高中生物 第5章 第2节 生态系统的能量流动课件 新人教版必修3.ppt

成才之路 生物 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 必修3 生态系统及其稳定性 第五章 第2节生态系统的能量流动 第五章 有关能量传递效率的计算 1 在一条食物链中 若输入到某一营养级的总能量是n 则最多传到下一营养级的能量为n 20 最少传到下一营养级的能量为n 10 2 在一条食物链中 若输入到某一营养级的总能量为n 则至少需要前一营养级的能量为n 20 至多需要前一营养级的能量为n 10 目标导航 1 分析生态系统能量流动的过程和特点 重 难点 2 概述研究能量流动的实践意义 3 尝试调查农田生态系统中能量流动情况 情境导入 生命活动时时刻刻在消耗着能量 能量是推动各种生命活动的动力 没有能量的输入 也就没有生命和生命系统 图示为一只河马遭到一群狮子的围攻 问题探究 在猎杀河马后 狮子是否得到了河马体内全部的能量 如果没有 试问没进入狮子体内的能量其去向如何 提示 没有 因为河马的骨骼 毛皮等没有被狮子吃掉 这些有机物中仍含有一部分能量 而且即使是吃掉的部分 狮子也不能全部吸收 未吸收的部分以粪便的形式排出 一 生态系统能量流动的概念及过程1 概念 生态系统中能量的 传递 和 的过程 2 过程 1 输入 生产者通过 把太阳能转化为 固定在 中 预习导学 输入 转化 散失 光合作用 化学能 有机物 2 第一营养级中的能量的去向 呼吸作用 热能 有机物 分解者 第二营养级 3 过程图解 生产者 次级消费者 分解者 二 能量流动的特点1 生态系统中的能量流动是单向的表现 能量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 也不可 2 能量在流动过程中逐级递减 1 表现 输入到一个营养级的能量不可能百分之百地流入到下一营养级 能量在沿食物链流动的过程中是 的 2 能量传递效率 能量在相邻两个营养级间的传递效率大约是 逆转 循环流动 逐级递减 10 20 3 能量金字塔 将单位时间内各个营养级所得到的 数值由 绘制成图 可形成一个金字塔图形 4 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 生态系统中的能量流动一般不超过 个营养级 能量 低到高 越多 4 5 三 研究能量流动的实践意义1 帮助人们科学规划 设计 使能量得到 的利用 2 帮助人们合理地调整生态系统中的 关系 使能量 地流向对人类最有益的部分 人工生态系统 最有效 能量流动 持续高效 1 某动物同化的能量为100kj 其中有多少能量随粪便排出 2 肉类和鸡蛋的价格比粮食和蔬菜高 从能量流动角度看 其道理何在 答案 1 提示 动物粪便应属食物残渣 这是未曾消化吸收的部分 它不属动物的同化量 故动物同化能量中没有随粪便排出的能量 2 提示 食物链延长 能量流失多 动物性食品成本高 思维激活 一 问题探讨提示 应该先吃鸡 再吃玉米 即选择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 二 思考讨论11 提示 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 生物体有机物 中 而另一部分被利用 散发至无机环境中 两者之和和流入生态系统的能量相等 2 提示 不能 能量流动是单向的 资料分析1 2 3 提示 流入某一营养级的能量主要有以下去向 一部分通过该营养级的呼吸作用散失了 一部分作为排出物 遗体或残枝败叶不能进入下一营养级 而为分解者所利用 还有一部分未能进入 未被捕食 下一营养级 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 4 提示 生态系统中能量流动是单向的 能量在流动过程中逐级递减 三 思考讨论2提示 桑基鱼塘 的设计理念是从人类所需出发 通过能量多级利用 充分利用流经各营养级的能量 提高生产效益 四 旁栏思考题一般情况下 也是金字塔形 但是有时候会出现倒置的塔形 例如 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量可能低于浮游动物的量 当然 总的来看 一年中流过浮游植物的总能量还是比流过浮游动物的要多 同理 成千上万只昆虫生活在一株大树上 该数量金字塔的塔形也会发生倒置 生态系统能量流动的过程 要点归纳 2 能量的传递 1 传递途径 食物链和食物网 2 传递形式 有机物中的化学能 3 某一营养级的能量分流 理解流入每一营养级的能量去向可从以下两个角度分析 定量不定时分析 流入某一营养级的一定量的能量在足够长的时间内的去路可有三条 a 自身呼吸消耗 b 流入下一营养级 c 被分解者分解利用 定量定时分析 流人某一营养级的一定量的能量在一定时间内的去路可有四条 a 自身呼吸消耗 b 流人下一营养级 c 被分解者分解利用 d 未被自身呼吸消耗 也未被下一营养级和分解者利用 即 未利用 如果是以年为单位研究 这部分的能量将保留到下一年 1 食物的摄入量 同化量 摄入量 指动物取食的总量 可以理解为动物的食物总量 同化量 指动物经过消化和吸收后转化为自身的能量 关系 摄入量 同化量 粪便中的能量 2 能量的输入并非只有光合作用能量的输入过程 绝大部分是通过绿色植物的光合作用 但在极少数特殊空间 如深海热泉口生态系统 是通过特殊细菌的化能合成作用 3 未利用 能量如 多年生植物上一年自身生长发育的净积累量 未来得及分解 被埋藏在地下形成的煤炭 石油等能量 解析 同化量 摄入量 粪便量 所以羊同化的能量为n 36 n 64 n 储存在羊体内的能量 同化量 呼吸消耗量 64 n 48 n 16 n 而储存在羊体内的能量一部分被分解者分解 一部分流向下一营养级 一部分未被利用 答案 a 大象是植食性动物 有一种蜣螂则专以象粪为食 设大象在某段时间所同化的能量为107kj 则这部分能量中可流入蜣螂体内的约为 a 0kjb 106kjc 2 106kjd 106 2 106kj 答案 a 解析 象粪中的能量 是大象取食植物后未消化的能量 属于生产者同化的能量的一部分 而大象同化的能量没有流入蜣螂体内 2 能量流动逐级递减的原因 各营养级生物要维持自身的生命活动 总要消耗一部分能量 各营养级消费者不可能百分之百地利用前一营养级的能量 总有一部分会自然死亡或被分解者所利用 各营养级的同化率不是百分之百的 总有一部分变成排遗物而被分解者利用 2 生态金字塔能量金字塔 数量金字塔 生物量金字塔三者都是用来说明食物链中能量流动情况的 三者统称为生态金字塔 不同的金字塔能形象地说明营养级与能量 数量 生物量之间的关系 是定量研究生态系统的直观体现 3 能量流动的极值计算 1 能量在食物链中传递的计算 在一条食物链中若某一营养级的总能量为n 则最多传到下一营养级的能量为0 2n 最少为0 1n 在一条食物链中 某一营养级的能量为n 需要前一营养级的能量至少为n 20 5n 最多为n 10 10n 2 能量在食物网中传递的计算 设食物链a b c d e 分情况讨论 1 能量传递效率指两个相邻营养级之间 而不是两个个体或两个种群之间 2 一般来就 在以低营养级生物为主的生态系统中 传递效率可以低于10 仅在特殊条件下 某传递效率有可能高于20 时间过长将导致生态系统被破坏 3 天然生态系统必须当能量状况表现为正金字塔形状时 方可维持生态系统的正常运转 从而维持生态系统的稳定性 而人工生态系统中因能量可人为补充 可能会使能量金字塔呈现倒置状况 如人工鱼塘中生产者的能量未必比消费者 鱼 多 某生态系统中存在如图所示的食物网 如将c的食物比例由a b 1 1调整为2 1 能量传递效率按10 汁算 该生态系统能承载c的数量是原来的 a 1 875倍b 1 375倍c 1 273倍d 0 575倍 典例导析 解析 本题主要考查能量流动的相关计算 具体分析如下 答案 b 假如一个人在代谢过程中 其全部同化量的1 2来自植物 另1 2来自牛肉 并且能量在各营养级之间的传递效率均为10 现有g千克植物通过食物链被摄入人体 问最多能使人体体重增加多少 不计人体呼吸作用所消耗的部分能量 a g 10b 2g 11c g 55d g 280 答案 c 解析 该题着重考查了生态系统的能量流动关系 题中包含了两个食物链 植物 牛 人 植物 人 假设最多使人体增重x 则有x 2的重量是直接吃植物增重的 根据食物链 需要吃植物的量为10 x 2 人有x 2的重量是吃牛肉增重的 根据食物链 需要吃植物的量为100 x 2 根据题意 g 10 x 2 100 x 2 x g 55 2 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 在一个草场上 如果过度放牧造成草场的退化 会使畜产品的产量下降 只有根据草场的能量流动特点 合理确定草场的载畜量 才能保持畜产品的持续高产 2 调查当地农田生态系统中的能量流动情况 1 目的要求 调查当地的农田生态系统 明确它的组成成分 分析农田生态系统中能量流动的情况 并作出评价 对所调查的农田生态系统提出能量流动方面的改进建议 2 活动建议参考调查点 稻田生态系统 3 问题分析 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 初级消费者有 田螺 浮游动物 植食性昆虫 植食性鱼 鸟类等 一般而言 植食性昆虫和鸟类等往往对水稻生长构成危害 田螺 植食性鱼数量较多时也会对水稻生长构成危害 农民采用喷洒农药 竖稻草人等措施防止或减少这些动物对水稻的危害 次级消费者有 泥鳅 黄鳝 肉食性鱼 青蛙等 一般而言 这些消费者对水稻生长利大于害 农民通过禁捕 或适量放养等措施 实现生态农业的目标 1 每个营养级的能量来源 生产者的能量主要来自于太阳光 各级消费者的能量来自上一个营养级 流入各级消费者的总能量是指各级消费者在进行同化作用过程中所同化的物质中含有的能量总和 消费者粪便中所含有的能量不能计入排便生物所同化物质中的能量 分解者的能量来自生产者和消费者 2 每个营养级的能量去路 一是通过呼吸作用分解一部分有机物 释放能量 供生命活动利用 二是随尸体 排泄物等流入分解者中去 三是有一小部分有机物中的能量流入到下一营养级中 最后一个营养级除外 这是通过捕食关系进行的 解析 任何生态系统中的能量都不可循环利用 只能单向流动 次级消费者固定的能量 中能量的去向包括 流向下一营养级 被分解者消耗 和次级消费者本身呼吸消耗及利用的能量 因而 次级消费者粪便中的能量 实际上是初级消费者同化的能量 去路包括在 途径中 由于能量流动逐级递减 能量流动到第四 五营养级时 一般不能维持该营养级生物的生存 因而能量流动一般不超过4 5个营养级 答案 b 下列4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 虎等大型肉食动物容易成为濒危物种b 蓝藻易在富营养化水体中爆发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 a项中 虎属于最高营养级 获取能量少 容易成为濒危物种 b项中 在富营养化的水体中 n p含量高 蓝藻会进行爆发式繁殖 但是没有体现食物链 所以不适宜用能量流动规律来分析 c项 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 d项中 能体现出食物链 能用能量流动规律来解释 1 生态系统中能量流动符合热力学定律生态系统的能量流动遵循热力学第一定律和热力学第二定律 热力学第一定律指出 能量可以由一种形式转化为另一种形式 能量既不能消灭 也不能凭空产生 依据这个定律可知 一个系统的能量发生变化 环境的能量也必定发生相应的变化 如果系统的能量增加 环境的能量就要减少 反之亦然 对生态系统来说也是如此 能量流动的基本原理 热力学第二定律指出 在封闭系统中 一切过程都伴随着能量的改变 在能量传递和转化过程中 除了一部分可以继续传递和做功的能量 自由能 外 总有一部分以热能的形式消散 对生态系统来说 当能量以食物的形式在生物之间传递时 食物中相当一部分能量转化为热能而消散 其余则用于合成新的组织而作为潜能贮存下来 2 生态系统能量流动是单向的能量以光的状态进入生态系统后 就不能再以光的形式存在 而是以化学能或热能的形式存在 生物代谢过程产生的热能也不能再转化为生物的化学能 从总的能量流动途径来看 能量只是单程流经生态系统 是不可逆的 3 能量在生态系统内流动是不断递减的生态系统中各营养级不能百分之百地利用前一营养级的生物量和能量 总要耗散掉一部分 耗散掉的能量包括热能 不能被生物采食或摄入的能量 一般来说 能量在相邻两个营养级间的传递效率大约为10 20 探究点与能量传递有关的图表分析技巧 生态系统能量流动过程分析与计算 案例 下表表示某草原生态系统中甲 乙 丙 三者构成一条食物链 种群对能量的同化 利用 传递等的部分数量关系 单位 百万千焦 已知该草原生态系统受到的太阳辐射为150000百万千焦 但其中149875百万千焦的能量未能由生产者固定 下图表示乙动物利用食物的情况 据图回答下列问题 1 流经该生态系统的总能量是 百万千焦 乙 丙能量递减的原因是乙呼吸消耗了 百万千焦的能量 2 能量从乙到丙的传递效率约为 3 恒温动物的d c一般 高于 低于或等于 变温动物的 要提高畜牧动物生长量一般需 提高 降低或不变 c b 如果乙是食草哺乳动物 那么食肉哺乳动物的c b一般 高于 低于或等于 乙的 4 乙的有机物积累量d的数值是 百万千焦 5 有一种蜣螂专以乙的粪便为食 设乙在某段时间内所同化的能量为107kj