高中生物课件必修三第五章第3节生态系统的能量流动和物质循.ppt

5.特点：(1)单向流动：能量只能沿着食物链由 流 向高营养级。 一、生态系统的能量流动 1.概念：生态系统中能量的 、传递、 和散失 的过程。 输入 转化 固定太阳能 固定的太阳能总量 食物链食物网 低营养级 2.起点：生产者 开始。 3.总量：生产者 。 4.流动渠道： 和 。 (2)逐级递减 每个营养级生物都因 而散失部分热能。 每个营养级生物总有一部分不能被 利用 。 传递效率为 (形象地用 ) 。 呼吸 下一营养级 10%20% 能量金字塔表示 6.过程 7.研究意义 (1)帮助人们科学规划，设计 ，使能量得到最 有效利用，实现能量的 。 (2)帮助人们合理地 生态系统中能量流动关系，使能量 持续高效地流向 。 人工生态系统 多级利用 调整 对人类最有益的部分 2.碳循环 (1)无机环境中存在形式： 。 (2)生物群落中主要存在形式： 。 (3)无机环境与生物群落之间的循环形式是 。 (4)特点：具 性，可 利用。 二、物质循环 1.概念：组成生物体的 等元素，不断进 行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的 循环过程，又称为 。 C、H、O、N、P、S 生物地球化学循环 CO2和碳酸盐 有机物 CO2 全球循环 3.能量流动与物质循环的关系 (1)二者 ，彼此相互依存，不可分割。 (2)物质作为 ，使能量沿着食物链(网)流动；能量作 为 ，使物质能够不断地在 和 之间循 环往返。 同时进行 能量载体 动力 生物群落无机环境 1.能量的输入 (1)几乎所有的生态系统，其能量来自太阳能。即 光能 有机物中的化学能 (2)特殊的生态系统深海热泉生态系统 无机物氧化产生的能量 有机物中的化学能 2.能量的传递 (1)传递途径：食物链和食物网。 (2)传递形式：有机物中的化学能。 (3)传递过程(以能量流经第二营养级为例) 能量流经第二营养级时的分流情况总结如下： 3.能量流动特点 (1)单向流动 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。 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。 (2)逐级递减 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。 各个营养级的生物都会因细胞呼吸以热能形式散失 相当大的一部分能量。 各营养级中的能量都要有一部分流入分解者。 (3)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：能量传递率 100%。 4.生态金字塔类型 类类型 项项目 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 一般为为正金字塔 形，有时时会出现现 倒金字塔形 一般为为正金字 塔形 类类型 项项目 能量金字塔数量金字塔 生物量金字 塔 象征 含义义 能量沿食物 链链流动过动过 程 中具有逐级级 递递减的特性 生物个体数 目在食物链链 中随营营养级级 升高而逐级级 递递减 生物量(现现存 生物有机物 的总总量)沿食 物链链流动动逐 级递级递 减 每一阶阶 含义义 食物链链中每 一营营养级级生 物所含能量 的多少 每一营营养级级 生物个体的 数目 每一营营养级级 生物的总总生 物量 (1)能量金字塔不会出现倒置现象。数量金字 塔在前一营养级的生物个体很大，而后一营 养级的生物个体很小时，会出现倒置现象。 如树林中，树、昆虫和食虫鸟个体数比例关系可形成如右 图所示的数量金字塔。 (2)在人工生态系统中因能量可人为补充，可能会使能量金字 塔呈现倒置状况。如人工鱼塘中生产者的能量未必比消费 者(鱼)多。天然生态系统则必须当能量状况表现为金字塔形 状时，方可维持生态系统的正常运转，从而维持生态系统 的稳定性。 例1 (2009全国卷)某种植玉米的农场，其收获的玉米 子粒既作为鸡的饲料，也作为人的粮食，玉米的秸秆则加 工成饲料喂牛，生产的牛和鸡供人食用。人、牛、鸡的粪 便经过沼气池发酵产生的沼气作为能源，沼渣、沼液作为 种植玉米的肥料。据此回答(不考虑空间因素)： (1)请绘制由鸡、牛、玉米和人组成的食物网： (2)牛与鸡之间 (有、无)竞争关系，理由 是 。 人与鸡的种间关系是 ，人与牛的种间关系 是 。 (3)流经该农场生态系统的总能量来自 所固定 的 ，无机环境中的碳以 形式进入该人 工群落。 (4)假设该农场将生产玉米的1/3作为饲料养鸡，2/3供人食 用，生产出的鸡供人食用。现调整为2/3的玉米养鸡，1/3 供人食用，生产出的鸡仍供人食用。理论上，该农场供 养的人数将会 (增多、不变、减少)，理由 是 。 课堂笔记 (1)玉米、鸡、牛、人之间的食物关系见答案 。 (2)因人与鸡均食用玉米子粒，而牛食用玉米秸秆，且人还食 用鸡和牛，故人与鸡的种间关系为竞争和捕食，人与牛的种 间关系为捕食，而牛与鸡之间无竞争关系。 (3)该农场生态系统中的生产者为玉米，生产者(玉米)固定的 太阳能为流经生态系统的总能量。 (4)食物链越长，能量沿食物链流动时损耗越多，高营养级获 得的能量也就越少。改变用途的1/3玉米中的能量流入人体内 所经过的食物链延长，故人获得的总能量将减少。 答案 (1) (2)无 它们所需食物资源不同(或牛食玉米秸秆、鸡吃 玉米子粒) 捕食与竞争 捕食 (3)玉米 太阳能 CO2 (4)减少 改变用途的1/3玉米被鸡食用后，在鸡这一环 节散失了一部分能量，导致人获得的能量减少 消费者产生的粪便，不属于该营养级同化的能 量，它实际与上一营养级的遗体、残骸一样，属 于上一营养级“进入分解者”的部分，但消费者 “尿液”中的能量，应属该营养级同化能量的一 部分。 由于能量流动是逐级递减的，能量流经每一营养 级时均有损耗，故食物链营养级环节越多，能量 损耗越大，欲减少能量损耗应缩短食物链。 1.下图表示某草原生态系统中能量流动图解，表 相关过程能量流动量。下列有关叙述正确的是( ) A.是流入该生态系统的总能量 B.分解者获得的能量最少 C.图中/的比值代表草兔的能量传递效率 D.和分别属于草和兔同化量的一部分 解析：流入该生态系统的总能量应该是草同化的总能量 。代表的是兔同化的总能量，图中代表的是狐同 化的总能量。则/的比值代表兔狐的能量传递效 率。兔子粪便中的能量并不是兔子同化量的一部分，而 是草同化量的一部分；兔子遗体残骸中的能量属于兔子 同化量的一部分。 答案：D 1.对物质循环的理解 (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C、H、O、N、P、S等元素。 (2)物质循环的具体形式：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)循环的过程：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，因此把生态系统的 物质循环又叫生物地球化学循环。 (2)物质可被反复利用：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。 3.实例碳循环 4.比较能量流动与物质循环 项项目能量流动动物质质循环环 形式以有机物为载为载 体无机物 特点单单向流动动、逐级递级递 减往复循环环 范围围生态态系统统各营营养级级生物圈(全球性) 项项目能量流动动物质质循环环 联联 系 同时进行、相互依存，不可分割 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图解 如下： 例2 (2009重庆高考)下图是某森林生态系统物质和能 量流向示意图，h、i、j、k表示不同用途的有机物(j是未 利用部分)，方框大小表示使用量，下列叙述正确的是 ( ) A.进入该生态系统的CO2量与各h产生的CO2总量相等 B.生产者中i的量大于被初级消费者同化的有机物的量 C.流向分解者的k可被生产者直接吸收利用 D.流经该生态系统的物质和能量可循环利用 课堂笔记 选 h是该营养级通过呼吸散失的能量，i其 中的一部分是流入到下一营养级的能量，k是流向分解者体 内的能量。进入该生态系统的CO2量大于各h产生的CO2总量 ；流向分解者体内的能量不能被生产者吸收利用；流经该 生态系统的物质是循环的，而能量是单向流动，不可循环 的。 B 伴随着物质循环过程，环境中一些污染物（如重 金属、化学农药）通过食物链在生物体内大量积累 而出现生物富集现象，而营养级越高，富集物浓度 越高，这与能量流动逐级递减不同。 生态系统中各成分的确认 如图所示的生态系统成分判 断题在试题中经常出现，这 种试题先根据双向箭头A D确定两者肯定是非生物的物质和能量、 生产者，再根据箭头指向：A有三个指出，应为 生产者；D有三个指入，为非生物的物质和能量 ；B和C，一个为消费者，另一个为分解者，A( 生产者)和B均指向C，则C为分解者。 2.分析以下生态系统的能量流动和物质循环的关系简 图，不能得到的结论是 ( ) A.物质作为能量的载体，使能量沿着食物链(网)流动 B.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 C.能量的总和便是生产者所固定的太阳能 总量 D.碳在生物群落和无机环境之间循环主要是以CO2的形 式进行的 解析：能量是物质循环的动力，物质是能量的载体；生产 者固定的太阳能总量，等于流入初级消费者的能量、自身 呼吸消耗的能量、流入分解者的能量之和，故C错误。 答案：C 瞻 望 考 向 能量流动动，物质质循环环是生态态系统统的主要功能， 相关内容在高考中占据重要地位，考查查角度包括能 量流动动的过过程、特点、能量传递传递 效率及相关计计算、 能量流动规动规 律在农业农业 生产产中的应应用；物质质循环过环过 程、特点及物质质循环环和能量流动动的关系、碳循环过环过 程等，预计预计 2011年高考相关内容仍可成为为命题载题载 体 ，复习备习备 考时时，应应予以关注。 下图甲是生态系统的碳循环示意图，图中 “”表示碳元素的流动方向。 ( ) 命题设计 (1)在图甲表示的生态系统中，分解者是 (用字母 表示)，CA表示的生理过程是 。 (2)碳元素在生物群落中的主要存在形式是 ，碳 元素在生物群落和无机环境之间的循环主要是以 的形式进行的。 (3)如果用图乙表示该生态系统的能量金字塔，请将碳循 环示意图中相应的字母填在图乙对应的营养级中。 (4)若上述生态系统代表农田生态系统，农民下田拔草、 捕捉害虫、喷洒农药，目的是 。 (5)若上述生态系统代表弃耕的农田生态系统，若干年后 该农田中长出小灌木丛，以至演替出森林，这样的演替类 型称为 。植被优势种群的演替，从根本上 体现了植被对 的竞争能力不断增强。 【解题指导】生产者通过光合作用吸收无机环境中 的二氧化碳，通过呼吸作用释放二氧化碳，动物通过呼 吸作用释放二氧化碳，分解者通过分解作用释放二氧化 碳。由于能量流动的单向性和逐级递减特征，营养级越 高，能量越少，因此F在能量金字塔的最上层。 【答案】 (1)B 光合作用 (2)有机物 CO2 (3)如图 (4)调整农田生态系统的能量流动方向，使能量更多地流 向农作物(对人类有益的部分) (5)次生演替 阳光 1.提出问题 结合自己的生活经历，列举土壤微生物分解作用的实 例，提出想探究的问题。例如，落叶在土壤中能被分 解掉，这究竟主要是土壤的物理化学因素的作用，还 是土壤中微生物的作用呢？ 探究“土壤微生物的分解作用” 理论指导 2.作出假设 假设既可以是基于已有的知识或经验作出的解释，也可以是 想像或猜测。要大胆提出假设，通过讨论修正自己的假设。 3.制订计划 首先，要确定实验变量是什么？需要控制的变量有哪些？如 何控制这些变量？等等。 其次，要确定探究的地点或场所是在野外还是在实验室中？ 第三，设计实验方案。教材中提供了两则案例，可供参考。 4.实施计划(探究过程、结果及结论) 案例1案例2 实验实验 假设设微生物能分解落 叶使之腐烂烂 微生物能分解淀粉 实实 验验 设设 计计 实验组实验组对对土壤高 温处处理 A杯中加入30 mL土壤浸出液 对对照组组对对土壤不做 任何处处理 B杯中加入30 mL蒸馏馏水 自变变量土壤中是 否含微生物 土壤中是否含有分解淀粉 的微生物 案例1案例2 实验现实验现 象 在相同时间时间 内实验实验 组组落叶腐烂烂程度小 于对对照组组 AA1不变蓝变蓝 A2 产产生砖红砖红 色沉淀 BB1变蓝变蓝 B2不变变色 结论结论 分 析 微生物对对落叶有分 解作用 土壤浸出液中的微生物能分 解淀粉 (2010泰州联考)同学们在课外活动中发现植 物的落叶在土壤里会逐渐腐烂，形成腐殖质。他们猜测 落叶的腐烂是由于土壤微生物的作用，不同生态系统的 土壤微生物分解能力不同，并设计了实验进行验证。 (1)实验设计首先要遵循的是 原则和 原则。 命题设计 (2)以带有同种落叶的土壤为实验材料，均分为A和B。实 验时A不做处理(自然状态)；B用塑料袋包好，放在60的恒 温箱中灭菌1小时。B处理的目的是 。 (3)(2)中实验的自变量是 ，因变量是 ，无关变量是 (至少写出两点)。 (4)如果同学们的猜测是正确的，若干天后(2)中B组的落 叶 。 (5)如果同学们用带有相同量 同种植物落叶的冻土苔原和热带 雨林的等量土壤为实验材料，分 别模拟原生态系统的无机环境条件进行C组和D组的实验，定期 抽样检测样品土壤中未腐烂的落叶的含量，请根据预期结 果在右图中绘出相应的曲线。 【解题指导】 由题意可知该实验的目的是验证落叶的 腐烂是由于土壤微生物的作用，实验的自变量是土壤中微生 物的有无，因变量是落叶的腐烂程度。为遵循生物实验设计 的对照原则和单一变量原则，所以应尽量减少无关变量对实 验的影响，如土壤温度、湿度、pH、落叶的种类和大小等。 在绘制曲线时，应注意以下几点：明确横坐标和纵坐标的 意义，其中纵坐标为未腐烂的落叶量；两曲线的起点相同 ，注意纵坐标初始值不为0；由于微生物的分解作用，两 曲线呈下降趋势，且D组下降速度较C组快；随时间延长， 微生物的数量增多，故两曲线的下降趋势是由慢到快。 【答案】 (1)单一变量 对照 (2)杀死土壤微生物，同时避免土壤理化性质的改变 (3)土壤微生物(作用)的有无 落叶的腐烂程度 土壤温 度、含水量、pH、落叶的种类和大小等(合理即可) (4)腐烂程度小于对照组 (5)如图 1.(2009江苏高考)下列4种现象中，不适宜用生态系统中能量 流动规律进行合理分析的是 ( ) A.虎等大型肉食动物容易成为濒危物种 B.蓝藻易在富营养化水体中爆发 C.饲养牛、羊等动物，成本低、产量高 D.巨大的蓝鲸以微小的浮游动物为食 解析：水体富营养化导致蓝藻爆发是因为水体为蓝藻提 供了大量的N、P等矿质元素，并未涉及能量流动问题。 能量流动的渠道是食物链，且能量沿食物链传递时，具 有单向性和逐级递减的特点，所以食物链越短，能量损 失越少。 答案：B 2. (2009广东理基)右图为某一生态 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.是初级消费者 B.为分解者 C.E1为太阳能，E2为热能 D.能量可在食物链中循环利用 解析：能量金字塔的塔基应为生产者，分解者不占有营 养级；能量流动是单向的，不循环的，生产者只能利用 太阳能(化能合成作用除外)。图中E2应为各营养级生物呼 吸作用放散的热能。 答案：C 3.(2009海南高考)假设将水稻田里的杂草全部清除掉，稻田 生态系统中 ( ) A.水稻害虫密度将下降 B.能量流动的营养级数减少 C.水稻固定的太阳能增加 D.物种多样性上升 解析：水稻与杂草为竞争关系，二者争夺稻田中的光照、 水分、矿质元素等，除去杂草，使能量更多地流向水稻， 有利于水稻对太阳能的固定。 答案：C 4.下图为某生态系统中能量流动示意图，各代 表 一定的能量值，下列各项中正确的是(双选) ( ) A.表示流经该生态系统内部的总能量 B.一般情况下，次级消费者增加1 kg，生产者至少增加 25kg C.生物与生物之间的捕食关系一般不可逆转，所以能量 流动具单向性 D.从能量关系看 解析：仅仅是流经该生态系统总能量的一部分，次 级消费者增加1 kg，生产者至少增加25 kg；从能量关系 看。 答案：BC 5.下图是一般生态系统的结构模式图，在不考虑物质输入和 输出的情况下，下列说法正确的是( ) A.能量主要是以太阳能的形式输入生态系统 B.组分1、2、3分别代表生产者、消费者和分解者 C.在一个幼