2023學年完整公開課版能量流動

第2節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動假設你像小說中的魯賓遜那樣，流落在一個荒島上，那里除了又能飲用的水以外，幾乎沒有任何食物。你隨身尚存的食物只有一只母雞、15千克玉米。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(chǎn)下的蛋，最后吃雞。生態(tài)系統(tǒng)的能量流動概念1能量流動的概念：指生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失過程?！拜斎搿薄皞鬟f”——“轉(zhuǎn)化”——“散失”——綠色植物的光合作用固定太陽能是能量輸入主要途徑生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)能量沿食物鏈和食物網(wǎng)傳遞以熱能形式散失太陽能生產(chǎn)者光合作用有機物生產(chǎn)者、消費者、分解者呼吸作用、分解作用熱能能量流經(jīng)一個種群的情況能量輸入種群能量儲存能量散失研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動一般在群體水平上。生產(chǎn)者(植物)呼吸呼吸呼吸呼吸初級消費者次級消費者三級消費者(肉食動物)分解者(細菌、真菌等）呼吸(草食動物)（肉食動物)太陽能量流動的過程2呼吸散失用于生長、發(fā)育、繁殖遺體、殘枝敗葉分解者初級消費者攝食能量流經(jīng)第一營養(yǎng)級示意圖太陽生產(chǎn)者固定的太陽能初級消費者攝入用于生長發(fā)育和繁殖次級消費者攝入呼吸散失遺體殘骸初級消費者同化分解者利用糞便呼吸散失...能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級示意圖同化量=攝入量-糞便量能量來自上一營養(yǎng)級1.某動物同化的能量為100kJ，其中有多少能量隨糞便排出？【提示】動物糞便應屬食物殘渣，這是未曾消化吸收的部分，它不屬動物的同化量，故動物同化能量中沒有隨糞便排出的能量。某一營養(yǎng)級的能量分流(1)食物的攝入量≠同化量①攝入量：指動物取食的總量，可以理解為動物的食物總量。②同化量：指動物經(jīng)過消化和吸收后轉(zhuǎn)化為自身的能量。③關系：攝入量＝同化量＋糞便中的能量特別提醒(2)能量的輸入并非只有光合作用能量的輸入過程，絕大部分是通過綠色植物的光合作用，但在極少數(shù)特殊空間，如深海熱泉口生態(tài)系統(tǒng)，是通過特殊細菌的化能合成作用。(3)“未利用”能量如：多年生植物上一年自身生長發(fā)育的凈積累量；未來得及分解，被埋藏在地下形成的煤炭、石油等能量。生態(tài)系統(tǒng)能量流動示意圖生產(chǎn)者（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）分解者呼吸呼吸呼吸呼吸呼吸1.生態(tài)系統(tǒng)的能量源頭：太陽能3.能量流動的起點：2.流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量：生產(chǎn)者所固定的太陽能的總量(約占1%)能量流動的過程總結(jié)6.來源：生產(chǎn)者消費者太陽光能前一營養(yǎng)級4.流動的渠道：生產(chǎn)者固定的太陽能開始食物鏈和食物網(wǎng)5.能量在食物鏈中的流動形式：分解者生產(chǎn)者、消費者的遺體和排遺物有機物中的化學能7.去路：呼吸作用消耗被下一營養(yǎng)級的生物所利用被分解者所利用8、能量散失的主要途徑：細胞呼吸，主要形式是熱能流經(jīng)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?植食性動物

62.862.8太陽能未固定生產(chǎn)者464.6分解者12.5呼吸作用96.3未利用2932.118.829.312.6肉食性動物

12.6微量7.55.0327.3122.614.6能量流動的特點3①定量不定時分析：流入某一營養(yǎng)級的一定量的能量在足夠長的時間內(nèi)的去路可有三條：a.自身呼吸消耗；b.流入下一營養(yǎng)級；c.被分解者分解利用。②定量定時分析：流入某一營養(yǎng)級的一定量的能量在一定時間內(nèi)的去路可有四條：a.自身呼吸消耗；b.流入下一營養(yǎng)級；c.被分解者分解利用；d.未被自身呼吸消耗，也未被下一營養(yǎng)級和分解者利用，即“未利用”，如果是以年為單位研究，這部分的能量將保留到下一年。流入每一營養(yǎng)級的能量去向分析能量傳遞效率根據(jù)“賽達伯格湖的能量流動圖解”，計算相鄰兩個營養(yǎng)級間能量傳遞效率。植食性動物

62.862.8太陽能未固定生產(chǎn)者464.612.6肉食性動物

12.6傳遞效率=上一營養(yǎng)級的同化量本營養(yǎng)級的同化量×100%試計算：從第一營養(yǎng)級到第二營養(yǎng)級的傳遞效率？從第二營養(yǎng)級到第三營養(yǎng)級的傳遞效率？13.5%20%結(jié)論：相鄰營養(yǎng)級的傳遞效率大約是10%-20%。1．利用“拼圖法”解決能量流動中的難題輸入第一營養(yǎng)級的能量(W1)同化量被分為兩部分：一部分在生產(chǎn)者的呼吸作用中以熱能的形式散失(A1)，一部分則用于生產(chǎn)者的生長、發(fā)育和繁殖：包括現(xiàn)存的植物體B1流向分解者的C1流向下一營養(yǎng)級的D1難點剖析(1)流經(jīng)整個生態(tài)系統(tǒng)的總能量是生產(chǎn)者固定的總能量，即W1。將圖中第三營養(yǎng)級同化的總能量D2“拼回”第二營養(yǎng)級，則剛好等于D1，即第二營養(yǎng)級同化的總能量；再將D1“拼回”第一營養(yǎng)級，則剛好等于生產(chǎn)者固定的總能量W1?？梢?，在一個草原生態(tài)系統(tǒng)中，草原上所有生物的總能量都來自W1，所有生物總能量之和都小于W1，這是呼吸作用消耗的緣故。(2)能量傳遞效率不會是100%。從圖中可以看出，從第一營養(yǎng)級向第二營養(yǎng)級的能量傳遞效率為D1/W1，因此不會達到100%，一般情況下，能量傳遞效率為10%～20%。(3)在解決有關能量傳遞的計算問題時，首先要確定相關的食物鏈，理清生物與生物在營養(yǎng)級上的差值。[例]大象是植食性動物，有一種蜣螂則專以象糞為食。設大象在某段時間所同化的能量為107kJ，則這部分能量中可流入蜣螂體內(nèi)的約為（）A．0kJ

B．106kJC．2×106kJ D．106～2×106kJ【精講精析】象糞中的能量，是大象取食植物后未消化的能量，屬于生產(chǎn)者同化的能量的一部分，而大象同化的能量沒有流入蜣螂體內(nèi)?！敬鸢浮緼[例]在某草原生態(tài)系統(tǒng)能量流動過程中，假設羊攝入體內(nèi)的能量為n，羊糞便中的能量為36%n，呼吸作用散失的能量為48%n，則（）A．羊同化的能量為64%nB．儲存在羊體內(nèi)的能量為52%nC．由羊流向分解者的能量為16%nD．由羊流向下一營養(yǎng)級的能量為64%n【精講精析】同化量＝攝入量－糞便量，所以羊同化的能量為n－36%n＝64%n。儲存在羊體內(nèi)的能量＝同化量－呼吸消耗量＝64%n－48%n＝16%n，而儲存在羊體內(nèi)的能量一部分被分解者分解，一部分流向下一營養(yǎng)級，一部分未被利用。【答案】A

流入某個營養(yǎng)級的能量，為什么不能百分之百地流向后一個營養(yǎng)級？問題探討1．單向流動(1)單向流動：是指生態(tài)系統(tǒng)的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)也不可循環(huán)地流動。(2)能量單向流動的原因①食物鏈中各種生物之間的捕食關系是確定的，是在長期自然選擇過程中形成的捕食關系，不能逆轉(zhuǎn)；②各營養(yǎng)級的能量總是趨向于在呼吸作用過程中以熱能形式散失，而熱能是不能再被利用的。2．逐級遞減(1)逐級遞減：輸入到一個營養(yǎng)級的能量不可能百分之百地流入下一個營養(yǎng)級，能量在沿食物鏈流動的過程中是逐級遞減的。(2)能量逐級遞減的原因①各營養(yǎng)級生物要維持自身生命活動，總要消耗一部分能量；②各營養(yǎng)級消費者不可能百分之百地利用前一營養(yǎng)級的能量，總有一部分會自然死亡或被分解者所利用；③各營養(yǎng)級的同化率不是百分之百的，總有一部分變成排遺物而被分解者利用。逐級遞減：單向流動：能量傳遞效率大約為10%—20%不可逆轉(zhuǎn)，不能循環(huán)能量在沿食物鏈流動的過程中是逐漸減少的能量流動的特點能量的轉(zhuǎn)化和散失(1)能量散失的主要途徑：呼吸作用(包括各營養(yǎng)級生物本身的呼吸作用及分解者的呼吸作用)。(2)能量流動過程圖解中箭頭由粗到細：表示流入下一個營養(yǎng)級的能量逐級遞減。(3)方塊面積越來越小表示隨營養(yǎng)級的升高，貯存在生物體內(nèi)的能量越來越少。(4)生態(tài)系統(tǒng)中能量流動形式的轉(zhuǎn)化：太陽能或無機物氧化產(chǎn)生的化學能有機物中的化學能能量光合作用化能合成作用生產(chǎn)者、消費者、分解者呼吸作用肉類和雞蛋的價格比糧食和蔬菜高，從能量流動角度看，其道理何在？【提示】食物鏈延長，能量流失多，動物性食品成本高。1.正推類型：ABCD至少按最小效率（10%）計算最多按最大效率（20%）計算若A總重1000KG體重，至少（或最多）能使D增重多少千克？關于能量流動計算規(guī)律總結(jié)量2.逆推類型：ABCD至少按最大效率（20%）計算最多按最小效率（10%）計算若D增重10KG，至少（或最多）消耗A多少千克？關于能量流動計算規(guī)律總結(jié)量3.上述能量傳遞效率是指各營養(yǎng)級之間的比例，一般為10%—20%，若題目中給出具體值，按具體值計算。若在食物網(wǎng)中有：ABC在計算時，應將B、C看做同一營養(yǎng)級來對待，流向B、C的總量占A的10%—20%由單位時間內(nèi)各營養(yǎng)級所得到的能量數(shù)值由低到高繪制的圖形叫做能量金字塔。能量金字塔可以說明什么問題？在一個生態(tài)系統(tǒng)中，營養(yǎng)級越多，在能量流動的過程中消耗的能量就越多，能量流動是單向、逐級遞減的。能量金字塔1、如D魚體重增加1kg，所需浮游至少需要植物約

125kg能量傳遞效率的含義與計算：在一食物鏈中，若求某營養(yǎng)級獲得最多能量，一般取20％作為傳遞效率；反之，取10％作為傳遞效率。遷移創(chuàng)新根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)中能量流動逐級遞減的特點和規(guī)律，營養(yǎng)級越高，可利用的能量就越少，老虎在生態(tài)系統(tǒng)中幾乎是最高營養(yǎng)級，通過食物鏈（網(wǎng)）流經(jīng)老虎的能量已減到很少的程度。因此，老虎的數(shù)量將是很少的。故“一山不容二虎”有一定的生態(tài)學道理。1.為什么說“一山不容二虎”？遷移創(chuàng)新從能量傳遞的數(shù)量和效率看，能量流經(jīng)各營養(yǎng)級是逐級遞減的，單向不循環(huán)的，傳遞效率為10％-20％。

所以，食物鏈一般不超過五個營養(yǎng)級，到第五營養(yǎng)級以后，可利用的能量已減少到不能維持其生存的程度了。因為能量每流經(jīng)一級都要丟失一大部分，所以食物鏈越長，流量流失就越多。2.食物鏈一般不超過5個營養(yǎng)級？類型項目能量金字塔數(shù)量金字塔生物量金字塔形狀特點象征含義正金字塔形一般為正金字塔形，有時會出現(xiàn)倒金字塔形一般為正金字塔形能量沿食物鏈流動過程中具有逐級遞減的特性生物個體數(shù)目在食物鏈中隨營養(yǎng)級升高而逐級遞減生物量(現(xiàn)存生物有機物的總質(zhì)量)沿食物鏈流動逐漸遞減

能量金字塔數(shù)量金字塔生物量金字塔每一階含義食物鏈中每一營養(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)級生物的有機物總量特殊形狀無(一定正立)樹→昆蟲→鳥人工養(yǎng)殖的魚塘中，生產(chǎn)者的生物量可以小于消費者的生物量任何生態(tài)系統(tǒng)都需要不斷得到能量補充，以便維持生態(tài)系統(tǒng)的正常功能。如果一個生態(tài)系統(tǒng)在一段較長的時間內(nèi)沒有能量輸入，這個生態(tài)系統(tǒng)就會崩潰。聰明的人類通過調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的關系，使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧?、對能量進行多級利用，提高能量的利用率。例如：秸稈的多級利用、?；~塘研究能量流動的實踐意義42、合理調(diào)整能量流動方向，使能量流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠?。例如，在森林中，最好使能量多儲存在木材中；在草原牧場上，則最好使能量多流向到牛、羊等牲畜體內(nèi)，獲得更多的毛、肉、皮、奶等畜產(chǎn)品。提高能量傳遞效率=提高能量利用率？(1)能量傳遞效率指兩個相鄰營養(yǎng)級之間，而不是兩個個體或兩個種群之間。(2)一般來就，在以低營養(yǎng)級生物為主的生態(tài)系統(tǒng)中，傳遞效率可以低于10%；僅在特殊條件下，某傳遞效率有可能高于20%，時間過長將導致生態(tài)系統(tǒng)被破壞。特別提醒(3)天然生態(tài)系統(tǒng)必須當能量狀況表現(xiàn)為正金字塔形狀時，方可維持生態(tài)系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，從而維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而人工生態(tài)系統(tǒng)中因能量可人為補充，可能會使能量金字塔呈現(xiàn)倒置狀況，如人工魚塘中生產(chǎn)者的能量未必比消費者(魚)多。特別提醒生態(tài)系統(tǒng)的能量流動概念過程特點實踐意義單向流動逐級遞減傳遞效率10％～20％指生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失過程。1、幫助人們科學規(guī)劃、設計人工生態(tài)系統(tǒng)，使能量得到最有效的利用。2、使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧?.根據(jù)生態(tài)學原理，使能量在流動過程中損