3-2 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動【課件】生物選擇性必修2 (共46張PPT)

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第2節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動

第3章生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性

[學習目標]

1.通過分析生態(tài)系統(tǒng)中能量在生物群落中單向流動并逐級遞減的規(guī)律,培養(yǎng)物質與能量觀等生命觀念、歸納與概括等科學思維。

2.通過舉例說明利用能量流動規(guī)律,人們能夠更加科學、有效地利用生態(tài)系統(tǒng)中的資源,培養(yǎng)關注生物學社會性議題的社會責任感。

3.通過解釋生態(tài)金字塔表征了食物網各營養(yǎng)級之間在個體數量、生物量和能量方面的關系,培養(yǎng)建模的科學思維。

4.通過調查生態(tài)系統(tǒng)的能量流動,培養(yǎng)觀察提問、團隊合作、交流討論等科學探究素養(yǎng)。

課前自主預習案

一、生態(tài)系統(tǒng)能量流動的概念和過程

1.能量流動的概念:是指生態(tài)系統(tǒng)中能量的的過程。

2.能量流經第一營養(yǎng)級的過程(以綠色植物為例)

(1)能量輸入:生態(tài)系統(tǒng)中的生產者通過光合作用把太陽能轉化為,固定在它們所制造的中。

(2)能量去向

①在生產者的呼吸作用中以的形式散失。

輸入、傳遞、轉化和散失

化學能

有機物

熱能

②用于生產者的等生命活動,儲存在植物體的中。構成植物體的有機物中的能量,一部分隨著等被分解者分解而釋放出來;另一部分被初級消費者攝入體內,這樣,能量就流入了第二營養(yǎng)級。

3.能量流經第二營養(yǎng)級的過程

(1)能量輸入:的能量。

(2)能量去向

①在初級消費者的呼吸作用中以的形式散失。

②用于初級消費者的等生命活動,儲存在初級消費者的

中。構成初級消費者的有機物中的能量,一部分以的形式被分解者利用;另一部分被次級消費者攝入體內,這樣,能量就流入了第三營養(yǎng)級。

生長、發(fā)育和繁殖

有機物

殘枝敗葉

初級消費者同化生產者

熱能

生長、發(fā)育和繁殖

有機物

遺體殘骸

(3)圖解

4.能量在不同營養(yǎng)級間變化情況

能量在第三、第四營養(yǎng)級的變化,與第二營養(yǎng)級的情況。

5.生態(tài)系統(tǒng)能量流動的示意圖(教材P55圖3-6)

由圖可以看出:生產者及各級消費者能量流動相同的三個去向是:通過呼吸作用以的形式散失,被同化,被利用。

同化

生長、發(fā)育和繁殖

分解者

大致相同

熱能

下一營養(yǎng)級

分解者

二、能量流動的特點和生態(tài)金字塔

1.能量流動的特點

單向流動

逆轉

循環(huán)流動

逐級遞減

逐級減少

10%～20%

越多

5

2.能量的輸入

任何生態(tài)系統(tǒng)都需要不斷得到來自的能量補充,以便維持生態(tài)系統(tǒng)的正常功能。

3.生態(tài)金字塔:包括能量金字塔、生物量金字塔和數量金字塔

(1)能量金字塔:將單位時間內各營養(yǎng)級所得到的數值轉換為相應面積(或體積)的圖形,并將圖形按照營養(yǎng)級的次序排列,可形成一個金字塔圖形。

(2)生物量金字塔:將單位時間內各營養(yǎng)級的(每個營養(yǎng)級所能容納的有機物的總干重)數值轉換為相應面積(或體積)的圖形,并將圖形按照營養(yǎng)級的次序排列,可形成一個金字塔圖形。

系統(tǒng)外

能量

生物量

(3)數量金字塔:將單位時間內各營養(yǎng)級轉換為相應面積

(或體積)的圖形,并將圖形按照營養(yǎng)級的次序排列,可形成一個金字塔圖形。

(4)能量金字塔通常都是的金字塔形;生物量和數量金字塔大多是的金字塔形。

三、研究能量流動的實踐意義

1.幫助人們將生物在上進行合理配置,增大流入某個生態(tài)系統(tǒng)的總能量。

2.幫助人們科學地規(guī)劃和設計,使能量得到。

3.幫助人們合理地調整生態(tài)系統(tǒng)中的關系,使能量地流向對人類。

生物個體的數目

上窄下寬

上窄下寬

時間、空間

人工生態(tài)系統(tǒng)

最有效的利用

能量流動

持續(xù)高效

最有益的部分

預習自測

1.判斷下面有關生態(tài)系統(tǒng)能量流動過程說法的正誤。

(1)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動指能量的輸入和散失過程。()

(2)散失的熱能不可以被生產者固定再次進入生態(tài)系統(tǒng)。()

(3)流經生態(tài)系統(tǒng)的總能量是照射在生產者上的太陽能。()

(4)初級消費者糞便中的能量屬于生產者同化的能量。()

(5)初級消費者攝入的能量全部轉化為自身的能量,儲存在有機物中。()

×

√

×

√

×

2.判斷下面有關生態(tài)系統(tǒng)能量流動特點和意義說法的正誤。

(1)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是逐級遞減的,原因是一個營養(yǎng)級同化的能量只有一部分流入下一個營養(yǎng)級。()

(2)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是單向的,原因是一個營養(yǎng)級呼吸散失的能量不能被生產者再同化,以及捕食關系是不可逆的。()

(3)能量金字塔和生物量金字塔均可以出現(xiàn)倒置現(xiàn)象。()

(4)拔去田地中的雜草是人為地調整能量流動的方向,提高生態(tài)系統(tǒng)的能量傳遞效率。()

(5)相鄰兩個營養(yǎng)級的能量傳遞效率不會小于10%,也不會大于20%。()

(6)沼渣、沼液作為肥料還田,使能量能夠循環(huán)利用。()

√

√

×

×

×

×

課堂互動探究案

探究點一能量流動的過程

[活動]閱讀教材P55能量流動的過程相關文字及圖3-5和圖3-6。

(1)據圖分析下列問題。

①a、b、c、d、e、f之間具有怎樣的等量關系

提示:a=b+c;b=d+e+f。

②第一營養(yǎng)級中未被利用能量的最終去向是什么

提示:死亡后被分解者吸收利用,通過分解者的呼吸作用散失。

(2)結合教材圖3-5和3-6,分析回答下列問題。

①被初級消費者攝入的能量(攝入量)全部被初級消費者同化(同化量)了嗎

提示:沒有。初級消費者攝入生產者后要排出糞便。糞便中有機物的能量(糞便量)最終流向了分解者。即攝入量=同化量+糞便量。

②初級消費者糞便中的能量是其同化量的一部分嗎為什么

提示:不是。初級消費者糞便中的能量不屬于其同化的能量,而是屬于生產者所同化的能量。

③流入初級消費者體內的能量(同化量)有何用途

提示:初級消費者在呼吸作用中以熱能的形式散失;初級消費者進行生長、發(fā)育和繁殖等生命活動。

④流入初級消費者體內的能量(同化量)最終去向有哪些

提示:呼吸作用散失的熱能、第三營養(yǎng)級同化的能量、分解者利用的能量。

⑤能量流動的渠道是什么

提示:食物鏈和食物網。

⑥對每個營養(yǎng)級來說,能量流動的各個過程之間有何關系(不包括最高營養(yǎng)級)

提示:流入能量=呼吸作用散失的熱能+下一營養(yǎng)級同化的能量+分解者利用的能量。

⑦流入生物群落的能量,最終通過什么途徑離開生物群落

提示:通過生物(各個營養(yǎng)級和分解者)的呼吸作用以熱能形式散失。

[深度思考]某營養(yǎng)級能量來源就是同化上一營養(yǎng)級的能量的說法是否正確為什么

提示:不正確。自然生態(tài)系統(tǒng):生產者的能量主要來自固定的太陽能,消費者的能量來自同化上一營養(yǎng)級的能量。人工生態(tài)系統(tǒng):消費者的能量來自同化上一營養(yǎng)級的能量和人工輸入的能量。

[歸納總結]流入某一營養(yǎng)級能量的來源和去路(以自然生態(tài)系統(tǒng)為例)

(2)能量去向:流入某一營養(yǎng)級(最高營養(yǎng)級除外)的能量去向可從以下兩個角度分析

[應用]假設某生態(tài)系統(tǒng)中有a、b、c、d四個種群,構成食物鏈a→b→c,d為分解者,如圖是該生態(tài)系統(tǒng)中能量流入b處發(fā)生的一系列變化示意圖,下列說法錯誤的是()

A.圖中的甲表示b的同化量,乙表示b用于生長、發(fā)育和繁殖的能量

B.參與丁過程的都是異養(yǎng)型生物,主要包括營腐生的細菌、真菌等

C.當生態(tài)系統(tǒng)處于相對穩(wěn)定狀態(tài)時,b的種群數量一般處于K/2

D.圖中d的能量不全部來自b生物

C

解析:b攝入量為其同化量(甲)和糞便量之和,其同化量一部分用于呼吸消耗,一部分用于自身的生長、發(fā)育和繁殖(乙);丁過程為分解者的分解作用,分解者主要是營腐生生活的細菌、真菌等,都是異養(yǎng)型生物;當生態(tài)系統(tǒng)處于相對穩(wěn)定狀態(tài)時,b種群數量一般達到環(huán)境容納量,即處于K值;d的能量可來自b的糞便,而此部分屬于上一營養(yǎng)級a同化的能量。

探究點二能量流動的特點

[情境1]閱讀教材P56“思考·討論”,分析賽達伯格湖的能量流動情況。

[思考](1)對于每一個營養(yǎng)級來講,輸入和輸出的能量是否相等為什么

提示:不相等。因為每個營養(yǎng)級中都有未被利用的能量。

(2)從第一營養(yǎng)級流入第二營養(yǎng)級的能量,占第一營養(yǎng)級所固定能量的百分比是多少

提示:由圖可知,流經該生態(tài)系統(tǒng)的總能量為464.6J/(cm2·a),第二營養(yǎng)級的同化量為62.8J/(cm2·a),因此占第一營養(yǎng)級所固定能量的百分比為62.8÷464.6×100%≈

13.5%。

(3)流入某個營養(yǎng)級的能量,為什么不能百分之百地流向下一個營養(yǎng)級

提示:各營養(yǎng)級生物體內大部分能量被呼吸作用消耗;其次是上個營養(yǎng)級的部分能量未被下一個營養(yǎng)級利用;還有少數能量被分解者利用。

[應用]下圖是麻風樹樹林中兩個營養(yǎng)級的能量流動圖解,已知麻風樹的同化的總能量為a,其中字母代表了能量,則下列敘述不正確的是()

A.從麻風樹輸入下一營養(yǎng)級的能量傳遞效率為a′/a×100%

B.c是第二營養(yǎng)級用于生長、發(fā)育和繁殖的能量

C.d是指第二營養(yǎng)級呼吸作用消耗的能量

D.a′到e的箭頭中含有的能量屬于生產者同化的能量

A

解析:根據題意和圖示分析可知,該圖只包括兩個營養(yǎng)級,麻風樹是第一營養(yǎng)級,則a′只能代表第二營養(yǎng)級的攝入量,b代表第二營養(yǎng)級的同化量,d代表第二營養(yǎng)級用于呼吸作用消耗的能量,c是指第二營養(yǎng)級用于生長、發(fā)育和繁殖的能量,e則是流入分解者的能量。被消費者同化的能量是b,所以從麻風樹流入下一營養(yǎng)級的能量傳遞效率為b/a×100%;c=同化量b-呼吸消耗的能量d,為第二營養(yǎng)級用于生長、發(fā)育和繁殖的能量;a′到e的能量來自a′的糞便,a′的糞便中的能量屬于上一個營養(yǎng)級生產者同化的能量。

[情境2]閱讀教材P57～P58生態(tài)金字塔內容。

[思考]比較能量金字塔、數量金字塔和生物量金字塔。

類型金字塔金字塔金字塔

形狀

特點正金字塔形一般為正金字塔形一般為正金字塔形

象征含義能量沿食物鏈流動過程中具有逐級遞減的特性一般生物個體數目在食物鏈中隨營養(yǎng)級升高而逐級遞減一般生物有機物的總干重隨食物鏈中營養(yǎng)級升高而逐級遞減

每一階含義每一營養(yǎng)級生物所含能量的多少每一營養(yǎng)級生物個體的數量每一營養(yǎng)級生物的有機物總干重

能量

數量

生物量

[歸納總結]生態(tài)系統(tǒng)中能量流動特點的原因

單向流動原因:食物鏈中的捕食關系不能逆轉;熱能不能再次被固定。

逐級遞減原因:每個營養(yǎng)級都有能量通過呼吸作用散失;每個營養(yǎng)級都有能量被分解者利用。

[應用](不定項選擇)如圖是某同學繪制的生態(tài)系統(tǒng)能量金字塔,其中a～d代表能量值。下列相關敘述正確的是()

A.圖中所示的各種生物成分組成一條食物鏈

B.次級消費者、三級消費者分別屬于第三、第四營養(yǎng)級

C.能量c可代表生產者呼吸釋放的熱能及流向分解者的能量

D.在生態(tài)系統(tǒng)中,b的值不可能超過d的10倍

BC

解析:題圖中各營養(yǎng)級的生物不是一種,所以圖示的各種生物可以構成多條食物鏈;次級消費者、三級消費者分別屬于第三、第四營養(yǎng)級;圖中c表示呼吸作用散失的能量及流向分解者的能量;在生態(tài)系統(tǒng)中,能量傳遞效率一般在10%～20%之間,但也會有特例,即b的值可能會超過d的10倍。

探究點三生態(tài)系統(tǒng)的能量流動過程中的相關計算

[情境]分析下圖食物網,進行相關計算。

[思考](1)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,按最短食物鏈,最高傳遞效率計算:

1kg×20%×20%=1/25kg。

②C增重最少,按最長食物鏈,最低傳遞效率計算:

1kg×10%×10%×10%×10%=1/10000kg。

(2)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,按最短食物鏈、最高傳遞效率:1kg÷20%÷20%=25kg。

②消耗A最多,按最長食物鏈、最低傳遞效率:1kg÷10%÷10%÷10%÷10%=

10000kg。

(3)如果C從B、F中獲得的能量比為3∶1,C增重1kg,則最少需要消耗A多少

千克

提示:消耗A最少,按最高傳遞效率計算,沿食物鏈A→B→C逆推:3/4kg÷

20%÷20%=75/4kg;沿食物鏈A→D→E→F→C逆推:1/4kg÷20%÷20%÷

20%÷20%=625/4kg。所以最少需要消耗A為75/4kg+625/4kg=175kg。

(4)如果C取食B、F的能量比例關系由1∶1變?yōu)?∶2,當C增重1kg,傳遞效率為10%時,所需要A的能量是改變前的約多少倍

提示:①當比例關系為1∶1時,當C增重1kg,C從B獲得1/2kg,沿食物鏈A→B→C計算:

1/2kg÷10%÷10%=50kg;C從F獲得1/2kg,沿食物鏈A→D→E→F→C計算:1/2kg÷

10%÷10%÷10%÷10%=5000kg。

A總量為50kg+5000kg=5050kg。

②當比例關系變?yōu)?∶2后,當C增重1kg時,C從B獲得1/3kg,沿食物鏈A→B→C計

算:1/3kg÷10%÷10%=100/3kg;C從F獲得2/3kg,沿食物鏈A→D→E→F→C計算:

2/3kg÷10%÷10%÷10%÷10%=20000/3kg。

A總量為100/3kg+20000/3kg=6700kg。

所以所需要A的能量是改變前的6700kg÷5050kg≈1.33倍。

[深度思考]具有人工能量輸入的能量傳遞效率如何計算

提示:人工輸入到某一營養(yǎng)級的能量是該營養(yǎng)級同化量的一部分,但卻不是從上一營養(yǎng)級流入的能量。如求第二營養(yǎng)級到第三營養(yǎng)級傳遞效率時,應為第三營養(yǎng)級從第二營養(yǎng)級同化的能量(不包括人工輸入到第三營養(yǎng)級的能量)/第二營養(yǎng)級的同化量(包括人工輸入到第二營養(yǎng)級的能量)×100%。

[歸納總結]能量流動的相關計算

(1)能量傳遞效率的相關“最值”計算

①食物鏈越短,最高營養(yǎng)級獲得的能量越多。

②生物間的取食關系越簡單,生態(tài)系統(tǒng)的能量流動過程中消耗的能量越少。具體計算方法如下:

(2)能量傳遞效率的有關“定值”計算

①已確定營養(yǎng)級間能量傳遞效率的,不能按“最值”法計算,而需按具體數值計算。例如,在食物鏈A→B→C→D中,能量傳遞效率分別為a%、b%、c%,若A的能量為M,則D獲得的能量為M×a%×b%×c%。

②如果是在食物網中,某一營養(yǎng)級同時從上一營養(yǎng)級多種生物獲得能量,且各途徑所獲得的能量比例確定,則按照各單獨的食物鏈進行計算后合并。

[應用]某生態(tài)系統(tǒng)中存在如圖所示的食物網,如將C的食物比例由A∶B=

1∶1調整為A∶B=2∶1,其他條件不變,相鄰兩個營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率按10%計算,該生態(tài)系統(tǒng)能承載C的數量是原來的()

A.1.875倍B.1.375倍

C.1.273倍D.0.575

B

課堂小結

完善概念圖記憶節(jié)節(jié)清

1.生態(tài)系統(tǒng)的能量流動:生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉化和散失的過程。

2.一個營養(yǎng)級的同化量:自身呼吸散失、流向下一個營養(yǎng)級(最高營養(yǎng)級除外)、被分解者利用和未被利用的能量。

3.能量流動的途徑:食物鏈(食物網)。

4.能量轉換:光能→化學能→熱能。

5.能量流動特點:單向流動、逐級遞減。

隨堂反饋

1.判斷下列關于生態(tài)系統(tǒng)能量流動的說法是否正確。

(1)生態(tài)金字塔可采用生物量單位,能量單位和個體數量單位,生態(tài)金字塔必然呈正金字塔形。()

(2)每一個營養(yǎng)級的同化量都是自身呼吸散失+流向下一個營養(yǎng)級+被分解者利用+未被利用的能量。()

(3)相鄰兩個營養(yǎng)級的能量傳遞效率可以小于10%,也可以大于20%。()

(4)研究能量流動,可合理設計人工生態(tài)系統(tǒng),提高能量的利用率。()

×

×

√

√

2.下列有關生態(tài)系統(tǒng)能量流動的敘述中,錯誤的是()

A.能量流動是單向的,不可逆轉的

B.食物鏈越短,可供最高營養(yǎng)級消費的能量越多

C.初級消費者越多,次級消費者獲得的能量越少

D.營養(yǎng)級越多,散失的能量越多

解析:由于相鄰兩個營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率為10%～20%,所以初級消費者越多,次級消費者獲得的能量也越多。

C

3.如圖所示的食物網中,戊的食物有1/2來自乙,1/4來自丙,1/4來自丁,且能量從生產者到消費者的傳遞效率為10%,從消費者到消費者的能量傳遞效率為20%。若戊體重增加20g,需要消耗植物()

A.1125gB.1600g

C.2000gD.6500g

C

解析:甲為生產者,戊所在食物鏈共有以下三條:①甲→乙→戊,戊增加

20g×1/2=10g,需要乙10g×5=50g,需要甲50g×10=500g;②甲→丙→戊,戊增加20g×1/4=5g,需要丙5×5g=25g,需要甲25g×10=

250g;③甲→丙→丁→戊,戊增加20g×1/4=5g,需要丁5×5g=25g,需要丙25g×5=125g,需要甲125g×10=1250g,故共需要甲500g+

250g+1250g=2000g。

4.(不定項選擇)為提高農業(yè)產量,農民采取了如下手段,某同學根據能量流動的特點進行分析,其中敘述正確的是()

①人工除草②使用農藥消滅害蟲③溫室種植時,適當降低夜間溫度④對農作物施肥

A.①是為了減少營養(yǎng)級,從而降低能量傳遞過程中能量的損失

B.②是為了使能量盡可能多地流向對人類最有益的部分

C.③是為了減少農田生態(tài)系統(tǒng)的能量消耗

D.④是為農田生態(tài)系統(tǒng)額外補充能量,從而提高農業(yè)產量

BC

解析:①人工除草,②使用農藥消滅害蟲,都是調整能量流動的方向,使能量能夠持續(xù)高效地流向對人類最有益的部分;③溫室種植時,適當降低夜間溫度,降低呼吸作用強度,可以減少有機物的消耗;④對農作物施肥是補充營養(yǎng)物質,而不是補充能量。

5.若某生態(tài)系統(tǒng)中只具有三個營養(yǎng)級,且處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。如圖表示該生態(tài)系統(tǒng)的能量流動的關系圖,a、b、c