必修3 第5章 第2、3节 生态系统的能量流动和物质循环

第2、3节生态系统的能量流动和物质循环一、能量流动概念 生态系统中能量的_、_、_和_的过程过程输入途径主要是生产者的_起点从_固定太阳能开始，总能量为生产者所固定的全部太阳能途径_特点_：沿食物链由低营养级流向高营养级，不可_，也不能_：输入到一个营养级的能量不可能百分之百地流入下一个营养级，能量在沿食物链流动的过程中是_的，传递效率大约为_意义帮助人们科学规划、设计_，使能量得到最有效的利用帮助人们合理调整生态系统中的能量流动关系，使能量_地流向对人类最有益的部分输入传递转化散失光合作用生产者食物链和食物网单向流动逆转循环流动逐级递减逐级减少10%20%人工生态系统持续高效一条食物链为什么一般不超过 5 个营养级？答案：食物链中每一个营养级把从前面一个环节获得的能量大部分用来维持自身的生存和繁殖，把一小部分传给下一营养级。因此前一营养级的能量只能维持后一营养级少数生物的需要，一般传递效率为 10%20%，传到第五营养级时能量已经很少了，再往下传递已不足以维持一个营养级的能量需要，所以一条食物链一般不超过 5 个营养级。二、物质循环无机环境生物群落1概念：组成生物体的各种元素在_与_间不断循环的过程。全球性循环流动2特点：_、反复利用、_。3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。4实例碳循环CO2(1)碳在无机环境中的存在形式：_和碳酸盐。(2)循环形式：_(主要)。CO2(3)循环过程：碳从无机环境到生物群落是通过_作用、_作用实现的；从生物群落到无机环境则是通过_和_实现。物质循环与能量流动有什么联系？光合化能合成呼吸作用微生物的分解答案：能量的固定、储存、转移和释放，离不开物质的合成和分解；物质是能量沿食物链(网)流动的载体；能量是物质在生态系统中往复循环的动力。考点能量流动过程及特点1能量流动图解比较正确错误起点(输入)生产者固定的太阳能入射到生产者的总能量总量生产者通过光合作用固定的太阳能总量各营养级能量的总和途径食物链和食物网不含分解者的腐生链能量变化情况太阳能生物体内的化学能热能只考虑太阳能生物体有机物形式有机物ATP生理过程光合作用、呼吸作用、化能合成作用只考虑光合作用、呼吸作用2能量流动要点辨析3.各营养级能量的来源与去路注：流入一个营养级的能量一个营养级所同化的能量呼吸消耗能量被下一营养级同化能量分解者利用的能量未被利用的能量。4能量流动的特点(1)单向流动能量流动是沿食物链进行的，食物链中各营养级之间的关系是长期自然选择的结果，是不可逆转的。各营养级通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落重复利用，因此能量流动无法循环。(2)逐级递减各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。各营养级的能量总有一部分不能被下一营养级利用，这一部分最终流入分解者。(3)能量传递效率大约为 10%20%(见下图)同化量摄入量粪便量积累量同化量呼吸量光能入射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能量传递效率( 下一营养级同化量/ 上一营养级同化量)100%若按传递效率为10%计算，则为(1/10)n-1。生态系统能量流动相关计算1传递效率：能量传递效率为10%20%。如果按20%这一最高效率计算，第一营养级的总能量为100%，则第二营养级所获得的能量为20%，第三营养级所获得的能量为20%20%4%，第n个营养级所获得的能量是第一营养级能量的(1/5)n1。2一般情况下，自然生态系统中的某个营养级所同化的能量有如下分配规律：未利用能量呼吸消耗能量下一营养级同化能量分解者释放能量。现实问题思路求解D 营养级净增重 M至少需要 A 营养级的量 YY(20%) 3 M最多需要 A 营养级的量 YY(10%) 3 MA 营养级净增重 ND 营养级最多增重的量 YN(20%)3YD 营养级至少增重的量 YN(10%) 3 Y3计算能量的问题时，如遇到“至少需要”、“最多利用”等字眼，所选用的传递效率为20%，在食物网中应选最短食物链计算；如遇到“最大消耗”、“最少利用”等字眼，所选用的传递效率为 10%，在食物网中则应选最长的食物链计算。4在解决有关能量传递的计算问题时，首先要确定食物链。设食物链 ABCD，分情况讨论：生物类群同化量净生产量(净同化量)呼吸消耗传递给分解者传递给下一营养级未被利用的能量A( )(？)65.53.015.041.5B14.05( )0.522.5C2( )1.4微量(不计)无( )【典例1】(双选)下表表示某草原生态系统中ABC(三者构成一条食物链)各种群对能量的同化、利用、传递等的部分数量关系，已知该草原生态系统受到的太阳辐射为150 000 百万千焦，但其中149 875 百万千焦的能量未能被生产者固定。针对此图有关计算正确的是(单位：百万千焦)()A.流经该生态系统的总能量数为125B“？”处数值是 49.5CB 呼吸消耗的能量是 19D能量从 B 传到 C 的传递效率为 14.3%解题思路第一步明确概念：生产者的同化量是指流经该生态系统的总能量，是生产者固定的太阳能总量。同化量呼吸消耗量传递给下一营养级的能量分解者利用的能量未被利用的能量；生态系统受到总的太阳辐射量减去未固定的能量就是生产者固定的太阳能总量；生产者的净生产量(净同化量)同化量呼吸量。第二步提取隐含信息：食物链ABC 中，A 是生产者，B 是初级消费者，C 是次级消费者。第三步分析选项：A 项同化量65.53.015.041.5125；B 项12565.559.5；C 项B 呼吸消耗的能量1459；D 项能量从B 传到C 的传递效率为2/14100%14.3%。答案AD 考点对应练DB在一段时间内，若 c 种群数量减少，则 a 种群数量增加，d 种群数量下降Cb 种群的个体数量一定比 a 种群的个体数量少Dd 种群中单个个体所含的有机物质量不一定比 c 种群中单个个体所含的有机物质量小解析：生物量不等于个体数量，也不等于单个个体的有机物质量。1(2011年威海二模)假若某生态系统有食物链abcd，在某一时间分别测得这四种生物所含的有机物总量分别为m1、m2、m3和m4。下列叙述正确的是( ) Am1m2m3m4等于a固定的太阳能总量2(易错)在某草原生态系统能量流动过程中，假设羊摄入体内的能量为 n，羊粪便中的能量为 36%n，呼吸作用散失的能量为 48%n，则()A羊同化的能量为 64%nB贮存在羊体内的能量为 52%nC由羊流向分解者的能量为 16%nD由羊流向下一营养级的能量为 64%n解析：同化量摄入量粪便量，羊同化的能量为n36%n64%n。A能量金字塔数量金字塔生物量金字塔形状特点正金字塔形一般为正金字塔形，有时会出现倒金字塔形一般为正金字塔形考点生态金字塔能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔三者都是用来说明食物链中能量流动情况的，三者统称为生态金字塔。能量金字塔数量金字塔生物量金字塔象征含义能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减生物量(现存生物有机物的总量)沿食物链流动逐级递减每一阶含义食物链中每一营养级生物所含能量的多少每一营养级生物个体的数目每一营养级生物的总生物量续表【典例2】(2011 年淄博模拟)下图表示某一生态系统的能量金字塔，其中、分别代表不同的营养级，E1、E2)代表能量的形式。下列叙述正确的是(A和是实现物质循环的关键生态成分B该图所示的食物网只有 1 条食物链：CE1 表示主要通过光合作用所摄入的能量D能量可在食物链中循环利用解题思路第一步提取隐含信息：图的、构成一条食物链：，不构成食物网。第二步分析选项：生产者与分解者是生态系统实现物质循环的关键成分，而图中不出现分解者，只由生产者与消费者构成；E1 表示主要通过光合作用所摄入的能量，还有小部分生物通过化能合成作用摄入能量；能量在食物链中的流动特点是单向、逐级递减，不能循环利用。答案C 考点对应练3下图表示 A、B 两个特殊生态系统的能量金字塔。有关解释正确的是()一个吃玉米的人所获得的能量一定比一个吃牛肉的人获得的能量多能量沿食物链单向流动，传递效率随营养级的升高而逐级递减若 A 和 B 中玉米的数量相同，A 能养活 10 000 人，则 B能养活 1 000 人若土壤中含相同浓度的难降解污染物，则 A 中的人比 B中的人体内污染物浓度低ACBD解析：中没有考虑玉米的基数，只有在玉米的总能量相同的情况下，才正确；能量沿食物链单向流动，但能量的传递效率一般不随营养级的升高而出现明显的变化；由于B 图多了一个营养级，则B 只能养活1000 人；难降解污染物在食物链中有富集现象，也就是越高营养级生物中，难降解污染物越多。答案：D考点生态系统的物质循环碳循环实例分析(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实现的。(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。 分解者的分解作用(3)大气中 CO2 的来源 动植物的呼吸作用化石燃料的燃烧(4)实现碳在生物群落和无机环境之间进行循环的关键是生产者和分解者。(5)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。重金属和DDT 等农药的生物富集生物富集问题与能量流动相反，能量沿食物链向下流动时逐级递减，而农药或重金属在食物链中则存在“生物富集作用”，故营养级越高者，该物质浓度越高。物质循环与能量流动之间的关系碳循环简图的具体分析先根据双向箭头，确定两者肯定是非生物的物质和能量或生产者；其中，3 条或以上的箭头同时指向的一方为大气中CO2， 3 条或以上的箭头流出的为生产者。各营养级生物都有一条箭头指向同一个结构，则该结构为分解者。E 为生产者；F、D、B 都为消费者；C 为分解者；A 为大气中的 CO2A 为生产者；B、C 都为消费者；D 为分解者消费者一定接在生产者后面，消费者的数量可多可少。【典例3】(2011 年汕头质检)下图表示某种生态系统中 4)种成分之间的关系，以下相关叙述中正确的是(A甲和乙所包含的所有种群构成群落B乙1 的同化量越大，流向乙 2 的能量就越少C丁的 CO2 含量增加将导致臭氧层被破坏D丙不一定是原核生物解题思路第一步确定图中所示成分：图中的甲与丁之间是双箭头，必定是生产者和非生物的物质和能量，甲有三个箭头向外，则甲为生产者，丁为非生物的物质和能量，乙为消费者，丙为分解者。第二步分析选项：甲、乙、丙所包含的所有种群构成群落；乙1 的同化量越大，流向乙2 的能量就越多；丁的CO2 含量增加将导致温室效应的产生；分解者是指营腐生生活的细菌和真菌，也包括某些动物。答案D 考点对应练4下图是生态系统中某元素循环的模式图，该图可以说明()该图主要体现的是碳元素的循环A 与 B 两种生物是生态系统不可缺少的成分图中的生理过程全在线粒体中进行该物质循环带有全球性ABCD解析：从物质循环的过程可以判断A 是生产者，B、C 是消费者，D 是分解者，不可缺少的成分是A、D，过程主要是指光合作用，过程是呼吸作用，在细胞质基质和线粒体中进行。答案：A5(易错)某湖泊生态系统中有大型杂食性鱼类甲，其食物1/2 来自浮游植物乙，1/4 来自草食性鱼类丙，1/4 来自以草食性鱼类为食的小型肉食性鱼类丁。下列叙述中错误的是()A甲和丁存在着竞争关系B从理论上计算，甲每增加 1 kg 体重，最少需要乙提供360 kg 的物质C若湖泊中受到 DDT 污染，则 DDT 浓度最低的生物是乙D此食物网中占有三个营养级的生物是甲解析：由于甲、丁均以丙为食，故两者间不仅有捕食关系，还存在着竞争关系；DDT 是通过食物链而富集的，营养级越低，体内DDT 浓度越低，反之则越高；甲在此食物网中占有二、三、四三个营养级。从理论上计算，甲增重1 kg 至少需要乙提供的物质量应按 20%的传递效率，则甲增重1 kg 至少需要乙提供的物质的量是：1/220% 1/4(20%20%) 1/4(20%20%20%)40(kg)。答案：B1(2011 年广东联考)下图为生态系统能量流动的部分图B解，代表一定的能量值。下列相关叙述中，正确的是( )A生态系统的能量流动是循环进行的B能量在沿食物链流动时逐级递减C次级消费者属于第二营养级D图中代表呼吸作用所消耗的能量2(2011 年惠州调研)诗文“落红不是无情物，化作春泥更)A护花”中所蕴含的生命科学知识是(A自然界的物质循环B生态系统恢复力稳定性强C生物的变异现象D生物的种间斗争关系3(2011 年广州联考)下列关于生态系统的叙述，错误的是()CA草原生态系统比农田生态系统的群落结构复杂B环境条件分布不均匀是形成群落水平结构的原因之一C我国南方热带雨林中分解者的代谢活动比北方森林中的弱D植物可通过呼吸作用和光合作用参与生态系统的碳循环解析：我国南方热带雨林中分解者的代谢活动比北方森林中的强，土壤中有机物的积累量少。4(2011 年江门一模)下图表示某生态系统中甲、乙两种群在一段时间内数量变化情况。下列叙述错误的是()CA两个种群间能量流动方向是甲乙BM 时甲种群的出生率小于死亡率C两种群数量波动幅度减小说明生态系统正在衰退D甲和乙种群基因型频率发生改变，生物不一定发生进化解析：两者是捕食关系，两种群数量波动幅度减小说明生态系统趋于稳定。5(2012 年湛江一模)经济发展和环境保护两者之间的和谐是当今世界共同的话题。某研究性学习小组为了解水体富营养化对藻类种群数量的影响，以便为养鱼户提供恰当的指导，他们组织人员调查了部分湖泊营养化程度对部分藻类生长的影响，结果如下图。请分析回答下列问题(提示：鱼鳞藻、脆杆藻为鱼的饵料，微囊藻会产生有毒物质污染水体)。(1)湖泊中各种生物构成了该水域生态系统中的_，由于微囊藻具有气囊，在水域中有趋表聚集的现象，从_的角度看，这些微囊藻处于其上层。(2)调查湖泊中草鱼种群密度常用的方法是_；对如何养好鱼，民间有“养鱼先养水”的说法，由图分析可知，当水体营养化程度处于_时，_数目较多，有利于能量流向对人类最有益的部分。生物群落群落的标志重捕法中营养化鱼鳞藻、脆杆藻垂直结构种群ABCDE能量(kJ)91.61091.21081.31079.11072.910污染物 X 含量(mg/L)0.0370.0360.350.393.4(3)为控制富营养化水体中微囊藻的数量，试结合图示，提出一个可行的方法：_。(4)微囊藻会产生有毒物质污染水体。若在一个相对稳定的水域生态系统中主要有下表所列的五个种群。现测得各种群所含的能量和污染物 X 的平均浓度，已知水中 X 的质量浓度为0.003 mg/L，该物质被生物体吸收后难以通过代谢排出体外。请分析：进行污水处理( 或减少该湖泊流域化肥的使用量)(其他合理答案亦可)该生态系统中种群 A 和种群 B 的关系最可能为_。处于该生态系统中初级消费者的生物种群是_，在能量流动的渠道中，_越高，生物体内污染物的含量也越高，即污染物在沿食物链传递过程中具有富集作用。竞争C 和 D营养级