导与练高考生物一轮复习第五章第23节生态系统的能量流动生态系统的物质循环名师优质课件新人教版

1、第、节 生态系统的能量流动 生态系统的物质循环 课前导学课前导学 要点探究要点探究 课堂自测课堂自测 1.能量流动的特点及原因。 2.研究能量流动的意义。 3.物质循环的概念及特点。 4.物质循环和能量流动的关系。 一、能量流动 1.概念:生态系统中能量的输入输入、传递、转化和散散失失的过程。 2.过程 (1)能量的输入 (3)能量的转化和散失 太阳能有机物中的化学能化学能 3.特点 (1)单向流动单向流动:能量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:能量在相邻两个营养级间的传递效率大约是 10%20%10%20%。 4.研究能量

2、流动的实践意义 (1)设计人工生态系统:帮助人们科学规划、 设计人工生态系统,使能量得到最有效最有效的利用。 (2)利用自然生态系统: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对人类最有益的部分。 二、生态系统的物质循环 1.物质循环概念的理解 2.碳循环 三、能量流动与物质循环的关系 1.二者同时进行,彼此相互依存,不可分割。 2.物质作为能量的载体载体,使能量沿着食物链(网)流动;能量作为动力动力,使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。 3.通过能量流动和物质循环使生态系统中的各种组成成分组成成分紧密地联系在一起,形成一个统一整体。 1.判断正

3、误 (1)太阳能只有通过生产者才能输入到生态系统中。( ) (2)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%。( ) (3)能量金字塔可能出现倒置现象。( ) (4)研究能量流动,可调整能量流动关系,使生产者固定的能量全部流向人类。( ) 2.(2012 河南卫辉一中月考)随着人口的急剧增长,生物圈受到的压力越来越大,为了减轻对生物圈的压力,人们应采取下列哪一项食物结构( A A ) A.以谷物和植物蛋白为主 B.以淡水养殖的鱼虾为主 C.以禽类、蛋类为主 D.以猪等家畜的肉类为主 3.(2012 金陵中学模拟)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

4、列有关叙述正确的是( D D ) A.从能量关系看=+ B.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 4.(2012 广东四校联考)2011 年 11 月 28 日,德班气候大会开幕,本次大会的主题仍是 “低碳减排” 。 下图为碳循环示意图,据图能做出的正确判断是( D D ) A.图中箭头表示 CO2的流动方向 B.CO2只能通过光合作用进入生物群落 C.大气中CO2的增加主要与异养生物的数量增加有关 D.适当增加自养生物种类和数量有利于降低大气中的 CO2含量 某一营养级的能量分流图解 问题引领: 一个营养级同化的能量可分为哪几个去

5、向? “摄入量”、“同化量”和“积累量”之间有何关系? 如何理解“未使用”的能量？ 1.能量流动的图解 2.由以上图解可得下列等量关系:消费者摄入量摄入量=同化量+粪便量,同化量同化量=积累量+呼吸量,积累积累量量=下一营养级同化量+分解量(+未被利用)。 3.某一营养级的能量去向分析思路 (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足够长的时间内的去路可有三条三条:自身呼吸消耗;流入下一营养级(最高营养级除外);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

6、定时分析:流入某一营养级的一定量的能量在一定时间内一定时间内的去路可有四条四条:自身呼吸消耗;流入下一营养级(最高营养级除外);被分解者分解利用;未利用, 即未被自身呼吸消耗,也未被下一营养级和分解者利用,如果是以年为单位研究,这部分的能量将保留到下一年。 (1)(1)流经各营养级的总能量流经各营养级的总能量: :对对生产者而言强调关键词生产者而言强调关键词“固定固定”而不能说而不能说“照照射射”; ;对各级消费者而言强调关键词对各级消费者而言强调关键词 “同化同化”而而不能说不能说“摄入摄入”。 (2) (2) “未利用未利用”这一部分能量是指在有限的时这一部分能量是指在有限的时间内间内“还

7、没来得及被利用的能量还没来得及被利用的能量”。 【命题视角】 本考点多以图解等形式结合食物网及物质循环进行命题,考查考生提取和利用信息的能力,多以选择题形式出现。 【典例 1】 (2012 山东师大附中二模)下列表示生态系统中处于第二营养级的生物,其能量流动的过程图解,有关叙述正确的是( ) A.图中粪便量属于生产者经光合作用所固定的太阳能 B.呼吸作用以热能形式散失的能量占同化量的比例较小 C.流入下一个营养级的能量占摄入量的10%20% D.从图示可知,能量在营养级之间不具有单向流动的特点 思维导引思维导引: :1.1.粪便量粪便量粪便中能量的来源及粪便中能量的来源及归属是什么归属是什么?

8、 ? 2.2.热能热能呼吸作用中能量的去向及比例是呼吸作用中能量的去向及比例是什么什么? ? 3.10%3.10%20%20%如何理解能量传递效率如何理解能量传递效率? ? 4.4.营养级营养级分解者属于营养级范畴吗分解者属于营养级范畴吗? ? 解析解析: :第二营养级生物产生的粪便中含有的能量属第二营养级生物产生的粪便中含有的能量属于第一营养级于第一营养级, ,即生产者经光合作用固定的太阳即生产者经光合作用固定的太阳能。能。 生物同化量中的能量大部分在呼吸作用中以热生物同化量中的能量大部分在呼吸作用中以热能形式散失能形式散失, ,少部分用于生长、发育和繁殖。能量少部分用于生长、发育和繁殖。能

9、量传递效率指流入下一营养级的能量占同化量的比传递效率指流入下一营养级的能量占同化量的比值值, ,而摄入量而摄入量= =同化量同化量+ +粪便量。分解者不属于营养粪便量。分解者不属于营养级范畴级范畴, ,能量在营养级之间具有单向流动的特点。能量在营养级之间具有单向流动的特点。 答案答案: :A A。 生态系统能量流动的特点分析及相关计算 问题引领: 能量单向流动、逐级递减的原因分别是什么 ? 生态金字塔的含义是什么?生态金字塔一定正置吗? 在有关能量流动的“最值”计算中，应考虑哪些制约因素？ 1.能量流动特点的产生原因 (1)能量单向流动的原因 食物链中各种生物之间的捕食关系是确定的,在长期自然

10、选择过程中形成的捕食关系不能逆转捕食关系不能逆转; 各营养级的能量总有一部分通过呼吸作用以热能形式散失,而热能是不能再被利用的热能是不能再被利用的。 (2)能量流动逐级递减的原因 级级有散失:各营养级生物要维持自身的生命活动,总要消耗一部分能量,这部分能量变成热能热能而耗散掉。 级级有遗弃:各营养级消费者不可能百分之百地利用前一营养级的生物量,总有一部分会自然死亡或被分解者所利用被分解者所利用;各营养级的同化率不是百分之百的,总有一部分变成粪便粪便而被分解者利用。 (3)能量传递效率:10%20%10%20%,其计算方法为:能量传递效率=100%。 2.生态金字塔:不同的金字塔能形象地说明营养

11、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。 见附表见附表 3.有关能量流动的计算问题分析 (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%。 在食物链中,只需考虑能量传递效率;而在食物网中,除考虑能量传递效率外,还需考虑食物链的长短。 具体分析如下: (2)关于“定值”的计算 同一食物链不同环节传递效率不同时,相关问题解决思路是:设在 ABCD 食物链中,传递效率分别是 a%、b%、c%,若现有 A 所在营养级生物重M,则能使D所在营养级生物增重量为X=Ma%b%c%。此时不能再涉及“最多”或

12、“最少”。 (1)(1)能量传递效率指两个相邻营养级之间能量传递效率指两个相邻营养级之间, ,而不是两个个体或两个种群之间。而不是两个个体或两个种群之间。 (2)(2)建立新型农业生态系统不能提高能量传递效率建立新型农业生态系统不能提高能量传递效率, ,但能但能提高能量利用率提高能量利用率, ,使能量尽可能多地流向对人类最有益使能量尽可能多地流向对人类最有益的部分。的部分。 (3)(3)天然生态系统必须当能量状况表现为正金字塔形状天然生态系统必须当能量状况表现为正金字塔形状时时, ,方可维持生态系统的正常运转方可维持生态系统的正常运转, ,从而维持生态系统的从而维持生态系统的稳定性。稳定性。而

13、人工生态系统中因能量可人为补充而人工生态系统中因能量可人为补充, ,可能会使可能会使能量金字塔呈现倒置状况能量金字塔呈现倒置状况, ,如人工鱼塘中生产者的能量如人工鱼塘中生产者的能量未必比消费者未必比消费者( (鱼鱼) )多。多。 【命题视角】 本考点是高考中的常考考点,常以非选择题形式出现。命题往往以生活实际为素材(如生态农业等),综合考查生态系统的能量流动和物质循环。 【典例 2】 (2012 湖南十二校联考)如图甲为北极冻原生态系统中部分生物构成的食物网。图乙虚线方框内表示一个生态系统,箭头表示该生态系统能量流动的方向。请据图回答下列问题: (1)图甲中雪兔和狼之间存在明显的种间关系是

14、。 (2)假如北极狐的食物1/2来自雷鸟,1/8来自植物,且该系统能量从生产者的传递效率为 10%,从消费者到消费者的能量传递效率为 20%,如果北极狐种群增加的能量为 80 kJ,若不考虑其他变化的影响,则需要植物的能量是 kJ。 (3)图乙中 C 代表生态系统中的成分是 。 解析解析: :从图甲中可以看出雪兔和狼之间只有一个从图甲中可以看出雪兔和狼之间只有一个箭头联系箭头联系, ,二者存在明显的种间关系是捕食二者存在明显的种间关系是捕食; ;北北极狐的能量有三个来源极狐的能量有三个来源, ,雷鸟提供雷鸟提供 1/2,1/2,植物提供植物提供1/8,1/8,雪兔提供雪兔提供 3/8,3/8,

15、若北极狐增加的能量为若北极狐增加的能量为 80 kJ,80 kJ,则植物增加的能量为则植物增加的能量为 80801/21/220%20%10%+8010%+801/81/810%+8010%+803/83/820%20%10%=3 600(kJ)10%=3 600(kJ)。 答案答案: :(1)(1)捕食捕食 (2)3 600 (2)3 600 (3)(3)分解者分解者 【典例 3】 (2012长春模拟)某生态系统中存在如图所示的食物网,如将丙的食物比例由甲乙=11 调整为甲乙=21,能量传递效率按10%计算,该生态系统能承载丙的数量是原来的( ) A.1.875 倍 C.1.273 倍 B.

16、1.375 倍 D.0.575 倍 解析解析: :解题时应该从丙出发解题时应该从丙出发, ,设当食物比例为甲设当食物比例为甲乙乙=1=11 1 时时, ,丙的能量为丙的能量为 x,x,则需要的甲为则需要的甲为(1/2)x(1/2)x10%+(1/2)x10%+(1/2)x10%10%10%=55x;10%=55x;设当食物比例为甲设当食物比例为甲乙乙=2=21 1 时时, ,丙的能量为丙的能量为 y,y,则需要的甲为则需要的甲为(2/3)y(2/3)y10%+(1/3)y10%+(1/3)y10%10%10%=40y10%=40y。 由于两种情况下生产由于两种情况下生产者的数量是一定的者的数量

17、是一定的, ,所以所以 55x=40y,55x=40y,则则 y=1.375xy=1.375x。 答案答案: :B B。 物质循环及其与能量流动的关系 问题引领: 大气中 CO2的来源和去路分别是什么?涉及哪些生理过程? 温室效应的成因有哪些?如何缓解? 物质循环和能量流动有什么关系？ 1.碳循环过程分析 据图可知:(1)大气中的碳元素进入生物群落的方式:通过自养型生物完成,主要是绿色植物的光合光合作用作用,还有化能合成作用化能合成作用。 (2)大气中 CO2的来源:分解者的分解作用分解作用、生产者和消费者的呼吸作用呼吸作用、化石燃料的燃烧燃烧。 (3)碳元素在无机环境与生物群落之间传递时,只

18、有生产者与无机环境之间的传递是双向的,其他成分间都是单向的。 2.温室效应的成因及缓解措施分析 (1)主要成因:人类大量燃烧化石燃料大量燃烧化石燃料,使大气中的二氧化碳含量增加而形成。 (2)缓解温室效应主要从两个方面加以考虑:一是减少 CO2的释放:主要是减少化石燃料的燃烧减少化石燃料的燃烧,开发新能源(如太阳能、风能、核能等)替代化石能源;二是增加 CO2的吸收量:主要是保护好森林和草原,大力提倡植树造林植树造林。 3.物质循环与能量流动的关系 见附表见附表 【命题视角】 本考点是高考中的热点,在全球减排、发展低碳经济的背景下,与碳循环相关过程和原理的考查仍将在今后的高考中备受青睐。 本考

19、点题目常结合食物网、 生态农业示意图等形式考查,题目包括选择题和非选择题,以非选择题为主要命题形式。 【典例 4】 (2013烟台调研)如图甲为一个长期处于稳定状态的生态系统的物质循环示意图;表乙是对图甲中生态系统各组成成分的能量流动情况调查结果;图丙是该生态系统中人类对物质与能量的利用情况部分示意图。请据图回答问题: (单位:10 kJm a ) 2-2-1 X Y Z Pg 870.7 211.5 141.0 Pn 369.4 20.1 61.9 乙 R 501.3 191.4 79.1 (1)大气中二氧化碳的来源有三个,分别是动植物的呼吸作用、 、 。若图甲中的“”仅表示二氧化碳的流动方

20、向,则不会存在的过程有 。 (2)若图甲表示碳循环示意图,则 D 指的是生态系统中的 ,过程主要表示的是 。 (3)表乙中的 Pg 表示同化作用固定的总能量,Pn 表示生物体内储存的能量,则 R 表示的生物学含义是 。 每平方米每年流经该生态系统的总能量为 。 (4)图丙表示人类在草原上放养牲畜的目的是调整生态系统中的 关系。 思维导引思维导引: :1.1.二氧化碳二氧化碳大气中大气中 COCO2 2的来源和去的来源和去路各有哪些路各有哪些? ? 2.2.过程过程 代表的生理过程分别是什么代表的生理过程分别是什么?AD?AD分别指生态系统中的哪种成分分别指生态系统中的哪种成分? ? 3.3.总

21、能量总能量流经一个生态系统的总能量是什么流经一个生态系统的总能量是什么? ? 解析解析: :图甲中图甲中 ADAD 依次为生产者、消费者、分解者依次为生产者、消费者、分解者及非生物的物质和能量。及非生物的物质和能量。(1)(1)大气中二氧化碳的来大气中二氧化碳的来源有三个源有三个: :动植物的呼吸作用动植物的呼吸作用, ,微生物的分解作用微生物的分解作用和化石燃料的燃烧和化石燃料的燃烧;CO;CO2 2不能直接在各种生物之间不能直接在各种生物之间 传递传递, ,故不存在。故不存在。(2)(2)能直接利用二氧化碳能直接利用二氧化碳的主要是生产者的光合作用。的主要是生产者的光合作用。 (3)(3)

22、各营养级生物所各营养级生物所同化的总能量除了在自身体内储存外同化的总能量除了在自身体内储存外, ,还用于呼还用于呼吸作用、吸作用、 传递给下一营养级和分解者传递给下一营养级和分解者, ,但最终都通但最终都通过呼吸作用散失过呼吸作用散失; ;生产者固定太阳能的总量是流生产者固定太阳能的总量是流经该生态系统的总能量。经该生态系统的总能量。 (4)(4)人工干预的生态系统人工干预的生态系统的特点是使能量流向对人类最有益的部分的特点是使能量流向对人类最有益的部分, ,提高提高能量的利用率。能量的利用率。 答案答案: :(1)(1)微生物的分解作用微生物的分解作用 化石燃料的燃烧化石燃料的燃烧 (2)(

23、2)非生物的物质非生物的物质( (或大气中的二氧化碳库或大气中的二氧化碳库) ) 光合作用光合作用 (3)(3)生态系统中各生物成分的呼吸量生态系统中各生物成分的呼吸量 4 48.7078.7071010 kJ kJ (4)(4)能量流动能量流动 1.从生态系统物质循环的角度看,人体内碳元素的根本来源是( A A ) A.大气中的 CO2 B.生产者 C.分解者 D.消费者 解析解析: :人体内碳元素的根本来源是生产者固定人体内碳元素的根本来源是生产者固定的大气中的的大气中的 COCO2 2。 2.(2011 年海南生物)关于生态系统的叙述,正确的是( A A ) A.生态系统中生产者得到的能

24、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 解析解析: :流经生态系统的总能量是生产者固定流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能的太阳能, ,能量在各营养级之间的传递效率能量在各营养级之间的传递效率为为 10%20%,10%20%,故故 A A 正确正确; ;生态系统的信息传递生态系统的信息传递能够调节种间关系能够调节种间关系, ,以维持生态系统的稳定以维持生态系统的稳定性性, ,不可能只对捕食者有利不可能只对捕食者有利; ;生态系统的食生态系统的食物链中营养级的高低与体型大小没有必然物链中营养级的高低与体型大小没有必然联系。联系。 3.(2013 福建莆田质检)如图为生态系统中能量流动图解的部分示意图,各代表一定的能量值,下列说法中不正确的是( C C ) A.生物与生物之间的捕食关系不可逆转,所以能量流动具有单向性 B.中包含了三级消费者粪便中的能量 C.在人工饲养的高密度鱼塘生态系统中,表示流经该生态系统的总能量 D.第二营养级流向第三营养级的能量传递效率为100% 解析解析: :三级消费