高中生物 4.2.1 生态系统中的能量流动及物质循环同步课件 苏教版必修3.ppt

第二节生态系统的稳态 第四章生态系统的稳态 一 生态系统中的能量流动及物质循环 第四章生态系统的稳态 学习导航1 能量流动的过程 特点 重难点 2 碳循环的过程 特点 3 能量流动与物质循环的关系 重点 一 生态系统中的能量流动1 能量流动的概念和作用 1 概念生态系统中能量的 包括转化 和 的过程 称为生态系统中的能量流动 输入 传递 散失 2 作用在生态系统中 各个营养级的生物都需要能量 能量是维持生态系统稳态的 2 能量流动的过程 1 输入生态系统的总能量 等于 固定太阳能的总量 2 起点 从生产者固定太阳能开始 3 能量流动的途径 动力 生产者 食物链和食物网 3 能量流动的特点 1 单向流动 能量只能从第一营养级流向 再依次流向 2 逐级递减 能量在沿食物链传递的过程中 每个营养级的生物代谢活动都会消耗相当多的能量 由一个营养级传递到下一个营养级的能量平均约为 第二营养级 下一个营养级 10 4 能量流动的模型 如果将单位时间内各个营养级所得的能量数值 由低到高绘制成图 可形成一个金字塔形 叫做 5 研究能量流动的目的在农业生产中推广生态农业 研究生态系统能量流动的规律 是为了提高生态系统的 使其朝向对人类最有益的方向进行 能量金字塔 能量转化效率 判一判 1 流入生态系统的总能量是太阳光照射到该生态系统的总量 2 能量流动的渠道是食物链和食物网 3 初级消费者粪便中的能量是初级消费者同化能量的一部分 4 能量流动的特点是循环流动 逐级递减的 二 生态系统中的物质循环1 概念 又称为 是指在生态系统中 组成生物体的c h o n p ca等元素 不断进行着从 再回到 的循环 生物地球化学循环 无机环境到生物群落 无机环境 2 与能量流动的关系物质循环的 来自能量 而物质又是能量的 保证能量从一种形式转变为另一种形式 物质循环与能量流动相伴随 动力 载体 1 水循环 大气环流 蒸发 生命活动 营养物质 呼吸作用 co2和碳酸盐 4 人类活动影响 水体富营养化 1 原因 水体中 含量过多 2 结果 等过度繁殖导致生态系统的稳态被破坏 n p 藻类 想一想碳在生物群落中以什么形式传递 既然物质是循环的 为什么人们还不断向农田中施加氮肥 提示 有机物 物质在生物圈范围内是循环的 农田中不断有粮食产出 所以要不断施加氮肥 1 能量流动中能量的分流 1 能量分流图 2 理解流入每一营养级的能量去向 可从以下两个角度分析 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可有三条 一是自身呼吸散热消耗 二是流入下一营养级 三是被分解者分解利用 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 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 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 一是自身呼吸散热消耗 二是流入下一营养级 三是被分解者分解利用 四是未被自身呼吸消耗 也未被后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 四 部分的能量将保留给下一年 2 能量金字塔 数量金字塔 生物量金字塔的比较 3 能量流动的特点 1 单向流动 食物链中各营养级的顺序是不可逆转的 因为捕食关系不可逆转 这是长期自然选择的结果 各营养级的能量大部分以呼吸作用产生的热能的形式散失 这部分能量是不能被重复利用的 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呼吸作用消耗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 传递效率平均约为10 特别提醒能量通过四个左右的营养级 已减少到不足以维持下一个营养级的生命活动的程度 所以一条食物链中营养级一般不超过五个 2012 盐城高二统考 如图是生态系统能量流动的图解 对此图解的理解不正确的是 a 图中方框的大小可表示该营养级生物所具有的能量多少b 该图中c所具有的能量约为b的10 c 该图中的a表示流经该生态系统的总能量d 图中所示四个营养级的能量关系为 a b c d 思路点拨 本题考查能量流动的过程 特点等相关知识 解答本题应掌握以下几点 正确识别图解 理解能量流动过程 掌握能量流动的两大特点 解析 本题考查能量流动的起点 传递及特点等 答案 d 互动探究 1 图解中的能量流动过程中能量的转化形式是怎样的 b c过程中又是怎样转化的 2 b营养级的生物个体数量一定比a少吗 举例说明 提示 1 光能 有机物中的化学能 热能 b c过程中 有机物中的化学能 热能和有机物中的化学能 2 不一定 如a为一棵树 b为树上植食性昆虫 1 计算某一个营养级一段时间的能量变化输入 输出 未利用 输入 该营养级全部个体同化的能量 输出 呼吸消耗的能量 被分解者分解释放的能量 传递给下一营养级的能量 2 计算某一个生物群落一段时间的能量变化输入 输出 未利用 输入 该生物群落中生产者固定的全部太阳能 输出 该生物群落中所有生物 包括分解者 的呼吸作用释放的能量 3 温带地区一年四季中生物群落的能量波动春末 秋初 生物群落总能量逐渐增加 秋末 来年早春 生物群落总能量逐渐减少 4 在一个动态平衡的生态系统中 长期来看 各营养级的能量输入基本等于能量输出 即生物群落内总能量基本稳定 5 1 若一食物网中 已知最高营养级增重为n 要求最多需第一营养级多少时 按最长食物链 最低传递效率计算 要求至少消耗第一营养级多少时 按最短食物链 最高传递效率计算 2 若一食物网中 已知第一营养级重量m 要求最高营养级最多获得多少能量时 应按最短食物链 最高传递效率计算 要求最高营养级最少获得多少能量时 应按最长食物链 最低传递效率计算 如图食物网中 假如猫头鹰的食物有2 5来自兔 2 5来自鼠 1 5来自蛇 那么 猫头鹰若要增加20g体重 最少需要消耗的植物为 a 80gb 900gc 800gd 600g 答案 b 变式训练1 在 棉花 棉蚜 食蚜蝇 瓢虫 麻雀 鹰 这条食物链中 如果食蚜蝇要有5m2的生活空间才能满足自身的能量需求 假如能量传递效率为10 则一只鹰的生活空间至少是 a 5 103m2b 5 104m2c 125m2d 625m2 解析 选a 此题相当于已知食蚜蝇的量求至多增加鹰的量 只不过以生活范围来反映所具有的能量大小 因此鹰所需生活空间至少为 1 10 10 10 5m2 5000m2 1 物质循环的各种形式范围 2 碳循环 碳循环是生物圈基本的物质循环之一 其循环过程如图 1 碳的存在形式 碳在无机环境中的存在形式是co2和碳酸盐 碳在生物群落中存在形式是有机物 碳在生物群落和无机环境之间是以co2的形式进行循环的 2 大气中的碳元素进入生物群落 是通过植物的光合作用 3 大气中co2的来源有三个 一是分解者的分解作用 二是动植物的细胞呼吸 三是化石燃料的燃烧 4 碳元素在生物群落中的传递 主要靠食物链和食物网 传递形式为有机物 5 碳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相互的 其他各成分之间的传递都是单向的 6 一些进行化能合成作用的生物也可将co2转变为有机物进入生物群落 由此 碳循环过程可以归纳为 3 物质循环的特点 1 全球性 物质循环的范围是生物圈 而不是局域性的生态系统 因此 把生态系统的物质循环又叫生物地球化学循环 可简称生物地化循环 2 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 如图是生态系统中碳循环的简明示意图 请据图回答下列问题 1 a过程是 的 作用 具体包括 和 两种类型 2 图中缺少的一个重要箭头是 3 与a过程本质相同的有 过程 用图中字母填写 4 碳在无机环境中以 的形式存在 而在无机环境与生物群落之间以 的形式进行循环 碳循环始终与 结合在一起进行 5 由于全球变暖造成的极端气候正在越来越频繁发生 根据世界气象组织的最新报告 今年的气温在有记录以来的高温年份榜上排名第10 北冰洋海冰数量降至历史新低 面对气候变化 2011年11月28日 12月9日举行的德班世界气候大会也许真的是人类最后的机会了 为了防止co2在大气中含量的上升 可采取哪些措施 至少两条 解析 碳元素在无机环境和生物群落之间的循环 离不开生产者 主要是绿色植物 首先通过绿色植物的光合作用 被合成为有机物进入植物体内 再通过食物链流入各级消费者体内 最后再流入分解者 被分解成co2释放到大气中 同时各种生物的呼吸作用也产生co2 直接回到大气中 另外 人 们目前常用的能源 如石油 天然气 煤等化石燃料燃烧时释放的co2等气体也直接排到大气中 要使大气中co2浓度不再上升 采取的措施中应有加大吸收co2和减少co2排放等 答案 1 分解者分解无氧呼吸有氧呼吸 2 从大气中的co2库到绿色植物 3 bcd 4 co2和碳酸盐co2能量流动 5 植树造林 加大对co2的吸收 减少化石燃料的燃烧 进而减少co2的排放 开发新能源 探规寻律 两种物质循环的比较 变式训练2 下图为农田生态系统中氮循环过程示意图 请根据图回答下列问题 1 完成 过程生物的同化作用方式是 异化作用方式是 过程表示的是 作用 参与此过程的生物有 2 氮元素在生物圈中循环的物质形式有 农田生态系统物质循环不同于自然生态系统物质循环的是 在生产中 人类采取许多措施提高农副产品的产量 有些措施对环境会有影响 请举例 3 有些地区常在一块农田中同时种植大豆和玉米 这种做法的优越性表现在 4 有些农民将大豆秸秆在农田中焚烧以提高土壤肥力 这种做法是否正确 为什么 解析 本题研究生态系统的物质循环中的氮循环过程 图中完成 过程的生物的同化作用方式为化能自养型 异化作用方式为需氧型 过程表示固氮作用 答案 1 化能自养型需氧型固氮固氮的细菌 蓝藻 放线菌 2 硝态氮 氨态氮 有机氮 游离氮农田生态系统中农副产品往往被大量输出 因此必须经常输入大量的物质 才能使农田生态系统的物质循环正常进行 以下各项供参考 大量使用化肥 导致污染 不合理使用农药 导致污染 使害虫抗药性增强 塑料薄膜的使用造成白色污染 3 合理利用光能 提高单位面积的农作物产量 增加土壤肥力 4 不正确 直接焚烧会使大豆秸秆中氮素损失 土壤肥力减弱 且污染大气 生态系统中的各种组成成分 非生物成分 生产者 消费者和分解者 正是通过能量流动和物质循环 才紧密地联系在一起 形成一个统一的整体 图解如下 特别提醒任何一个生态系统的能量流动和物质循环都保持着相对的平衡 这是一个生态系统相对稳定的重要保证 下图为某生态系统中 能量流动与物质循环关系示意图 图中 为有毒物质浓度百万分之一 即10 6 能量单位 kj cm 2 a 1 请回答 1 从完成生态系统功能的角度 简要说明生产者的重要作用是 2 该生态系统的总能量是 kj cm 2 a 1 3 用图中数值计算能量从a到b的传递效率是 其余的能量最终通过生物的 散失 由于生物在代谢中不能再利用 因此能量流动具有 的特点 4 图中无机物箭头指 和co2等物质的流动过程 图中d是 通过它们的 和 两种分解方式 将生物组织内的碳放回空气中 5 在生态系统中 碳循环始终与 结合在一起进行 6 从生态因素的角度看 存在于 中的有毒物质 经 高度浓缩 在 越高的生物体内浓度越大 解析 这是一道全面考查生态系统结构和功能知识的学科内综合题 首先要分析图中各符号所代表的含义 图中所示的是一个生态系统 箭头所示为这个生态系统的能量流动和物质循环的方向 我们知道流经该生态系统的总能量是来自生产者所固定的太阳能 能量在各营养级的传递过程中是单向流动 逐级递减的 其去路有三个方向 一是 各营养级的生物在分解有机物用于生命活动时 总有一部分能量以热能的形式散失 二是大部分的能量未被下一个营养级所利用 其排泄物等流入分解者中 三是只有小部分流入下一个营养级 所以流经该生态系统的总能量应该是生产者中能量的三个去路之和 97 306 63 466 由a到b的能量传递效率 63 466 100 13 5 依此类推 答案 1 能量流动 物质循环的基础 2 466 3 13 5 细胞呼吸热能单向流动 逐级递减 4 水无机盐分解者有氧呼吸无氧呼吸 发酵 5 能量流动 6 无机环境食物链营养级 变式训练3 下列关于碳循环的说法错误的是 a 生物群落中的碳元素主要是依靠光合作用固定的b 温室效应主要是由化石燃料的燃烧造成的c 光合作用固定的二氧化碳与呼吸作用释放的二氧化碳相等时 大气中的二氧化碳即可维持稳定d 碳循环过程中伴随着能量的流动 解析 选c 大气中的二氧化碳的来源除了生物的呼吸作用外 化石燃料的燃烧等也是重要的来源 所以光合作用固定的二氧化碳与呼吸作用释放的二氧化碳相等时 大气中的二氧化碳也不一定能维持稳定 有关能量数值的计算易出现错误 例题 如图所示为某生态系统中的食物网简图 若e种群含有的总能量为5 8 109kj b生物种群所含有的能量为1 6 108kj 从理论上分析 a生物种群获得的总能量最多是 a 2 0 108kjb 2 32 108kjc 4 2 108kjd 2 26 108kj 解析 本题考查能量流动的计算 从图中可以看出 e的能量传递有三条途径 但只有两条途径能传递到a 所以c和d获得的总能量为5 8 109kj 20 1 6 108kj 1 109kj 所以a获得的能量最多为1 109kj 20 2 0 108kj 答案 a 纠错笔记 有关能量的 最值 计算方法总结如下 化肥与池塘富营养化的实验探究 例题 你面前有a b c三个水样 它们是通过如下处理获得的 从泛着绿色的池塘取水 静置4小时 倒去上清液 留下藻类 再加清水 静置4小时 再倒去上清液 留下藻类 重复3次 最后加水至900ml 将900ml藻液搅拌均匀 分别倒入3只300ml烧杯中继续培养 a烧杯中加入0 3g洗衣粉和0 3g尿素 b烧杯加入0 3g尿素 c烧杯中不加其他物质 在向阳的窗台上培养5天 得到水样a b c 根据上述处理过程回答如下问题 1 如何通过实验大致计算出3个水样中绿藻的密度哪个大哪个小 2 前面处理中第一步处理的目的是什么 3 如果已知洗衣粉中含有一定量的磷 并且你的检测结果表明加入洗衣粉和尿素的烧杯中藻类生长得最好 这可以说明什么问题 4 上述实验不能证实氮和磷在藻类大量繁殖和生长中谁更重要 如何完善上述实验过程来证实这一点 5 池塘中藻类大量繁殖和生长称为 水体富营养化 大多数远离城市的天然池塘 施入一定的氮肥 常常不能引起池塘富营养化 而施入一定的磷肥后 很快引起池塘富营养化 上述