3.2 生态系统的能量流动(共36张PPT)
文档属性
| 名称 | 3.2 生态系统的能量流动(共36张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 9.5MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2024-01-17 18:09:31 | ||
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文档简介
(共36张PPT)
第2节
生态系统的能量流动
SW生老师
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。
流落荒岛
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？
问题探讨
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。
1.先吃鸡，再吃玉米。
先吃鸡，再吃玉米。
我反对！
为什么要先吃
我？
转化
太阳能 有机物中化学能 热能
生物群落
环境
输入
输出
散失：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
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流经自然生态系统的总能量是：
②流经人工生态系统的总能量是：
③自然生态系统的能量来源是：
④人工生态系统的能量来源是：
生产者固定的太阳能
生产者固定的太阳能和人工输入的有机物中的化学能
太阳能
太阳能和人工输入的有机物中的化学能
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
研究能量流动的基本思路
科学方法
消化吸收合成自身物质，储存能量
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
摄入
用于生长发育繁殖
摄入量 = 同化量 + 粪便量
捕食者摄入
同化
同化量= 呼吸作用散失＋自身生长发育
同化量= 呼吸作用散失＋捕食者摄入＋分解者利用
生态系统能量流动在营养级层次研究
生产者
草等
兔等
初级消费者
鹰等
次级消费者
第一营养级
第二营养级
第三营养级
呼吸作用以
热能形式散失
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
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
残枝败叶
被分解者分解
能量流动的过程
一、
粪便
兔吃草后能将摄入的草全部同化吗？
同化
流入
呼吸作用
分解者
摄入
生长发育和
繁殖储存起来
同化量
=
摄入量
粪便量
－
呼吸作用
分解者
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？
呼吸散失
生长
发育
繁殖
遗体
残骸
分解者
流入下一营养级
兔同化的能量
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
繁殖储存起来
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)
分析赛达伯格湖的能量流动
Raymond Lindeman
《生态学的营养动态概说》对能量流动做了定量分析
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
思考·讨论
植食性动物
62.8
62.8
赛达伯格湖的能量流动 资料分析
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
293
2.1
18.8
29.3
12.6
肉食性动物
12.6
微量
7.5
5.0
327.3
122.6
14.6
数字为能量数值。“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。
输入能量（同化量） 流入下一营养级 呼吸散失 分解者利用 未利用 出入比
生产者
植食性动物
肉食性动物
464.6
62.8
12.6
13.5%
20%
62.8
96.3
12.5
293
12.6
18.8
2.1
29.3
7.5
微量
5.0
/
能量传递效率
输出（去路）
逐级递减
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）
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%
赛达伯格湖能量流动图解
1.从方向上看：
单向流动
在生态系统中，能量流动只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面的各个营养级，不可_____，也不能_________；
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。
逆转
循环流动
原因：
能量流动的特点
二、
赛达伯格湖能量流动图解
2.从数值上看：
逐级递减
自身呼吸作用消耗；
被分解者分解；
暂时未被利用。
原因：
一般来说，输入到一个营养级的能量，只有10%~20%能够流到下一个营养级，即能量在两个相邻营养级间的传递效率为10%~20%
营养级越多，能量在流动过程中消耗的就越多，因此生态系统中的能量流动一般不超过5个营养级
生态系统维持正常功能的条件：
任何的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】
选______的食物链
选最小传递效率_____
生产者
最少消耗
选最大传递效率_____
消费者
最大消耗
获得最多
获得最少
选______的食物链
最短
最长
20%
10%
能量在食物链中传递的“最值计算”
由最高营养级推导生产者（消耗量）A→B→C
需最多能量：选最长食物链；按÷10%计算 (食物链前级是后级10倍)
需最少能量：选最短食物链；按÷20%计算 (食物链前级是后级5倍)
浮游植物
小鱼
大鱼
1000kg
10%
10%
10%
20%
20%
25kg
1kg
例：大鱼体重增加1kg，最多(至少)需要浮游植物多少千克
浮游动物
1.下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
课堂练习
2.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
A
3. 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
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。
生态金字塔
三、
肉食性动物
12.6
植食性动物
62.8
生产者
464.6
1.能量金字塔
每一级体积代表所得到的能量值
直观反应——能量单向流动、逐级递减
第四营养级
第三营养级
第二营养级
第一营养级
2.数量金字塔
昆虫
树
倒置情况
每一级体积代表个体数
3.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
低
高
每一级体积代表生物量值（所容纳有机物的总干重）
低
高
一般情况下，是上窄下宽。但有时候会出现倒置的金字塔形。
例如，海洋生态系统中，由于生产者（浮游植物）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。
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。
思考：
生物量金字塔在什么情况下，可能是上宽下窄倒置的金字塔形呢？
1. 可以帮助人们将生物在 、 上进行 ， 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
时间
空间
合理配置
增大
研究能量流动的实践意义
四、
2.可以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。
*沼气池实现了对能量的多级利用，大大提高了能量的利用率
*能量的利用率≠能量的传递效率
用秸秆作饲料
粪便制作沼气
沼渣田肥
3.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。
例如，合理确定草场载畜量，麦田除草、除虫
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。
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？
3.1kg葡萄糖储存1.6×104kJ能量。
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%
思维训练
处理数据
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
分析和处理数据
生态系统的能量流动
起点：
来源：太阳能
从生产者（光合作用）固定的太阳能开始
途径：沿食物链和食物网的各个营养级传递
特点：单向流动，逐级递减（传递效率为10％～20％ ）
意义：合理调整能量流动关系，使能量流向对人类最有益的部分，实现对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率。
课堂总结
第2节
生态系统的能量流动
SW生老师
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。
流落荒岛
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？
问题探讨
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。
1.先吃鸡，再吃玉米。
先吃鸡，再吃玉米。
我反对！
为什么要先吃
我？
转化
太阳能 有机物中化学能 热能
生物群落
环境
输入
输出
散失：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
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流经自然生态系统的总能量是：
②流经人工生态系统的总能量是：
③自然生态系统的能量来源是：
④人工生态系统的能量来源是：
生产者固定的太阳能
生产者固定的太阳能和人工输入的有机物中的化学能
太阳能
太阳能和人工输入的有机物中的化学能
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
研究能量流动的基本思路
科学方法
消化吸收合成自身物质，储存能量
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
摄入
用于生长发育繁殖
摄入量 = 同化量 + 粪便量
捕食者摄入
同化
同化量= 呼吸作用散失＋自身生长发育
同化量= 呼吸作用散失＋捕食者摄入＋分解者利用
生态系统能量流动在营养级层次研究
生产者
草等
兔等
初级消费者
鹰等
次级消费者
第一营养级
第二营养级
第三营养级
呼吸作用以
热能形式散失
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
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
残枝败叶
被分解者分解
能量流动的过程
一、
粪便
兔吃草后能将摄入的草全部同化吗？
同化
流入
呼吸作用
分解者
摄入
生长发育和
繁殖储存起来
同化量
=
摄入量
粪便量
－
呼吸作用
分解者
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？
呼吸散失
生长
发育
繁殖
遗体
残骸
分解者
流入下一营养级
兔同化的能量
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
繁殖储存起来
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)
分析赛达伯格湖的能量流动
Raymond Lindeman
《生态学的营养动态概说》对能量流动做了定量分析
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
思考·讨论
植食性动物
62.8
62.8
赛达伯格湖的能量流动 资料分析
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
293
2.1
18.8
29.3
12.6
肉食性动物
12.6
微量
7.5
5.0
327.3
122.6
14.6
数字为能量数值。“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。
输入能量（同化量） 流入下一营养级 呼吸散失 分解者利用 未利用 出入比
生产者
植食性动物
肉食性动物
464.6
62.8
12.6
13.5%
20%
62.8
96.3
12.5
293
12.6
18.8
2.1
29.3
7.5
微量
5.0
/
能量传递效率
输出（去路）
逐级递减
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）
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%
赛达伯格湖能量流动图解
1.从方向上看：
单向流动
在生态系统中，能量流动只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面的各个营养级，不可_____，也不能_________；
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。
逆转
循环流动
原因：
能量流动的特点
二、
赛达伯格湖能量流动图解
2.从数值上看：
逐级递减
自身呼吸作用消耗；
被分解者分解；
暂时未被利用。
原因：
一般来说，输入到一个营养级的能量，只有10%~20%能够流到下一个营养级，即能量在两个相邻营养级间的传递效率为10%~20%
营养级越多，能量在流动过程中消耗的就越多，因此生态系统中的能量流动一般不超过5个营养级
生态系统维持正常功能的条件：
任何的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】
选______的食物链
选最小传递效率_____
生产者
最少消耗
选最大传递效率_____
消费者
最大消耗
获得最多
获得最少
选______的食物链
最短
最长
20%
10%
能量在食物链中传递的“最值计算”
由最高营养级推导生产者（消耗量）A→B→C
需最多能量：选最长食物链；按÷10%计算 (食物链前级是后级10倍)
需最少能量：选最短食物链；按÷20%计算 (食物链前级是后级5倍)
浮游植物
小鱼
大鱼
1000kg
10%
10%
10%
20%
20%
25kg
1kg
例：大鱼体重增加1kg，最多(至少)需要浮游植物多少千克
浮游动物
1.下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
课堂练习
2.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
A
3. 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
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。
生态金字塔
三、
肉食性动物
12.6
植食性动物
62.8
生产者
464.6
1.能量金字塔
每一级体积代表所得到的能量值
直观反应——能量单向流动、逐级递减
第四营养级
第三营养级
第二营养级
第一营养级
2.数量金字塔
昆虫
树
倒置情况
每一级体积代表个体数
3.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
低
高
每一级体积代表生物量值（所容纳有机物的总干重）
低
高
一般情况下，是上窄下宽。但有时候会出现倒置的金字塔形。
例如，海洋生态系统中，由于生产者（浮游植物）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。
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。
思考：
生物量金字塔在什么情况下，可能是上宽下窄倒置的金字塔形呢？
1. 可以帮助人们将生物在 、 上进行 ， 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
时间
空间
合理配置
增大
研究能量流动的实践意义
四、
2.可以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。
*沼气池实现了对能量的多级利用，大大提高了能量的利用率
*能量的利用率≠能量的传递效率
用秸秆作饲料
粪便制作沼气
沼渣田肥
3.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。
例如，合理确定草场载畜量，麦田除草、除虫
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。
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？
3.1kg葡萄糖储存1.6×104kJ能量。
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%
思维训练
处理数据
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
分析和处理数据
生态系统的能量流动
起点：
来源：太阳能
从生产者（光合作用）固定的太阳能开始
途径：沿食物链和食物网的各个营养级传递
特点：单向流动，逐级递减（传递效率为10％～20％ ）
意义：合理调整能量流动关系，使能量流向对人类最有益的部分，实现对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率。
课堂总结