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第第2讲生生态系系统的能量流的能量流动和物和物质循循环基础自测知识清单一、生态系统的能量流动1.概念:生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。2.过程(1)能量的输入:源头:太阳能。起点:从生产者固定太阳能开始了能量的输入。总能量:生产者固定的全部太阳能。(2)能量的传递:传递渠道:食物链和食物网。基础自测知识清单传递过程:基础自测知识清单3.能量流动的特点及研究意义(1)能量传递效率:指相邻两个营养级之间同化量的比值。(2)能量流动的特点:单向流动、逐级递减。(3)研究意义:帮助人们科学规划、设计人工生态系统,使能量得到最有效的利用;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。二、物质循环1.概述(1)物质:组成生物体的化学元素,如C、H、O、N、P、S等。(2)循环范围:生物群落和无机环境之间。(3)循环特点:全球性、反复利用、循环流动。基础自测知识清单2.碳循环(1)循环途径:(2)循环形式:碳在生物群落与无机环境之间主要以CO2形式循环。(3)与能量流动的关系:二者同时进行,相互依存,不可分割。(4)意义:通过能量流动和物质循环使生态系统中的各种组成成分紧密地联系在一起,形成一个统一整体。基础自测知识清单1.下列有关生态系统能量流动的叙述,正确的打“”,错误的打“”。(1)多吃肉食比多吃素食消耗的粮食总量更多。()(2)(2013四川高考)稻田生态系统中,防治稻田害虫可提高生产者和消费者之间的能量传递效率。()【解析】防治稻田害虫可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有益的部分,不能改变能量传递效率。(3)(2011海南高考)生态系统的食物链中营养级越高的生物,其体型必然越大。()(4)生态系统中的能量流动是单向的,且是逐级递减的。()(5)相邻两个营养级的能量传递效率不会小于10%,也不会大于20%。()【解析】能量传递效率大约为10%20%,但不是绝对的。基础自测知识清单(6)能量金字塔可以出现倒置现象。()(7)研究能量流动,可合理设计人工生态系统,提高能量的利用率。()(8)研究能量流动,可调整能量流动关系,使生产者固定的能量全部流向人类。()【解析】研究能量流动,可调整能量流动关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。基础自测知识清单2.(2015邯郸模拟)如图是生物圈中碳循环示意图,下列相关分析错误的是(B)A.生物圈通过碳循环实现碳元素的自给自足B.A是消费者,C是生产者,碳在各成分间以CO2的形式传递C.对E过度开发利用会打破生物圈中碳循环的平衡D.碳循环过程需要能量驱动,同时又是能量的载体【解析】生物圈通过碳循环实现碳元素的自给自足,A项正确;A是消费者,C是生产者,碳在生物群落中以有机物的形式循环,在生物群落和无机环境之间主要以CO2的形式循环,B项错误;E为化石燃料,若对此过度开发利用会打破生物圈中碳循环的平衡,C项正确;能量是物质循环的动力,物质是能量的载体,D项正确。基础自测知识清单3.(2015江西师范大学附属中学、临川一中联考)下表是某营养级昆虫摄食植物后能量流动的情况,下列说法不正确的是(C)A.昆虫同化的能量中约有35%用于其生长、发育和繁殖B.昆虫粪便量属于植物流向分解者的能量的一部分C.昆虫储存在有机物中的能量属于未利用的能量D.昆虫的前一营养级的能量至少有1000kJ基础自测知识清单【解析】摄食量包括粪便量和同化量,同化量用于呼吸作用,生长、发育、繁殖和分解者分解,因此昆虫同化的能量中用于其生长发育和繁殖的占70/(410-210)100%=35%,A项正确;昆虫粪便中的能量属于植物所同化的能量,最终流向分解者,B项正确;昆虫储存在有机物中的能量用于生长、发育和繁殖等,C项错误;昆虫的前一营养级的能量至少有(410-210)20%=1000kJ,D项正确。基础自测知识清单4.(2015安徽六校教育研究会联考)下列关于生态系统物质循环和能量流动的叙述,正确的是(C)A.使用粪便作肥料,其能量可以流向植物,实现了对能量的多级利用B.一只狼捕食了一只兔子,则这只兔子中约有10%20%的能量流入狼的体内C.碳在生物群落与无机环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的D.食物链中初级消费者数量越多,次级消费者能够获得的能量一定就越少【解析】粪便中的有机物需经分解者分解成无机物才能被植物吸收,A项错误;能量流动过程中,上一营养级的能量有10%20%(针对营养级而不是个体)流入下一营养级中,与营养级的数量没有关系,B、D项错误。基础自测知识清单基础自测知识清单1.输入第一营养级能量的四个去向一部分通过呼吸作用以热能形式散失;一部分用于生产者自身生长、发育和繁殖;一部分随残枝败叶被分解者分解;另一部分则被初级消费者摄入体内流入第二营养级。2.能量流动的特点单向流动、逐级递减,相邻营养级之间的能量传递效率只有10%20%。3.生态系统的物质循环(1)循环的对象:化学元素。(2)循环的范围:无机环境和生物群落。(3)循环的特点:具有全球性;往复循环利用。4.大气中CO2的三个主要来源(1)生产者、消费者的呼吸作用。(2)分解者的分解作用。(3)化石燃料的燃烧。考点二考点一考点一生态系统中能量流动分析1.能量流动图解 考点二考点一2.能量流动的内容输入、传递与散失(1)能量流动的源头太阳能。(2)能量转化:太阳能有机物中的化学能热能(最终散失)。(3)流动形式:有机物中的化学能。(4)散失途径:呼吸作用,包括各个营养级自身的呼吸作用以及分解者的呼吸作用。(5)能量散失的形式:以热能形式散失。(6)随营养级的升高,储存在生物体内的能量越来越少。考点二考点一考点二考点一定量定时:流入某一营养级的一定量的能量在一定时间内的去路可有四条:a.自身呼吸消耗;b.流入下一营养级;c.被分解者分解利用;d.未被自身呼吸消耗,也未被下一营养级和分解者利用,即“未利用”。考点二考点一4.能量流动特点的原因分析 考点二考点一5.三种生态金字塔的比较 考点二考点一考点二考点一考点二考点一6.能量传递效率的相关计算(1)相邻营养级的能量传递效率的计算: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。计算方法为考点二考点一同化量=摄入量-粪便量。积累量=同化量-呼吸量。光能射入量=生产者固定量+反射量。生产者同化量=流经生态系统总能量各营养级同化量总和。粪便量属于上一营养级的同化量。(2)食物链中能量的最值计算:在回答有关能量传递的计算问题时,首先要确定相关的食物链,理清生物在营养级上的差别,能量传递效率为10%20%,解题时注意题目中是否有“最多”“最少”“至少”等特殊的字眼,从而确定能量传递效率。设食物链为ABCD,分情况讨论如下:a.已知D营养级的能量为M,则至少需要A营养级的能量=M/(20%)3;最多需要A营养级的能量=M/(10%)3。考点二考点一b.已知A营养级的能量为N,则D营养级最多获得的能量=N(20%)3;最少能量=N(10%)3。在食物网中分析:如在食物网中,确定生物量变化的“最多”或“最少”时,还应遵循以下原则:a.食物链越短,最高营养级获得的能量越多。b.生物间的捕食关系越简单,生态系统消耗的能量越少,如已知D营养级的能量为M,计算至少需要A营养级的能量,应取最短食物链AD,并以20%的传递效率进行计算,即至少需要A营养级的能量为M/20%;计算最多需要A营养级的能量时,应取最长的食物链ABCD,并以10%的传递效率进行计算,即最多需要A营养级的能量为M/(10%)3。考点二考点一有关能量流动的两个提示(1)能量传递效率能量利用率。能量传递效率:能量在沿食物链流动的过程中,逐级减少,若以“营养级”为单位,能量在相邻两个营养级之间的传递效率约为10%20%。能量利用率:通常考虑的是流入人体中的能量占生产者能量的比值,或流入最高营养级的能量占生产者能量的比值,或考虑分解者的参与,以实现能量的多级利用。(2)在食物网中,若某一营养级的食物来源有具体分配时,即已知某一营养级同时从上一营养级的多种生物按一定比例获取能量时,则按照分配情况以单独的食物链进行计算后再合并。考点二考点一典例1(2015福建高考)下图为某人工鱼塘食物网及其能量传递示意图(图中数字为能量数值,单位是Jm-2a-1)。下列叙述正确的是()A.该食物网中最高营养级为第六营养级B.该食物网中第一到第二营养级的能量传递效率为25%C.太阳鱼呼吸作用消耗的能量为1357Jm-2a-1D.该食物网中的生物与无机环境共同构成一个生态系统考点二考点一【解题思路】本题考查生态系统的结构和功能。题图食物网中的最高营养级是第五营养级(鲈鱼),A项错误;第二营养级共有两种生物,因此第一营养级到第二营养级的能量传递效率为(3780+4200)/31920100%=25%,B项正确;太阳鱼的同化量为1483Jm-2a-1,流向下一营养级(鲈鱼)的能量为126Jm-2a-1,则流向分解者+呼吸消耗的能量=1483-126=1357Jm-2a-1,C项错误;生态系统的成分还应包括分解者,D项错误。【参考答案】B考点二考点一1.(2015海南高考)下列关于草原生态系统能量流动的叙述,错误的是(D)A.能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失的过程B.分解者所需的能量可来自各营养级生物所储存的能量C.生态系统维持正常功能需要不断得到来自系统外的能量D.生产者固定的能量除用于自身呼吸外,其余均流入下一营养级【解析】生态系统中的能量流动是指能量的输入、传递、转化和散失的过程,A项正确;各营养级生物同化的能量中除去呼吸作用散失的能量,其余为各营养级储存的能量,这些能量一部分流向分解者,一部分流向下一个营养级,B项正确;能量的流动特点是单向流动,逐级递减,故生态系统维持正常功能需要不断得到来自系统外的能量,C项正确;生产者固定的能量除用于自身呼吸外,其余均流入下一营养级和分解者,D项错误。考点二考点一2.(2016温州十校联合体期中联考)如图为某人工鱼塘中能量流动图解部分示意图(字母表示能量的多少),下列相关叙述错误的是(B)A.流经该生态系统的总能量a大于生产者所固定的太阳能B.第二营养级粪便中的能量属于c中的部分能量C.第一营养级与第二营养级之间的能量传递效率为c/a100%D.图中d表示第二营养级用于生长和繁殖的能量考点二考点一【解析】流入人工鱼塘的总能量a包括人工饲料中的能量和生产者所固定的太阳能,A项正确;第二营养级粪便中的能量不属于第二营养级同化的能量,而c是指第二营养级同化的能量,B项错误;能量传递效率=第二营养级同化的能量/第一营养级同化的能量100%=c/a100%,C项正确;第二营养级同化的能量的去路包括通过呼吸消耗的能量和第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量,D项正确。考点二考点一3.(2015云南玉溪一中期中检测)某生态系统中存在如图所示的食物网,若将C的食物比例由AB=11调整为21,能量传递效率按10%计算,则该生态系统能承载C的数量是原来的(A)A.1.375倍B.1.875倍 C.1.273倍D.0.575倍【解析】由于生产者没有改变,所以流向该生态系统的总能量没有变化,设C原来的能量为a,则需要A提供的能量为1/2a10%10%+1/2a10%=55a;改变食物比例后的C的能量设为b,则需要A提供的能量为2/3b10%+1/3b10%10%=40b,根据题意可知,55a=40b,解得b/a=1.375,A项正确。考点二考点一4.(2015合肥质检)如图表示能量流经某生态系统第二营养级示意图单位:J/(cm2a),据图分析,下列有关说法正确的是(A)A.该生态系统第一营养级同化的能量至少为400B.第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量是100C.能量由第二营养级到第三营养级的传递效率是20%D.该生态系统第三营养级同化的能量是15考点二考点一【解析】由于题图表示的是能量流经第二营养级的示意图,因此A、B不是代表营养级,应从初级消费者(第二营养级)能量的输入和输出情况考虑。第二营养级同化的能量为100(摄入量)-20(粪便)=80,根据能量传递效率可推出第一营养级同化的能量至少为400,A项正确,B项错误;题图仅表示能量流经第二营养级的过程,并不能得出第三营养级的同化量,因此无法计算由第二营养级到第三营养级的传递效率,C项错误;次级消费者摄入的能量不等同于第三营养级同化的能量,D项错误。考点二考点一考点二生态系统的物质循环及与能量流动的关系1.对物质循环的理解 考点二考点一(1)“物质”在无机环境与生物群落之间的相互转化是依靠生物体内的生化反应(光合作用、化能合成作用、细胞呼吸等)完成的。(2)物质循环中起决定作用的是生物群落。(3)生态系统的物质循环离不开能量流动。考点二考点一2.碳循环过程 考点二考点一(1)大气中的碳元素进入生物群落是通过光合作用或化能合成作用完成的。(2)碳元素在生物群落与无机环境之间循环的主要形式是CO2;碳元素在生物群落中的传递主要沿食物链和食物网进行,传递形式为有机物。考点二考点一(4)温室效应:考点二考点一3.物质循环与能量流动的关系 考点二考点一考点二考点一与物质循环有关的两个注意点(1)物质循环流动,能量单向流动不循环,所以不能说能量伴随着物质循环而循环。(2)物质循环中所说的“生态系统”并不是一般的生态系统,而是指地球上最大的生态系统生物圈,因此物质循环具有全球性。考点二考点一典例2(2015深圳二模)如图表示某生态系统中碳循环过程,下列相关叙述正确的是()A.乙与丙的存在使碳循环速度大大减缓B.b、d过程中碳移动的形式均为无机物C.甲、乙、丙、丁构成了该生态系统的生物群落D.因呼吸消耗,乙对食物的同化量远小于摄入量考点二考点一【解题思路】由题图关系可知,甲为生产者,丁为分解者,乙、丙为消费者,四者构成生物群落,乙、丙的存在可加快碳循环速度,A项错误,C项正确;d过程碳以有机物形式通过捕食关系传递,B项错误;因摄入量-粪便中的能量=同化的能量,因此同化量小于摄入量的原因是粪便中的能量没有被同化,D项错误。【参考答案】C考点二考点一考点二考点一1.(2015天水一模)如图是生态系统中碳循环示意图,“”表示碳的流动方向,下列说法正确的是(D)A.图中A是生产者,B、D、E是消费者,C是分解者B.该生态系统的结构包括A、B、C、D以及非生物的物质和能量C.该生态系统中的一条食物链可表示为ADEBD.E每增加1kg的体重,至少需要25kg的A【解析】根据生产者和大气中的CO2库之间为双箭头可以初步确定A、C为生产者和大气中的CO2库,又因为所有生物均可指向大气CO2库,因此C是大气中的CO2库,A是生产者,则D、E为消费者,B为分解者,A项错误;生态系统的结构包括生态系统的成分和营养结构,B项错误;食物链只包括生产者和消费者,而题图中B是分解者,C项错误;该生态系统中的一条食物链可表示为ADE,E体重增加1kg至少需要A=120%20%=25kg,D项正确。考点二考点一2.(2015河南中原名校一模)如图为生态系统中碳循环的部分示意图,下列说法不正确的是(B)A.物质循环伴随着能量的流动B.能完成该循环的生物一定含有叶绿体和线粒体C.AB所示的物质循环具有全球性D.进行A过程的生物是自养型生物【解析】题图中进行的A过程是自养生物的同化作用,B过程是有机物的分解。硝化细菌没有叶绿体和线粒体,也可以实现该循环,B项错误。考点二考点一3.(2015浙江重点中学协作体一模)如图表示某农田生态系统一年中CO2的释放和消耗状况,其中各数字序号表达的含义分别为:生产者呼吸释放量;分解者呼吸释放量;消费者呼吸释放量;生产者光合作用消耗总量。下列有关叙述正确的是(A)A.流经该农田生态系统的总能量可用表示B.的量越小,说明该农田生态系统施用的有机肥料越多C.消费者同化作用的大小可用表示D.该农田生态系统一年中CO2的释放量与消耗量相等考点二考点一【解析】流经该农田生态系统的总能量即为生产者所固定的全部太阳能,表示生产者光合作用消耗CO2总量,即生产者总的光合作用量,故流经该农田生态系统的总能量可用表示,A项正确;有机肥料必须被分解者分解成无机物,才能被生产者利用,故的量越小,说明该农田生态系统施用的有机肥料越少,B项错误;消费者同化作用的能量大于消费者呼吸释放量,故消费者同化作用的大小不能用表示,C项错误;农田生态系统一年中有有机物的积累,即光合作用固定的CO2多于呼吸作用释放的CO2量,D项错误。考点二考点一4.(2016莆田质检)如图为生态系统碳循环示意图,图中A、B、C代表生态系统的成分,数字表示碳的流动。下列叙述正确的是(B)A.图中生产者、B、C、A构成了两条食物链B.为CO2形式,为有机物形式C.之和等于生产者同化的碳的总量D.经流向B的碳全部储存于B体内的有机物中考点二考点一【解析】据题图分析可知,A表示大气中的CO2库,B表示消费者,C表示分解者,它们不能构成食物链,A项错误;表示光合作用,表示呼吸作用,表示分解者的分解作用,表示消费者的呼吸作用,这些过程中碳元素为CO2形式。表示捕食关系,表示生产者的碳元素以残枝败叶形式流向分解者,表示消费者的碳元素以遗体、粪便形式流向分解者,这些过程中碳元素为有机物形式,B项正确;生产者同化的碳的总量为光合作用固定的太阳能总量,即的总量,C项错误;经流向B的碳大部分通过呼吸作用以CO2形式散失,少量的碳元素储存于B体内的有机物中,D项错误。
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