玉米。由于每一营养级和分解者都需要呼吸作用以热能的形式散失掉一部分能量，营养级越高，散失的能量越多。
二、能量流动的特点
①正推型：知低营养级求高营养级（已知甲→求丁）
获得能量最多
获得能量最少
选最 食物链
选最 食物链
按 计算
按 计算
能量的传递效率的计算
能量在流经各个营养级时,上一营养级的能量大约有10%~20%传到下一营养级，营养级越高，能量越少。因此食物链越 ，能量损失越多。为了充分利用能量，应尽量缩短食物链。
有关能量的“最值”计算方法：设食物链“甲→乙→丙→丁”
长
“×20%”
短
长
“×10%”
例：流经食物链的总能量为y，猫头鹰所得能量最多为 ; 最少为 。
y×(20%)2
y×(10%)3
二、能量流动的特点
②逆推型：知高营养级求低营养级（已知丁→求甲）
需最少能量
需最多能量
选最 食物链
选最 食物链
按 计算
按 计算
有关能量的“最值”计算方法：设食物链“甲→乙→丙→丁”
“÷20%”
“÷10%”
短
长
例：右图表示某生态系统食物网的图解，猫头鹰体重每增加1kg，至少消耗A约（ ）
A．100kg B．44.5kg C．25kg D．15kg
C
能量的传递效率的计算
例：某生态系统中存在如图所示的食物网，如将C的食物比例由A∶B＝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C的数量是原来的(　　)
A．1.375倍　　B．1.875倍 C．1.273倍 D．0.575倍
A
三、生态金字塔
生产者
464.6
植食性动物
62.8
肉食性动物
12.6
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。
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顺序排列，可形成一个金字塔图形，叫做能量金字塔。
地反映出生态系统各营养级间能量的关系。
通常都是上窄下宽的金字塔形。
（自然生态系统一定为正金字塔）
能量在流动中总是逐级递减的
（1）概念：
（2）意义：
（3）特点：
原因：
直观
第一营养级
第二营养级
第三营养级
第四营养级
三、生态金字塔
2.数量金字塔
用同样的方法表示各营养级的生物个体的数目比值关系，即为数量金字塔。
直观的反映生态系统各营养级的 比值关系。
可以是上窄下宽的正金字塔形，也可以是上宽下窄的倒置正金字塔形。
（1）概念：
（2）意义：
（3）特点：
原因：
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
如果消费者的个体小而生产者的个体大(如昆虫和树），则会呈现倒置金字塔。
生物个体的数目
三、生态金字塔
思考讨论：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？
人口数量日益增长，会要求低营养级有更多的能量流入人类所处的营养级，也就是说，人类所需要的食物会更多，将不得不种植或养殖更多的农畜产品，会给地球上现有的自然生态系统带来更大的压力。
三、生态金字塔
直观的反映生态系统各营养级所容纳的 的关系。
3.生物量金字塔
用同样的方法表示各营养级的生物量（每个营养级所容纳的有机物的总干重），即为生物量金字塔。
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
营养级
第四营养级
第三营养级
大多也是上窄下宽的正金字塔形
（1）概念：
（2）意义：
（3）特点：
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
有机物的总干重
特殊情况：在海洋生态系统中，由于生产者(浮游植物)的个体小，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。当然，总的来看，一年中浮游植物的总的生物量还是比浮游动物的要多。
三、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
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？
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。
第一营养级
第二营养级
第三营养级
第四营养级
三、生态金字塔
项目 能量金字塔 生物量金字塔 数量金字塔
形状
每层含义 单位时间内,食物链中每一营养级生物所 的多少 单位时间内,每一营养级生物所容纳的 . 每一营养级生物个体的数目
特点 天然生态系统一定为 的金字塔形
象征意义 能量在流动过程中总是 。
特殊形状
同化的能量
有机物的总干重
上窄下宽
逐级递减
某些人工生态系统(如人工鱼塘)可呈现倒置状况
一般为上窄下宽的
金字塔形
一般为上窄下宽的
金字塔形
生物量随食物链中营养级的升高而逐级递减
在食物链中随营养级升高而逐级递减
浮游植物个体小，寿命短，又会不断被捕食，因而某一时间呈现倒置金字塔形
如果消费者个体小而生产者个体大，就会呈现倒置金字塔形
四、研究能量流动的实践意义
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，增大流入某个生态系统的总能量。
例如，间作套种、多层育苗、稻—萍—蛙等立体农业生产方式。
间作套种
多层育苗
稻—萍—蛙
四、研究能量流动的实践意义
例如: 秸秆用作饲料喂牲畜，可获得肉、蛋、奶等；用牲畜的粪便生产沼气，沼气池中的沼渣还可以作为肥料还田。
实现了对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率
2.帮助人们科学地规划和设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。
能量利用率≠能量传递效率
秸秆还田
沼气池
桑基鱼塘
四、研究能量流动的实践意义
①能量传递效率：
生态系统中，能量在相邻两个营养级间的传递效率是10％～20％
②能量利用率：
一般指流入最高营养级的能量占生产者固定总能量的比值
特点：一般来说，食物链越短，能量利用率越高。
能量利用率=
生产者能量
流入最高营养级的能量
×100%
能量利用率≠能量传递效率
上一营养级的同化量
某一营养级的同化量
×100%
四、研究能量流动的实践意义
3.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。
例如: 合理确定草场的载畜量，稻田除草、除虫等。
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。
探究实践 - 调查当地某生态系统中的能量流动情况
以稻田生态系统为例。组成成分：非生物的物质和能量；生产者，包括水稻、杂草、浮游植物等；消费者，包括蜘蛛、田螺、鱼（如泥鳅、黄鳝）、青蛙、浮游动物、昆虫、鸟类等；分解者，包括多种微生物。
1.生产者主体是水稻，其他生产者有杂草、浮游植物等。农民主要通过喷洒除草剂或人工除草的方式抑制杂草的生长。
2.初级消费者有田螺、浮游动物、植食性的昆虫和鸟等。一般而言，植食性的昆虫和鸟等对水稻生长构成危害，田螺数量较多时也会对水稻生长构成危害。农民采取喷洒农药、竖稻草人等措施防止或减少这些动物的危害。
3.次级消费者有肉食性鱼、青蛙和蜘蛛等。一般而言，这些消费者对水稻生长的利大于害。农民通过禁捕，或适量放养等措施，实现生态农业的目标。
探究实践 - 调查当地某生态系统中的能量流动情况
5.农民对秸秆的传统处理方式有焚烧或填埋等；现代农业生态工程提出了综合利用思想。例如，秸秆可作为多种工业原材料，还可以用来生产沼气，以充分利用其中的能量。
6.主要通过合理密植的方法提高作物的光能利用效率。
7.通过稻田养鱼等措施，实现立体化生态农业；通过建造沼气池，实现能量的多级利用。
以稻田生态系统为例。组成成分：非生物的物质和能量；生产者，包括水稻、杂草、浮游植物等；消费者，包括蜘蛛、田螺、鱼（如泥鳅、黄鳝）、青蛙、浮游动物、昆虫、鸟类等；分解者，包括多种微生物。
思维训练 - 分析和处理数据
1926年，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.这块田共收割玉米约10 000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细胞呼吸消耗的葡萄糖共2045kg。
3.1kg葡萄糖储存1.6×104kJ能量。
请根据以上数据计算：
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？
4.在整个生长季节，入射到这块玉米田的太阳能为8.5×109kJ.
=
2675×180(C6H12O6)÷72(C6)
6687.5kg
1.07×108kJ
6687.5×1.6×104kJ
=
这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？
2045×1.6×104kJ=
3.272×107kJ
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？
1.07×108kJ+
3.272×107kJ=1.3972×108kJ
3.272×107÷1.3972×108=23.4%
这块玉米田的太阳能利用效率是多少？
1.3972×108÷8.5×109=1.64%
根据计算结果，画出能量流经该玉米种群的图解，图解中应标明各环节能量利用和散失的比例。
思维训练 - 分析和处理数据
练习与应用
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。( )
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
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. a√
×
√
C
B
练习与应用
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。
太阳能
农作物
家禽、家畜
人
练习与应用
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
太阳能
农作物
家禽、家畜
沼气池
（含微生物）
食用菌
人
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利用，提高了能量的利用率。
练习与应用
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自己绚丽精致的外壳，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
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。
能量的输入对于生态系统有序性的维持来说是不可缺少的。