【创新设计】2013-2014学年高中生物 6-3能量流动和物质循环课件 浙科版必修3

第三节能量流动和物质循环,课程标准分析生态系统中的物质循环和能量流动的基本规律及其应用。课标解读1分析生态系统中的能量流动的过程和特点。2分析生态系统中的碳循环的过程和特点，关注碳循环平衡失调与温室效应的关系。3分析能量流动和物质循环的关系。,生态系统中的能量流动,1能量流动的含义：在生态系统中，能量不断沿着太阳_植食动物肉食动物_的方向流动。,植物,顶位肉食动物,自身呼吸消耗,未利用,3能量流动的结果：最终都以_的形式耗散到周围空间。4能量流动的特点：能量流动是_的、不可逆的，相邻的两个营养级间的传递效率一般只有约_，所以，越是处在食物链高位的动物，其数量就越_、生物量就越_、能量也越_。,热,单方向,10%,少,小,少,能量的输入(1)源头：太阳能或氧化无机物产生的化学能。绿色植物通过光合作用所固定的太阳能；化能合成微生物氧化无机物释放的能量用于合成有机物，能量贮存在有机物中。能量的散失(1)形式：最终都以热能的形式散失。(2)过程如下：,1,2,能量流动过程(1)第二营养级(一级消费者)的能量流动过程流入第二营养级的能量将发生如下图的变化：,3,能量来源：一级消费者摄入的能量。能量总量：一级消费者同化的总能量。能量去向：一部分在自身呼吸作用中以热能的形式散失；一部分随动物遗体、动物的排遗物流向分解者，被分解者分解释放出来；一部分被下一营养级同化；一部分未被利用。同化量摄入量粪便量，其中同化量也可称为该营养级的固定量，是指真正流经该营养级的总能量。粪便中的能量不是该营养级的能量，应当是上一个营养级的同化量的一部分，例如羊吃草，羊粪便中的能量应当是草同化下来的能量，它不属于羊。(2)生态系统中能量流动过程示意图,能量流动的起点：生产者固定的太阳能(能量的输入)，但并不是所有的太阳能都参与生态系统中的能量流动，必须是输入到生态系统的第一营养级的能量才能在生态系统中流动。流经该生态系统的总能量：该生态系统中全部生产者所固定的太阳能的总量是流经该生态系统的总能量。,能量流动的渠道：沿着食物链的各个营养级流动(能量的传递)；能量沿着食物链流动时，每一营养级都有输入、传递、转化和散失的过程。能量流动过程中的变化：太阳能生物体内的化学能热能，热能是能量流动的最终归宿，也就是最终通过呼吸作用以热能的形式散失(能量的输出)。生产者固定的太阳能有四个去处：a一部分被自身的生命活动消耗了，即被呼吸作用分解了；b储存在生产者体内的能量，一部分被一级消费者摄食同化流入第二营养级；c未被一级消费者利用的枯枝落叶和一级消费者摄食未同化而排出的粪便中的这一部分能量被分解者释放出来。d未被利用的部分即未被利用的能量。,对于一级消费者所同化的能量，也是这四个去处。并且可以认为，一个营养级所同化的能量呼吸散失的能量分解者分解释放的能量被下一营养级同化的能量。但最高营养级的情况除外。能量流动的特点(1)单向流动是指生态系统的能量流动只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面各个营养级，不可逆向流动，也不能够循环流动。能量单向流动的原因：食物链中各营养级的顺序是不可逆转的，能量只能由被捕食者流向捕食者而不能逆流。这是长期自然选择的结果。,4,各营养级同化的能量大部分是以呼吸作用产生的热能的形式而散失掉，这些能量是生物无法利用的。(2)逐级递减是指输入到一个营养级的能量不可能百分之百地流入下一个营养级，能量在沿食物链流动的过程中是逐级减少的。原因：第一，各个营养级生物的呼吸消耗部分能量，用于维持自身的生长、发育和繁殖；第二，植物的枯枝落叶、动物的粪便和尸体被分解者利用，经过微生物的呼吸作用释放部分能量；第三，各个营养级的能量都有相当一部分未被下一营养级的生物所利用。(3)能量传递效率能量传递效率的含义能量在相邻两个营养级间的传递效率大约为10%。,能量传递效率的计算能量传递效率这一个营养级的同化能量上一个营养级的同化能量100%。能量流动的分析方法比较教材P110“赛达伯格湖能量沿营养级流动的定量分析”图解可以发现，在“赛达伯格湖能量沿营养级流动的定量分析”图解中，流入每一营养级的能量去路中多了一条“未利用”，即未被自身呼吸消耗，也未被后一营养级和分解者利用的能量。出现这种差别的原因在于能量流动图解的分析方法和理解角度不同。理解流入每一营养级的能量去向可从以下两个角度分析：,5,(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：自身呼吸消耗；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，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，第部分的能量将保留给下一年。,研究能量流动的意义合理调整能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。例如：下图表示一个森林生态系统中森林地上部分总初级生产量、净初级生产量的变化情况。图中的横坐标表示叶面积指数(也叫叶面指数)，纵坐标表示最大总光合量。所谓叶面指数，是指地表单位面积上植物叶片的面积数量。叶片平铺在地表上并呈镶嵌排列的植物(如南瓜)，其叶面指数只有1左右；叶片交错生长的森林以及稻、麦等农田，其叶面指数可以达到4以上。,6,森林生态系统发育过程中总初级生产量、净初级生产量与叶面指数的关系,从上图可以看出，随着该森林生态系统的发育，森林的叶面指数也在变化。当叶面指数达到810时，森林的总初级生产量达到了最大值，这表明这片森林已经发育到成熟阶段了。但是，若从净初级生产量方面来看，当叶面指数达到4时，这片森林的净初级生产量达到了最大值(如果这一森林生态系统继续发育，叶面指数超过了4，由于呼吸作用增强所造成的消耗也随着增多，净初级生产量不仅不再增加，反而开始减少)。因为人们经营管理森林的一个重要目的就是期望获得森林的最大净初级生产量，显然，在这个森林生态系统的叶面指数达到4(而不是810)时进行合理开采利用，是最为合算的。,如图是生态系统能量流动的图解，对此图理解有误的是()。,【巩固1】,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该图中的c所具有的能量为b的10%C该图中的a固定的能量表示流经该生态系统的总能量D图中的a固定的能量是b、c、d的能量之和,解析本题考查生态系统能量流动的特点。首先判断图中a为生产者，b、c、d为消费者，能量流动是逐级递减的，所以图中方框的大小可表示该营养级生物所具有的能量多少；相邻两个营养级之间能量传递的效率是10%，所以图中c所具有的能量为b的10%；生产者固定的太阳能总量等于流经该生态系统的总能量，所以C项正确；每个营养级同化的能量有3个去向：流入下一营养级(最后一个营养级除外)、被分解者分解和自身呼吸作用消耗，所以图中a具有的能量应该大于b、c、d的能量之和。答案D,调查某生态系统两个营养级的能量流动关系如下图所示。字母代表能量数值，若传递效率是10%，下列关系正确的是()。,【巩固2】,Ac0.10bBc0.10dCc0.10(abde)Dbade,解析传递效率是指下一营养级生物同化的能量占上一营养级同化能量的比例。图示中应该是生产者流向一级消费者的能量传递效率为10%。答案A,物质循环是在一个_的循环圈中周而复始、往复循环的，参与循环的物质_，而且可以得到_。碳的全球循环大气圈中的碳经过_或化能合成作用进入生物群落，再经过动植物的_和微生物的_又回到大气圈。海洋的含碳量是大气圈含碳量的_倍，二氧化碳在大气圈和水圈的界面上通过_而互相交换着。人类的活动导致大气中二氧化碳含量的持续增加，造成_现象。,生态系统的物质循环以“碳循环”为例,1,2,相对封闭,数量恒定,重复,光合作用,呼吸作用,分解作用,50,扩散作用,温室效应,利用,思维激活与自然界的碳循环关系最密切的两种细胞器是什么？提示叶绿体、线粒体。,碳循环过程图解,1,分析上图可知：(1)大气中的碳元素进入生物群落，主要是通过绿色植物的光合作用，其次还有某些细菌的化能合成作用。(2)碳在生物群落和无机环境之间是以CO2的形式进行循环的。,(3)大气中CO2的来源有三个：一是分解者的分解作用；二是动植物的呼吸作用；三是化学燃料的燃烧。(4)碳元素在生物群落中的传递途径主要是食物链和食物网，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。物质循环的特点带有全球性、反复循环。物质循环与能量流动的关系(1)物质循环和能量流动的关系示意图,2,3,(2)比较,续表,下图是生态系统中碳循环示意图，“”表示碳的流动方向，下列说法正确的是()。,【巩固3】,A图中a是生产者，b、d、e是消费者，c是分解者B该生态系统的结构包括a、b、c、d、非生物的物质和能量C该生态系统中食物网可表示为：De每增加1kg的体重，需要100kg的a,解析根据题干可以知道，a是生产者，d、e是消费者，b是分解者，c是大气中的CO2库。生态系统中分解者不参与食物链，不占营养级。此题中的食物链是：ade，如果e增加1kg的体重，按照传递效率10%计算，需要100kg的a。答案D,【例1】,示例一能量流动,深度剖析先根据题目要求画出食物网如上图，从题目要求可以判断能量的传递效率为10%，人从不同途径增重获得能量的比例也明确告诉我们，因此解题图解如下：,答案280,在具体计算中，会遇到这样的问题(如下图所示)：(1)a为生产者，它通过、三条途径分别为b、e、d提供能量，那么a到底为b、d、e各提供多少能量？(2)e为最高营养级，它通过、三条途径分别从a、c、d三处获得能量，那么e到底从a、c、d各获得多少能量？,以上两个问题，在具体计算过程中，除非题目中特别说明，否则绝对不能按比例平均分配能量。所以在计算过程中，必须确定两个比例，即：某一生物给不同生物提供能量的比例；某一生物从不同食物中获得能量的比例。特别提醒能量传递效率是以营养级为单位进行计算的，不是以某一种生物或某一个个体来计算的，而生物放大则是以个体为单位进行计算的。,右图是生态系统中碳循环示意图，“”表示碳的流动方向，其中代表分解者的是()。ABCD思维导图：,【例2】,示例二物质循环,深度剖析根据与之间的双向箭头及有三个箭头指出判断：是生产者，是大气中的CO2；根据的碳都流向，可进一步判断：是分解者。答案D方法技巧：碳循环图解的分析,右图为生态系统的碳循环图解：(1)图中具有双向箭头的是a和e，一个为生产者，一个是大气中的CO2库。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。,(2)观察剩余的几个成分，因为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。(3)整个图解中，食物链是efdb。解题规律根据物质循环的过程及相关的生理反应对环境可能造成的影响来分析解答。,下图为生态系统中能量流动和碳循环的关系图，据图回答下列问题。,【例3】,示例三能量流动与物质循环的关系,(1)对物质循环起关键作用的生态系统的成分是_和_。(2)图中的表示的生理过程分别是：_，_，_。(3)c生物处于第_营养级，若要使c增加200kg至少需要消耗a_kg。思维导图：,深度剖析据生态系统的能量流动和物质循环的原理可知a为生产者，是光合作用；b是一级消费者；c为二级消费者，为呼吸作用；d为分解者，为分解作用。按照能量逐级递减的原则，若使c增加200kg至少需要a的量为200555000(kg)。答案(1)a生产者d分解者(2)光合作用呼吸作用分解作用(3)三5000,由于实验题在考查考生对相关知识的理解与掌握的同时，能够较好地体现高考对“实验与探究能力”“获取信息的能力”“理解能力”和“综合运用能力”的要求，因而针对生态系统的实验题在近年高考题中屡屡出现，常见题型因考查的侧重点不同，可分为自主设计型、补充完善型和判断改错型，还可分为探究型或验证型。解答的基本步骤包括：第一步：认真审题，明确实验目的、把握实验原理。第二步：依据实验原理，结合实验器材，确定实验现象的观察指标与方法。,生态系统探究实验规律总结,技能必备,第三步：理清实验思路，在遵循实验原则(对照、单一变量、可操作性、科学性和平行重复)的基础上，精心设计实验步骤及记录数据和现象所需的表格。第四步：实施实验过程，认真观察实验现象，准确记录实验数据。第五步：全面分析实验现象与数据，准确得出实验结论。应注意的是，实验结论的正确得出除应对实验现象、数据进行分析外，还应考虑无关变量的影响，分析实验误差。,某研究所对一个河流生态系统进行了几年的跟踪调查。请根据相关调查材料，回答下列问题：(1)如图所示为某种鱼迁入此生态系统后的种群数量增长速率随时间变化的曲线。,能力展示,该鱼在t3后，种群数量变化是_，主要原因是_和_。t1时，该种群的年龄结构可能为_型。这种鱼种群数量的变化规律体现了生态系统的_调节。(2)这个河流生态系统的生物群落和无机环境之间通过_和_，能够较长时间地保持相对稳定。如果此时遇到轻度污染则对此生态系统不产生明显的影响，这是因为该生态系统具有_；如果遇到严重污染，将导致大多数植物死亡，使河流内的氧浓度降低，其原因是_；,最终水质恶化，水生动物也大量死亡，在这种条件下，异化作用类型为_的微生物大量繁殖，将动植物尸体中的_等有机物分解产生硫化氢、氨等气体。深度剖析(1)种群增长速率与时间的关系曲线表明：在一定时间范围内，种群增长速率随时间的推移逐渐增加，超过这个时间范围，种群增长速率随时间的推移会下降，直到种群增长速率为零。(2)生态系统之所以能保持相对稳定是生态系统中物质循环和能量流动达到一种动态平衡状态。这样的生态系统本身具有自我调节能力，能够抵抗一定限度的外来干扰，但是外来干扰超过一定的限度，生态系统的稳定性就会遭到破坏。,答案(1)不再增长种内斗争加剧捕食者数量增加增长负反馈(2)物质循环能量流动一定的自我调节能力植物大量死亡，光合作用产生的氧气减少，需氧型微生物通过呼吸作用消耗大量的氧气厌氧型蛋白质,下列关于生态系统能量流动的叙述，不正确的是()。A流经生态系统的总能量是生产者所固定的能量B生态系统中流动的能量不包括各营养级的呼吸量C生态系统的能量流动是单向、不循环的D在生态系统中能量流动是逐级递减的解析考查能量流动的过程及途径。生态系统的能量流动是从生产者固定太阳能开始的，生产者所固定的太阳能的总量便是流经生态系统的总能量；生态系统的能量流动是沿着食物链或食物网进行的，能量流动的特点是单向的，并且是逐级递减的。答案B,1,如图是自然界碳循环的简图，图中的甲、乙、丙各代表()。,A甲是生产者，乙是分解者，丙是消费者B甲是消费者，乙是分解者，丙是生产者C甲是分解者，乙是生产者，丙是消费者D甲是生产者，乙是消费者，丙是分解者,2,解析生态系统的物质循环中，生产者通过光合作用摄取大气中的CO2，其体内碳的去处有三条途径：其一是通过呼吸作用释放到大气中；其二是被消费者所摄取；其三是其遗体、枯枝落叶等被分解者分解，并将其中的碳以CO2形式释放到大气中。消费者的碳来源于对生产者的取食，其体内碳的去向：一是通过呼吸作用释放到大气中；二是通过分解者的分解，以CO2形式释放到大气中。从上述分析中，不难推断，图中甲是生产者，乙是分解者，丙是消费者。答案A,一个池塘有生产者(浮游植物)、一级消费者(植食性鱼类)、二级消费者(肉食性鱼类)和分解者(微生物)。其中生产者固定的全部能量为a，流入一级消费者、二级消费者和分解者的能量依次为b、c、d，下列表述正确的是()。AabdBabdCabdDacd,3,解析一个生态系统中，流经该系统的总能量是生产者固定的太阳能总量。该生态系统中生产者固定的全部能量数值是最大的，这些能量一部分在生产者的呼吸作用中以热能形式散失到环境中，一部分用于自身的生长、发育、繁殖。在后一部分能量中，一部分随植物遗体和残枝败叶等被分解者分解释放出来，还有一部分沿着食物链流入一级消费者。能量依次沿食物链单向流动、逐级递减传递下去。答案B,A该食物链中兔子是初级消费者，第一营养级B兔子产生的粪便不属于兔子的同化量，而是草的同化量C根据能量金字塔，处于塔尖的狼其个体体内的能量小于兔子个体体内的能量D狐狸捕食一只兔