3.2生态系统的能量流动课件（共42张PPT)-人教版（2019）选择性必修2

(共42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
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，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、15 kg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
一、能量流动
1.概念
生态系统中能量的_______、_______、_______和_______的过程。
输入
传递
转化
散失
如何研究生态系统的能量流动呢？
能量的输入
能量的散失
生态系统
传递
转化
一、能量流动
2.研究能量流动的基本思路
能量输入
种群
能量储存
能量散失
能量输入
某营养级
能量储存
能量散失
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。
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。
如果以种群为研究对象，能量流动的渠道为食物链，可能因为食物网的复杂性而影响结果的准确性。
应将一个营养级的所有种群作为一个研究整体，此时左图将概括为何种形式呢？
草等
兔等
鹰等
第一营养级
第二营养级
第三营养级
1、第一营养级能量的来源和去向
思考：（1）小草的能量来自哪里
（2）照射在草地上的太阳能如何被小草吸收 这些能量都被小草吸收了吗
（3）小草吸收了太阳能后,这些能量有哪些去向
二、能量流动的过程
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%
同化（固定）
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
二、能量流动的过程
用于自身生长
发育繁殖
草等
兔等
鹰等
第一营养级
第二营养级
第三营养级
2、分析第二营养级能量的去向
思考：（4）兔子把草吃进肚子里,草中的能量都被兔子吸收(同化固定)了吗
（5）兔子吸收了能量后,这些能量有哪些去向
二、能量流动的过程
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
同化
二、能量流动的过程
呼吸作用
分解者
同化
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
二、能量流动的过程
用于自身生长
发育繁殖
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
发育和繁殖
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＋自身生长发育繁殖
同化量= 呼吸作用散失＋捕食者摄入＋分解者利用
归纳：能量流经第二营养级（兔子）的示意图
二、能量流动的过程
属于兔子的同化量吗？
流向分解者的能量包含哪些？
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
同化
二、能量流动的过程
最高营养级没有流入下一营养级的能量去向
3、分析最高营养级能量的去向
用于自身生长
发育繁殖
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
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＋分解者利用
归纳：能量流经最高营养级（鹰）的示意图
二、能量流动的过程
4、构建能量流动模型
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
4、构建能量流动模型
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
思考：1、人工鱼塘需要投喂饲料，此时流入鱼塘生态系统的总能量如何表示？
2、各营养级的能量都会按照图示途径全部利用吗？
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
(短时间内，定时)
一定时间内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。
课堂练习
如图表示能量流经该生态系统某一营养级的变化示意图，其中a～g表示能量值。若图中A表示某食物网中第二营养级所摄入的全部能量。下列说法不正确的是
A.图中B表示同化的能量
B.图中C表示流入下一营养级的能量
C.图中D表示通过呼吸作用散失的能量
D.图中a值与c＋d＋e的值相同
√
C:用于自身生长、发育繁殖
呼吸作用
同化量
分解者
摄入量=同化量+粪便量 a=c+b,b=d+e
三、能量流动的特点
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
赛达伯格湖位于美国明尼苏达州的赛达伯格沼泽自然保护区，是一个高原湖泊，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。
三、能量流动的特点
图中数字为能量值，单位是J/（cm2·a）。
方框内能量值是指该营养级同化固定的能量。
箭头能量值是指流入后一个营养级的能量，即后一个营养级同化固定的能量。
赛达伯格湖的能量流动
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 能量传递效率
生产者
植食性动物
肉食性动物
= + + +
= + + +
464.6
62.8
12.6
62.8
96.3
12.5
293
12.6
18.8
2.1
29.3
7.5
微量
5.0
/
逐级递减
13.5%
20%
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%
三、能量流动的特点
(1)从方向上看：
单向流动
在生态系统中，能量流动只能从高营养级流向低营养级，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，因此能量流动无法循环。
逆转
循环流动
原因：
(2)从数值上看：
逐级递减
原因：
流入某一营养级的能量除了流入下一营养级的之外，还有：
一部分能量经 消耗、被 、未被下一个营养级利用。
自身呼吸
分解者利用
能量传递效率为10%-20%
思考：为什么？
思考：为什么？
难点：能量传递效率的计算
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%
三、能量流动的特点
3.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
问题探讨
假设鸡自身重3kg，玉米15kg。按最大传递效率20%计算。
3×20% + 15×20% = 3.6 kg
（15×1/3×20% + 3）×20% + 15×2/3×20% = 2.8 kg
鸡
玉米
人
玉米
鸡
人

策略2：先吃玉米，同时用一部分玉米(假设1/3)喂鸡，最后吃鸡。
策略1：先吃鸡，再吃玉米。
四、生态金字塔
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
四、生态金字塔
1.能量金字塔
(1) 概念:
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。
第一营养级
第二营养级
第三营养级
第四营养级
(2) 意义:
地反映出生态系统各营养级间能量的关系。
直观
(3) 特点:
通常呈 的金字塔。
上窄下宽
(4) 原因:
能量在流动中总是 的。
逐级递减
思考：所有的生态系统各营养级能量都是呈金字塔状吗？
某些人工生态系统（如人工鱼塘、一定时间内海洋）可呈现倒置情况。
四、生态金字塔
2.生态学家调查了不同生态系统中的生物个体数量和生物量(调查数据中排除了微生物和土壤动物)，所得数据如表格所示。P代表生产者，C1、C2、C3依次代表初级、次级和三级消费者。
资料1　夏季某草地生态系统的生物个体数量统计表，单位为个·hm－2。
名称 某草地
P 15 000 000
C1 2 000 000
C2 900 000
C3 10
(1)请根据资料1，建构此生态系统的数量金字塔。
某草地
四、生态金字塔
2.数量金字塔
(1) 概念:
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。
(2) 特点:
一般呈 的金字塔；
上窄下宽
思考：所有的生态系统各营养级数量都是呈金字塔状吗？
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 。
四、生态金字塔
资料2　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 －
(2)根据资料2，分别建构两个生态系统的生物量金字塔。
某湖泊
某海域
第一营养级
第二营养级
第三营养级
营养级
生物量（g m-2）
4
11
96
生物量（g m-2）
—
21
4
思考:生物量金字塔出现上宽下窄倒置的金字塔形的原因。
　海洋生态系统中，浮游植物个体小，世代周期短，又不断被捕食，因而某一时间调查到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多。
四、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。
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
某海域
生物量（g m-2）
—
21
4
思考：所有的生态系统各营养级生物都是呈金字塔状吗？
四、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
课堂练习
1.如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是消费者
B.Ⅳ为分解者
C.E1为太阳能，E2为热能
D.能量可在食物链中循环利用
√
课堂练习
2.甲、乙、丙、丁是某同学绘制的生态金字塔。下列与之相关的说法，错误的是
A.生态金字塔包括能量金字塔、生物量金字
　塔和数量金字塔，基本呈现图丙所示形态
B.由于能量流动具有逐级递减的特征，能量
　金字塔通常呈现图丙所示形态
C.不能用图甲表示生物数量金字塔
D.生态金字塔中每一层代表一个营养级，分解者不包含在其中
√
五、研究能量流动的实践意义
1.增大流入生态系统的总能量
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。
1.为什么可以增加流入生态系统的总能量？
（2）不同层次的作物利用不同强度的太阳能；
（3）适当提高了种植密度，能利用更多的太
阳能
（1）充分利用了空间；
甘蔗和大豆间种
冬小麦夏玉米套作
蔬菜大棚中的多层育苗
稻-萍-蛙立体农业生产
五、研究能量流动的实践意义
2.提高能量利用率
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。
秸秆蘑菇基质
秸秆饲料
玉米
籽粒
秸秆
人
还田
玉米
籽粒
秸秆
人
饲料
基质
牛、羊
蘑菇
2.从能量利用的角度分析，现代农业相较于传统农业有什么优势？
实现了能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率。
五、研究能量流动的实践意义
能量传递效率：能量在相邻两个营养级之间传递，传递效率为10%~20%。
能量传递效率=能量利用率？
一般来说，食物链越短，能量利用率越高。
能量利用率 =
生产者固定总能量
流入最高营养级的能量
×100%
能量利用率：流入最高营养级的能量占生产者能量的比值，或考虑分解者的参与，以实现能量的多级利用。
=
某一营养级同化量
上一营养级同化量
能量传递效率
×100%
五、研究能量流动的实践意义
3.调整能量流动关系
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。
草场
载畜量
过少
不能充分利用牧草所能提供的能量
过多
造成草场退化，使畜产品的产量下降
合理确定载畜量，才能保持畜产品的持续高产。
稻田
除草、除虫
使稻田高产
根据生态系统的能量流动规律，在实际生产生活中借鉴以下措施：
(1)尽量缩短食物链。
(2)充分利用生产者。
(3)充分利用分解者，如利用秸秆培育食用菌、利用植物残体生产沼气等。
课堂练习
3.下列关于生态系统能量流动的原理在实践中的应用的叙述，错误的是
A.除虫、除草可以让农田生态系统中的能量更多地流向对人类更有益的部分
B.多途径利用农作物可以实现对生态系统中能量的多级利用
C.根据草场能量流动的特点，可以合理确定草场的载畜量，从而保持畜产品的持续高产
D.“桑基鱼塘”的生产方式，在桑、蚕、鱼之间形成良性循环，将提高能量传递效率
√
4.茶树菇味道鲜美，常生长在油茶树枯朽的树桩上。某林场尝试在树下套种茶树菇，并用桐树、柳树、杨树脱落的枝叶制作培养基。下列相关叙述正确的是
A.油茶树枯朽树桩中的能量不属于油茶树的同化量
B.生长在油茶树树桩上的茶树菇属于生态系统中的分解者
C.套种措施可以提高树木和茶树菇对阳光等资源的利用率
D.该林场提高了能量的传递效率，实现了能量的多级利用
√
课堂总结
课堂练习-练习与应用-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
课堂练习-练习与应用-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
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。
×
×
二、拓展应用
课堂练习-练习与应用-拓展应用
(2)哪个生态系统的能量能够更多地被人类所利用？为什么？
×
×
①
②
【答案】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。
课堂练习-练习与应用-拓展应用
2.将一块方糖放入水中，方糖很快溶解，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？
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。
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？
硅藻能利用获取的营养通过细胞呼吸释放能量，依靠能量完成由无序向有序的转化，维持其生命活动。
通过以上事例，对能量流动在生态系统中的作用是否有了进一步的认识？
能量输入对于生态系统有序性的维持来说是不可缺少的。