【高中生物】2023-2024学年苏教版选择性必修二 生态系统的能量流动 课件

第2节生态系统的能量流动目标素养1.运用模型法和定量分析法,通过分析生态系统的能量流动过程,建立生命系统的物质与能量观。2.分析营养级间的能量流动和赛达伯格湖的能量流动,归纳概括能量流动的特点;能用生态金字塔表示生态系统中各营养级间的能量、生物量或数量等关系,培养科学思维能力。3.通过归纳概括研究能量流动的实践意义,学以致用,关注和解决生产和生活中的实际问题。知识概览一、能量流动的过程1.概念生态系统中

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。

2.能量流经第一营养级的过程(1)输入:生产者通过

光合作用

把太阳能转化成化学能,固定在它们所制造的有机物中。

(2)能量去向:①在生产者的呼吸作用中以

热能

的形式散失。

②用于生产者的生长、发育和繁殖等生命活动,储存在植物体的有机物中。a.随着残枝败叶等被

分解者

分解而释放出来。

b.被初级消费者摄入体内,流入

第二

营养级。

3.能量流经第二营养级的过程(1)输入:通过

摄食生产者

而获得。

(2)能量去向:①在初级消费者的

呼吸作用

中以

热能

的形式散失。②用于初级消费者的生长、发育和繁殖等生命活动。a.以遗体残骸的形式被

分解者

利用。

b.被

次级消费者

捕食,流入第三营养级。

4.能量流动过程图解

(1)补充图中标号代表的内容。甲:

生产者

;乙:

初级消费者

;丙:

次级消费者

;丁:

呼吸作用

;戊:

分解者

。(2)据图总结流入每一营养级的能量的最终去向。①通过自身呼吸作用以

热能

的形式散失。

②被

下一营养级

同化。

③被

分解者

分解利用。

微思考1草原上的生产者主要是草,几乎全部动物都直接或间接以草为生,那么草的能量来自哪里?它的能量又是通过什么途径传递给其他动物的?提示:草的能量来自太阳能。草中的能量通过食物链或食物网传递给其他动物。微判断11.生态系统的能量流动指能量的输入和散失过程。(

)2.散失的热能不能被生产者固定再次进入生态系统。(

)3.流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能。(

)4.初级消费者粪便中的能量属于生产者同化的能量。(

)5.初级消费者摄入的能量全部转化为自身的能量,储存在有机物中。(

)×√×√×微训练1下列关于能量流动的叙述,错误的是(

)A.各营养级同化的能量一般都会分为两部分流向分解者B.各营养级呼吸作用散失的能量都不能被其他生物所同化C.消费者粪便中的能量应属于上一营养级同化的能量D.每种肉食性动物同化的能量都来自不同营养级答案:D解析:各营养级同化的能量中流向分解者的能量常分为两部分,即一部分是遗体、残骸中的能量,另一部分是被下一营养级摄入后形成的粪便中的能量,A项正确。各营养级呼吸作用释放的能量一部分用于满足自身生命活动的需要,一部分以热能的形式散失,其中散失的能量不能被其他生物同化利用,B项正确。消费者粪便中的能量由于没有被消费者同化,所以应属于上一营养级同化的能量,C项正确。在特定的生态系统中,部分肉食性动物同化的能量可能只来源于同一个营养级,D项错误。二、能量流动的特点1.特点(1)单向流动。生态系统中能量流动是单向的。在生态系统中,能量流动只能从第一营养级流向第二营养级,再依次流向后面的各个营养级,不可逆转,也不能循环流动。(2)逐级递减:①能量在沿食物链流动的过程中是

逐级减少

的。

②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

。因此,生态系统中的能量流动一般不超过

5

个营养级。

2.能量传递效率能量在相邻两个营养级间的传递效率是

10%~20%。3.能量的输入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。微思考2用能量流动的原理,解释谚语“一山不容二虎”。提示:根据生态系统中能量流动逐级递减的特点可知,营养级越高,可利用的能量就越少;虎在生态系统中几乎是最高营养级,通过食物链(网)输入虎的能量很少,因此,虎的数量很少。微点拨

能量传递效率是营养级之间的关系,不是个体或种群之间的关系,也不是个别食物链之间的关系。微判断21.生态系统的能量流动是逐级递减的,原因是一个营养级同化的能量只有一部分流入下一个营养级。(

)2.生态系统的能量流动是单向的,原因是一个营养级通过呼吸作用散失的能量不能被生产者再同化,以及捕食关系是不可逆的。(

)3.相邻两个营养级的能量传递效率不会小于10%,也不会大于20%。(

)4.在“植物→鼠→鹰”这条食物链中,第三营养级含能量最少。(

)√√×√三、生态金字塔1.能量金字塔(1)概念:如果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的次序排列,可形成一个金字塔图形,叫作能量金字塔。(2)特点:通常是上窄下宽的金字塔形。2.生物量金字塔(1)概念:如果用上述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,就形成生物量金字塔。(2)特点:大多是上窄下宽的金字塔形。3.数量金字塔(1)概念:如果用上述方法表示各个营养级的生物个体的数目比值关系,就形成数量金字塔。(2)特点:如果消费者个体小而生产者个体大,那么数量金字塔就会呈现上宽下窄倒置的金字塔形。微思考3某同学认为“某种生物只能在能量金字塔的某一层中”,你认为这种观点对吗?为什么?提示:不对。能量金字塔中每一层代表的是不同营养级生物所含有的总能量,在食物网中一种生物可能占据多个营养级。微训练2下列关于生态系统中能量流动的叙述,错误的是(

)A.能量流动是单向的、不循环的B.食物链越短,处于最高营养级的生物获得的能量越多C.营养级越多,散失的能量越多D.初级消费者越多,次级消费者获得的能量越少答案:D解析:一般情况下,初级消费者越多,次级消费者获得的能量越多。四、研究能量流动的实践意义1.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。

2.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

。

一

能量流动的过程问题探究下图表示能量流经第二营养级的示意图。请据图回答下列问题。1.初级消费者摄入的能量是其同化量吗?它们之间存在什么关系?提示:初级消费者摄入的能量不等于其同化量,它们之间的关系是同化量=摄入量-粪便量。2.初级消费者同化的能量有几个去向?初级消费者粪便中的能量属于哪个营养级同化的能量?次级消费者粪便中的能量呢?提示:3个,分别是自身呼吸作用散失、被分解者利用和流入下一个营养级(或2个,分别是自身呼吸作用散失和用于生长、发育和繁殖)。初级消费者粪便中的能量属于第一营养级同化的能量,次级消费者粪便中的能量属于第二营养级同化的能量。3.生态系统中能量流动的渠道是什么?流入生物群落的能量,最终通过什么途径离开生物群落?提示:食物链和食物网。通过生物(各个营养级和分解者)的呼吸作用以热能形式散失。归纳总结1.能量流动的概念理解2.能量在营养级之间流动的过程(1)能量在第一营养级内部流动图解。(2)能量在第二营养级流动图解。

(3)能量在第三营养级及第三营养级以上流动的分析:除最高营养级无流入下一营养级途径外,其他与第二营养级流动过程类似。3.每一营养级能量去向的分析流入某一营养级的能量去向可从以下两个角度分析。规律总结(1)生产者的同化量就是生产者通过光合作用固定的太阳能总量。

(2)消费者摄入的能量(a)=消费者同化的能量(b)+粪便中的能量(c),即动物粪便中的能量不属于该营养级同化的能量,应为上一个营养级固定或同化的能量。

(3)初级消费者同化的能量(b)=呼吸作用消耗的能量(d)+用于自身生长、发育和繁殖的能量(e)。(4)用于生长、发育和繁殖的能量(e)=分解者利用的能量(f)+下一营养级同化的能量(i)+未被利用的能量(j)。

(5)流入一个营养级的能量是指被这个营养级的生物所同化的全部能量。典例剖析【例1】下图为某人工鱼塘中部分能量流动图解,①②③④⑤各代表一定的能量值,下列叙述正确的是(

)A.在人工饲养的高密度鱼塘生态系统中,⑤表示流经该生态系统的总能量B.图中④包含了次级消费者粪便中的能量C.在食物链中各营养级能量输入的方式和形式是完全相同的D.第三营养级到第四营养级的能量传递效率为③/②×100%答案:D解析:在人工鱼塘生态系统中,流经该生态系统的总能量包括⑤和人工投放的饵料中的能量,A项错误。粪便中的能量属于上一个营养级,所以④不包含次级消费者粪便中的能量,B项错误。在食物链中各营养级能量输入的方式和形式不完全相同,C项错误。能量传递效率=,所以第三营养级到第四营养级的能量传递效率为③/②×100%,D项正确。学以致用1.下图表示初级消费者能量流动的部分过程,括号中的字母表示能量,初级消费者通过呼吸作用散失的能量为b。下列相关说法正确的是(

)A.应在B处加上标有细胞呼吸的箭头B.初级消费者同化的能量为n-aC.次级消费者摄入的能量为n-a-bD.B为初级消费者同化的总能量答案:B解析:图中A表示初级消费者同化的能量,B表示用于生长、发育和繁殖等生命活动所需的能量,应在A处加上标有细胞呼吸的箭头。初级消费者同化的能量为n-a。B处能量为n-a-b,其中部分能量被分解者分解利用,部分能量储存在初级消费者体内未被利用,还有部分能量流入下一营养级,因此,次级消费者摄入的能量小于n-a-b。二

能量流动的特点及实践意义

问题探究分析下图食物网,进行相关计算。1.流入某个营养级的能量,为什么不能百分之百地流向下一个营养级?提示:各营养级生物体内大部分能量被呼吸作用消耗;其次是上个营养级的部分能量未被下一个营养级利用;还有少数能量被分解者利用。2.如果A增重1kg,C最多增重多少千克?最少增重多少千克?提示:①C增重最多,按最短食物链、最高传递效率计算:1×20%×20%=1/25(kg)。②C增重最少,按最长食物链、最低传递效率计算:1×10%×10%×10%×10%=1/10

000(kg)。3.如果C增重1kg,至少需消耗A多少千克?最多需消耗A多少千克?提示:①消耗A最少,按最短食物链、最高传递效率计算:1÷20%÷20%=25(kg)。②消耗A最多,按最长食物链、最低传递效率计算:1÷10%÷10%÷10%÷10%=10

000(kg)。4.具有人工能量输入的能量传递效率如何计算?提示:人工输入某一营养级的能量是该营养级同化量的一部分,但却不是从上一营养级流入的能量。如求第二营养级到第三营养级传递效率时,应为第三营养级从第二营养级同化的能量(不包括人工输入第三营养级的能量)/第二营养级的同化量(包括人工输入第二营养级的能量)×100%。归纳总结1.能量流动的特点及原因分析(1)单向流动的原因。①能量流动是沿食物链进行的,各营养级的顺序是不可逆转的。②各营养级通过呼吸作用产生的热能不能被生物群落重复利用,因此能量流动无法循环。(2)逐级递减的原因。①各营养级的生物都会因呼吸作用而消耗大部分的能量,其中大部分以热能的形式散失,无法再被利用。②各营养级的能量都会有一部分流入分解者。③各营养级的能量中有一部分未被下一营养级生物利用。2.生态金字塔的类型及特点

比较项目能量金字塔数量金字塔生物量金字塔每一阶含义每一营养级生物所含能量的多少每一营养级生物个体的数目每一营养级生物有机物的总干重象征含义能量沿食物链流动的过程中具有逐级递减的特性通常,生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减通常,生物量(现存有机物的总干重)随营养级升高而逐级递减比较项目能量金字塔数量金字塔生物量金字塔特殊形状—成千上万只昆虫生活在一株大树上时,该数量金字塔会呈现上宽下窄倒置的金字塔形

浮游植物的个体小,寿命短,又不断被浮游动物吃掉,所以某一时间浮游植物的生物量可能低于浮游动物的生物量,该生物量金字塔呈上宽下窄倒置的金字塔形3.能量流动的相关计算(1)能量的传递以营养级为单位。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。如对于食物网,由第一营养级到第二营养级的能量传递效率是指B和C同化的总能量占A同化的总能量的比例。(2)能量传递效率的相关“最值”计算。①食物链越短,最高营养级获得的能量越多。②生物间的取食关系越简单,生态系统的能量流动过程中消耗的能量越少。具体计算方法如下表所示。知低营养级求高营养级知高营养级求低营养级获得能量最多选最短食物链,按×20%计算需最多能量选最长食物链,按÷10%计算获得能量最少选最长食物链,按×10%计算需最少能量选最短食物链,按÷20%计算(3)能量传递效率的有关“定值”计算。①已确定营养级间能量传递效率的,不能按“最值”法计算,而需按具体数值计算。例如,在食物链A→B→C→D中,能量传递效率分别为a%、b%、c%,若A的能量为M,则D获得的能量为M×a%×b%×c%。②如果是在食物网中,某一营养级同时从上一营养级的多种生物获得能量,且各途径所获得的能量比例确定,则应按照各单独的食物链进行计算后合并。典例剖析【例2】

下图为生态系统中能量流动图解部分示意图,①②③④各代表一定的能量值。下列叙述错误的是(

)A.生态系统中能量流动具有单向性主要是因为食物链中生物之间吃与被吃的关系不可逆转B.一般情况下,能量在相邻的两个营养级之间的传递效率是10%~20%C.①表示流经此生态系统的总能量D.从能量关系看②>③+④答案:C解析:流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能,即流入生产者的总能量,①表示初级消费者的同化量。学以致用2.下图表示某生态系统食物网的图解,猫头鹰体重增加1kg,至少需要消耗A为(

)A.100kg

B.44.5kgC.25kg D.15kg答案:C解析:图中共含有3条食物链,而题中所求为至少需要消耗的A,根据能量流动规律分析可知,食物链越短损耗越少,且能量传递效率应按20%计算,题图中食物链A→B→猫头鹰最短,所以至少需要消耗A为1÷20%÷20%=25(kg)。

3.下列四种现象中,不适宜用生态系统中能量流动规律进行合理分析的是(

)A.虎等大型肉食性动物容易成为濒危物种B.蓝细菌易在富营养化水体中大量繁殖C.饲养牛、羊等动物,成本低、产量高D.巨大的蓝鲸以微小的浮游动物为食答案:B解析:虎在生态系统中几乎是最高营养级,获取的能量少,容易成为濒危物种,A项不符合题意。在富营养化的水体中,N、P含量高,蓝细菌会大量繁殖,这没有体现出食物链,所以不适宜用能量流动规律来分析,B项符合题意。牛、羊属于初级消费者,直接从生产者获取食物,获得的能量多,因此成本低,C项不符合题意。D项能体现出食物链,能用能量流动规律来解释,D项不符合题意。1.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(

)A.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的流动方向D.使物质能够尽快地循环流动答案:C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。2.下图为某生态系统中能量传递示意图(单位:kJ)。下列叙述错误的是(

)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1250kJB.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答案:C解析: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,即175+200+875=1

250(kJ),A项正确。从乙到丙的能量传递效率为(30/200)×100%=15%,B项正确。将乙和丙的粪便作为有机肥还田,为植物的生长提供了无机盐等物质,但不能提高能量传递效率,C项错误。食物链的营养关系都是高营养级捕食低营养级,是不可逆的,这决定了能量流动的单向性,D项正确。3.生态学中常以金字塔形象地说明营养级与能量、生物个体数量、生物量之间的关系,是定量研究生态系统的直观体现。生态金字塔有能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔三种类型。下列有关叙述正确的是(

)A.该金字塔可表示树林中树(①)、害虫(②)和食虫鸟(③)之间的个体数量关系B.如果图示表示能量金字塔,则能量的流动方向只能是③→②→①C.该金字塔可表示浮游植物(①)和浮游动物(②)的生物量之间的关系D.在城市生态系统中该金字塔中的①表示生产者固定的太阳能答案:C解析:树林中害虫的个体数量比树、食虫鸟的多,其数量金字塔不符合题图所示金字塔,A项错误。营养级越高,含有的能量越少,如果题图表示能量金字塔,则能量的流动方向只能是①→②→③,B项错误。生物量金字塔中,营养级越低,含有的生物量越多,浮游植物处于第一营养级,含有的生物量最多,浮游动物处于第二营养级,生物量比第一营养级少,特殊情况下二者可倒置,C项正确。城市生态系统是特殊的人工生态系统,生产者数量少,