【課件】3.2生態(tài)系統(tǒng)的能量流動課件2021-2022學年高二上學期生物人教版選擇性必修2

第3章生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性第2節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動問題探討流落荒島假設你像小說中的魯濱遜那樣，流落在一個荒島上，那里除了有能飲用的水，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。生存策略1人玉米雞生存策略2人玉米雞

哪種生存策略能使人維持更長的時間，即獲得最多能量，應分析兩種生存策略人所在的食物鏈（網）。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：科學方法能量輸入個體1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儲存在體內的能量呼吸作用散失的能量個體2個體3……如果將這個種群作為一個整體來研究，則左圖可以概括成下圖。如果將一個營養(yǎng)級中的所有種群作為一個整體，那么左圖將概括為何種形式？能量輸入種群能量儲存能量散失生產者替換

一、能量流動的過程

請閱讀課本第55頁相關內容，結合能量流動概念分析第一營養(yǎng)級（生產者）和第二營養(yǎng)級（初級消費者）的能量流動過程。

1．生產者（植物）的能量流動過程生產者熱能散失用于生長、發(fā)育和繁殖等生命活動熱能散失散失呼吸作用用于生長、發(fā)育和繁殖等生命活動呼吸作用儲存（轉化）分解者初級消費者傳遞殘枝敗葉分解者傳遞（被攝入）初級消費者植物未被利用？存留植物未被利用太陽能輸入光合作用生產者固定的太陽能

一、能量流動的過程

請閱讀課本第55頁相關內容，結合能量流動概念分析第一營養(yǎng)級（生產者）和第二營養(yǎng)級（初級消費者）的能量流動過程。

2．初級消費者的能量流動過程初級消費者熱能散失用于生長、發(fā)育和繁殖等生命活動熱能散失散失呼吸作用用于生長、發(fā)育和繁殖等生命活動呼吸作用儲存（轉化）分解者次級消費者傳遞遺體殘骸分解者傳遞（被攝入）次級消費者未被利用？存留未被利用生產者輸入（被攝入）初級消費者同化的能量思考：1．初級消費者攝入量與同化量相同嗎？

不相同。攝入量＝同化量+糞便量。

2．糞便量屬于哪個營養(yǎng)級的能量？

上一營養(yǎng)級，即生產者。

一、能量流動的過程

能量在第三、第四營養(yǎng)級的變化，與第二營養(yǎng)級的情況大致相同。生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動，可以概括為下圖所示（宏觀）。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）……呼吸作用呼吸作用呼吸作用呼吸作用分解者呼吸作用思考：上圖箭頭由粗到細與四邊形面積越來越小有何含義？練一練1．下列關于草原生態(tài)系統(tǒng)能量流動的敘述，錯誤的是（）A．能量流動包括能量的輸入、傳遞、轉化和散失的過程B．生產者固定的能量除用于自身呼吸作用外，其余均流入下一營養(yǎng)級C．在生態(tài)系統(tǒng)中，能量沿著食物鏈和食物網流動D．分解都所需的能量可來自各營養(yǎng)級生物用于生長、發(fā)育和繁殖的能量2．在一個草原生態(tài)系統(tǒng)中，如果要研究被第二營養(yǎng)級中羊同化的能量的去向，不應包括下列選項中的（）A．羊的呼吸作用消耗量B．羊的糞便量C．羊的生長量D．死亡的羊含有的能量BB

一、能量流動的過程生態(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，生態(tài)系統(tǒng)中所有生物通過呼吸作用散失的熱能是不能重新進入該生態(tài)系統(tǒng)的。思考·討論？二、能量流動的特點分析賽達伯格湖的能量流動植食性動物62.8內食性動物12.6分解者14.6呼吸作用122.6未利用327.3生產者464.6太陽能未固定62.812.612.596.329318.85.029.32.17.5微量思考·討論？圖中數字為能量數值，單位是J/(cm2·a)(焦每平方厘米年)。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。為研究方便起見，這里將肉食性動物作為一個整體看待。討論1．用表格的形式，將圖中的數據進行整理。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(輸入下一個營養(yǎng)級)/[J/(cm2·a)]出入比生產者464.662.813.52%植食性動物62.812.620.06%肉食性動物12.6－－分解者14.6－－二、能量流動的特點分析賽達伯格湖的能量流動植食性動物62.8內食性動物12.6分解者14.6呼吸作用122.6未利用327.3生產者464.6太陽能未固定62.812.612.596.329318.85.029.32.17.5微量思考·討論？圖中數字為能量數值，單位是J/(cm2·a)(焦每平方厘米年)。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。為研究方便起見，這里將肉食性動物作為一個整體看待。討論3．流入某一營養(yǎng)級的能量，為什么不會百分之百地流到下一個營養(yǎng)級？

從圖中可以看出流入某一營養(yǎng)級的能量在一定時間內的去向有四條，流入下一營養(yǎng)級的能量只是其中一部分，所以流入某一營養(yǎng)級的能量不可能百分之百地流入下一營養(yǎng)級。二、能量流動的特點通過分析賽達伯格湖的能量流動，可以發(fā)現生態(tài)系統(tǒng)的能量流動具有兩個明顯的特點。

1．生態(tài)系統(tǒng)中能量流動是單向的。

能量流動只能沿食物鏈流向各個營養(yǎng)級，不可逆轉，也不能循環(huán)。

2．能量在流動過程中逐級遞減。

（1）能量在相鄰兩個營養(yǎng)級間的傳遞效率是10%～20%。

就具體某一條食物鏈中相鄰兩個營養(yǎng)級的能量傳遞效率可能低于10%或高于20%。

（2）生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動一般不超過5個營養(yǎng)級。相鄰兩個營養(yǎng)級之間的能量傳遞＝×100%某一營養(yǎng)級的同化量上一營養(yǎng)級的同化量為什么呢？練一練3．某同學繪制了如下圖所示的能量流動圖解（其中W1為生產者固定的太陽能，方框大小表示所含能量多少）。下列敘述不正確的是（）A．生產者固定的總能量可表示為A1+B1+C1+A2+B2+C2+D2B．由第一營養(yǎng)級到第二營養(yǎng)級的能量傳遞效率為D1/W1×100%C．流入初級消費者的能量為A2+B2+C2D．圖解表明能量流動的特點是單向流動、逐級遞減CA1B1D1C1流向分解者W1D1A2D2C2流向分解者B2D2生產者初級消費者二、能量流動的特點

——與物理學的聯系

根據熱力學第二定律，在封閉系統(tǒng)中，隨著時間的推移，無序性將增加。生命系統(tǒng)是開放系統(tǒng)，可以通過獲得能量來維持系統(tǒng)的有序性。所以任何生態(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。

三、生態(tài)金字塔

1．概念將單位時間內各營養(yǎng)級所得到的能量/生物量/生物個體數的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。

2．種類

有能量金字塔、生物量金字塔和數量金字塔。學科交叉

三、生態(tài)金字塔

2．種類請仔細閱讀課文第57－58頁相關內容。

（1）能量金字塔

能量金字塔直觀地反映出生態(tài)系統(tǒng)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，因此能量金字塔通常都是上窄下寬的金字塔形。

（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。所以生物量金字塔大多也是上窄下寬的金字塔形。某個湖泊生態(tài)系統(tǒng)的能量金字塔示意圖營養(yǎng)級干重g/m2第四營養(yǎng)級1.5第三營養(yǎng)級11第二營養(yǎng)級37第一營養(yǎng)級809某生物量金字塔

三、生態(tài)金字塔

2．種類請仔細閱讀課文第57－58頁相關內容。

（3）數量金字塔營養(yǎng)級個體數量第二營養(yǎng)級昆蟲第一營養(yǎng)級樹某生物量金字塔

數量金字塔表明每個營養(yǎng)級中生物個體的數量。一般呈正金字塔形。但是，如果消費者個體小而生產者個體大，如昆蟲和樹，那么數量金字塔就會呈現上寬下窄倒置的金字塔形。

四、研究能量流動的實踐意義

研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，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；可以幫助人們科學地規(guī)劃和設計人工生態(tài)系統(tǒng)，使能量得到最有效的利用；可以幫助人們合理地調整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動關系，使能量持續(xù)高效地流向對人類最有益的部分。

四、研究能量流動的實踐意義

思考：提高能量利用率有哪些措施？（1）盡量縮短食物鏈以減少能量損耗，使更多的能量流向有經濟價值的牲畜。（2）充分利用生產者，如“?；~塘”的建立。（3）充分利用分解者，如用秸稈培育食用菌，利用植物殘體、牲畜的糞便產生沼氣等。調查當地某生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動情況

一、目的要求

1．調查當地的農田生態(tài)系統(tǒng)，明確它的組成成分。

2．分析農田生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的情況，并作出評價。

3．對所調查的農田生態(tài)系統(tǒng)提出能量流動方面的改進建議。探究·實踐調查當地某生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動情況

二、調查過程

以農村常見的稻田生態(tài)系統(tǒng)為例。

組成成分：①非生物的物質和能量；②生產者，包括水稻、雜草、浮游植物等；③消費者，包括蜘蛛、田螺、魚（如泥鰍、黃鱔）、青蛙、浮游動物、昆蟲、鳥類等；④分解者，包括多種微生物。

1．當地農田生態(tài)系統(tǒng)中生產者的主體是什么？還有哪些種類的生物是生產者？農民是用什么方法抑制其他生產者的數量的？

生產者的主體是水稻，其他生產者有雜草、浮游植物等。農民主要通過噴灑除草劑或人工除草的方式抑制雜草的生長。探究·實踐調查當地某生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動情況

二、調查過程2．初級消費者有哪些？其中哪些是對農業(yè)生產有益的？哪些是有害的？對這些初級消費者，農民分別采取了哪些措施？

初級消費者：田螺、浮游動物、植食性的昆蟲和鳥等。一般而言，植食性的昆蟲和鳥等對水稻生長構成危害，田螺數量較多時也會對水稻構成危害。農民采取噴灑農藥、豎稻草人等措施防止或減少這些動物的危害。3．次級消費者有哪些？它們與農作物是什么關系？

次級消費者：肉食性魚、青蛙和蜘蛛等。一般而言，這些消費者對水稻生長的利大于害。農民通過禁捕、適量放養(yǎng)等措施，實現生態(tài)農業(yè)目標。4．養(yǎng)殖動物的飼料來源有哪些？

養(yǎng)殖動物的飼料主要來源于農田的青貯飼料和飼料企業(yè)的成品飼料。探究·實踐調查當地某生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動情況

二、調查過程5．農民對作物秸稈是如何處理的？

農民對秸稈的傳統(tǒng)處理方式有焚燒或填埋等；現代農業(yè)生態(tài)工程提出了綜合利用思想。例如，秸稈可作為多種工業(yè)原材料，還可以用來生產沼氣，以充分利用其中的能量。

6．人們通過什么方式來提高光能利用效率？

主要通過合理密植的方法提高作物的光能利用效率。

7．怎樣才能使該生態(tài)系統(tǒng)中的能量得到更充分的利用？

通過稻田養(yǎng)魚等措施，實現立體化生態(tài)農業(yè)；通過建造沼氣池，實現能量的多級利用。三、撰寫調查報告四、交流探究·實踐分析和處理數據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總量為8.5×109kJ。

根據以上數據計算：

1．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？這些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？

一分子的葡萄糖(C6H1206)含碳量為72/180，所以這些玉米的含碳量折合成葡萄糖＝2675÷(72/180)＝6687.5kg。

這些葡萄糖儲存的能量＝6687.5×1.6×104＝1.07×108kJ。

這些玉米呼吸作用消耗的能量＝2045×1.6×104＝3.272×107kJ?？茖W思維訓練分析和處理數據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總量為8.5×109kJ。

根據以上數據計算：

2．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？這塊玉米田的