【步步高】（ 广西专用）高考生物一轮复习第九单元 第47课时生态系统的能量流动和物质循环.doc

第47课时生态系统的能量流动和物质循环一、能量流动的概念和过程1概念：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。2能量流动的过程(1)能量的输入起点：从生产者固定太阳能开始。总能量：生产者固定的全部太阳能。(2)能量的传递传递渠道：食物链和食物网。传递过程，见下图。(3)能量的转化和散失太阳能有机物中化学能二、能量流动的特点、金字塔及意义1单向流动：能量流动只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面的各个营养级，不可逆转，也不可循环流动。2逐级递减：能量在沿食物链流动的过程中传递效率大约为1020%。3能量金字塔：将单位时间内各个营养级所得到的能量数值由低到高绘成图，可形成一个金字塔图形。4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。三、生态系统的物质循环1概念：无机环境 生物群落2特点：循环流动、反复利用、全球性。3实例碳循环(1)碳在无机自然界中的存在形式：co2和碳酸盐。(2)循环形式：co2(主要)。(3)循环过程无机环境(co2) 生物群落(有机物)在生物群落中以有机碳形式沿食物链(网)传递。(4)温室效应形成原因：大量化石燃料的燃烧，大气中的co2含量迅速增加，打破了生物圈中碳的平衡。影响：加快极地和高山冰川的融化，导致海平面升高，进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁。4与能量流动的关系：二者同时进行，相互依存，不可分割，物质是能量载体，能量则是物质循环的动力。5意义：通过能量流动和物质循环使生态系统中的组成成分紧密地联系在一起，形成一个统一整体。考点135生态系统的能量流动分析1能量的来源及去向图解(1)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该营养级同化能量，应为上一个营养级固定或同化能量。(2)消费者同化能量(b)呼吸消耗(d)生长、发育和繁殖(e)。(3)生长、发育和繁殖(e)分解者分解利用(f)下一营养级同化(i)未被利用(j)，即消费者同化能量若为两部分之和是bde；若为四部分之和是bdfij。2生态系统的能量流动过程可以用下图表示流入每一营养级的能量去向可从以下两个角度分析：(1)定量不定时分析：流入某一营养级的一定量的能量，在足够长的时间内的去路有三条：自身呼吸散热消耗；流入下一营养级；被分解者分解利用。但这一定量的能量不管如何传递，最终都以热能形式从生物群落中散失，只有生产者源源不断地固定太阳能，才能保证生态系统能量流动的正常进行。(2)定量定时分析：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：自身呼吸散热消耗；流入下一营养级；被分解者分解利用；未被自身呼吸消耗，也未被下一营养级和分解者利用，即“未利用”。如果是以年为单位研究，第4部分的能量将保留给下一年。1如图为某生态系统中能量流动图解部分示意图，各代表一定的能量值，下列各项中正确的是()a表示流经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100 kgc生物与生物之间吃与被吃的关系一般不可逆转，所以能量流动具有单向性d从能量关系看答案c解析仅仅是流经该生态系统内部总能量的一部分，所以a错误；次级消费者增加1 kg，生产者至少增加25 kg，所以b错误；从能量关系上看，所以d错误。2(2010山东理综，6)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%20%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答案c解析本题考查了动物所摄取食物利用的过程及特点。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%20%是营养级的能量传递效率，而不是同化量和获取量之间的比值；圈养动物产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/值高于食草性哺乳动物。考点136能量流动特点与金字塔1能量流动特点及原因(1)单向流动捕食关系不能逆转且散失的热能不能利用。(2)逐级递减自身呼吸消耗分解者分解未被利用2能量传递效率能量传递效率100%一般说来，能量传递的平均效率大约为10%20%。提醒同一食物链不同环节能量传递效率往往不完全相同，不涉及“最多”、“最少”，计算时不能按10%或20%，而需按具体数值计算，如在食物链abcd中，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若a的能量为m，则d的能量为ma%b%c%。3能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔不同的金字塔能形象地说明营养级与能量、数量、生物量之间的关系，是定量研究生态系统的直观体现。类型项目能量金字塔数量金字塔生物量金字塔含义各营养级固定的总能量每一营养级生物个体的数量每一营养级现存生物的总质量形状特点呈正金字塔形一般呈正金字塔形一般呈正金字塔形分析能量流动的过程中总是有能量的耗散一株大树上，鸟、虫、树的数量金字塔的塔形会发生倒置浮游植物的个体小，寿命短，又不断被浮游动物吃掉，所以某一时间浮游植物的生物量(用质量来表示)可能低于浮游动物的生物量1在一条食物链中，由低营养级到高营养级推算，前一营养级比后一营养级含量一定多的指标是“能量”，而“数量”和“生物量”均可能出现反例。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。3某营养级的“粪便”中的能量不同于“尿液”中的能量。前者应归于上一营养级，是未被该营养级利用的能量(含在上一营养级同化能量的80%90%中)；后者则归于该营养级，是该营养级所同化的能量中的一部分(含在上一营养级传递来的10%20%的能量中)。4以金字塔图形式呈现如下图所示，如果成千上万只昆虫生活在一棵大树上，鸟又以该树上的昆虫为食(食物链：树昆虫鸟)。那么树、昆虫和鸟的能量金字塔、生物量金字塔和生物数量金字塔可依次表示为a、a、c。3(2010江苏卷，11)有人发起“多吃素食、少吃肉食”的运动，以支援粮食短缺地区的灾民。运用生态学知识对此的合理解释是()a多吃肉食会增加心血管病的发病率b直接以低营养级的生物为食将消耗生态系统更多的能量c多吃肉食比多吃素食消耗的粮食总量更多d节省的肉食可以帮助灾民提高营养水平答案c解析从食物链中的能量流动特点来看，营养级越高，在能量流动过程中损失的能量越多。多吃素食，是将人放在初级消费者的层次上，只经过一次能量传递，这样人获得的能量最多，消耗的粮食总量最少。4(2009广东理基，51)下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答案c解析是生产者，是初级消费者，以此类推，应为三级消费者。5下图中甲图表示一个海滩湿地生态系统中部分生物的食物关系。请据图回答问题：(1)在该生态系统中，既是分解者又可作为消费者食物的生物是_。(2)请根据甲图中的生态系统，写出乙图中能量金字塔各营养级的所有生物名称：_；_；_。答案(1)细菌(2)藻类、大米草食草虫、线虫、海螺沼蟹、蜘蛛(注意：回答问题完整)考点137碳循环1过程图解及解读(1)大气中的碳元素进入生物群落，是通过植物的光合作用(主要途径)或硝化细菌等的化能合成作用完成的。(2)碳元素在生物群落与无机环境之间循环的主要形式是co2；碳元素在生物群落中的传递主要沿食物链和食物网进行，传递形式为有机物。(3)大气中co2的主要来源：a.分解者的分解作用；b.动植物的细胞呼吸；c.化石燃料的燃烧。(4)碳元素在无机环境与生物群落之间传递时，只有生产者与无机环境之间的传递是双向的，其他成分都是单向的。(判断成分的依据)2温室效应(1)成因工厂、汽车、飞机、轮船等对化石燃料的大量使用，向大气中释放大量的co2。森林、草原等植被大面积的破坏，大大降低了对大气中co2的调节能力。(2)危害加快极地冰川融化，导致海平面上升，对陆地生态系统和人类的生存构成威胁。(3)缓解措施植树造林，增加绿地面积。开发清洁能源，减少化石燃料燃烧。6(2010广东理综，26)气候变化与生态系统的碳循环密切相关。下表为a、b两个不同时期陆地生态系统与大气环境的碳交换情况。时期碳吸收量(kg ca1)碳释放量(kg ca1)a1.2010141.201014b1.2010141.261014(1)生态系统碳的吸收主要是通过_作用实现的，碳的释放主要是通过_作用实现的。(2)表中_时期的生态系统处于稳定状态，原因是_。(3)由于过度的人工碳排放，破坏了生态系统的_，导致大气中_增加并引起全球气候变化。(4)人们正在积极开发新能源以减少碳排放。如“叶绿素太阳能电池”是模仿囊状结构吸收光能的特性而制造的，囊状结构吸收光能的过程发生在光合作用的_阶段；又如经改造的蓝藻能在细胞内将光合作用产生的_直接发酵转化为燃料乙醇。答案(1)光合呼吸(2)a碳吸收量等于碳释放量(3)碳平衡co2浓度(4)光反应有机物解析(1)光合作用吸收co2，呼吸作用放出co2，生态系统中碳循环主要通过光合作用和呼吸作用进行。(2)生态系统中碳的吸收量等于释放量时，该生态系统正处于稳定状态，而当碳的吸收量大于释放量时，处于生长期，当碳的吸收量小于释放量时，则处于衰退期。(3)过度的人工碳排放使得碳的释放量大大的超出碳的吸收量，从而破坏了生态系统的稳定性，大气中不能被吸收的大量co2能引起温室效应，导致地球气候变化。(4)光合作用的光反应阶段，光能的吸收发生在叶绿体的囊状结构薄膜上，光合作用的产物葡萄糖经酒精发酵可生成乙醇。 利用“拼图法”解决能量流动中的难题输入第一营养级的能量(w1)，被分为两部分：一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了(a1)，一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖(b1c1d1)。而后一部分能量中，包括现存的植物体b1流向分解者的c1、流向下一营养级的d1。参考图示，很容易理解以下问题：1流经整个生态系统的总能量是生产者固定的总能量，即w1。将图中第三营养级同化的总能量d2“拼回”第二营养级，则刚好等于d1，即第二营养级同化的总能量；再将d1“拼回”第一营养级，则刚好等于生产者固定的总能量w1。可见，在一个草原生态系统中，草原上所有生物的总能量都来自w1，所有生物总能量之和都小于w1(呼吸作用消耗的缘故)。2能量传递效率不会是100%。从上图可以看出，从第一营养级向第二营养级能量的传递效应等于d1/w1，因此不会达到100%，一般情况下，能量传递效率为10%20%。3在解决有关能量传递的计算问题时，首先要确定相关的食物链，理清生物与生物在营养级上的差值。研究人员在对甲、乙两个不同的生态系统调查后发现，两个生态系统的生产者总能量相同，甲生态系统只有初级和次级消费者，乙生态系统则有初级、次级、3级和4级消费者。如果其他的因素都一样，则下列选项叙述正确的是()a甲生态系统中现存的消费者的总能量大于乙生态系统中现存的消费者的总能量b甲生态系统的消费者总能量小于生产者同化的总能量，但乙生态系统则相反c甲、乙生态系统的消费者总能量都大于生产者同化的总能量d乙生态系统的消费者总能量大于甲生态系统的消费者总能量解析由于消费者的总能量属于生产者同化的总能量的一部分，因此b、c项的说法都不正确。随着食物链的延长，能量逐级递减，因此食物链越长的生态系统中，储存在生物体内的能量就越少。乙生态系统中营养级的数量多于甲生态系统，因此乙生态系统中现存的消费者的总能量小于甲生态系统中现存的消费者的总能量。答案a体会能量流动中传递效率的相关计算需注意(1)流入各级消费者的总能量指的是该级消费者同化的总能量，消费者粪便中所含有的能量不能计入其同化的总能量中。因此，同化量摄入量粪便中的能量。(2)能量传递效率某一个营养级的同化量/上一个营养级的同化量。(3)计算某一生物所获得的最多(最少)的能量规律(设食物链为abcd)：已知问题求解思路d营养级净增重m至少需要a营养级多少n(20%)3m最多需要a营养级多少n(10%)3ma营养级净增重nd营养级最多增重多少n(20%)3md营养级至少增重多少n(10%)3m(4)涉及多条食物链的能量流动计算时，若根据要求只能选择食物网中的一条食物链，计算某一生物获得的最多(或最少)的能量。其规律如下：生产者消费者 对物质循环过程不理解，不会识别相关图解如图表示生物圈中碳循环的部分示意图。甲、乙、丙、丁构成生物群落，箭头表示循环过程。下列有关说法正确的是()a大气中的气体x是指co2和cob完成过程的能量主要是由过程提供的c丁经过程获得的能量占甲、乙、丙总能量的10%20%d丙处在第三营养级错因分析对涉及物质循环的一些生理过程不清楚；不会判断相关图解中字母表示的各种成分。解析生物群落与无机环境之间的碳循环是以co2的形式进行的，故图中大气中的气体x代表co2；图中甲为生产者，乙为初级消费者(第二营养级)，丙为次级消费者(第三营养级)；完成过程的能量主要由太阳能提供；捕食食物链中相邻营养级间的能量传递效率为10%20%。答案d纠错笔记(1)碳循环过程示意图弄清箭头的方向及代表含义。(2)将上图换成字母，并尝试判断四种成分(找依据)据图判断a、b、c、d各代表哪种成分？先根据双向箭头确定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确定c为消费者，剩下d为分解者。(3)变形图之一解读根据与之间的双向箭头判断：是生产者，是非生物的物质和能量。根据的碳都流向，可进一步判断：是初级消费者，是次级消费者，是分解者。(4)变形图之二解读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，一个是大气中的co2库。又因为其他各个成分都有箭头指向a，所以a为大气中的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。整个图解中，食物链是efdb。题组一能量流动核心考查1下图是生态系统中能量流经各营养级的示意图。由于呼吸的消耗，上一个营养级的能量只能一部分流入下一个营养级。以下对图中“呼吸”的理解正确的是()a指生物在呼吸等新陈代谢和各种活动中消耗的全部能量b指生物进行有氧呼吸时产生的全部能量c所有生产者和消费者都进行有氧呼吸和无氧呼吸d分解者通过呼吸从生产者和消费者那里得到自身生命活动所需要的能量答案a2(2011海南卷，21)关于生态系统的叙述，正确的是()a生态系统中生产者得到的能量必然大于消费者得到的b生态系统中的信息传递对所有捕食者都必然是有利的c生态系统的食物链中营养级越高的生物，其体型必然越大d生态系统的食物链中营养级越高的生物，其体型必然越小答案a解析能量在生态系统中是单向流动、逐级递减的，某一营养级的能量约是其上一营养级的10%20%；生态系统的信息传递可调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定，但并非对所有捕食者都有利；生态系统中的营养级与生物的体型大小没有必然联系。题组二物质循环3下图是生态系统中碳循环示意图，其中“”表示碳的流动方向。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生物数量大量减少，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、bdac过程中碳主要以co2的形式进行循环，fb以含碳有机物的形式进行流动答案c解析分析图形，a、b、d、e、f均有箭头指向c，则c是无机环境中的二氧化碳库。a、c之间为双向箭头，a为生产者。a、d、e、f均有箭头指向b，则b为分解者，d、e、f为消费者。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，在生物群落内部以含碳有机物的形式流动。4在一般情况下，下列关于生态系统中物质循环的主要渠道的图解，正确的是()答案a解析生态系统中的物质循环是由于生产者和分解者接通了生物群落与无机环境的通道，生产者通过光合作用或化能合成作用，利用光能或氧化无机物释放的能量，将无机物合成为有机物，这样无机环境中的物质进入生物群落，经各级消费者利用，最后经分解者的分解作用又将有机物转化成无机物归还到无机环境中去。题组三物质循环和能量流动的综合考查5(2010大纲全国卷，5)下图是一个农业生态系统模式图，关于该系统的叙述，错误的是()a微生物也能利用农作物通过光合作用储存的能量b沼气池中的微生物也是该生态系统的分解者c沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用d多途径利用农作物可提高该系统的能量利用效率答案c解析一个完整的生态系统是由非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者四部分构成，在沼气池中，微生物分解有机物，产生可燃气体，属于分解者；生态系统中，物质是可以循环利用的，而能量是单向逐级递减的，c项的叙述违背了这一原则，因此是错误的。6(2010海南卷，23)请回答：(1)碳在生物群落与无机环境之间的循环主要以_的形式进行。驱动整个生态系统运转的能量主要来源于_的太阳能。(2)分解者通过_和_的方式将有机物分解成co2等释放到无机环境中。(3)下图所示的食物网中共有_条食物链，其中初级消费者是_。(4)如果环境中的某种有毒物质在生物体内既不能分解，也不能排出体外，则该物质经_的传递后，便可在不同的生物体内积累，因此，通常生物所在的_越高，该有毒物质在其体内的积累量越大。答案(1)co2绿色植物固定(或光合作用固定)(2)有氧呼吸无氧呼吸(或发酵)(3)3兔和鼠(4)食物链营养级解析本题考查生态系统能量流动和物质循环的基础知识。在生物群落和无机环境之间，碳循环的形式是co2，在生物群落内部，是以含碳有机物的形式沿着食物链和食物网进行传递。生产者固定的太阳能是流经整个生态系统的总能量。分解者的分解作用实际上就是其呼吸作用，包括有氧呼吸和无氧呼吸。环境中的某些有毒物质伴随着食物链和食物网在生物体内富集，营养级越高，含量越高。【组题说明】考点题号错题统计错因分析能量流动1、5、6、8物质循环2、3、4、10综合考查7、9特别推荐流程图解题6、8；知识综合考查101如图为生态系统能量流动的部分图解，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答案b解析生态系统的能量流动是单向的、逐级递减的；次级消费者属于第三营养级；图中代表流向分解者的能量。2关于生态系统中碳循环的说法，错误的是()a各级消费者所利用的碳都直接或间接来自生产者b分解者在碳循环中起重要作用c碳在无机环境中仅以co2形式存在d碳在无机环境与生物群落间是以co2形式进行循环的答案c3如图为生态系统中碳循环示意图，箭头表示循环方向。下列相关叙述正确的是()a图中甲、乙、丙构成了该生态系统的生物群落b图中b、c、d过程均可表示不同生物的细胞呼吸c缺少类群丙则生态系统的物质循环不能正常进行d由于细胞呼吸的消耗，乙对食物的同化量远小于摄入量答案d解析甲、丁分别表示生产者、分解者，乙、丙表示消费者。图中甲、乙、丙、丁的全部生物构成生物群落；c、d分别表示乙、丙同化的能量，b表示生产者的呼吸量；缺少丁类生物，物质循环将不能正常进行；乙同化的能量中有大部分通过呼吸作用散失，只有少部分用于乙生长、发育、繁殖。4在碳循环中，连通无机环境和生物群落的生物类群和生理作用分别是()生产者消费者分解者光合作用呼吸作用蒸腾作用化能合成作用a； b；c； d；答案b解析碳循环中，生产者通过光合作用或化能合成作用将co2转化为有机物进入生物群落，分解者则通过分解作用把有机物变成co2返回无机环境。5如图为某生态系统能量流动示意图单位：j/(cm2a)，以下分析不正确的是()a甲的数值是1 250 j/(cm2a)b乙到丙的能量传递效率为15%c每一营养级的能量大部分用于呼吸作用和被丁利用d乙的个体数目一定比甲少答案d解析一般情况下，随着营养级的增加，动物个体的数量会减少，个体的体积会增大，但是也存在特殊情况，例如树上的昆虫与树之间的关系。6某生态系统中存在如图所示的食物网，如将c的食物比例由ab11调整为21，能量传递效率按10%计算，该生态系统能承载c的数量是原来的()a1.875倍 b1.375倍c1.273倍 d0.575倍答案b解析解题时应该从c出发，设当食物比例ab11时，c的能量为x，需要的a为(1/2)x10(1/2)x101055x。设当食物比例ab21时，c的能量为y，需要的a为(2/3)y10(1/3)y101040y。由于两种情况下，生产者的数量是一定的，所以55x40y，则y1.375x。7如图表示某生态系统一年中co2的释放和消耗状况。有关叙述正确的是()注：生产者呼吸释放量，分解者呼吸释放量，消费者呼吸释放量，生产者光合作用消耗量。a流经该生态系统的总能量可用表示b的量越小，说明该生态系统施用的有机肥料越多c该生态系统中消费者同化量的多少可用表示d该生态系统一年中co2的释放量与消耗量相等答案a解析表示生产者光合作用消耗的co2量，可表示流经该生态系统的总能量；生态系统施用的有机肥料越多，分解者呼吸越旺盛，释放的co2量越多；生态系统中消费者同化量大于表示的呼吸量；该生态系统一年中co2的释放量小于消耗量，这是因为还有一部分能量储存在生物体内。8下图为生态系统中部分能量流动情况示意图，各代表一定能量，下列有关叙述正确的是()a从能量关系看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答案d解析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(流入分解者中的能量)和通过生产者呼吸消耗的能量，故a错误；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，故b错误；最高级消费者获得能量最少，故c错误。9如图甲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。现对图中的各营养级所含有的能量进行分类剖析，其中分析不正确的是(注：图乙中