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(共46张PPT)
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。
B .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
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？
A .先吃鸡，再吃玉米。
生态系统的能量流动
第3章 生态系统及其稳定性
课标要求
1.通过对能量流经第一、第二营养级的分析，简述如何研究生态系统的能量流动过程。
2.生命观念：通过能量流动规律的学习，认同能量守恒规律等概念。
生态系统中能量的 、 、 、 的过程，称为生态系统的能量流动。
1.能量流动的概念：
输入
传递
转化
散失
一、生态系统的能量流动
主要通过光合作用（其次还有化能合成作用）
输入：
①形式:
太阳能（主要）
②途径：
生态系统中能量的 、 、 、 的过程，称为生态系统的能量流动。
1.能量流动的概念：
输入
传递
转化
散失
一、生态系统的能量流动
食物链和食物网
传递：
①形式:
有机物中的化学能
②途径：
生态系统中能量的 、 、 、 的过程，称为生态系统的能量流动。
1.能量流动的概念：
输入
传递
转化
散失
一、生态系统的能量流动
呼吸作用
散失：
①形式:
热能
②途径：
生态系统中能量的 、 、 、 的过程，称为生态系统的能量流动。
1.能量流动的概念：
输入
传递
转化
散失
一、生态系统的能量流动
转化：
热能
有机物中的化学能
太阳能
光合作用
呼吸作用
2.研究能量流动的基本思路
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。
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
能量输入
种群
能量储存
能量散失
营养级
一、生态系统的能量流动
玉米
鸡
人
生产者
第一营养级
初级消费者
第二营养级
次级消费者
第三营养级
生产者所固定的全部太阳能
太阳能
模型构建
思考1：生产者（玉米）能量的来源？能量被固定的方式？
思考2：太阳输送到地球的能量是否都被生产者固定？
同化作用简单讲就是把非己变成自己，
对生产者而言同化量就是光合作用能固定的太阳能
二、能量流经第一营养级的过程
用于生长
发育和繁殖
初级消费者
（植食性动物）
分解者利用
残枝 败叶
分解作用
散失
呼吸作用
(热能)散失
太阳能
模型构建
思考3： 固定的（同化）能量都能以有机物的形式储存在在生产者（玉米）中？
二、能量流经第一营养级的过程
生产者所固定的全部太阳能
(同化量）
初级消费者
摄入（a）
初级消费者
同化（b）
粪便（c）
分解者利用f
用于生长
发育和繁殖（e）
次级消费者
同化（i）
遗体
残骸
呼吸作用
散失
呼吸作用
散失
…
二、能量流经第二营养级的过程
同化作用——把非己变成自己
对消费者而言同化量就是能够被消化吸收的能量
初级消费者摄入量=
初级消费者同化量（b）+ 粪便量
属于上一营养级的同化量
流向分解者
初级消费者
摄入（a）
初级消费者
同化（b）
粪便（c）
分解者利用f
用于生长
发育和繁殖（e）
次级消费者
同化（i）
遗体
残骸
呼吸作用
散失
呼吸作用
散失
…
二、能量流经第二营养级的过程
思考4： 流入初级消费者的能量（初级消费者的同化量）有哪几个去向？
两个去向：
三个去向：
用于生长发育和繁殖
呼吸作用
流入下一个营养级
呼吸作用
被分解者利用
思考4： 最高营养级能量去向与第二营养级相同吗？
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
思考1：每个箭头及箭头的方向大小、菱形方块的大小代表什么含义？
思考2：初级消费者粪便中的能量属于以上哪个颜色箭头的部分？
太阳能
未
固
定
生产者
464.6
62.8
12.6
呼吸作用
122.6
7.5
分解者
14.6
12.5
未利用
327.3
29.3
5.0
植食性动物62.8
肉食性动物12.6
96.3
18.8
293
分析塞达伯格湖的能量流动
微量
2.为什么会多出一条去路，如何理解“未利用”？
1.植食性动物的能量去路各有几条？
数字—能量（单位J(cm2·a)）
“未固定”—未被固定的太阳能
为研究方便起见，这里将肉食性动物作为一个整体看待。
在由草、兔、狐组成的一条食物链中，兔经同化作用所获得的能量，其去向不应该包括(　　)。
A.通过兔子呼吸作用释放的能量
B.通过兔子的粪便流入分解者体内
C.通过狐的粪便流入分解者体内
D.流入狐体内
B
思考：流经该生态系统的总能量 。
生产者固定的总能量= 或 。 用于生产者生长发育繁殖的能量 。 第二营养级的同化量 或 。 第三营养级的同化量 。
W1
W1
A1+B1+C1+D1
B1+C1+D1
D1
A2+B2+C2+D2
D2
(1)流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能(　　)
(2)散失的热能不可以被生产者固定再次进入生态系统(　　)
(3)当狼吃掉一只兔子时，就获得了兔子的全部能量(　　)
(4)蜣螂以牛粪为食，因此被牛同化的能量可流入蜣螂(　　)
×
√
×
×
【典例精析】1．根据生态学的原理，要使能量流经食物链的总消耗最少，人们应采取哪一种食物结构( ）A．以家禽的蛋类为主 B．以淡水养殖的鱼、虾为主
C．以谷物和植物蛋白为主 D．以鸡、猪等家禽、家畜的肉类为主2、.假设某初级消费者摄入的能量为a，其粪便中的能量为b，通过呼吸消耗的能量为c，用于生长、发育和繁殖的能量为d，则流入次级消费者的能量最多为（ ）A. （a+b）×20% B. （c+d）×20% C. （a-c）×20% D. （b-d）×20%
C
B
【当堂检测】1、如图表示在某生态系统中，能量流经第二营养级的示意图。下列对该图分析不合理的　　
A．能量流动是沿着食物链和食物网进行的B．图中甲为初级消费者同化的能量
C．该图不够完善，缺少甲中因呼吸作用以热能形式散失的能量D．乙比甲的能量少的原因主要是甲的遗体残骸中的能量被分解者利用而未传递下去
D
呼吸作用散失
2.某同学绘制了如图所示的能量流动图解（其中W1为生产者固定的太阳能），下列叙述中不正确的是（ ）
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[D1/A1+B1+C1+D1]×100%
C.流入初级消费者的能量为A2+B2+C2
D.图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减
C
总能量为：A1+B1+C1+D1
而 D1=A2+B2+C2+D2
A2+B2+C2+D2=D1
为了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转移效率，美国生态学家林德曼（R.L.Lindeman，1915-1942）对一个结构相对简单的天然湖泊——赛达伯格湖的能量流动进行了定量分析。
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内，是一个高原湖泊，面积约5×105 m2。林德曼用定量的方
式研究了群落中各营养级之间的能量关系，
提出了“林德曼定律”，标志着生态学开
始从定性走向定量。
林德曼
三、能量流动的特点
分析塞达伯格湖的能量流动
数字—能量（单位J(cm2·a)）
“未固定”—未被固定的太阳能
为研究方便起见，这里将肉食性动物作为一个整体看待。
太阳能
未
固
定
生产者
464.6
62.8
12.6
呼吸作用
122.6
7.5
分解者
14.6
12.5
未利用
327.3
29.3
5.0
植食性动物62.8
肉食性动物12.6
96.3
18.8
293
分析塞达伯格湖的能量流动
微量
数字—能量（单位J(cm2·a)）
“未固定”—未被固定的太阳能
为研究方便起见，这里将肉食性动物作为一个整体看待。
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
逐级递减
= + + +
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%
= + + +
将图中的数据用表格的形式进行整理。
能量流动的特点
1.单向流动
2.逐级递减
能量传递效率：一般10-20%
营养级数量：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。
三、能量流动的特点
思考：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？
肉食性动物
12.6
植食性动物
62.8
生产者
464.6
赛达伯格湖的能量流动数据分析
第一营养级
第二营养级
第三营养级
第四营养级
将赛达伯格湖的能量流动数据，用相应面积的图形表示，并按营养级由低到高排列。
能量分析 生产者 植食性动物 肉食性动物
输入能量 464.6 62.8 12.6
1.概念：
如果将生态系统各营养级间的关系，由低到高绘制成图，通常呈现一个金字塔图形，称为生态金字塔。
2.类型：
生态金字塔
能量金字塔
数量金字塔
生物量金字塔
四、生态金字塔
第一营养级
第二营养级
第三营养级
第四营养级
通常都是上窄下宽的金字塔形
能量在流动中总是逐级递减的
概念：
意义：
特点：
原因：
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次序排列，可形成一个金字塔图形，叫作能量金字塔。
直观的反映出生态系统各营养级间能量的关系
能量金字塔
四、生态金字塔
夏季两个生态系统的生物量统计表，单位为g m-2
某湖泊
某海域
资料：生态学家调查了不同生态系统中的生物量，所得数据如下面表格所示。
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 －
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
生物量（g m-2）
4
11
96
生物量（g m-2）
—
21
4
某海域
2. 分析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。
浮游动物与底栖动物21g m-2
浮游植物4g m-2
夏季两个生态系统的生物量统计表，单位为g m-2
生态学家调查了不同生态系统中的生物量，所得数据如下面表格所示。
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 －
每个营养级面积（体积）代表生物量值（所容纳有机物的总干重）
特点：一般为正金字塔形，有可能倒置。
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
四、生态金字塔
生物量金字塔
原因：一般来说植物的总干重通常大于植食性动物的总干重，而植食性动物的总干重也大于肉食性动物的总干重。
某草地
温带森林
名称 某草地 温带森林
P 15 000 000 2 000
C1 2 000 000 1 500 000
C2 900 000 1 200 000
C3 10 20
昆虫
树
倒置情况
每一营养级面积（体积）代表个体数
特点：一般为正金字塔形，有时会出现倒金字塔形。
第一营养级
第二营养级
第三营养级
营养级
四、生态金字塔
数量金字塔
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，食物链中每一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，每一营养级生物的有机物的总干重
一般为正金字塔,有时会出现倒金字塔形
一般生物量(现存生物有机物的总干重)随食物链中营养级的升高而减少
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
一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而减少
生态金字塔的比较
人类位于食物链的顶端，从能量金字塔来看，人口数量日益增长，这会对地球上现有的生态系统造成什么影响？
五、研究能量流动的实践意义
为了满足日益增长的人类的生活需求，要求低营养级要有更多的能量输入。
资料　“稻—鸭—萍”共作是一种新兴的生态农业模式，
是在稻鸭共作的基础上，放养营养含量高且不占用水稻
生长空间的红萍而形成的。其具有以下优点：
(1)可以固氮富钾，红萍既可以从空气中固定氮，又能从水中
富集钾，可提供水稻正常生长所需的70%的氮素和70%的钾素，并为鸭子提供饲料。
(2)鸭子可以食用杂草，可大大减少多种水田杂草的发生和危害。
(3)可以除虫，鸭子可以食用田间害虫，减少了害虫对水稻的危害，同时鸭子排出的粪便可以起到增肥的作用。总之， “稻—鸭—萍”立体农业利用生物间的相互关系，充分利用空间，将不同生物种群组合在一起，实现了多物种共存、多层次配置，提高了水田的物质能量利用率，具有明显的经济效益、生态效益和社会效益。
稻-萍-鸭立体农业
思考1：从能量流动的角度分析，“稻—鸭—萍”共作模式与稻鸭共作模式相比，引入红萍有什么意义？
在空间上进行合理配置，增大流入生态系统的总能量。
思考2：从能量流动的角度分析，稻田除草、除虫的意义是什么？
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-萍-鸭立体农业
五、研究能量流动的实践意义
图一 传统农业对秸秆的利用
图二 现代农业对秸秆的利用
思考：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。
下图是传统农业对水稻秸秆的利用示意图，图二为现代农业对秸秆的利用示意图，据图回答问题。
五、研究能量流动的实践意义
能量利用率：一般指流入最高营养级（或人类）的能量占生产者固定总能量的比值。
一般，食物链越短，能量利用率越高。
1.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。
2.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。
3.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对人类最有益的部分。
五、研究能量流动的实践意义
(1)由于能量在流动的过程中逐级递减，所以营养级越高，该营养级的总能量及生物的数量就会越少(　　)
(2)生物量金字塔、数量金字塔同能量金字塔一样都是正置的(　　)
×
×
(1)拔去田地中的杂草是人为地调整能量流动的方向，提高生态系统的能量传递效率(　　)
(2)利用农作物秸秆培育蘑菇，实现了生态系统中能量的循环利用
(3)研究能量流动，可调整能量流动关系，使生产者固定的能量全部流向人类(　　)
×
×
×
【典例精析】
1.某同学根据赛达伯格湖的能量流动图解，绘制了如图所示的能
量金字塔。下列说法正确的是( ) A．图中Ⅰ→ Ⅱ→Ⅲ构成一条食物链 B．图中未体现出的生态系统的组成成分是非生物的物质和能量
C．由图可知能量流动是逐级递减的 D．该金字塔也可以用来表示生物量金字塔或数量金字塔，不存在特殊情况
C
2．南方一些地区大力发展了“稻→萍→鱼 ”立体农业。对该系统描述不正确的是( ) A“稻→萍→鱼 ”体现了系统内群落的垂直结构，可充分利用空间和资源 B 可以增加稻秆、浮萍→牲畜→牲畜粪便发酵供能→沼渣还田环节，实现能 量多级利用
C“稻→萍→鱼 ”立体农业的生产方式增大了流入该生态系统的总能量
D 是按照自然规律设计的生态农业，大幅度提高了生态系统的能量传递效率
D
【当堂检测】1、下列关于生态系统能量流动过程的说法，正确的是( )A．流经生态系统的总能量均为生产者固定的太阳能总量B．生态系统中能量的输入和传递一定与生物的消化与吸收有关C．蜣螂以大象的粪便为食，即获得了大象的同化量中的一部分能量
D．生态系统的能量逐级递减与生物的呼吸作用散失热量有关
D
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
√
3.(多选)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是生产者
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
√
√

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