湖北省高考生物总复习 3210生态系统的功能 能量流动和物质循环配套课件 中图版必修3 .ppt

第10讲生态系统的功能 能量流动和物质循环 生态系统中物质循环和能量流动的基本规律及应用 知识点一生态系统的能量流动1 概念生态系统中能量的 和 的过程2 过程 1 输入途径 主要是生产者的 2 起点 从 固定太阳能开始 总能量为生产者所固定的全部太阳能 输入 传递 转化 散失 光合作用 生产者 3 途径 以有机物形式沿 向下一营养级传递 散失的是三大功能类群生物呼吸作用产生的热能 食物链 答案 分解者 3 特点 1 沿食物链由低营养级流向高营养级 不可 也不能 2 传递效率为10 20 a 每个营养级生物都因呼吸作用而散失部分热能b 每个营养级总有部分能量被分解者利用c 每个营养级生物总有一部分能量不能被下一营养级利用能量金字塔 将单位时间内各个营养级所得到的能量数值 绘成图 可形成一个金字塔图形 单向流动 逆转 循环流动 由低到高 逐级递减 4 意义 1 帮助人们科学规划 设计 使能量得到 的利用 2 帮助人们合理地 生态系统中的能量流动关系 使能量 地流向对人类最有益的部分想一想 某动物同化能量为100kj 其中有多少能量随粪便排出 答案 动物粪便应属食物残渣 这是未曾消化吸收的部分 它不属动物的同化量 故动物同化能量中没有随粪便排出的能量 人工生态系统 最有效 调整 持续高效 知识点二生态系统的物质循环1 概念 2 特点 反复利用 全球性 循环流动 co2 有机物 食物链或食物网 co2 4 温室效应 碳循环 融化 上升 co2 4 与能量流动的关系 二者同时进行 相互依存 不可分割5 意义通过能量流动和物质循环使生态系统中的 紧密地联系在一起 形成一个统一整体议一议 就能量和物质而言生物圈可否保障 自给自足 为什么 答案 由于能量流动只能是单向的 逐级递减的 流向一个生态系统的能量只能从生产者固定太阳能开始 因此生物圈内的能量无法实现自给自足 它必须依赖生物圈外向其源源不断地输入太阳能 然而 就物质而言由于物质是可循环流动 反复利用的 故生物圈可实现物质上的自给自足 各种组成成分 能量流动过程图解 以初级消费者为例 上述图解中存在如下三种关系 1 同化量 摄入量 粪便 2 同化量 呼吸散失量 储存量 3 粪便实际上是上一营养级的未被利用的成分 通过分解者将其分解 判一判1 生态系统的能量流动指能量的输入和输出过程 2 流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能 3 生态系统中的能量流动是单向的 且是逐级递减的 4 相邻两个营养级的能量传递效率不会小于10 也不会大于20 5 研究能量流动 可合理设计人工生态系统 高效利用能量 7 参与循环的物质是组成生物体的各种化合物 8 物质和能量都是往复循环 重复利用的 9 物质是能量流动的载体 能量流动是物质循环的动力 10 化学燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 生态系统中能量流动分析 高考地位 5年15考 2012安徽卷 海南卷 四川卷 2011山东卷 福建卷 1 对能量流动的理解 能量流动 是生态系统的基本功能之一 能量是维持生态系统存在和发展的动力 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 这部分的能量将保留到下一年 3 流动模型 生态金字塔的类型 含义比较 本考点属高考重点与热点之一 对能量流动的考查所涉及的主要内容包括能量流动的特点 相关概念的比较理解 如能量传递效率与能量利用率 同化量与摄入量 能量传递效率的计算等 题型既有选择题 也可结合生态系统的结构及物质循环命制非选择题 典例1 2012 安徽理综 30 某弃耕地的主要食物链由植物 田鼠 鼬构成 生态学家对此食物链能量流动进行了研究 结果如下表 单位是j hm2 a 1 能量从田鼠传递到鼬的效率是 2 在研究能量流动时 可通过标志重捕法调查田鼠种群密度 在1hm2范围内 第一次捕获并标记40只田鼠 第二次捕获30只 其中有标记的15只 该种群密度是 只 hm2 若标记的田鼠有部分被鼬捕食 则会导致种群密度估算结果 3 田鼠和鼬都是恒温动物 同化的能量中只有3 5 用于 其余在呼吸作用中以热能的形式散失 4 鼬能够依据田鼠留下的气味去猎捕后者 田鼠同样也能够依据鼬的气味或行为躲避猎捕 可见 信息能够 维持生态系统的稳定 解析本题主要考查生态系统功能和种群密度调查的相关知识 1 分析表中数据 可求得能量从田鼠传递到鼬的效率是 2 25 7 50 108 100 3 2 根据标志重捕法调查种群密度的公式计算 1hm2范围内 田鼠的种群密度为 40 30 15 80 只 若标记的田鼠有部分被捕食 则重捕时标记的田鼠较未被捕食时少 这样求得的田鼠种群密度会偏高 3 田鼠和鼬同化的能量一部分以热能形式散失 另一部分用于自身的生长 发育 繁殖等生命活动 4 通过题干所述 可知信息能够调节生物的种间关系 维持生态系统的稳定 答案 1 3 2 80偏高 3 生长 发育 繁殖等生命活动 4 调节生物的种间关系 公式1 动物同化的能量 摄入量 粪便有机物中的能量 即摄入的食物只有部分被同化 例如蜣螂利用大象的粪便获得能量 就不能说蜣螂获得了大象的能量 公式2 一个营养级所同化的能量 呼吸散失的能量 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 训练1 2013 泰安市期中 一只羊在一年内吃100kg的草 排出20kg的粪 长了10kg的肉 不考虑其他散失 下列有关说法不正确的是 a 该羊一年的同化量是80kgb 第一营养级到第二营养级的能量传递效率为10 c 20kg的粪属于羊未同化的能量d 该羊一年的呼吸量是70kg 解析羊一年的同化量 摄入量 粪便量 80 kg 粪便是羊未同化的能量 羊一年的呼吸量 同化量 有机物积累量 70 kg 题干中未指出草的同化量 故不能计算出第一营养级到第二营养级的能量传递效率 答案b 训练2 易错高考题 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 解析 的含义是有机物积累量 同化量 在同化量相同的情况下 由于恒温动物要维持自身的体温 所以其体内积累的有机物要少于变温动物 所以恒温动物的 值一般低于变温动物 表示同化量 获取量 而不是能量传递率 能量传递率是后一营养级的同化量与前一营养级的同化量的比值 表示同化量 食入量 圈养动物一般要求短时间内长大 例如养猪 育肥速度越快越好 同化量高就意味着长得快 这个比值高意味着用同样的饲料能够让圈养的动物长得更多 食草动物的食物中含有大量纤维素 纤维素绝大部分不能被同化 食肉动物的食物中 营养物质主要是蛋白质 脂肪等 绝大部分都可以被同化 即食肉哺乳动物的 值要高于食草动物 答案c 碳循环及物质循环和能量流动的关系 高考地位 5年7考 2011天津卷 2010海南卷 广东卷 1 碳循环过程 2 物质循环的特点 1 全球性 物质循环的范围是生物圈 2 往复循环 重复利用 物质可以在无机环境和生物群落之间反复利用 3 能量流动和物质循环的区别与联系 4 能量流动和物质循环的关系图解 高考中对物质循环的考查 可以与光合作用 化能合成作用 细胞呼吸等生理过程结合起来考查 也可以与生态系统结构 能量流动及温室效应和低碳经济等社会热点问题相联系进行综合考查 典例2 改编题 大气中co2过多与碳循环失衡有关 因而 低碳生活 已经获得全社会有识之士的普遍认同 下列判断不正确的是 a 增加自养生物的种类和数量有利于降低大气中的co2含量b 大气中co2的增加主要与异养生物 的数量增加有关c 该生态系统中的自养生物与所有异养生物构成了生物群落d 该图能表示物质循环过程 不能准确表示能量流动方向 解析理清生产者的代谢特征 大气中co2的主要来源 生物群落的概念是解题的关键 自养生物可以利用大气中的co2来制造有机物 使环境中的co2含量降低 大气中co2的增加主要是化学燃料的大量燃烧所引起的 而异养生物数量的增加对大气中co2浓度的改变不会有很大影响 自养生物为生产者 异养生物为消费者和分解者 可以构成一个生物群落 生态系统的能量只能单向传递 答案b 易错点1识图解题时对物质循环的变式图解分析不到位而出错点拨 1 碳循环过程示意图弄清箭头的方向及代表含义 2 将右图换成字母 并尝试判断四种成分 找依据 如下面三种变式图 规避2个易错点 易错点2分析能量流动的计算题时 是使用 最值 计算 还是使用 定值 计算 分析不透 把握不准而出错点拨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 理清生物在营养级上的差别 能量传递效率为10 20 解题时注意题目中是否有 最多 最少 至少 等特殊的字眼 从而确定是否使用10 或20 进行 最值 计算 1 关于 最值 的计算 在能量流动的相关问题中 若题干中未作具体说明 则一般认为能量传递的最低效率为10 最高效率是20 在已知较高营养级生物的能量求较低营养级生物的能量时 2 关于 定值 的计算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a b c d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m a b c 纠错演练1 如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 bd a c过程中碳的流动主要以co2的形式进行 f b过程中以含碳有机物的形式进行 解析物质循环和能量流动是相互依存的 物质循环是能量流动的载体 能量流动是物质循环的动力 图中的食物链是a d e f 如果e的数量大量减少 则它的食物来源d的数量在短期内会增加 而它的天敌f的数量在短期内会因食物减少而减少 b属于分解者 而不是消费者 c为大气中的co2库 碳在a与c之间主要是以co2的形式流动的 而在生物群落内是以含碳有机物的形式流动的 答案c 2 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a a1 a2表示上一年留下来的能量 e e1 e2表示呼吸消耗量 a b c d e为本年度流入该生态系统的总能量b c1表示初级消费者中被次级消费者所同化的能量c b和d之一可代表生产者传递给分解者的能量d 初级消费者产生的粪便中所含的能量是包含在c中的 解析由图可知 c c1分别是生产者流入初级消费者 初级消费者流入次级消费者的能量 即初级消费者 次级消费者同化的能量 b c d e为生产者固定的能量 即本年度流入该生态系统的总能量 b和d b1和d1 b2和d2 之一可代表粪便 遗体残骸等传递给分解者的能量 初级消费者产生的粪便中所含的能量属于生产者同化的能量 应包含在b或d中 答案d 答案b 土壤微生物的分解作用 2010全国卷 高考地位 5年1考 1 实验原理 1 土壤中存在种类 数目繁多的细菌 真菌等微生物 它们在生态系统中的成分为分解者 2 分解者的作用是将环境中的有机物分解为无机物 其分解速率与环境中的温度 水分等生态因子有关 2 实验流程 高考对本点单独考查频度不高 多与生态系统物质循环过程相结合命制选择题或非选择题 含实验探究题 典例 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 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1h 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非生物环境条件进行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 请根据预期结果在如图中绘出相应的曲线 解析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 如右图 生态系统的能量流动 1 2012 海南单科 19 下图为某生态系统的能量流动简图 下列叙述错误的是 a 甲是生产者 乙是消费者b 该生态系统是一个开放的系统c 能量通过光合作用固定并进入系统 可以热能形式输出d 甲 乙和分解者所贮存的能量之和是输入该生态系统的总能量 解析本题考查的是生态系统的结构和功能方面的知识 甲能固定太阳能 是生产者 乙以甲为食 是消费者 该生态系统的能量输出到其他生态系统中 故该生态系统是一个开放的系统 太阳能必须经过生产者的光合作用 化能合成作用 转化成化学能才能进入生态系统并开始流动 生态系统的能量可以电能 热能 化学能的形式输出 生产者所固定的太阳能是流经生态系统的总能量 答案d 2 2010 江苏单科 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 解析 多吃素食 少吃肉食 能节约粮食 其生态学原理在于降低人在食物链中的营养级 从而节约更多的粮食 故正确答案为c 答案c 3 2012 四川理综 31 为防治农田鼠害 研究人员选择若干大小相似 开放的大豆田 在边界上每隔一定距离设置适宜高度的模拟树桩 为肉食性猛禽提供栖息场所 设桩一段时间后 测得大豆田中田鼠种群密度的变化如图所示 请回答下列问题 1 该农田生态系统的主要成分是 猛禽与田鼠的种间关系是 2 该生态系统中田鼠的种群密度是由 决定的 b点以后田鼠种群密度大幅上升 从田鼠生存环境变化的角度分析 其原因是 3 与曲线 相比 曲线 所示环境中猛禽的密度 若在农田周围合理植树可控制鼠害 从而帮助人们合理地调整该生态系统中的 关系 使人们从中更多获益 解析本题主要考查种群 群落 生态系统的相关知识 1 生态系统的主要成分是生产者 该农田生态系统的生产者主要是大豆 猛禽以田鼠为食 二者之间是捕食关系 2 种群密度的大小是由出生率 死亡率 迁入 迁出决定的 影响种群密度大小的因素有许多 主要是天敌和食物 由图中信息 b点大豆株冠形成 b点以后田鼠种群密度快速增加 从田鼠生存环境变化的角度分析 其原因之一是田鼠能更好地逃避天敌 由图中信息 大豆开花结实 植株萎蔫两阶段田鼠种群密度分别增大和下降 可推知食物对田鼠种群密度影响较大 3 曲线 田鼠种群密度低于曲线 可推知曲线 所示环境中猛禽密度更大 在该农田生态系统中可通过合理植树 适量引入田鼠的天敌