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)
第3章 生态系统及其稳定性
第2节 生态系统的能量流动
假设你像小说中的鲁滨逊那样，流落在一个荒岛上，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1只母鸡、15Kg玉米。
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？
方案1
方案2
先
后
一部分
吃鸡蛋
一部分
问题探讨
问题探讨
课本P54
A. 先吃鸡， 再吃玉米
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
鸡
人
玉米
鸡
人
先吃鸡，再吃玉米
我反对！为什么要先吃我？
方案分析
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
1.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
如何研究生态系统的能量流动呢？
一、能量流动
2.科学方法：
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
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
研究能量流动的基本思路：
研究生态系统中能量流动一般在群体水平上
一、能量流动
草
兔子
老鹰
二、能量流动的过程
二、能量流动的过程
能量流动的分析
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=生产者固定的太阳能
地球上几乎所有的生态系统所需要的能量都来自太阳。
草
兔子
老鹰
生产者固定的太阳能
二、能量流动的过程
未被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
草的能量如何得来？
光能全部被草吸收了吗？
草固定的能量将何去？
1%
生长发育和
繁殖储存起来
分解者
呼吸作用散失
生长
发育
繁殖
残枝败叶
流入下一营养级
残枝败叶
被分解者分解
固定
(光合作用）
呼吸作用以
热能形式散失
(未被利用）
摄入
二、能量流动的过程
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的同化量
粪便
分解者
同化作用是指生物体把从外界环境中获取的营养物质消化吸收后转变成自身的组成物质，并且储存能量的变化过程。
兔子把草吃进肚子里，草中的能量都被兔子吸收了吗？
摄入量=同化量+粪便量
消化吸收----进入兔子体内
未消化吸收---食物残渣（粪便）
同化了草的能量后，这些能量有哪些去向？
兔子同化的能量
二、能量流动的过程
呼吸作用以
热能形式散失
生长发育和
繁殖储存起来
遗体残骸
被分解者分解
呼吸作用散失
生长
发育
繁殖
流入下一营养级
(未被利用）
分解者
二、能量流动的过程
初级消费者
摄入
初级消费者
同化
粪便
分解者利用
用于生长
发育和繁殖
次级消费者
摄入
遗体
残骸
呼吸作用
散失
呼吸作用
散失
…
①
②
③
1.粪便中的能量属于初级消费者同化量吗？
2.初级消费者的同化量怎么表示？
不属于，属于生产者的同化量
初级消费者的同化量
=摄入量-粪便量
=呼吸消耗的能量+自身生长发育繁殖的能量
=呼吸消耗的能量+流向下一营养级的能量
+分解者利用的能量+未被利用的能量(一段时间内）
二、能量流动的过程
鹰同化了兔的能量后，这些能量有哪些去向？
呼吸散失
生长
发育
繁殖
遗体
残骸
分解者
鹰同化的能量
呼吸作用
分解者
生长发育和
繁殖
(未被利用）
二、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
粪便量
同化量
(未被利用）
(最高营养级除外）
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
生产者固定的太阳能
(未被利用）
生产者
（绿色植物）
初级消费者（植食性动物）
次级消费者（肉食性动物）
三级消费者（肉食性动物）
呼吸作用
呼吸作用
呼吸作用
呼吸作用
分 解 者
呼吸作用
生产者固定的太阳能总量为流经生态系统的总能量
输入
传递
以有机物的形式沿食物链向下一营养级传递
热能散失
转化
太阳能 有机物中化学能 热能
通过各营养级及分解者的呼吸作用以热能形式散失
总量：生产者通过光合作用固定的太阳能
传递
输入
形式：有机物中化学能
途径：食物链和食物网
生态系统中能量的 、 、 和 的过程。
输入
传递
转化
散失
概念
散失
构建能量流动模型
呼吸作用
呼吸作用
呼吸作用
呼吸作用
生产者
（绿色植物）
初级消费者（植食性动物）
次级消费者（肉食性动物）
三级消费者（肉食性动物）
呼吸作用
……
分解者
易错点训练：
1.初级消费者粪便中的能量属于 。
2.初级消费者的同化量： 。
3.初级消费者用于生长发育繁殖的能量： 。
⑤
①或②+③+④
① - ③或②+④
每一营养级流向分解者的能量=该营养级的遗体和下一营养级的粪便
①
②
③
④
⑤
二、能量流动的过程
易错点训练：
生态系统能量流动的分析（拼图法）
W1 生产者固定能量
（同化、流入、输入）
自身呼吸作用消耗
流向分解者
B1:未利用
D1:流向
下一营
养级
C1流向分解者=遗体+下一级粪便
1.生产者的同化量： 。
2.生产者用于生长发育繁殖的能量： 。
3.初级消费者的同化量： 。
4.初级消费者用于生长发育繁殖的能量： 。
W1 或 A1+B1+C1+D1
W1-A1 或 B1+C1+D1
D1或A2+B2+C2+D2
D1-A2或B2+C2+D2
二、能量流动的过程
分析赛达伯格胡的能量流动
分析赛达伯格胡的能量流动
思考·讨论
1941年美国耶鲁大学生态学家林德曼发表了《一个老年湖泊内的食物链动态》的研究报告。他对50万平方米的赛达伯格湖作了野外调查和研究后用确切的数据说明，生物量从绿色植物向食草动物、食肉动物等按食物链的顺序在不同营养级上转移。
林德曼（1915-1942）
赛达伯格湖
Raymond Lindeman
林德曼对赛达伯格湖能量流动做了定量分析
优点：小、简单、稳定
三、能量流动的特点
分析赛达伯格胡的能量流动
分析赛达伯格胡的能量流动
思考·讨论
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
问题:用表格的形式，将图中的数据进行整理？
三、能量流动的特点
分析赛达伯格胡的能量流动
分析赛达伯格胡的能量流动
思考·讨论
用表格的形式，将图中的数据进行整理。
流入 呼吸作用 分解者利用 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
62.8
18.8
2.1
29.3
12.6
12.6
7.5
微量
5.0
能量流动过程中逐级递减
讨论2.计算“流出”该营养级能量占“流入”该营养级能量的百分比。
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）
三、能量流动的特点
分析赛达伯格胡的能量流动
分析赛达伯格胡的能量流动
思考·讨论
用表格的形式，将图中的数据进行整理。
能量传递效率 =
下一营养级同化量
上一营养级同化量
×100%
注意：能量在相邻两个营养级间的传递效率为 。
10%～20%
讨论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？
20.06%
13.52%
三、能量流动的特点
分析赛达伯格胡的能量流动
分析赛达伯格胡的能量流动
思考·讨论
用表格的形式，将图中的数据进行整理。
20.06%
13.52%
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？
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。
讨论4.通过以上分析，你能总结出什么规律？
三、能量流动的特点
(1)从方向上看：
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_________ 。
①生物之间的捕食关系是 的结果，一般不可逆转；
②各营养级 散失的热能无法再利用。
食物链
低
高
逆转
循环流动
原因：
长期自然选择
呼吸作用
(2)从数值上看：
逐级递减
原因：
（能量传递效率为10%～20%）
总有一部分能量经 消耗、被 、未被下一个营养
级利用。
自身呼吸
分解者分解
三、能量流动的特点
分析赛达伯格胡的能量流动
分析赛达伯格胡的能量流动
思考·讨论
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。能量守恒定律可以用于衡量流入某个生态系统的总能量，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。
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期内没有能量（太阳能或化学能）输入，这个生态系统就会崩溃。
三、能量流动的特点
能量传递效率 =
下一营养级同化量
上一营养级同化量
×100%
两个营养级之间不是两个体之间
1、能量在食物网中传递的“最值计算”
Ⅱ. 获得能量最少：选最 食物链；能量传递效率按 计算
Ⅰ. 获得能量最多：选最 食物链；能量传递效率按 计算
短
长
×10%
×20%
如果草有10000kg，鹰最多增加 kg，最少增加 kg。
400
1
① 已知低营养级同化量，求高营养级同化量
草
鹰
兔
蛇
青蛙
食草昆虫
10%
20%
难点：能量传递效率的计算
② 已知高营养级同化量，求低营养级同化量
Ⅱ. 需最多能量：选最 食物链；能量传递效率按 计算
Ⅰ.需最少能量：选最 食物链；能量传递效率按 计算
若鹰的体重增加1kg，最少需消耗草____kg，最多消耗草_________kg。
25
10000
短
长
÷10%（X10）
÷20%（X5）
草
鹰
兔
蛇
青蛙
食草昆虫
10%
20%
难点：能量传递效率的计算
选______的食物链
选______传递效率_____
选______传递效率_____
获得最多
获得最少
选______的食物链
最短
最长
20%
10%
生产者
消耗最少
消耗最多
消费者
最大
最小
（2）在食物网中能量传递效率“最值”计算
难点：能量传递效率的计算
2、能量分配比例已知
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 X 5 X 5＝75/4kg
沿食物链A→D→E→F→C逆推：1/4kg X 5 X 5 X 5 X 5＝625/4kg
75/4kg+625/4kg=175kg
难点：能量传递效率的计算
【例】下图是一个食物网，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.900g　　　 B.500g C.200g D.600g
跟踪训练
A
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？
生产者
464.6
植食性动物
62.8
肉食性动物
12.6
五、生态金字塔
能量分析 生产者 植食性动物 肉食性动物
输入能量 464.6 62.8 12.6
肉食性动物
12.6
生产者
464.6
植食性动物
62.8
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。
1.能量金字塔
(1)概念：
(2)意义：
直观的反映出生态系统各营养级间能量的关系
(3)特点：
通常都是 的金字塔形
上窄下宽
(4)原因：
能量在流动中总是 的
逐级递减
(自然生态系统一定为正金字塔）
五、生态金字塔
1.能量金字塔
生态系统的能量流动一般不超过 营养级。
（原因：在一个生态系统中，
营养级越高，能量 就
越大。）
4～5个
损耗
高
低
能量
低
营养级
思考：右图为某城市生态系统能量金字塔，为什么呈倒置状态也能维持生态系统的正常运行？
从生态系统外输入大量的有机物
高
五、生态金字塔
2.数量金字塔
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。
请根据上述资料的生物数量数据，用相应面积或体积的图形表示，并按营养级由低到高排列。
草 150万
植食性动物 20万
肉食性动物1 9万
肉食性动物2 10头
五、生态金字塔
表示各营养级的生物个体的 比值关系，即为数量金字塔。
2.数量金字塔
(1)概念
数目
(2)特点
一般呈 的金字塔；
上窄下宽
思考：
如果消费者个体小而生产者个体大，如昆虫和树。绘制出该数量金字塔？
营养级
第二营养级
第一营养级
个体数量
昆虫
树
倒置
昆虫和树
也可呈上宽下窄 的金字塔形，如 。
五、生态金字塔
3.生物量金字塔
（每个营养级所容纳的有机物的总干量）
资料1：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 －
为什么某海域的生物量会出现金字塔倒置？
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。
某湖泊的生物量
某海域的生物量
浮游植物
浮游动物
五、生态金字塔
3.生物量金字塔
(1)概念
(2)特点
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。
大多呈 的金字塔,有可能倒置。
上窄下宽
第一营养级
第二营养级
第三营养级
第四营养级
营养级
809
37
11
1.5
干重 g/m2
(3)原因
一般来说植物的总干重通常 植食性动物的总干重，而植食性动物的总干重也 肉食性动物的总干重。
大于
大于
五、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
五、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，每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，每营养级所容纳的有机物的总干重
一般为正金字塔,有时会出现倒金字塔形
一般生物量随食物链中营养级的升高而减少
单位时间内，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
列表比较三种生物金字塔
五、生态金字塔
能量金字塔 生物量金字塔 数量金字塔
特例 某些人工生态系统可能呈现倒金字塔形 浮游植物的个体小，寿命短，又不断被浮游动物吃掉，所以某一时间浮游植物的生物量(用质量来表示)可能低于浮游动物的生物量 一棵大树上，鸟、虫、树的数量金字塔的塔形会发生倒置
(1)营养级越高，该营养级的总能量及生物的数量就会越少。( )
(2)数量金字塔、生物量金字塔同能量金字塔一样都是正置的。( )
(3)生态系统的食物链中营养级越高的生物，其体型必然越大。( )
×
×
×
五、生态金字塔
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
甘蔗和大豆间种
冬小麦夏玉米套种
蔬菜大棚中的多层育苗
稻-萍-蛙立体农业生产
六、研究能量流动的实践意义
甘蔗和大豆间种
冬小麦夏玉米套种
间种：在同一块土壤中，同一时期间隔种植两种以上的作物
（合理配置空间）
套种：在作物生长到后期时，又种上另外一种作物。
（合理配置时间和空间）
春有孔雀草、串红等鲜花植物，
夏秋种植西红柿、茄子、黄瓜等果类菜，
冬有茼蒿、香菜等叶类菜
一年四季的轮换种植
轮种：前后两季种植不同的作物，或在相邻两年内种植不同作物。
（合理配置时间）
六、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
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。
秸秆饲料
沼气池
沼渣
例如 : 秸秆喂牲畜；粪便制作沼气；沼渣肥田，实现了对能量的多级利用，从而大大
提高能量的利用率
能量利用率≠ 能量的传递效率
能量永远不能循环利用，能量传递效率永远不能被提高。
六、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
六、研究能量流动的实践意义
实现能量多级利用，
从而大大提高
能量的利用率
能量利用率
≠
能量传递效率
注：
3. 研究生态系统的能量流动，还可以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
牲畜过少，不能充分利用牧草所提供的能量；牲畜过多，就会造成草场退化，使畜产品的产量下降
稻田除草、除虫等
六、研究能量流动的实践意义
六、研究能量流动的实践意义
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。
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。
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。(实现能量的多级利用，提高能量利用率)
[思考] 下列做法的意义：
①桑基鱼塘——桑叶养蚕，蚕蛹喂鱼，塘泥肥桑。
②秸秆还田
③玉米田除虫
④草原合理确定载畜量：放的牲畜太少不能充分利用牧草提供的能量，放牧过多会造成草场退化，使得畜产品产量下降。
①②实现能量的多级利用，提高能量的利用率
③④合理调整能量流动关系，使得能量持续高效流向对人类最有益的部分。
六、研究能量流动的实践意义
课堂小结
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
√
×
√
C
一、概念检测
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
本节结束！