(共14张PPT)
第2节 生态系统的流量流动（1）
（3课时）
第三章 生态系统及其稳定性
本节聚焦
能量在生态系统中是怎样流动的？
怎样理解生态金字塔
研究能量流动有什么实践意义？
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。
先
后
一部分喂鸡
吃鸡蛋
一部分
方案1
方案2
情景导入——问题探讨
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：输入生态系统的的能量来源是什么？沿着什么渠道进行传递？以什么形式传递？最终以什么形式散失？
一.能量流动过程
能量的输入
能量的散失
生态系统
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
想一想：
你上周吃了多少斤食物？长了多少斤？
思考一下，你读书写字、打篮球、跑步等这些活动需要能量吗？
生物的所有生命活动都需要能量，那你所需要的能量来源于哪里？
吃了那么多体重却几乎没变，能量都去哪了？
食物
（能量输入）
人
排遗物：粪便
生长、发育、繁殖等
呼吸作用以热能形式散失
一.能量流动过程
2.科学方法：研究能量流动的基本思路
（1）如果以个体为单位研究能量流动有什么问题？
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
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
能量输入
种群
能量储存
能量散失
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。
以种群为研究对象，能量的流动渠道为食物链（或食物网），在分析时可能因食物网的复杂性而影响结果的准确性。
（2）如果将种群作为一个整体来研究能量流动，又会遇到什么问题？
能量流经一个种群的情况可以图示如下：
（3）如果将一个营养级的所有种群作为一个整体来研究，图示能量流动的情况。这种方式有什么优点
能量输入
某营养级
能量储存
能量散失
捕食食物链中包含一个个环节，处于某一环节上所有生物种类的总和，称为营养级。
将一个营养级的所有种群作为一个整体来研究能量流动，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。
2.科学方法：研究能量流动的基本思路
3.过程
光合作用
固定(同化)
呼吸作用以
热能形式散失
1%
同化（固定）
流入下一营养级
残枝败叶
被分解者分解
用于自身生长、
发育和繁殖
输入生态系统的总能量：
在人工生态系统中，总能量还有人工补充的能量（例如饲料、饵料等）
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物质，并且储存能量的过程。
玉米的能量来自哪里？
光能全部被玉米吸收了吗？
玉米固定的能量有哪些去向？
所有生态系统中输入的总能量都只有生产者固定的太阳能吗？
能量转化：
。
光能→化学能
生产者固定的太阳能
(1).第一营养级（生产者）的能量流动情况
鸡把玉米吃进肚子里，玉米中的能量都被鸡吸收(同化固定)了吗？
摄入
同化（固定）
同化量
=
摄入量
粪便量
－
粪便
粪便中的能量属于谁的同化量？
鸡并没有将粪便中的能量转变成自身物质，因此鸡粪中的能量属上一营养级（玉米）的同化量。
同化为自身
能量
该部分能量最终流向分解者
(2).第二营养级（鸡）的能量流动情况
3.过程
流入下一营养级
呼吸作用以
热能形式散失
遗体残骸
被分解者分解
用于自身生长、
发育和繁殖
同化为自身
能量
鸡同化了玉米的能量后，这些能量有哪些去向？
3.过程
(2).第二营养级（鸡）的能量流动情况
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
初级消费者摄入
用于生长、
发育和繁殖
摄入量 = 同化量 + 粪便量
次级消费者摄入
初级消费者同化
同化量 =
自身生长发育繁殖=
呼吸作用散失＋自身生长发育繁殖
流入下一营养级＋分解者利用
“一来三去”
同化量 =
呼吸作用散失＋流入下一营养级＋分解者利用
3.过程
(3).最高营养级（人）的能量流动情况
人同化了鸡的能量后，这些能量有哪些去向？
呼吸作用以
热能形式散失
遗体残骸
被分解者分解
用于自身生长、
发育和繁殖
同化为自身
能量
最高营养级没有流入下一营养级的能量去向
所以，你同化的能量最终去向有哪些？
呼吸作用散失；分解者利用
3.过程
某营养级同化量
①呼吸作用中以热能形式散失
用于自身生长、发育、繁殖
②流入下一个营养级
③被分解者分解利用
若问：某营养级的能量最终去向
【归纳各营养级能量去向】
某营养级同化量
①呼吸作用中以热能形式散失
用于自身生长、发育、繁殖
②流入下一个营养级
③被分解者分解利用
未被利用的能量
若问：某营养级的能量某段时间内的去向
最高营养级无
即短时间内，某营养级的生物不会全部被捕食或死亡。
“一来三去”
最高营养级无
生产者
（绿色植物）
初级消费者
（植食性动物）
呼吸作用
呼吸作用
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
分解者
呼吸作用
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
4.构建食物链的能量流动模型
箭头由粗到细：
方框从大到小：
表示流入下一营养级的能量 。
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
随营养级的升高，储存在生物体内的能量 。
逐级递减
越来越少
思考：长时间没有光照，对生态系统有什么影响，为什么？
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。
4.构建食物链的能量流动模型(共13张PPT)
第2节 生态系统的流量流动（2）
（3课时）
第三章 生态系统及其稳定性
本节聚焦
能量在生态系统中是怎样流动的？
怎样理解生态金字塔
研究能量流动有什么实践意义？
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。
输入
—
源头： 。
流经生态系统的总能量： 。
传递
转化
散失
—
—
—
途径： 。
形式： 。
形式： 。
过程： 。
太阳能→有机物中的 →热能
太阳能
生产者固定的太阳能总量
食物链和食物网
有机物中的化学能
化学能
热能
呼吸作用
【回顾导入】能量流动的概念理解
策略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。
策略1.先吃鸡，再吃玉米。
玉米
鸡
人
玉米
鸡
人
应选择1：食物链短，能量损耗少，人可以获得更多能量；
若选择2，则增加了食物链的长度，能量逐级递减，最后人获得的能量较少。
回归——问题探讨
自身呼吸作用消耗
流向分解者
未利用
流向下一营养级
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
“拼图法”分析能量流动的过程（按照定量、定时分析）
第一营养级
第二营养级
讨论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。
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
相邻营养级之间传递效率为多少呢？如何定量测量？
分析赛达伯格湖的能量流动 p56
林德曼（1915-1942）
Raymond Lindeman
林德曼对赛达伯格湖能量流动做了定量分析
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：边界明显，封闭性强，变化小、简单、稳定
二.能量流动的特点
思考：
1.流入（输入）该生态系统的总能量？
2.图中62.8、12.6代表摄入量还是同化量？
3.植食性动物粪便中的能量属于12.5还是2.1？
4.图中2.1指的是什么？包括哪几部分？
5.请计算每个营养级能量的来源和去向，说明是否遵循能量守恒定律？
464.6
同化量
12.5
植食性动物的遗体和肉食性动物的粪便
生：来(464.6)=去(96.3+62.8+12.5+293)
植：来(62.8)=去(18.8+12.6+2.1+29.3)
二.能量流动的特点
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
62.8
18.8
2.1
29.3
12.6
12.6
7.5
微量
5.0
1、计算“流出”该营养级能量占“流入”该营养级能量的百分比？
能量传递效率 =
下一营养级同化量
上一营养级同化量
×100%
能量在相邻两个营养级间的传递效率为 。
10%～20%
13.5%
20%
如何计算相邻营养级之间传递效率？
二.能量流动的特点
2. 通过以上分析，你能总结生态系统中能量流动的特点吗？
1.单向流动
（不逆转、不循环）
原因：①生物之间捕食关系是不可逆转的；(能量沿食物链流动）
②散失的热能不能被生物体再利用。
2.逐级递减（传递效率为10%～20%）
原因：
一部分通过本营养级的呼吸作用散失。
一部分作为排遗物、遗体或残枝败叶被分解者利用。
一部分未被利用。
二.能量流动的特点
用相应面积或体积的图形表示：
思考：表示生态系统能量流动，逐级递减的特点，除了用图中数字表示外，你还能用什么方法可以更清晰地展现其特点呢？
生产者
464.6
植食性动物
62.8
肉食性动物
12.6
能量金字塔
三.生态金字塔
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。
直观地反映出生态系统各营养级间能量的关系。
通常呈 的金字塔。
上窄下宽
能量在流动中总是 的。
逐级递减
特例：某些人工生态系统（如人工鱼塘、城市）可呈现倒置情况。
(1)概念：
(2)意义：
(3)特点：
(4)原因：
需要从该生态系统外输入大量的有机物，如流入鱼塘生态系统内的总能量为生产者固定的太阳能+饲料中的化学能。
1
能量金字塔
肉食性动物
12.6
生产者
464.6
植食性动物
62.8
高
低
能量
低
营养级
高
练习与运用
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＜b+c D.c=a+b
C
B
意味着次级消费者能够获得更多的能量来源
还有呼吸作用散失的热能
1.在森林生态系统中，当一只狼吃掉一只兔子时，它获得了这只兔子的_________。
A.10%-20%的能量 B.大部分能量
C.全部的能量 D.无法确定
B
2.在森林生态系统中，当狼种群捕食兔子种群时，狼种群获得了兔子种群的_________。
A.10%-20%的能量 B.大部分能量
C.全部的能量 D.无法确定
D
3.在森林生态系统中，假设初级消费者只有兔子，次级消费者只有狼。当狼种群捕食兔子种群，理论上狼种群获得了兔子种群_______。
A.10%-20%的能量 B.大部分能量
C.全部的能量 D.无法确定
A
同化量=摄入量-粪便量
粪便中含的能量较少
无法确定狼吃了兔群中的多少只兔子，狼可能还捕食其他生物(共15张PPT)
第2节 生态系统的流量流动（3）
（3课时）
第三章 生态系统及其稳定性
本节聚焦
能量在生态系统中是怎样流动的？
怎样理解生态金字塔
研究能量流动有什么实践意义？
营养级 某湖泊 某海域
浮游植物 96 4
浮游动物 11 21
鲈鱼 4 －
【资料1】夏季两个生态系统的生物量（每个营养级所容纳的有机物的总干重）统计表，单位为g m-2
任务1：根据表格，分别建构两个生态系统的生物量金字塔。
第一营养级
第二营养级
第三营养级
营养级
96
11
4
生物量
第一营养级
第二营养级
营养级
4
21
生物量
已知浮游植物个体小，世代周期短，繁殖能力强。为什么海域会出现金字塔倒置的现象？
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。因此生物量金字塔会出现倒置。
但一年内浮游植物总的生物量还是比浮游动物多。
2
生物量金字塔
2
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。
大多呈 的金字塔。
上窄下宽
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
(1)概念：
(2)特点：
(3)原因：
第一营养级
第二营养级
第三营养级
营养级
96
11
4
生物量
(4)意义：
直观的反映生态系统各营养级所容纳的有机物的总干重的关系。
第一营养级
第二营养级
营养级
4
21
生物量
有时也可呈“倒置的金字塔形”
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。
(1)概念：
也可呈上宽下窄 的金字塔形，如 。
一般呈 的金字塔；
上窄下宽
倒置
昆虫和树
(2)特点：
如果消费者个体小而生产者个体大，如昆虫和树。那么该数量金字塔？
营养级
第二营养级
第一营养级
个体数量
昆虫
树
(3)意义：
直观的反映生态系统各营养级的生物个体的数目比值关系。
3
数量金字塔
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(有机物的总干重)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，如昆虫和树
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
四.研究能量流动的实践意义
1、有哪些措施能增加流入农田生态系统的总能量？
间作：一般指几种作物同时期播种
套种：几种作物不同时期播种
2、间作、套种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；
（1）充分利用了空间；
1.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.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。
实现了对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率
作物采摘后剩下的秸秆仍储存大量能量，能否采取措施，增加对秸秆中能量的利用率？
用秸秆作饲料
粪便制作沼气
沼渣肥田
能量利用率=能量传递效率
四.研究能量流动的实践意义
概念辨析：能量传递效率与能量利用率
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=
生产者固定总能量
流入最高营养级的能量
×100%
①能量传递效率：能量在相邻两个营养级之间传递。
②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。
注意：
(1)能量利用率≠能量传递效率;
(2)食物链越 ，能量利用率越高;
(3)能量传递效率在10-20%之间，一般不能提高。
短
放牧量太少
过度放牧
合理放牧
3、从能量流动的角度分析，合理放牧、稻田除草除虫的意义是什么？
3. 调整生态系统的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。
稻田除草、除虫
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。
四.研究能量流动的实践意义
① 最多可使鹰增重____kg。
② 最少可使鹰增重____kg。
1
已知低营养级同化量，求高营养级同化量：
1
4
假如现有草100kg，则：
草
兔
鹰
能量传递效率按x20%算。
能量传递效率按x10%算。
200
① 最多要消耗草______kg。
② 最少要消耗草______kg。
2
已知高营养级同化量，求低营养级同化量：
假如要使鹰增加2kg，则：
能量传递效率按÷10%算。
能量传递效率按÷20%算。
50
五.食物链中高低营养级之间能量最值计算
4
多条食物链，已知高营养级同化量，求低营养级
若人的体重增加1 kg，
①最少需消耗水藻____kg，最多消耗水藻_______kg。
水藻
水蚤
虾
小鱼
大鱼
人
3
多条食物链，已知低营养级同化量，求高营养级
如果A有 10000 kg，
① C 最多增加______kg，C最少增加_____kg。
A
B
C
D
E
F
选最短食物链；按x20%计算。
选最长食物链；按x10%计算。
400
1
选最短食物链；按÷20%计算。
选最长食物链；按÷10%计算。
25
100000
五.食物链中高低营养级之间能量最值计算
分析和处理数据
1926年，一位生态学家研究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10000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1.6×104 kJ能量。
4.在整个生长季节，入射到这块玉米田的太阳能总量为8.5×109kJ
请根据以上数据计算：
1、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？
=
2675×180(C6H12O6)÷72(C6)
6687.5kg
EG=MGx1.6×104＝1.07×108kJ
2、这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？
△E呼=△MGx1.6×104＝2045x1.6×104
＝3.272×107kJ
思维训练 p59
思维训练 p59
分析和处理数据
请根据以上数据计算：
3、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？
E固=EG+△E呼=1.07×108kJ+3.272×107kJ=1.3972×108kJ
3.272×107÷1.3972×108=23.4%
4、这块玉米田的太阳能利用效率是多少？
η=1.3972×108/8.5×109
＝1.64%
1926年，一位生态学家研究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10000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1.6×104 kJ能量。
4.在整个生长季节，入射到这块玉米田的太阳能总量为8.5×109kJ
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。
(2)哪个生态系统的能量能够更多地被人类所利用？为什么？
图b所示的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多级、充分利用，提高了能量的利用率。
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？
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？
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。
