3.2 生态系统的能量流动

教案

一、教学目标

1.通过分析能量在营养级间的流动情况和赛达伯格湖的能量流动，概述生态系统中能量流动的过程和特征。

2.用生态金字塔表征生态系统中各营养级间的能量、生物量或数量等关系。

3.概述研究生态系统能量流动的意义。

4.尝试调查当地某生态系统的能量流动情况。

二、教学重难点

1.教学重点

生态系统的能量流动过程。

2.教学难点

（1）分析生态系统能量流动的过程。

（2）尝试调查当地某生态系统的能量流动情况。

三、教学过程

【本节聚焦】

1. 能量在生态系统中是怎样流动的？
2. 怎样理解生态金字塔？
3. 研究能量流动有什么实践意义？

【导入】问题探讨：假设你像小说中的鲁滨逊那样，流落在一个荒岛上，那里除了有能饮用的水，几乎没有任何食物。你身边尚存的食物只有一只母鸡、15kg玉米。

讨论：你认为以下哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援？

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、生态系统的能量流动】

  生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，称为生态系统的能量流动。

1.输入

①能量来源:太阳能

②能量流动的起点:生产者固定的太阳能

③流经生态系统的总能量:生产者所固定的全部太阳能

④能量输入方式:生产者通过光合作用将光能转化成为化学能，固定在它们所制造的有机物中（其次还有化能合成作用）

特别提醒：若为人工生态系统，流经生态系统的总能量除生产者固定的太阳能总量，还有人工补充的能量（例如饲料中有机物中的化学能）

2.传递

①能量传递的途径（渠道）：食物链和食物网

②能量传递的形式：有机物中的化学能

3.转化

太阳能→有机物中的化学能→热能

4.散失

以热能的形式散失

科学方法：研究能量流动的基本思路

【二、能量流动的过程】

1.能量流经第一营养级的过程（详见课件）

2.能量流经第二营养级的过程（流程图见课件）

流经第二营养级的总能量：同化量

同化量＝摄入量－粪便量＝呼吸作用散失+用于生长发育和繁殖

能量流经第三、四营养级的过程与第二营养级的情况大致相同。

思考讨论：生态系统中的能量流动

1.生态系统中的能量流动和转化是否遵循能量守恒定律，为什么？

答：遵循；能量在生态系统中流动、转化后，一部分储存在生态系统生物体的有机物）中，另一部分在呼吸作用中以热能的形式散失，两者之和与流入生态系统的能量相等。

2.流经生态某生态系统的能量能否再回到这个生态系统中来？为什么？

答：不能，因为能量流动是单向的。

思考讨论：分析塞达伯格湖的能量流动

 1.用表格的形式，将图中的数据进行整理。例如，可以将每一营养级上的能量“流入”和“流出”整理成为一份清单(“流出”的能量不包括呼吸作用散失的能量)。

2.计算“流出”该营养级的能量占“流入”该营养级能量的百分比。

3.流入某一营养级的能量，为什么不会百分之百地流到下一个营养级?

答：流入某一营养级的能量主要有以下去向：一部分通过该营养级的呼吸作用散失了；一部分以排出物、遗体或残枝败叶的形式被分解者利用；还有一部分未能进入（未被捕食）下一营养级；其他的才是流入下一营养级的能量。所以，流入某一营养级的能量不可能百分之百地流到下一营养级。

4.通过以上分析，你能总结出什么规律?

答：生态系统中的能量流动是单向的；能量在流动过程中逐级递减。

【二、能量流动的特点】

1.单向流动：生态系统中能量流动是单向的。

在生态系统中，能量流动只能沿着食物链由低营养级流向高营养级，不可逆转，也不能循环流动。

原因：生物之间的捕食关系是长期自然选择的结果，一般不可逆转。

2.逐级递减：能量在流动过程中逐级递减。

原因：（1）各营养级的生物都会因自身呼吸作用散失掉一部分能量。

（2）各营养级能量都要有一部分流入分解者。

（3）各营养级生物都不能全部被下一营养级捕食,各个营养级能量都有一部分未利用。

（4）生态系统中的能量流动一般不超过5个营养级。

任何生态系统都需要不断得到来自系统外的能量补充，以便维持生态系统的正常功能。

补充总结：高、低营养级间能量的互算

①若题中没有给出了传递效率值，则一般认为能量传递效率最低为10％，最高为20％。若题中给出了传递效率值则按给出的值计算。

②由高营养级求低营养级时，若求“最(至)多”值，则按最低效率10％传递；若求“最(至)少”值，则按最高效率20％传递。

③由低营养级求高营养级时，若求“最(至)多”值，则按最高传递效率20％计算；若求“最(至)少”值，则按最低传递效率10％计算。

【三、生态金字塔】

1、能量金字塔

（1）概念：将单位时间内各营养级所得到的能量数值转换为相应面积（或体积）的图形，并将图形按照营养级顺序排列，可形成一个金字塔图形，叫做能量金字塔。

（2）意义：直观的反映出生态系统各营养级间能量的关系。

（3）特点：通常都是上窄下宽的金字塔形。

2、生物量金字塔

（1）概念：用表示能量金字塔中的方法表示各个营养级生物量（每个营养级所容纳的有机物的总干重）之间的关系，即为生物量金字塔。

（2）意义：直观的反映生态系统各营养级所容纳的有机物的总干重的关系。

（3）特点：大多也是上窄下宽的正金字塔形。

3、数量金字塔

（1）概念： 用表示能量金字塔的方法表示各营养级的生物个体的数目比值关系，即为数量金字塔。

（2）意义：表明每个营养级中生物个体的数量。

（3）特点：可以是上窄下宽的正金字塔形，也可以是上宽下窄的倒置的金字塔形。

【四、研究能量流动的实践意义】

1.研究生态系统的能量流动，可以帮助人们将生物在时间、空间上进行合理配置，增大流入某个生态系统的总能量。

例如，间作套种、多层育苗、稻——萍——蛙等立体农业生产方式。

2.研究生态系统的能量流动，可以帮助人们科学地规划和设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用；

例如，秸秆喂牲畜；粪便制作沼气；沼渣肥田，实现了对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率（≠能量的传递效率）。

3.研究生态系统的能量流动，还可以帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。

例如，合理确定草场的载畜量，稻田除草、除虫等。

思维训练：分析和处理数据（数据计算见课件）

1926年，一位生态学家研究了一块玉米田的能量流动情况，得到如下数据。

1.这块田共收割玉米约10000株，质量为6000kg。通过对玉米植株的化学成分进行分析，计算出其中共含碳2675kg。

2.据他估算，这些玉米在整个生长过程中通过细胞呼吸消耗的葡萄糖共2045kg。

3.1kg葡萄糖储存1.6×104kJ能量。

4.在整个生长季节，入射到这块玉米田的太阳能为8.5×109kJ.

请根据以上数据计算：

这些玉米的含碳量折合成葡萄糖是多少？这些葡萄糖储存的能量是多少？

这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？

这些玉米在整个生长季节所固定的太阳能总量是多少？呼吸作用消耗的能量占所固定太阳能的比例是多少？

根据计算结果，画出能量流经该玉米种群的图解，图解中应标明各环节能量利用和散失的比例。

【课堂小结】