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(共47张PPT)
第2节　生态系统的能量流动
问题探讨
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。
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。
能量输入
个体2
个体1
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
种群
能量储存
能量散失
科学方法：研究能量流动的基本思路
营养级
01
能量流动的过程
兔子
老鹰
草
一、能量流动的过程
呼吸作用以
热能形式散失
草的能量如何得来？
思考：草中的能量来源于哪？
思考：草固定的能量将有何去路？
1%
用于自身生长
发育和繁殖
残枝败叶
被分解者分解
一、能量流动的过程
呼吸作用散失
生长
发育
繁殖
遗体
残枝败叶
分解者
生产者固定的太阳能
未被利用
流入下一营养级
粪便
思考：兔把草吃进肚子里,草中的能量都被兔吸收了吗
分解者
摄入
同化量
=
摄入量
粪便量
－
一、能量流动的过程
同化作用是指生物体把从外界环境中获取的营养物质转变成自身的组成物质,并且储存能量的变化过程。
呼吸作用
分解者
生长发育和
繁殖储存起来
思考：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
呼吸散失
生长
发育
繁殖
遗体
残骸
分解者
兔同化的能量
流入下一营养级
未被利用
2、能量经过第二营养级（初级消费者）示意图
思考1：粪便中的能量属于初级消费者同化量么？
不属于，属于生产者的同化量
思考2：初级消费者的同化量怎样表示？
=摄入量-粪便中能量
初级消费者的同化量
=呼吸消耗的能量+流向下一营养级的能量+分解者利用的能量
=呼吸消耗的能量+自身生长发育繁殖的能量
一、能量流动的过程
=呼吸消耗的能量+流向下一营养级的能量+分解者利用的能量+未被利用的能量
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
最高营养级同化量
呼吸作用
分解者
生长发育和
繁殖储存起来
未被利用
一、能量流动的过程
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
注意：
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？
初级消费者粪便中的能量属于以上哪个颜色箭头的部分？
一、能量流动的过程
“输入”——
“传递”——
“转化”——
“散失”——
绿色植物通过光合作用固定太阳能是能量输入主要途径
能量沿食物链和食物网的营养级逐级传递
通过细胞呼吸以热能形式散失
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。
02
能量流动的特点
【思考 讨论】分析赛达伯格湖的能量流动
图中数字为能量值，单位是J(cm2·a)(焦每平方厘米年）。
“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。
1.能量能否从植食性动物流向生产者？呼吸作用释放的能量还能循环利用吗？
二、能量流动的特点
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)。
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 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
13.5%
62.8
12.6
20.1%
12.6
能量传递效率 =
下一营养级同化量
上一营养级同化量
×100%
2.你能总结出能量流动的特点吗？
二、能量流动的特点
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
二、能量流动的特点
深度思考
2.长时间没有光照，对生态系统有什么影响，为什么？
能量是单向流动，逐级递减的在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多。
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。
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。
1.为什么生态系统中能量流动一般不超过5个营养级？
二、能量流动的特点
3.怎样从能量流动的角度解释“一山不容二虎”？
能量流动是逐级递减的，营养级越高，得到的能量越少。
老虎处于最高营养级，要养活一只老虎，需要大量的生产者，需要很大的捕食范围。
二、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，以便维持生态系统的正常功能
4.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。
二、能量流动的特点
由于每一营养级和分解者都需要呼吸作用以热能的形式散失掉一部分能量
方案1
方案2
方案一 能让你维持更长的时间来等待救援
先
后
一部分
吃鸡蛋
一部分
问题探讨
03
生态金字塔
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
三、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。
意义：
直观的反映出生态系统各营养级间能量的关系
特点：
通常都是上窄下宽的正金字 塔形。
三、生态金字塔
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
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。
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。
特点：
大多也是上窄下宽的正金字塔形。
三、生态金字塔
生物量金字塔在什么情况下，可能是上宽下窄倒置的金字塔形呢？
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。
三、生态金字塔
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
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。
意义：
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。
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。
营养级
第二营养级
第一营养级
个体数量
昆虫
树
三、生态金字塔
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
思考：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？
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
04
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
蔬菜大棚中的多层育苗
稻-萍-蛙立体农业生产
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。
秸秆饲料
沼气池
沼渣
实现能量多级利用，从而大大提高能量的利用率
（≠能量的传递效率）
四、研究能量流动的实践意义
能量传递效率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。
例题：一只狼捕捉了一只兔子，则这只狼最多能获得兔子20%的能量（ ）
×
=
某一营养级同化量
上一营养级同化量
能量传递效率
×100%
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。
合理确定草场的载畜量
稻田除草、除虫
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。
四、研究能量流动的实践意义
05
与能量传递效率有关的计算
1
4
1.已知低营养级同化量，求高营养级同化量：
在食物链“草→兔→鹰”中，假如现有草100kg，则：
①最多可使鹰增重____kg。
②最少可使鹰增重____kg。
能量传递效率按 来算。
能量传递效率按 来算。
20%
10%
200
50
2.已知高营养级同化量，求低营养级同化量：
在食物链“草→兔→鹰”中，要使鹰增加2kg体重，则：
①最多要消耗草______kg。
②最少要消耗草_____kg。
能量传递效率按 来算。
能量传递效率按 来算。
10%
20%
五、与能量传递效率有关的计算
3.多条食物链,已知低营养级同化量，求高营养级
获得能量最多：选最 食物链；按 计算
获得能量最少：选最 食物链；按 计算
短
长
10%
20%
如果A有10000 kg，C最多增加_____kg，最少增加___kg。
400
1
若人的体重增加1 kg，最少需消耗水藻____kg，最多消耗水藻_________kg。
25
100 000
4.多条食物链,已知高营养级同化量，求低营养级
需最少能量：选最 食物链；按 计算
需最多能量：选最 食物链；按 计算
短
长
10%
20%
五、与能量传递效率有关的计算
5、在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物获得能量，且各途径所获得的生物量比例确定，则需按照各单独的食物链进行计算后合并。
(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20 g体重，最少需要消耗的植物为
A.80 g B.900 g
C.800 g D.600 g
√
五、与能量传递效率有关的计算
5、在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物获得能量，且各途径所获得的生物量比例确定，则需按照各单独的食物链进行计算后合并。
(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。
1.27
设现有A能量为150，当A流向B和C的能量为1:1时，C获得的能量为：
75×10%×10%+75×10%=8.25
当A流向B和C的能量为1:2时，C获得的能量为：
50×10%×10%+100×10%=10.5
所以，C获得的能量是原来的10.5/8.25=1.27倍
五、与能量传递效率有关的计算
5、在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物获得能量，且各途径所获得的生物量比例确定，则需按照各单独的食物链进行计算后合并。
(3)在如图所示的食物网，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
设当食物比例A：B=1：1时，C的能量为x
则需要的A为1/2x÷10%+1/2x÷10%÷10%=55x
设当食物比例A：B为2：1时，C的能量为y
则需要的A为
由于两种情况下，生产者的数量是一定的，所以55x=40y，
则y=1.375x
2/3y÷10%+1/3y÷10%÷10%=40y
五、与能量传递效率有关的计算
【例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/W1 × 100%
C.流入初级消费者体内的能量可表示为(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
同化量
（总初级生产量）
流入下一营养级
呼吸
自身生长发育繁殖
（净初级生产量）
被分解者分解
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。 ( )
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
√
×
√
练习与应用
C
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. a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。
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。
(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利用，提高了能量的利用率。
①
②
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？
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。
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？
这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？
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10 000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.
=
2675×180(C6H12O6)÷72(C6)
6687.5kg
1.07×108kJ
6687.5×1.6×104kJ
=
2045×1.6×104kJ=
3.272×107kJ
思维训练：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10 000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.
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？
这块玉米田的太阳能利用效率是多少？
1.07×108kJ+
3.272×107kJ=1.3972×108kJ
3.272×107÷1.3972×108=23.4%
1.3972×108÷8.5×109=1.64%
自身生长发育繁殖
呼吸散失
思维训练：分析和处理数据
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：
储存76.6
1.07×108kJ
呼吸散失23.4%
3.272×107kJ
同化量1.64%
1.3972×108kJ
太阳能
8.5×109
思维训练：分析和处理数据
小结

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