人教版生物必修三5.2生态系统的能量流动

第五章 生态系统及其稳定性 第2节 生态系统的能量流动 说出生态系统能量流动的概念01 03 分析生态系统能量流动的过程和 特点（重难点）02学习 目标 概述研究能量流动的实践意义 1．生态系统的组成成分包括 、 、 、 ，各组 成成分间相互作用形成一个统一的整体。 2．生态系统的营养结构是 。生态系统的主要功能是 和 ，就是沿着此渠道进行的。 3．绿色植物通过光合作用把 能转化为 _____ ___ ___ _ 能，化能自养生物 则通过化能合成作用把__________ ___ 能转化为 能。 4．生物通过呼吸作用把有机物中稳定的化学能释放出来，大部分以 形式散失， 少部分储存在 中。 5．在“草→兔→狼”这条食物链中，草通过光合作用固定了太阳能，属于第一营养级。 兔生命活动需要的能量来自于 ，属于第 营养级， 消费者。狼生命活动需 要的能量来自于 ，属于第 营养级， 消费者。 生产者 消费者 分解者 非生物的物质和能量 食物链和食物网 能量流动 物质循环 太阳 有机物中稳定的化学 氧化无机物时释放的化学 有机物中稳定的化学 热能 ATP 草 二 初级 兔 三 次级 温故而知新 问题探讨： 假如你像小说中的鲁滨逊那样，流落在一 个荒岛上，除了饮用水之外没有任何食物。你 随身带的食物只有一只母鸡、15Kg玉米。 策略： 1.先吃鸡再吃玉米。 2.先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产 下的蛋，最后吃鸡。 一、能量流动的概念 生态系统的能量流动是指生态系统中能量 的输入、传递、转化和散失的过程。 （1）起点：生产者固定的太阳能 （2）总能量：生产者所固定太阳能的总量 （3）渠道：食物链、食物网 （4）方向： 低营养级 高营养级 研究生态系统中能量流动一般在群体水平上。 二、能量流动的过程 草 兔 狐 第一营养级 第二营养级 第三营养级 生产者 初级消费者 次级消费者 呼吸散失 用于生长、发 育、繁殖,储 存在植物体的 有机物中 遗体、 残枝败叶 分解者 1、能量流经第一营养级示意图 生产者 固定的 太阳能 (约占1%) • 摄入量:下一个营养级通过捕食的方式从上一个营养级获 得的能量. 2．结合上述内容完成能量流经第二营养级的示意图 散失 次级 生长发 育 分 解 者 呼吸作用 能量属于 上一营养 级 同化量 = 摄入量 - 粪便量 注：只有同 化量才是流 入下一个营 养级的能量 净同化量 3、结合前面概括生态系统能量流动示意图，请据图分析 生产者 呼吸 初级消 费者 次级消 费者 分 解 者 … 呼吸 三级消 费者 呼吸 呼吸 呼吸 (1)能量的输入 ①源头： 能或氧化无机物产生的 能。 ②相关生理过程： 作用或 作用。 ③能量转换形式： 能或氧化无机物产生的 能→有机物中的 能。 ④输入总量： 。 太阳 化学 光合 化能合成 光 化学 生产者所固定太阳能的总量 化学 能量 (2)能量的传递 ①传递途径： 。 ②传递形式： 。 食物链和食物网 有机物中的化学能 (3)能量的散失 ①形式： 能。 ②一般途径： 作用，包括各个营养级 的呼吸消耗以及 的呼吸 作用。 ③特殊途径：动植物遗体形成煤炭、石油等，经过 放出热能。 热 呼吸 自身 分解者 燃烧 摄入量 粪便量 同 化 量 呼吸消耗量 流入下一营养级 流入分解者 未被利用的 某营养级(消费者)的能量流动简图 归纳提炼 呼 吸 作 用 遗体 残骸 分 解 者 利 用 粪便 （c） 呼 吸 作 用 （d） （ f） 未被利 用（j） e＝f＋i＋j a＝b＋c b＝d＋e b＝d＋f＋i＋j 去路: 自身呼吸作用消耗 流向下一营养级 分解者分解 未被利用 跟踪反馈: 1.流经生态系统的总能量是( ) A. 照射到该生态系统内所有植物体叶面上的太阳能 B. 射进该系统的全部太阳能 C. 生产者传递给消费者的全部能量 D. 该系统全部生产者所固定的太阳能的总量 D 2.下列有关生态系统能量流动的叙述中，正确的是（ ） A.一种蜣螂专以象粪为食，则该种蜣螂能从大象所同化能量中获得 能量 B.当狼捕食兔子并同化为自身的有机物时，能量就从第一营养级流 入第二营养级 C.生产者通过光合作用合成有机物，能量就从非生物环境流入生物 群落 D.当狼吃掉兔子时，就获得了兔子的全部能量 C 0 第二营养级→第三营养级 部分 三、能量流动的特点 1．由图得知 (1)经过长期的自然选择，食物链中 是不可逆转的。 (2)各营养级的能量总是趋向于以 而散失掉，无法 再利用。因此，能量流动的方向是 ，只能从 一个营养级 流向___一个营养级，不可 ，也不能 。 各营养级的顺序 呼吸作用产生热能 单向的 上 下 逆转 循环流动 2.能量传递效率计算公式为： 请将图中各营养级的“输入”能量和“输出”到下一个营养级的能量整理出 来填在表格中，并计算相邻营养级之间的传递效率。[J/(cm2·a)] 输入 输出到下 一营养级 传递 效率 第一营养级 (生产者) 第二营养级 (植食性动物) 第三营养级 (肉食性动物) — — 464.6 62.8 13.5% 62.8 12.6 20.1% 12.6 3.由2中数据分析其原因可能有： (1)各营养级的生物都会因 而消耗掉相当大一部分能量。 (2)各营养级的生物中总有一部分能量未被 所利用。 (3)还有少部分能量随着 等直接传递给了 。 因此，输入各营养级的能量不可能百分之百地流入下一营养级，能量在 沿 流动过程中是 的。 输入 输出到下 一营养级 传递 效率 第一营养级 (生产者) 464.6 62.8 13.5% 第二营养级 (植食性动物) 62.8 12.6 20.1% 第三营养级 (肉食性动物) 12.6 — — 呼吸作用 下一营养级的生物 残枝败叶或遗体 食物链 逐级递减 分解者 三、能量流动的特点 （2）逐级递减（10-20%） （1）单向流动：原因：食物链中各营养级的顺序不可逆 原因：①各营养级生物因为呼吸作用产生热能散失一部分能量 ②有少部分能量流向分解者 食物链：A B C D 解题思路：至少按最小效率（10%）计算 最多按最大效率（20%）计算 若A增重1000KG，至少（或最多）能使D增重多少千克？ （3）正推类型： （4）逆推类型： 解题思路：至少按最大效率（20%）计算 最多按最小效率（10%）计算 若D增重10KG，至少（或最多）消耗A多少千克？ 相邻两个营养级间的能量传递效率大约为10%—20% 能量传递效率=下一营养级的同化量/上一营养级的同化量×100% 例. 下图是某一食物网的示意图： (1)如果 A增重100千克， ①C最多增重 千克。 ②C最少增重 千克。 100千克 ×20% 20千克 ×20% 4千克 4 正向求解问“最 多” ：最短食物 链，最高传递效 率 解题方法： 例：下图是某一食物网的示意图： (1)如果 A增重100千克，①C最多增重 千克。②C最少增重 千 克。 100千克 ×10% 10千克 ×10% 1千克 4 0.01 ×10% ×10% 0.1千克 0.01千克 正向求解问 “最少” ： 最长食物链， 最低传递效 率 解题方法： 例题.下图是某一食物网的示意图： (2)如果C增重1千克，①至少需消耗A 千克。 ②最多需消耗A 千克。 1千克 25 逆向求解问 “最少” ： 最短食物链， 最高传递效 率 20%÷ 5千克 20%÷ 25千克 解题方法： 例：下图是某一食物网的示意图： 10 000千克 ÷10% 1000千克 ÷ 10% 100千克 10% ÷ 10% ÷ 10千克 1千克 逆向求解问 “最多” ： 最长食物链， 最低传递效率 (2)如果C增重1千克，①至少需消耗A 千克。 ②最多需消耗A 千克。 25 10 000 解题方法： (3)如果C从B、F中获得的能量比为3∶1，C增重1千克， 则最少需要消耗A 千克。 下图是某一食物网的示意图： 1千克 每条食物链都 需要考虑时， 分别计算，然 后合并。 0.75千克 0.25千克 ÷20% 3.75千克 20%÷ 18.75千克 1.25千克 20%÷ 6.25千克31.25千克 20%÷ ÷20% 156.25千克 175 千克 175 20%÷ 解题方法： 能量流动的极值计算 (1)能量在食物链中传递的计算 ①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。 ②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。 知低营养级 求高营养级 最多 至少 能量流动计算规律总结 选最短食物链，按×20%计算 选最长食物链，按×10%计算 知高营养级 求低营养级 最多 至少 选最长食物链，按÷10%计算 选最短食物链，按÷20%计算 不涉及“最多”、“至少”，计算时，需按具体数值计算。 提醒： 选最长食物链，按×10计算 选最短食物链，按×5计算 例1、若某生态系统固定的总能量为24000kJ，则该生态系统的第四营 养级生物最多能获得的能量是（  ）  A. 24kJ    B. 192kJ   C.96kJ   D. 960kJ  B 例2、在一条有5个营养级的食物链中，若第五营养级的生物体重增加 1kg，理论上至少要消耗第一营养级的生物量为（ ） A.25kg B.125kg C.625kg D.3125kg C 活学活用 例3、由于“赤潮”的影响，一条4kg重的杂食性海洋鱼死亡，假 如该杂食性的食物有1/2来自植物，1/4来自草食鱼类，1/4 来自以草食鱼类为食的小型肉食鱼类，按能量流动效率20% 计算，该杂食性鱼从出生到死亡，共需海洋植物 ( ) A.120kg B.160kg C.60kg D.100kg B 例题4、下图表示某草原生态系统中能量流动图解，①~④表示相关过程能量流 动量。下列有关叙述正确的是 （ ） A.①是流入该生态系统的总能量 B.分解者分解动植物遗体释放出来的能量，可供绿色植物再利用 C.图中②/①的比值代表“草→兔”的能量传递效率 D.③和④分别属于草和兔同化量的一部分 D 表示营养级与能量之间的关系。 能量金字塔每一阶的含义： 能量金字塔永远是正金字塔形。 能量金字塔形状象征含义： 能量金字塔： 问：1.该图包含了一条食物链。 2.能量金字塔中的所有生物构成一个群落。 代表食物链中每一营养级所含能量。 表明能量沿食物链逐级递减。 × × 数量金字塔： （营养级的提高，能量越来越少，而动物体型越来越大，因而生物 个体数越来越少） 数量金字塔每阶的含义： 表示营养级与数量之间的关系。 表示每一营养级的生物个体数。 表明数量沿食物链逐级递减。数量金字塔形状象征含义： 有没有例外的情况？想一想： 一般情况下，是金字塔形。但是有时候会出现倒置的塔形。 树 数 昆虫数目 小鸟数目 例:一株大树上可以有很多虫子 生物量金字塔： 10000 1000 100 10 1 高 少 生 物 量 高 低 营 养 级 生物量金字塔每一节的含义： 表示每一营养级现存生物有机物的总质量。 表明生物量沿食物链逐级递减。 生物量金字塔形状象征含义： （现存生物有机物的总质量） 想一想：生物量金字塔有没有特殊情况？ 树 数 海洋生态系统中某一时刻的浮游植物的生物量可能低于捕食者浮游 动物的生物量！ 浮游动物生物量 浮游植物生物量 （夏季的某一时刻生物量） 浮游植物个体小、寿命短、又会不断被浮游动物吃掉，所以某一时刻调查到 的浮游植物的生物量要低于浮游动物，但是并不表示流过生产者这一环节的能 量比浮游动物少！ 能量金字塔 数量金字塔 生物量金字塔 形 状 特 点 象 征 意 义 含 义 10000 1000 100 10 1 高 低 能 量 高 低 营 养 级 10000 1000 100 10 1 高 少 数 量 高 低 营 养 级 10000 1000 100 10 1 高 少 生 物 量 高 低 营 养 级 呈正金字塔形 一般呈正金字塔形; 有时出现倒金字塔 形.（树与树上昆虫） 一般呈正金字塔形； 有时倒金字塔形.（某 一时刻海洋中的浮游 植物和动物） 能量沿食物链流 动过程中具有逐 级递减的特性 生物个体数目沿食物 链中随营养级而逐级 递减 生物量(现存生物有 机物的总质量)沿食 物链流动逐级递减 食物链中每一营养级 生物所含能量多少 每一营养级生物 个体数目 每一营养级生物 的有机物总量 请分析讨论: 学以致用 虎几乎处于最高营养级，能得到的能量很少，在获得有限的 食物空间里，为了生存就会出现激烈的种内斗争，这样一山就 容不得二虎。 例如：秸秆的多级利用、桑基鱼塘就实现了对能量的多级利用，提 高了能量的利用率。 1、帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效的 利用。 四、研究能量流动的意义 过少：就不能充分利用 牧草所能提供的能量。 过多：会造成草场退化， 使畜产品的产量下降。 例题：根据生态系统的结构和功能，下列叙述中正确的是（双选） （ ）        A．“桑基鱼塘”是自然建立的良性生态系统 B．水产养殖业，为充分利用生产者所固定的能量，应以食物链长的鱼 类为养殖对象 C．在我国西部大开发中应采用“退耕还林还草”的措施 D．营养级越高的生物种群体内积累的有毒物质越多，所获得的能量越 少 CD 人工建立 短 （富集833万倍） 小鱼 浮游生物 （富集66万倍） （富集17万倍） （富集1.3万倍） 大鱼 鹰 营养级越高，有毒有害物质就越多。生物富集作用： 1、某市在落实“禁烧秸秆”工作的过程中，化“堵”为“疏”，引 导农民设计建立了如下生态系统模式图，阅读教材思考如下问题： （1）．相比农作物秸秆直接燃烧，上述生态系统实现了农作物 中能量的 ，提高了 。这说明：研究生态系统的 能量流动，可以帮助 、设计人工生态系统，使能量 得到最有效的利用。 多级利用 能量利用率 人们科学规划 （2）．有人说：“由于上述生态系统是人工设计，所以其中营养级 之间能量的传递效率可由人类任意控制。”你认为对吗？ 。 （3）．在上述生态系统中，人们为提高农作物的产量，要经常到田 间除草、灭虫、灭鼠。这样做的目的是合理调整生态系统中的 关系，使能量持续高效地流向 。能量流动 对人类最有益的部分 不对 生态 农业 能 量流动 生产者固定 食物链和食物网 热能 热能 单向流动、逐级递减、 1．根据生态学的原理，要使能量流经食物链的总消耗最少，人们应采取哪一种 食物结构 (  ) A．以家禽的蛋类为主 B．以淡水养殖的鱼、虾为主 C．以谷物和植物蛋白为主 D．以鸡、猪等家禽、家畜的肉类为主  C 提示：食物链越长，流经食物链的总能量损失越多。以植物性产品为食的生物与 植物(生产者)组成的共有两个营养级的食物链最短，能量在此种食物链流动时损 失最少。 自我检测： 2.如图食物网中的华南虎体重每增加1 kg，至少需要消耗植物(  ) A．10 kg B．25 kg C．50 D．100 kg B 3．“草→兔子→狐狸→狼”为某草原上的一条食物链，下列关于该食物链的说法中， 正确的是 (  ) A．该食物链中兔子是初级消费者、第一营养级 B．兔子产生的粪便不属于兔子的同化量，而是草固定的能量的一部分 C．根据能量金字塔可知，处于塔尖的狼，其个体体内的能量少于兔子个体体内的 能量 D．狐狸捕食一只兔子，则该兔子体内的能量全部流向狐狸 B 4.下列有关生态系统功能的叙述中，哪项不正确( ) A.能量单向流动是因为动物的食性一般不能逆转 B.任何生态系统都需要得到外部的能量补给 C.一个封闭的生态系统不需要从外界获得物质供应就可以长期维持正常功能 D.生态系统能量流动逐级递减的原因是生物的呼吸消耗和资源利用率不高 C