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问题探讨:
假如你像小说中的鲁滨逊那样，流落在一个荒岛上，除了饮用水之外没有任何食物。你随身带的食物只有一只母鸡、15Kg玉米。
以下哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援？
先吃鸡再吃玉米。
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
策略2
食物关系：
第三章第二节
生态系统的能量流动
人教版（2019）高中生物学选择性必修二《生物与环境》
课标对本部分的内容要求
分析生态系统中的能量在生物群落中单向流动并逐级递减的规律。
举例说明利用能量流动规律，人们能够更加科学、有效地利用生态系统中的资源。
解释生态金字塔表征了食物网各营养级之间在个体数量、生物量和能量方面的关系。
解读课标，提出关键问题
1、什么是生态系统的能量流动？怎样研究？
2、能量在生态系统中是怎样流动的？
3、生态系统中的能量流动有什么规律？
4、怎样表征能量流动的特点？
5、研究能量流动有什么实践意义？
科学方法
研究能量流动的基本思路
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
储存在体内的能量
呼吸作用散失的能量
能量输入
科学方法
研究能量流动的基本思路
能量储存
种群
能量散失
能量输入
科学方法
研究能量流动的基本思路
1、以个体为单位研究能量流动，有什么问题？
2、如果以种群作为一个整体来研究能量流动，又会遇到什么问题？
以个体为研究对象，有很大的局限性和偶然性。如果个体死亡或不同个体间差异过大，就使数据不准。
如果以种群为研究对象，可能因为食物网的复杂性而影响结果的准确性。
科学方法
研究能量流动的基本思路
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与输出值。避免了上述不足。
能量输入
种群
能量储存
能量散失
某营养级
研究生态系统中能量流动一般在群体水平上。
第一营养级固定的能量的去向：呼吸作用散失；分解者利用；下一营养级摄入。
同化量
太阳能
生产者固定的能量
用于生长、发育和繁殖
初级消费者摄入
分解者利用
残枝 败叶
热能散失
呼吸作用
太阳能 有机物中化学能 热能
转化
分析第一营养级固定的能量的来源和去向，并构建第一营养级能量流动模型
99%
散失
生产者同化的能量，就是生产者通过光合作用制造的有机物中的能量，即实际光合作用总量。
模型建构
分析第二营养级的同化量的去向，并构建第二营养级能量流动模型
遗体残骸
呼吸作用
热能散失
粪便
摄入量=同化量+粪便量
摄入
同化（消化吸收合成自身物质，储存能量）
用于自身生长、发育和繁殖
第三营养级摄入
分解者利用
呼吸作用
热能散失
（粪便量属于上一营养级的同化量。）
模型建构
【归纳】能量流经消费者的过程(除最高营养级)
摄入量
粪便量
同化量
在呼吸作用中以热能形式散失
用于自身生长、发育、繁殖等生命活动
流入下一营养级
流向分解者
某一营养级同化量流向分解者的形式：
①遗体残骸（残枝败叶）；②下一营养级的粪便
下一营养级同化量
1、“一来三去”模型
①D、E、F分别代表第一、第二、第三营养级：
②三条最终去路(最高营养级除外)：
③箭头1处流入分解者的能量来自：
课堂活动一：讨论分析能量流动的模型图
1
2
同化量。
呼吸作用散失、流入下一个营养级、分解者利用。
残枝败叶和第二营养级的粪便。
2、“一来四去”模型
①D、E、F分别代表第一、第二、第三营养级同化量。
②四条去路(最高营养级除外)：呼吸作用散失、流入下一个营养级、分解者利用、未利用。
课堂活动一：讨论分析能量流动的模型图
(1)W1、D1指相应营养级的同化量，B1、B2指相应营养级中 的能量。
(2)各营养级用于生长、发育和繁殖的能量为 。
(3)利用“拼图法”可得关系式：
未被利用
B1＋C1＋D1或B2＋C2＋D2
3、“拼图法”分析能量流动过程
课堂活动一：讨论分析能量流动的模型图
一、能量流动的过程
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
生产者固定太阳能
输入
传递
散失
以有机物的形式沿食物链和食物网向下一营养级传递
二、能量流动的概念
源头：
流经生态系统总能量：　　　　　　　
途径：
形式：　　　　　
太阳能→有机物中的________→热能
形式：最终以　　　　形式散失
过程：
输入
传递
转化
散失
生态系统中能量的 、 、 和 的过程。
输入
传递
转化
散失
太阳能
食物链和食物网
有机物中的化学能
生产者固定的太阳能总量
饲料（生活污水）中的化学能（人工生态系统）
化学能
热能
呼吸作用
概念：
真题再现
（2020新课标三）假设某种蓝藻（A）是某湖泊中唯一的生产者，其密度极大，使湖水能见度降低。某种动物（B）是该湖泊中唯一的消费者。 回答下列问题：
（2）画出该湖泊生态系统能量流动的示意图_______。
研究能量流经生态系统的食物链时，每一级的能量变化和能量传递效率，美国生态学家林德曼对一个结构相对简单的天然湖泊——赛达伯格湖的能量进行了定量分析。
Raymond Lindeman
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。
十分之一定律
思考·讨论：利用数据，分析赛达伯格湖的能量流动
图中数字为能量数值，单位是J/(cm2·a)。图中“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。
定量分析
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）。
思考·讨论：利用数据，分析赛达伯格湖的能量流动
营养级 流入能量/[J/(cm2·a)] 流出能量/[J/(cm2·a)] 输入后一个营养级 出入比/%
生产者
植食性动物
肉食性动物 ——
13.52%
20.06%
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。
464.6
62.8
12.6
12.6
62.8
能量传递效率
=
该营养级的同化量
上一营养级的同化量
×100%
逐级递减
定量分析
思考·讨论：利用数据，分析赛达伯格湖的能量流动
3. 流入某一营养级的能量，为什么不会百分之百流到下一个营养级？
流入某一营养级的能量主要有以下去向：
①一部分通过该营养级的呼吸作用散失了；
②一部分以下一营养级粪便、遗体残骸或残枝败叶的形式被分解者利用；
③还有一部分未被下一个营养级利用；
④其他的才是流入下一个营养级的能量。
所以，流入某一营养级的能量不可能百分之百地流到下一营养级。
通过以上分析，你能总结出能量流动有什么规律？
定量分析
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，再依次流向后面的营养级，不可逆转，也不能循坏流动。
生产者
初级
消费者
次级
消费者
三级
消费者
1. 单向流动
①不可逆转：
②不可循环：
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。
各营养级通过呼吸作用散失的热能不能再被生物重新利用。
原因：
三、能量流动的特点
一般来说，在输入到某一个营养级的能量中，只有10%~20%的能量能够流到下一个营养级。即，能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%~20%。
能量传递效率
=
该营养级的同化量
上一营养级的同化量
×100%
2. 逐级递减
三、能量流动的特点
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。
能量在流动中逐级递减与能量守恒定律矛盾吗？
不矛盾
生产者固定的能量，不管如何传递，最终都以热能的形式从生物群落中散失，因此生产者需要源源不断的固定太阳能。
策略1
策略2
食物关系：
在市场上肉普遍比蔬菜贵，试从能量流动的角度分析：
蔬菜属于生产者范畴，肉是从消费者获取的。能量传递效率只有百分之十到百分之二十。也就是说，要得到一千克肉，至少要消耗五千克植物，所以相同重量的肉比蔬菜贵。
真题再现
（2021全国甲卷）捕食是一种生物以另一种生物为食的现象，能量在生态系统中是沿食物链流动的。回答下列问题：
2、青草→羊→狼是一条食物链。根据林德曼对能量流动研究的成果分析，这条食物链上能量流动的特点是__________。
3、森林、草原、湖泊、海洋等生态系统是常见的生态系统，林德曼关于生态系统能量流动特点的研究成果是以__________生态系统为研究对象得出的。
【答案】 (2). 单向流动，逐级递减 (3). （赛达伯格湖）湖泊
生产者
464.6
植食性动物
62.8
肉食性动物
12.6
请同学们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。
生产者
464.6
植食性动物
62.8
肉食性动物
12.6
模型建构
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的次序排列，可形成一个金字塔图形，叫作能量金字塔。
某个湖泊生态系统的
能量金字塔示意图
第一营养级
（生产者）
第二营养级
（初级消费者）
第三营养级
（次级消费者）
第四营养级
（三级消费者）
1. 能量金字塔
每一级体积代表所得到的能量值
四、生态金字塔
(1)特点：
通常都是上窄下宽的
正金字塔形。
某个湖泊生态系统的
能量金字塔示意图
第一营养级
（生产者）
第二营养级
（初级消费者）
第三营养级
（次级消费者）
第四营养级
（三级消费者）
(2)原因：
能量在流动中总是逐级递减的。
(3)意义：
直观地反映出生态系统各营养级间能量的关系
1. 能量金字塔
四、生态金字塔
资料：夏季两个生态系统的生物个体数量统计表，单位为个 hm-2。
2.数量金字塔
营养级 某草地 温带森林
生产者 1500万 2000
初级消费者 200万 150万
次级消费者 90万 －
某草地的生物数量
温带森林的生物数量
为什么温带森林的数量金字塔会出现倒置？
当生产者个体比消费者个体大得多时，数量金字塔经常倒置。比方说，生产者是树，初级消费者是昆虫。
鼠
草
鼬
昆虫
树
个体数量
四、生态金字塔
资料：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 －
3.生物量金字塔
（每个营养级所容纳的有机物的总干重）
某湖泊的生物量
某海域的生物量
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。
为什么某海域的生物量会出现金字塔倒置？
四、生态金字塔
一般为正金字塔形
但是也有可能倒置
生态金字塔
能量金字塔
生物量金字塔
数量金字塔
请想一想：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？
能量金字塔能
四、生态金字塔
人口动态预测
农田
海洋
森林
果园
草原
甘蔗和大豆间种
蔬菜大棚中多层育苗
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，增大流入生态系统的总能量。
五、研究能量流动的意义
冬小麦夏玉米套作
充分地利用了空间和资源
秸秆饲料
沼气池
沼渣还田
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。
五、研究能量流动的意义
实现了能量的多级利用，大大提高了能量利用率。
3.研究生态系统的能量流动，还可以帮助人们合理的调整生态系统的能量流动关系，使能量持续高效地流向人类最有益的部分。
稻田除草、除虫
合理确定草场的载畜量
五、研究能量流动的意义
3.帮助人们合理的调整生态系统的能量流动关系，使能量持续高效地流向人类最有益的部分。
五、研究能量流动的意义
1.帮助人们将生物在时间、空间上进行合理配置，增大流入生态系统的总能量。
2.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。
课堂小结
1、什么是生态系统的能量流动？怎样研究？
2、能量在生态系统中是怎样流动的？
3、生态系统中的能量流动有什么规律？
4、怎样表征能量流动的特点？
5、研究能量流动有什么实践意义？
概念和研究思路
能量流动的过程
能量流动的特点
生态金字塔
研究意义
核心素养的要求
从系统观角度分析能量流动的过程，并在建构能量流动规律的过程中深化物质和能量观（生命观念）
利用模型法和定量分析法，分析生态系统中的能量流动过程、特点（科学思维）
通过总结研究能量流动的实践意义，形成学以致用、关注生产、生活的态度（社会责任）
谢谢

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