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(共36张PPT)
第三章 生态系统及其稳定性
第2节 生态系统的能量流动
【本节聚焦】
1.能量在生态系统中是怎样流动的？
2.怎样理解生态金字塔？
3.研究能量流动有什么实践意义？
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1只母鸡、15kg玉米。
关键看为人提供的能量有多少？
这些生物能量最初来自哪里？
玉米中能量的去路有哪些？
讨论：哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援
方案1
方案2
问题探讨
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。
能量的输入
能量的散失
生态系统
传递
转化
1.概念：生态系统中能量的_______、_______、_______和_______的过程。
输入
传递
转化
散失
你知道你吃下食物后能量流动的过程吗？
问题探讨
1.能量来自哪里
有机物中的化学能
（摄入量）
2.摄入量去到哪里
吸收进入体内有机物的量（同化量）
未被吸收的排泄物（粪便量）
3.三者的关系是
摄入量=同化量+粪便量
4.同化量的去处
呼吸以热能形式散失
用于自身生长发育繁殖
5.能量输入实际为什么值？
同化量
如何研究生态系统的能量流动呢？
问题探讨
2.科学方法：
能量输入
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……
能量储存
种群
能量散失
能量输入
将这些个体作为一个整体来研究
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。
某营养级
将一个营养级的所有种群作为一个整体
研究能量流动的基本思路：
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
第一营养级
第二营养级
第三营养级
（生产者）
（初级消费者）
（次级消费者）
有多少能量能够从玉米最终流向鲁滨逊？
思考
第一营养级(生产者)的能量来源及去路
第二营养级(初级消费者)的能量来源及去路
最高营养级(最高级级消费者)的能量来源及去路
一、能量流动的过程
1.第一营养级的能量流动情况
①生产者的能量来自哪里
②这些能量都被生产者吸收了吗 照射在地面上的太阳能是如何被生产者吸收
③生产者吸收了太阳能后,这些能量有哪些去向
④该过程中能量发生了怎样的转化？
活动1：阅读P55第一二段，思考问题，尝试建构第一营养级能量流动模型
生产者
一、能量流动的过程
1%
固定(同化)
99%
散失
生产者固定的太阳能
呼吸作用
散失（热能）
用于生长
发育和繁殖
分解者
残枝 败叶
未利用
初级消费者
（植食性动物）
在人工生态系统中，总能量还有人工补充的能量（例如饲料、饵料等）
思考:所有生态系统中输入的总能量都只有生产者固定的太阳能吗？
1.第一营养级的能量流动情况
一、能量流动的过程
分解者利用
残枝 败叶
呼吸作用
散失
生产者所
固定的太阳能
用于生长
发育和繁殖
初级消费者
（植食性动物）
1.第一营养级的能量流动情况
（1）输入生态系统的总能量：
生产者固定的太阳能
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
用于生长、发育和繁殖=
流入下一营养级
+
分解者利用
“一来二去”
“一来三去”
一、能量流动的过程
2.第二营养级的能量流动情况
①第二营养级的能量来自哪里？能全部利用吗？为什么？
②流入第二营养级的能量有哪些去路？
活动2：阅读P55第二段内容，思考问题，以第二营养级为例建构消费者的能量流动模型
……
一、能量流动的过程
初级消费者摄入
遗体残骸
呼吸作用
热量散失
初级消费者同化
用于生长、发育和繁殖
次级消费者摄入
分解者利用
粪便
思考：鸡粪便中的能量属于鸡的同化量吗？
不属于，属于生产者的同化量
2.第二营养级的能量流动情况
一、能量流动的过程
3.最高营养级的能量流动情况
(1)以此类推，人的能量来源于？
(2)人同化量的去向和鸡的
情况是否一样？
(3)最高营养级的同化量去向不包括：
__________________
流入下一营养级
鸡的同化量
不完全一样
一、能量流动的过程
思考:通过以上学习，你能总结出各营养级同化的能量去向有哪些，有何共同点呢？
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
未被利用的能量
若问：某营养级的能量某段时间内的去向
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
若问：某营养级的能量最终去向
一、能量流动的过程
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
输入
4.生态系统的能量流动过程：
生产者固定的太阳能为流经生态系统的总能量
传递
以有机物的形式沿食物链和食物网向下一营养级传递
思考:在食物链中流动的能量是同化量还是摄入量？
一、能量流动的过程
思考
1.中间的方块表示什么？其大小意味着什么？
2.中间的箭头表示什么？其粗细意味着什么？
3.指向分解者的箭头分别代表着什么？
初级消费者粪便中的能量属于哪个颜色箭头的部分？
各营养级的同化量
随营养级的升高，储存在生物体内的能量越来越少。
营养级之间的能量传递
表示流入下一营养级的能量逐级递减。
动植物遗体、动物排遗物
一、能量流动的过程
①
②
③
④
⑤
4.初级消费者粪便中的能量属于以上哪个箭头的部分？
5.哪些或哪个箭头代表初级消费者的同化量？
①或②＋③＋⑤
6.哪些箭头代表初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量？
①－③或②＋⑤
④
思考
小结
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
过程：
形式：最终以　　　　形式散失
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
能量流动概念：生态系统中能量的 、 、 和 的过程。
输入
传递
转化
散失
仅仅分析生态系统中能量输入、传递、转化、散失的过程是不够的，因此还需要进行定量分析生态系统中的能量流动。
美国生态学家林德曼对一个结构相对简单的天然湖泊—赛达伯格湖的能量进行了定量分析。
Raymond Lindeman
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
二、能量流动的特点
活动3：阅读P56思考讨论，分析赛达伯格湖的能量流动。
3.请计算第一到第二营养级的能量传递效率？
2.横向比较，是否遵循能量守恒定律？纵向比较，随着营养级的升高 ，同化量有什么变化？
1. 将图中的数据用表格的形式进行整理。
输入能量（同化量） 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
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
/
能量传递效率
逐级递减
= + + +
能量传递效率 =
某一营养级的同化量
上一营养级的同化量
× 100%
= + + +
二、能量流动的特点
4.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？
流入某一营养级的能量除了流入下一营养级的之外，还有：
①一部分通过该营养级的呼吸作用散失；
②一部分作为排遗物、遗体或残枝败叶被分解者利用；
③一部分未被利用。
5.生物之间经过长期的进化形成的吃与被吃的捕食关系不可逆转，因此能量流动还具有什么特点？
生态系统中能量流动是单向的。
思考
通过以上分析，你能总结出什么规律？
二、能量流动的特点
1.能量流动的特点：
①单向流动
b通过呼吸作用散失的热能不能再次被利用
a食物链中的捕食关系不能逆转
能量流动特点
②逐级递减
a能量传递效率：一般10-20%
b营养级数量：一般不超过5个营养级
思考：如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？
生产者固定的太阳能＋人工投入的有机物中的化学能。
二、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。
课本P56
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1只母鸡、15kg玉米。
讨论：哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援
方案1
方案2
选择方案1，方案1食物链较短，最后人获得的能量较多。
二、能量流动的特点
2.能量流动相关计算：
1.如果草固定了100焦耳的能量： 则狐狸最少能获得___焦耳能量, 最多能获得____焦耳能量。
2.如果狐狸要获得1焦耳能量：至少需要消耗草 焦耳能量，至多需要消耗牧草 焦耳能量。
1
4
如图所示食物链，能量传递效率是10%~20%，请回答：
25
100
既然能量流动是逐级递减的，那么如果将各个营养级所得到的能量数值，由低到高绘成图，可形成一个怎么的图形？
三、生态金字塔
通常都是上窄下宽的金字塔形
能量在流动中总是逐级递减的
（1）概念：
（2）意义：
（3）特点：
原因：
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次序排列，可形成一个金字塔图形，叫作能量金字塔。
直观的反映出生态系统各营养级间能量的关系。
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
三、生态金字塔
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。
课本P57
三、生态金字塔
2.生物量金字塔
用同样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。
（1）概念：
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
浮游植物个体小，寿命短，不断被动物吃掉。
为什么某海域的生物量会出现金字塔倒置？
三、生态金字塔
2.生物量金字塔
第一营养级
第二营养级
第三营养级
第四营养级
营养级
809
37
11
1.5
干重 g/m2
一般为正金字塔形，有可能倒置
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。
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）意义：
（3）特点：
原因：
三、生态金字塔
3.数量金字塔
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。
（1）概念：
（2）特点：
一般呈 的金字塔；
上窄下宽
思考：如果消费者个体小而生产者个体大，如昆虫和树。绘制出该数量金字塔？
营养级
第二营养级
第一营养级
个体数量
昆虫
树
倒置
昆虫和树
也可呈上宽下窄 的金字塔形，如 。
三、生态金字塔
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，每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，每营养级所容纳的有机物的总干重
一般为正金字塔,有时会出现倒金字塔形
一般生物量随食物链中营养级的升高而减少
单位时间内，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
列表比较三种生物金字塔
四、研究能量流动的实践意义
生态系统的能量流动是单向的、逐级递减的，人类无法改变这一规律，那么如何利用这一规律指导生活和生产实践呢？
以农田生态系统为例，思考以下回题：
1.哪些措施能增大流入生态系统的总能量？
2.以前作物秸秆会被烧掉，现在会做成饲料喂
牲畜，意义是？
间作套种等立体农业充分利用阳光、空间等资源
调整生态系统中能量流动关系，使能量更多地流向对人类最有益的部分
实现了对能量的多级利用，大大提高了能量的利用率。
（不是传递效率）
（充分利用了流向分解者的能量）
4.结合以上，总结研究能量流动的三点实践意义。
3.及时清除农田中杂草和害虫的意义是什么？
四、研究能量流动的实践意义
上一营养级的同化量
下一营养级的同化量
×100%
生产者固定总能量
流入最高营养级的能量
×100%
传递效率=
能量利用率=
辨析：能量利用率 和 能量传递效率
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（ ）
×
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。
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
课堂小结
专题根据各类信息书写食物链（网）的方法(1)根据能量或者有机物的含量“由多到少”书写食物链营养级ABCD能量（有机物）15.9870.71.9141.5根据能量多少和传递效率10%～20%,食物链为:B→D→A→C(2)根据数据的各种变式模型书写食物链丙→甲→乙→丁乙→丙→甲
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