资源简介 (共62张PPT)第3章 生态系统及其稳定性第2节 生态系统的能量流动[素养目标] 1.运用结构与功能观,分析能量流动的过程和特点。2.运用物质与能量 观,分析能量传递效率,提高能量在农业生产上的利用率。3.通过能量流动模型的构 建,分析能量流动过程、特点和规律。4.通过模型图等理解能量是维持生态系统的动 力,培养运用逻辑思维分析问题的能力,并指导农牧业生产。第*页研习任务一 能量流动的概念和过程梳理教材1. 概念:生态系统中能量的 、 、 和散失的过程。【深度理解】能量流动的概念理解输入 传递 转化 2. 能量流动的过程(1)第一营养级能量的输入和输出①输入:生产者通过 将太阳能转化为化学能,固定在有机物中。②输出a.在生产者的 中以热能形式散失。b.用于自身生长、发育和繁殖光合作用 呼吸作用 (2)能量流经第二营养级的示意图(3)能量流动的过程示意图初级消费者 次级消费者 三级消费者 分解者 a.通过自身呼吸作用以 的形式散失;b.被 同化(最高营养级除外);c.被 分解利用。热能 下一营养级 分解者 呼吸 热能 ②短时间内,某营养级的生物不会被全部捕食或死亡,因此同化量的去向(某段时间 内的能量去向)还应该包括未被利用的能量。即:未被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自身呼吸 作用消耗,也未被下一营养级捕食或分解者利用的能量。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(未被利用)。5. 相关量的关系(1)摄入量=同化量+粪便量。(2)同化量=摄入量-粪便量=呼吸消耗量+用于生长、发育和繁殖的能量=呼吸 消耗量+流入下一营养级的能量+被分解者利用的能量(+未被利用能量)。(3)用于生长、发育和繁殖的能量=同化量-呼吸消耗量=流入下一营养级的能量 +被分解者利用的能量(+未被利用能量)。√ √互动探究1. 能量流动是指能量的输入、传递、转化和散失的过程。结合下图完成以下探究。(1)输入第四营养级(如图示中的鹰)的能量属于次级消费者(如图中的蛇)摄入 的能量还是其同化的能量?提示:同化的能量。(2)初级消费者摄入的生产者中含有的能量是否均流向初级消费者体内?试解 释原因。提示:否,因为初级消费者摄入生产者后并没有完全利用,还有一部分能量以粪便形 式排出。2. 在一定时间内,某自然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 ,试分析 a 、 b 、 c 三 者之间的关系。提示:生产者固定的能量传递给消费者和分解者的同时,还有一部分能量以热能的形 式散失,所以 a > b + c 。典题评析[例1] (2024·辽宁葫芦岛期末)下列有关生态系统能量流动的叙述,正确的是 ( )A. 生态系统的能量流动是指能量的输入和散失的过程B. 流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能C. 流入第二营养级的总能量是指初级消费者同化的能量D. 各营养级同化的能量都会沿着食物链和食物网流向下一营养级解析: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,A错误;生产者固定的太阳能才是流经生态系统的总能量,B错误;初级消费者 是第二营养级,故流入第二营养级的总能量是指初级消费者同化的能量,C正确;最 高营养级的生物不会有能量流向“下一营养级”,D错误。C随堂练习A. 生产者固定的总能量可表示为 A1+ B1+ C1+ A2+ B2+ C2+ D2B. 初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量为 B2+ D2C. 初级消费者摄入的能量为 A2+ B2+ C2D. W1= D1+ D2A解析:生产者固定的总能量( W1)是流经该生态系统的总能量, W1= A1+ B1+ C1+ D1,又因为 D1= A2+ B2+ C2+ D2,所以 W1= A1+ B1+ C1+ A2+ B2+ C2+ D2,A正 确;初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量为 B2+ C2+ D2,B错误;初级消费者摄 入的能量应大于其同化量,即大于 A2+ B2+ C2+ D2,C错误;按最大能量传递效率 20%计算,图中的 D1= W1×20%, D2= D1×20%= W1×4%,所以 D1+ D2= W1×24%,故 W1> D1+ D2,D错误。A. 在人工饲养的高密度鱼塘中⑤肯定大于①B. ④中包含了次级消费者粪便中的能量C. 从能量关系看,②>③+④D. 在食物链中各营养级获得能量的方式及能量的用途完全相同C解析:在人工饲养的高密度鱼塘中需要添加饲料,生产者的同化量⑤不一定大于初级 消费者的同化量①,A错误;次级消费者的粪便属于初级消费者残余,不属于次级消 费者的遗体,B错误;从能量关系看,②为次级消费者同化的能量,大于流向下一营 养级的能量③与流向分解者的能量④之和,C正确;生产者通过光合作用同化太阳 能,消费者通过捕食同化化学能,D错误。种群 A B C D E能量J/(cm2·a) 0.9 2.6 3.4 0.135 40A. 种群D的粪便中的能量不属于A的同化量B. 每个种群的能量流动去向都包括了流向下一个营养级C. B和C有可能处于同一个营养级D. 用种群E的枯枝败叶和A~D的粪便提高土壤肥力,可以提高能量传递效率C解析:通过数据分析,该生态系统的营养结构关系为E→B(C)→A→D。D的 粪便中的能量属于A同化的能量,A错误;D是最高营养级,D的能量不会流向下 一个营养级,B错误;B和C两个种群的能量数值接近,有可能处于同一个营养 级,C正确;枯枝败叶、动物粪便被微生物分解,可提高土壤肥力,但不能提高 能量传递效率,D错误。第*页研习任务二 能量流动的特点与生态金字塔梳理教材1. 能量流动的特点美国生态学家林德曼对一个结构相对简单的天然湖泊——赛达伯格湖的能量流动进行 了定量分析,分析课本P56赛达伯格湖的能量流动图解,完成以下问题:(2)据图分析能量流动第一个特点①图中生产者 捕食肉食性动物来完成能量循环。②呼吸散失的热能 再被生物群落利用。③能量流动第一个特点是 ,不可 ,也不能 。自身呼吸作用 后一个营养级和分解者利用 未被固定的太阳能 不能 不能 单向流动 逆转 循环流动 (3)完成表格分析能量流动第二个特点将各营养级的能量“输入”和“输出”清单整理出来填在表格中(“输出”的能量不 包括呼吸作用散失的能量)。[单位:J/(cm2·a)]营养级 流入能量 流出能量(输入后一个营养级) 出入比生产者 植食性动物 肉食性动物 12.6 — —分解者 14.6 — —464.6 62.8 13.52% 62.8 12.6 20.06% 营养级 10%~20%食物链和食物网 逐级递减 各营养级生物呼吸消耗大部分能量 2. 生态系统维持正常功能的条件任何生态系统都需要不断得到来自 的能量补充,以便维持生态系统的正常 功能。3. 生态金字塔(1)生态金字塔包括:能量金字塔、生物量金字塔、数量金字塔。(2)能量金字塔系统外 ①图中A、B、C、D每层代表 。②最底层A代表 营养级,以此类推,由 到 。③由于能量的逐级递减,能量金字塔往往是正立的。各个营养级获得的能量 第一 低 高 (3)生物量金字塔①生物量的概念:每个营养级所容纳的 。②特点:与能量金字塔相似,但有特例(如海洋中的某一时刻浮游植物的生物量可能 低于浮游动物的生物量)。有机物的总干重 (4)数量金字塔①金字塔每一层代表处于该营养级所有生物的 。②特点:不同生态系统,数量金字塔的形状会有差异。例如草原中草比鼠多,鼠比鼬 多;但森林中却出现了一棵大树上存在许多昆虫的现象。个体数量 4. 三种金字塔的比较项 目 能量金字塔 数量金字塔 生物量金字塔形 状特 点 自然生态系统一定为正 金字塔 一般为正金字塔,有时会出现倒金字塔 一般为正金字塔,有时 会出现倒金字塔象 征含 义 能量沿食物链流动过程 中具有逐级递减的特性 一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而减少 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项目 能量金字塔 数量金字塔 生物量金字塔每一 级含 义 食物链中每一营养级生物所同化的能量的多少 每一营养级生物个体的数目 每一营养级生物的有机 物总干重特殊形状 某些人工生态系统可呈现倒金字塔形 如一棵树与树上昆虫及鸟的数量关系:在海洋生态系统中,生产者浮游植物个体小、寿命短,又会不断被浮游动物吃掉,因而某一时间调查到的浮游植物的生物量可能要低于浮游动物的生物量解析:各营养级之间的能量关系组成生态系统的能量金字塔,因此测定各个营养级的 能量值可构建生态系统的能量金字塔。√√√ 互动探究1. 结合教材P56“赛达伯格湖的能量流动图解”思考并回答下列问题。美国生态学家林德曼对一个结构相对简单的天然湖泊——赛达伯格湖的能量流动进行 了定量分析,得出了如图所示的数据(单位:J·cm-2·a-1):(2)流经该生态系统的总能量是464.6 J/(cm2·a),流入第二营养级(植食性动 物)的能量(即该营养级的同化量)只有62.8 J/(cm2·a),其余的能量除部分未被 利用外,大部分通过自身的呼吸作用消耗掉了,少部分流入了分解者。赛达伯格湖的 能量流动图解中,能量在植食性动物与肉食性动物之间的传递效率是多少?提示:(1)P56赛达伯格湖的能量流动图解中多出的部分为未利用的能量。(1)图中生产者的能量分为四部分,而P55图3-6中生产者的能量分为三部分,差异 是哪一部分?2. 用能量流动的原理,解释谚语“一山不容二虎”隐含的道理。提示:根据生态系统中能量流动逐级递减的特点和规律可知,营养级越高,可利用的 能量就越少,老虎在生态系统中几乎处于最高营养级,通过食物链(网)流经老虎的 能量已减到很小的程度。因此,老虎的数量将是很少的,故“一山不容二虎”。3. 如果是你被困荒岛,要维持更长时间等待救援,要获得更多能量,究竟要采用以 下哪种生存策略呢?A. 先吃鸡再吃玉米B. 先吃玉米,然后用一部分玉米喂鸡,吃鸡下的蛋,最后吃鸡提示:应选A方案。应该先吃鸡,因为从营养级角度来讲,鸡是初级消费者,玉米是 生产者,根据能量流动逐级递减法则,如果让鸡吃玉米,然后人再吃鸡或者鸡蛋的 话,人所获得的能量是最少的,维持时间最短。所以,不如先把鸡吃掉,再吃玉米。4. 生态金字塔【图表情境】根据下面三种金字塔,进行比较分析,然后回答相关问题:(1)上面三种金字塔中每一层代表的含义相同吗?为什么?(2)能量金字塔从下到上依次变窄象征的含义是能量沿食物链流动具有什么特点?(3)三种生态金字塔一定和上面的图相同吗?为什么?请举例说明。提示:(1)不相同。能量金字塔中每一层代表食物链中每一营养级生物所含能量的 多少。数量金字塔中每一层代表每一营养级生物个体数目。生物量金字塔中每一层代 表每一营养级生物中有机物的总干重。(2)逐级递减。(3)不一定。在特殊的生态系统中会出现倒置现象。例如,在人工鱼塘或者城市生 态系统,会人工输入一些有机物,生产者的能量比较少,能量金字塔会出现倒置现 象;一般情况下,生物个体数量在食物链中随营养级升高而逐级递减,但有时也会出 现倒置的情况,如成千上万只昆虫生活在一棵大树上,此时的数量金字塔就会发生倒 置;湖里的浮游植物的生物量有时就小于浮游动物的,因为浮游植物的世代短,一个 世代的浮游动物以几个世代的浮游植物为食,有时会出现生物量金字塔倒置现象。典题评析[例2] (2024·河南漯河期末监测)下图表示能量流经某生态系统第二营养级示意图 [单位:J/(cm2·a)],据图分析,有关说法正确的是( )A. 该生态系统第二营养级同化的能量是100 J/(cm2·a)B. 第二营养级流向分解者的能量为20 J/(cm2·a)C. 第二营养级的同化量有50%通过呼吸作用以热能的形式散失D. 无法计算第二营养级和第三营养级之间的能量传递效率D解析:据图可知,该生态系统中第二营养级同化的能量是摄入量-粪便量,即100- 20=80 J/(cm2·a),A错误;图中流向分解者的能量20 J/(cm2·a)属于第一营养级 的同化量,第二营养级流向分解者的能量应包括遗体、残骸中的能量等,B错误;第 二营养级同化的能量是80 J/(cm2·a),通过呼吸作用散失的能量是50J/(cm2·a), 则第二营养级的同化量有62.5%通过呼吸作用以热能的形式散失,C错误;能量传递 效率是指相邻两个营养级之间同化量的比值,从图中不能确定第三营养级同化的能量 是多少,因此不能计算出第二营养级到第三营养级的能量传递效率,D正确。A. 能量流动是从甲固定的太阳能开始的,流入该生态系统的总能量为1 250 kJB. 从乙到丙的能量传递效率为15%C. 将乙和丙的粪便作为有机肥还田,可以提高能量传递效率D. 食物链的营养关系一般不可逆,这决定了能量流动的单向性C解析:由图分析可知,甲为生产者,乙为初级消费者,丙为次级消费者,丁为分解 者。能量流动从生产者固定的太阳能开始,流入该生态系统的总能量是生产者固定的 太阳能=175+200+875=1 250(kJ),A正确;从乙到丙的能量传递效率为 30÷200×100%=15%,B正确;将乙和丙的粪便作为有机肥还田,经分解者的分解 作用后能为植物提供无机盐,但不能提高能量传递效率,C错误;食物链的营养关系 一般不可逆,这决定了能量流动的单向性,D正确。2. 下图所示的食物网中,若人的体重增加1 kg,最少消耗水藻 kg,最多消耗水 藻 kg。解析:能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%~20%。求最少消耗水藻时,选最 短的食物链,即水藻→小鱼→人,传递效率按20%计算,设最少消耗水藻为 x ,则 x ×20%×20%=1,解得 x =25(kg);求最多消耗水藻时,选最长的食物链,即水 藻→水蚤→虾→小鱼→大鱼→人,传递效率按10%计算,设最多消耗水藻为 y ,则 y ×10%×10%×10%×10%×10%=1,得 y =105(kg)。25 105 3. 如图所示的食物网中,戊的食物有1/2来自乙,1/4来自丙,1/4来自丁,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 g。解析:甲为生产者,戊共有以下食物链:①甲→乙→戊,戊增加20×1/2=10(g), 需要乙10×5=50(g),需要甲50×10=500(g);②甲→丙→戊,戊增加20×1/4 =5(g),需要丙5×5=25(g),需要甲25×10=250(g);③甲→丙→丁→戊, 戊增加20×1/4=5(g),需要丁5×5=25(g),需要丙25×5=125(g),需要甲 125×10=1 250(g),故共需要甲500+250+1 250=2 000(g)。2 000 4. 如图是某人工鱼塘生态系统能量流动过程中部分环节涉及的能量值(单位为 103kJ· m—2·a—1),据图分析:一个来源是光能,另一个来源是输入的有机物中的化学能1.1×105、1.6×104、7.5×103解析:(1)该人工鱼塘生态系统中流入生物群落的能量一个来源是光能,另一个来 源是输入的有机物中的化学能。(2)肉食性动物固定的总能量=(0.25+0.05+2.1 +5.1)×103=7.5×103 (kJ·m-2·a-1);植食性动物固定的总能量=[(7.5-5)+ 0.5+4+9]×103=1.6×104 (kJ·m-2·a-1);生产者固定的总能量=[(16-2)+3 +70+23]×103=1.1×105( kJ·m-2·a-1)。(3)生产者→植食性动物的能量传递效 率为植食性动物固定的能量中来自生产者的能量/生产者固定的总能量×100%=(16 -2)/110×100%≈12.7%;植食性动物→肉食性动物的能量传递效率为肉食性动物 固定的能量中来自植食性动物的能量/植食性动物固定的总能量×100%=(7.5-5) /16×100%≈15.6%。12.7%、15.6% 第*页研习任务三 研究能量流动的实践意义梳理教材1. 研究能量流动的实践意义(1)帮助人们将生物在 、 上合理配置,增大流入某个生态系统的 总能量。如农田生态系统中的 、蔬菜大棚中的 、稻—萍— 蛙等立体农业生产方式都充分地利用了 ,获得了更大的收益。(2)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,如将秸 秆用作饲料喂牲畜,可获得肉、蛋、奶等,实现对能量的多级利用,从而大大提高能 量的利用率。(3)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,如合理确定草场载畜量。时间 空间 间作套种 多层育苗 空间和资源 能量流动关系 持续高效 √ √ 互动探究在社会主义新农村建设中,某地通过新建沼气池和植树造林,构建了新型农业生态系 统(如图所示)。据图思考讨论:(1)人们在研究能量流动时,将秸秆作为牲畜饲料,粪便进入沼气池,生产燃料。 此过程提高能量的传递效率了吗?(2)在上述生态系统中,人们为提高农作物的产量,要经常到田间除草、灭虫、灭 鼠。这样做的目的是什么?提示:(1)没有。此过程提高了能量的利用率,即人类充分利用了流向分解者的能 量,实现了对能量的多级利用,减少了环境污染;但没有提高能量在不同营养级之间 的传递效率。(2)合理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。典题评析[例3] 茶树菇味道鲜美,常生长在油茶树枯朽的树桩上。某林场尝试在树下套种茶 树菇,并用桐树、柳树、杨树脱落的枝叶制作培养基。下列相关叙述正确的是 ( )A. 油茶树枯朽树桩中的能量不属于油茶树的同化量B. 生长在油茶树树桩上的茶树菇属于生态系统中的分解者C. 套种措施可以提高树木和茶树菇对阳光等资源的利用率D. 该林场提高了能量的传递效率,实现了能量的多级利用解析:油茶树枯朽树桩中的能量属于油茶树的同化量中流向分解者的部分,A错误; 茶树菇属于分解者,不能直接利用阳光,B正确,C错误;该林场的做法实现了能量 的多级利用,提高了能量的利用率而不是传递效率,D错误。BA. 保持生态平衡B. 保持生物群落的单一性C. 调整能量在生态系统中流动的方向D. 使物质能够尽快地循环流动解析:稻田中农民要拔掉稗草,鱼塘中要不断清除肉食性的黑鱼,用生态学观 点看,这是为了调整能量流动的方向,使能量持续高效地流向对人类最有益的 部分,C正确。CA. “ →桑”不能代表能量流动B. 模式图中不应有“ →池塘”的箭头C. 图中的鱼是次级消费者D. 该生态农业提高了能量的利用率解析:图中“ →桑”代表该生态系统能量的输入,A错误;该池塘水体中还有其他的 生物为生产者,模式图中应有“ →池塘”的箭头,B错误;图中显示鱼以蚕粪为食, 是分解者,C错误;该生态农业实现了能量的多级利用,提高了能量的利用率,D正 确。D课堂小结课堂记要: 第*页课堂强研习 合作学习 精研重难课堂小测试 诊断学习效果A. 调查生物群落内各物种之间的取食与被取食关系,可构建食物链B. 整合调查所得的全部食物链,可构建营养关系更为复杂的食物网C. 归类各食物链中处于相同环节的所有物种,可构建相应的营养级D. 测算主要食物链各环节的能量值,可构建生态系统的能量金字塔解析:生物群落中各物种间通过捕食关系建立食物链,A正确;错综复杂的食物链构 成食物网,B正确;营养级是指物种在食物链中的位置[或营养级是食物链(网)中一 个环节的所有生物的总和],C正确;测算全部食物链各环节的能量值,可构建生态系 统的能量金字塔,D错误。D12345A. 生态金字塔显示了各营养级之间的数量关系B. 生态金字塔中每个营养级的生物均属于同一食物链C. 生态金字塔中的营养级均按其所占的数值大小依次排列D. 生态金字塔可分别以个体数量、生产量和能量为指标绘制解析:生态金字塔显示了各营养级之间的某种数量关系,可采用生物量单位、能量单 位和个体数量单位,故可分别以个体数量、生物量和能量为指标绘制,并非生产量, A正确,D错误;生态金字塔中每个营养级的生物均属于食物网的同一营养级,不属 于同一条食物链,B错误;生态金字塔通常都是下宽上窄的正金字塔图形,但也有倒 金字塔的,如英吉利海峡的浮游植物与浮游动物和底栖动物的生物量金字塔,故生态 金字塔中的营养级并非均按其所占的数值大小依次排列,C错误。A12345A. 该食物网中的生物与无机环境共同构成一个生态系统B. 幽蚊幼虫呼吸作用消耗的能量为827 J·m-2·a-1C. 该食物网中第一到第二营养级的能量传递效率为25%D. 浮游植物能量多的原因是其将太阳能转化为化学能的效率高C12345解析:该食物网中的生物只含有生产者和消费者,没有分解者,所以不能与无机环境 共同构成一个生态系统,A错误;幽蚊幼虫同化的能量为840 J·m-2·a-1,其同化量的 去向包括呼吸作用消耗、流向下一营养级(13 J·m-2·a-1)、分解者利用、未利用, 因此幽蚊幼虫呼吸作用消耗的能量应该小于827 J·m-2·a-1,B错误;该食物网中第一 到第二营养级的能量传递效率=(3 780+4 200)÷31 920=25%,C正确;食物网中 能量流动是单向传递、逐级递减的,浮游植物能量多的原因是其处于第一营养级,而 其他营养级的能量归根结底都来自第一营养级,D错误。12345A. 流经阳澄湖该养殖区域的总能量为( a +2) kJB. 大闸蟹到次级消费者的能量传递效率为( e +5)/( b +2)×100%C. 图中 d 代表大闸蟹同化的能量D. d 中的能量有一部分会通过次级消费者的食物残渣流向分解者D12345解析:流经阳澄湖该养殖区域的总能量为植物固定太阳能 a 与输入的有机物中的能量 之和,即 a +2+5=( a +7)kJ,A错误;大闸蟹(初级消费者)到次级消费者的能 量传递效率为同化量之比,但次级消费者的同化量无法计算,B错误;图中 d 代表大 闸蟹用于生长、发育和繁殖的能量,C错误;次级消费者食物残渣中的能量属于 d 中 的能量,D正确。123455. (2021·全国甲卷高考真题)捕食是一种生物以另一种生物为食的现象,能量在生 态系统中是沿食物链流动的。回答下列问题:(1)在自然界中,捕食者一般不会将所有的猎物都吃掉,这一现象对捕食者的意义 是 (答出1点即可)。(2)青草→羊→狼是一条食物链。根据林德曼对能量流动研究的成果分析,这条食 物链上能量流动的特点是 。避免自己没有食物,无法生存下去 单向流动,逐级递减 (3)森林、草原、湖泊、海洋等生态系统是常见的生态系统,林德曼关于生态系统 能量流动特点的研究成果是以 生态系统为研究对象得出的。(赛达伯格湖)湖泊 12345解析:(1)在自然界中,捕食者一般不会将所有的猎物都吃掉,捕食者所吃掉的大 多是被捕食者中年老、病弱或年幼的个体,客观上起到了促进种群发展的作用,对捕 食者而言,不会导致没有猎物可以捕食而饿死,无法生存下去。(2)能量在生态系 统中是沿食物链流动的,能量流动是单向的,不可逆转,也不能循环流动,在流动过 程中逐级递减,能量传递效率一般在10%~20%。(3)林德曼关于生态系统能量流 动特点的研究成果是对一个结构相对简单的天然湖泊——赛达伯格湖的能量流动进行 了定量分析,最终得出能量流动特点。12345 展开更多...... 收起↑ 资源预览