2016届《导与练》一轮复习高效信息化课堂 第33讲 生态系统的能量流动和物质循环

1、第第3333讲生态系统的能量流动讲生态系统的能量流动和物质循环和物质循环 最新考纲最新考纲 生态系统中的物质循环和能量流动的基本规律及生态系统中的物质循环和能量流动的基本规律及应用应用()()考点突破考点突破能力培养能力培养知识梳理知识梳理知识梳理知识梳理温故串知温故串知 重温教材重温教材 夯实基础夯实基础一、能量流动一、能量流动1.1.概念概念: :生态系统中能量的生态系统中能量的 、传递、传递、 和散失的过程。和散失的过程。2.2.流动的过程流动的过程输入输入转化转化(1)(1)补充图中标号代表的内容补充图中标号代表的内容甲甲: : 乙乙: : m m丙丙: : 丁丁: : , ,戊戊:

2、: n n(2)(2)生态系统所需能量的最终来源是生态系统所需能量的最终来源是 。(3)(3)能量输入生物群落的途径主要是能量输入生物群落的途径主要是 。(4)(4)据图分析食物链中甲营养级能量的去向据图分析食物链中甲营养级能量的去向通过自身通过自身 以以 的形式散失。的形式散失。被被 同化。同化。残枝败叶、遗体残骸等被残枝败叶、遗体残骸等被 分解。分解。生产者生产者初级消费者初级消费者次级消费者次级消费者呼吸作用呼吸作用分解者分解者太阳能太阳能生产者的光合作用生产者的光合作用呼吸作用呼吸作用热能热能下一营养级下一营养级分解者分解者3.3.特点特点(1)(1) : :能量只能从第一营养级流向第

3、二营养级能量只能从第一营养级流向第二营养级, ,再依次再依次流向后面的各个营养级流向后面的各个营养级, ,不可不可 , ,也不可也不可 。(2)(2) : :能量在沿食物链流动的过程中传递效率大约为能量在沿食物链流动的过程中传递效率大约为 。4.4.意义意义(1)(1)帮助人们科学规划、设计帮助人们科学规划、设计 , ,使能量得到最有使能量得到最有效的利用。效的利用。(2)(2)帮助人们合理地调整生态系统中的帮助人们合理地调整生态系统中的 关系关系, ,使能量持使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。续高效地流向对人类最有益的部分。单向流动单向流动逆转逆转循环流动循环流动逐级递减逐级递减10%

4、10%20%20%人工生态系统人工生态系统能量流动能量流动【思维激活【思维激活1 1】 判一判判一判 研究能量流动研究能量流动, ,可调整能量流动关系可调整能量流动关系, ,使生产者固定的能量全部流向使生产者固定的能量全部流向人类人类( () )提示提示: :。人吃植物。人吃植物, ,生产者固定的能量一部分以热能形式散失生产者固定的能量一部分以热能形式散失, ,一一部分流入分解者部分流入分解者, ,剩余的才能流向人类剩余的才能流向人类, ,若人食用动物若人食用动物, ,动物的能量动物的能量也是如此也是如此, ,不是全部流向人类。不是全部流向人类。二、物质循环二、物质循环1.1.概念概念(1)(

5、1)物质物质: :组成生物体的组成生物体的 等元素。等元素。(2)(2)循环过程循环过程: :无机环境与无机环境与 之间。之间。(3)(3)范围范围: :整个生物圈。整个生物圈。2.2.碳循环过程碳循环过程(1)(1)循环途径循环途径C C、H H、O O、N N、P P、S S生物群落生物群落(2)(2)循环形式循环形式碳在生物群落与无机环境之间主要以碳在生物群落与无机环境之间主要以 形式循环。形式循环。3.3.特点特点: : 、反复利用、循环流动。、反复利用、循环流动。【思维激活【思维激活2 2】 生态系统的食物链生态系统的食物链( (网网) )与能量流动、物质循环之间与能量流动、物质循环

6、之间具有怎样的关系具有怎样的关系? ?提示提示: :食物链食物链( (网网) )是生态系统的结构是生态系统的结构, ,而能量流动与物质循环是生态而能量流动与物质循环是生态系统的功能系统的功能, ,两者是结构与功能的关系。食物链两者是结构与功能的关系。食物链( (网网) )是能量流动和是能量流动和物质循环的渠道物质循环的渠道, ,它的改变直接影响生态系统的功能能否正常发挥。它的改变直接影响生态系统的功能能否正常发挥。能量流动和物质循环也能影响食物链能量流动和物质循环也能影响食物链( (网网),),如果能量流动或物质循如果能量流动或物质循环被破坏环被破坏, ,则直接影响食物链则直接影响食物链( (

7、网网) )的结构复杂程度。的结构复杂程度。COCO2 2全球性全球性建网络图建网络图考点突破考点突破悟法提能悟法提能 核心归纳核心归纳 重点突破重点突破能量流动过程及特点分析能量流动过程及特点分析考点一考点一 1.1.能量流动的分析能量流动的分析剖析考点剖析考点起点起点生产者生产者源头源头光能光能能量能量输入输入相关生理过程相关生理过程光合作用、化能合成作用光合作用、化能合成作用总能量总能量生产者固定的太阳能总量生产者固定的太阳能总量能量的传递能量的传递传递形式传递渠道传递形式传递渠道有机物有机物;沿食物链和食物网沿食物链和食物网能量的能量的散失散失相关生理过程相关生理过程细胞呼吸细胞呼吸形式

8、形式热能热能能量流动特点能量流动特点逐级递减逐级递减;单向流动单向流动2.2.流入某一营养级的能量来源和去路流入某一营养级的能量来源和去路a.(1)b.生产者的能量主要来自太阳能能量来源消费者的能量来自上一营养同化的能量(2)(2)能量去向能量去向: :流入某一营养级流入某一营养级( (最高营养级除外最高营养级除外) )的能量去向可从的能量去向可从以下两个角度分析以下两个角度分析: :a.() b.c.自身呼吸消耗定量不定时 能量的最终去路流入下一营养级被分解者分解利用定量定时定量定时: :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可有

9、四条:a.:a.自身呼吸消耗自身呼吸消耗;b.;b.流入下一营养级流入下一营养级;c.;c.被分解者分解利被分解者分解利用用;d.;d.未被自身呼吸消耗未被自身呼吸消耗, ,也未被下一营养级和分解者利用也未被下一营养级和分解者利用, ,即即“未未利用利用”。如果是以年为单位研究。如果是以年为单位研究, ,这部分的能量将保留到下一年。这部分的能量将保留到下一年。3.3.能量流动特点及原因分析能量流动特点及原因分析(1)(1)单向流动单向流动能量流动是沿食物链进行的能量流动是沿食物链进行的, ,食物链中各营养级之间的捕食关食物链中各营养级之间的捕食关系是长期自然选择的结果系是长期自然选择的结果,

10、,是不可逆转的。是不可逆转的。各营养级通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落重复利各营养级通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落重复利用用, ,因此能量流动无法循环。因此能量流动无法循环。(2)(2)逐级递减逐级递减各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。各营养级的能量都会有一部分流入分解者各营养级的能量都会有一部分流入分解者, ,包括未被下一营养包括未被下一营养级生物利用的部分。级生物利用的部分。4.4.能量传递效率及应用能量传递效率及应用(1)(1)确定食物链中的营养关系。按能量传递效率为确定食物链中的营养关系。按能量传递效率为20%20%计算计

11、算, ,相邻两个相邻两个营养级的能量差值在营养级的能量差值在5 5倍左右倍左右, ,若能量差值远比若能量差值远比5 5倍小倍小, ,则应位于同一则应位于同一营养级。营养级。(2)(2)能量传递效率的相关能量传递效率的相关“最值最值”计算计算20%10%选最短食物链获能量最多按计算知低营养级求高营养级选最长食物链获能量最少按计算0%0%选最长食物链需最多能量按1计算知高营养级求低营养级选最短食物链需最少能量按2计算A.b+c+d+eA.b+c+d+e为本年度流入该生态系统的总能量为本年度流入该生态系统的总能量B.c1B.c1表示初级消费者中被次级消费者所同化的量表示初级消费者中被次级消费者所同化

12、的量C.bC.b和和d d之一可代表生产者传递给分解者的能量之一可代表生产者传递给分解者的能量D.D.初级消费者产生的粪便中所含的能量是包含在初级消费者产生的粪便中所含的能量是包含在c c中的中的解析解析: :结合题干及图示可知结合题干及图示可知: :图中图中a a、a a1 1、a a2 2表示上一年留下来的能表示上一年留下来的能量量, ,e e、e e1 1、e e2 2表示呼吸消耗量。则表示呼吸消耗量。则c c、c c1 1分别是生产者流入初级消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。费者、初级消费者流入次级消费者的能量。b b和和d d( (b b1 1和和d d1

13、 1、b b2 2和和d d2 2) )之一可代表粪便、残枝败叶、遗体等传递给分解者的能量之一可代表粪便、残枝败叶、遗体等传递给分解者的能量, ,另一另一个表示未利用的会保留至下一年的能量。因此个表示未利用的会保留至下一年的能量。因此b+c+d+eb+c+d+e为本年度为本年度流入该生态系统的总能量。流入该生态系统的总能量。c c1 1代表初级消费者流入次级消费者的代表初级消费者流入次级消费者的能量即被次级消费者所同化的量。初级消费者产生的粪便中所含能量即被次级消费者所同化的量。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的能量属于生产者同化的能量, ,应在应在b b或或d d中中,

14、,所以所以D D项不正确。项不正确。答案答案: :D D提示提示: :粪便中的能量是上一营养级的能量。因为粪便最终被分解粪便中的能量是上一营养级的能量。因为粪便最终被分解者分解者分解, ,故属于上一营养级故属于上一营养级(Q(Q1 1) )流入分解者的部分。流入分解者的部分。(2)(2)该生态系统中的能量该生态系统中的能量, ,最终都以什么形式散失最终都以什么形式散失? ?提示提示: :热能。因为分解者分解作用的本质也是呼吸作用。热能。因为分解者分解作用的本质也是呼吸作用。误区误区1 1误认为摄入量是流入第二营养级的能量误认为摄入量是流入第二营养级的能量走出误区走出误区点拨点拨: :流入第二营

15、养级的能量是第二营养级的同化量。生态系统中同流入第二营养级的能量是第二营养级的同化量。生态系统中同化量和摄入量不同化量和摄入量不同: :同化量为每一营养级通过摄食并转化成自身有机物的能量同化量为每一营养级通过摄食并转化成自身有机物的能量, ,摄入量摄入量是消费者摄入的能量是消费者摄入的能量, ,同化量同化量= =摄入量摄入量- -粪便量。粪便量。消费者产生的粪便中的能量不属于该营养级同化的能量消费者产生的粪便中的能量不属于该营养级同化的能量, ,它实际上它实际上与上一营养级的遗体残骸一样与上一营养级的遗体残骸一样, ,属于未被利用的那部分能量。属于未被利用的那部分能量。误区误区3 3误认为能量

16、传递效率与能量利用效率相同误认为能量传递效率与能量利用效率相同点拨点拨: :能量传递效率能量传递效率: :能量在沿食物链流动的过程中能量在沿食物链流动的过程中, ,逐级减少逐级减少, ,若以若以“营养营养级级”为单位为单位, ,能量在相邻两个营养级之间的传递效率约为能量在相邻两个营养级之间的传递效率约为10%10%20%20%。能量利用效率能量利用效率: :通常考虑的是流入人体中的能量占生产者能量的比值通常考虑的是流入人体中的能量占生产者能量的比值, ,或流或流入最高营养级的能量占生产者能量的比值入最高营养级的能量占生产者能量的比值, ,或考虑分解者的参与或考虑分解者的参与, ,以实现能量以实

17、现能量的多级利用。的多级利用。误区误区4 4误认为任何一个生态系统中误认为任何一个生态系统中, ,生产者固定的总能量一定多于消费者和生产者固定的总能量一定多于消费者和分解者同化的总能量分解者同化的总能量点拨点拨: :在一个自然生态系统中在一个自然生态系统中,生产者固定的总能量一定高于消费者和分解者生产者固定的总能量一定高于消费者和分解者同化的总能量同化的总能量,否则这个生态系统就无法维持下去否则这个生态系统就无法维持下去,生态系统就会崩溃。但是生态系统就会崩溃。但是对于人工生态系统对于人工生态系统,就不一定了。比如有的人工鱼塘就不一定了。比如有的人工鱼塘,由于消费者获取的能量由于消费者获取的能

18、量更多地来自外来补加更多地来自外来补加,而生产者很少而生产者很少,其固定的能量也比较有限其固定的能量也比较有限,生产者固定的生产者固定的总能量就不一定高于消费者和分解者同化的总能量。总能量就不一定高于消费者和分解者同化的总能量。请据图作答请据图作答: :(1)(1)图甲中图甲中,M,M1 1、M M2 2表示的能量形式分别为表示的能量形式分别为、。通常。通常情况下情况下, ,位于营养级位于营养级的生物个体数量一般远远少于的生物个体数量一般远远少于,主要原因是主要原因是 。(2)(2)图乙中图乙中, ,若若A A表示图甲中营养级表示图甲中营养级所摄入的全部能量所摄入的全部能量, ,则则B B表示

19、表示,C,C表示表示。若图甲中营养级。若图甲中营养级所固定的太阳能总量为所固定的太阳能总量为y,y,则营养级则营养级、间的能量传递效率是间的能量传递效率是( (用图中所给字母的表达式表示用图中所给字母的表达式表示) )。解析解析: :(1)M(1)M1 1表示流入该生态系统的能量表示流入该生态系统的能量, ,这部分能量是太阳能或同化这部分能量是太阳能或同化固定的能量固定的能量,M,M2 2表示从该生态系统散失的能量表示从该生态系统散失的能量, ,即热能或呼吸作用散失即热能或呼吸作用散失的热量。由于能量在传递过程中是逐级递减的的热量。由于能量在传递过程中是逐级递减的, ,则营养级越高的生物则营养

20、级越高的生物, ,可利用能量越少可利用能量越少, ,所以个体数量也越少。所以个体数量也越少。(2)(2)若若A A表示图甲中营养级表示图甲中营养级所摄入的全部能量所摄入的全部能量, ,则则B B表示表示同化固定的同化固定的能量能量,C,C表示表示用于生长、发育和繁殖的能量。若图甲中营养级用于生长、发育和繁殖的能量。若图甲中营养级所固所固定的太阳能总量为定的太阳能总量为y,y,而图乙中营养级而图乙中营养级同化固定的总能量为同化固定的总能量为b,b,则营养则营养级级、间的能量传递效率是间的能量传递效率是b/yb/y100%100%。答案答案: : (1) (1)太阳能太阳能( (或同化固定的能量或

21、同化固定的能量) )热能热能( (或呼吸作用散失的热量或呼吸作用散失的热量) )营养级越高营养级越高, ,可利用能量越少可利用能量越少(2)(2)同化的能量同化的能量用于生长、发育用于生长、发育和繁殖的能量和繁殖的能量b/yb/y100%100%考点二考点二 为能量流动提供载体的物质循环分析为能量流动提供载体的物质循环分析剖析考点剖析考点1.1.碳循环的分析碳循环的分析(1)(1)大气中的碳元素进入生物群落大气中的碳元素进入生物群落, ,是通过植物的光合作用是通过植物的光合作用( (主要途径主要途径) )或硝化或硝化细菌等的化能合成作用完成的。细菌等的化能合成作用完成的。(2)(2)碳元素在生

22、物群落与无机环境之间循环的主要形式是碳元素在生物群落与无机环境之间循环的主要形式是COCO2 2; ;碳元素在生物群碳元素在生物群落中的传递主要沿食物链和食物网进行落中的传递主要沿食物链和食物网进行, ,传递形式为有机物。传递形式为有机物。2(3)CO分解者的分解作用大气中的主要来源 动植物的呼吸作用化石燃料的燃烧(4)(4)碳元素在无机环境与生物群落之间传递时碳元素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只有生产者与无机环境之间的传递是双向的之间的传递是双向的, ,其他成分都是单向的其他成分都是单向的( (判断成分的依据判断成分的依据) )。2.2.巧辨图形判断参与碳循环的四

23、种成分巧辨图形判断参与碳循环的四种成分(1)(1)图图1 1先根据双向箭头及先根据双向箭头及A A、C C、D D都指向都指向B B确定确定A A和和B B应为生产者和大气中的应为生产者和大气中的COCO2 2库库, ,再根据再根据A A、C C都指向都指向D D确定确定D D为分解者为分解者, ,剩下剩下C C为消费者。为消费者。(2)(2)图图2 2根据根据A A与与C C之间是双向箭头判断之间是双向箭头判断:A:A和和C C一个是生产者一个是生产者, ,一个是大气中的一个是大气中的COCO2 2库。根据库。根据A A、B B、D D的碳都流向的碳都流向E,E,可进一步判断可进一步判断:A

24、:A是生产者是生产者,B,B是初级消费者是初级消费者,C,C是大气中的是大气中的COCO2 2库库,D,D是次级消费者是次级消费者,E,E是分解者。是分解者。(3)(3)图图3 3首先找出相互之间具有双向箭头的两个成分首先找出相互之间具有双向箭头的两个成分, ,即即A A和和E,E,一个是生产者一个是生产者, ,一个是大气中的一个是大气中的COCO2 2库。又因为其他各个成分都有箭头指向库。又因为其他各个成分都有箭头指向A,A,所以所以A A为大气中的为大气中的COCO2 2库库,E,E为生产者。然后观察剩余的几个成分为生产者。然后观察剩余的几个成分, ,其中其他生物部分的箭头都指向其中其他生

25、物部分的箭头都指向C,C,所以所以C C是分解者是分解者, ,剩余的剩余的B B、D D、F F则为消费者。整个图解中则为消费者。整个图解中, ,食物链是食物链是EFDBEFDB。【典例【典例2 2】 如图是某生态系统的物质和能量流向示意图。下列有关叙如图是某生态系统的物质和能量流向示意图。下列有关叙述正确的是述正确的是( () )A.XA.X1 1过程的完成必须依赖一种具有双层膜结构的细胞器过程的完成必须依赖一种具有双层膜结构的细胞器B.XB.X1 1过程吸收的过程吸收的COCO2 2的总量与的总量与Y Y1 1、Y Y2 2、Y Y3 3及及Z Z过程释放的过程释放的COCO2 2的总量的

26、总量相等相等C.C.当该生态系统处于相对稳定状态时当该生态系统处于相对稳定状态时,X,X3 3过程的能量值约为过程的能量值约为X X1 1过程能量过程能量值的值的1%1%4%4%D.ZD.Z1 1、Z Z2 2、Z Z3 3过程提供的有机物中的碳将全部转变为过程提供的有机物中的碳将全部转变为Z Z过程释放的过程释放的COCO2 2中的碳中的碳解析解析: :X X1 1过程为光合作用过程为光合作用, ,多数植物的光合作用在叶绿体中完成多数植物的光合作用在叶绿体中完成, ,少数少数生物生物( (如蓝藻如蓝藻) )没有叶绿体也可完成光合作用没有叶绿体也可完成光合作用, ,A A错误错误; ;X X1

27、 1过程吸收的过程吸收的COCO2 2总量应大于总量应大于Y Y1 1、Y Y2 2、Y Y3 3及及Z Z过程释放的过程释放的COCO2 2总量总量, ,B B错误错误; ;能量沿食物链传能量沿食物链传递的效率为递的效率为10%10%20%20%, ,故故X X3 3过程的能量值约为过程的能量值约为X X1 1过程的能量值的过程的能量值的1%1%4%4%, ,C C正确正确; ;生产者、消费者体内的有机物除了被分解者分解生产者、消费者体内的有机物除了被分解者分解, ,还有一部还有一部分用于自身生命活动分用于自身生命活动, ,转化为其他物质转化为其他物质, ,D D错误。错误。答案答案: :C

28、 C提示提示: :X X1 1、Y Y1 1、Y Y2 2、Y Y3 3、Z Z。(2)Z(2)Z过程的发生一定需要氧气吗过程的发生一定需要氧气吗? ?提示提示: :不一定。分解者包括一些厌氧生物不一定。分解者包括一些厌氧生物, ,它们是通过无氧呼吸进它们是通过无氧呼吸进行的。行的。走出误区走出误区误区误区1 1误认为在生物群落中碳都是以误认为在生物群落中碳都是以COCO2 2的形式进行循环的的形式进行循环的点拨点拨: :在生态系统中在生态系统中, ,碳元素主要以碳元素主要以COCO2 2形式循环形式循环, ,其含义是指碳元素从其含义是指碳元素从无机环境进入生物群落以及由生物群落返回无机环境是

29、以无机环境进入生物群落以及由生物群落返回无机环境是以COCO2 2的形式进的形式进行的行的, ,但在生物群落内碳元素则是以含碳有机物的形式进行的。但在生物群落内碳元素则是以含碳有机物的形式进行的。误区误区2 2误认为能量伴随着物质循环而循环误认为能量伴随着物质循环而循环点拨点拨: :物质循环流动物质循环流动, ,能量单向流动不循环能量单向流动不循环, ,所以不能说能量伴随着物所以不能说能量伴随着物质循环而循环。质循环而循环。【跟踪演练【跟踪演练2 2】 如图是我国北方处于平衡状态的某森林生态系统的如图是我国北方处于平衡状态的某森林生态系统的碳循环示意图碳循环示意图, ,其中箭头表示碳的传递方向

30、其中箭头表示碳的传递方向; ;字母表示碳的传递途径。字母表示碳的传递途径。下列叙述不正确的是下列叙述不正确的是( ( ) )A.A.碳从植物体流入动物体的主要形式是有机物碳从植物体流入动物体的主要形式是有机物B.aB.a途径是通过光合作用实现的途径是通过光合作用实现的,b,b、d d、g g途径途径是通过呼吸作用实现的是通过呼吸作用实现的C.C.碳在生物群落与无机环境之间的循环主要以碳在生物群落与无机环境之间的循环主要以二氧化碳的形式进行二氧化碳的形式进行D.D.如果图中的字母表示碳元素传递的数量如果图中的字母表示碳元素传递的数量, ,则夏则夏季季a a、b b、c c、e e之间的关系可表示

31、为之间的关系可表示为a=b+c+ea=b+c+eD D解析解析: :据图可知据图可知,a,a表示碳元素进入生物群落表示碳元素进入生物群落, ,是通过光合作用实现是通过光合作用实现的的;b;b、d d、g g表示碳元素返回大气表示碳元素返回大气, ,是通过生产者、消费者、分解者是通过生产者、消费者、分解者的呼吸作用实现的的呼吸作用实现的; ;夏季光合作用强夏季光合作用强, ,植物积累有机物植物积累有机物, ,则则ab+c+eab+c+e, ,故故D D项错。项错。能力培养能力培养深度过关深度过关 活化思维活化思维 夺取高分夺取高分用守恒的观点解决能量流动的计算用守恒的观点解决能量流动的计算信息获

32、取与解读信息获取与解读该图示表示的是人为干预的生态系统能量流动的情况该图示表示的是人为干预的生态系统能量流动的情况, ,该图主要该图主要渗透了能量守恒的观点渗透了能量守恒的观点, ,即对某一营养级而言即对某一营养级而言: :能量输入能量输入= =能量输能量输出。例如出。例如: :上图的植食动物上图的植食动物: :能量来源为能量来源为14+2,14+2,能量去路为能量去路为2.5+0.5+9+4,2.5+0.5+9+4,能量的来源与能量的去路数值相等。能量的来源与能量的去路数值相等。用守恒的观点解决问题时要注意以下问题用守恒的观点解决问题时要注意以下问题: :(1)(1)流经某生态系统的总能量流经某生态系统的总能量对于自然生态系统来说对于自然生态系统来说, ,就是生产者固定的太阳能总量就是生产者固定的太阳能总量