生態(tài)系統(tǒng)的能量流動課件高二上學期生物人教版選擇性必修2

能量在生態(tài)系統(tǒng)中是怎樣流動的？怎樣理解生態(tài)金字塔？

研究能量流動有什么實踐意義？選擇性必修2/第三章/生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性/第2節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動本節(jié)聚焦

假設你像小說中的魯濱遜那樣，流落在一個荒島上，那里除了又能飲用的水，幾乎沒有任何食物。你身邊尚存的食物只有1只母雞、15kg玉米。討論

你認為以下哪種生存策略能讓你維持更長的時間來等待救援？

1、先吃雞、再吃玉米。

2、先吃玉米，同時用一部分玉米喂雞，吃雞產下的蛋，最后吃雞。流落荒島玉米雞人玉米雞人

應該先吃雞，再吃玉米（即選擇1）。若選擇2，則增加了食物鏈的長度，能量逐漸遞減，最后人獲得的能量較少。一、能量流動的過程一切生命活動都伴隨著能量的變化。沒有能量的輸入，也就沒有生命和生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉化和散失的過程，稱為生態(tài)系統(tǒng)的能量流動。研究能量流動的基本思路能量流經一個種群的情況可以圖示如下：能量輸入儲存在體內的能量呼吸作用散失的能量個體1個體2個體3儲存在體內的能量呼吸作用散失的能量儲存在體內的能量呼吸作用散失的能量研究能量流動的基本思路能量流經一個種群的情況可以圖示如下：能量儲存種群能量散失能量輸入如果將一個營養(yǎng)級中的所有種群作為一個整體，則可概括成如圖形式：能量儲存某營養(yǎng)級能量散失能量輸入如果將這個種群作為一個整體來研究，則可概括成如圖形式：一、能量流動的過程地球上幾乎所有的生態(tài)系統(tǒng)所需要的能量都來自

。太陽每天輸送到地球的能量大約為1×1019KJ。這些能量絕大部分都被地球表面的大氣層所吸收、散射和反射掉了，大約只有1%以__

的形式被生態(tài)系統(tǒng)的_________通過

轉化成化學能，固定在它們所制造的_________中。

太陽可見光生產者光合作用有機物1.第一營養(yǎng)級能量的能量流動

生產者通過光合作用將光能轉化成化學能，固定在它們所制造的有機物中。這樣太陽能就輸入到了生態(tài)系統(tǒng)的第一營養(yǎng)級。一部分在生產者的呼吸作用中以熱能的形式散失了；另一部分用于生產者的生長、發(fā)育和繁殖等生命活動，儲存在植物體的有機物中。儲存的能量一部分隨殘枝敗葉等被分解者分解而釋放出來；另一部分則被初級消費者攝入體內，能量流入第二營養(yǎng)級。請同學們自主閱讀教材P54-55，小組合作思考討論完成問題。

1.輸入生態(tài)系統(tǒng)的的能量來源是什么？2.輸入第一營養(yǎng)級的能量有幾個去路？分別是什么？3.植物用于自身生長、發(fā)育、繁殖的能量有幾個去路？分別是什么？4.初級消費者攝入的能量全部轉化為自身的能量了嗎？攝入的能量去路有幾個？分別是什么？5.某一營養(yǎng)級的“糞便”中能量應屬于誰的同化量？6.結合營養(yǎng)級能量的去路，構建出能量流經生態(tài)系統(tǒng)的過程模型。一、能量流動的過程一、能量流動的過程1.第一營養(yǎng)級能量的能量流動照射到植物體的太陽能散失生產者的同化散失（熱能）呼吸作用用于生長、發(fā)育和繁殖(儲存)殘枝敗葉分解者利用初級消費者攝入分解作用散失(熱能)一、能量流動的過程1.第一營養(yǎng)級能量的能量流動呼吸作用散失（熱能）散失呼吸作用散失（熱能）分解者利用殘枝敗葉照射到植物體的太陽能用于生長發(fā)育繁殖初級消費者(攝入)生產者固定的太陽能同化是指生物體把從外界環(huán)境中獲取的營養(yǎng)物質轉變成自身物質，并且儲存能量的過程。光合作用99%同化作用：一、能量流動的過程2.第二營養(yǎng)級能量的能量流動初級消費者攝入散失(熱能)呼吸作用用于生長、發(fā)育和繁殖(儲存)遺體殘骸分解者散失(熱能)呼吸作用次級消費者攝入初級消費者同化糞便思考回答：1.初級消費者糞便中的能量包括在初級消費者同化的能量中嗎？不包括（是生產者的同化量）2.流入初級消費者的能量是哪一部分？

是初級消費者的同化量3.流入初級消費者的能量有哪些去向？②被分解者利用呼吸作用散失用于生長、發(fā)育和繁殖①流入下一個營養(yǎng)級③未利用（活體、石油煤炭）一、能量流動的過程2.第二營養(yǎng)級能量的能量流動歸納小結：光合作用呼吸作用凈光合作用=＋同化量=攝入量糞便量(未同化量)－同化量=呼吸作用＋用于生長發(fā)育繁殖(儲存)被分解者利用流入下一個營養(yǎng)級未利用同化量=呼吸作用＋＋被分解者利用流入下一個營養(yǎng)級同化量=呼吸作用＋＋＋一、能量流動的過程3.各營養(yǎng)級同化量的分配生產者（綠色植物）初級消費者（植食性動物）次級消費者（肉食性動物）三級消費者（肉食性動物）呼吸作用分解者箭頭由粗到細：方框從大到?。弘S營養(yǎng)級的升高，儲存在生物體內的能量越來越少。表示流入下一營養(yǎng)級的能量逐級遞減。注意：呼吸作用呼吸作用呼吸作用一、能量流動的過程3.生態(tài)系統(tǒng)的能量流動過程歸納小結：能量流動：能量流動的起點：生態(tài)系統(tǒng)的總能量：能量流動形式：能量流動的渠道：能量散失：能量轉化：生產者固定的太陽能生產者固定在有機物中的能量食物鏈和食物網生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉化和散失的過程。儲存于有機物中的化學能熱能太陽光能有機物中化學能光合作用呼吸作用生物自身的呼吸作用最終以熱能形式散失。生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動討論1.生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動和轉化是否遵循能量守恒定律？為什么？

遵循能量守恒定律。能量在生態(tài)系統(tǒng)中流動、轉化后，一部分儲存在生態(tài)系統(tǒng)（生物體的有機物）中，另一部分在呼吸作用中以熱能的形式散失，兩者之和與流入生態(tài)系統(tǒng)的能量相等。2.流經某生態(tài)系統(tǒng)的能量能否再回到這個生態(tài)系統(tǒng)中來？為什么？不能，能量流動是單向的。二、能量流動的特點

為了研究能量流經生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈時，每一級的能量變化和能量轉移效率，美國生態(tài)學家林德曼對一個結構相對簡單的天然湖泊——賽達伯格湖的能量進行了定量分析。分析賽達伯格湖的能量流動

圖中數字為能量數值，單位是J/(cm2·a)。圖中“未固定”是指未被固定的太陽能，“未利用”是指未被自身呼吸作用消耗，也未被后一個營養(yǎng)級和分解者利用的能量。分析賽達伯格湖的能量流動分析賽達伯格湖的能量流動討論1.用表格的形式，將圖中的數據進行整理。例如，可以將每一營養(yǎng)級上的能量“流入”和“流出”整理成為一份清單（“流出”的能量不包括呼吸作用散失的能量）。營養(yǎng)級流入能量/[J/(cm2·a)]流出能量/[J/(cm2·a)]輸入后一個營養(yǎng)級生產者464.662.8植食性動物62.812.6肉食性動物12.6——分解者146——分析賽達伯格湖的能量流動討論2.計算“流出”該營養(yǎng)級的能量占“流入”該營養(yǎng)級能量的百分比。營養(yǎng)級流入能量/[J/(cm2·a)]流出能量/[J/(cm2·a)]輸入后一個營養(yǎng)級出入比/%生產者464.662.8植食性動物62.812.6肉食性動物12.6——分解者146——13.52%20.06%逐級遞減能量傳遞效率分析賽達伯格湖的能量流動討論3.流入某一營養(yǎng)級的能量，為什么不會百分之百流到下一個營養(yǎng)級？流入某一營養(yǎng)級的能量主要有以下去向：

①一部分通過該營養(yǎng)級的呼吸作用散失了；

②一部分以排出物、遺體或殘枝敗葉的形式被分解者利用；

③還有一部分未被下一個營養(yǎng)級利用；

④其他的才是流入下一個營養(yǎng)級的能量。所以，流入某一營養(yǎng)級的能量不可能百分之百地流到下一營養(yǎng)級。生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動是單向的；能量在流動過程中逐級遞減。分析賽達伯格湖的能量流動討論4.通過以上分析，你能總結出什么規(guī)律？二、能量流動的特點

在生態(tài)系統(tǒng)中，能量流動只能從第一營養(yǎng)級流向第二營養(yǎng)級，再依次流向后面的營養(yǎng)級，不可逆轉，也不能循壞流動。1.單向流動①不可逆轉：生態(tài)系統(tǒng)各營養(yǎng)級間取食和被食的關系是不可逆的。只能沿食物鏈由低營養(yǎng)級流向高營養(yǎng)級。各營養(yǎng)級通過呼吸作用散失的熱能不能再被生物重新利用。原因：②不可循環(huán)：

一般來說，在輸入到某一個營養(yǎng)級的能量中，只有10%～20%的能量能夠流到下一個營養(yǎng)級。即能量在相鄰兩個營養(yǎng)級間的傳遞效率是10%～20%。①一部分通過該營養(yǎng)級的呼吸作用散失。③一部分能量未被下一營養(yǎng)級利用。②一部分作為排遺物、遺體或殘枝敗葉被分解者分解。原因：二、能量流動的特點2.逐級遞減二、能量流動的特點2.逐級遞減=該營養(yǎng)級的同化量上一營養(yǎng)級的同化量×100%能量傳遞效率能量在相鄰兩個營養(yǎng)級間的傳遞效率為：10%～20%針對的是相鄰兩個營養(yǎng)級之間的同化量之比，且能量傳遞效率不能提高。能量傳遞效率：

在一個生態(tài)系統(tǒng)中，營養(yǎng)級越多，在能量流動過程中消耗的能量越多。因此，生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動一般不超過5個營養(yǎng)級。二、能量流動的特點2.逐級遞減能量在流動過程中逐級遞減，與能量守恒定律矛盾嗎？為什么？不矛盾。能量在流動過程中逐級遞減，指的是流入各個營養(yǎng)級的能量。能量守恒定律可以用于衡量流入某個生態(tài)系統(tǒng)的總能量，總能量=儲存在生態(tài)系統(tǒng)(生物體的有機物)中的能量+被各個營養(yǎng)級的生物利用、散發(fā)至非生物環(huán)境中的能量。因此，雖然能量在流動過程中逐級遞減，但總能量依然遵循能量守恒定律。任何生態(tài)系統(tǒng)都需要不斷得到來自系統(tǒng)外的能量補充，以便維持生態(tài)系統(tǒng)的正常功能。如果一個生態(tài)系統(tǒng)在一段較長時期內沒有能量（太陽能或化學能）輸入，這個生態(tài)系統(tǒng)就會崩潰。三、生態(tài)金字塔1.什么是能量金字塔？有何特點及意義？2.什么是生物量金字塔？有何特點及意義？3.在什么情況下，生物量金字塔可能是上寬下窄倒置的金字塔形？4.什么是數量金字塔？有何特點及意義？5.在什么情況下，數量金字塔可能是上寬下窄倒置的金字塔形呢？6.列表從含義、形狀、特點、意義等方面比較三種金字塔的異同。7.研究能量流動有何實踐意義？請舉例說明。請同學們自主閱讀教材P57-58，小組合作思考討論完成問題。

三、生態(tài)金字塔生態(tài)金字塔概念：如果將生態(tài)系統(tǒng)各營養(yǎng)級間的關系，由低到高繪制成圖，通常呈現一個金字塔圖形，稱為生態(tài)金字塔。生態(tài)金字塔類型：生態(tài)金字塔能量金字塔生物量金字塔數量金字塔三、生態(tài)金字塔1.能量金字塔(1)定義：將單位時間內各營養(yǎng)級所得到的能量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，叫做能量金字塔。第一營養(yǎng)級第二營養(yǎng)級第三營養(yǎng)級第四營養(yǎng)級某湖泊生態(tài)系統(tǒng)的能量金字塔示意圖(2)特點：能量金字塔能直觀地反映出各營養(yǎng)級間能量的關系。由于能量在流動過程中總是逐級遞減的，因此，能量金字塔通常都是上窄下寬的金字塔（正金字塔）。三、生態(tài)金字塔1.能量金字塔思考：食物鏈上一般不超過五個營養(yǎng)級，想一想，這是為什么？

能量沿著食物鏈的流動時逐級遞減的，那么營養(yǎng)級越高，所獲取的能量越少，當營養(yǎng)級到五或六級時，傳遞到該養(yǎng)級的能量就不足以維持一個種群的生存了。人類位于食物的頂端，從能量金字塔來看，人口數量日益增長，這會對地球上現有的生態(tài)系統(tǒng)造成什么影響？

人口數量日益增長，會要求低營養(yǎng)級有更多的能量流入人類所處的營養(yǎng)級，也就是說，人類所需要的食物會更多，將不得不種植或養(yǎng)殖更多的農畜產品，會給地球上現有的自然生態(tài)系統(tǒng)帶來更大的壓力。三、生態(tài)金字塔2.生物量金字塔每個營養(yǎng)級所容納的有機物的總干量。(2)什么是生物量金字塔：(1)什么是生物量：

將單位時間內各個營養(yǎng)級生物量數值轉化為相應面積（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，叫做生物量金字塔。營養(yǎng)級第四營養(yǎng)級第三營養(yǎng)級第二營養(yǎng)級第一營養(yǎng)級干重g/m21.51137809某生物量金字塔示意圖(3)特點：一般為正金字塔形。但是也有可能倒置。三、生態(tài)金字塔2.生物量金字塔一般來說植物的總干重通常大于植食性動物的總干重，而植食性動物的總干重也大于肉食性動物的總干重。生物量金字塔在什么情況下，可能時上寬下窄倒置的金字塔形？浮游和底棲動物：21g·m-2浮游植物：4g·m-2

在海洋生態(tài)系統(tǒng)中，由于生產者(浮游植物)的個體小，壽命短，又會不斷地被浮游動物吃掉，所以某一時刻調查到的浮游植物的生物量可能低于浮游動物的生物量。總的看來，一年中浮游植物的總的生物量還是比浮游動物的要多。三、生態(tài)金字塔2.生物量金字塔(4)意義：直觀的反映生態(tài)系統(tǒng)各營養(yǎng)級所容納的有機物的總干重的關系。3.數量金字塔(1)定義：將單位時間內各個營養(yǎng)級生物個體的數目轉化為相應面積（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，叫做數量金字塔。(3)特點：一般是上窄下寬的正金字塔形，也可以是上寬下窄的倒金字塔形。三、生態(tài)金字塔3.數量金字塔第一營養(yǎng)級第二營養(yǎng)級第三營養(yǎng)級營養(yǎng)級草鼠鼬個體數量第一營養(yǎng)級第二營養(yǎng)級營養(yǎng)級樹昆蟲個體數量如：在草原生態(tài)系統(tǒng)中，吃草的鼠比草數目少，吃鼠的鼬又比鼠的數目少。再如：如果消費者個體小而生產者個體大，如昆蟲和樹，則為倒置的金字塔。三、生態(tài)金字塔請想一想：哪種指標構建的金字塔能更客觀的表示生態(tài)系統(tǒng)能量傳遞規(guī)律，不出現倒置現象呢？能量金字塔能更客觀、準確的表示能量在各營養(yǎng)級間的傳遞規(guī)律。第一營養(yǎng)級第二營養(yǎng)級第三營養(yǎng)級第四營養(yǎng)級能量金字塔生物量金字塔數量金字塔形狀每一層含義特點象征意義單位時間內，食物鏈中每一營養(yǎng)級生物所同化的能量的多少自然生態(tài)系統(tǒng)一定為正金字塔能量在流動過程中總是逐級遞減單位時間內，每一營養(yǎng)級生物的有機物的總干重一般為正金字塔,有時會出現倒金字塔形一般生物量(現存生物有機物的總干重)隨食物鏈中營養(yǎng)級的升高而減少每一營養(yǎng)級生物個體的數目一般為正金字塔,有時會出現倒金字塔形一般生物個體數目在食物鏈中隨營養(yǎng)級升高而減少生態(tài)金字塔的比較四、研究能量流動的實踐意義1.可以幫助人們將生物在時間、空間上進行合理配置，增大流入某個生態(tài)系統(tǒng)的總能量。稻—萍—蛙立體農業(yè)間作套種充分利用空間和資源，獲得更大的收益冬小麥夏玉米套作四、研究能量流動的實踐意義

2.研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，可以幫助人們科學規(guī)劃和設計人工生態(tài)系統(tǒng)，使能量得到最有效的利用。沼氣池秸稈糞便沼氣發(fā)酵沼氣沼渣肉、蛋、奶牲畜飼料實現了對能量的多級利用，從而大大提高了能量的利用率焚燒還田肥料使廢棄物中的能量得到利用四、研究能量流動的實踐意義

3.研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，還可以幫助人們合理的調整生態(tài)系統(tǒng)的能量流動關系，使能量持續(xù)高效地流向人類最有益的部分。草場載畜量過少過多不能充分利用牧草所能提供的能量；造成草場退化，使畜產品的產量下降。合理確定載畜量，才能保持畜產品的持續(xù)高產。稻田除草、除蟲使稻田高產

調整生態(tài)系統(tǒng)的能量流動關系，使能量持續(xù)高效地流向人類最有益的部分拓展：能量傳遞效率的計算1.相鄰營養(yǎng)級的能量傳遞效率：10%～20%，計算方法如下：該營養(yǎng)級同化量上一營養(yǎng)級同化量×100%能量傳遞效率＝2.食物鏈中高低營養(yǎng)級之間能量最值計算：設食物鏈“甲→乙→丙”。(1)假如現有甲100kg，則最多可使丙增重____kg；最少可使丙增重____kg。4能量傳遞效率按20%來算(2)假如要使丙增加2kg，則最多要消耗甲______kg；最少要消耗甲_____kg。1能量傳遞效率按10%來算20050能量傳遞效率按10%來算能量傳遞效率按20%來算拓展：能量傳遞效率的計算2.食物鏈中高低營養(yǎng)級之間能量最值計算：ABCDEF設某生態(tài)系統(tǒng)食物鏈如圖所示：(1)如果A有10000kg，C最多增加______kg，最少增加_____kg。4001選最短食物鏈；按20%計算。選最長食物鏈；按10%計算。(2)若C的體重增加1kg，最少需消耗A____kg，最多消耗A________kg。2510000選最短食物鏈；按20%計算。選最長食物鏈；按10%計算。拓展：能量傳遞效率的計算3.在食物網中，各途徑所獲得的生物量比例確定的計算(1)如圖食物網中，假如貓頭鷹的食物有2/5來自兔，2/5來自鼠，1/5來自蛇。那么，貓頭鷹若要增加20g體重，最少需要消耗的植物為_______g。900植物兔子貓頭鷹鼠蛇(2)在如圖所示的食物網，如將A流向B和C的比例由B∶C＝1:1調整為1:2，能量傳遞效率按10%計算，C獲得的能量是原來的_______倍。ACB1.27(3)如將C的食物比例由A∶B＝1∶1調整為2∶1，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_______倍。1.375分析和處理數據

1926年，一位生態(tài)學家研究了一塊玉米田的能量流動情況，得到如下數據。

1.這塊田共收割玉米約10000株，質量為6000kg。通過對玉米植株的化學成分進行分析，計算出其中共含碳2675kg。

2.據他估算，這些玉米在整個生長過程中通過細胞呼吸消耗的葡萄糖共2045kg。

3.1kg葡萄糖儲存1.6×104kJ能量。4.在整個生長季節(jié)，入射到這塊玉米田的太陽能為8.5×109kJ。

請根據以上數據計算：這些玉米的含碳量折合成葡萄糖是多少？這些葡萄糖儲存的能量是多少？葡萄糖為：(12+18)/12×2675=6687.5kg儲存的能量為：6687.5×1.6×104=1.07×108kJCH2O~C自身生長發(fā)育繁殖分析和處理數據

1926年，一位生態(tài)學家研究了一塊玉米田的能量流動情況，得到如下數據。

1.這塊田共收割玉米約10000株，質量為6000kg。通過對玉米植株的化學成分進行分析，計算出其中共含碳2675kg。

2.據他估算，這些玉米在整個生長過程中通過細胞呼吸消耗的葡萄糖共2045kg。

3.1kg葡萄糖儲存1.6×104kJ能量。4.在整個生長季節(jié)，入射到這塊玉米田的太陽能為8.5×109kJ。

請根據以上數據計算：這些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？呼吸作用消耗的能量為：2045×1.6×104=3.272×107kJ分析和處理數據

1926年，一位生態(tài)學家研究了一塊玉米田的能量流動情況，得到如下數據。

1.這塊田共收割玉米約10000株，質量為6000kg。通過對玉米植株的化學成分進行分析，計算出其中共含碳2675kg。

2.據他估算，這些玉米在整個生長過程中通過細胞呼吸消耗的葡萄糖共2045kg。

3.1kg葡萄糖儲存1.6×104kJ能量。4.在整個生長季節(jié)，入射到這塊玉米田的太陽能為8.5×109kJ。

請根據以上數據計算：這些玉米在整個生長季節(jié)所固定的太陽能總量是多少？呼吸作用消耗的能量占所固定太陽能的比例是多少？固定的太陽能總量是：1.7×108+3.272×107=1.3972×108kJ所占比例為：3.272×1071.3972×108=23.4%分析和處理數據

1926年，一位生態(tài)學家研究了一塊玉米田的能量流動情況，得到如下數據。

1.這塊田共收割玉米約10000株，質量為6000kg。通過對玉米植株的化學成分進行分析，計算出其中共含碳2675kg。

2.據他估算，這些玉米在整個生長過程中通過細胞呼吸消耗的葡萄糖共2045kg。

3.1kg葡萄糖儲存1.6×104kJ能量。4.在整個生長季節(jié)，入射到這塊玉米田的太陽能為8.5×109kJ。

請根據以上數據計算：這塊玉米田的太陽能利用效率是多少？利用效率為：8.5×1091.3972×108=1.64%分析和處理數據處理數據根據計算結果，畫出能量流經該玉米種群的圖解，圖解中應標明各環(huán)節(jié)能量利用和散失的比例：玉米種群太陽能散失8.5×109kJ利用：1.3972×108kJ呼吸作用3.272×107kJ儲存1.07×108kJ1.64%比例：76.6%23.4%利用：比例：利用：比例：練習與應用一、概念檢測1.生態(tài)系統(tǒng)中所有生物的生命活動都需要能量，而不同營養(yǎng)級的生物獲取能量的途徑是有差別的。據此判斷下列表述是否正確。

(1)太陽能只有通過生產者才能輸入到生態(tài)系統(tǒng)中。()(2)生態(tài)系統(tǒng)中初級消費者越多，次級消費者獲得的能量越少。（）

(3)能量沿食物鏈流動是單向的。()×√√練習與應用一、概念檢測2.流經神農架國家級自然保護區(qū)的總能量是(

)A.該保護區(qū)中生產者體內的能量B.照射到該保護區(qū)中的全部太陽能C.該保護區(qū)中生產者所固定的太陽能D.該保護區(qū)中所有生產者、消費者、分解者體內