资源简介

(共39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
生产者
464.6
植食性动物
62.8
肉食性动物
12.6
分解者
14.6
62.8
12.6
96.3
293
18.8
29.3
7.5
5.0
12.5
2.1
微量
太阳能
未固定
呼吸作用
122.6
未利用
327.3
生态系统及其稳定性
第2节 生态系统的能量流动
学习目标
能量流动的概念
能量流动的概念：生态系统中能量的_______、________、______和_______过程。
输入
传递
转化
散失
以 形式散失
①源头：________。
②起点：从_______________________开始
③总值：__________________________。
①途径： 。
②形式： 。
生产者固定的太阳能
生产者固定的全部太阳能
食物链和食物网
有机物中的化学能
热能
光能
有机物中的化学能
光合作用
热能
呼吸作用
分解作用
输入
太阳能
传递
转化
散失
若为人工生态系统，流经生态系统的总能量除生产者固定的太阳能总量，还有人工补充的能量。
想一想:你今年吃了多少食物？涨了多少称？
吃了那么多却没涨几斤，剩下的去了哪儿？
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
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
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，在分析时，可能因为食物网的复杂性而影响结果的准确性。
如果将一个营养级的所有种群作为一个整体，那么左图将概括为何种形式呢？
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。
科学方法
能量流动的过程
[活动1]阅读P55第1、2、自然段，结合以下具体食物链，回答以下思考题， 尝试构建能量流经第一营养级的模型。
99%
散失
1%
固定
1.野草的能量从哪里来？
太阳能
2.照射在野草上的太阳能是通过什么过程被其吸收利用的？
通过光合作用把太阳能转化为化学能，固定在所制造的有机物中
3.野草同化的能量与用于生长发育和繁殖的能量有什么关系？
生产者所固定的全部太阳能
(生产者的同化量）
（输入）
同化的能量=呼吸作用消耗的能量+用于生长、发育和繁殖的能量
4.野草用于生长发育和繁殖的能量有哪些去路？
被分解者利用的能量+流入下一营养级
（输出）
能量流动的过程
5.有限时间内（如1年内），野草的能量全都被利用了吗？
有一部分能量未被利用
（“未利用”指由于调查时间有限，能利用而暂时未被利用的能量）
能量流经第一营养级的示意图
生产者所固定的全部太阳能
呼吸作用以热能的形式散失
用于自身生长发育和繁殖
流入下一营养级（初级消费者）
被分解者利用
未被利用
输入
输出
A
B
a
①
②
③
输入 = 输出
a = A + B
a = A +（①+②）
a = A +（①+②+③）
（定量不定时）
（定量定时）
a
能量流动的过程
[活动2]能量流经第一营养级的示意图，分析P55图3-5能量流经第二营养级的示意图。
1.兔子的摄入量、同化量、粪便量三者的关系是什么？谁才是流入第二营养级的能量？
摄入量 = 同化量 + 粪便量
流入第二营养级的总能量
2.兔子粪便中的能量属于第几营养级同化的能量？
草（第一营养级中被分解者分解后释放的能量）
3.在图中标注出兔子同化的能量的去向？
A
B
①
②
A+B（A+①+②）
能量流动的过程
能量流经第二营养级的示意图
输入
初级消费者摄入的能量
粪便中的能量
初级消费者同化的能量
呼吸作用以热能的形式散失
用于自身生长发育和繁殖
流入下一营养级（初级消费者）
随分解者利用
未被利用
输出
[思考]能量流经最高营养级与流经第一、第二营养级的来源和去向是否完全一致？
流入最高营养级的能量来自于通过摄入上一营养级同化来的能量
流入最高营养级的能量去向为：被分解者利用，若短时间还存在未被利用
小结:能量流动的过程
(2)箭头由粗到细：
(1)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。
某营养级同化量
呼吸作用中以热能形式散失
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
*最高营养级没有这一去向
未被利用
能量流动示意图模型转换
输入第一营养级的能量(W1)即生产者的同化量被分为两部分
呼吸作用中以热能的形式散失
用于自身的生长、发育和繁殖
（A1）
（B1+C1+D1）
B1为未被利用
C1为被分解者利用
D1为流入下一营养级
小结:能量流动的过程
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？
【提示】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？
【提示】不能，能量流动是单向的。
小结:能量流动的过程
能量流动的特点
思考.讨论
---分析赛达伯格湖的能量流动
林德曼 R.L.Lindeman
美国生态学家 1915-1942
他通过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的定量分析，提出了“十分之一定律”。
能量流动的特点
思考.讨论
---分析赛达伯格湖的能量流动
将数据换算为国际单位（Cal和J之间的换算），并将表格内容呈现为通用的能量流动图解模型。（注：图示换算后的数据与原始数据有一定出入，尤其是植食性动物流向分解者部分，可能改成下图时，整理者重新估算了数据）
生产者
464.6
植食性动物
62.8
肉食性动物
12.6
分解者
14.6
62.8
12.6
96.3
293
18.8
29.3
7.5
5.0
12.5
2.1
微量
太阳能
未固定
呼吸作用
122.6
未利用
327.3
讨论：
1.以表格形式，将图中数据进行整理。例如，可以将每一营养级的能量“流入”和“流出”整理为一份清单（注意：此处“流出”特指输入后一个营养级的能量）
图中数字为数值，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，也未被后一营养级和分解者利用的能量。
464.6
62.8
12.6
62.8
12.6
生物所处的营养级越高,获取的能量越___,说明能量流动具有__________的特点。
少
逐级递减
能量流动的特点
思考.讨论
---分析赛达伯格湖的能量流动
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。
【答案】
464.6
62.8
12.6
62.8
12.6
13.52%
20.06%
能量传递效率=
某一营养级的同化量
上一营养级的同化量
能量在相邻两个营养级间的
传递效率是10％～20％
能量流动的特点
思考.讨论
---分析赛达伯格湖的能量流动
能量流动的特点
思考.讨论
---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地流到下一个营养级？
【提示】流入某一营养级的能量主要有以下去向：一部分通过该营养级的呼吸作用散失了一部分以排出物、遗体或残枝败叶的形式被分解者利用；还有一部分末能进入(未被捕食)下一营养级；其他的才是流入下一营养级的能量。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。
4. 通过以上分析，你能总结出什么规律？
【提示】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。
能量流动的特点
单向流动
逐级递减
能量只能沿着食物链由低营养级流向高营养级，再依次流向后面的各个营养级，不可逆转，也不能循环流动
一般来说，在输入到某一个营养级的能量中，只有10%—20%的能量能够流动下一个营养级。即，能量在相邻两个营养级之间的传递效率是10%—20%。
在一个生态系统中，营养级越多，能量流动过程中消耗的能量就越多，因此，生态系统中的能量流动一般不超过5个营养级。
原因:
生物间的捕食关系是一定的
(生物之间的捕食关系是长期自然选择的结果 )
散失的热能不能被生物体再利用
自身呼吸散失
原因:
分解者利用
未利用
小结:能量流动的特点
模拟题说明：
模拟题对粪便的喜爱由来已久，并因此带来一个问题：流入（输入）消费者的能量是摄入量还是同化量？这个问题引申一下就涉及到另一问题：能量传递效率是相邻营养级的摄入量之比还是同化量之比。
图示数据源自林德曼，林德曼在分析时将每个个体整个拿来分析，未区分排遗部分。生态学教科书基本都认为生态效率（林德曼效率或能量传递效率）是相邻营养级的摄入量之比；大部分模拟题认为能量传递效率是相邻营养级的同化量之比。
小结:能量流动的特点
任何生态系统都需要不断得到来自系统外的能量补充，以维持生态系统的正常运行
对一个稳定的生态系统而言，初级生产量（P）=整个生态系统的呼吸量（R）
如果一个生态系统获得的系统外能量补充减少，导致P＜R，该系统将退化甚至崩溃
小结:能量流动的特点
1.能量流动的起点：
2.能量流动的途径：
10.能量传递的效率：
3.能量流动中能量形式的变化：
4.能量在食物链中流动的形式：
9.能量散失的主要途径：
5.能量流动的方向(以箭头表示)：
6.箭头由粗到细：
7.方块面积越来越小：
8.蓝色箭头表示：
生产者(主要是绿色植物)固定的太阳能
食物链和食物网
太阳光能 内有机物化学能 热能
有机物(食物)中的化学能
单向流动
表示流入下一个营养级的能量逐渐递减
营养级别越高，促存在生物体内的就越少
该能量是散失到系统外的，不能再利用的能量
通过呼吸作用以热能形式散失
10％～20％
归纳.总结
小结:能量流动的特点
课堂检测
1.下列表示生态系统中处于第二营养级的生物，其能量流动的过程图解，有关叙述正确的是(　　)
A.图中粪便量属于生产者经光合作用所固定的太阳能
B.呼吸作用以热量形式散失的能量占同化量的比例较小
C.流入下一个营养级的能量占摄入量的10%～20%
D.从图示可知，能量在营养级之间不具有单向流动的特点
A
2.如图为生态系统中能量流动图解部分示意图（字母表示能量的多少），下列选项中正确的是（ ）
A. 图中b＝h＋c＋d＋e＋f＋i
B. 生产者与初级消费者之间的能量传递效率为(b/a )X100%
C.“草→兔→狼”这一关系中，狼粪便的能量属于d
D. d中的能量去向是用于生长、发育、繁殖和被分解者利用
E. 缩短食物链可以提高能量传递效率
F. 一只狼捕食了一只兔子，则这只兔子中有10%-20%的能量流入狼的体内
c
b＝h＋c＝h＋f＋d
c/aX100% 或(b-h)/aX100%
初级消费者
同化量
分解者利用
呼吸作用
用于生长
发育和繁殖
粪便
(未同化)
课堂检测
3.如图是锡林郭勒大草原生态系统能量流动过程图解，据图分析不正确的是(　　)
C.④中的能量只有③中能量的10%～20%
D.该生态系统所需能量最终来自A通过光合作用储存在糖类等有机物中的化学能
A.初级消费者自身生命活动所消耗散失的能量是图中的⑤
B.三级消费者排出的粪便中仍含有部分能量，这一部分能量被分解者所利用的过程应属于图示中的⑩
B
4.下图为生态系统中能量流动图解部分示意图，①②③④⑤各代表一定的能量值。下列各项中不正确的是（ ）
A
a.第三营养级流向第四营养级的能量传递效率为[（③+④）／②]×100%
b.图中④包含了次级消费者粪便中的能量
c.在人工饲养的高密度鱼塘中⑤肯定大于①
d.在食物链中各营养级获得能量的方式及能量的用途完全相同
A．abcd B．abc C．ad D．bc
课堂检测
1.若某生态系统固定的总能量为24 000 kJ，则该生态系统的第三和第四营养级所获得的能量最多是（ ）能量最少是（ ）
A. 540 kJ和81 kJ B. 3600 kJ和960 kJ
C. 240 kJ和24 kJ D. 960 kJ和192 kJ
D
C
【方法技巧】能量流动有关计算
题型1：已知低营养级同化量，求高营养级
①最多获得的能量，按20%来算。
②最少获得的能量，按10%来算。
能量流动的相关计算
能量流动的相关计算
题型2：最高营养级推导生产者（消耗量）
2.大鱼体重增加1kg，最多(至少）需要浮游植物多少千克？
3.右图表示某生态系统食物网的图解，
猫头鹰体重每增加1kg，至少消耗A约（ ）
A．100kg B．44.5kg
C．25kg D．15kg
浮游植物
浮游动物
小鱼
大鱼
1000kg
10%
10%
10%
20%
20%
25kg
1kg
①需最多能量：选最长食物链；按÷10%计算
②需最少能量：选最短食物链；按÷20%计算
C
题型3：在能量分配比例已知时
遵循前2种题型的解题规律后按比例分别计算，最后相加
4.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？
沿食物链A→D→E→F→C逆推：
1/4kg÷20%÷20%÷20%÷20%＝625/4kg
消耗A最少，按最高传递效率20%计算：
75/4kg+625/4 kg=175kg
沿食物链A→B→C逆推：
3/4kg÷20%÷20%＝75/4kg
能量流动的相关计算
练一练 如图食物网中，猫头鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇，则猫头鹰的体重若增加20 g，至少需要消耗植物的重量为(　　)
A．600 g　B．900 g C．1 600 g D．5 600 g
B
已知高营养级求至少需要低营养级的能量时，需按照最大传递效率进行计算，即
20×2/5÷20%÷20%
＋
20×2/5÷20%÷20%
＋
20×1/5÷20%÷20%÷20%
＝900(g)
能量流动的相关计算
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
1、能量金字塔
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，叫做能量金字塔
直观的反映出生态系统各营养级间能量的关系
通常都是上窄下宽的金字塔形（稳定的生态系统中）
能量在流动中总是逐级递减的
（1）概念：
（2）意义：
（3）特点：
原因：
生态金字塔
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
2、生物量金字塔
用表示能量金字塔中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
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
营养级
第四营养级
第三营养级
大多也是上窄下宽的正金字塔形
（1）概念：
（2）意义：
（3）特点：
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
生态金字塔
3、数量金字塔
用表示能量金字塔的方法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
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
可以是上窄下宽的正金字塔形，也可以是上宽下窄的倒置正金字塔形
（1）概念：
（2）意义：
（3）特点：
原因：
营养级
第二营养级
第一营养级
个体数量
昆虫
树
营养级
第二营养级
第一营养级
个体数量
鼠
草
鼬
第三营养级
如果消费者的个体小而生产者的个体大，则会呈现倒置金字塔
类型项目 能量金字塔 数量金字塔 生物量金字塔
形状
特点 正金字塔 一般为正金字塔，有时会出现倒金字塔 一般为正金字塔
象征意义 能量沿食物链流动过程中是逐级递减的 一般地，生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减 生物量沿食物链中随营养级升高而逐级递减
每一级含义 每一营养级生物所含能量的多少 每一营养级生物个体数目的多少 每一营养级生物有机物总量的多少
特殊形状 无 海洋生态系统中，生产者浮游植物个体小、寿命短，又会不断被浮游动物吃掉，因而某一时间浮游植物的生物量可能要低于其捕食者浮游动物。
多
高
少
低
能
量
营
养
级
多
高
少
低
数
目
营
养
级
多
高
少
低
生
物
量
营
养
级
鸟
树
昆虫
小结:生态金字塔
研究能量流动的实践意义
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，增大流入某个生态系统的总能量。
例如，间作套种、多层育苗、稻——萍——蛙等立体农业生产方式。
间作套种
多层育苗
稻—萍—蛙
研究能量流动的实践意义
2.研究生态系统的能量流动，可以帮助人们科学地规划和设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用；
例如，秸秆喂牲畜；粪便制作沼气；沼渣肥田，实现了对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率
秸秆饲料
沼气池
沼渣
（≠能量的传递效率）
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。
例如，合理确定草场的载畜量，稻田除草、除虫等。
总结
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。 ( )
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×
√
C
√
B
课本课后习题
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。
【答案】
(2)哪个生态系统的能量能够更多地被人类所利用？为什么？
【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、充分利用，提高了能量的利用率。
课本课后习题
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？
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？
【答案】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。
课本课后习题

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