2017_2018学年高中生物第六章生态系统第三四节能量流动和物质循环生态系统的稳态及学案浙科版.docx

第三、四节 能量流动和物质循环_生态系统的稳态及其调节 1在生态系统中，能量是沿着太阳植物植食动物肉食动物顶位肉食动物的方向流动的。2在生态系统中，能量流动的渠道是食物链和食物网。3能量流动的特点是单向的、不可逆的、逐级递减的。4物质循环是在一个相对封闭的循环圈中周而复始、往复循环，参与循环的物质数量恒定、而且可以得到重复利用。5生态系统的一个重要特点是趋于稳态，这种稳态是靠生态系统的自我调节实现的，而生态系统自我调节能力的基础则是反馈调节。6生态系统总是朝着物种多样化、结构复杂化和功能完善化的方向发展，直到生态系统稳定为止。 考试内容必考加试(1)生态系统中的能量流动(2)生态系统中的碳循环(3)能量流动和物质循环的关系ccccc(1)生态系统的稳态(2)稳态的调节abab生态系统中的能量流动1能量流动的过程2能量流动的过程示意图 (1)写出图中标号代表的内容：甲：生产者；乙、丙：消费者；丁：呼吸作用 ; 戊：分解者。(2)流入甲的总能量是被甲固定的太阳能总量。(3)据图分析流入每一营养级的能量去向：通过自身细胞呼吸以热能形式散失；被下一营养级同化；被分解者分解利用；未被利用。3能量流动的特点及意义(1)能量传递效率是指相邻两个营养级之间同化量的比值。相邻营养级之间的传递效率一般约为10%，将单位时间内各个营养级所得到的能量数值由低到高可绘成能量金字塔。(2)能量流动的特点是单方向的、不可逆的、逐级递减的。(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。4能量传递效率的计算公式能量传递效率100%。1流经生态系统的总能量是辐射到该地区太阳能的总量吗？提示：不是，流经生态系统的总能量是生产者通过光合作用固定在有机物中的总能量。2生态系统中的能量流动为什么是单向的？提示：食物链中各种生物之间的捕食关系是确定的，是在长期自然选择过程中形成的，不能逆转。各营养级的能量最终要在细胞呼吸过程中以热能形式散失，而热能是不能被生物再次利用的。1生态系统中的能量流动过程(1)每一营养级的能量来源与去路分析：消费者摄入能量(a)消费者同化能量(b)粪便中能量(c)，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(b)呼吸消耗(d)用于生长、发育和繁殖(e)。生长发育和繁殖的能量(e)分解者利用(f)下一营养级同化(i)未被利用(j)。未被利用的能量包括生物每年的积累量和动植物残体以化石燃料形式被储存起来的能量。一个营养级所同化的能量呼吸消耗的能量被下一营养级同化的能量分解者利用的能量未被利用的能量。流入一个营养级的能量是指被这个营养级的生物所同化的全部能量。(2)能量的转化：生产者：光能有机物中的化学能。消费者：食物中的化学能自身化学能。(3)能量的散失：形式：热能。热能是能量流动的最后形式。过程：特殊途径：动植物遗体形成的煤炭、石油等热能。2能量流动的特点分析(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，这些能量是无法再被利用的。(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消耗相当大的一部分能量，供自身利用和以热能形式散失。各营养级中的能量都有一部分流入分解者。由于能量在生态系统中流动、转化后，一部分储存在生态系统(生物体有机物)中，而另一部分被利用、散发至无机环境中，两者之和恰与流入生态系统的能量相等，故生态系统中能量流动与转化仍遵循能量守恒定律。3澄清对生态系统能量流动认识的三个误区(1)误区一：生产者固定的能量只能是光能。由于生产者固定能量的方式有光合作用和化能合成作用，光合作用利用的能量是光能，但化能合成作用利用的是化学能，所以生产者固定的能量是光能或化学能。(2)误区二：生物数量金字塔与能量金字塔完全一致。能量金字塔体现的是营养级与营养级所含总能量的关系，而生物数量金字塔体现的是营养级与个体数量的关系，所以生物数量金字塔有时会出现倒置的现象。(3)误区三：能量传递效率能量利用率。能量传递效率体现的是能量流动过程中所遵循的客观规律，不能随意改变；但能量利用率可以人为改变，例如充分利用作物秸秆就可以提高能量利用率。4生态系统中能量流动的计算方法关于能量在营养级之间传递的计算，一般从食物链和食物网两个方面分析：(1)能量在食物链中传递的计算(传递效率按10%计算)：在一条食物链中，若某一营养级的总能量为n，则传到下一营养级的能量为n10%(即0.1n)。在一条食物链中，某一营养级的能量为n，则上一营养级的能量为n10%10n。(2)能量在食物网中传递的计算：在一食物网中，已知最高营养级增重为N，要求最多消耗第一营养级多少能量时，应按最长食物链计算。在一食物网中，已知第一营养级能量为M，要求最高营养级最少获得多少能量时，应按最长食物链计算。生态系统中的物质循环1生态系统中的物质循环特点物质循环与能量流动不同，它是在一个相对封闭的循环圈中周而复始、往复循环的，参与循环的物质质量恒定，而且可以得到重复利用，因此，一个完善的生态系统，不需要从外界获得任何的物质补给就能长期维持其正常功能。2碳的全球循环(1)碳循环的路线：大气圈植物和动物分解者大气圈。(2)碳循环的过程：过程图示：过程解读：a碳的存在形式b碳循环形式：进入生物群落生物群落内部返回无机环境形式CO2含碳有机物CO2方式光合作用或化能合成作用通过食物链或食物网生物的呼吸作用；分解者的分解作用；化石燃料的燃烧c.实现碳在生物群落和无机环境之间进行循环的关键环节是生产者和分解者。(3)碳循环的特点：反复利用，往复循环。具有全球性。(4)大气圈中的CO2变化特点：有着明显的昼夜变化和季节变化。(5)人类活动对碳循环的影响：人类每年因能源消耗而向大气中排放21013 kg的CO2，从而严重干扰了陆地、海洋和大气间CO2交换的平衡，致使大气中CO2含量持续增加。1碳元素在无机环境和生物群落中分别以什么形式存在？在无机环境和生物群落之间以及在群落内部分别以什么形式进行循环？提示：碳元素在无机环境中以CO2或碳酸盐的形式存在，在生物群落中以含碳有机物的形式存在；在无机环境和生物群落之间以CO2的形式进行循环，在群落内部以含碳有机物的形式流动。2大气中的CO2通过哪些途径进入生物群落？生物群落中的有机碳通过哪些途径形成CO2释放到大气中？提示：大气中的CO2通过光合作用等进入生物群落。生物群落中的有机碳通过动植物的细胞呼吸，微生物的分解作用，煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧释放到大气中。1对生态系统中物质循环的理解(1)范围：生物圈，地球上的每个生态系统都是地球上物质循环的一部分，而只有生物圈才能完成真正的物质循环。(2)“物质”的含义：指构成生物体的基本元素(主要是指C、H、O、N、P、S等)，而不是化合物。(3)循环过程：无机环境生物群落。(4)循环特点：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。反复利用，循环流动：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、循环流动。2物质循环实例碳循环(1)碳循环的一般形式：CO2有机物CO2。(2)碳循环过程图解如下：3对物质循环过程相关图解的识别(1)过程示意图：(2)图示识别法：将上图中的文字换成字母，如下面三种变式图，据图判断A、B、C、D各代表哪种成分的方法。图1先根据双向箭头判断：A和B应为生产者和非生物的物质和能量，B不能写成“无机环境”。再根据AC判断：C为消费者，剩下的D为分解者。图2根据A与C之间的双向箭头判断：A是生产者，C是非生物的物质和能量。根据A、B、D的箭头都指向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。图3根据A与E之间的双向箭头判断：A为非生物的物质和能量，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。图解中的食物链是EFDB。4能量流动与物质循环的比较项目能量流动物质循环形式以有机物为载体组成生物体的基本元素特点单向传递、逐级递减往复循环范围生态系统各营养级生物圈(全球性)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示生态系统的稳态及其调节1稳态及其调节机制生态系统的一个重要特点就是它常常趋向于稳态，使系统内部的所有成分彼此相互协调，保持稳定，这种稳态是靠生态系统的自我调节来实现的。2反馈调节(1)反馈调节概念：当生态系统中的某一成分发生变化的时候，它必然会引起其他成分出现一系列的相应变化，这些变化又反过来影响最初发生变化的那种成分，此过程叫反馈调节。(2)反馈类型：负反馈：负反馈是最常见的一种反馈，反馈的结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化。如草原上的食草动物因为某种原因而增加，植物就会受到过度啃食而减少这会反过来抑制和降低动物数量的增长，从而使生态系统保持稳定。正反馈：正反馈在自然生态系统中是很少见的，其作用与负反馈相反，即生态系统中某一成分的变化，所引起的一系列变化反过来不是抑制而是加速最初所发生的变化，因此，正反馈的作用常常使生态系统远离稳态。正反馈对生态系统有极大的破坏作用，从长远看，生态系统中负反馈调节将起主要作用。3自然生态系统的发展趋势在自然条件下，生态系统总是朝着物种多样化，结构复杂化，功能完善化的方向发展，直到生态系统达到稳态为止。4正确处理人与自然的关系(1)由于生态系统具有自我调节功能，所以在通常情况下生态系统会保持稳定，但此功能是有一定限度的，当外来干扰超过一定限度的时候，此功能就会受到损害。(2)保持生态系统结构和功能的稳定是人类生存和发展的基础。(3)人类活动除了要讲究经济效益和社会效益外，还必须特别注意生态效益和生态后果，以便在利用自然的同时能基本保持生物圈的稳定。1为何从长远看，生态系统中负反馈调节起主要作用？提高生态系统稳定性措施有哪些？提示：负反馈调节可使生态系统保持稳定。例如增加生物种类和数量，使结构变得复杂。2提高生态系统的稳定性，我们可以做些什么呢？提示：控制对生态系统干扰的程度，对生态系统的利用应该适度，不应超过生态系统的自我调节能力。对人类利用强度较大的生态系统，应实施相应的物质、能量投入，保证生态系统内部结构与功能的协调。 1生态系统的自我调节能力(1)自我调节能力取决于生态系统自身的净化作用和完善的营养结构。净化作用包括物理沉降、化学分解和微生物的降解三个方面，它是河流生态系统抵抗环境污染的有效途径。完善的营养结构使生态系统具有一种反馈调节机制，进而抵抗外界干扰，维持自身稳定。反馈调节是生态系统自我调节能力的基础，如在森林中，当害虫数量增加时，食虫类由于食物丰富，数量也会增加，害虫种群的增长就会受到抑制。生态系统的自我调节主要依靠群落内的种间关系(主要是捕食)和种群中的种内斗争来实现。(2)自我调节能力与生态系统成分和营养结构的关系。生态系统的自我调节能力与其自身的成分和营养结构呈正相关。一般地说，生态系统的成分越单纯，营养结构越简单，自我调节能力就越小，反之越大。2生态系统反馈调节的种类与比较比较项目正反馈负反馈调节方式加速最初发生变化的那种成分所发生的变化抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化结果常使生态系统远离稳态有利于生态系统保持相对稳定实例分析 已污染的湖泊污染加剧 以图表信息为依托，考查生态系统中的能量流动例1下图是生态系统的能量流动图解，N1N6表示能量数值，下列有关叙述正确的是()A生产者呼吸过程中化学能转变为热能和ATPB能量由第一营养级传递给第二营养级的传递效率为N4/N2100%C流经该生态系统的总能量为N2，由初级消费者流向蜣螂的能量为N6DN5的去向之一是用于初级消费者的生长发育和繁殖精讲精析生产者呼吸过程中化学能转变为热能和ATP中活跃的化学能，A错；能量由第一营养级传递给第二营养级的传递效率为N5/N2100%，B错；流经该生态系统的总能量为生产者固定的总能量N2，由生产者流向蜣螂的能量为N6，C错；初级消费者同化的能量有一部分用于初级消费者的生长发育和繁殖，D对。答案为D。1下图表示某草原生态系统中能量流动图解，表示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图中兔细胞呼吸消耗的能量应与相等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能量的一部分解析：选D草所固定的太阳能是流入该生态系统的总能量；兔粪便中的能量不属于兔同化的能量；/的比值代表兔狐的能量传递效率；粪便是生物没有同化的那部分能量，其中属于草同化的能量的一部分，属于兔同化的能量的一部分。以模式图为载体，考查碳循环过程例2右图是自然界碳循环的简图，据图分析下列叙述错误的是()A甲为分解者，乙为消费者，丙为生产者B表示CO2通过甲、丙、乙的呼吸作用进入大气中C表示大气中CO2进入生物群落的主要途径D碳元素以无机物形式在丙乙甲所示的渠道流动思路点拨 精讲精析据图可知：大气中的CO2只能通过丙进入生物群落，故丙为生产者，为生产者将CO2固定为有机物；丙被乙捕食(图中过程)，丙和乙最终被甲分解，故甲、乙分别为分解者、消费者；表示通过分解者、生产者、消费者的呼吸作用将生物群落内的有机物分解为CO2返回大气。碳元素在生物群落内以有机物形式传递，其途径为食物链(网)，故D错误。答案为D。2下图1表示生态系统中各成分之间的联系，图2为一定时间内某一生态系统中的几个种群的数量变化曲线。据图分析，下列说法错误的是()A图1中能构成生物群落的是B、C、D、E、F，图2中的乙相当于图1中的EB种群丙在a、b、d、e四个时期中种群密度最大的是a时期C图1中流入D的总能量小于F获得的总能量D某地区因环境污染造成E中出现部分白化苗，F、D的数量也都将减少解析：选A图1中A是非生物的物质和能量，B、D、F是消费者，E是生产者，C是分解者，所以能构成生物群落的是B、C、D、E、F，图2中的植物相当于图1中的E；种群丙在a点时数量最多，所以种群密度最大的是a时期；图1中F获得的总能量只有约10%流入D；E中出现部分白化苗后数量减少，F因缺少食物而数量减少，随之D也减少。综合考查物质循环与能量流动及其之间的关系(供选考学生使用)例3下面为某生态系统的部分物质循环简图，其中M表示非生物的物质和能量。相关叙述正确的是()A若M表示大气中的CO2，则碳元素在图中过程中是以有机物形式传递的B从图中我们可以看出能量伴随着物质循环而循环C若M表示大气中的CO2，则碳元素可在生物群落中反复循环利用D若M表示无机环境中的能量，则的能量值为与对应的能量值之和精讲精析选项分析A项正确碳在生物群落内部是以有机物的形式传递的，图中表示捕食关系B项错误能量是单向流动的，不能循环利用C项错误碳在无机环境和生物群落之间反复循环利用，而不是在群落内反复利用D项错误表示生产者固定的总能量，除包括外，还包含消费者通过呼吸作用散失的能量3下图是生态系统的碳循环示意图，则相关叙述正确的是()生态系统中碳循环首先依赖于绿色植物的光合作用图中分解者通过需氧呼吸和厌氧呼吸两种分解方式将生物组织内的碳返回大气中图中M里的碳，除碳酸盐外，还可通过燃烧回到大气中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，因而能量流动具有单向流动和逐级递减的特点ABC D解析：选D碳循环首先依赖于绿色植物的光合作用；非生物环境中的碳可经燃烧作用返回大气；生物体不能利用热能、食物链不可逆转均导致能量流动具有逐级递减和单向性特点。考查生态系统稳态及其调节机制例4某池塘中，早期藻类大量繁殖，食藻浮游动物水蚤大量繁殖，藻类减少，接着又引起水蚤的减少，后期排入污水，引起部分水蚤死亡，加重了污染，导致更多水蚤死亡。关于上述过程的叙述，正确的是()A早期不属于负反馈，后期属于负反馈B早期属于负反馈，后期不属于负反馈C早期、后期均属于负反馈D早期、后期均不属于负反馈精讲精析水蚤以藻类为食，早期藻类大量增加，水蚤增加，因水蚤大量繁殖，导致藻类减少，这属于负反馈；而后期因污染导致水蚤死亡，水蚤的死亡又加重了污染，属于正反馈。答案为B。在负反馈调节下，系统趋于平衡；在正反馈调节下，系统远离平衡，这是判断反馈类型的重要依据。 4.关于生态系统自我调节能力的叙述中，错误的是()A在森林中，当害虫增加时食虫鸟也会增多，这样，害虫种群的增长就受到抑制，这属于生物群落内的负反馈调节B负反馈调节在生态系统中普遍存在，它是生态系统自我调节能力的基础C生物群落与无机环境之间不存在负反馈调节D生态系统的自我调节能力不是无限的，当外界干扰因素的强度超过一定限度时，生态系统的自我调节能力会迅速丧失解析：选C负反馈调节普遍存在于生物之间，也存在于生物群落与无机环境之间。 课堂回扣练习1下列有关生态系统能量流动的叙述，错误的是()A能量流动过程是指太阳能被绿色植物固定及能量从生物体进入环境的过程B能量流动是单向的，不可逆转的C食物链越短，可供最高营养级消费的能量越多D营养级越多，散失的能量越多解析：选A能量流动从生产者所固定的太阳能开始，能量沿着食物链的各个营养级由一种生物转移到另一种生物体内，最终以热能形式释放到自然界中去。能量流动的特点：单向流动，逐级递减。2在碳循环中，CO2进入生物群落的生理过程是()光合作用细胞呼吸分解作用燃烧作用蒸腾作用ABC D解析：选A无机环境中的CO2绝大部分是通过绿色植物的光合作用合成有机物进入生物群落的，还有很小的一部分通过化能合成作用合成有机物进入生物群落。3地球上各种不同类型的生态系统具有不同的自我调节能力。与农田、草原、冻原等生态系统相比较，热带雨林的自我调节能力特点是()A种群数量调节能力强，抵抗外界干扰能力弱B分解力弱，生产力强C营养结构越复杂，自我调节能力强D能量流动速度快，物质循环速度慢解析：选C与农田、草原、冻原等生态系统相比较，热带雨林的组成成分最复杂，自我调节能力最强；热带雨林中生产者、消费者和分解者的数量均较农田、草原、冻原等生态系统多，故生产力强，分解力也强；能量流动和物质循环是同时进行、紧密联系的，森林生态系统的物质循环和能量流动速度都较快。4.右图表示生物圈中碳元素的循环过程，下列有关叙述错误的是()A图中乙都是自养生物，光合生物细胞中不一定有叶绿体但都含有色素B适度松土不可以促进过程C过程的加剧是造成温室效应的主要原因D达到平衡状态的生态系统，和的量基本相等解析： 选D由图可知，甲为分解者、乙为生产者、丙为消费者，图中乙都是自养生物，光合生物(如蓝细菌)中没有叶绿体但含有色素；适度松土不可以促进消费者的呼吸作用过程，而是促进分解者的分解作用；过程即化石燃料的大量燃烧，是造成温室效应的主要原因；在一个处于稳定状态的生态系统中，碳吸收量应该基本上等于碳释放量，碳元素由无机环境进入生物群落主要依赖于绿色植物的光合作用()，而由生物群落回归无机环境则不仅包括生产者的呼吸作用还包括其他各类生物的呼吸作用及分解者的分解作用。5下图是某森林生态系统中食虫鸟种群与害虫种群之间的反馈示意图，请据图回答下列问题： (1)食虫鸟种群和害虫种群数量的这种调节属于_调节，它是生态系统_能力的基础。(2)图中所示的调节方式_(填“能”或“不能”)发生在生物群落内部；_(填“能”或“不能”)发生在生物群落与无机环境之间。解析：(1)在图中所示调节下，食虫鸟和害虫种群数量保持稳定，属于负反馈，是生态系统自我调节能力的基础；(2)反馈调节可以发生在不同的种群之间，也可以发生在生物与环境之间。答案：(1)负反馈自我调节(2)能能课下综合检测一、选择题1.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CE1为太阳能，E2为热能D能量可在食物链中循环利用解析：选C能量流动始于生产者的光合作用，最终以热能形式散失，据题图知为生产者，为消费者，则E1为太阳能。2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Jm2a1)，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1 357 Jm2a1D该食物网中的生物与无机环境共同构成一个生态系统解析：选B该食物网中最长食物链的最高营养级为第五营养级；能量传递效率为某一营养级同化量与上一营养级同化量之比，即(3 7804 200)/31 920100%25%；太阳鱼同化量(1 483 Jm2a1)一部分在呼吸作用中散失，另一部分用于自身生长发育和繁殖，储存在太阳鱼的有机物中。太阳鱼有机物中的能量一部分流向分解者，另一部分则被鲈鱼摄入，故太阳鱼呼吸作用消耗的能量应小于1 4831261 357 Jm2a1；该食物网中的生物缺少分解者与无机环境，不能构成生态系统，D错误。3以下表示动物利用食物的过程。正确的分析是()A恒温动物的/值一般高于变温动物B哺乳动物的/值一般为10%C提高圈养动物生长量一般需提高/值D食肉哺乳动物的/值一般低于食草哺乳动物解析：选C恒温动物维持体温需要消耗较多的有机物，因而/值一般低于变温动物；10%是营养级间的能量传递效率，而不是同化量和获取量之间的比值；圈养动物生长量的提高依赖于同化量的增加，即/的比值提高；植物性食物中含有哺乳动物不能利用的物质多于动物性食物，因而食肉动物的/值高于食草哺乳动物。4下列有关生态系统稳定性的叙述，错误的是()A生态系统具有自我调节能力，这是生态系统稳定性的基础B生态系统内部结构与功能的协调，可以提高生态系统稳定性C食物网的复杂性对维持生态系统稳定性具有重要作用D生态系统中的组成成分越多，食物网越复杂，生态系统自我调节能力就越低解析：选D一般来说，生态系统中的组成成分越多，食物网越复杂，其自我调节能力越强，生态系统抵抗外来干扰的能力越高。5森林生态系统比草原生态系统自我调节能力强，是因为森林生态系统营养结构较草原生态系统复杂，其中不包括()A处于同一级的生物种类较多B能量可通过其他食物链传递至顶级C某一营养级的一些生物消失，可由该营养级的其他生物代替D能量流经各营养级时是逐级递减的解析：选D一般来说，生态系统的营养结构越复杂，其自我调节能力就越强，因为营养结构越复杂，食物链中各营养级的生物种类越多，如果某一营养级的生物消失，就会由该营养级的其他生物来代替，用其他的食物链来代替这一缺失的食物链，从而维持生态平衡。6某海域随着气温升高，藻类大量繁殖，食藻浮游动物大量繁殖，导致藻类减少，接着又引起浮游动物减少；由于石油泄漏导致该海域大量海鱼死亡，进而加重了污染，导致更多水生生物死亡。关于上述过程的叙述，正确的是()A