【課件】3.2生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)課件2021-2022學(xué)年高二上學(xué)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(dòng)問(wèn)題探討流落荒島假設(shè)你像小說(shuō)中的魯濱遜那樣，流落在一個(gè)荒島上，那里除了有能飲用的水，幾乎沒(méi)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(rèn)為以下哪種生存策略能讓你維持更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)等待救援？1．先吃雞，再吃玉米。2．先吃玉米，同時(shí)用一部分玉米喂雞，吃雞產(chǎn)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(zhǎng)的時(shí)間，即獲得最多能量，應(yīng)分析兩種生存策略人所在的食物鏈（網(wǎng)）。一切生命活動(dòng)都伴隨著能量的變化。沒(méi)有能量的輸入，也就沒(méi)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(zhuǎn)化和散失的過(guò)程，稱(chēng)為生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)。研究能量流動(dòng)的基本思路能量流經(jīng)一個(gè)種群的情況可以圖示如下：科學(xué)方法能量輸入個(gè)體1儲(chǔ)存在體內(nèi)的能量呼吸作用散失的能量?jī)?chǔ)存在體內(nèi)的能量呼吸作用散失的能量?jī)?chǔ)存在體內(nèi)的能量呼吸作用散失的能量個(gè)體2個(gè)體3……如果將這個(gè)種群作為一個(gè)整體來(lái)研究，則左圖可以概括成下圖。如果將一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)中的所有種群作為一個(gè)整體，那么左圖將概括為何種形式？能量輸入種群能量?jī)?chǔ)存能量散失生產(chǎn)者替換

一、能量流動(dòng)的過(guò)程

請(qǐng)閱讀課本第55頁(yè)相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合能量流動(dòng)概念分析第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)（生產(chǎn)者）和第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)（初級(jí)消費(fèi)者）的能量流動(dòng)過(guò)程。

1．生產(chǎn)者（植物）的能量流動(dòng)過(guò)程生產(chǎn)者熱能散失用于生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖等生命活動(dòng)熱能散失散失呼吸作用用于生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖等生命活動(dòng)呼吸作用儲(chǔ)存（轉(zhuǎn)化）分解者初級(jí)消費(fèi)者傳遞殘枝敗葉分解者傳遞（被攝入）初級(jí)消費(fèi)者植物未被利用？存留植物未被利用太陽(yáng)能輸入光合作用生產(chǎn)者固定的太陽(yáng)能

一、能量流動(dòng)的過(guò)程

請(qǐng)閱讀課本第55頁(yè)相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合能量流動(dòng)概念分析第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)（生產(chǎn)者）和第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)（初級(jí)消費(fèi)者）的能量流動(dòng)過(guò)程。

2．初級(jí)消費(fèi)者的能量流動(dòng)過(guò)程初級(jí)消費(fèi)者熱能散失用于生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖等生命活動(dòng)熱能散失散失呼吸作用用于生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖等生命活動(dòng)呼吸作用儲(chǔ)存（轉(zhuǎn)化）分解者次級(jí)消費(fèi)者傳遞遺體殘骸分解者傳遞（被攝入）次級(jí)消費(fèi)者未被利用？存留未被利用生產(chǎn)者輸入（被攝入）初級(jí)消費(fèi)者同化的能量思考：1．初級(jí)消費(fèi)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(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量？

上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)，即生產(chǎn)者。

一、能量流動(dòng)的過(guò)程

能量在第三、第四營(yíng)養(yǎng)級(jí)的變化，與第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的情況大致相同。生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)，可以概括為下圖所示（宏觀）。生產(chǎn)者（綠色植物）初級(jí)消費(fèi)者（植食性動(dòng)物）次級(jí)消費(fèi)者（肉食性動(dòng)物）三級(jí)消費(fèi)者（肉食性動(dòng)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(xì)與四邊形面積越來(lái)越小有何含義？練一練1．下列關(guān)于草原生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的敘述，錯(cuò)誤的是（）A．能量流動(dòng)包括能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過(guò)程B．生產(chǎn)者固定的能量除用于自身呼吸作用外，其余均流入下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)C．在生態(tài)系統(tǒng)中，能量沿著食物鏈和食物網(wǎng)流動(dòng)D．分解都所需的能量可來(lái)自各營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物用于生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖的能量2．在一個(gè)草原生態(tài)系統(tǒng)中，如果要研究被第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)中羊同化的能量的去向，不應(yīng)包括下列選項(xiàng)中的（）A．羊的呼吸作用消耗量B．羊的糞便量C．羊的生長(zhǎng)量D．死亡的羊含有的能量BB

一、能量流動(dòng)的過(guò)程生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)討論1．生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)和轉(zhuǎn)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(dòng)、轉(zhuǎn)化后，一部分儲(chǔ)存在生態(tài)系統(tǒng)（生物體的有機(jī)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(jīng)某生態(tài)系統(tǒng)的能量能否再回到這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中來(lái)？為什么？

不能，能量流動(dòng)是單向的，生態(tài)系統(tǒng)中所有生物通過(guò)呼吸作用散失的熱能是不能重新進(jìn)入該生態(tài)系統(tǒng)的。思考·討論？二、能量流動(dòng)的特點(diǎn)分析賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)植食性動(dòng)物62.8內(nèi)食性動(dòng)物12.6分解者14.6呼吸作用122.6未利用327.3生產(chǎn)者464.6太陽(yáng)能未固定62.812.612.596.329318.85.029.32.17.5微量思考·討論？圖中數(shù)字為能量數(shù)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(yáng)能，“未利用”是指未被自身呼吸作用消耗，也未被后一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)和分解者利用的能量。為研究方便起見(jiàn)，這里將肉食性動(dòng)物作為一個(gè)整體看待。討論1．用表格的形式，將圖中的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。2．計(jì)算“流出”該營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量占“流入”該營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量的百分比。營(yíng)養(yǎng)級(jí)流入能量/[J/(cm2·a)]流出能量(輸入下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí))/[J/(cm2·a)]出入比生產(chǎn)者464.662.813.52%植食性動(dòng)物62.812.620.06%肉食性動(dòng)物12.6－－分解者14.6－－二、能量流動(dòng)的特點(diǎn)分析賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)植食性動(dòng)物62.8內(nèi)食性動(dòng)物12.6分解者14.6呼吸作用122.6未利用327.3生產(chǎn)者464.6太陽(yáng)能未固定62.812.612.596.329318.85.029.32.17.5微量思考·討論？圖中數(shù)字為能量數(shù)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(yáng)能，“未利用”是指未被自身呼吸作用消耗，也未被后一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)和分解者利用的能量。為研究方便起見(jiàn)，這里將肉食性動(dòng)物作為一個(gè)整體看待。討論3．流入某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量，為什么不會(huì)百分之百地流到下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)？

從圖中可以看出流入某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量在一定時(shí)間內(nèi)的去向有四條，流入下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量只是其中一部分，所以流入某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量不可能百分之百地流入下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)。二、能量流動(dòng)的特點(diǎn)通過(guò)分析賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)，可以發(fā)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)具有兩個(gè)明顯的特點(diǎn)。

1．生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)是單向的。

能量流動(dòng)只能沿食物鏈流向各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)，不可逆轉(zhuǎn)，也不能循環(huán)。

2．能量在流動(dòng)過(guò)程中逐級(jí)遞減。

（1）能量在相鄰兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)間的傳遞效率是10%～20%。

就具體某一條食物鏈中相鄰兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)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(dòng)一般不超過(guò)5個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)。相鄰兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的能量傳遞＝×100%某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的同化量上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的同化量為什么呢？練一練3．某同學(xué)繪制了如下圖所示的能量流動(dòng)圖解（其中W1為生產(chǎn)者固定的太陽(yáng)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(chǎn)者固定的總能量可表示為A1+B1+C1+A2+B2+C2+D2B．由第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)到第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量傳遞效率為D1/W1×100%C．流入初級(jí)消費(fèi)者的能量為A2+B2+C2D．圖解表明能量流動(dòng)的特點(diǎn)是單向流動(dòng)、逐級(jí)遞減CA1B1D1C1流向分解者W1D1A2D2C2流向分解者B2D2生產(chǎn)者初級(jí)消費(fèi)者二、能量流動(dòng)的特點(diǎn)

——與物理學(xué)的聯(lián)系

根據(jù)熱力學(xué)第二定律，在封閉系統(tǒng)中，隨著時(shí)間的推移，無(wú)序性將增加。生命系統(tǒng)是開(kāi)放系統(tǒng)，可以通過(guò)獲得能量來(lái)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(lái)自系統(tǒng)外的能量補(bǔ)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(shí)間內(nèi)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)所得到的能量/生物量/生物個(gè)體數(shù)的數(shù)值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)面積（或體積）的圖形，并將圖形按照營(yíng)養(yǎng)級(jí)的次序排列，可形成一個(gè)金字塔圖形。

2．種類(lèi)

有能量金字塔、生物量金字塔和數(shù)量金字塔。學(xué)科交叉

三、生態(tài)金字塔

2．種類(lèi)請(qǐng)仔細(xì)閱讀課文第57－58頁(yè)相關(guān)內(nèi)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(yíng)養(yǎng)級(jí)間能量的關(guān)系，由于能量在流動(dòng)過(guò)程中總是逐級(jí)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(lái)說(shuō)，植物的總干重通常大于植食性動(dòng)物的總干重，而植食性動(dòng)物的總干重也大于肉食性動(dòng)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(gè)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的能量金字塔示意圖營(yíng)養(yǎng)級(jí)干重g/m2第四營(yíng)養(yǎng)級(jí)1.5第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)11第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)37第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)809某生物量金字塔

三、生態(tài)金字塔

2．種類(lèi)請(qǐng)仔細(xì)閱讀課文第57－58頁(yè)相關(guān)內(nèi)容。

（3）數(shù)量金字塔營(yíng)養(yǎng)級(jí)個(gè)體數(shù)量第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)昆蟲(chóng)第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)樹(shù)某生物量金字塔

數(shù)量金字塔表明每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)中生物個(gè)體的數(shù)量。一般呈正金字塔形。但是，如果消費(fèi)者個(gè)體小而生產(chǎn)者個(gè)體大，如昆蟲(chóng)和樹(shù)，那么數(shù)量金字塔就會(huì)呈現(xiàn)上寬下窄倒置的金字塔形。

四、研究能量流動(dòng)的實(shí)踐意義

研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)，可以幫助人們將生物在時(shí)間、空間上進(jìn)行合理配置，增大流入某個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的總能量；可以幫助人們科學(xué)地規(guī)劃和設(shè)計(jì)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(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)關(guān)系，使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟?lèi)最有益的部分。

四、研究能量流動(dòng)的實(shí)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(jīng)濟(jì)價(jià)值的牲畜。（2）充分利用生產(chǎn)者，如“?；~(yú)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?bào)w、牲畜的糞便產(chǎn)生沼氣等。調(diào)查當(dāng)?shù)啬成鷳B(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)情況

一、目的要求

1．調(diào)查當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，明確它的組成成分。

2．分析農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)的情況，并作出評(píng)價(jià)。

3．對(duì)所調(diào)查的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)提出能量流動(dòng)方面的改進(jìn)建議。探究·實(shí)踐調(diào)查當(dāng)?shù)啬成鷳B(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)情況

二、調(diào)查過(guò)程

以農(nóng)村常見(jiàn)的稻田生態(tài)系統(tǒng)為例。

組成成分：①非生物的物質(zhì)和能量；②生產(chǎn)者，包括水稻、雜草、浮游植物等；③消費(fèi)者，包括蜘蛛、田螺、魚(yú)（如泥鰍、黃鱔）、青蛙、浮游動(dòng)物、昆蟲(chóng)、鳥(niǎo)類(lèi)等；④分解者，包括多種微生物。

1．當(dāng)?shù)剞r(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)者的主體是什么？還有哪些種類(lèi)的生物是生產(chǎn)者？農(nóng)民是用什么方法抑制其他生產(chǎn)者的數(shù)量的？

生產(chǎn)者的主體是水稻，其他生產(chǎn)者有雜草、浮游植物等。農(nóng)民主要通過(guò)噴灑除草劑或人工除草的方式抑制雜草的生長(zhǎng)。探究·實(shí)踐調(diào)查當(dāng)?shù)啬成鷳B(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)情況

二、調(diào)查過(guò)程2．初級(jí)消費(fèi)者有哪些？其中哪些是對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有益的？哪些是有害的？對(duì)這些初級(jí)消費(fèi)者，農(nóng)民分別采取了哪些措施？

初級(jí)消費(fèi)者：田螺、浮游動(dòng)物、植食性的昆蟲(chóng)和鳥(niǎo)等。一般而言，植食性的昆蟲(chóng)和鳥(niǎo)等對(duì)水稻生長(zhǎng)構(gòu)成危害，田螺數(shù)量較多時(shí)也會(huì)對(duì)水稻構(gòu)成危害。農(nóng)民采取噴灑農(nóng)藥、豎稻草人等措施防止或減少這些動(dòng)物的危害。3．次級(jí)消費(fèi)者有哪些？它們與農(nóng)作物是什么關(guān)系？

次級(jí)消費(fèi)者：肉食性魚(yú)、青蛙和蜘蛛等。一般而言，這些消費(fèi)者對(duì)水稻生長(zhǎng)的利大于害。農(nóng)民通過(guò)禁捕、適量放養(yǎng)等措施，實(shí)現(xiàn)生態(tài)農(nóng)業(yè)目標(biāo)。4．養(yǎng)殖動(dòng)物的飼料來(lái)源有哪些？

養(yǎng)殖動(dòng)物的飼料主要來(lái)源于農(nóng)田的青貯飼料和飼料企業(yè)的成品飼料。探究·實(shí)踐調(diào)查當(dāng)?shù)啬成鷳B(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)情況

二、調(diào)查過(guò)程5．農(nóng)民對(duì)作物秸稈是如何處理的？

農(nóng)民對(duì)秸稈的傳統(tǒng)處理方式有焚燒或填埋等；現(xiàn)代農(nóng)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(lái)生產(chǎn)沼氣，以充分利用其中的能量。

6．人們通過(guò)什么方式來(lái)提高光能利用效率？

主要通過(guò)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(guò)稻田養(yǎng)魚(yú)等措施，實(shí)現(xiàn)立體化生態(tài)農(nóng)業(yè)；通過(guò)建造沼氣池，實(shí)現(xiàn)能量的多級(jí)利用。三、撰寫(xiě)調(diào)查報(bào)告四、交流探究·實(shí)踐分析和處理數(shù)據(jù)1926年，一位生態(tài)學(xué)家研究了一塊玉米田的能量流動(dòng)情況，得到如下數(shù)據(jù)。

1．這塊田共收割玉米約10000株，質(zhì)量為6000kg。通過(guò)對(duì)玉米植株的化學(xué)成分進(jìn)行分析，計(jì)算出其中共含碳2675kg。

2．據(jù)他估算，這些玉米在整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中通過(guò)細(xì)胞呼吸消耗的葡萄糖共2045kg。

3．1kg葡萄糖儲(chǔ)存1.6×104kJ能量。

4．在整個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)，入射到這塊玉米田的太陽(yáng)能總量為8.5×109kJ。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)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(chǔ)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(chǔ)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(xué)思維訓(xùn)練分析和處理數(shù)據(jù)1926年，一位生態(tài)學(xué)家研究了一塊玉米田的能量流動(dòng)情況，得到如下數(shù)據(jù)。

1．這塊田共收割玉米約10000株，質(zhì)量為6000kg。通過(guò)對(duì)玉米植株的化學(xué)成分進(jìn)行分析，計(jì)算出其中共含碳2675kg。

2．據(jù)他估算，這些玉米在整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中通過(guò)細(xì)胞呼吸消耗的葡萄糖共2045kg。

3．1kg葡萄糖儲(chǔ)存1.6×104kJ能量。

4．在整個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)，入射到這塊玉米田的太陽(yáng)能總量為8.5×109kJ。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算：

2．這些玉米在整個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)所固定的太陽(yáng)能總量是多少？呼吸作用消耗的能量占所固定太陽(yáng)能的比例是多少？這塊玉米田的