2018届高三生物一轮复习第9单元第4讲生态系统的能量流动和物质循环讲义.doc

第4讲 生态系统的能量流动和物质循环考点一| 能量流动的过程和特点1能量流动的四个环节 太阳能有机物中的化学能热能 2能量流动过程图解(1)补充图中标号代表的内容生产者，初级消费者，次级消费者，呼吸作用，分解者。(2)据图补充食物链中营养级能量的去向：通过自身呼吸作用以热能的形式散失。被下一营养级同化。残枝败叶、遗体残骸等被分解者分解。未被利用。(3)图示中的E2/E1表示第二、三营养级间的能量传递效率。3能量流动的特点单向流动、逐级递减。4研究意义(1)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。(2)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。1判断下列关于能量流动叙述的正误。(1)田鼠和鼬都是恒温动物，同化的能量中一部分用于自身生长、发育、繁殖等生命活动，其余在呼吸作用中以热能的形式散失。()(2)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。()【提示】 流经两个生态系统的总能量除了来自植物固定的太阳能外，还有人为输入的能量。(3)农业生态系统中，沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用。()【提示】 沼液和沼渣可以为农作物提供肥料，沼气池发酵产生的沼气又能成为人类的能源物质，实现了能量的多级利用，而能量不能循环利用。(4)一只狼捕食了一只兔子，该狼获得了兔子能量的10%20%。()【提示】 能量传递效率是针对相邻两个营养级中的所有生物而言，不针对个体。2如图表示能量在两个营养级之间的流动过程，请据图思考下列问题：(1)第一个营养级的同化量与其摄入量和粪便量有怎样的关系？_。(2)上一个营养级同化的总能量是不是全部流向下一个营养级？为什么？_。(3)为什么生态系统的能量流动具有单向流动和逐级递减的特点？_。【答案】 (1)同化量摄入量粪便量(2)不是。一部分能量被自身呼吸所消耗，还有一部分被分解者所利用，总有一部分能量未被下一营养级利用(3)单向流动的原因是：食物链中各营养级的顺序是长期自然选择的结果，生物之间的捕食关系是一定的；能量流动不能循环，原因是散失的热能不能再被利用。逐级递减的原因是：某个营养级同化的能量自身呼吸要消耗一部分，还有一部分被分解者利用，所以不能将全部的能量流入下一个营养级1某一营养级能量的来源与去路分析(1)能量来源(2)能量去向：流入某一营养级的能量去向可从以下两个角度分析：定量不定时(在足够长的时间内能量的最终去路)a自身呼吸消耗；b.流入下一营养级(最高营养级除外)；c.被分解者分解利用。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.未利用，即未被自身呼吸消耗，也未被下一营养级和分解者利用，如果是以年为单位研究，这部分的能量将保留到下一年，因此“未利用”是指在有限的时间“还没来得及被利用的能量”。2能量流动特点(1)单向流动的原因食物链中，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。(2)逐级递减的原因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生态金字塔的类型和特点类型项目 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正金字塔形，有时会出现倒金字塔形正金字塔形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一般随营养级升高而递减生物量(现存生物有机物的总质量)沿食物链流动逐级递减每一阶含义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视角_1 考查能量流动过程分析1某同学绘制了如图所示的能量流动图解(其中W1为生产者固定的太阳能)，下列叙述中不正确的是( )A生产者固定的总能量可表示为(A1B1C1A2B2C2D2)B由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为D1/W1C流入初级消费者的能量为(A2B2C2)D图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减C 生产者固定的总能量为W1A1B1C1D1，D1A2B2C2D2，故W1A1B1C1A2B2C2D2，A正确；第一营养级固定的能量为W1，第二营养级同化的能量为D1，能量传递效率为D1/W1，B正确；流入初级消费者的能量为A2B2C2D2，C错误；由图可知，能量流动是单向的，逐级递减的，D正确。2下图表示在一个生态系统中，植物光合作用积累的有机物被植食动物利用的过程。下列有关叙述正确的是( )A之和为输入到生态系统的全部能量B植食动物粪便中的能量包含在中C之和为流向分解者的能量D占的百分比为能量传递效率B 输入生态系统的总能量为生产者固定的太阳能，一部分用于植物呼吸消耗，一部分储存在植物体内的有机物中，A说法错误；植食动物粪便中的能量属于植物同化量的一部分，并未被植食动物同化，B说法正确；表示植食动物呼吸消耗的能量，并没有流向分解者，C说法错误；能量传递效率为相邻两营养级间同化量的比值，植物同化量未知，D说法错误。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。(1)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)消费者产生的粪便中的能量不属于该营养级同化的能量，它实际上与上一营养级的遗体残骸一样，属于未被利用的那部分能量。2能量传递效率与能量利用效率不同。(1)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%。(2)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。视角_2 考查能量流动的有关计算3下图表示某生态系统食物网的图解，若一种生物摄食两种前一营养级的生物，且它们被摄食的生物量相等，则猫头鹰体重增加1 kg，至少需要消耗生产者( )A100 kgB312.5 kgC25 kg D15 kgA 猫头鹰体重增加1 kg，其摄食两种前一营养级的生物，且它们被摄食的生物量相等，由题意知欲求至少消耗生产者的能量，能量传递效率应为20%，所以需要B和D的量均为1220%2.5 kg，使D增重2.5 kg，需要C的量为2.520%12.5 kg，使C增重12.5 kg，需要A的量为12.520%62.5 kg，使B增重2.5 kg，分别需要A和C的量为：2.5220%6.25 kg，使C增重6.25 kg，需要A的量为6.2520%31.25 kg，至少消耗A的总量62.56.2531.25100 kg。4生物甲、乙、丙，构成食物关系如下图。(1)甲能量中比例为a的部分直接提供给丙，则要使丙能量增加m kJ，至少需要消耗甲的能量为_kJ(用所给字母的表达式表示)。(2)丙能量中比例为a的部分直接由甲提供，则要使丙能量增加m kJ，至少需要消耗甲的能量为_kJ(用所给字母的表达式表示)。【解析】 (1)设至少需要消耗甲的能量为x，则xa20%x(1a)20%20%m，求得x25m/(4a1)。(2)由于本设问涉及能量来源调整，可采用逆推法。即ma20%m(1a)20%20%25m20ma。【答案】 (1)25m/(4a1) (2)25m20ma方向调整后的能量计算方法若在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物中获得能量，计算某一生物获得的能量或需要某一生物提供的能量时，首先，要注意某一生物“从不同食物链中获得能量的比例”，或某一生物“给不同生物提供能量的比例，然后按照各个单独的食物链分别计算后合并。顺推法：能量流向调整，从前往后计算。即由植物下推，用“乘法”。逆推法：能量来源调整，从后往前计算。即由高营养级前推，用“除法”。考点二| 物质循环及其与能量流动的关系1物质循环概念(1)循环的物质：组成生物体的化学元素，如C、H、O、N、P、S等元素。(2)循环的范围：生物群落无机环境。(3)循环的特点：具有全球性；往复循环利用。2碳循环(1)碳的存在形式无机环境中：CO2和碳酸盐。生物群落中：主要是含碳有机物。(2)碳循环过程请写出图中各标号的名称。a生产者；b.消费者；c.呼吸作用；d光合作用；e.呼吸作用；f.化石燃料燃烧。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。3温室效应(1)形成原因：大量化石燃料的燃烧，大气中的二氧化碳含量迅速增加，打破了生物圈中碳循环的平衡。(2)影响：导致气温升高，加快极地和高山冰川的融化，导致海平面上升，进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁。4能量流动与物质循环之间的关系(1)区别项目能量流动物质循环(以碳循环为例)形式以有机物为载体主要是无机物特点单向流动、逐级递减全球性、循环性范围生态系统各营养级生物圈(全球性)(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。1判断下列有关物质循环与能量流动叙述的正误。(1)碳可在森林群落和无机环境之间进行循环。()(2)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。()(3)沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用。()【提示】 沼渣、沼液作为肥料还田，能够为生产者提供矿质元素，而能量是以有机物形式存在的，不能循环利用。(4)植物可通过呼吸作用和光合作用参与生态系统的碳循环。()2仔细审读下列碳循环常见变式图解，填充有关内容。(1)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，不能写“无机环境”，也不能写“生物类别”。再根据ac判断：c为消费者，剩下的d为分解者。(2)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。整个图解中，食物链是efdb。视角_1 碳循环过程及特点分析1下图中a、b分别是食物网和碳循环示意图，图a中甲庚代表不同的生物，图b中甲丁代表生态系统的4种成分。下列叙述错误的是( )A图a的食物网中共含有6条食物链B图b中成分甲、丙分别是生产者、分解者C图a中属于第二营养级初级消费者的只有甲、己、庚D图b中以CO2形式流动的生理过程是C 图a中生产者为戊，食物链有6条；图b中甲、乙、丙、丁分别是生产者、消费者、分解者和大气二氧化碳库；图a中属于第二营养级的初级消费者有甲、丁、庚、己；碳循环中以二氧化碳形式流动的过程发生在生物群落和无机环境之间，即图中的，而在生物群落内，以含碳的有机物形式流动。2下图是生态系统中碳循环示意图，其中“”表示碳元素的流动方向。下列叙述不正确的是( )A在碳循环过程中，同时伴随着能量流动B由于某种原因造成图中E大量减少，推测短期内与之相邻的两个营养级生物数量发生的变化是D增加，F减少C该生态系统的消费者包括图中的D、E、F、BDA与C之间碳元素主要以CO2的形式进行循环，FB过程中以含碳有机物的形式进行流动C 分析图形，A、B、D、E、F均有箭头指向C，则C表示大气中的CO2库。A、C之间为双向箭头，则A表示生产者。A、D、E、F均有箭头指向B，则B表示分解者，D、E、F表示消费者。图示中包含的食物链为ADEF，故E减少，短时间内D增加，F减少。碳在生物群落与无机环境之间主要以CO2的形式循环，在生物群落内部是以含碳有机物的形式流动。快速确认碳循环各环节的“三看法”一看双二看多三看“生产者”“消费视角_2 能量流动与物质循环的关系及应用3(2017辽南市二模)图1和图2均表示某生态系统相关内容模式图，请据图分析回答：(1)若图1表示生态系统中的碳循环，则D代表的成分是_，该成分在生态系统中的作用是_。碳在过程中以CO2的形式进行传递的是_。(2)如果去掉图1中的箭头和，用该图表示生态系统中的食物网，其中A、B、C和D都只代表一个物种，则图中共_条食物链，其中A和D的关系是_。若在该食物网中A的能量来自B，D的能量来自B，按10%的能量传递效率，A获得m kJ的能量，则消耗B_kJ。(3)图2表示能量流经第二营养级的过程，那么图中G代表_的能量。设E中的能量为x kJ，F为E的40%，按营养级间能量传递效率可知，该生态系统中生产者所固定的太阳能至少为_kJ，流入次级消费者的能量至少为_kJ。【解析】 (1)若图1表示生态系统中的碳循环，则D代表的成分是分解者，分解者能将有机物分解成无机物。碳在生物群落的各类生物体中以含碳有机物的形式存在，并通过食物链在生物群落中传递；碳在生物群落和无机环境之间的循环主要以CO2的形式进行。因此碳在过程中以CO2的形式进行传递的是。(2)如果去掉图1中的箭头和，用该图表示生态系统中的食物网，其中A、B、C和D都只代表一个物种，则图中共有3条食物链，即BA；BDA；BCDA。A和D都捕食B，为竞争关系，A捕食D，为捕食关系，故A和D的关系是捕食和竞争。若在该食物网中A的能量来自B，D的能量来自B，按10%的能量传递效率，A获得m kJ的能量，则消耗B为10%10%10%10%10%10%280m。(3)图2表示能量流经第二营养级的过程，那么图中G代表用于生长发育繁殖的能量，设E中的能量为x kJ，F为E的40%，按营养级间能量传递效率可知，该生态系统中生产者所固定的太阳能至少为x20%5x kJ，流入次级消费者的能量至少为x10% kJ。【答案】 (1)分解者 将有机物分解成无机物 (2)3 捕食和竞争 280m (3)用于生长发育繁殖 5x 真题验收| 感悟高考 淬炼考能1(2016全国乙卷)在漫长的历史时期内，我们的祖先通过自身的生产和生活实践，积累了对生态方面的感性认识和经验，并形成了一些生态学思想，如：自然与人和谐统一的思想。根据这一思想和生态学知识，下列说法错误的是( )A生态系统的物质循环和能量流动有其自身的运行规律B若人与自然和谐统一，生产者固定的能量便可反复利用C“退耕还林、还草”是体现自然与人和谐统一思想的实例D人类应以保持生态系统相对稳定为原则，确定自己的消耗标准B 生态系统的物质循环和能量流动有其自身的运行规律，人类只能认识并利用其运行规律，不能改变它，故A项正确。生产者固定的能量可多级利用，但不能反复利用，故B项错误。“退耕还林、还草”可防风固沙、涵养水源等，是体现自然与人和谐统一思想的实例，故C项正确。人类应以保持生态系统相对稳定为原则，确定自己的消耗标准，避免过度消耗，破坏生态环境，故D项正确。2(2016全国丙卷)我国谚语中的“螳螂捕蝉，黄雀在后”体现了食物链的原理。若鹰迁入了蝉、螳螂和黄雀所在的树林中，捕食黄雀并栖息于林中。下列叙述正确的是( )A鹰的迁入增加了该树林中蝉及其天敌的数量B该生态系统中细菌产生的能量可流向生产者C鹰的迁入增加了该生态系统能量消耗的环节D鹰的迁入改变了该生态系统能量流动的方向C 根据文字信息写出食物链：植物蝉螳螂黄雀鹰，鹰的迁入会导致黄雀减少、螳螂增加、蝉减少等系列变化，故A项错误。细菌一般是生态系统的分解者，分解者从动植物遗体遗物中获得的能量大部分会通过分解作用以热能的形式散失，不会再被生产者利用，故B项错误。鹰的迁入使该生态系统的食物链由4个营养级变为5个营养级，增加了该生态系统能量消耗的环节，故C项正确。鹰的迁入使该生态系统的食物链营养级增加，但食物链还是只有一条，所以能量流动的方向未改变，故D项错误。3(2015海南高考)关于草原生态系统能量流动的叙述，错误的是( )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D 能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失过程，A正确；分解者的作用就是将有机物分解成无机物，并从中获取生命活动所需的能量，B正确；生态系统维持正常功能需要不断地输入光能，C正确；生产者固定的能量除用于自身呼吸外，部分流向分解者，部分流向下一营养级，D错误。4(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( )B 分析生态系统的数量金字塔需要参考生物个体的大小。第一、二营养级分别是栎树(体型很大)和昆虫，所以第二营养级生物的数量多于第一营养级的，A错误；与第二营养级生物相比，第三营养级生物含有的能量少，并且生物个体较大，所以第三营养级生物的数量少于第二营养级的，同理可知蛇的数量会更少，故选B。5(2015全国卷)某生态系统总面积为250 km2，假设该生态系统的食物链为甲种植物乙种动物丙种动物，乙种动物种群的K值为1 000头。回答下列问题：(1)某次调查发现该生态系统中乙种动物种群数量为550头，则该生态系统中乙种动物的种群密度为_；当乙种动物的种群密度为_时，其种群增长