2018-2019学年高中生物 第四章 生态系统的稳态 4.2 生态系统的稳态课件 苏教版必修3

第二节生态系统的稳态情境导入课程目标生态系统的维持不仅需要能量作为动力,也需要物质作为能量的载体。能量来自太阳,物质却都是由地球提供的。地球上自有生命以来,已有亿万年的历史,为什么维持生态系统所需的大量物质并没有被生命活动消耗殆尽呢?1.举例说明生态系统中的能量流动、物质循环和信息传递。2.关注生态系统的维持。一二三一、生态系统中的能量流动(一)概念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。(二)能量流动的过程1.输入生态系统的总能量:生产者固定太阳能的总量。2.起点:从生产者固定太阳能开始。3.途径:食物链和食物网。四一二三4.传递过程5.能量流动的特点:一是能量流动是单向的,不可逆转的,也不能循环流动;二是能量在流动的过程中逐级递减,能量在相邻两个营养级间的传递效率平均只有10%~20%。四一二三6.能量金字塔:生态系统的能量流动规律可用“能量金字塔”表示。一个生态系统的营养级越多,在能量流动过程中散失的热能越多。生态系统的能量流动一般不超过4~5个营养级。7.研究能量流动的意义研究生态系统的能量流动,可以帮助人们在设计人工生态系统时充分考虑能量的有效利用;还可以合理调整生态系统中的能量流动关系,使能量流向对人类最有益的部分。四一二三二、生态系统中的物质循环1.概念:在生态系统中组成生物体的C、H、O、N、P、Ca等元素,不断进行着从无机环境到生物群落,再回到无机环境的循环过程,物质循环是在地球上最大的生态系统——生物圈中进行的,具有全球性,因此,又称为生物地球化学循环。2.碳循环(1)循环形式:在无机环境中,碳主要以CO2和碳酸盐的形式存在;在群落中,碳是组成生物体的大量元素之一。四一二三(2)图解。3.水循环水有固态、液态和气态3种形态,不同的形态之间可以相互转化。水以3种形态在陆地、海洋和大气之间不断循环的过程称为水循环。四一二三4.氮循环(选学)氮循环是指自然界中氮与含氮化合物之间相互转换的过程。大气中的氮能被固氮微生物(如蓝藻和根瘤菌等)转变为亚硝酸盐和硝酸盐,能在闪电的作用下转变为氨和硝酸盐,还能被人类通过工业生产制造成氮肥。5.物质循环与能量流动的区别与联系(1)区别:物质循环不同于能量流动,物质可以在生物群落与无机环境之间循环往复,而能量流动是单向的、逐级递减的,是不循环的。(2)联系:生态系统的主要功能是进行能量流动和物质循环,二者同时进行,彼此相互依存,不可分割,物质作为能量的载体,使能量沿着食物链(网)流动;能量作为动力,使物质在生物群落和无机环境之间得以不断地往返循环。四一二三轻松判断既然物质是循环的,为什么人们还不断向农田中施加氮肥?提示:物质在生物圈范围内是循环的。农田中不断有粮食产出,所以要不断施加氮肥。四一二三三、生态系统的信息传递(一)生态系统中的信息1.物理信息:生态系统中以物理过程为传递形式的信息,称为物理信息,包括光、声、热、电、磁等。2.化学信息:生态系统中以代谢产物等化学物质传递的信息,包括植物代谢产物和动物外激素等。3.行为信息:生态系统中以生物的表现或动作等行为特征传递的信息称为行为信息,包括舞蹈、运动等。(二)作用:信息传递能够调节生态系统的各个组成成分之间的关系,强化生态系统的调节机制,发挥维持生态系统稳态的作用。四一二三四四、生态系统稳态的维持1.稳态的概念:生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力称为生态系统的稳态,又称为生态系统的稳定性。2.抵抗力稳定性和恢复力稳定性抵抗力稳定性恢复力稳定性概念生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状而不受损害的能力生态系统在受到外界干扰因素的破坏后恢复到原状的能力特点生态系统的物种越多,遗传基因库越丰富,食物网越复杂,自我调节能力就越强,抵抗力稳定性就越高生态系统在受到不同的破坏后,其恢复程度和恢复时间不同3.生态系统的自我调节能力的基础是负反馈调节。探究点一探究点二探究点一生态系统中的能量流动分析●问题导引●流经生态系统的总能量一定是生产者所固定的太阳能吗?提示:不一定。流经生态系统的总能量几乎都是生产者所固定的太阳能,但也有例外,比如:深海热泉生态系统能量输入的源头是氧化无机物产生的化学能。探究点三探究点四探究点一探究点二●名师精讲●1.能量的变化情况是:太阳光能→生物体中的化学能→一部分以热能的形式散失,另一部分用于生物体的各项生命活动。2.图解探究点三探究点四探究点一探究点二3.每个营养级的能量来源和去路(1)能量来源。①生产者(绿色植物)的能量来自于太阳能。②各级消费者的能量一般来自上一个营养级(同化量=摄入量-粪便中所含能量)。③分解者的能量来自生产者和消费者。(2)能量去路。①每个营养级生物细胞呼吸产生的能量一部分用于生命活动,另一部分以热能散失。②每个营养级生物一部分能量流到后一个营养级中。③每个营养级生物的遗体、粪便、残骸中的能量被分解者分解而释放出来。探究点三探究点四探究点一探究点二④未利用能量(现存量:最终被分解者利用,因此,也可归为③)。特别提醒消费者摄食的能量等于消费者同化的能量加上粪便中的能量,粪便中的能量属于上一营养级的遗体,消费者同化的能量即是上一营养级流向该消费者的能量,也就是该营养级的总能量。4.能量流动特点分析(1)单向流动。①食物链中,相邻营养级生物的吃与被吃关系不可逆转,因此能量不能倒流,这是长期自然选择的结果。②各营养级的能量总有一部分以细胞呼吸产生热能的形式散失掉,这些能量是无法再利用的。探究点三探究点四探究点一探究点二(2)逐级递减。①每个营养级的生物总有一部分能量不能被下一营养级利用。②各个营养级的生物都会因细胞呼吸消耗相当大的一部分能量,供自身利用和以热能形式散失。③各营养级中的能量都要有一部分流入分解者。特别提醒①因能量传递效率为10%~20%,传到第五营养级时,能量已经很少了,再往下传递不足以维持一个营养级,所以一条食物链中营养级一般不超过5个。②根据能量流动的递减性原则,在建立与人类相关的食物链时,应尽量缩短食物链。探究点三探究点四探究点一探究点二5.能量传递的有关计算(1)能量传递效率:10%~20%,即输入某一营养级的能量中,只有10%~20%的能量流入到下一个营养级。计算方法为:能量传递效率=下一营养级同化量上一营养级同化量×100%。(2)能量在食物链中传递的计算。①在一条食物链中,若某一营养级的总能量为n,则最多传到下一营养级的能量为n·20%(0.2n),最少为n·10%(0.1n)。②在一条食物链中,某一营养级的能量为n,需要前一营养级的能量至少为:n÷20%=5n,最多为:n÷10%=10n。(3)能量在食物网中传递的计算。①若一食物网中,已知最高营养级增重为N。探究点三探究点四探究点一探究点二a.要求最多消耗第一营养级多少时,应按最长食物链,最低传递效率计算;b.要求至少消耗第一营养级多少时,应按最短食物链,最高传递效率计算。②若一食物网中,已知第一营养级重量为M。a.要求最高营养级最多获得多少能量时,应按最短食物链,最高传递效率计算;b.要求最高营养级最少获得多少能量时,应按最长食物链,最低传递效率计算。探究点三探究点四探究点一探究点二以上措施可表述为:最少消耗选最短食物链选最大传递效率20%获得最多最大消耗选最长食物链选最小传递效率10%获得最少探究点三探究点四探究点一探究点二【例题1】下图是某生态系统能量流动的图解,对此图的理解有误的是()A.B营养级的生物个体数量不一定比A少B.该图中C所有的能量为B的10%~20%C.B摄入的能量即为B的同化量D.A所固定的能量大于B、C、D所含能量之和探究点三探究点四探究点一探究点二解析:B营养级所含有的能量比A营养级的能量少,但生物个体数不一定少,如一棵大树与树上的毛毛虫的关系;能量在食物链内流动时传递效率为10%~20%;B摄入的能量多于B的同化量,因为B摄入的能量中有些随粪便排出体外;流经生态系统的总能量是生产者固定的全部太阳能,所以A所固定的能量是整个生态系统的总能量,应大于B、C、D之和。答案:C探究点三探究点四探究点一探究点二典型方法解答本题时应注意:①图中各字母及箭头代表的含义;②食物链应为A→B→C→D,且只有一条;③除最高营养级外,每个营养级中的能量都有三个去向。变式训练1在浮游植物→浮游动物→鱼这样一条食物链中,如果鱼要增加1000kg体重,那么至少需要的浮游动物和浮游植物分别是多少千克?()A.10000和50000B.5000和25000C.5000和50000D.10000和100000解析:能量沿食物链流动时,能量传递效率为10%~20%,此题应该按照最大传递效率20%进行计算,即需要浮游动物质量最少为1000÷20%=5000(kg);需要浮游植物质量最少为1000÷20%÷20%=25000(kg)。答案:B探究点三探究点四探究点一探究点二探究点二生态系统中的物质循环(碳循环)●问题导引●碳元素在无机环境与生物群落之间以及生物群落中都是循环利用吗?提示:(1)在无机环境与生物群落之间以CO2形式循环;(2)在生物群落中不能循环,因食物链的方向是单向的且以有机物的形式传递。探究点三探究点四探究点一探究点二●名师精讲●1.概念的理解(1)参与循环的物质:不是指由C、H、O、N、P、S等这些元素组成的糖类、脂肪和蛋白质等生物体内所特有的物质,也不是单质,而是元素。(2)具体形式:是指组成生物体的基本元素在生物群落与无机环境之间的往返运动,其中伴随着复杂的物质变化和能量转化,并不是单纯物质的移动。(3)过程:无机环境生物群落。2.特点(1)全球性:物质循环的范围是生物圈,因此生态系统的物质循环又叫生物地球化学循环。(2)反复利用,循环流动:物质循环,既然称为“循环”就不像能量流动那样逐级递减、单向流动,而是可以在无机环境与生物群落之间反复利用、循环流动。探究点三探究点四探究点一探究点二3.碳循环图甲图乙探究点三探究点四探究点一探究点二(1)由甲图可知。①大气中的碳元素进入生物群落,是通过植物的光合作用或化能合成作用。②碳在生物群落和无机环境之间循环是以CO2的形式进行的。碳元素在生物群落中的传递,主要靠食物链和食物网,传递形式为有机物。③大气中CO2的来源有三个:一是分解者的分解作用;二是动植物的细胞呼吸;三是化石燃料的燃烧。(2)由乙图可知。①碳在无机环境与生物群落之间传递时,只有生产者与无机环境之间的传递是相互的,其他各成分之间的传递都是单向的。②煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧,使大气中的CO2浓度增高,是形成“温室效应”的最主要原因。探究点三探究点四探究点一探究点二4.生态系统的能量流动与物质循环的关系项目能量流动物质循环过程沿食物链(网)单向流动在无机环境和生物群落间往复循环范围生态系统各营养级间生物圈的无机环境和生物群落间特点单向流动、逐级递减反复出现、循环流动联系①能量的固定、转移、释放离不开物质的合成和分解;②物质是能量沿食物链(网)流动的载体;③能量是物质在生态系统中往复循环的动力。总之,二者互为因果、相辅相成,具有不可分割的联系探究点三探究点四探究点一探究点二生态系统中的各种组成成分——非生物成分、生产者、消费者和分解者,正是通过能量流动和物质循环,才紧密地联系在一起,形成一个统一的整体,图解如下:探究点三探究点四探究点一探究点二【例题2】下图是生态系统中碳循环的简明示意图,请据图回答下列问题。(1)A过程是的作用,具体包括和两种类型。(2)图中缺少的一个重要箭头是。(3)与A过程本质相同的有过程(用图中字母代号表示)。(4)碳在无机环境中以形式存在,而在无机环境与生物群落之间以形式进行循环。探究点三探究点四探究点一探究点二解析:从图中可以看出,本图少了从大气中的CO2库到绿色植物的箭头,因为这是大气中CO2进入生物群落的途径,如果没有光合作用的途径,碳循环便不能进行;图中A表示分解者的分解作用,它将有机物氧化分解,释放出能量,同时产生CO2,与此本质相同的是B和C,它们都是呼吸作用,而D则是化石燃料