资源简介 (共56张PPT)第2节 生态系统的能量流动第3章 生态系统及其稳定性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?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教援 策略1:先吃鸡,再吃玉米。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。1.问题探讨《鲁滨逊漂流记》由丹尼尔笛福59岁时所著,是一部现实主义回忆录式冒险小说,也是一部流传很广,影响很大的文学名著,它表现了强烈的资产阶级进取精神和启蒙意识,小说分三部分,第一部分写鲁滨逊初出茅庐,最初三次航海的经过及其在巴西经营种植园的情况,第二部分详细描述了主人公流落荒岛,独居28年的种种情景,第三部分简要交代了鲁滨逊回国后的命运及这个海岛未来的发展趋向,作者用生动逼真的细节把虚构的情景写得使人如同身临其境,具有强烈的真实感,这本小说被认为是第一本用英文以日记形式写成的小说,享有英国第一部现实主义长篇小说的头衔。一、能量流动的概念生态系统中能量的_______、_______、_______和_______的过程,称为生态系统的能量流动。输入传递转化散失生产者消费者分解者非生物的物质和能量捕食粪便、遗体光合作用或化能合成作用呼吸作用 呼吸作用枯枝败叶,残骸分解作用一切生命活动都伴随着能量的变化。没有能量的输入,也就没有生命和生态系统。能量作为动力,使物质能够不断地在生物群落和非生物环境之间循环往返。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能很好地避免以个体和种群为研究对象带来的不足,提高结果的准确性。二、研究能量流动的基本思路1.输入:(1)生态系统的能量来源:生产者的能量来源(最终源头):________________各级消费者的能量来源:______________________(2)能量输入的主要方式:(3)流经生态系统的总量:__________________________太阳能生产者通过光合作用将光能转化成为化学能,固定在它们所制造的有机物中(其次还有化能合成作用)生产者固定的太阳能总量若为人工生态系统,流经生态系统的总能量除生产者固定的太阳能总量,还有人为补充的能量(例如饲料中有机物中的能量)上一营养级同化的能量什么是生态系统的能量流动?2.传递:(1)能量传递的途径(渠道):_____________________(2)能量传递的形式:___________________________食物链和食物网有机物中的化学能3.转化:_______________________________________太阳能→有机物中的化学能→热能4.散失:(1)散失形式:________________(2)散失途径:________________________热能呼吸作用(和分解作用)什么是生态系统的能量流动能量是如何输入第一营养级的?(以草为例)1.生态系统能量的最终来源是什么?太阳能2.能量流动从哪开始(起点)?生产者固定太阳能3.能量是如何输入生态系统第一营养级的?生产者的光合作用1%以可见光形式被生产者通过光合作用固定照射在草地上的太阳能都能被小草吸收吗?不能每天输送到地球的太阳能都能照射在生产者身上吗?三、 能量流动的过程1.第一营养级能量流动过程现在我们以“草”为例,研究第一营养级的能量流动过程。『问题1』草的能量从哪里来?(来源)『问题2』草的能量又会流向哪里?(去路)『食物链代表营养级』草 兔 狐呼吸作用三、能量流动的过程1.第一营养级能量流动过程光合作用遗体残骸太阳能草固定量生长、发育和繁殖热能分解者兔子捕食可供生产者利用的太阳能用于生长发育和繁殖初级消费者摄入呼吸作用散失遗体残骸生产者光合作用固定的呼 吸作 用...分解者利用散失『食物链代表营养级』草 兔 狐三、能量流动的过程2.第二营养级能量流动过程『问题3』当能量流入兔子体内后,会有哪些去路呢?粪便兔子摄入生长、发育和繁殖热能捕食狐狸呼吸作用分解者遗体兔子同化『食物链代表营养级』草 兔 狐消费者同化的能量自身呼吸作用以热能散失用于自身生长、发育、繁殖遗体被分解者分解被下一营养级摄入①②③被下一营养级同化粪便(上一营养级的能量)能量在第二营养级中的变化(定量不定时)1.各营养级流入分解者的能量除包括各营养级的遗体、残落物中的能量外,还应包括被下一个营养级摄入后产生的粪便中的能量。2.尿液中的能量不同于粪便中的能量,尿液中的能量应该归于该营养级的能量,是该营养级所同化的能量中的一部分。『食物链代表营养级』草 兔 狐同化作用又叫合成代谢,是指生物体把从外界环境中获取的营养物质转变成自身物质,并且储存能量的过程。(非己→自己)同化作用1异化作用2异化作用又叫分解代谢,是指生物体把自身的一部分组成物质加以分解,释放出其中的能量,供给生命活动的过程。(自己→非己)1.请写出摄入量和同化量之间的关系同化量 = 摄入量 - 粪便量2.输入初级消费者的能量是哪部分?初级消费者粪便中的能量属于哪个营养级?初级消费者同化的能量3.输入初级消费者的能量的去路有哪些?一部分流入下一个营养级;一部分被分解者分解利用;一部分通过呼吸作用以热能形式散失。活动1分析能量流经第二营养级的过程初级消费者摄入用于生长发育和繁殖次级消费者摄入呼吸作用散失初级消费者同化分解者利用粪便呼吸作用散失...遗体残骸属于上一营养级的同化量属于上一营养级的同化量4.完成能量流经第二营养级的模型。初级消费者摄入用于生长发育和繁殖次级消费者摄入呼吸作用散失初级消费者同化分解者利用粪便呼吸作用散失...遗体残骸属于上一营养级的同化量呼吸作用分解者流入下一营养级上一营养级初级消费者同化『食物链代表营养级』草 兔 狐初级消费者摄入初级消费者同化用于生长、发育和繁殖次级消费者摄入……分解者利用呼吸作用热能散失粪便呼吸作用散失①同化量=摄入量-粪便量②输入某营养级的总能量是指该营养级同化的能量,粪便中的能量不属于该营养级同化的能量,粪便量是上一营养级同化的能量。③初级消费者同化的能量=呼吸消耗的能量+用于生长、发育和繁殖的能量④生长、发育和繁殖的能量=分解者利用的能量+下一营养级同化的能量;⑤最高营养级的能量去向:呼吸作用散失;分解者利用遗体残骸三、能量流动的过程ABCDEFG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.输入该生态系统的总能量是什么?输入的总能量是生产者固定的太阳能。99%散失1%固定活动1分析能量流经第二营养级的过程生产者(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 者呼吸作用2.生态系统中能量传递的形式和渠道分别是什么?传递的形式是有机物,渠道是食物链和食物网。活动1分析能量流经第二营养级的过程生产者(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 者呼吸作用3.生态系统能量流动过程中能量是怎么转化的?转化过程是由太阳能 →有机物中化学能→热能。活动1分析能量流经第二营养级的过程生产者(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 者呼吸作用4.生态系统中能量散失的途径和形式分别是什么?散失的途径是呼吸作用,形式是热能。活动1分析能量流经第二营养级的过程生产者绿色植物初级消费者次级消费者三级消费者植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,以热能形式散失生态系统能量流动示意图同化量(流入量)同化量(流入量)同化量(流入量)包括第二营养级的粪便量能量流动的过程四、能量流动的特点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为了研究能量流经生态系统的食物链时,每一级的能量变化和能量转移效率,美国生态学家林德曼(R.L.Lindeman,1915-1942)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。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内,是一个高原湖泊,面积约5×105 m2。林德曼用定量的方式研究了群落中各营养级之间的能量关系,提出了“林德曼定律”,标志着生态学开始从定性走向定量。林德曼四、能量流动的特点赛达伯格湖的能量流动活动3分析赛达伯格湖的能量流动图中数字为能量数值,单位是J/(cm2.a)(焦每平方厘米年)。图中“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。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464.662.812.613.5%20%62.896.312.529312.618.82.129.37.5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%活动3分析赛达伯格湖的能量流动= + + +1. 将图中的数据用表格的形式进行整理。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)指因时间限制,能利用而暂未被利用的能量。2.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;③一部分未被利用活动3分析赛达伯格湖的能量流动『食物链代表营养级』生产者 植食性动物 肉食性动物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某营养级的能量某段时间内(定量定时分析)的能量去向1某营养级的能量最终(定量不定时分析)去向2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某营养级同化量能量流动的特点:1.单向流动(不循环)2.逐级递减能量传递效率:在相邻两个营养级 之间一般是10%--20%营养级数量:一般不超过5个营养级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。四、能量流动的特点1.判断下列说法是否正确。随堂练习In-class practice(1)一只狼捕食了一只兔子,意味着这只兔子中约有10%~20% 的能量流入狼的体内。( )×(2)相邻两个营养级的能量传递效率一定是10%~20%。( )不是的。相邻两个营养级的能量传递效率一般是10%~20%,这个数值是林德曼根据赛达伯格湖统计出来的,并不适用于所有的生态系统。具体到某相邻两个营养级的能量传递效率,则可能会小于10%或大于20%。不是的。能量的传递效率指的是相邻两个营养级之间能量的传递效率,约为 10%~20% 。两个个体的能量传递效率可能高于20%或低于10%。×思考2.从能量流动的角度分析肉类食品的价格一般比小白菜价格高的原因?蔬菜一般属于生产者范畴,而肉属于消费者范畴,由于能量传递的效率只有10%~20%,也就是说要得到1千克的肉至少要消耗5千克的植物,所以相同重量的肉比蔬菜贵。问题探讨策略1:先吃鸡,再吃玉米。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。鸡玉米人鸡人玉米采用策略1人获得的能量更多,可以维持更长的时间。 先吃鸡随堂练习In-class practice2.在此食物网中共有________条食物链,猫头鹰占有________个营养级。如果猫头鹰的体重每增加1kg,则至少需要草________kg,最多需要草___________kg。猫头鹰食虫鸟蛇蟾蜍蜘蛛食草昆虫吃草籽的鸟兔鼠草8425100000选______的食物链选______传递效率_____选______传递效率_____获得最多获得最少选______的食物链最短最长20%10%生产者消耗最少消耗最多消费者最大最小生产者464.6植食性动物62.8肉食性动物12.6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12.6五、 生态金字塔(一)生态金字塔概念:如果将生态系统各营养级间的关系,由低到高绘制成图,通常呈现一个金字塔图形,称为生态金字塔。(二)生态金字塔类型:生态金字塔能量金字塔数量金字塔生物量金字塔五、 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能量金字塔1、概念: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。2、意义:直观的反映出生态系统各营养级间能量的关系。3、特点:自然生态系统通常都是上窄下宽的正金字塔形。原因:能量在流动中总是逐级递减的。五、 生态金字塔2、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。生物量金字塔1、概念:用表示能量金字塔中的方法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。3、特点:大多也是上窄下宽的正金字塔形,但是也有可能倒置。在水域生态系统中,生产者(浮游植物)个体小,寿命短,又会不断地被浮游动物吃掉,因此,某一时刻调查浮游植物的生物量会低于浮游动物的生物量。此时的生物量金字塔也就成了上宽下窄了。五、 生态金字塔数量金字塔1、概念:用表示能量金字塔的方法表示各个营养级的生物个体的数目比值关系,即为数量金字塔。2、意义:表明每个营养级中生物个体的数量。3、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的金字塔形。营养级第二营养级第一营养级个体数量昆虫树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。五、 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,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六、 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。卷心菜种植园,间作辣椒冬小麦与辣椒套种。冬小麦收割后,辣椒开始进入旺盛期生长模式。六、 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。蔬菜大棚的多层育苗稻—萍—蛙六、 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。蔬菜大棚的多层育苗稻—萍—蛙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: 如果把作物秸秆当燃料烧掉,人类就不能充分利用秸秆中的能量。如果将秸秆用作饲料喂牲畜,可获得肉、蛋、奶等;用牲畜的粪便生产沼气,沼气池中的沼渣还可以作为肥料还田(生态农业:桑基鱼塘、沼气工程)。这样就实现了对能量的多级利用,从而大大提高能量的利用率。用秸秆作饲料粪便制作沼气六、研究能量流动的实践意义2.研究生态系统的能量流动,可以帮助人们科学地规划和设计人工生态系统,使能量得到最有效的利用。六、 研究能量流动的实践意义饲料稻谷人类秸杆粪一级利用牛太阳能二级利用焚烧水稻食用菌二级利用菌渣猪、羊三级利用沼气池粪三级利用六、研究能量流动的实践意义『问题7』是否有将害虫与杂草中能量通过一定方式,被人类利用呢?水稻太阳能杂草害虫益虫人鸭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。例如,合理确定草场的载畜量,稻田除草、除虫等。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。六、研究能量流动的实践意义 P581.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。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。探究·实践 调查当地某生态系统中的能量流动情况以稻田生态系统为例。组成成分:非生物的物质和能量;生产者,包括水稻、杂草、浮游植物等;消费者,包括蜘蛛、田螺、鱼(如泥鳅、黄鳝)、青蛙、浮游动物、昆虫、鸟类等;分解者,包括多种微生物。1.生产者主体是水稻,其他生产者有杂草、浮游植物等。农民主要通过 的方式抑制杂草的生长。2.初级消费者有田螺、浮游动物、植食性的昆虫和鸟等。一般而言,植食性的昆虫和鸟等对水稻生长构成危害,田螺数量较多时也会对水稻生长构成危害。农民采取 等措施防止或减少这些动物的危害。六、研究能量流动的实践意义喷洒农药、竖稻草人喷洒除草剂或人工除草3.次级消费者有肉食性鱼、青蛙和蜘蛛等。一般而言,这些消费者对水稻生长的利大于害。农民通过 等措施,实现生态农业的目标。4.农民对秸秆的传统处理方式有焚烧或填埋等;现代农业生态工程提出了综合利用思想。例如,秸秆可作为多种工业原材料,还可以用来生产沼气,以充分利用其中的能量。5.主要通过 的方法提高作物的光能利用效率。6.通过稻田养鱼等措施,实现立体化生态农业;通过建造沼气池,实现能量的多级利用。探究·实践 调查当地某生态系统中的能量流动情况六、研究能量流动的实践意义合理密植禁捕,或适量放养1926年,美国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10000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2675 kg。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1.6×104 kJ能量。4.在整个生长季节,入射到这块玉米田的太阳能总量为8.5×109kJ。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?葡萄糖为:(180×2675)/(12×6)=6687.5kg储存的能量为:6687.5×1.6×104 =1.07×108KJ思维训练 分析和处理数据这些玉米呼吸作用消耗的能量:2045×1.6×104KJ=3.272×107 KJ1926年,美国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10000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2675 kg。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1.6×104 kJ能量。4.在整个生长季节,入射到这块玉米田的太阳能总量为8.5×109kJ。请根据以上数据计算:②这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少?思维训练 分析和处理数据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?这些玉米固定的太阳能总量是:1.07×108+3.272×107=1.3972×108呼吸消耗能量占固定太阳能的比例为: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?利用效率=1.3972×108/8.5×109=1.64%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来指导生活和生产实践呢?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 ( )√×√练习与应用一、概念检测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<b+c D.c=a+bCB练习与应用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利用?为什么?二、拓展应用图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、充分利用,提高了能量的利用率。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?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。生活在水中的硅藻,它们能利用溶解在水中的硅化物制造自己绚丽精致的外壳,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?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。 展开更多...... 收起↑ 资源预览