【高中生物】2023-2024學(xué)年蘇教版選擇性必修二 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動 課件

第2節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動目標(biāo)素養(yǎng)1.運用模型法和定量分析法,通過分析生態(tài)系統(tǒng)的能量流動過程,建立生命系統(tǒng)的物質(zhì)與能量觀。2.分析營養(yǎng)級間的能量流動和賽達(dá)伯格湖的能量流動,歸納概括能量流動的特點;能用生態(tài)金字塔表示生態(tài)系統(tǒng)中各營養(yǎng)級間的能量、生物量或數(shù)量等關(guān)系,培養(yǎng)科學(xué)思維能力。3.通過歸納概括研究能量流動的實踐意義,學(xué)以致用,關(guān)注和解決生產(chǎn)和生活中的實際問題。知識概覽一、能量流動的過程1.概念生態(tài)系統(tǒng)中

能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失

的過程,稱為生態(tài)系統(tǒng)的能量流動。

2.能量流經(jīng)第一營養(yǎng)級的過程(1)輸入:生產(chǎn)者通過

光合作用

把太陽能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能,固定在它們所制造的有機(jī)物中。

(2)能量去向:①在生產(chǎn)者的呼吸作用中以

熱能

的形式散失。

②用于生產(chǎn)者的生長、發(fā)育和繁殖等生命活動,儲存在植物體的有機(jī)物中。a.隨著殘枝敗葉等被

分解者

分解而釋放出來。

b.被初級消費者攝入體內(nèi),流入

第二

營養(yǎng)級。

3.能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級的過程(1)輸入:通過

攝食生產(chǎn)者

而獲得。

(2)能量去向:①在初級消費者的

呼吸作用

中以

熱能

的形式散失。②用于初級消費者的生長、發(fā)育和繁殖等生命活動。a.以遺體殘骸的形式被

分解者

利用。

b.被

次級消費者

捕食,流入第三營養(yǎng)級。

4.能量流動過程圖解

(1)補充圖中標(biāo)號代表的內(nèi)容。甲:

生產(chǎn)者

;乙:

初級消費者

;丙:

次級消費者

;丁:

呼吸作用

;戊:

分解者

。(2)據(jù)圖總結(jié)流入每一營養(yǎng)級的能量的最終去向。①通過自身呼吸作用以

熱能

的形式散失。

②被

下一營養(yǎng)級

同化。

③被

分解者

分解利用。

微思考1草原上的生產(chǎn)者主要是草,幾乎全部動物都直接或間接以草為生,那么草的能量來自哪里?它的能量又是通過什么途徑傳遞給其他動物的?提示:草的能量來自太陽能。草中的能量通過食物鏈或食物網(wǎng)傳遞給其他動物。微判斷11.生態(tài)系統(tǒng)的能量流動指能量的輸入和散失過程。(

)2.散失的熱能不能被生產(chǎn)者固定再次進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)。(

)3.流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量是照射在生產(chǎn)者上的太陽能。(

)4.初級消費者糞便中的能量屬于生產(chǎn)者同化的能量。(

)5.初級消費者攝入的能量全部轉(zhuǎn)化為自身的能量,儲存在有機(jī)物中。(

)×√×√×微訓(xùn)練1下列關(guān)于能量流動的敘述,錯誤的是(

)A.各營養(yǎng)級同化的能量一般都會分為兩部分流向分解者B.各營養(yǎng)級呼吸作用散失的能量都不能被其他生物所同化C.消費者糞便中的能量應(yīng)屬于上一營養(yǎng)級同化的能量D.每種肉食性動物同化的能量都來自不同營養(yǎng)級答案:D解析:各營養(yǎng)級同化的能量中流向分解者的能量常分為兩部分,即一部分是遺體、殘骸中的能量,另一部分是被下一營養(yǎng)級攝入后形成的糞便中的能量,A項正確。各營養(yǎng)級呼吸作用釋放的能量一部分用于滿足自身生命活動的需要,一部分以熱能的形式散失,其中散失的能量不能被其他生物同化利用,B項正確。消費者糞便中的能量由于沒有被消費者同化,所以應(yīng)屬于上一營養(yǎng)級同化的能量,C項正確。在特定的生態(tài)系統(tǒng)中,部分肉食性動物同化的能量可能只來源于同一個營養(yǎng)級,D項錯誤。二、能量流動的特點1.特點(1)單向流動。生態(tài)系統(tǒng)中能量流動是單向的。在生態(tài)系統(tǒng)中,能量流動只能從第一營養(yǎng)級流向第二營養(yǎng)級,再依次流向后面的各個營養(yǎng)級,不可逆轉(zhuǎn),也不能循環(huán)流動。(2)逐級遞減:①能量在沿食物鏈流動的過程中是

逐級減少

的。

②在一個生態(tài)系統(tǒng)中,營養(yǎng)級越多,在能量流動過程中消耗的能量就

越多

。因此,生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動一般不超過

5

個營養(yǎng)級。

2.能量傳遞效率能量在相鄰兩個營養(yǎng)級間的傳遞效率是

10%~20%。3.能量的輸入任何生態(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。微思考2用能量流動的原理,解釋諺語“一山不容二虎”。提示:根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)中能量流動逐級遞減的特點可知,營養(yǎng)級越高,可利用的能量就越少;虎在生態(tài)系統(tǒng)中幾乎是最高營養(yǎng)級,通過食物鏈(網(wǎng))輸入虎的能量很少,因此,虎的數(shù)量很少。微點撥

能量傳遞效率是營養(yǎng)級之間的關(guān)系,不是個體或種群之間的關(guān)系,也不是個別食物鏈之間的關(guān)系。微判斷21.生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是逐級遞減的,原因是一個營養(yǎng)級同化的能量只有一部分流入下一個營養(yǎng)級。(

)2.生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是單向的,原因是一個營養(yǎng)級通過呼吸作用散失的能量不能被生產(chǎn)者再同化,以及捕食關(guān)系是不可逆的。(

)3.相鄰兩個營養(yǎng)級的能量傳遞效率不會小于10%,也不會大于20%。(

)4.在“植物→鼠→鷹”這條食物鏈中,第三營養(yǎng)級含能量最少。(

)√√×√三、生態(tài)金字塔1.能量金字塔(1)概念:如果將單位時間內(nèi)各營養(yǎng)級所得到的能量數(shù)值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)面積(或體積)的圖形,并將圖形按照營養(yǎng)級的次序排列,可形成一個金字塔圖形,叫作能量金字塔。(2)特點:通常是上窄下寬的金字塔形。2.生物量金字塔(1)概念:如果用上述方法表示各個營養(yǎng)級生物量(每個營養(yǎng)級所容納的有機(jī)物的總干重)之間的關(guān)系,就形成生物量金字塔。(2)特點:大多是上窄下寬的金字塔形。3.數(shù)量金字塔(1)概念:如果用上述方法表示各個營養(yǎng)級的生物個體的數(shù)目比值關(guān)系,就形成數(shù)量金字塔。(2)特點:如果消費者個體小而生產(chǎn)者個體大,那么數(shù)量金字塔就會呈現(xiàn)上寬下窄倒置的金字塔形。微思考3某同學(xué)認(rèn)為“某種生物只能在能量金字塔的某一層中”,你認(rèn)為這種觀點對嗎?為什么?提示:不對。能量金字塔中每一層代表的是不同營養(yǎng)級生物所含有的總能量,在食物網(wǎng)中一種生物可能占據(jù)多個營養(yǎng)級。微訓(xùn)練2下列關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的敘述,錯誤的是(

)A.能量流動是單向的、不循環(huán)的B.食物鏈越短,處于最高營養(yǎng)級的生物獲得的能量越多C.營養(yǎng)級越多,散失的能量越多D.初級消費者越多,次級消費者獲得的能量越少答案:D解析:一般情況下,初級消費者越多,次級消費者獲得的能量越多。四、研究能量流動的實踐意義1.幫助人們科學(xué)地規(guī)劃和設(shè)計

人工生態(tài)系統(tǒng)

,使能量得到

最有效

的利用。

2.幫助人們合理地調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的

能量流動關(guān)系

,使能量

持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠?/p>

。

一

能量流動的過程問題探究下圖表示能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級的示意圖。請據(jù)圖回答下列問題。1.初級消費者攝入的能量是其同化量嗎?它們之間存在什么關(guān)系?提示:初級消費者攝入的能量不等于其同化量,它們之間的關(guān)系是同化量=攝入量-糞便量。2.初級消費者同化的能量有幾個去向?初級消費者糞便中的能量屬于哪個營養(yǎng)級同化的能量?次級消費者糞便中的能量呢?提示:3個,分別是自身呼吸作用散失、被分解者利用和流入下一個營養(yǎng)級(或2個,分別是自身呼吸作用散失和用于生長、發(fā)育和繁殖)。初級消費者糞便中的能量屬于第一營養(yǎng)級同化的能量,次級消費者糞便中的能量屬于第二營養(yǎng)級同化的能量。3.生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的渠道是什么?流入生物群落的能量,最終通過什么途徑離開生物群落?提示:食物鏈和食物網(wǎng)。通過生物(各個營養(yǎng)級和分解者)的呼吸作用以熱能形式散失。歸納總結(jié)1.能量流動的概念理解2.能量在營養(yǎng)級之間流動的過程(1)能量在第一營養(yǎng)級內(nèi)部流動圖解。(2)能量在第二營養(yǎng)級流動圖解。

(3)能量在第三營養(yǎng)級及第三營養(yǎng)級以上流動的分析:除最高營養(yǎng)級無流入下一營養(yǎng)級途徑外,其他與第二營養(yǎng)級流動過程類似。3.每一營養(yǎng)級能量去向的分析流入某一營養(yǎng)級的能量去向可從以下兩個角度分析。規(guī)律總結(jié)(1)生產(chǎn)者的同化量就是生產(chǎn)者通過光合作用固定的太陽能總量。

(2)消費者攝入的能量(a)=消費者同化的能量(b)+糞便中的能量(c),即動物糞便中的能量不屬于該營養(yǎng)級同化的能量,應(yīng)為上一個營養(yǎng)級固定或同化的能量。

(3)初級消費者同化的能量(b)=呼吸作用消耗的能量(d)+用于自身生長、發(fā)育和繁殖的能量(e)。(4)用于生長、發(fā)育和繁殖的能量(e)=分解者利用的能量(f)+下一營養(yǎng)級同化的能量(i)+未被利用的能量(j)。

(5)流入一個營養(yǎng)級的能量是指被這個營養(yǎng)級的生物所同化的全部能量。典例剖析【例1】下圖為某人工魚塘中部分能量流動圖解,①②③④⑤各代表一定的能量值,下列敘述正確的是(

)A.在人工飼養(yǎng)的高密度魚塘生態(tài)系統(tǒng)中,⑤表示流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量B.圖中④包含了次級消費者糞便中的能量C.在食物鏈中各營養(yǎng)級能量輸入的方式和形式是完全相同的D.第三營養(yǎng)級到第四營養(yǎng)級的能量傳遞效率為③/②×100%答案:D解析:在人工魚塘生態(tài)系統(tǒng)中,流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量包括⑤和人工投放的餌料中的能量,A項錯誤。糞便中的能量屬于上一個營養(yǎng)級,所以④不包含次級消費者糞便中的能量,B項錯誤。在食物鏈中各營養(yǎng)級能量輸入的方式和形式不完全相同,C項錯誤。能量傳遞效率=,所以第三營養(yǎng)級到第四營養(yǎng)級的能量傳遞效率為③/②×100%,D項正確。學(xué)以致用1.下圖表示初級消費者能量流動的部分過程,括號中的字母表示能量,初級消費者通過呼吸作用散失的能量為b。下列相關(guān)說法正確的是(

)A.應(yīng)在B處加上標(biāo)有細(xì)胞呼吸的箭頭B.初級消費者同化的能量為n-aC.次級消費者攝入的能量為n-a-bD.B為初級消費者同化的總能量答案:B解析:圖中A表示初級消費者同化的能量,B表示用于生長、發(fā)育和繁殖等生命活動所需的能量,應(yīng)在A處加上標(biāo)有細(xì)胞呼吸的箭頭。初級消費者同化的能量為n-a。B處能量為n-a-b,其中部分能量被分解者分解利用,部分能量儲存在初級消費者體內(nèi)未被利用,還有部分能量流入下一營養(yǎng)級,因此,次級消費者攝入的能量小于n-a-b。二

能量流動的特點及實踐意義

問題探究分析下圖食物網(wǎng),進(jìn)行相關(guān)計算。1.流入某個營養(yǎng)級的能量,為什么不能百分之百地流向下一個營養(yǎng)級?提示:各營養(yǎng)級生物體內(nèi)大部分能量被呼吸作用消耗;其次是上個營養(yǎng)級的部分能量未被下一個營養(yǎng)級利用;還有少數(shù)能量被分解者利用。2.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,按最短食物鏈、最高傳遞效率計算:1×20%×20%=1/25(kg)。②C增重最少,按最長食物鏈、最低傳遞效率計算:1×10%×10%×10%×10%=1/10

000(kg)。3.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,按最短食物鏈、最高傳遞效率計算:1÷20%÷20%=25(kg)。②消耗A最多,按最長食物鏈、最低傳遞效率計算:1÷10%÷10%÷10%÷10%=10

000(kg)。4.具有人工能量輸入的能量傳遞效率如何計算?提示:人工輸入某一營養(yǎng)級的能量是該營養(yǎng)級同化量的一部分,但卻不是從上一營養(yǎng)級流入的能量。如求第二營養(yǎng)級到第三營養(yǎng)級傳遞效率時,應(yīng)為第三營養(yǎng)級從第二營養(yǎng)級同化的能量(不包括人工輸入第三營養(yǎng)級的能量)/第二營養(yǎng)級的同化量(包括人工輸入第二營養(yǎng)級的能量)×100%。歸納總結(jié)1.能量流動的特點及原因分析(1)單向流動的原因。①能量流動是沿食物鏈進(jìn)行的,各營養(yǎng)級的順序是不可逆轉(zhuǎn)的。②各營養(yǎng)級通過呼吸作用產(chǎn)生的熱能不能被生物群落重復(fù)利用,因此能量流動無法循環(huán)。(2)逐級遞減的原因。①各營養(yǎng)級的生物都會因呼吸作用而消耗大部分的能量,其中大部分以熱能的形式散失,無法再被利用。②各營養(yǎng)級的能量都會有一部分流入分解者。③各營養(yǎng)級的能量中有一部分未被下一營養(yǎng)級生物利用。2.生態(tài)金字塔的類型及特點

比較項目能量金字塔數(shù)量金字塔生物量金字塔每一階含義每一營養(yǎng)級生物所含能量的多少每一營養(yǎng)級生物個體的數(shù)目每一營養(yǎng)級生物有機(jī)物的總干重象征含義能量沿食物鏈流動的過程中具有逐級遞減的特性通常,生物個體數(shù)目在食物鏈中隨營養(yǎng)級升高而逐級遞減通常,生物量(現(xiàn)存有機(jī)物的總干重)隨營養(yǎng)級升高而逐級遞減比較項目能量金字塔數(shù)量金字塔生物量金字塔特殊形狀—成千上萬只昆蟲生活在一株大樹上時,該數(shù)量金字塔會呈現(xiàn)上寬下窄倒置的金字塔形

浮游植物的個體小,壽命短,又不斷被浮游動物吃掉,所以某一時間浮游植物的生物量可能低于浮游動物的生物量,該生物量金字塔呈上寬下窄倒置的金字塔形3.能量流動的相關(guān)計算(1)能量的傳遞以營養(yǎng)級為單位。在食物網(wǎng)中,能量傳遞效率不是以個體或種群為單位的,而是以營養(yǎng)級為單位的。如對于食物網(wǎng),由第一營養(yǎng)級到第二營養(yǎng)級的能量傳遞效率是指B和C同化的總能量占A同化的總能量的比例。(2)能量傳遞效率的相關(guān)“最值”計算。①食物鏈越短,最高營養(yǎng)級獲得的能量越多。②生物間的取食關(guān)系越簡單,生態(tài)系統(tǒng)的能量流動過程中消耗的能量越少。具體計算方法如下表所示。知低營養(yǎng)級求高營養(yǎng)級知高營養(yǎng)級求低營養(yǎng)級獲得能量最多選最短食物鏈,按×20%計算需最多能量選最長食物鏈,按÷10%計算獲得能量最少選最長食物鏈,按×10%計算需最少能量選最短食物鏈,按÷20%計算(3)能量傳遞效率的有關(guān)“定值”計算。①已確定營養(yǎng)級間能量傳遞效率的,不能按“最值”法計算,而需按具體數(shù)值計算。例如,在食物鏈A→B→C→D中,能量傳遞效率分別為a%、b%、c%,若A的能量為M,則D獲得的能量為M×a%×b%×c%。②如果是在食物網(wǎng)中,某一營養(yǎng)級同時從上一營養(yǎng)級的多種生物獲得能量,且各途徑所獲得的能量比例確定,則應(yīng)按照各單獨的食物鏈進(jìn)行計算后合并。典例剖析【例2】

下圖為生態(tài)系統(tǒng)中能量流動圖解部分示意圖,①②③④各代表一定的能量值。下列敘述錯誤的是(

)A.生態(tài)系統(tǒng)中能量流動具有單向性主要是因為食物鏈中生物之間吃與被吃的關(guān)系不可逆轉(zhuǎn)B.一般情況下,能量在相鄰的兩個營養(yǎng)級之間的傳遞效率是10%~20%C.①表示流經(jīng)此生態(tài)系統(tǒng)的總能量D.從能量關(guān)系看②>③+④答案:C解析:流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量是生產(chǎn)者固定的太陽能,即流入生產(chǎn)者的總能量,①表示初級消費者的同化量。學(xué)以致用2.下圖表示某生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)的圖解,貓頭鷹體重增加1kg,至少需要消耗A為(

)A.100kg

B.44.5kgC.25kg D.15kg答案:C解析:圖中共含有3條食物鏈,而題中所求為至少需要消耗的A,根據(jù)能量流動規(guī)律分析可知,食物鏈越短損耗越少,且能量傳遞效率應(yīng)按20%計算,題圖中食物鏈A→B→貓頭鷹最短,所以至少需要消耗A為1÷20%÷20%=25(kg)。

3.下列四種現(xiàn)象中,不適宜用生態(tài)系統(tǒng)中能量流動規(guī)律進(jìn)行合理分析的是(

)A.虎等大型肉食性動物容易成為瀕危物種B.藍(lán)細(xì)菌易在富營養(yǎng)化水體中大量繁殖C.飼養(yǎng)牛、羊等動物,成本低、產(chǎn)量高D.巨大的藍(lán)鯨以微小的浮游動物為食答案:B解析:虎在生態(tài)系統(tǒng)中幾乎是最高營養(yǎng)級,獲取的能量少,容易成為瀕危物種,A項不符合題意。在富營養(yǎng)化的水體中,N、P含量高,藍(lán)細(xì)菌會大量繁殖,這沒有體現(xiàn)出食物鏈,所以不適宜用能量流動規(guī)律來分析,B項符合題意。牛、羊?qū)儆诔跫壪M者,直接從生產(chǎn)者獲取食物,獲得的能量多,因此成本低,C項不符合題意。D項能體現(xiàn)出食物鏈,能用能量流動規(guī)律來解釋,D項不符合題意。1.稻田中農(nóng)民要拔掉稗草,魚塘中要不斷清除肉食性的黑魚,用生態(tài)學(xué)觀點看,這是為了(

)A.保持生態(tài)平衡B.保持生物群落的單一性C.調(diào)整能量在生態(tài)系統(tǒng)中的流動方向D.使物質(zhì)能夠盡快地循環(huán)流動答案:C解析:稻田中農(nóng)民要拔掉稗草,魚塘中要不斷清除肉食性的黑魚,用生態(tài)學(xué)觀點看,這是為了調(diào)整能量流動的方向,使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧?.下圖為某生態(tài)系統(tǒng)中能量傳遞示意圖(單位:kJ)。下列敘述錯誤的是(

)A.能量流動是從甲固定的太陽能開始的,流入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量為1250kJB.從乙到丙的能量傳遞效率為15%C.將乙和丙的糞便作為有機(jī)肥還田,可以提高能量傳遞效率D.食物鏈的營養(yǎng)關(guān)系一般不可逆,這決定了能量流動的單向性答案:C解析:能量流動從生產(chǎn)者固定的太陽能開始,流入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量是生產(chǎn)者固定的太陽能,即175+200+875=1

250(kJ),A項正確。從乙到丙的能量傳遞效率為(30/200)×100%=15%,B項正確。將乙和丙的糞便作為有機(jī)肥還田,為植物的生長提供了無機(jī)鹽等物質(zhì),但不能提高能量傳遞效率,C項錯誤。食物鏈的營養(yǎng)關(guān)系都是高營養(yǎng)級捕食低營養(yǎng)級,是不可逆的,這決定了能量流動的單向性,D項正確。3.生態(tài)學(xué)中常以金字塔形象地說明營養(yǎng)級與能量、生物個體數(shù)量、生物量之間的關(guān)系,是定量研究生態(tài)系統(tǒng)的直觀體現(xiàn)。生態(tài)金字塔有能量金字塔、數(shù)量金字塔、生物量金字塔三種類型。下列有關(guān)敘述正確的是(

)A.該金字塔可表示樹林中樹(①)、害蟲(②)和食蟲鳥(③)之間的個體數(shù)量關(guān)系B.如果圖示表示能量金字塔,則能量的流動方向只能是③→②→①C.該金字塔可表示浮游植物(①)和浮游動物(②)的生物量之間的關(guān)系D.在城市生態(tài)系統(tǒng)中該金字塔中的①表示生產(chǎn)者固定的太陽能答案:C解析:樹林中害蟲的個體數(shù)量比樹、食蟲鳥的多,其數(shù)量金字塔不符合題圖所示金字塔,A項錯誤。營養(yǎng)級越高,含有的能量越少,如果題圖表示能量金字塔,則能量的流動方向只能是①→②→③,B項錯誤。生物量金字塔中,營養(yǎng)級越低,含有的生物量越多,浮游植物處于第一營養(yǎng)級,含有的生物量最多,浮游動物處于第二營養(yǎng)級,生物量比第一營養(yǎng)級少,特殊情況下二者可倒置,C項正確。城市生態(tài)系統(tǒng)是特殊的人工生態(tài)系統(tǒng),生產(chǎn)者數(shù)量少,