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(共41张PPT)
3.2生态系统的能量流动
能量
输入
一株豌豆
能量
输出
光合作用将光能转化为有机物中的化学能
呼吸作用，以热能散失
被动物吃掉（同化）
被分解者分解，以热能形式散失
请同学们设想一株豌豆的能量流动过程。
能量
输入
第一营养级
（生产者）
能量
输出
光合作用将光能转化为有机物中的化学能
呼吸作用，以热能散失
被初级消费者同化
被分解者分解，以热能形式散失
一般情况可以简化为下图
研究生态系统中能量流动一般在群体水平上
一、能量流动的过程
任务一：参照课本P55以草→兔→鹰为例说出能量流经生物个体的过程
生产者
初级消费者
次级消费者
第一营养级
第二营养级
第三营养级
光能全部被草吸收了吗？
草固定的能量去哪儿了？
一、能量流动的过程
1%
可见光
生产者通过
作用固定
光合
通过呼吸作用以
形式散失
热能
用于生长、发育和繁殖
流向 营养级
下一
被 利用
分解者
未被利用（暂时）
粪便
兔吃草后能将摄入的草全部同化吗？
同化
流入
呼吸作用
分解者
摄入
生长发育和
繁殖储存起来
同化量
=
摄入量
粪便量
－
一、能量流动的过程
兔同化了草的能量后，这些能量有哪些去向？
一、能量流动的过程
初级消费者
摄入量
初级消费者
同化量
用于生长
发育繁殖
次级
消费者
摄入
呼吸作用
散失
分解者利用
遗体 残骸
呼吸
作用
散失
粪便
属于上一营养级的同化量
鹰同化了兔的能量后，这些能量有哪些去向？
呼吸散失
生长
发育
繁殖
遗体
残骸
分解者
鹰同化的能量
呼吸作用
分解者
生长发育和
繁殖储存起来
一、能量流动的过程
生态系统能量流动在营养级层次研究
能量流经生物个体的过程
分 解 者
呼 吸 作 用
生态系统能量流动在营养级层次研究
生产者
初级消费者
(绿色植物)
次级消费者
(植食性动物)
(肉食性动物)
一、能量流动的过程
公式小结
用于生长、发育、繁殖
摄入量 =
粪便量 + 同化量
同化量 =
用于生长、发育、繁殖 + 呼吸作用散失
=
流向下一营养级的能量 + 流向分解者的能量
一、能量流动过程
呼吸作用
呼吸作用
呼吸
作用
呼吸作用
分解者
呼吸作用
残枝败叶 +
初级消费者的粪便量
遗体残骸+
次级消费者的粪便量
遗体残骸+
三级消费者的粪便量
遗体残骸+
四级消费者的粪便量
能量流动方向：
上一营养级流向下一营养级
菱形面积越来越小，表示：
_____________________________________________
储存在某营养级生物体内的能量越来越少。
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。
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
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
化学能
热能
呼吸作用
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（R.L.Lindeman，1915-1942）对一个结构相对简单的天然湖泊——赛达伯格（Cedar Bog）湖的能量流动进行了定量分析。
赛达伯格湖能量沿营养级流动的定量分析[单位：J/m2·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。为研究方便起见，这里将肉食性动物作为一个整体看待。
能量传递效率 =
下一营养级同化量
上一营养级同化量
×100%
营养级 流入能量 流出能量 （输入下一营养级） 出入比
（传递效率）
生产者
植食性动物
肉食性动物
464.6
62.8
13.52%
62.8
12.6
20.06%
12.6
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？
各营养级的能量都有一部分通过呼吸作用散失；
一部分未被下一营养级利用；
一部分被分解者分解。
从方向上看，能量流动是否会逆转，能不能循环流动？为什么？
（1）生态系统各营养级间取食和被食的关系是不可逆的。
（2）各营养级通过呼吸作用散失的热能不能再被生物利用。
不会逆转，不能循环流动。因为：
思考 讨论讨论
二、能量流动的特点
1. 生态系统中的能量是单向流动的。
2. 能量在流动过程中逐级递减。
能量传递效率：两个相邻营养级之间一般10~20%
能量流动的特点
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。
与物理学的联系
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
即时演练
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
说明：在实际做题当中，按照题目要求的思路答题即可。
不矛盾，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。
1. 能量在生态系统的流动过程中逐级递减，这与能量守恒定律矛盾吗？
思考·讨论
你认为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。
假设你流落在一个荒岛上，那里除了有能饮用的水，几乎没有任何食物。
身边尚存的食物：1只母鸡、15kg玉米。
问题探讨
生态系统的能量流动
过程
热能形式
太阳能-化学能-热能
生产者固定的能量
食物链、食物网
特点：单向流动、逐级递减
传递效率：约为10%~20%
输入
传递
途径
转化
散失
本课小结
1.完成以下填空：
(1)补充图中标号代表的内容
甲：_________；乙：_____________；丙：_____________；
丁：__________；戊：____________。
生产者
初级消费者
次级消费者
呼吸作用
分解者
(2)生态系统所需能量的最终来源是________。
(3)能量输入生物群落的途径主要是_______________________。
太阳能
生产者的光合作用
知识回顾
1.能量在生态系统中是怎样流动的呢？
生产者
光合
作用
初级消费者
次级消费者
光能
有机物化学能
呼吸作用
（残骸、粪便、尸体）
分解者
热能
转化
散失
输入
传递
热能
生产者
464.6
植食性动物
62.8
肉食性动物
12.6
除了用数据表示各个营养级得到的能量，同学们还有什么方法来表示生态系统中能量流动逐级递减的特征呢？
生产者
464.6
植食性动物
62.8
肉食性动物
12.6
问题探讨
三、生态金字塔——能量金字塔
如果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。
有什么特点呢？
英国生态学家埃尔顿提出“能量金字塔”
能量金字塔直观地反映出生态系统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，因此能量金字塔通常都是上窄下宽的金字塔形。
思考讨论
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？
生产者
初级消费者
次级消费者
人
10000 J
1000 J
100J
10J
三、生态金字塔——能量金字塔
三、生态金字塔——数量金字塔
资料：0.1公顷草原上各个营养级的生物数量，草150万株，植食性动物20万头，（包括鼠、兔、羊和各种植食性昆虫等）肉食性动物1为9万头（包括鼬、狐、狼和各种捕食性昆虫）肉食性动物2为10头。
数量金字塔:
表示各营养级的生物个体的数目比值关系。
营养级
第二营养级
第一营养级
个体数量
昆虫
树
特殊情况：
三、生态金字塔——生物量金字塔
生物量金字塔：
表示每个营养级所容纳的有机物的总干重。
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
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。
什么情况下生物量金字塔会倒置？
能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔统称为生态金字塔。
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？
生态系统能量金字塔示意图
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。
三、生态金字塔
四、能量流动的实践意义
甘蔗和大豆间种
冬小麦夏玉米套作
水稻青蛙立体农业
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。
间作套种、立体农业、多层育苗
四、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。
太阳能
水稻
秸秆
焚烧
牛
一级利用
饲料
人
二级 利用
粪
沼气池
食用菌
菌渣
猪、羊
粪
三级利用
二级 利用
三级利用
四、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。
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。
若有草100kg，最少让鱼增重___kg。
若有草100kg，最多让鱼增重___kg。
若鱼增加1kg，最多消耗_____kg草。
若鱼增加1kg，最少消耗_____kg草。
五
课后习题
积累拓展--能量传递效率的计算
能量传递效率 =
下一营养级同化量
上一营养级同化量
×100%
100
25
4
1
水草
虾米
鱼
1kg÷10%÷10%=100kg
1kg÷20%÷20%=25kg
100kgx20%x20%=4kg
100kg x10%x10%=1kg
10% ~ 20%
例1：某食物链如图：
例：如图所示的食物网中，戊的食物有1/2来自于乙，1/4来自于丙，1/4来自于丁，且能量从生产者到消费者的传递效率为10%，从消费者到消费者的能量传递效率为20%。若戊体重增加20 g，需要消耗植物（ ）
A.1125 g B.1600 g
C.2000 g D.6500 g
C
阅读教材 P59页，计算数据：
1. 这些玉米的含碳量折合成葡萄糖(C6H12O6)是多少？这些葡萄糖储存的能量是多少？
2. 这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？
J
J
思维训练
思维训练
阅读教材 P59页，计算数据：
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？
4. 这块玉米田的太阳能利用效率是多少？
×108+3.272×107=1.3972×108kJ
× 100% ≈ 1.64%
思维训练
小 结
生态金字塔（能量金字塔、生物量金字塔、数量金字塔）
研究能量流动的实践意义（从能量输入方面、利用率方面、对人类有益方面展开）
有关生态系统能量流动的计算
能量传递效率的计算
该营养级同化量
上一营养级同化量
×100%
(1)相邻营养级的能量传递效率：10%～20%，计算方法如下：
能量传递效率＝
(2)食物链中能量的最值计算
设食物链“甲→乙→丙→丁”，分情况讨论(如下表)：
类型一：知甲求丁
最多： ，食物链越短越 。
最少： ，食物链越长越 。
×20%（÷5）
多
×10%（÷10）
少
类型二：知丁求甲
最多： ，食物链越长越 。
最少： ，食物链越短越 。
÷10%（×10）
多
÷20%（×5）
少
(2)食物链中能量的最值计算
设食物链“甲→乙→丙→丁”，分情况讨论(如下表)：
例如，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若甲的能量为M，则丁获得的能量为M×a%×b%×c%。
(3)已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算。
(4)在食物网中分析在解决有关能量传递的计算问题时，需要确定相关的食物链，能量传递效率为10%～20%，一般从两个方面考虑：
①知低营养级求高营养级
获得能量最多
获得能量最少
选最长食物链
选最短食物链
按“×10%”计算
按“×20%”计算
②知高营养级求低营养级
需最少能量
需最多能量
选最短食物链
选最长食物链
按“÷20%”计算
按“÷10%”计算

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