资源简介

(共52张PPT)
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？
选择性必修2/第三章/生态系统及其稳定性/
第2节
生态系统的能量流动
本节聚焦
假设你像小说中的鲁滨逊那样，流落在一个荒岛上，那里除了又能饮用的水，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。
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？
1、先吃鸡、再吃玉米。
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。
流落荒岛
玉米
鸡
人
玉米
鸡
人
应该先吃鸡，再吃玉米（即选择1）。若选择2，则增加了食物链的长度，能量逐渐递减，最后人获得的能量较少。
一、能量流动的过程
一切生命活动都伴随着能量的变化。没有能量的输入，也就没有生命和生态系统。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。
研究能量流动的基本思路
能量流经一个种群的情况可以图示如下：
能量输入
储存在体内的能量
呼吸作用散失的能量
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
研究能量流动的基本思路
能量流经一个种群的情况可以图示如下：
能量储存
种群
能量散失
能量输入
如果将一个营养级中的所有种群作为一个整体，则可概括成如图形式：
能量储存
某营养级
能量散失
能量输入
如果将这个种群作为一个整体来研究，则可概括成如图形式：
一、能量流动的过程
地球上几乎所有的生态系统所需要的能量都来自 。
太阳每天输送到地球的能量大约为1×1019KJ。这些能量绝大部分都被地球表面的大气层所吸收、散射和反射掉了，大约只有1%以__ 的形式被生态系统的_________通过 转化成化学能，固定在它们所制造的_________中。
太阳
可见光
生产者
光合作用
有机物
1.第一营养级能量的能量流动
生产者通过光合作用将光能转化成化学能，固定在它们所制造的有机物中。这样太阳能就输入到了生态系统的第一营养级。一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了；另一部分用于生产者的生长、发育和繁殖等生命活动，储存在植物体的有机物中。储存的能量一部分随残枝败叶等被分解者分解而释放出来；另一部分则被初级消费者摄入体内，能量流入第二营养级。
请同学们自主阅读教材P54-55，小组合作思考讨论完成问题。
1.输入生态系统的的能量来源是什么？
2.输入第一营养级的能量有几个去路？分别是什么？
3.植物用于自身生长、发育、繁殖的能量有几个去路？分别是什么？
4.初级消费者摄入的能量全部转化为自身的能量了吗？摄入的能量去路有几个？分别是什么？
5.某一营养级的“粪便”中能量应属于谁的同化量？
6.结合营养级能量的去路，构建出能量流经生态系统的过程模型。
一、能量流动的过程
一、能量流动的过程
1.第一营养级能量的能量流动
照射到植物体的太阳能
散失
生产者的同化
散失（热能）
呼吸作用
用于生长、发育和繁殖(储存)
残枝
败叶
分解者
利用
初级消费者摄入
分解作用
散失
(热能)
一、能量流动的过程
1.第一营养级能量的能量流动
呼吸作用
散失（热能）
散失
呼吸作用
散失
（热能）
分解者利用
残枝败叶
照射到植物体的
太阳能
用于生长发育繁殖
初级消费者
(摄入)
生产者
固定的太阳能同化
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。
光合作用
99%
同化作用：
一、能量流动的过程
2.第二营养级能量的能量流动
初级消费者摄入
散失
(热能)
呼吸
作用
用于生长、发育和繁殖
(储存)
遗体
残骸
分解者
散失
(热能)
呼吸作用
次级消费者摄入
初级消费者同化
粪便
思考回答：
1.初级消费者粪便中的能量包括在初级消费者同化的能量中吗？
不包括（是生产者的同化量）
2.流入初级消费者的能量是哪一部分？
是初级消费者的同化量
3.流入初级消费者的能量有哪些去向？
②被分解者利用
呼吸作用散失
用于生长、发育和繁殖
①流入下一个营养级
③未利用（活体、石油煤炭）
一、能量流动的过程
2.第二营养级能量的能量流动
归纳小结：
光合作用
呼吸作用
净光合作用
=
＋
同化量
=
摄入量
粪便量(未同化量)
－
同化量
=
呼吸作用
＋
用于生长发育繁殖(储存)
被分解者利用
流入下一个营养级
未利用
同化量
=
呼吸作用
＋
＋
被分解者利用
流入下一个营养级
同化量
=
呼吸作用
＋
＋
＋
一、能量流动的过程
3.各营养级同化量的分配
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
箭头由粗到细：
方框从大到小：
随营养级的升高，储存在生物体内的能量越来越少。
表示流入下一营养级的能量逐级递减。
注意：
呼吸作用
呼吸作用
呼吸作用
一、能量流动的过程
3.生态系统的能量流动过程
归纳小结：
能量流动：
能量流动的起点：
生态系统的总能量：
能量流动形式：
能量流动的渠道：
能量散失：
能量转化：
生产者固定的太阳能
生产者固定在有机物中的能量
食物链和食物网
生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。
储存于有机物中的化学能
热能
太阳光能
有机物中化学能
光合作用
呼吸作用
生物自身的呼吸作用最终以热能形式散失。
生态系统中的能量流动
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。
2.流经某生态系统的能量能否再回到这个生态系统中来？为什么？
不能，能量流动是单向的。
二、能量流动的特点
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。
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。
分析赛达伯格湖的能量流动
分析赛达伯格湖的能量流动
讨论
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）。
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
生产者 464.6 62.8
植食性动物 62.8 12.6
肉食性动物 12.6 ——
分解者 146 ——
分析赛达伯格湖的能量流动
讨论
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。
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 464.6 62.8
植食性动物 62.8 12.6
肉食性动物 12.6 ——
分解者 146 ——
13.52%
20.06%
逐级递减
能量传递效率
分析赛达伯格湖的能量流动
讨论
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；
②一部分以排出物、遗体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。
生态系统中的能量流动是单向的；能量在流动过程中逐级递减。
分析赛达伯格湖的能量流动
讨论
4.通过以上分析，你能总结出什么规律？
二、能量流动的特点
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。
1.单向流动
①不可逆转：
生态系统各营养级间取食和被食的关系是不可逆的。只能沿食物链由低营养级流向高营养级。
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：
②不可循环：
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%。
①一部分通过该营养级的呼吸作用散失。
③一部分能量未被下一营养级利用。
②一部分作为排遗物、遗体或残枝败叶被分解者分解。
原因：
二、能量流动的特点
2.逐级递减
二、能量流动的特点
2.逐级递减
=
该营养级的同化量
上一营养级的同化量
×100%
能量传递效率
能量在相邻两个营养级间的传递效率为：10%～20%
针对的是相邻两个营养级之间的同化量之比，且能量传递效率不能提高。
能量传递效率：
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。
二、能量流动的特点
2.逐级递减
能量在流动过程中逐级递减，与能量守恒定律矛盾吗？为什么？
不矛盾。能量在流动过程中逐级递减，指的是流入各个营养级的能量。能量守恒定律可以用于衡量流入某个生态系统的总能量，总能量=储存在生态系统(生物体的有机物)中的能量+被各个营养级的生物利用、散发至非生物环境中的能量。因此，虽然能量在流动过程中逐级递减，但总能量依然遵循能量守恒定律。
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。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。
三、生态金字塔
1.什么是能量金字塔？有何特点及意义？
2.什么是生物量金字塔？有何特点及意义？
3.在什么情况下，生物量金字塔可能是上宽下窄倒置的金字塔形？
4.什么是数量金字塔？有何特点及意义？
5.在什么情况下，数量金字塔可能是上宽下窄倒置的金字塔形呢？
6.列表从含义、形状、特点、意义等方面比较三种金字塔的异同。
7.研究能量流动有何实践意义？请举例说明。
请同学们自主阅读教材P57-58，小组合作思考讨论完成问题。
三、生态金字塔
生态金字塔概念：
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。
生态金字塔类型：
生态金字塔
能量金字塔
生物量金字塔
数量金字塔
三、生态金字塔
1.能量金字塔
(1)定义：
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，叫做能量金字塔。
第一营养级
第二营养级
第三营养级
第四营养级
某湖泊生态系统的能量金字塔示意图
(2)特点：
能量金字塔能直观地反映出各营养级间能量的关系。由于能量在流动过程中总是逐级递减的 ，因此，能量金字塔通常都是上窄下宽的金字塔（正金字塔）。
三、生态金字塔
1.能量金字塔
思考：食物链上一般不超过五个营养级，想一想，这是为什么？
能量沿着食物链的流动时逐级递减的，那么营养级越高，所获取的能量越少，当营养级到五或六级时，传递到该养级的能量就不足以维持一个种群的生存了。
人类位于食物的顶端，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？
人口数量日益增长，会要求低营养级有更多的能量流入人类所处的营养级，也就是说，人类所需要的食物会更多，将不得不种植或养殖更多的农畜产品，会给地球上现有的自然生态系统带来更大的压力。
三、生态金字塔
2.生物量金字塔
每个营养级所容纳的有机物的总干量。
(2)什么是生物量金字塔：
(1)什么是生物量：
将单位时间内各个营养级生物量数值转化为相应面积（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，叫做生物量金字塔。
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
某生物量金字塔示意图
(3)特点：
一般为正金字塔形。
但是也有可能倒置。
三、生态金字塔
2.生物量金字塔
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。
生物量金字塔在什么情况下，可能时上宽下窄倒置的金字塔形？
浮游和底栖动物：21 g·m-2
浮游植物：4 g·m-2
在海洋生态系统中，由于生产者(浮游植物)的个体小，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。总的看来，一年中浮游植物的总的生物量还是比浮游动物的要多。
三、生态金字塔
2.生物量金字塔
(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。
3.数量金字塔
(1)定义：
将单位时间内各个营养级生物个体的数目转化为相应面积（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，叫做数量金字塔。
(3)特点：
一般是上窄下宽的正金字塔形，也可以是上宽下窄的倒金字塔形。
三、生态金字塔
3.数量金字塔
第一营养级
第二营养级
第三营养级
营养级
草
鼠
鼬
个体数量
第一营养级
第二营养级
营养级
树
昆虫
个体数量
如：在草原生态系统中，吃草的鼠比草数目少，吃鼠的鼬又比鼠的数目少。
再如：如果消费者个体小而生产者个体大，如昆虫和树，则为倒置的金字塔。
三、生态金字塔
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，不出现倒置现象呢？
能量金字塔能更客观、准确的表示能量在各营养级间的传递规律。
第一营养级
第二营养级
第三营养级
第四营养级
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
四、研究能量流动的实践意义
1.可以帮助人们将生物在时间、空间上进行合理配置，增大流入某个生态系统的总能量。
稻—萍—蛙立体农业
间作套种
充分利用空间和资源，获得更大的收益
冬小麦夏玉米套作
四、研究能量流动的实践意义
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。
沼气池
秸秆
粪便
沼气发酵
沼气
沼渣
肉、蛋、奶
牲畜
饲料
实现了对能量的多级利用，从而大大提高了能量的利用率
焚烧
还田
肥料
使废弃物中的能量得到利用
四、研究能量流动的实践意义
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。
草场
载畜量
过少
过多
不能充分利用牧草所能提供的能量；
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
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
拓展：能量传递效率的计算
1.相邻营养级的能量传递效率：10%～20%，计算方法如下：
该营养级同化量
上一营养级同化量
×100%
能量传递效率＝
2.食物链中高低营养级之间能量最值计算：
设食物链“甲→乙→丙”。
(1)假如现有甲100kg，则最多可使丙增重____kg；最少可使丙增重____kg。
4
能量传递效率按20%来算
(2)假如要使丙增加2kg，则最多要消耗甲______kg；最少要消耗甲_____kg。
1
能量传递效率按10%来算
200
50
能量传递效率按10%来算
能量传递效率按20%来算
拓展：能量传递效率的计算
2.食物链中高低营养级之间能量最值计算：
A
B
C
D
E
F
设某生态系统食物链如图所示：
(1)如果A有10000kg，C最多增加______kg，最少增加_____kg。
400
1
选最短食物链；按20%计算。
选最长食物链；按10%计算。
(2)若C的体重增加1kg，最少需消耗A ____ kg，最多消耗A ________ kg。
25
10000
选最短食物链；按20%计算。
选最长食物链；按10%计算。
拓展：能量传递效率的计算
3.在食物网中，各途径所获得的生物量比例确定的计算
(1)如图食物网中，假如猫头鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇。那么，猫头鹰若要增加20g体重，最少需要消耗的植物为_______g。
900
植物
兔子
猫头鹰
鼠
蛇
(2)在如图所示的食物网，如将A流向B和C的比例由B∶C＝1:1调整为1:2，能量传递效率按10%计算，C获得的能量是原来的_______倍。
A
C
B
1.27
(3)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_______倍。
1.375
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1.6×104kJ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。
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？
葡萄糖为：
(12+18)/12 × 2675 = 6687.5 kg
储存的能量为：
6687.5 × 1.6 × 104 = 1.07 × 108 kJ
CH2O ~ C
自身生长发育繁殖
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1.6×104kJ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。
请根据以上数据计算：这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？
呼吸作用消耗的能量为：
2045 × 1.6 × 104 = 3.272 × 107 kJ
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1.6×104kJ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。
请根据以上数据计算：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？
固定的太阳能总量是：
1.7 × 108 + 3.272 × 107 = 1.3972 × 108 kJ
所占比例为：
3.272 × 107
1.3972 × 108
= 23.4%
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1.6×104kJ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。
请根据以上数据计算：这块玉米田的太阳能利用效率是多少？
利用效率为：
8.5 × 109
1.3972 × 108
= 1.64%
分析和处理数据
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：
玉米种群
太阳能
散失
8.5 × 109 kJ
利用：
1.3972 × 108 kJ
呼吸作用
3.272 × 107 kJ
储存
1.07 × 108 kJ
1.64%
比例：
76.6%
23.4%
利用：
比例：
利用：
比例：
练习与应用
一、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。 ( )
×
√
√
练习与应用
一、概念检测
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
B
练习与应用
一、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. aD. c=a+b
练习与应用
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。
(1)分析这两幅图，完成这两个生态系统的能量流动图解。
×
×
太阳能
人
农作物
家禽、家畜
练习与应用
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。
(1)分析这两幅图，完成这两个生态系统的能量流动图解。
农作物
家禽、家畜
人
燃烧
沼气池
(含微生物)
食用菌
粪肥
饲料
粪肥
粪肥
菌渣等
秸秆
沼渣沼液做肥料
沼渣
太阳能
农作物
家禽家畜
沼气池
食用菌
人
练习与应用
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、充分利用，提高了能量的利用率。
练习与应用
二、拓展应用
2.将一块方糖放入水中，方糖很快就会溶解，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。
练习与应用
二、拓展应用
2.生活在水中的硅藻，它们能利用溶解在水中的硅化物制造口己绚丽精致的外壳，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？
通过以上事例，你对能量在生态系统中的作用是否有了进一步的认识？
硅藻能利用获取的营养通过细胞呼吸释放能量,依靠能量完成物质由无序向有序的转化,维持其生命活动。
能量的输人对于生态系统有序性的维持来说是不可缺少的。

展开更多......

收起↑