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(共59张PPT)
非生物物质和能量
生产者
消费者
分解者
捕食关系
①组成成分
②营养结构
食物链（网）
生态系统的结构
物质循环和能量流动的渠道
生态系统的功能
①能量流动
②物质循环
③信息传递
新知识
第三章 生态系统及其稳定性
【学习任务单】
1.生态系统的能量流动概念
2.能量流动的过程
3.能量流动的特点
4.生态金字塔
5.研究能量流动的实践意义
3.2 生态系统的能量流动
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。
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
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。
问题探讨
先吃鸡，再吃玉米
我反对，为什么要先吃我
课本P54
1.概念
生态系统中能量的_______、_______、_______和_______的过程。
输入
传递
转化
散失
如何研究生态系统的能量流动呢？
能量的输入
能量的散失
生态系统
传递
转化
一切生命活动都伴随着能量的变化。没有能量的输入，也就没有生命的生态系统
①能量的“输入”
①能量的“输入”
摄入量：
一个生物所摄取的能量
对于动物来说，它是消化后吸收的能量
对于植物来说，它指在光合作用中所固定的能量
对于分解者来说，它是指从细胞外吸收的能量
同化量：
粪便量：
存在于粪便中未被同化或吸收的能量
对于动物来说，它是吃进的食物的能量（吃进来！）
吸收进入体内的有机物中的能量
=
+
摄入量
同化量
粪便量
=
+
C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H20+
酶
能量
能量
大部分以热能散失
用于合成ATP(各项生命活动
呼吸作用散失的热能
储存在体内的能量
如果将一个营养级中的所有种群作为一个群体呢？
某营养级
？
分解者
①能量的“输入”
呼吸作用以
热能形式散失
【思考】1. 草的能量如何得来？
2. 光能全部被草吸收了吗？
3. 草固定的能量将何去？
1%
用于生长、
发育和繁殖
呼吸作用散失
生长
发育
繁殖
遗体
残枝败叶
分解者
流入下一营养级
生产者固定的太阳能
残枝败叶
被分解者分解
固定
粪便
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
【思考】兔吃草后能将摄入的草全部同化吗？
同化量
【思考】兔同化了小草的能量后，这些能量有哪些去向？
呼吸作用
分解者
生长发育和
繁殖储存起来
呼吸散失
生长
发育
繁殖
遗体
残骸
分解者
流入下一营养级
兔同化的能量
【思考】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
思考：最高营养级同化的能量去向？
生态系统能量流动在营养级层次研究
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)
模型构建1：构建食物链的能量流动模型
生产者所固定的全部太阳能
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
散失
①流入第一营养级的能量：
生产者固定的太阳能
②生产者固定的太阳能=
呼吸作用以热能形式散失
+
用于生长、发育和繁殖
③用于生长、发育和繁殖=
流入下一营养级
+
分解者利用
1.能量流经第一营养级的过程
初级消费者
摄入
②用于生长
发育和繁殖
①呼吸作用
散失
遗体
残骸
初级消费者
同化
分解者利用
粪便
呼吸作用
散失
（热能）
次级消费者
摄入
…
同化量=摄入量-粪便量
这样，生产者的能量就流入_____营养级
第三
2.能量流经第二营养级的过程
属于上一营养级的同化量
流经第二营养级的总能量
能量流经第三、四营养级的过程与第二营养级的情况大致相同
呼吸作用
呼吸作用
呼吸作用
呼吸作用
分 解 者
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）
初级消费者
次级消费者
三级消费者
四级消费者
同化
同化
同化
同化
⑤或由生产者流向分解者的箭头
①或②+③+④
①－③或②+④
生产者
呼吸
初级消费者
呼吸
次级消费者
分 解 者
…
呼吸
三级消费者
呼吸
呼吸
输入
散失
请归纳各营养级能量去向
此营养级同化量
①呼吸作用中以热能形式散失
②用于自身生长、发育和繁殖
①被分解者分解利用
②流入下一营养级
（最高营养级没有这一去向）
某营养级摄入量
此营养级粪便量
（属于上一营养级的同化量）
即输入量
生产者
呼吸
初级消费者
呼吸
次级消费者
分 解 者
…
呼吸
三级消费者
呼吸
呼吸
输入
散失
初级消费者粪便中的能量属于以上哪个颜色箭头的部分？
注意：
每个箭头及箭头的方向大小、长方形方块的大小代表什么含义？
生产者
呼吸
初级消费者
呼吸
次级消费者
分 解 者
…
呼吸
三级消费者
呼吸
呼吸
生产者固定的太阳能总量为流经这个生态系统的总能量
输入
传递
散失
以有机物的形式沿食物链向下一营养级传递
①能量流动的渠道是 。
②能量散失的途径是各种生物的 (代谢过程)。
③流动过程中能量的转化是太阳能→ → 。
食物链和食物网
呼吸作用
有机物中的化学能
热能
D
例.如图表示能量流经该生态系统某一营养级的变化示意图，其中a～g表示能量值。若图中A表示某食物网中第二营养级所摄入的全部能量，则下列说法不正确的是(　　)
A．图中B表示同化的能量
B．图中C表示流入下一营养级的能量
C．图中D表示通过呼吸作用散失的能量
D．图中a值与c＋d＋e的值相同
7.下图表示初级消费者能量流动的部分过程,括号中的字母表示能量,初级消费者呼吸散失的能量为b。下列相关说法正确的是(　　)
A.应在B处加上标有细胞呼吸的箭头
B.初级消费者同化的能量为n-a
C.次级消费者摄入的能量为n-a-b
D.B为初级消费者所同化的总能量
初级消费者同化的能量
用于生长、发育和繁殖等生命活动的能量
B
Raymond Lindeman
林德曼（1915-1942）
赛达伯格湖
1941年美国耶鲁大学生态学家林德曼发表了《一个老年湖泊内的食物链动态》的研究报告。他对50万平方米的赛达伯格湖作了野外调查和研究后用确切的数据说明，生物量从绿色植物向食草动物、食肉动物等按食物链的顺序在不同营养级上转移。
三、能量流动的特点
分析赛达伯格胡的能量流动
思考·讨论
课本P56
分析赛达伯格湖的能量流动
思考·讨论
三、能量流动的特点
未利用：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。（定时定量分析）
此营养级同化量
①呼吸作用中以热能形式散失
②用于自身生长、发育和繁殖
①被分解者分解利用
②流入下一营养级
（最高营养级没有这一去向）
某营养级摄入量
此营养级粪便量
（属于上一营养级的同化量）
③未利用
营养级 流入能量 (同化量) 流出能量 （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
能量传递效率 =
该营养级同化量
上一营养级同化量
×100%
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
/
输出（去路）
能量传递效率
逐级递减
讨论3.通过以上分析，你能总结出什么规律？
单向流动
②通过呼吸作用散失的热能不能再次被利用
①食物链中的捕食关系不能逆转
能量流动特点
逐级递减
原因
总有一部分能量经自身呼吸消耗、被分解者分解、未被下一个营养级利用。（能量传递效率为10%～20%）
原因
分析赛达伯格胡的能量流动
思考·讨论
三、能量流动的特点
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。
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？
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、能量流动的特点
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
呼吸作用
呼吸作用
呼吸作用
分 解 者
呼吸作用
1、人工鱼塘需要投喂饲料，此时流入鱼塘生态系统的总能量如何表示？
2、各营养级的能量都会按照图示途径全部利用吗？
生产者固定的能量+人工投喂饲料中的能量
同化量= 呼吸作用散失＋捕食者摄入＋分解者利用+未利用
单向流动、逐级递减
3%
自身的生长、发育和繁殖
4.9×1010
“输入”——绿色植物通过“光合作用固定太阳能”是能量输入主要途径
“传递”——能量沿“食物链和食物网”的营养级逐级传递
“转化”——
“散失”——通过“细胞呼吸”以“热能”形式散失
1.能量流动包括：
2.某营养级同化量：
3.能量流动特点：
被分解者利用
呼吸作用散失
用于生长、发育和繁殖
流入下一个营养级（最高营养级没有）
未利用（短时间内未死亡或活体、石油煤炭）
某营养级同化量
(1)单向流动
(2)逐级递减
(3)传递效率=
上一营养级的同化量
下一营养级的同化量
×100%
（一般在10%-20%之间）
总结
三、生态金字塔
1. 能量金字塔
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
1. 能量金字塔
通常为正金字塔。
高
低
能量
第二营养级
第一营养级
第三营养级
第四营养级
玉米
鸡
人
人
2. 生物量金字塔(每个营养级所容纳的有机物的总干量)
名称 某湖泊 某海峡
P 809 4
C1 37 21
C2 11 -
资料一：生态学家调查了夏季两个不同生态系统中的生物个体数量和生物量（调查数据中排除了微生物和土壤动物），所做生物量统计表如右图，单位为g m-2。P代表生产者，C1、C2、C3依次代表初级、次级和三级消费者。请同学们根据表格数据，用相应面积或体积的图形表示，并按营养级由低到高排列。
生物量金字塔一般是上窄下宽的金字塔形，但是有时候会出现倒金字塔形。如：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。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要多。
【思考】为什么某海域的生物量金字塔会倒置？
2. 生物量金字塔(每个营养级所容纳的有机物的总干量)
大多为正金字塔，某时刻可能为倒金字塔
3. 数量金字塔
资料2：夏季两个生态系统的生物个体数量统计表，单位为个·hm-2。P代表生产者，C1、C2、C3依次代表初级、次级和三级消费者。请同学们根据表格数据，用相应面积或体积的图形表示，并按营养级由低到高排列。
名称 某草地 温带森林
P 1500万 2000
C1 200万 150万
C2 90万 －
草
昆虫
鸟
某草地的生物数量
树
昆虫
温带森林的生物数量
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。比如，生产者是树，初级消费者是昆虫。
【思考】为什么温带森林的生物量会出现金字塔倒置？
一般为正金字塔，有时为倒金字塔
三、生态金字塔
能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔统称为生态金字塔。
【思考】哪种指标构建的金字塔能更客观的表示生态系统的能量传递规律，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。
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三.生态金字塔四、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。
甘蔗和大豆间种
冬小麦夏玉米套作
蔬菜大棚中多层育苗
群落垂直结构更复杂，提高了对阳光的利用率，生产者固定的太阳能更多
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。
萍：红萍可以固氮、富钾，提高土壤肥力，并进行光合作用，释放大量氧气，提高溶氧量，并为家禽提供饲料。萍的存在也使该群落的垂直结构更复杂，提高了对阳光的利用率，生产者固定的太阳能更多。
蛙的存在使害虫数量下降，稻的数量上升，固定的太阳能更多。
稻-萍-蛙 立体农业模式
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，实现了能量多级利用，从而大大提高能量的利用率
秸秆饲料
沼气池
沼渣
燃烧秸秆
肉
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，实现了能量多级利用，从而大大提高能量的利用率
秸秆饲料
沼气池
沼渣
肉
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，实现了能量多级利用，从而大大提高能量的利用率
秸秆饲料
沼气池
沼渣
肉
牛的粪便
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，实现了能量多级利用，从而大大提高能量的利用率
沼气池
牛的粪便
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，实现了能量多级利用，从而大大提高能量的利用率
沼气池
沼渣
沼渣还可以作为肥料还田
（≠能量的传递效率）
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。
划区轮牧 稻田除草、除虫
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。
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。
生态系统的能量流动
起点：
来源：太阳能
从生产者（光合作用）固定的太阳能开始
途径：沿食物链和食物网的各个营养级传递
特点：单向流动不循环，逐级递减（传递率为10％～20％ ）
意义：合理调整能量流动关系,使能量流向对人类最有益的部分
实现对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率
【课堂小结】
五、能量流动的相关计算
1、能量在食物链中传递的计算
2、能量在食物网中传递的计算
1.食物链（某一生物所获得的最多（最少）的能量）
例1.若某生态系统固定的总能量为24000kJ，则该生态系统的第四营养级生物最多能获得的能量是（ ）
A. 24kJ B. 192kJ C.96kJ D. 960kJ
例2.在一条有5个营养级的食物链中，若第五营养级的生物体重 增加1 kg，理论上至少要消耗第一营养级的生物量为（ ）
A. 25 kg B. 125 kg C. 625 kg D. 3125 kg
（1）正推类型：（由低营养级 高营养级）
（2）逆推类型：（高营养级 低营养级）
B
C
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
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
2.食物网（某一生物所获得的最多（最少）的能量）
把所有的食物链写出来，每条链的能量算出后“相加”。
（不止一条链）
由于“赤潮”的影响，一条4kg重的杂食性海洋鱼死亡，假如该杂食性的食物有1/2来自植物，1/4来自草食鱼类，1/4来自以草食鱼类为食的小型肉食鱼类，按能量流动效率20%计算，该杂食性鱼从出生到死亡，共需海洋植物 ( )
A.120kg B.160kg C.60kg D.100kg
【解析】根据题干，可绘出食物网如下：
植物
草食鱼类
杂食性海洋鱼
小型肉食鱼类
共需海洋植物：
4×1/2×5＋4×1/4×5×5＋4×1/4×5×5×5=160kg
35
3
A
甲 丙
甲 乙 丙
a×X×20%
a×（1-X）×20%×20%
25A/(1+4X)
1. 有一食物网如图所示。如果能量传递效率为10%，各条食物链传递到庚的能量相等，则庚同化1 kJ的能量，丙最少需同化的能量为(　　)
A．550 kJ
B．500 kJ
C．400 kJ
D．100 kJ
2. 如图表示某生态系统食物网的图解，若一种生物摄食两种前一营养级的生物，且它们被摄食的生物量相等，则猫头鹰体重增加1 kg，至少需要消耗A(　　)
A．100 kg
B．312.5 kg
C．25 kg
D．15 kg
甲
乙
丙
丁
己
戊
庚

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