[高三生物教案]038生态系统的能量流动和物质循环(1.43M)

第五部分 生态学基础第38讲 生态系统的能量流动和物质循环一、考点内容全解（一）本讲考什么1.能量沿食物链流动(1)能量流动过程起点：从生产者固定太阳能开始。数量：生产者固定的全部太阳能是流经生态系统的总能量。 渠道：沿食物链和食物网，逐级流动。(2)能量流动特点单向流动、逐级递减 (传递效率：约1020% )、质量提高、速率不同。严格遵守热力学第一、第二定律。能量金字塔(KJ/m2a)数量金字塔(个/m2 )生物量倒置金字塔(g/ m2 )(有时呈倒置：如一棵树上停着多只鸟)生物量金字塔(g/ m2 )2.生态金字塔（生态锥体） 3.研究能量流动的意义调整生态系统中能量流动的方向，使能量更多地流向对人类有益的部分。 4.物质循环(1)碳循环（加括号者为年变化量，未加括号者为库存量）特点：通过光合作用合成有机物构成全球的基础生产；CO2、CH4、和CO是最重要的温室气体；不同的生态系统固定CO2的速率差别很大；大气中CO2的浓度有日变化和年变化。(如右图)(2)氮循环 （四种基本生物化学过程）(如右图)特点：大气含N为3.9 1021g，是最大的氮库；固氮途径有生物固氮、高能固氮和工业固氮；氮肥排入水中易形成富营养化。(3)磷循环(如下图)特点：磷的主要贮存库是沉积岩；几乎没有气体成分参与循环，主要以固态进行；(4)汞（重金属）循环特点：通过生物富集作用导致很大危害；在细菌作用下生成甲基汞，毒性大，易溶于脂类，易被人体吸收。（二）考点例析例1在一个生态系统中, A种群有50个个体, B种群有500个个体, C种群有5000个个体, D种群有10000个个体,则它们的食物链关系是AABCD B.DCBA CCDBA D不能确定 解析一个生态系统中的各种生物彼此互相关联，组成食物链。食物链都包括几个环节，每个环节可作为一个营养级，而能量沿着食物链从一个营养级流动到另一个营养级。在能量流动的过程中，能量以热量的形式不断散失，形成金字塔能流。所以本题初看起来选B。但题目中只提供个体的数量，没有提提供个体的大小或个体所拥有的能量，所以仅从个体的数量还不能确定该种群的生物量或能量的多少。如一棵大树的个体数量是1，而生活在其上的昆虫的数量可以有几百只甚至几千只。所以仅从各种群的个体数量无法判断它们之间的营养关系。答案 D例2珠江三角洲农民充分利用自然资源，建立了该地特有的蔗基鱼塘和桑基鱼塘，下图是该生态系统的物质循环和能量流动示意图。请据图回答： （1） 这种人工生态系统最基本的生物因素是 。要使它长期稳定发展，除了有稳定的 来源，各类生物要 。 （2）该生态系统内物质经多次重复利用，大大提高了能量的 ，能提高的原因是因为其营养结构具有 的特点。 （3）蚕粪、蔗叶进入鱼塘经过 的作用又被桑蔗基所利用。蚕粪中的氨经过 作用，形成 被植物吸收。 （4）建立这一生态系统的目的是 。该生态系统功能的维持，取决于 。 解析 此题是应用生态系统知识建立人工生态系统的实例。在这个人工生态系统中，有四种成分：非生物的物质和能量(水、土壤、阳光等)、生产者(蔗、桑、绿藻)、消费者(各种鱼、蚕等)、分解者(细菌)，它们共同组成了一个相互依存的整体，生产者和分解者是不可缺少的生物成分，各类生物只有保持相对稳定，才能长期稳定发展。建立这一生态系统的目的是使该生态系统朝着更有益于人类的方向发展。能量则是沿着食物链的渠道流动的，食物链越短，营养级越少，流向对人类有益的部分的能量就越多，对人类的生产和生活就越有意义。在这个生态系统 中，分解者(细菌)的作用很重要，蚕粪中的氨经过硝化细菌的作用，形成亚硝酸盐和硝酸盐，被甘蔗，桑树吸收利用。对人工生态系统的功能维持，取决于它的成员之间的物质循环和能量流动的动态平衡。对保持生态稳定有重大的意义。答案(1)生产者和分解者 能量 保持相对稳定(2)利用率 食物链短(3)分解者 硝化细菌的化能合成 亚硝酸盐和硝酸盐(4)使生产者所固定的能量流向对人类最有益的部分 生产者、消费者和分解者能量之间的流动和物质循环在较长时间内保持相对稳定性。例3我国北 方处于平衡状态的某森林生态系统，其碳素循环如图，箭头和字母分别表示碳素传递方向和转移量。下列选项正确的是( )A.夏季，ab + c + e B.秋季，e + fgC.春季，g = b + e + f D.冬季，dc+f解析碳元素进入食物链参与碳素循环是从生产者通过光合作用固定C02开始的，即从植物处加入的。根据能量流动的特点，只有1020流到下一个营养级，能量流动的环节越多，损耗越大，同时还有大量的能量和物质滞留在本营养级，除自身消耗外，另有一部分以残体形式被分解者所分解。夏季光合作用强度大于呼吸作用和分解者的分解作用总和，因而A选项正确；作为离开生态系统的物质总量不可能超过它的输入总量，这是由物质不灭定律决定的。答案 A解题警示本题容易出现的问题是将物质与能量转移混淆，同时受到季节的干扰。解题时注意：1对一个生态系统而言，只要正常运转，则物质应循环而能量则输入要大于输出；2读图时明确各符号及箭头的含义。二、能力提升技巧1.物质循环和能量流动的关系 2.初级生产量的测定方法生态系统中的能量流动开始于绿色植物通过光合作用对太阳能的固定，植物所固定的太阳能或所制造的有机物质量称为初级生产量。其测定方法有：收获量测定法、氧气测定法（黑白瓶法）、CO2测定法、放射性标记物测定法、叶绿素测定法。GP（总初级生产量）NP（净初级生产量）R（呼吸消耗量）PgPnRA15.92.813.1B870.7369.4501.3C0.90.30.6D141.061.979.1E211.520.1191.4 例4右表是对某水生生态系统营养级和能量流动情况的调查结果，表中A、B、C、D分别表示不同的营养级，E为分解者。Pg表示生物同化作用固定能量的总量，Pn表示生物体贮存的能量(Pn=Pg-R)，R表示生物呼吸消耗的能量。单位：10kJ/m/a 分析回答：(1)能量流动是从A、B、C、D中的哪个营养级开始的_，为什么？_ _。(2)若此生态系统受到重金属污染，那么在体内积累重金属污染物最多的生物是_。(3)若D的种群数量下降，则种群数量增加的是_。(4)该生态系统中能量从第三营养级传递到第四营养级的效率是_。(5)从能量输入和输出角度看，该生态系统的总能量是否增加_，_为什么 。解析本题考查的考点是生态系统中的能量流动情况，属理解层次试题。解答本题须从识图着手，并正确运用能量流动的有关知识进行计算。因为B营养级含有的能量最多，贮存的能量和呼吸消耗的能量也最多，故B是生产者；因为E为分解者，所以食物链为BDAC；从第三营养级传递到第四营养级的效率是O.9/15.95.7。因为在该生态系统中，输入的总能量为生产者固定的总能量Pg(生产者)870.7，输出的总能量所有生物消耗能量之和13.1 + 501.3 + 0.6 + 79.1 + 191.4785.5，870.7785.5。所以生态系统输入的总能量大于所有生物消耗能量之和。答案(1)B 因为B营养级含能量最多，是生产者 (2)C (3)BC (4)5.7% (5)增加 因为该生态系统输入的总能量大于所有生物消耗能量之和(或答Pg(生产者的呼吸消耗)R(所有生物的呼吸消耗)。 解题技巧根据能量金字塔来判断生物的营养级；能量的传递效率不要以Pn来计算；在一个稳定的生态系统中，能量不断增加的根本原因是生产者在不断地制造有机物，且净积累有机物。例5下图为某生态系统中，能量与物质流动关系示意图(图中为有毒物质浓度百万分之一，即10-6，能量单位：kJcm2/年)：(1)从完成生态系统功能的角度，简要说明生产者的重要作用是 。 (2)该生态系统的总能量是 kJcm2/年；(3)图中数值计算能量从A到B的传递效率是 ，其余的能量最终通过生物的 散失，由于生物在代谢中不能再利用 ，因此能量流动具有 特点；(4)图中无机物箭头指 和CO2等物质的流动过程。图中D是 ，通过它们的 和 两种分解方式，将生物组织内的碳放回空气中。(5)在生态系统中，碳循环始终与 结合在一起进行；(6)从生态因素的角度看，存在 中的有毒物质，经 高度浓缩，因此 越高的生物受害越大。解析这是一道全面考察生态系统结构和功能知识的学科内综合题。首先要分析图中各符号所代表的含义，图中所示的是一个生态系统，箭头所示这个生态系统的能量流动和物质循环的方向。我们知道流经生态系统的总能量是来自生产者所固定的太阳能，能量在各营养级的传递过程中是逐级递减的，其去路有三个方向：一是各营养级的生物在分解有机物用于生命活动时，总有一部分能量以热能的形式散失；二是大部分的能量未被下一个营养级所利用，其排泄物等流入分解者中；三是只有小部分流入下一个营养级。所以流经该生态系统的总能量应该是生产者中的能量的三个去路之和：9730663466。由A到B的传递率63466 ,以此类推。答案（1）能量流动、物质循环的基础 （2）466 （3）135 呼吸作用 热能 递减单向（4）水、无机盐 分解者有氧呼吸 无氧呼吸（发酵） （5）能量流动 （6）无机环境 食物链 营养级解题技巧解题关键为抓住能量流动的规律，运用生态系统结构与功能相统一的观点去分析解答。图中A显然是物质循环和能量流动的开始，所以它一定是生产者，D最后将物质分解又返回大自然中，它应该是分解者，而B、C分别是初级消费者和次级消费者。能量在流经生态系统时的三个去向要清楚。解题警示该题能全面答对者很少，原因一是对生态系统功能的知识掌握不牢，特别是对能量在流经生态系统时的三个去向不清楚；二是识图、析图的能力较差，没有看到图中已标出A表示的是有毒物质的含量，常把图框中的数值也当能量计算，所以造成(2)小题和(3)小题的错误。D是分解者，但分解方式有两种不能漏写。三、基础能力测试1.倒置的生物种群数量金字塔适于描述（双选） （ ）A放牧牛羊的草原 B蚜虫聚集的果树 C松毛虫成灾的松树 D鼠害泛滥的草地2.下图中表示城市生态系统的能量金字塔是(P表示植物,a表示动物,h表示人类)A B C D 3.在下列生态系统中，物质循环能基本保持平衡的是A.森林生态系统 B.农田生态系统 C.养鱼塘 D.城市生态系统4.一片树林中，树、昆虫和食虫鸟类的个体数比例关系如下图所示。下列选项能正确表示树、昆虫、食虫鸟之间的能量流动关系的是(选项方框面积表示能量的大小)（ ）A B C D5.在碳循环中，使碳从无机环境进入群落的生理作用是( ) 呼吸作用 光合作用摄食作用化能合成作用 硝化作用 反硝化作用A B C D 6下列关于氮循环的说法错误的是 （ ） A土壤中的氨经过硝化细菌的作用，最终转化成硝酸盐B根瘤菌固定的氮一部分供宿主植物利用，一部分留给自己使用C植物只能利用土壤中的硝酸盐和铵盐；而不能直接利用空气中的氮气D土壤中的一些细菌在氧气充足的条件下，将硝酸盐转化成亚硝酸盐，并最终转化成氮气四、潜能挑战测试7右图为碳元素在生态系统中循环的模式图，图中“圆圈”表示生态系统的生物成分，“箭头”表示过程。请据图回答：(1)为 ， 4为 。 (2)6为 ，7为 。(3)碳元素在生物群落内部传递是沿 实现的。(4)陆地生态系统的食物链中占有碳元素最多的营养级是 。8有人连续几年在3月至6月间，对某湖泊生态系统中几种生态因子进行调查，几年的调查结果基本一致，对调查数据整理如下图(曲线仅示变化趋势)。请通过分析图中所示各生态因子的变化及相互关系回答：(1)在3月至6月间，该生态系统中浮游植物光合作用合成有机物的净生产量(总生产量减去呼吸消耗量)发生较大变动，影响这种变动的非生物因素主要是什么?判断的依据是什么? (2)在3月至4月上旬，该生态系统中浮游植物光合作用合成有机物的净生产量和现存浮游植物有机物总量均明显增加，其章要原因是什么?在4月中旬开始，两者又明显下降，主要原因是什么?(3)在4月下旬至5月上旬，该生态系统中浮游植物光合作用合成有机物的净生产量出现迅速增长，但这段时间内，现存浮游植物有机物总量并未增加，原因是什么？9动物A和B生活在同一环境中，现研究两者之间的关系。右图表示A、B在120d内的种群变化。(1)为什么物种A达到的峰值会高于物种B?(2)若物种B突然大幅度增加， A、B的数量如何变化?为什么?(3)实验条件下两者在116d和120d后均死亡，这种情况在自然条件下会发生吗?为什么?(4)讨论第90d时，物种A的各种种间关系的特征。(5)比较物种B在第17d和第90d获取食物后能量传递效率的高低。五、标答与提示1.BC（点拨：设生产者数量是1，则消费者的数量是很多）2.D（点拨：城市生态系统物质和能量流通大、转运快，人的营养级最高与植物、动物都有直接关系，并起主导作用）3.（点拨：自然生态系统物质基本实现自给自足）4.C（点拨：能量流动逐级递减）5.C（点拨：都将CO2合成有机物进入生态系统）6.D（点拨：硝化细菌与反硝化细菌是不同的细菌）7. 碳在生物群落和无机环境之间是以CO2的形式进行循环。首先通过绿色植物的光合作用合成有机物，再通过食物链到各级消费者体内，再到分解者。生产者、消费者、分解者都通过呼吸分解有机物，释放CO2到大气中。（1）分解者 大气中CO2 库（2）光合作用 呼吸作用 （3）食物链 （4）生产者8.（1）无机养分 浮游植物光合作用的净生产量随无机养分的变化而变化 （2）水温上升，光照逐渐增强，无机养分供应充足，浮游植物大量繁殖； 浮游动物数量多，无机养分逐渐减少，且浮游植物被浮游动物捕食。（3）浮游植物被浮游动物捕食，数量减少。9.(1)A为被食者，营养级较低，所含总能量多，因个体一般较小，故总个体较多 (2)A被大量捕食而减少，反过来B由于缺少食物也会减少 (3)不会。在自然生态系统中，个体数量多， 生物种类复杂，生物的捕食关系大都以复杂的食物网的形式出现，其生态系统自动调节能力强，物种绝灭的可能性小 (4)有充足的食物；天敌数量较少；寄生物不足以引起传染病流行 (5)由图可见，第17d时能量传递效率高，而第90d时能量传递效率低。 5