3.2生态系统的能量流动+教学课件-高二上学期生物人教版（2019）选择性必修2

第三章第2节生态系统的能量流动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。流落荒岛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？策略1.先吃鸡，再吃玉米。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。流落荒岛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？策略1.先吃鸡，再吃玉米。问题·探讨玉米鸡人玉米鸡人应选择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。写出以上涉及到的食物链/网1第一部分能量流动的概念生态系统中能量的

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的过程。1.能量流动的概念：输入传递转化散失主要通过光合作用（其次还有化能合成作用）（1）输入：①形式：太阳能（主要）②途径：一、能量流动的概念流经生态系统的总能量：一般为生产者固定的太阳能总量食物链和食物网（2）传递：①形式：有机物中的化学能②途径：生态系统中能量的

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的过程。1.能量流动的概念：输入传递转化散失一、能量流动的概念（3）转化：热能有机物中的化学能太阳能光合作用呼吸作用生态系统中能量的

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的过程。1.能量流动的概念：输入传递转化散失一、能量流动的概念呼吸作用（4）散失：①形式：热能②途径：生态系统中能量的

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的过程。1.能量流动的概念：输入传递转化散失一、能量流动的概念能量输入种群能量储存能量散失能量输入某营养级能量储存能量散失2.科学方法：研究能量流动的基本思路能量流经一个种群的情况可以图示如下：能量输入个体1个体2个体3……储存在体内的能量呼吸作用散失的能量储存在体内的能量呼吸作用散失的能量储存在体内的能量呼吸作用散失的能量以个体为研究对象，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。如果将这个种群作为一个整体来研究，则左图可以概括成下图形式，从中可以看出分析能量流动的基本思路。如果以种群为研究对象，能量流动的渠道为食物链，可能因为食物网的复杂性而影响结果的准确性。如果将一个营养级的所有种群作为一个整体，那么左图将概括为何种形式呢？可以比较精确地测量每一个营养级能量的输入值和输出值。2第二部分能量流动的过程生产者初级消费者次级消费者第一营养级第二营养级第三营养级二、能量流动的过程（1）植物的能量来源于哪里？（2）照射在植物上的太阳能都被吸收了吗？如何被吸收?（3）植物吸收太阳能后，以何种形式储存？（4）植物中的能量有哪些去向？1.第一营养级的能量流动情况太阳能1%1%光合作用有机物中化学能二、能量流动的过程呼吸消耗分解者分解流入下一营养级草固定能量的去向热能呼吸作用用于自身生长、发育、繁殖二、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+净光合作用也称为：生产者的同化量小草同化了太阳能后,这些能量有哪些去向?呼吸作用以热能形式散失被下一营养级的生物所利用；被分解者所利用；未被利用的能量（最终被分解者分解）。用于生长发育繁殖小结短期来看：能量流出某一营养级的4个（或2个）途径长期来看：能量流出某一营养级有3个(或2个)途径摄入思考1：兔子所吃的草（摄入量），其中全部能量都流入到兔子身上了么？问题3：这些能量之间有何关系？粪便中的能量同化量摄入量＝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：哪些能量转化成了兔子自己的能量？问题2：哪些没有被兔子吸收的？2.第二营养级的能量流动情况兔同化了小草的能量后，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呼吸作用以热能形式散失初级消费者同化初级消费者摄入用于生长、发育、繁殖次级消费者摄入分解者利用未利用二、能量流动的过程2.第二营养级的能量流动情况遗体残骸粪便散失呼吸作用小结短期来看：能量流出某一营养级的4个(或两个)途径呼吸作用以热能形式散失被下一营养级的生物所利用；被分解者所利用；未被利用的能量（最终被分解者分解）。用于生长发育繁殖长期来看：能量流出某一营养级有3个(或两个)途径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流入某一营养级的能量为：该营养级生物所同化的全部能量，而不是摄入量。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二、能量流动的过程能量来源呼吸作用散失太阳能生产者能量去路每个营养级总能量固定的太阳能总量各级消费者上一个营养级生产者：各级消费者：同化总量=摄入量-粪便量流入下一营养级被分解者利用均属于用于自身生长、发育和繁殖的部分利用箭头和文字表示能量的来源和去路，尝试构建该食物链完整的能量流动模型。二、能量流动的过程生态系统中能量的传递是沿食物链和食物网渠道进行的。能量流动的过程——小结

二、能量流动的过程注意：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，还有人工补充的能量（例如饲料中有机物中的化学能）。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。讨论1：生态系统中的能量流动和转化是否遵循能量守恒定律？为什么？讨论2：流经某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。所以，流落荒岛的你是先吃鸡还是先吃玉米呢？为什么？由于每一营养级和分解者都需要呼吸作用以热能的形式散失掉一部分能量，营养级越高，散失的能量越多二、能量流动的过程生态系统中的能量流动思考·讨论输入量＝输出量讨论3：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。先吃鸡，再吃玉米。先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下的蛋，最后吃鸡。3第三部分能量流动的特点RaymondLindeman对能量流动做了定量分析《生态学的营养动态概说》

林德曼（1915-1942）赛达伯格湖优点：小、简单、稳定思考•讨论：分析赛达伯格湖的能量流动深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。三、能量流动的特点分析赛达伯格湖的能量流动思考·讨论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。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。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？三、能量流动的特点能量分析生产者植食性动物肉食性动物分解者输入能量流出能量出入比赛达伯格湖的能量流动数据分析464.662.813.52%62.812.612.620.06%14.6三、能量流动的特点分析赛达伯格湖的能量流动思考·讨论能量传递效率=某一营养级同化量上一营养级同化量×100%能量在相邻两个营养级间的传递效率大约是为10%-20%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。分析赛达伯格湖的能量流动思考·讨论讨论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？三、能量流动的特点讨论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。（1）单向流动：(2)逐级递减：不可逆转，不可循环流动传递效率为10％～20％两个营养级之间逐级递减的原因：自身呼吸消耗、被分解者分解、暂时未被利用。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。1.能量流动的特点及原因三、能量流动的特点原因：①营养级顺序、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。2.能量传递效率的计算三、能量流动的特点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能量传递效率×100%（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A15A125A1125A1625A13125A0.00032A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根据生态系统中能量流动逐级递减的特点和规律，营养级越高，可利用的能量就越少，老虎在生态系统中几乎是最高营养级，通过食物链（网）流经老虎的能量已减到很少的程度。因此，老虎的数量将是很少的。故“一山不容二虎”有一定的生态学道理。思考：为什么说“一山不容二虎”?Ⅱ.最少可使鹰增重____kg。Ⅰ.最多要消耗草______kg。Ⅱ.最少要消耗草

kg。14①已知低营养级同化量，求高营养级同化量：在食物链“草→兔→鹰”中，假如现有草100kg，则：Ⅰ.最多可使鹰增重____kg。能量传递效率按

来算。能量传递效率按

来算。×20%×10%20050②已知高营养级同化量，求低营养级同化量：在食物链“草→兔→鹰”中，要使鹰增加2kg体重，则：能量传递效率按

来算。能量传递效率按

来算。÷10%÷20%（2）能量在食物链中传递的“最值计算”Ⅱ.获得能量最少：选最

食物链；按

计算Ⅰ.获得能量最多：选最

食物链；按

计算短长×10%×20%如果草有10000kg，鹰最多增加

kg，最少增加

kg。4001（3）能量在食物网中传递的“最值计算”①已知低营养级同化量，求高营养级同化量草鹰兔蛇青蛙食草昆虫Ⅱ.需最多能量：选最

食物链；按

计算Ⅰ.需最少能量：选最

食物链；按

计算若鹰的体重增加1kg，最少需消耗草____kg，最多消耗草_________kg。2510000短长÷10%÷20%（3）能量在食物网中传递的“最值计算”②已知高营养级同化量，求低营养级同化量草鹰兔蛇青蛙食草昆虫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，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．求最高营养级获得能量的"最大值"或"最小值"(1）在一条食物链中，若生产者（第一营养级）所含的能量为a，则第n营养级获得的能量最多为a.（20%)n-1，最少为a.（10%)n-1。(2）在多条食物链中，没有限制能量来源比例或能量分配比例，若已知较低营养级生物的能量，求较高营养级生物获得的能量：知低营养级求高营养级获得能量最多获得能量最少选最短食物链按相邻两营养级间能量传递效率为20％计算选最长食物链按相邻两营养级间能量传递效率为10％计算3．求最低营养级消耗量的"至少"或"最多"(1）若一条食物链共有n个营养级，则第n营养级生物每增加1kg体重①"至少"需要消耗的生产者的量：(2）在多条食物链中，没有限制能量来源比例或能量分配比例，若已知较高营养级生物的能量，求所需较低营养级生物的能量：知高营养级求低营养级需最多能量需最少能量选最长食物链按相邻两营养级间能量传递效率为10％计算选最短食物链按相邻两营养级间能量传递效率为20％计算②"最多"需要消耗的生产者的量：易错：不能正确区分能量流动过程中"正向"和"反向"的计算根据能量传递效率进行"正向"和"反向"推导计算时，要注意题目给出的条件：(1）若已知较低营养级生物的能量，求较高营养级生物获得的能量，则用能量值乘以能量传递效率；反之，则用能量值除以能量传递效率。(2）要注意题目是否给出了能量传递效率的具体数值。生命在等待中逝去······

请给我们一个“先吃鸡”的理由！按最大传递效率20%计算假设鸡自身重3kg，玉米15kg。3×20%+15×20%=3.6kg（15×1/3×20%+3）×20%+15×2/3×20%=2.8kg问题探讨鸡玉米人玉米鸡人⅓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。练一练：在草原上，牛以草为食，屎壳郎以牛粪为食思考：a、在能量流动的分析中牛粪中所含的能量属于哪一部分？b、被牛同化的能量中约有多少流入屎壳郎？生产者固定的太阳能0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＝625/4kg消耗A最少，按最高传递效率20%计算

75/4kg+625/4kg=175kg沿食物链A→B→C逆推：3/4kg×5×5＝75/4kg

[典例透析]【典例】(1)若人类获取植物性食物与动物性食物的比例是1∶1，将此食物结构改为4∶1，能量流动效率按10%计算，则调整后可供养的人口是前者的________倍 (2)若植物向动物及向人提供的能量比例由1∶1调整为1∶4，则调整后供养的人口是前者的________倍1.961.49C审题指导2.将一块方糖放入水中，方糖很快溶解，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？生活在水中的硅藻，它们能利用溶解在水中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？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。硅藻能利用获取的营养通过细胞呼吸释放能量，依靠能量完成由无序向有序的转化，维持其生命活动。通过以上事例，对能量流动在生态系统中的作用是否有了进一步的认识？能量输入对于生态系统有序性的维持来说是不可缺少的。P60拓展应用23.任何生态系统的能量都需要不断得到系统外的能量补充（太阳能或化学能），以便维持生态系统的正常功能（P57）。三、能量流动的特点呼吸作用23未利用70植食性动物生产者太阳能分解者30.549肉食性动物0.052.15.10.25有机物输入52输出4第四部分生态金字塔能量分析生产者植食性动物肉食性动物分解者输入能量赛达伯格湖的能量流动数据分析464.662.812.614.6除了用数字表示之外，还有什么方法可以表示生态系统中能量流动逐级递减的特征？肉食性动物12.6植食性动物62.8生产者464.6如果将单位时间内各个营养级所得到的能量数值转换成相应面积（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，叫做能量金字塔。生态金字塔包括能量金字塔、数量金字塔和生物量金字塔四、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（当生产者个体小，寿命短）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（当消费者个体数量比生产者个体数量大得多时）一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而减少四.生态金字塔P57思考题P58思考题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，人类将不得不种植或养殖更多的农畜产品，会给地球现有的自然生态系统带来更大的压力。在海洋生态系统中，由于生产者(浮游植物)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。从生态金字塔的角度分析为什么生态系统中能量流动一般不超过5个营养级？各个营养级的生物都会因呼吸作用消耗掉大部分能量，其余能量有一部分流入分解者，只有一小部分能够被下一营养级的生物利用。流到第五营养级时，余下的能量很少，甚至不足以养活一个种群，因此食物链上一般不超过五个营养级

。四、生态金字塔数量金字塔和生物量金字塔出现倒置的原因当消费者个体数量比生产者个体数量大得多时，数量金字塔经常是倒置的。当生产者个体小，寿命短，生物量金字塔也有可能倒置。例如，在海洋生态系统中，浮游植物的个体小，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。四、生态金字塔树昆虫鸟5第五部分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。例如:间种套作、多层育苗、稻--萍--蛙等立体农业生产方式。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: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。实现了对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率。能量利用率≠能量传递效率简记为：合理配置：增大流入生态系统的总能量简记为：科学规划：提高能量利用率五.研究能量流动的实践意义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。简记为：适当调整：使能量持续高效地流向对人类最有益的部分五.研究能量流动的实践意义[思考]下列做法的意义：①桑基鱼塘——桑叶养蚕，蚕蛹喂鱼，塘泥肥桑。②“秸秆—牲畜——沼气——沼渣”还田③玉米田除虫④草原合理确定载畜量：放的牲畜太少不能充分利用牧草提供的能量，放牧过多会造成草场退化，使得畜产品产量下降。①②实现能量的多级利用，提高能量的利用率③④合理调整能量流动关系，使得能量持续高效流向对人类最有益的部分。五.研究能量流动的实践意义思考：种植农作物时，要清除杂草和害虫，从能量流动角度分析其目的是？五.研究能量流动的实践意义(2)图b所示生态系统中流向分解者的能量，还有一部分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。P60拓展应用1太阳能农作物家畜、家禽人

除草：为了使太阳能更多地流向农作物。捉虫：为了使农作物中的能量散失减少。2023/11/20P59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。农民主要通过喷洒除草剂或人工除草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。农民采取喷洒农药、竖稻草人等措施防止或减少这些动物的危害。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。农民通过禁捕，或适量放养等措施，实现生态农业的目标。4.养殖动物的饲料来源有水稻秸秆、粮食（如玉米）、饼粕等。5.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。6.主要通过合理密植的方法提高作物的光能利用效率。7.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。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。