资源描述
第2节 生态系统的能量流动 第3节 生态系统的物质循环,源头：太阳能 流经生态系统的总能量：生产者_,途径：_ 形式：有机物中的_,形式：最终以_形式散失 过程：自身呼吸作用,固定的太阳能总量,食物链和食物网,化学能,化学能,热能,2.能量流动的过程： (1)写出图中甲、乙、丙、丁、戊代表的内容。 甲：_ 乙：_ 丙：_ 丁：_ 戊：_,生产者,初级消费者,次级消费者,呼吸作用,分解者,(2)通过上述图解可看出生产者、初级消费者、次级消费者能量 流动相同的三个方向。 通过_以_的形式散失。 被下一营养级_。 被_分解利用。,呼吸作用,热能,同化,分解者,3.能量流动的特点及意义： (1)能量传递效率：指_之间_的比值。 (2)能量流动的两个特点：_、_。 (3)研究意义： 帮助人们科学规划、设计_，使能量得到最有效的 利用。 帮助人们合理地调整生态系统中的_关系，使能量持续 高效地流向_的部分。,相邻两个营养级,同化量,单向流动,逐级递减,人工生态系统,能量流动,对人类最有益,二、物质循环 1.概念： (1)循环的物质：组成生物体的_等元素。 (2)循环的范围：_。 (3)循环的特点：具有_；往复循环利用。 2.与能量流动的关系： (1)物质循环的动力来自_。 (2)物质又是能量的_。,C、H、O、N、P、S,无机环境,生物群落,全球性,能量,载体,3.碳循环： (1)碳的存在形式。 无机环境中：_和碳酸盐。 生物群落中：主要是_。,二氧化碳,含碳有机物,(2)碳循环过程： 请写出图中各标号的名称。 a._；b._；c_；d._； e._；f._。 循环形式：_。,生产者,消费者,呼吸作用,光合作用,呼吸作用,燃烧,CO2,【小题快练】 1.考题诊断： (1)(2014天津高考T3D)流经农村和城市两个生态系统的总能量均 是其植物所固定的太阳能。 ( ) 【分析】城市生态系统中人的生物量明显多于植物的生物量，故除 植物所固定的太阳能外，还应有其他外界能量流入。,(2)(2013天津高考T3A)光合作用推动碳循环过程，促进了生物群 落中的能量循环。 ( ) 【分析】生物群落中的能量单向流动、逐级递减，不能循环。 (3)(2011海南高考T21A)生态系统中生产者得到的能量必然大于 消费者得到的。 ( ) 【分析】由于能量流动逐级递减，所以生产者所得到的能量一定大 于消费者所得到的。,2.易错诊断： (1)流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能。 ( ) 【分析】流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能，照射在生产 者上的太阳能并不能都被生产者所固定。 (2)流经第二营养级的总能量指次级消费者摄入体内的能量。 ( ) 【分析】第二营养级即为初级消费者，流经第二营养级的总能量指初 级消费者同化的能量，而不是摄入体内的能量。,(3)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。 ( ) 【分析】研究能量流动，可调整能量流动关系，使生产者固定的能量 尽可能多地流向对人类最有益的部分，而不能全部流向人类，因为在 流动过程中能量绝大部分被呼吸作用消耗并以热能的形式散失。 (4)碳的循环在生物群落内部是以CO2的形式进行的。 ( ) 【分析】碳在生物群落和无机环境之间的循环主要是以CO2的形式进 行的，而在生物群落内部，碳流动的形式是有机物。,(5)碳循环的进行伴随着能量流动，但由于生物体不能在代谢中利用 热能，所以能量流动具有单向流动、逐级递减的特点。 ( ) 【分析】生态系统中的能量最终以热能的形式散失，由于生物体在代 谢过程中不能直接利用热能，所以能量是单向流动、逐级递减的。,3.教材研习： (1)(必修3 P94图5-7改编)如图为生态系统中能量流动示意图，各代表一定能量，有关叙述正确的是( ),A.从能量关系来看=+ B.都属于初级消费者的同化量 C.分解者获得的能量最少 D./代表初级消费者流入次级消费者的能量传递效率,【解析】选D。是流经生态系统的总能量，它包括(流入下一营养级的能量)以及(流入分解者的能量)和生产者通过呼吸消耗的能量；中部分能量来自初级消费者排出的粪便，是食物残渣，属于生产者同化量；最高营养级消费者获得能量最少；传递效率是相邻两个营养级同化量之间的比值，/代表初级消费者流入次级消费者的能量传递效率。,(2)(必修3 P96图5-9改编)如图是某湖泊的能量金字塔，下列相关描述不正确的是( ) A.a、b、c、d表示不同的营养级 B.a、b、c、d之间形成一条a到d的食物链 C.a、b、c、d的大小表示不同的营养级所得到的能量的多少 D.a、b、c、d的大小变化体现了能量流动逐级递减的特点,【解析】选B。能量金字塔是依据单位时间内不同营养级生物获得的能量多少绘制而成的。由于能量流动是逐级递减的，营养级越高的生物获取的能量越少。营养级是指食物网中处于同一营养级的所有生物，而不是一条食物链中不同营养级的生物。,4.生态系统的能量流动是指( ) A.太阳能被绿色植物固定的过程 B.生态系统内生物体能量代谢过程 C.生态系统内伴随物质循环的能量转移过程 D.能量从生物体进入无机环境的过程 【解析】选C。生态系统的能量流动应包括能量的输入、传递、转化和散失等连续的过程，这一过程的渠道是食物链和食物网。A项只是能量的输入过程，B项属于能量的转化，D项为能量的散失。,5.研究生态系统的能量流动，可以参考如图所示的模型。下列有关叙述错误的是( ) A.研究流经某一种群的能量时，要考虑到能量被利用和未被利用等方面 B.研究生态系统中的能量流动，一般在群体水平上 C.模型中的“能量输入”就是指捕食者的捕食 D.模型中的“能量散失”主要指呼吸作用散失的能量,【解析】选C。研究能量流动时，一般在群体水平上，要考虑能量的输入、传递、转化和散失，也要考虑能量被利用和未被利用等方面。“能量输入”是指捕食者同化的能量，“能量散失”主要指呼吸作用散失的能量。,6.下列关于碳循环的叙述，错误的是( ) A.不依赖于水 B.伴随能量流动 C.产生温室气体 D.具有全球性 【解析】选A。碳循环具有全球性；碳循环与能量流动密切相关，需要能量驱动；在碳循环过程中产生温室气体CO2；碳循环过程依赖于绿色植物吸收CO2进行的光合作用，这一过程消耗水；另外，生物呼吸作用分解有机物产生CO2和水。,7.在生态系统的碳循环中，既能使碳进入生物群落，又能使碳回到大气中的生物是( ) A.绿色植物 B.植食动物 C.肉食动物 D.营腐生生活的真菌 【解析】选A。本题考查碳循环的过程。解答本题的知识依托为：碳以CO2的形式从大气中进入生物群落，这一过程主要是生产者的光合作用或化能合成作用；碳从生物群落又以CO2的形式释放到大气中，这一过程主要是各级消费者和生产者的呼吸作用及分解者的分解作用。能够完成使碳进入生物群落和碳从生物群落进入大气这两个过程的只有生产者。,8.下列有关生态系统能量流动的叙述，正确的是( ) A.一种蜣螂专以象粪为食，则该种蜣螂最多能获取大象所同化能量的20% B.当狼捕食兔子并同化为自身的有机物时，能量就从第一营养级流入第二营养级 C.生产者通过光合作用合成有机物时，能量就从非生物环境流入生物群落 D.生态系统的能量是伴随物质而循环利用的,【解析】选C。象粪中的能量属于大象未同化的部分。兔子等植食动物属于第二营养级，狼等肉食动物属于第三营养级。生产者是联系无机环境和生物群落的桥梁，能量在生态系统中的流动是从生产者开始的。能量流动逐级递减不能够循环，流经生态系统的能量最终以热能的形式散失。,【速记卡片】 1.能量流动的三个常考点： (1)起点：从生产者固定太阳能开始(输入能量)。 (2)总能量：流经生态系统的总能量=生产者所固定的太阳能总量。 (3)渠道：沿食物链和食物网传递(传递能量)。 2.生产者固定的太阳能的三个去向： (1)呼吸作用消耗。 (2)下一营养级同化。 (3)分解者分解。,3.能量流动的两个特点：单向流动、逐级递减。 4.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。 5.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)化学燃料的燃烧。,6.能量流动和物质循环的两个关系： (1)物质是能量流动的载体。 (2)能量是物质循环的动力。,考点一 生态系统的能量流动 1.能量在营养级之间流动过程图解：,(1)能量 来源 (2)能量去向分析。 消费者摄入能量=消费者同化能量+粪便中能量，即动物粪便中能量不属于该营养级同化能量，应为上一个营养级固定或同化能量。 消费者同化能量=呼吸消耗的能量+生长、发育和繁殖的能量。 生长、发育和繁殖的能量=分解者分解利用的能量+下一营养级同化的能量+未被利用的能量。,生产者的能量主要来自太阳能 其余各营养级的能量来自上一营养级所同化的能量,2.能量流动的特点及其原因： (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捕食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。 各营养级的能量都会有一部分流入分解者，包括未被下一营养级生物利用的部分。,3.生态金字塔能量流动模型：,4.能量传递效率的计算： (1)相邻营养级的能量传递效率：10%20%，计算方法如下： 能量传递效率= 100% (2)食物链中能量的最值计算。 设食物链ABCD，分情况讨论(如下表)：,(2)食物链中能量的最值计算。 设食物链ABCD，分情况讨论(如下表)： 能量传递效率未知时：,已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算。例如，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D获得的能量为Ma%b%c%。 (3)在食物网中分析。 在解决有关能量传递的计算问题时，需要确定相关的食物链，能量传递效率约为10%20%，一般从两个方面考虑：,【高考警示】能量流动中的两个“不同” (1)生态系统中同化量和摄入量不同。 同化量为每一营养级通过摄食并转化成自身有机物的能量，摄入量是消费者摄入的能量，同化量=摄入量-粪便量。 (2)能量传递效率与能量利用效率不同。 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%。,能量利用效率：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。,【考题回访】 1.(2015大庆模拟)某生态学家研究一花生实验田的能量流动情况，实验期间收获所有花生植株中葡萄糖量为300 kg，实验期间花生细胞呼吸消耗葡萄糖量为100 kg，建立能量流动模型如图所示(已知1 kg葡萄糖含有能量1.6104kJ)，分析选项，正确的是( ),A.该能量流动模型属于数学模型 B.模型中a表示花生种群的同化量 C.实验期间输入花生种群的能量为6.4106kJ D.实验期间花生种群以热能形式散失能量为1.6105kJ,【解析】选C。题中的能量流动模型属于概念模型，A错误；模型中花生种群同化量应包括a和通过呼吸作用散失的能量，B错误；实验期间输入花生种群的能量为(300 kg+100 kg)1.6104kJ/kg =6.4 106kJ，C正确；实验期间花生种群以热能形式散失的能量为1.6 106kJ，D错误。,2.(2015玉溪模拟)下图表示某生态系统的能量锥体图，P为生产者，Q1为初级消费者，Q2为次级消费者。对图中的各营养级所含有的能量进行分类剖析，其中分析正确的是( ) (注：图中a、a1、a2表示上一年留下来的能量，e、e1、e2表示呼吸消耗量),A.a+b+c+d+e为本年度流入该生态系统的总能量 B.c1表示次级消费者中被三级消费者同化的能量 C.初级消费者产生的粪便中所含的能量包含在b或d中 D.c和e之一可代表生产者传递给分解者的能量 【解题指南】解答本题的关键是明确能量流动的四个方向： 自身呼吸作用消耗(题中已知为e、e1、e2)。 被下一营养级利用(c、c1等)。 被分解者分解(b和d之一)。 未利用(b和d之一)。,【解析】选C。A错误，结合图形分析知，b+c+d+e为本年度植物光合作用利用的太阳能(固定的能量)，即流入该生态系统的总能量；B错误，c1代表初级消费者流入次级消费者的能量，即被次级消费者同化的能量；C正确，初级消费者产生的粪便中所含的能量属于生产者同化的能量，应包含在b或d中；D错误，b和d可代表生产者传递给分解者的能量和未被利用的能量。,【延伸探究】 (1)如果此生态系统每年的能量锥体图都与B图一样，预测这个生态系统的生物量变化趋势并说明原因。 提示：增加。B图中，每个营养级都有上一年留下来的能量，按照这个趋势，这个生态系统的生物量会增加。 (2)这一年，P和Q1之间的能量传递效率是多少？ 提示：c/(b+c+d+e)。P本年的同化量是b+c+d+e，Q1本年的同化量是c，则能量传递效率是c/(b+c+d+e)。,3.(2014海南高考)用各营养级生物的能量、数量构建的金字塔分别称为能量金字塔、数量金字塔。在某一栎林中，第一营养级生物为栎树，第二营养级生物为昆虫，第三营养级生物为蛙、蜥蜴和鸟，第四营养级生物为蛇。该栎林数量金字塔的示意图是( ),【解题指南】(1)题干关键词：“营养级”“能量金字塔”“数量金字塔”。 (2)关键知识：能量流动的特点；数量金字塔不同于能量金字塔。,【解析】选B。本题主要考查生态系统中不同营养级生物的数量关系。A图中，根据生态系统能量流动的特点是单向流动且逐级递减可知A项为能量金字塔。B图中，在数量金字塔中昆虫的数量远远大于栎树的数量，第三营养级的生物数量小于昆虫的数量，第四营养级的生物数量小于第三营养级的数量，故B项为栎林数量金字塔。C、D图中各个营养级之间的关系既不符合能量金字塔也不符合数量金字塔。,【加固训练】 1.下图是麻风树林中两个营养级的能量流动图解，已知麻风树的总能量为a，其中字母代表了能量，则下列叙述不正确的是( ) A.从麻风树输入下一营养级的能量传递效率为a/a B.c是第二营养级用于生长发育和繁殖的能量 C.d是指呼吸作用消耗的能量 D.该图解中不包括非生物的物质和能量,【解析】选A。由题干中的信息可知，该图只包括两个营养级，麻风树是第一营养级，则a只能代表第二营养级摄入量，b代表第二营养级的同化量，其中d代表呼吸作用消耗的能量，c是指第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量，e则是第二营养级流入分解者的能量；该图解中包括了生产者、消费者和分解者，不包括非生物的物质和能量。,2.如图是一个处于平衡状态的生态系统的能量流动图解，其中A、B、 C、D分别代表不同营养级的生物类群，对此图解理解正确的一项是 ( ),A.流经该生态系统的总能量就是A通过光合作用固定的太阳能减去自身呼吸消耗的能量 B.D中所含的能量与C中所含的能量之比就是能量从C传递到D的效率 C.B同化的能量要大于B、C、D呼吸消耗的能量之和 D.由于流经该生态系统的总能量是一定的，所以B获得的能量越多，留给C、D的能量就越少,【解析】选C。流经该生态系统的总能量是A通过光合作用固定的太阳能；能量从C传递到D的效率应是D同化的能量与C同化的能量之比；B、C、D本身含有能量，B同化的能量要大于B、C、D呼吸消耗的能量之和；由于流经该生态系统的总能量是一定的，所以B获得的能量越多，留给C、D的能量就越多。,考点二 生态系统的物质循环 1.碳循环过程：,(1)碳进入生物群落的途径：生产者的光合作用和化能合成作用。 (2)碳返回无机环境的途径。 生产者、消费者的呼吸作用。 分解者的分解作用。 化学燃料的燃烧。 (3)分析温室效应产生的原因。 化学燃料的大量燃烧，产生了大量CO2。 植被破坏，降低了对大气CO2的调节能力。,2.能量流动与物质循环之间的关系： (1)区别：,(2)联系：,两者是同时进行的，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，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。,【提分技法】碳循环示意图中生态系统成分的判断方法,图形解读： (1)图1先根据双向箭头确定A和B应为生产者或大气CO2库，再由多个内指箭头可判断B为大气CO2库(不能写“无机环境”)，再根据AD，CD，确定D为分解者，剩下的C为消费者。 (2)图2根据A与C之间的双向箭头及C有多个内指箭头判断：A和C分别是生产者和大气CO2库。根据A、B、D的碳都流向E，可进一步判断：B是初级消费者，D是次级消费者，E是分解者。,(3)图3首先找出相互之间具有双向箭头的两个成分，即A和E，一个为生产者，一个是大气CO2库。又因为其他各个成分都有箭头指向A，所以A为大气CO2库，E为生产者。然后观察剩余的几个成分，其中其他生物部分的箭头都指向C，所以C是分解者，剩余的B、D、F则为消费者。,【考题回访】 1.(2015唐山模拟)如图为生态系统中碳循环的模式图。相关叙述正确的是( ),A.1代表生产者，5可以代表化能合成作用 B.碳元素在1、2、3、4间以含碳有机物的形式传递 C.在食物链中占有碳元素最多的营养级可能是1 D.1、2、3中含有的有机物可以作为动力来促进碳元素在生物群落和无机环境之间循环,【解题指南】解答本题的关键： (1)分析图解，明确1是生产者，2是消费者，3是分解者，4是无机环境。 (2)明确光合作用和化能合成作用都是将无机物转化为有机物。,【解析】选C。首先需要确定这四种成分，1箭头指向2、3、4可以确定1是生产者，因为生物群落总能量流动的起点是生产者。由于生产者联系了无机环境和生物群落，所以确定4为无机环境。然后根据生产者和消费者都有箭头指向分解者，确定3为分解者。5代表生产者的呼吸作用产生二氧化碳。碳元素在1和4之间是以二氧化碳的形式传递的，在1、2、3之间是以有机物的形式传递的。1是生产者，所含有的有机物最多。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，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。,2.(2015重庆模拟)如图表示生物圈中碳循环过程，其中A、B、C表示生态系统的不同成分。下列有关该图的分析正确的是( ),A.图中生态系统中的食物链是ABC B.碳从生物群落进入无机环境的途径是 C.碳循环具有全球性，磷循环不具有全球性 D.提高过程有利于维持大气中的碳、氧平衡 【解析】选B。从图中看出，A为分解者，生态系统中的食物链是BC；碳从生物群落进入无机环境的途径是生产者的呼吸作用、分解者的分解作用和消费者的呼吸作用；碳循环具有全球性，磷循环也具有全球性；提高过程使大气中的CO2含量增加，会破坏大气中的碳、氧平衡。,【延伸探究】题中若A含有细胞核，则A中将含碳有机物转化为CO2的具体场所有哪些？ 提示：细胞质基质和线粒体基质。由A含有细胞核可知，A为真核生物，其将含碳有机物转化为CO2的方式是细胞呼吸，具体场所有细胞质基质和线粒体基质。,3.(2015武汉模拟)如今低碳生活、绿色经济已成为人类共同的目标。如图是碳循环的部分过程，下列有关分析不正确的是( ) A.碳循环的过程伴随着生态系统的能量流动 B.植树造林有助于增强过程而减少大气CO2含量 C.减少对过程的依赖是缓解温室效应的重要措施 D.低碳生活方式有助于维持生物圈中碳循环的平衡,【解析】选A。据图可知，大气中二氧化碳的来源有：生产者和消费者的呼吸作用、分解者的分解作用和化学燃料的燃烧，但降低大气中二氧化碳的含量主要是通过生产者的光合作用来实现的，而是引起大气中二氧化碳含量增加的主要原因，故植树造林有助于增强过程而减少大气CO2含量。减少对过程的依赖是缓解温室效应的重要措施。无机环境与生物群落之间碳循环的主要形式是CO2，CO2不携带能量，因此过程不伴随着生态系统的能量流动。,【易错提醒】(1)不能说能量伴随着物质循环而循环，因为能量是单向流动的。 (2)物质循环中所说的“生态系统”并不是指一般的生态系统，而是指地球上最大的生态系统生物圈。,4.(2014江苏高考)下列关于生态系统中物质循环和能量流动的叙述，正确的是( ) A.富营养化水体出现蓝藻水华的现象，可以说明能量流动的特点 B.生态系统中能量的初始来源只有太阳能 C.食物链各营养级中10%20%的能量会被分解者利用 D.无机环境中的物质可以通过多种途径被生物群落反复利用 【解题指南】关键知识：水体富营养化是水体中N、P含量过高，导致藻类等大量繁殖而出现的现象；物质循环和能量流动的特点。,【解析】选D。本题考查生态系统的功能以及水华现象。富营养化水体出现蓝藻水华是大量含N、P的污水排到江湖中导致藻类大量繁殖的结果，说明物质循环的反复性，而能量流动是单向的，所以A错误；生态系统的能源主要为太阳能，也可源自某些无机物氧化分解释放的能量，所以B错误；生态系统中能量流动是单向递减的，其传递效率是10%20%，即10%20%的能量被下一营养级同化，故C错误；生态系统的物质循环带有全球性和循环往复性，因此无机环境中的物质可以通过多种途径，如光合作用、根的吸收，进入生物群落被生物利用，故D项正确。,【加固训练】 1.(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( ) 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的形式循环 C.对E过度开发利用会打破生物圈中碳平衡 D.碳循环过程需要能量驱动，同时又是能量的载体,【解析】选B。生物圈通过碳循环实现碳元素的自给自足；A是消费者，C是生产者，碳在生物群落中以有机物的形式流动，在生物群落和无机环境之间以CO2的形式循环；E为化学燃料，若对此过度开发利用会打破生物圈中的碳平衡；能量是物质循环的动力，物质是能量的载体。,2.物质循环属于生态系统的功能之一，下列与物质循环相关的叙述，不正确的是( ) A.绿色植物同化无机碳转变成有机碳 B.在生物群落内，碳以碳水化合物的形式存在 C.乳酸菌可将有机碳分解为无机碳 D.化学燃料的燃烧打破了碳循环的平衡,【解析】选C。绿色植物可通过光合作用将自然界中的无机碳转变成生物体内的有机碳；在生物群落内，碳以碳水化合物的形式存在；乳酸菌是厌氧型细菌，进行无氧呼吸的产物是乳酸，故不能将有机碳分解为无机碳；化学燃料的燃烧会导致空气中的二氧化碳增多，引起温室效应，打破碳循环的平衡。,
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