生态系统的能量流动课件高二上学期生物人教版选择性必修2

第2节生态系统的能量流动学有目标——课标要求必明记在平时——核心语句必背1.通过分析能量在营养级间的流动情况和赛达伯格湖的能量流动，概述生态系统中能量流动的过程和特征2.用生态金字塔表征生态系统中各营养级间的能量、生物量或数量等关系3.概述研究生态系统能量流动的意义1.生态系统的能量流动是指能量的输入、传递、转化和散失的过程2.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3.生态系统中能量流动是单向的、逐级递减的。能量在相邻两个营养级间的传递效率为10%～20%4.流入每个营养级中能量的去路一般有通过呼吸作用以热能的形式散失、流入下一营养级及遗体残骸被分解者分解5.生态金字塔包括能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔三种类型【主干知识梳理】一、能量流动的过程1．概念：能量流动是指生态系统中_____________________________________。2．能量流经第一营养级的过程(1)输入：生产者通过_________把太阳能转化为化学能，固定在有机物中。(2)能量去向①在生产者的呼吸作用中以______形式散失。②随着残枝败叶等被_______分解而释放出来。③被初级消费者摄入体内，流入_____营养级。能量的输入、传递、转化和散失的过程光合作用热能分解者第二3．能量流经第二营养级的过程(1)输入：通过_____________获得。(2)去向①通过__________以_____形式散失。②随遗体残骸流向________。③被____________捕食，流入下一营养级。摄食生产者呼吸作用热能分解者次级消费者4．能量流动过程图解(1)补充图中标号代表的内容甲：_______；乙：___________；丙：___________；丁：________；戊：______。(2)据图总结流入每一营养级的能量最终去向：①通过自身呼吸作用以_____形式散失。②被____________同化。③被________分解利用。生产者初级消费者次级消费者呼吸作用分解者热能下一营养级分解者二、能量流动的特点1．特点(1)_________

：沿食物链由低营养级流向高营养级，不可______，也不能_____流动。(2)___________

：①能量在沿食物链流动的过程中_________。②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。单向流动逆转循环逐级递减逐级减少越多52．能量传递效率(1)能量在相邻两个营养级间的传递效率一般只有___________，也就是说，在输入某一营养级的能量中，只有____________能够流到下一营养级。(2)计算公式相邻两个营养级间的能量传递效率：__________________________。10%～20%10%～20%三、生态金字塔1．能量金字塔将单位时间内各________所得到的能量数值转换为相应面积(或体积)的图形，并将图形按照________的次序排列，可形成一个金字塔图形。2．生物量金字塔用能量金字塔的方法表示各个_____________

(每个_________所容纳的_______________)之间的关系。营养级营养级营养级生物量营养级有机物的总干重3．数量金字塔用能量金字塔的方法表示______________________的数目比值关系。4．生态金字塔______________________________________统称为生态金字塔。四、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___________________________________，增大流入某个生态系统的________。2．帮助人们_____________________________，使能量得到________的利用。3．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。各个营养级的生物个体能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔将生物在时间、空间上进行合理配置总能量科学地规划和设计人工生态系统最有效【教材微点发掘】1．(教材第54页“科学方法”延伸思考)(1)如果将一个营养级的所有种群作为一个整体来研究能量流动的情况，其优点是_______________________________________________________。提示：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)如果以个体为单位研究能量流动，有什么问题？如果将种群作为一个整体来研究能量流动，又会遇到什么问题？提示：以个体为研究对象，有很大的局限性和偶然性，如个体死亡，数据可能不准确；不同个体间差异过大等。以种群为研究对象，能量的流动渠道为食物链(或食物网)，在分析时，可能因食物网的复杂性而影响结果的准确性。2．(教材第55页图3-6变式)分析生态系统能量流动的示意图，填写相关内容并分析流入每一营养级中能量的去向。(1)填写图中甲～丁代表的内容甲：________；乙：__________；丙：________；丁：__________。(2)分析图中流入每一营养级的能量最终去向提示：(1)生产者呼吸作用分解者呼吸作用/分解作用(2)呼吸作用下一营养级分解者3.(教材第57页图3­7)某个湖泊生态系统的能量金字塔模型示意图，共有A～D四层，按要求回答问题。(1)A～D每层生物组成有什么共同特点？提示：同属同一个营养级。(2)D层的含义是什么？提示：第一营养级(生产者)在单位时间内固定的太阳能。(3)通常情况下，该图除表示能量金字塔外，还可以表示哪些生态金字塔？提示：还可以表示生物量金字塔、数量金字塔。(4)试举一例倒置的金字塔。提示：倒置金字塔如树和虫构成的数量金字塔、海洋中某时刻浮游植物与浮游动物构成的生物量金字塔等。概念体系新知探究一能量流动的过程【探究·深化】[问题驱动]

呼伦贝尔草原上的鹰捕食兔子，存在一条食物链：草→兔子→鹰。草原上的生产者主要是草，几乎全部动物都是直接或间接由草养活，下图是能量流经第二营养级的示意图。请分析并回答下列问题：(1)草的能量来自哪里？它的能量通过什么途径传递给其他动物？提示：草的能量来自太阳光能。传递途径为食物链或食物网。(2)图中第二营养级的摄入量(a)和粪便量(c)、初级消费者的同化量(b)之间具有的等量关系是什么？提示：摄入量(a)＝粪便量(c)＋同化量(b)。(3)初级消费者粪便中的能量属于哪个营养级的能量？第三营养级粪便中的能量呢？提示：初级消费者粪便中的能量属于第一营养级的能量，第三营养级粪便中的能量属于第二营养级的能量。(4)初级消费者同化的能量有哪几个流向？提示：有三个流向：自身呼吸散失、被分解者利用和流向下一营养级。[重难点拨]

1．流经生态系统的能量辨析(1)整个生态系统能量的源头是太阳能，输入的起点是生产者固定的太阳能。(2)流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能，而不是照射在所有植物体上的太阳能，因为有相当一部分的太阳辐射没有被生产者捕捉和固定。(3)流经某些人工生态系统(如人工鱼塘)的总能量除生产者固定的太阳能外，还包括人工投喂的饲料等有机物中的能量。(4)能量最后以热能的形式回到非生物环境中，包括各营养级生物的呼吸作用和分解者的呼吸作用。2．能量流动概念的理解【典题·例析】[典例1]

(2023·全国甲卷)在生态系统中，生产者所固定的能量可以沿着食物链传递，食物链中的每个环节即为一个营养级。下列关于营养级的叙述，错误的是(

)A．同种动物在不同食物链中可能属于不同营养级B．作为生产者的绿色植物所固定的能量来源于太阳C．作为次级消费者的肉食性动物属于食物链的第二营养级D．能量从食物链第一营养级向第二营养级只能单向流动[解析]某种动物在某条食物链中可能属于次级消费者，而在另一条食物链中可能属于三级消费者，即同种动物在不同食物链中可能属于不同营养级，A正确；绿色植物可通过光合作用制造有机物，属于生产者，其固定的能量来源于太阳，B正确；作为次级消费者的肉食性动物属于食物链的第三营养级，C错误；在生态系统中，能量只能从食物链的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，不可逆转，也不能循环流动，D正确。[答案]

C[典例2]

(多选)下图为能量流动示意图。其中a1是流入第一营养级的总能量，相关说法错误的是

(

)[答案]

AC【应用·体验】1．下列有关能量流动过程的叙述，错误的是

(

)A．进入生物群落的总能量与进入生态系统的总光能相等B．能量流动的渠道是食物链(网)C．某营养级的主要能量去向是用于自身的生长，发育和繁殖D．每个营养级总有一部分能量流向分解者解析：进入生物群落的总能量是生产者固定的总能量，小于进入生态系统的总光能，A错误；能量流动的渠道是食物链和食物网，B正确；在每一个营养级，能量的主要去向是用于自身的生长发育和繁殖，C正确；每个营养级都有一部分能量流向分解者，D正确。答案：A

2．下图表示能量流经第二营养级的情况，有关叙述正确的是

(

)A．图中粪便量属于生产者经光合作用所固定的太阳能B．呼吸作用以热能形式散失的能量占同化量的比例最大C．流入下一个营养级的能量占摄入量的10%～20%D．由图示可知，能量在营养级之间不具有单向流动的特点解析：由于摄入量＝流入第二营养级的能量(同化量)＋粪便量，所以图中粪便量属于生产者经光合作用所固定的太阳能，A正确；呼吸作用以热能形式散失的能量占同化量的比例小于用于生长、发育、繁殖的能量，B错误；流入下一个营养级的能量占同化量的10%～20%，C错误；由图示可知，能量在营养级之间具有单向流动的特点，D错误。答案：A

新知探究二能量流动的特点及相关计算【探究·深化】[问题驱动]

(1)用能量流动的原理，解释谚语“一山不容二虎”隐含的道理。提示：根据生态系统中能量流动逐级递减的特点和规律可知，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小的程度。因此，老虎的数量将是很少的，故“一山不容二虎”。(2)人们在研究能量流动时，将秸秆作为牲畜饲料，粪便进入沼气池，生产燃料。此过程是否提高了能量的传递效率？提示：没有。以上过程提高了能量的利用率，即人类充分利用了流向分解者的能量，实现了对能量的多级利用，减少了环境污染，但没有提高能量在不同营养级之间的传递效率。[重难点拨]

1．能量流动的特点及原因特点原因单向流动表现能量只能沿着食物链由低营养级流向高营养级原因生物之间的捕食关系不可逆转逐级递减规律相邻两个营养级间能量传递效率为10%～20%原因①各营养级生物的呼吸消耗；②各营养级同化的能量都会有一部分流入分解者，包括未被下一营养级利用的部分比较项目能量金字塔数量金字塔生物量金字塔形状特点正金字塔形一般为正金字塔形，有时会出现倒金字塔形一般为正金字塔形

2.生态金字塔的比较续表比较项目能量金字塔数量金字塔生物量金字塔图形含义能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性一般情况下，生物个体数量在食物链中随营养级升高而逐级递减生物量(现存生物有机物的总量)沿食物链流动逐级递减每一级含义食物链中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总生物量3.能量传递效率的相关计算(1)在食物链中，若题干中未作具体说明，则一般认为能量传递的最低效率为10%，最高效率为20%。如食物链A→B→C→D。①已知D营养级的能量为M，则最少需要A营养级的能量为M÷(20%)3，最多需要A营养级的能量为M÷(10%)3。②已知A营养级的能量为N，则D营养级获得的能量最多为N×(20%)3，最少为N×(10%)3。(2)在食物网中的相关计算问题①在能量分配比例未知时，计算某一生物获得的能量最多(或最少)：②在能量分配比例和能量传递效率已知时，对食物网中能量流动的计算，先根据题意写出相应的食物链，再根据各营养级之间的能量传递效率，按照从不同食物链获得能量的比例分别进行计算，最后将各条食物链中得到的值相加即可。【典题·例析】[典例1]研究人员对某地“草→田鼠→鼬”的能量流动进行研究，得到能量金字塔如图所示。下列叙述正确的是(

)A．该能量金字塔以个体数量和生物量为指标来绘制B．该能量金字塔可以显示各营养级之间的食物关系C．由图可知，鼬既能从田鼠获得能量，也能从草获得能量D．由图可知，田鼠的摄入量等于同化量、呼吸量和热量之和[解析]该能量金字塔以各营养级的能量为指标来绘制，A错误；能量流动具有单向流动逐级递减的特点，该能量金字塔可以显示各营养级之间的食物关系，B正确；由“草→田鼠→鼬”可知，鼬只能从田鼠获得能量，C错误；田鼠的摄入量等于同化量加上粪便中的能量，D错误。[答案]

B[典例2]

下图为某生态系统中能量传递示意图(能量单位：kJ)，以下叙述错误的是

(

)A．能量流动是从甲固定的太阳能开始的，流入该生态系统的总能量为1250kJB．从乙到丙的能量传递效率为13%C．将乙和丙的粪便经沼气池处理后还田，可以提高能量利用率D．食物链的营养关系一般不可逆，这决定了能量流动的单向性[解析]

由题图分析可知，甲为生产者，乙为初级消费者，丙为次级消费者，丁为分解者。能量流动从生产者固定的太阳能开始，流入该生态系统的总能量是生产者固定的太阳能＝175＋200＋875＝1250(kJ)，A正确；从乙到丙的能量传递效率为（30÷200）×100%＝15%，B错误；将乙和丙的粪便经沼气池处理后还田，既利用了粪便中的能量，又能为植物提供无机盐，可以提高能量利用率，C正确；食物链的营养关系一般不可逆，这决定了能量流动的单向性，D正确。[答案]

B易错提醒能量传递效率与能量利用率的比较(1)能量传递效率：能量在沿食物链流动的过程中，逐级递减，若以“营养级”为单位，能量在相邻两个营养级之间的传递效率为10%～20%。(2)能量利用率：生态系统的能量利用率通常指人类可以利用的能量占生物总量的比值，或者指最高营养级的能量占生产者所固定的能量的比值。因此人类可通过改变营养结构或通过废弃物利用提高能量利用率。【应用·体验】1．下列对生态系统能量流动规律及特点的理解，正确的是

(

)A．羊吃草时草所含的全部能量均流入羊体内B．分解者在分解羊粪便时，羊有少部分能量流向了分解者C．能量逐级递减主要是因为每个营养级自身呼吸消耗及被分解者利用了部分能量D．初级消费者从生产者摄入的能量应等于粪便中所含能量及自身呼吸消耗的能量之和解析：羊吃草时草所含的能量，一部分流入羊体内，一部分是粪便中的能量，A错误；羊粪便中的能量属于草的同化量，分解者在分解羊粪便时，草有少部分能量流向了分解者，B错误；能量逐级递减是因为每个营养级自身呼吸消耗、被分解者利用以及未利用的，C正确；初级消费者从生产者摄入的能量应等于粪便中所含能量及自身同化的能量，D错误。答案：C

2．下图为某农田生态系统以及对秸秆进行进一步利用的示意图。下列相关说法错误的是

(

)A．流经此生态系统的总能量是生产者固定的太阳能B．图中有5条食物链C．秸秆利用后的废渣，其中的有机物被分解者分解后产生的CO2和其他无机物等均可被农作物再利用D．建立农田生态系统的目的是使能量尽可能多地流向对人类有益的方向解析：生产者固定的太阳能是流经此生态系统的总能量，A正确；题图中共有2条食物链，B错误；秸秆利用后的废渣，其中的有机物被分解者分解后产生的物质可被农作物再利用，如产生的CO2可以供给植物进行光合作用，而其他无机物可被植物根系吸收，用于合成自身的物质，C正确；建立农田生态系统的目的是通过能量的多级利用，提高能量的利用率，使能量尽可能多地流向对人类有益的方向，D正确。答案：B

3．生态学中常以金字塔形象地说明营养级与能量、生物体个体数量、生物量之间的关系，是定量研究生态系统的直观体现。生态金字塔有能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔三种类型。结合下图分析，下列有关叙述正确的是(

)A．该金字塔可表示树林中树(①)、害虫(②)和食虫鸟(③)之间的个体数量关系B．如果表示能量金字塔，则能量的流动方向只能依次是③→②→①C．该金字塔可表示浮游植物(①)和浮游动物(②)的生物量之间的关系D．在城市生态系统中该金字塔中的①表示生产者解析：营养级越高，含有的能量越少，但数量可以出现倒金字塔形，树上可以有很多虫子，显然不可用题图所示的金字塔表示，A错误；如果表示能量金字塔，位于塔基的是生产者，依次为第二营养级、第三营养级，则能量的流动方向只能是①→②→③，B错误；生物量金字塔中，浮游植物可对应第一营养级，浮游动物可对应第二营养级，一般情况下，浮游植物的总生物量还是比浮游动物的多，C正确；城市生态系统是特殊的人工生态系统，生产者数量少，流经城市生态系统的总能量大于该生态系统中所有生产者固定的太阳能总量，D错误。答案：C

4．研究人员对某森林生态系统一年内的能量流动进行了研究，结果如下表(单位：J·m－2·a－1)。根据表中信息，下列有关该生态系统的叙述正确的是

(

)

生产者植食性动物肉食性动物分解者流入能量9.8×1081.5×1082.1×107—呼吸作用6.1×1088.1×1071.6×1071.7×108A．肉食性动物处在食物链的第三营养级B．相邻营养级间的能量传递效率都相同C．初级消费者摄入的总能量是1.5×108J·m－2·a－1D．该生态系统未利用的能量约1.03×108J·m－2·a－1解析：肉食性动物不一定捕食植食性动物，也可能捕食肉食性动物，因此肉食性动物不一定处在食物链的第三营养级，A错误；相邻营养级间的能量传递效率一般在10%～20%，相邻营养级间的能量传递效率不一定都相同，B错误；流入植食性动物的能量为初级消费者的同化量，摄入量＝同化量＋粪便量，因此初级消费者摄入的总能量应大于1.5×108J·m－2·a－1，C错误；该生态系统未利用的能量＝生产者同化的能量－所有生物呼吸作用散失的能量＝9.8×108－6.1×108－8.1×107－1.6×107－1.7×108＝1.03×108(J·m－2·a－1)，D正确。答案：D

科学思维——通过模型分析能量流动过程生态系统的能量流动具有单向流动、逐级递减的特点。可通过构建不同的模型分析能量流动过程，以深化理解能量流动的特点，如柱形图法、表格数据分析法、拼图法等。下面以拼图法为例分析能量流动过程。图中输入第一营养级的能量(W1)，被分为两部分：一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了(A1)，一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖(B1＋C1＋D1)。而后一部分能量中，包括现存植物体的能量(B1)、流向分解者的能量(C1)、流向下一营养级的能量(D1)。【素养评价】1．下图是某生态系统中组成食物链的三个种群(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)一年内能量流动统计的部分数据(图中数值单位是100万kJ)。有关叙述错误的是

(

)A．三个种群组成的食物链是Ⅱ→Ⅰ→ⅢB．种群Ⅱ全部生物的呼吸消耗能量约为6950万kJC．不同营养级之间能量以有机物为载体进行流动D．第二营养级到第三营养级的能量传递效率为20%解析：三个种群的同化的能量由大到小依次是Ⅱ、Ⅰ、Ⅲ，结合能量流动的特点可知，三个种群组成的食物链是Ⅱ→Ⅰ→Ⅲ，A正确；种群Ⅱ同化的能量＝呼吸消耗的能量＋被种群Ⅰ同化的能量＋流向分解者的能量＋未被利用的能量，根据图中数据可知，种群Ⅱ全部生物呼吸消耗的能量＋流向分解者的能量＝5450(万kJ)，而由于题中没有给出流向分解者能量，因此种群Ⅱ全部生物呼吸消耗的能量也无法求出，B错误；不同营养级之间能量以有机物形式流动，C正确；第二营养级到第三营养级的能量传递效率为3.0÷15.0×100%＝20%，D正确。答案：B2．(2023·山东高考)某浅水泉微型生态系统中能量情况如表所示，该生态系统中的初级消费者以生产者和来自陆地的植物残体为食。下列说法正确的是

(

)

A．流经该生态系统的总能量为90×105J/(m2·a)B．该生态系统的生产者有15%的能量流入下一营养级C．初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量为10.5×105J/(m2·a)D．初级消费者粪便中的能量为70.5×105J/(m2·a)，该能量由初级消费者流向分解者

生产者固定来自陆地的植物残体初级消费者摄入初级消费者同化初级消费者呼吸消耗能量[105