资源简介

(共54张PPT)
温故知新：
1、什么是生态系统？其范围？类型？
2、生态系统的组成成分有哪些？其包含的生物有哪些？
4、生态系统生物成分有哪些？其同化作用作用类型及其作用分别是？
5、生态系统各组成成分的地位？
6、辨析：①细菌可以是生态系统的各种生物成分？ 生产者一定是自养型，自养型不一定是生产者？②根瘤菌、硝化细菌、蓝细菌的新陈代谢类型？
7、食物链包含什么成分？若要构成群落还要加上什么成分？若要构成生态系统还要加上什么成分？
8、食物链上生物之间的关系是？形成食物网的原因？食物网上生物之间的种间关系是？
9、判断食物网上生物数量的变化一般规律：生产者减少，所有都少；中间环节变化，一般不考虑生产者变化；天敌减少，被捕食者先增加后减少最后趋于稳定；食物来源多的营养级，其一种食物来源减少对其影响不大（数量基本不变），若其一种食物来源消失，则其营养期靠前则增大反之则减少！
10、生态系统的营养结构（食物链食物网）的功能？
第2节 生态系统的能量流动
目标导引：
1、通过 分析能量在营养级之间的流动情况和赛达伯格湖的能量流动，概述生态系统中能量流动的过程和特点。
2、用生态金字塔表示生态系统中各营养级之间的能量、生物量或数量的关系
3、概述研究能量流动的实践意义
4、尝试调查农田生态系统的能量流动的情况
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
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，能量逐级递减，最后人获得的能量较少。
先吃鸡，再吃玉米
我反对，为什么要先吃我
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。
策略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。
策略1：先吃鸡，再吃玉米。
写出以上涉及到的食物链/网
玉米
鸡
人
你愿意分部分食物给鸡吃 么？
问题探讨
玉米
鸡
人
应选择1；若选择2，则增加了食物链的长度，能量逐级递减，最后人获得的能量较少。
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？
生态系统中能量的 、 、 和 的过程，称为生态系统的能量流动。
输入
传递
转化
散失
一、能量流动的概念理解
生产者的能量来源:_______;各级消费者的能量来源:____________________
散失形式：______
散失途径：____________________________________________
_________________________________
输入：
传递：
散失：
转化：
流经生态系统的总能量：________________________
生产者所固定的太阳能
太阳能
传递形式：___________________
传递渠道：___________________
有机物中的化学能
食物链和食物网
热能
太阳能
有机物中的化学能
各营养级的呼吸作用及分解者的分解作用
热能
上一营养级同化的能量
太阳能
输入
转化
传递
散失
化学能
热能
光合作用
呼吸作用
研究能量流动的基本思路
科学方法
个体1
…
储存在体内的能量
呼吸作用散失的能量
个体 2
储存在体内的能量
呼吸作用散失的能量
个体 3
储存在体内的能量
呼吸作用散失的能量
能量输入
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，那么应该如何表示？
群体
是指同一营养级上的所有种群！
能量流经一个种群的情况可以图示如下：
1. 第一营养级的能量流动情况
1%
二、能量流动的过程
(1)玉米的能量来源于哪里？
(2)照射在玉米上的太阳能都被吸收了吗？如何被吸收
(3)玉米吸收太阳能后，以何种形式储存？
(4)玉米中的能量有哪些去向？
太阳能
1% 光合作用
有机物中化学能
1.第一营养级的能量流动情况
玉米
鸡
人
1%
热能
呼吸作用
流入下一营养级
分解者分解
残枝败叶等
自身生长、发育、繁殖等，储存在有机物中
二、能量流动的过程
呼吸作用以热能形式散失
生产者所固定的太阳能
太阳能
用于生长、发育、繁殖
流入初级消费者
残枝败叶等
被分解者利用
未利用
二、能量流动的过程
1. 第一营养级的能量流动情况
总光合作用 = 呼吸作用 + 净光合作用
思考1：鸡所吃的玉米（摄入量），其中全部能量都流入到鸡身上了么？
问题3：这些能量之间有何关系？
粪便中的能量 呼吸消耗以热能形式散失
用于自身生长发育繁殖
同化量 有机物中的化学能
摄入量 ＝ 同化量 + 粪便量
问题4：粪便量属于谁的能量？
属上一营养级的能量。
二、能量流动的过程
没有
问题1：哪些能量转化成了鸡自己的能量？鸡吸收的能量以何种形式储存？
问题2：哪些没有被鸡吸收的？鸡吸收的能量，有哪些去向
玉米
鸡
人
2.第二营养级的能量流动情况
光合作用
太阳能 有机物化学能
第一营养级同化量 =
生产者固定的太阳能
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。
二、能量流动的过程
鸡同化了玉米的能量后，这些能量有哪些去向？
二、能量流动的过程
生长、发育和繁殖
流入下一营养级
呼吸作用散失
遗体残骸被分解者利用
2.第二营养级的能量流动情况
次级消
费者摄入
用于生长发育繁殖
初级消费者同化
初级消费者摄入
散失
呼吸作用
遗体
残骸
分解者利用
散失
呼 吸
作 用
…
粪便
（未同化）
呼吸作用以热能形式散失
用于生长、
发育和繁殖
流向分解者
流入下一个营养级
同化量
摄入量
粪便
（未同化）
未利用
能量在第三、第四营养级的变化，与第二营养级的情况大致相同，但最高营养级中没有 的能量去向。
流入下一营养级
二、能量流动的过程
二、能量流动的过程
3、生态系统中的能量流动，可概括为如图所示：
输入生态系统的总能量：
生产者固定的太阳能
能量传递的形式与途径：
能量转化过程：
呼吸作用以热能形式散失
有机物中的化学能；食物链和食物网
能量散失的途径和形式：
太阳能 有机物中化学能 热能
二、能量流动的过程
4. 能量流动过程分析
（1）生产者的能量主要来自固定的太阳能；消费者的能量来自上一个营养级；分解者的能量来自生产者和消费者。
分解者
（2）流经生态系统的总能量：生产者固定的太阳能总量。
4. 能量流动过程分析
（3）能量关系
②同化量 = 呼吸作用散失的能量 + 用于生长发育和繁殖的能量
①摄入量 ＝ 同化量 + 粪便量
③用于生长发育和繁殖的能量 =
初级消费者同化量
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
未被利用的能量
初级消费者摄入量
分解者
粪便量
分解者利用 + 流入下一个营养级 + 未被利用的能量
二、能量流动的过程
4. 能量流动过程分析
（4）第一营养级同化量 = 生产者固定的太阳能。
初级消费者
摄入
初级消费者
同化
粪便
分解者利用
用于生长
发育和繁殖
次级消费者
摄入
遗体
残骸
呼吸作用
散失
呼吸作用
散失
…
未利用
（5）最高营养级的能量去路没有流入下一个营养级这条途径。
（6）粪便中的能量不属于该营养级同化的能量，为上一个营养级同化的能量流向分解者的部分。
(7)流经自然生态系统的总能量是：
(8)流经人工生态系统的总能量是：
(9)自然生态系统的能量来源是：
(10)人工生态系统的能量来源是：
生产者固定的太阳能
生产者固定的太阳能
人工投入的有机物中的化学能
太阳能
太阳能
人工输入的有机物中的化学能
4. 能量流动过程分析
讨论1：流经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。
思考 · 讨论 生态系统中能量流动
讨论2：流向分解者的能量，能否流向生产者？消费者呢？
流向分解者的能量，可流向消费者（食用菌），不能流向生产者。
思考 · 讨论 生态系统中能量流动
【练习】在生态系统中，能量流动大致可以概括为下图：
3. 初级消费者粪便中的能量是哪个箭头？
4. 哪些或哪个箭头代表初级消费者的同化量？
5. 哪些箭头代表初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量？　
由生产者流向分解者的箭头。
①或②＋③＋④
①－③或②＋④
讨论6：生态系统中的能量流动和转化是否遵循能量守恒定律？
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。
思考 · 讨论 生态系统中能量流动
输入量 ＝ 输出量
太阳能
三、能量流动的特点
Raymond Lindeman
林德曼对赛达伯格湖能量流动做了定量分析
赛达伯格湖位于美国明尼苏达州的赛达伯格沼泽自然保护区，是一个高原湖泊，深1米，面积为14480平方米，湖岸线长500米 。湖底深度一致、性质均一，没有大的波浪。
优点：小、简单、稳定
太阳能
未
固
定
生产者
464.6
62.8
12.6
呼吸作用
122.6
7.5
分解者
14.6
12.5
未利用
327.3
29.3
5.0
赛达伯格湖能量流动图解
植食性动物62.8
肉食性动物12.6
96.3
18.8
293
微量
三、能量流动的特点
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。
未利用的能量
未利用是指：在统计能量流动的时间段内，某一营养级生物的同化量中未被呼吸作用消耗，也未被下一营养级捕食或分解者利用的能量，有时还包括以化石燃料形式储存于地下未被人类开采的能量，还包括多年生植物上一年自身生长发育的净积累量。如草原中一批羊，羊吃草可以长大，在统计期间，有被狼捕食的，有死亡的，还有未死亡的（未利用）。
植食性动物
62.8
62.8
太阳能
未
固
定
生产者
464.6
分解者
12.5
呼吸作用
96.3
未利用
293
2.1
18.8
29.3
12.6
肉食性动物
12.6
0.1
7.5
5.0
327.3
122.6
14.6
三、能量流动的特点
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）。
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 流出能量 （输入下一营养级能量） 呼吸作用散失 分解者利用 未利用 传递效率
生产者
植食性动物
肉食性动物
464.6
62.8
96.3
12.5
293
62.8
12.6
18.8
2.1
29.3
12.6
7.5
0.1
5
13.5%
20.1%
数据整理，填写表格，计算百分比
能量传递效率 =
某一营养级同化量
上一营养级同化量
×100%
植食性动物
62.8
生产者
464.6
肉食性动物
12.6
13.52%
20.06%
三、能量流动的特点
请同学们写出能量传递效率公式
能量在相邻两个营养级间的传递效率大约是为10% - 20%
讨论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
讨论4：通过以上分析，你能总结出什么规律
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；
②一部分以遗体残骸的形式被分解者利用；
③还有一部分未被利用（未被捕食）；
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。
三、能量流动的特点
（1）单向流动：不可逆转，不可循环流动
三、能量流动的特点
原因：①生物之间食物关系是不可逆转的（能量沿食物链单向流动）；
②呼吸作用散失的热能不能被生物体再利用。
1. 能量流动的特点及原因
（2）逐级递减：能量是沿食物链（网）流动过程中是逐级减少的
原因：
大部分自身呼吸消耗
一部分被分解者分解
一部分暂时未被利用
各营养级的能量
②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。
=
某一营养级同化量
上一营养级同化量
①公式：能量传递效率
×100%
2. 能量传递效率的计算
（1）能量在相邻两个营养级间的传递效率为10%～20%。
③营养级越多，在能量流动中消耗的能量越多，一般不超过5个营养级。
④营养级越高，得到的能量越少。
能量流经各营养级是逐级递减的，传递效率为10％－20％。
食物链一般不超过5个营养级，到第五营养级以后，可利用的能量已减少到不能维持其生存的程度了。
能量每流经一级都要丢失一大部分，所以食物链越长，流量流失就越多。
思考：为什么食物链一般不超过5个营养级
第一
营养级
A
1
5
A
1
25
A
1
125
A
1
625
A
1
3125
A
0.00032 A
第六
营养级
第五
营养级
第四
营养级
第三
营养级
第二
营养级
能量传递效率的计算
能量传递效率=---------------------
能量在相邻两个营养级之间的传递效率为10％～20％，计算公式：
(1)在食物网中，能量传递效率不是以个体或种群为单位的，而是以营养级为单位的。
由第一营养级到第二营养级的能量传递效率是指：
例如：对于食物网
(B＋C)同化的总能量占A同化的总能量的10%～20%。
某一营养级同化量
上一营养级同化量
×100%
能量传递效率的计算
(2)已确定营养级间能量传递效率的计算:
例如：食物链“甲→乙→丙→丁”，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 。
若丁的能量为N，则甲获得的能量为 。
M×a%×b%×c%
N÷a%÷b%÷c%
(3)食物链中能量的最值计算
例如：在食物链A→B→C→D中，
已知A营养级的能量为N，则D营养级获得的能量
最多为： .
最少为： .
已知D营养级的能量为M，则需A营养级的能量
最多为： .
最少为： .
N×(20%)3
N×(10%)3
M÷(20%)3
M÷(10%)3
能量传递效率的计算
(4)在食物网中能量的最值计算
知低营养级
求高营养级
获得能量最多
选 食物链
按 计算
获得能量最少
选 食物链
按 计算
最短
×20%
最长
×10%
最多为： .
最少为： .
a×(10%)3
例如：A→B→C→D，已知A的能量为a，则D获得的能量最多为？最少为？
E
a×(20%)2
能量传递效率的计算
(4)在食物网中能量的最值计算
知高营养级
求低营养级
需最多能量
选 食物链
按 计算
需最少能量
选 食物链
按 计算
最短
÷20%
最长
÷10%
最多为： .
最少为： .
n÷(10%)3
n÷(20%)2
例如：A→B→C→D，已知D的能量为n，则需A最多多少？最少为？
E
(5)关于“定值”的计算
在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物中按一定比例获取能量，则按照单独的食物链进行计算后再合并。
能量传递效率的计算
例如：下图是一个食物网，假如鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，
1/5来自蛇，那么鹰若要增加20 g体重，至少需要消耗植物 。
900g
20×2/5÷20%÷20%=200
20×2/5÷20%÷20%=200
20×1/5÷20%÷20%÷20%=500
(5)关于“定值”的计算
在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物中按一定比例获取能量，则按照单独的食物链进行计算后再合并。
例如：人类获取植物性食物与动物性食物的比例是1:1，若将此食物结构改为4:1，能量传递效率按10%计算，则调整后可供养的人口是前者的
倍。
植物
动物
人
1/2÷10%
1/2÷10%
1/2÷（10%）2
共需植物性食物50+5=55
1/5÷10%
4/5÷10%
1/5÷（10%）2
共需植物性食物20+8=28
植物
动物
人
1.96
能量传递效率的计算
(1)根据能量或者有机物的含量“由多到少”书写食物链
根据能量多少和传递效率10%～20%,食物链为:
根据各类信息书写食物链（网）的方法
营养级 A B C D
能量（有机物） 15.9 870.7 1.9 141.5
B→D→A→C
(2)根据重金属、DDT等浓度“由少到多”构建食物链(网)
生物体 A B C D E
有机汞浓度（mg.L-1） 0.05 7 0.51 68 0.39
有机汞存在生物富集现象，即随着营养级的增加，汞浓度增加，两者在数值上成正相关。
按最大传递效率20%计算
假设鸡自身重3kg，玉米15kg。
3×20% + 15×20% = 3.6 kg
（15×1/3×20% + 3）×20% + 15×2/3×20% = 2.8 kg
问题探讨
鸡
玉米
人
玉米
鸡
人

策略2：先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，最后吃鸡。
策略1：先吃鸡，再吃玉米。
在如图的食物网中，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？
课堂训练
沿食物链A→D→E→F→C逆推：1/4kg × 5 × 5 × 5 × 5＝625/4 kg
消耗A最少，按最高传递效率20%计算
75/4kg+625/4 kg=175 kg
沿食物链A→B→C逆推：3/4kg × 5 × 5＝75/4 kg
第一营养级
第二营养级
第三营养级
第四营养级
（1）能量金字塔概念：用面积（或体积）表示各个营养级的能量多少，并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。
（2）特点：自然生态系统都是上窄下宽的正金字塔形。
（3）原因：能量在流动中是逐级递减的。
注意：某些人工生态系统（如人工鱼塘）可呈现倒置情况。
四、生态金字塔
1.能量金字塔
2. 生物量金字塔
（3）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。
（1）概念：用面积（或体积）表示各个营养级生物量（每个营养级所容纳的有机物的总干重）之间的关系，即为生物量金字塔。
（2）特点：大多也是上窄下宽的正金字塔形。
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
资料1：夏季两个生态系统的生物量统计表，单位为g m-2。
营养级 某湖泊 某海域
生产者 96 4
初级消费者 11 21
次级消费者 4 －
某湖泊的生物量
某海域的生物量
特例：在海洋生态系统中，由于浮游植物（生产者）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。
为什么某海域的生物量会出现金字塔倒置？
2. 生物量金字塔
浮游植物
浮游动物
3. 数量金字塔
（1）概念：用面积（或体积）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。
（2）特点：可以是上窄下宽的正金字塔形，也可以是上宽下窄的倒置金字塔形。
（3）原因：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。如昆虫与树的数量关系。
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
营养级
第二营养级
第一营养级
个体数量
昆虫
树
项目 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
1. 研究生态系统的能量流动，可以帮助人们将生物在 、 上进行 ， 流入某个生态系统的总能量。
间作套种
多层育苗
稻—萍—蛙
时间
空间
合理配置
增大
五. 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、设计人工生态系统，实现能量的多级利用，提高能量的利用效率。
能量永远不能循环利用，能量传递效率永远不能被提高。
五、研究能量流动的实践意义
①能量传递效率：能量在相邻两个营养级之间传递，传递效率为10%~20%。
概念辨析：能量传递效率与能量利用率
一般，食物链越短，能量利用率越高。
能量利用率 =
生产者固定总能量
流入最高营养级的能量
×100%
②能量利用率：流入最高营养级的能量占生产者能量的比值，或考虑分解者的参与，以实现能量的多级利用。
=
某一营养级同化量
上一营养级同化量
能量传递效率
×100%
五、研究能量流动的实践意义
合理确定草场载畜量
农田除草、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
，使能量 地流向对人类最有益的部分。
能量流动关系
持续高效
思维训练 分析和处理数据
阅读P59文字叙述，请根据以上数据计算：
①这些玉米的含碳量折算合成葡萄糖是多少？这些葡萄糖储存的能量是多少？
(12+18)/12×2675=6687.5kg
=
2675×180(C6H12O6)÷72(C6)
6687.5kg
②这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？
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？
2045×1.6×104kJ=
3.272×107kJ
1.07×108kJ+
3.272×107kJ=1.3972×108kJ
3.272×107÷1.3972×108=23.4%
④这块玉米田的太阳能利用效率是多少？
6687.5×1.6×104 =1.07×108KJ
1.3972×108÷8.5×109=1.64%
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
思维训练 分析和处理数据
生态系统的能量流动
概念：
生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程
过程
特点
单向流动：
逐级递减：
沿食物链方向由低营养级流向下一营养级
生态金字塔：
能量沿食物链流动过程中逐级递减；传递效率10%~20%。
研究意义
1.增大流入生态系统的总能量；
2.实现对能量的多级利用，提高能量的利用率；
3.调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效的流向对人类最有益的部分。
课堂小结
输入生态系统的总能量：
生产者固定的太阳能
能量传递的形式与途径：
能量转化过程：
呼吸作用以热能形式散失
有机物中的化学能；食物链和食物网
能量散失的途径和形式：
太阳能 有机物中化学能 热能
能量金字塔；生物量金字塔；数量金字塔

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