3.2 课时1 生态系统的能量流动 课件(共32张PPT) 2023-2024学年高二生物人教版（2019）选择性必修2

(共32张PPT)
生态系统的能量流动
第一课时
第2节
人教版 选择性必修2
能够概述生态系统中能量流动的过程和特征。
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。
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。
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。
流落荒岛
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（地球上几乎所有的生态系统）
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
生态系统的能量流动
2. 过程：
能量流经一个种群的情况可以图示如下：
能量输入
个体1
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
储存在体内的能量
呼吸作用散失的能量
……
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。
科学方法
研究能量流动的基本思路
如果将这个种群作为一个整体来研究，则左图可以概括成下图形式，从中可以看出分析能量流动的基本思路。
能量输入
种群
能量储存
能量散失
如果以种群为研究对象，能量流动的渠道为食物链，在分析时，可能因为食物网的复杂性而影响结果的准确性。
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。
如果将一个营养级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
某营养级
能量储存
能量散失
1%
固定(同化)
1.能量流经第一营养级示意图
生产者所同化的全部太阳能
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: 如果在每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）
能量流动的过程
生产者所同化
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
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
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.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
……
用于生长、发育和繁殖
次级消费者摄入
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
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
粪便属于上一营养级的同化量
遗体残骸
呼吸作用
散失
初级消费者摄入
初级消费者同化
……
用于生长、发育和繁殖
次级消费者摄入
分解者利用
粪便
呼吸作用
热能散失
摄入量=同化量+粪便量
【思考】第二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
③流入次级消费者
②③属于用于自身生长、发育和繁殖的能量
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
上一营养级同化的能量中流向分解者的部分
d
e
i
f
j
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
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
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
②某营养级的能量某段时间内的能量去向
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
未被利用的能量
思考·讨论·生态系统中的能量流动
2.流经某生态系统的能量能否再回到这个生态系统中来？为什么？
遵循能量守恒定律。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。
不能。能量流动是单向的。
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？
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。
能量流动的特点
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
生物间的捕食关系是一定的，是长期自然选择的结果，
不能逆转，也不能循环流动。
散失的热能不能被生物体再利用。
生态系统中能量流动是单向的。
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
各个营养级的顺序是不可逆的；且各个营养级的能量总是以呼吸散失热能。
传递效率为10％～20％
两个营养级之间
逐级递减的原因：自身呼吸消耗、被分解者分解、暂时未被利用。
1.先吃鸡，再吃玉米
玉米
鸡
人
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。
玉米
人
鸡
先吃鸡
原因：减少了鸡的消耗，
缩短食物链获得的能量更多，
持续时间更久。
食物链越短，最高营养级获得的能量越多。
问题探讨
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( )
B
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
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】
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
能量传递效率的计算
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
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)
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（前级是后级5倍）：
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+625/4 kg=175kg
(1)源头： 。
(2)起点：从 开始。
(3)流入生态系统总量： 。
(4)主要方式：__________。
(5)能量转化： 。
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
输入
生产者固定太阳能
生产者固定的太阳能总量
光能
化学能
光合作用
(1)传递渠道： 。
(2)传递过程：
食物链和食物网
传递
转化
太阳能
化学能
热能
ATP中活跃的化学能
散失
大部分热能形式散失，
需要分解者的分解作用和每一级生物的呼吸作用
生产者→初级消费者→次级消费者……
太阳能
特点
单向流动，逐级递减