3-2 生态系统的能量流动【课件】生物选择性必修2 (共46张PPT)

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第2节生态系统的能量流动

第3章生态系统及其稳定性

[学习目标]

1.通过分析生态系统中能量在生物群落中单向流动并逐级递减的规律,培养物质与能量观等生命观念、归纳与概括等科学思维。

2.通过举例说明利用能量流动规律,人们能够更加科学、有效地利用生态系统中的资源,培养关注生物学社会性议题的社会责任感。

3.通过解释生态金字塔表征了食物网各营养级之间在个体数量、生物量和能量方面的关系,培养建模的科学思维。

4.通过调查生态系统的能量流动,培养观察提问、团队合作、交流讨论等科学探究素养。

课前自主预习案

一、生态系统能量流动的概念和过程

1.能量流动的概念:是指生态系统中能量的的过程。

2.能量流经第一营养级的过程(以绿色植物为例)

(1)能量输入:生态系统中的生产者通过光合作用把太阳能转化为,固定在它们所制造的中。

(2)能量去向

①在生产者的呼吸作用中以的形式散失。

输入、传递、转化和散失

化学能

有机物

热能

②用于生产者的等生命活动,储存在植物体的中。构成植物体的有机物中的能量,一部分随着等被分解者分解而释放出来;另一部分被初级消费者摄入体内,这样,能量就流入了第二营养级。

3.能量流经第二营养级的过程

(1)能量输入:的能量。

(2)能量去向

①在初级消费者的呼吸作用中以的形式散失。

②用于初级消费者的等生命活动,储存在初级消费者的

中。构成初级消费者的有机物中的能量,一部分以的形式被分解者利用;另一部分被次级消费者摄入体内,这样,能量就流入了第三营养级。

生长、发育和繁殖

有机物

残枝败叶

初级消费者同化生产者

热能

生长、发育和繁殖

有机物

遗体残骸

(3)图解

4.能量在不同营养级间变化情况

能量在第三、第四营养级的变化,与第二营养级的情况。

5.生态系统能量流动的示意图(教材P55图3-6)

由图可以看出:生产者及各级消费者能量流动相同的三个去向是:通过呼吸作用以的形式散失,被同化,被利用。

同化

生长、发育和繁殖

分解者

大致相同

热能

下一营养级

分解者

二、能量流动的特点和生态金字塔

1.能量流动的特点

单向流动

逆转

循环流动

逐级递减

逐级减少

10%～20%

越多

5

2.能量的输入

任何生态系统都需要不断得到来自的能量补充,以便维持生态系统的正常功能。

3.生态金字塔:包括能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔

(1)能量金字塔:将单位时间内各营养级所得到的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。

(2)生物量金字塔:将单位时间内各营养级的(每个营养级所能容纳的有机物的总干重)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。

系统外

能量

生物量

(3)数量金字塔:将单位时间内各营养级转换为相应面积

(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。

(4)能量金字塔通常都是的金字塔形;生物量和数量金字塔大多是的金字塔形。

三、研究能量流动的实践意义

1.帮助人们将生物在上进行合理配置,增大流入某个生态系统的总能量。

2.帮助人们科学地规划和设计,使能量得到。

3.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。

生物个体的数目

上窄下宽

上窄下宽

时间、空间

人工生态系统

最有效的利用

能量流动

持续高效

最有益的部分

预习自测

1.判断下面有关生态系统能量流动过程说法的正误。

(1)生态系统的能量流动指能量的输入和散失过程。()

(2)散失的热能不可以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。()

×

√

×

√

×

2.判断下面有关生态系统能量流动特点和意义说法的正误。

(1)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,原因是一个营养级呼吸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)能量金字塔和生物量金字塔均可以出现倒置现象。()

(4)拔去田地中的杂草是人为地调整能量流动的方向,提高生态系统的能量传递效率。()

(5)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%。()

(6)沼渣、沼液作为肥料还田,使能量能够循环利用。()

√

√

×

×

×

×

课堂互动探究案

探究点一能量流动的过程

[活动]阅读教材P55能量流动的过程相关文字及图3-5和图3-6。

(1)据图分析下列问题。

①a、b、c、d、e、f之间具有怎样的等量关系

提示:a=b+c;b=d+e+f。

②第一营养级中未被利用能量的最终去向是什么

提示:死亡后被分解者吸收利用,通过分解者的呼吸作用散失。

(2)结合教材图3-5和3-6,分析回答下列问题。

①被初级消费者摄入的能量(摄入量)全部被初级消费者同化(同化量)了吗

提示:没有。初级消费者摄入生产者后要排出粪便。粪便中有机物的能量(粪便量)最终流向了分解者。即摄入量=同化量+粪便量。

②初级消费者粪便中的能量是其同化量的一部分吗为什么

提示:不是。初级消费者粪便中的能量不属于其同化的能量,而是属于生产者所同化的能量。

③流入初级消费者体内的能量(同化量)有何用途

提示:初级消费者在呼吸作用中以热能的形式散失;初级消费者进行生长、发育和繁殖等生命活动。

④流入初级消费者体内的能量(同化量)最终去向有哪些

提示:呼吸作用散失的热能、第三营养级同化的能量、分解者利用的能量。

⑤能量流动的渠道是什么

提示:食物链和食物网。

⑥对每个营养级来说,能量流动的各个过程之间有何关系(不包括最高营养级)

提示:流入能量=呼吸作用散失的热能+下一营养级同化的能量+分解者利用的能量。

⑦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: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。

[深度思考]某营养级能量来源就是同化上一营养级的能量的说法是否正确为什么

提示:不正确。自然生态系统:生产者的能量主要来自固定的太阳能,消费者的能量来自同化上一营养级的能量。人工生态系统:消费者的能量来自同化上一营养级的能量和人工输入的能量。

[归纳总结]流入某一营养级能量的来源和去路(以自然生态系统为例)

(2)能量去向:流入某一营养级(最高营养级除外)的能量去向可从以下两个角度分析

[应用]假设某生态系统中有a、b、c、d四个种群,构成食物链a→b→c,d为分解者,如图是该生态系统中能量流入b处发生的一系列变化示意图,下列说法错误的是()

A.图中的甲表示b的同化量,乙表示b用于生长、发育和繁殖的能量

B.参与丁过程的都是异养型生物,主要包括营腐生的细菌、真菌等

C.当生态系统处于相对稳定状态时,b的种群数量一般处于K/2

D.图中d的能量不全部来自b生物

C

解析:b摄入量为其同化量(甲)和粪便量之和,其同化量一部分用于呼吸消耗,一部分用于自身的生长、发育和繁殖(乙);丁过程为分解者的分解作用,分解者主要是营腐生生活的细菌、真菌等,都是异养型生物;当生态系统处于相对稳定状态时,b种群数量一般达到环境容纳量,即处于K值;d的能量可来自b的粪便,而此部分属于上一营养级a同化的能量。

探究点二能量流动的特点

[情境1]阅读教材P56“思考·讨论”,分析赛达伯格湖的能量流动情况。

[思考](1)对于每一个营养级来讲,输入和输出的能量是否相等为什么

提示:不相等。因为每个营养级中都有未被利用的能量。

(2)从第一营养级流入第二营养级的能量,占第一营养级所固定能量的百分比是多少

提示:由图可知,流经该生态系统的总能量为464.6J/(cm2·a),第二营养级的同化量为62.8J/(cm2·a),因此占第一营养级所固定能量的百分比为62.8÷464.6×100%≈

13.5%。

(3)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。

[应用]下图是麻风树树林中两个营养级的能量流动图解,已知麻风树的同化的总能量为a,其中字母代表了能量,则下列叙述不正确的是()

A.从麻风树输入下一营养级的能量传递效率为a′/a×100%

B.c是第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量

C.d是指第二营养级呼吸作用消耗的能量

D.a′到e的箭头中含有的能量属于生产者同化的能量

A

解析:根据题意和图示分析可知,该图只包括两个营养级,麻风树是第一营养级,则a′只能代表第二营养级的摄入量,b代表第二营养级的同化量,d代表第二营养级用于呼吸作用消耗的能量,c是指第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量,e则是流入分解者的能量。被消费者同化的能量是b,所以从麻风树流入下一营养级的能量传递效率为b/a×100%;c=同化量b-呼吸消耗的能量d,为第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量;a′到e的能量来自a′的粪便,a′的粪便中的能量属于上一个营养级生产者同化的能量。

[情境2]阅读教材P57～P58生态金字塔内容。

[思考]比较能量金字塔、数量金字塔和生物量金字塔。

类型金字塔金字塔金字塔

形状

特点正金字塔形一般为正金字塔形一般为正金字塔形

象征含义能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减一般生物有机物的总干重随食物链中营养级升高而逐级递减

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量每一营养级生物的有机物总干重

能量

数量

生物量

[归纳总结]生态系统中能量流动特点的原因

单向流动原因:食物链中的捕食关系不能逆转;热能不能再次被固定。

逐级递减原因:每个营养级都有能量通过呼吸作用散失;每个营养级都有能量被分解者利用。

[应用](不定项选择)如图是某同学绘制的生态系统能量金字塔,其中a～d代表能量值。下列相关叙述正确的是()

A.图中所示的各种生物成分组成一条食物链

B.次级消费者、三级消费者分别属于第三、第四营养级

C.能量c可代表生产者呼吸释放的热能及流向分解者的能量

D.在生态系统中,b的值不可能超过d的10倍

BC

解析:题图中各营养级的生物不是一种,所以图示的各种生物可以构成多条食物链;次级消费者、三级消费者分别属于第三、第四营养级;图中c表示呼吸作用散失的能量及流向分解者的能量;在生态系统中,能量传递效率一般在10%～20%之间,但也会有特例,即b的值可能会超过d的10倍。

探究点三生态系统的能量流动过程中的相关计算

[情境]分析下图食物网,进行相关计算。

[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,按最短食物链,最高传递效率计算:

1kg×20%×20%=1/25kg。

②C增重最少,按最长食物链,最低传递效率计算:

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,按最短食物链、最高传递效率:1kg÷20%÷20%=25kg。

②消耗A最多,按最长食物链、最低传递效率:1kg÷10%÷10%÷10%÷10%=

10000kg。

(3)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

千克

提示:消耗A最少,按最高传递效率计算,沿食物链A→B→C逆推:3/4kg÷

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

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

(4)如果C取食B、F的能量比例关系由1∶1变为1∶2,当C增重1kg,传递效率为10%时,所需要A的能量是改变前的约多少倍

提示:①当比例关系为1∶1时,当C增重1kg,C从B获得1/2kg,沿食物链A→B→C计算:

1/2kg÷10%÷10%=50kg;C从F获得1/2kg,沿食物链A→D→E→F→C计算:1/2kg÷

10%÷10%÷10%÷10%=5000kg。

A总量为50kg+5000kg=5050kg。

②当比例关系变为1∶2后,当C增重1kg时,C从B获得1/3kg,沿食物链A→B→C计

算:1/3kg÷10%÷10%=100/3kg;C从F获得2/3kg,沿食物链A→D→E→F→C计算:

2/3kg÷10%÷10%÷10%÷10%=20000/3kg。

A总量为100/3kg+20000/3kg=6700kg。

所以所需要A的能量是改变前的6700kg÷5050kg≈1.33倍。

[深度思考]具有人工能量输入的能量传递效率如何计算

提示:人工输入到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(不包括人工输入到第三营养级的能量)/第二营养级的同化量(包括人工输入到第二营养级的能量)×100%。

[归纳总结]能量流动的相关计算

(1)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:

(2)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多种生物获得能量,且各途径所获得的能量比例确定,则按照各单独的食物链进行计算后合并。

[应用]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A∶B=2∶1,其他条件不变,相邻两个营养级之间的能量传递效率按10%计算,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

B

课堂小结

完善概念图记忆节节清

1.生态系统的能量流动:生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。

2.一个营养级的同化量:自身呼吸散失、流向下一个营养级(最高营养级除外)、被分解者利用和未被利用的能量。

3.能量流动的途径:食物链(食物网)。

4.能量转换:光能→化学能→热能。

5.能量流动特点:单向流动、逐级递减。

随堂反馈

1.判断下列关于生态系统能量流动的说法是否正确。

(1)生态金字塔可采用生物量单位,能量单位和个体数量单位,生态金字塔必然呈正金字塔形。()

(2)每一个营养级的同化量都是自身呼吸散失+流向下一个营养级+被分解者利用+未被利用的能量。()

(3)相邻两个营养级的能量传递效率可以小于10%,也可以大于20%。()

(4)研究能量流动,可合理设计人工生态系统,提高能量的利用率。()

×

×

√

√

2.下列有关生态系统能量流动的叙述中,错误的是()

A.能量流动是单向的,不可逆转的

B.食物链越短,可供最高营养级消费的能量越多

C.初级消费者越多,次级消费者获得的能量越少

D.营养级越多,散失的能量越多

解析:由于相邻两个营养级之间的能量传递效率为10%～20%,所以初级消费者越多,次级消费者获得的能量也越多。

C

3.如图所示的食物网中,戊的食物有1/2来自乙,1/4来自丙,1/4来自丁,且能量从生产者到消费者的传递效率为10%,从消费者到消费者的能量传递效率为20%。若戊体重增加20g,需要消耗植物()

A.1125gB.1600g

C.2000gD.6500g

C

解析:甲为生产者,戊所在食物链共有以下三条: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.(不定项选择)为提高农业产量,农民采取了如下手段,某同学根据能量流动的特点进行分析,其中叙述正确的是()

①人工除草②使用农药消灭害虫③温室种植时,适当降低夜间温度④对农作物施肥

A.①是为了减少营养级,从而降低能量传递过程中能量的损失

B.②是为了使能量尽可能多地流向对人类最有益的部分

C.③是为了减少农田生态系统的能量消耗

D.④是为农田生态系统额外补充能量,从而提高农业产量

BC

解析:①人工除草,②使用农药消灭害虫,都是调整能量流动的方向,使能量能够持续高效地流向对人类最有益的部分;③温室种植时,适当降低夜间温度,降低呼吸作用强度,可以减少有机物的消耗;④对农作物施肥是补充营养物质,而不是补充能量。

5.若某生态系统中只具有三个营养级,且处于相对稳定状态。如图表示该生态系统的能量流动的关系图,a、b、c