必修③__第四单元__第二讲__生态系统的能量流动与物质循环.ppt

1 能量流动的特点 1 生态系统中能量的源头是太阳能 生态系统的能量流动是从绿色植物通过光合作用固定太阳能开始的 2 能量流动的途径是食物链和食物网 能量的变化情况是 太阳光能 生物体中的化学能 热能 因此热能是能量流动的最终归宿 能量以有机物为载体 以有机物中的化学能形式沿食物链流动 3 流入生态系统的总能量是指全部生产者所固定下来的太阳能的总量 4 流入各级消费者的总能量是指各级消费者在进行同化作用时所同化的物质中含有的能量总量 5 能量流动是单向的原因 食物链各营养级的顺序是不可逆转的 这是长期自然选择的结果 6 能量在流动中逐渐递减的原因是 第一 各营养级的生物都会因细胞呼吸消耗相当大的一部分能量 第二 各营养级总有一部分生物未被下一营养级的生物所利用 7 能量的传递效率约为10 的含义是指 输入到一个营养级的能量中大约只有10 流动到下一个营养级 这里 输入到一个营养级的能量 应是指流入这个营养级的总能量 流动到下一个营养级 应是指下一个营养级的总能量 2 能量流动的图解 能量流动的分析方法 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可有三条 a 自身呼吸消耗 b 流入下一营养级 c 被分解者分解利用 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 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 生态金字塔 能量流动模型 能量金字塔 数量金字塔 生物量金字塔三者都是用来说明食物链中能量流动情况的 三者统称为生态金字塔 其原理是美国生态学家林德曼提出的 十分之一定律 输入到一个营养级的能量大约有10 20 流动到下一营养级 该定律说明能量在沿着食物链流动时 是逐级递减的 不同的生态金字塔能形象地说明营养级与能量 生物量 数量之间的关系 是定量研究生态系统的直观体现 因能量传递效率为10 20 传到第五营养级时 能量已经很少了 再往下传递不足以维持一个营养级 所以一条食物链中营养级一般不超过5个 食物网中 能量传递效率是指某营养级流向各食物链下一营养级的总能量占该营养级的比例 如是指流向B C的总能量占A的10 20 根据能量流动的递减性原则 在建立与人类相关的食物链时 应尽量缩短食物链 1 2010 通州模拟 下表是一个相对封闭的生态系统中几个种群 存在着营养关系 的能量调查 下图中 是根据该表数据作出的一些分析 其中不能与表中数据相符合的是 A B C D 解析 结合表中能量的数值及能级传递效率 10 20 可以发现 戊为生产者 乙与丙是初级消费者 甲是次级消费者 丁是三级消费者 由此可以判断出图 和图 是错误的 根据各生物的营养关系可以用能量金字塔 来表示 乙与丙是竞争关系可用 表示二者的数量变化 答案 A 1 物质循环 1 物质 组成生物体的C H O N P S等化学元素 2 循环过程 无机环境生物群落 3 循环特点 全球性 循环性 4 碳循环过程 无机环境 生物群落 含碳有机物 图解如下 5 硫循环 6 氮循环 2 物质循环与能量流动的关系 1 任何一个生态系统中 能量流动和物质循环都保持着相对的平衡 这是决定一个生态系统相对稳定的重要保证 2 物质循环的平衡打破 将造成生态环境问题 碳循环失衡 温室效应 硫循环失衡 酸雨 生物富集 是指环境中的一些污染物 如重金属 化学农药 通过食物链在生物体内大量积累的过程 a 原因 化学性质稳定不易被分解 在生物体内积累而不易排出 b 过程 随着食物链的延长而不断加强 即营养级越高 富集物的浓度越高 2 根据下面的碳循环示意图回答问题 1 从微观上看 过程 主要是在细胞内中进行 2 碳从无机环境进入生物群落的主要途径 是 碳主要以的形式从无机环境进入生物群落 3 参与过程 的生物新陈代谢类型是 它们与同区域中的动 植物共同构成了 4 能量流动和物质循环是生态系统的主要功能 其中物质作为能量的 使能量沿着食物链 网 流动 能量作为 使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往复 5 从上图可知 减少温室效应的最关键的措施是 第一 第二 解析 1 从图中信息可知 为动 植物的有氧呼吸作用产生CO2的过程 该过程主要是在细胞的线粒体中进行的 2 大气中的CO2主要通过生产者绿色植物的光合作用进入生物群落 又以CO2形式返回到无机环境 3 过程 为分解者的分解作用 代谢类型是异养需氧型或异养厌氧型 均为腐生 分解者与其他生物共同构成了生物群落 4 生态系统的能量流动与物质循环是同时进行 相互依存 不可分割的 前者以后者为载体 后者以前者为动力 5 要减轻温室效应 就要减少CO2的释放或增加CO2的利用 使大气中CO2浓度维持相对稳定 其措施是多方面的 答案 1 线粒体 2 光合作用CO2 3 异养需氧型或异养厌氧型生物群落 4 载体动力 5 保护植被 大力植树造林 提高森林覆盖率严格控制化石燃料燃烧 提高能量利用率 开发除化石燃料以外的能源诸如水能 太阳能等 切实减少CO2的排放量 利用泥浆生物反应器处理污染土壤 原理是将污染土壤用水调成泥浆状 同时加入部分营养物质和菌种等 在有氧条件下剧烈搅拌 使污染物快速分解 由此推知 该反应器 A 能够实现物质循环B 主要处理有机污染C 可看作一个小型生态系统D 存在能量输入 传递 转化和散失 解析 菌种在有氧条件下 使污染物快速分解 所以主要分解的是有机物 物质循环发生在生物圈范围内 生态系统中必须有生产者 这样才有能量的输入 答案 B 利用生态系统中物质循环和能量流动的原理 走 可持续发展 道路是人类的必然选择 下图是某人工鱼塘生态系统能量流动图解 能量单位为 J cm2 a 请回答 1 生态系统的结构包括 2 图中A代表 为保证各营养级都有较高的输出量 随营养级的升高 输入的有机物应增多 原因是 3 该生态系统中生产者固定的总能量是J cm2 a 其中第一营养级到第二营养级的传递效率为 4 由于某种因素使得生产者短时间内大量减少 一段时间后又恢复到原来水平 说明生态系统具有能力 其基础为 5 建立 桑基鱼塘 生态系统主要遵循的生态工程基本原理有 答两项 解析 1 生态系统的结构包括生态系统的组成成分 食物链和食物网 2 A为生产者 植食动物 肉食动物经呼吸作用释放的能量 由于能量流动是单向流动逐级递减的 随营养级的升高每级所得能量变少 所以为保证各营养级都有较高的输出量 随营养级的升高 需要输入的有机物要增多 3 第二营养级传递给第三营养级的能量为0 25 5 1 0 05 2 1 5 2 5 生产者传递给植食动物的能量为0 5 2 5 4 9 2 14 生产者固定的太阳能为3 23 70 14 110 第一营养级到第二营养级的传递效率为14 110 12 7 4 生态系统内部存在的负反馈调节 使得生态系统具有一定的自我调节能力 5 建立 桑基鱼塘 生态系统主要遵循的生态工程基本原理有 物质循环再生原理 物种多样性原理 协调平衡原理 整体性原理 系统学和工程学原理 答案 1 生态系统的组成成分 食物链和食物网 答不全不得分 2 呼吸作用释放的能量能量流动逐级递减 3 11012 7 4 自我调节负反馈调节 5 物质循环再生原理 物种多样性原理 协调平衡原理 整体性原理 系统学和工程学原理 至少答出两点 有关能量流动的极值计算在解决有关能量传递的计算问题时 首先要确定食物链 1 设食物链A B C D 分情况讨论 2 在某一食物网中 一个消费者往往同时占有多条食物链 当该消费者增加了某一值时 若要计算最少消耗生产者多少时 应选最短的食物链和最大传递效率20 进行计算 这样消费者获得的能量最多 若要计算最多消耗生产者多少时 应选最长的食物链和最小传递效率10 进行计算 这样消费者获得的最少 某种植玉米的农场 其收获的玉米子粒既作为鸡的饲料 也作为人的粮食 玉米的秸秆则加工成饲料喂牛 生产的牛和鸡供人食用 人 牛 鸡的粪便经过沼气池发酵产生的沼气作为能源 沼渣 沼液作为种植玉米的肥料 据此回答 不考虑空间因素 1 请绘制由鸡 牛 玉米和人组成的食物网 2 牛与鸡之间 有 无 竞争关系 理由是 人与鸡的种间关系是 人与牛的种间关系是 3 流经该农场生态系统的总能量来自所固定的 无机环境中的碳以形式进入该人工群落 4 假设该农场将所生产玉米的1 3作为饲料养鸡 2 3供人食用 生产出的鸡供人食用 现调整为2 3的玉米养鸡 1 3供人食用 生产出的鸡仍供人食用 理论上 该农场供养的人数将会 增多 不变 减少 理由是 解析 1 由题干信息可知 玉米 鸡 牛 人之间的食物关系为 玉米 2 因人与鸡均食用玉米子粒 而牛食用玉米秸杆 且人还食用鸡和牛 故人与鸡的种间关系为竞争和捕食 人与牛的种间关系为捕食 而牛与鸡之间无竞争关系 3 该农场生态系统中的生产者为玉米 生产者 玉米 固定的太阳能为流经生态系统的总能量 4 食物链越长 能量沿食物链流动时损耗越多 高营养级获得的能量也就越少 改变用途的1 3玉米中的能量流入人体内所经过的食物链延长 故人获得的总能量将减少 答案 1 2 无它们所需食物资源不同 或牛食玉米秸秆 鸡吃玉米子粒 捕食与竞争捕食 3 玉米太阳能CO2 4 减少改变用途的1 3玉米被鸡食用后 在鸡这一环节散失了一部分能量 导致人获得的能量减少 1 生态农业建设依据的原理 物质循环再生 能量多级利用 种间关系 2 生态农业的设计原则 以提高整个系统的总体功能和综合效益为目标 局部的功能和局部的效益都应当服从总体的功能和效益 资源利用合理 注重物质和能量的多层分级利用 系统物能转换率高 减少对不可再生能源的依赖性 注重有机能的投入 保持系统物能输入输出的动态平衡 产品产出量大 质优 速稳 系统抗逆力提高 经济有效 生态可行 技术合理 社会效果好 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 其分解速度与环境中的温度 水分等生态因子相关 1 探究活动最好在实验室中进行 以便控制变量 避免环境中不可控制的因素的影响 2 各地气候与环境等因素不同 微生物的分解落叶功能也不同 需要的时间有差异 一般需要温暖 湿润的条件 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1小时 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无机环境条件进行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 请根据预期结果在右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等量性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 单一变量等量性 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A组 5 如图 随堂高考 1 2009 海南高考 假设将水稻田里的杂草全部清除掉 稻田生态系统中 A 水稻害虫密度将下降B 能量流动的营养级数减少C 水稻固定的太阳能增加D 物种多样性上升 解析 水稻与杂草为竞争关系 二者争夺稻田中的光照 水分 矿质元素等 除去杂草 使能量更多地流向水稻 有利于水稻对太阳能的固定 水稻和杂草为同一营养级 除掉杂草 能量流动的营养级数不会减少 答案 C 2 2009 江苏高考 下列4种现象中 不适宜用生态系统中能量流动规律进行合理分析的是 A 虎等大型肉食动物容易成为濒危物种B 蓝藻易在富营养化水体中爆发C 饲养牛 羊等动物 成本低 产量高D 巨大的蓝鲸以微小的浮游动物为食 解析 水体富营养化导致蓝藻爆发是因为水体为蓝藻提供了大量的N P等矿质元素 并未涉及能量流动问题 能量流动的渠道是食物链 且能量沿食物链传递时 具有单向性和逐级递减的特点 所以食物链越短 能量损失越少 A C D均可以利用能量流动规律分析 答案 B 3 2009 广东理基 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C E1为太阳能 E2为热能D 能量可在食物链中循环利用 解析 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 答案 C 4 2009 重庆高考 下图是某森林生态系统物质和能量流向示意图 h i j k表示不同用途的有机物 j是未利用部分 方框大小表示使用量 下列叙述正确的是 A 进入该生态系统的CO2量与各h产生的CO2总量相等B 生产者中i的量大于被初级消费者同化的有机物的量C 流向分解者的k可被生产者直接吸收利用D 流经该生态系统的物质和能量可循环利用 解析 h是该营养级通过呼吸散失的能量 i及其它中的一部分是流入到下一营养级的能量 k是流向分解者体内的能量 进入该生态系统的CO2量大于各h产生的CO2总量 流向分解者体内的能量不能被生产者吸收利用 流经该生态系统的物质是循环的 而能量是单向流动 不可循环的 答案 B 5 2008 江苏高考 江苏某农户创建的冬季生态型种植养殖模式如下图所示 请据图回答下列问题 1 牛棚内产生的可扩散进入蔬菜大棚 提高蔬菜的光合效率 蔬菜光合作用产生的可扩散进入牛棚 2 秸秆除了作为牛的饲料外 还可与牛粪混合堆放进行 腐熟的产物肥效提高 这是因为 这种肥料用于蔬菜栽培可以提高蔬菜产量 3 在牛的品系 饲料品种和用量不变的条件下 采用这种养殖模式 牛的生长速率明显提高 其主要原因是 4 牛棚保温所需的热能来源于牛自身散热 地热 和 5 从生态系统主要功能的角度分析 这种种植养殖模式较好地实现了 解析 牛棚内的牛和微生物呼吸作用产生的CO2可扩散进入蔬菜大棚 提高光合效率 蔬菜光合作用产生的O2扩散进入牛棚 秸秆的成分是纤维素 与牛粪混合堆放进行发酵作用 将有机物分解成无机物 才能够被蔬菜吸收 冬季生态型种植养殖模式中 因生物呼吸作用产热使牛棚内温度较高 牛维持体温消耗能量