生物与环境时生态系统的能量流动和物质循环

生物与环境时生态系统的能量流动和物质循环第1页/共61页1．涵盖范围

本单元包括必修3的第四、五、六章内容。从宏观方面研究生物与环境的关系，主要包括种群的特征和数量变化；群落的结构和演替；生态系统的结构、功能、稳定性及生态环境的保护。单元教学分析第2页/共61页2．考情分析(1)考查力度：此单元在高考中是高考三大考点遗传、代谢和调节之后最重要的考查内容。

(2)考查内容①“J”型和“S”型种群增长曲线的理解与应用。②生态系统的结构中组成成分及营养结构。③物质循环的实例——碳循环图解与能量流动的过程图解。④生态缸的制作及生态环境方面的热点问题。第3页/共61页(3)考查题型：选择题：②③中的特定知识点加上种群的特征、种间关系和群落演替。

曲线题考查①中“J”型和“S”型曲线图解题考查②③热点材料题考查④实验题考查④非选择题第4页/共61页3．复习指导(1)复习线索

①以种群的特征为主线，理解种群的概念、数量变化、种间及种内关系。②以生态系统的概念为核心，综合复习生态系统的结构和功能，从而理解生态系统的稳定性。(2)复习方法

①比较法并结合曲线复习“J”型和“S”型种群数量变化。②图解法复习生态系统的四种成分、食物链(网)、物质循环和能量流动。③关注生态环境方面的热点问题，并学会运用本单元的知识进行分析。第5页/共61页第34

课时生态系统的能量流动和物质循环

第6页/共61页回扣基础·构建网络第7页/共61页基础导学

一、能量流动的过程

1．过程

起点是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

⇓

⇓

形式：太阳能→有机物中＿＿＿

⇓

经细胞呼吸以＿＿形式散失输入输入输入输入途径：＿＿＿和＿＿＿形式：有机物中的化学能生产者固定的太阳能及其他形式的能量食物链食物网化学能热能第8页/共61页第9页/共61页2．图解

传递过程，见下图。⑴能量流动的源头——太阳能。

⑵能量转化：太阳能→有机物中的＿＿＿→热能(最终散失)。

⑶流动形式：有机物中的＿＿＿。

⑷散失途径：呼吸作用，包括各个营养级自身的呼吸消耗以及分解者的呼吸作用。化学能化学能第10页/共61页[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.散失的热能可以被生产者固定再次进入生态系统()

4．流经第二营养级的总能量指次级消费者摄入到体内的能量 ()

⑸能量散失的形式：＿＿。

⑹箭头由粗到细：表示流入下一营养级的能量＿＿＿＿。

⑺随营养级的升高，储存在生物体内的能量越来越少。××××热能逐级递减提示还包括传递和转化过程。提示是生产者固定的太阳能或化学能。提示生产者只能利用太阳能或化学能(化能合成作用)，不能利用热能。

提示初级消费者同化的能量。第11页/共61页

二、能量流动的特点和意义

[判一判]

1．生态系统中的能量流动是单向的，且是逐级递减的()

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．研究能量流动，可合理设计人工生态系统，高效利用能量 ()

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 ()

三、生态系统的物质循环

[判一判]

1．参与循环的物质是组成生物体的各种化合物()

√√×××提示元素。第12页/共61页2．物质循环的范围是生物圈 ()

3．碳循环在生物群落和无机环境之间主要以有机物形式

循环 ()

4．化学燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因()

5．物质和能量都是往复循环，重复利用的 ()

6．物质循环是能量流动的载体，能量流动是物质循环的

动力 ()√×√×√提示

CO2。提示物质循环，能量单向流动不循环。第13页/共61页1．教材93页[问题探讨]分析解决问题。

2．教材93页最下面能量流动的分析。

3．教材94页图5－6和图5－7并结合[思考与讨论]理解能量流动过程。

4．教材95页图5－8和[资料分析]理解能量流动的特点。

5．教材97页[调查]和[技能训练]提升能力。

6．教材99页生态农业的有关知识。

7．结合教材101页图5－11，解决教材100页[思考与讨论]几个问题。

8．教材101页温室效应问题。

9．教材102页[探究]土壤微生物的分解作用。

10.教材98页练习一中1,二中1；教材104页练习一中1和4。回扣教材第14页/共61页知识网络生产者固定食物链食物网热能呼吸单向流动传递到下一营养级分解者分解物质循环元素无机环境生物群落逐级递减第15页/共61页突破考点·提炼方法第16页/共61页1．(2010·山东卷，6)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④/③值一般高于变温动物

B．哺乳动物的③/①值一般为10%～20%

C．提高圈养动物生长量一般需提高③/②值

D．食肉哺乳动物的③/②值一般低于食草哺乳动物提升综合分析能力——生态系统的能量流动分析

典例引领考点103

解析恒温动物维持体温需要消耗较多的有机物，因而④/③值一般低于变温动物；10%～20%是营养级间的能量传递效第17页/共61页率，而不是同化量和获取量之间的比值；圈养动物产量的提高依赖于同化量的增加，即③/②的比值提高；植物性食物中含有哺乳动物不能利用的物质多于动物性食物，因而食肉动物的③/②值高于食草性哺乳动物。

答案

C

排雷⑴最高营养级能量去路只有3个方面，少了传递给下一营养级这一去路；⑵分解者分解作用的实质仍然是呼吸作用；⑶流经各营养级的总能量：对生产者而言强调关键词“固定”而不能说“照射”，对各级消费者而言强调关键词“同化”而不能说“摄入”；⑷根据生态系统的能量流动规律，要提高对能量的利用率，我们可以在实际生活中借鉴下面的一些措施：①尽量缩短食物链；②充分地利用生产者；③充分利用分解者，如利用秸秆培育食用菌；利用植物残体生产沼气等。第18页/共61页考点剖析

能量的来源及去向图解第19页/共61页⑴消费者摄入能量(a)＝消费者同化能量(b)＋粪便中能量(c)，即动物粪便中的能量不属于该营养级同化的能量，应为上一个营养级固定或同化的能量。

⑵消费者同化能量(b)＝呼吸消耗(d)＋生长、发育和繁殖(e)

⑶生长、发育和繁殖(e)＝分解者分解利用(f)＋下一营养级同化(i)＋未被利用(j)，即消费者同化能量若为两部分之和是b＝d＋e；若为四部分之和是b＝d＋f＋i＋j。第20页/共61页对位训练1．如图为某生态系统中能量流动图解部分示意图，①②③④各代表一定的能量值，下列各项中正确的是(

)A．①表示流经生态系统内部的总能量

B．一般情况下，次级消费者增加1kg，生产者至少增加100kg

C．生物与生物之间吃与被吃的关系一般不可逆转，所以能量流动具有单向性

D．从能量关系看②≥③＋④第21页/共61页

答案

C

解析①仅仅是流经该生态系统内部总能量的一部分，所以A错误；次级消费者增加1kg，生产者至少增加25kg，所以B错误；从能量关系上看，②＞③＋④，所以D错误。第22页/共61页2．(2010·江苏卷，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模型构建——能量流动特点及金字塔

典例引领考点104

解析从食物链中的能量流动特点来看，营养级越高，在能量流动过程中损失的能量越多。多吃素食，是将人放在初级消费者的层次上，只经过一次能量传递，这样人获得的能量最多，消耗的粮食总量最少。第23页/共61页

答案

C

排雷⑴食物链越短，散失的能量越少，这是肉、蛋比粮食贵的原因。(从能量流动分析)

⑵在一条食物链中，由低营养级到高营养级推算，前一营养级比后一营养级含量一定多的指标是“能量”，而“数量”和“生物量”均可能出现反例。

⑶在人工生态系统中因能量可人为补充，可能会使能量金字塔呈现倒置状况。如人工鱼塘中生产者的能量未必比消费者(鱼)多。天然生态系统不会这样。

⑷某营养级的“粪便”中的能量不同于“尿液”中的能量。前者应归于上一营养级；后者则归于该营养级。第24页/共61页考点剖析1．能量流动特点及原因

⑴单向流动——捕食关系是长期自然选择的结果，不能“逆转”；散失的热能不能利用，无法“循环”。

⑵逐级递减——自身呼吸消耗＋分解者分解＋未被利用

2．能量传递效率

能量传递效率＝下一营养级的同化量/上一营养级的同化量×100%

一般说来，能量传递的平均效率大约为10%～20%。

提醒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%。第25页/共61页3．能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔

不同的金字塔能形象地说明营养级与能量、数量、生物量之间的关系，是定量研究生态系统的直观体现。项目能量金字塔数量金字塔生物量金字塔含义各营养级固定的总能量每一营养级生物个体的数量每一营养级现存生物的总质量形状特点呈正金字塔形一般呈正金字塔形一般呈正金字塔形分析能量流动的过程中总是有能量的消耗散失一株大树上，鸟、虫、树的数量金字塔的塔形会发生倒置浮游植物的个体小,寿命短,又不断被浮游动物吃掉,所以某一时间浮游植物的生物量(用质量来表示)可能低于浮游动物的生物量第26页/共61页2．下图中甲图表示一个海滩湿地生态系统中部分生物的食物关系。请据图回答问题：对位训练

⑴在该生态系统中，既是分解者又可作为消费者食物的生物是＿＿。

⑵请根据甲图中的生态系统，写出乙图中能量金字塔各营养级的所有生物名称：

①＿＿＿＿＿＿；②＿＿＿＿＿＿＿＿＿；③＿＿＿＿＿。沼蟹、蜘蛛细菌藻类、大米草食草虫、线虫、海螺第27页/共61页3．如图是生物圈中碳循环示意图，下列相关分析不正确的是

(

)模型构建——碳循环典例引领考点105A．生物圈通过碳循环实现碳

元素的自给自足

B．A是消费者，C是生产者，

各成分间以CO2的形式传递碳元素

C．对E过度开发利用会打破

生物圈中碳循环的平衡

D．碳循环过程需要能量驱动，

同时又是能量的载体第28页/共61页

解析图中A为消费者，B为分解者，C为生产者，D为大气中的CO2库，E为化学燃料；在生物群落与无机环境之间以CO2的形式传递碳元素，在生物群落之间以有机物的形式传递碳元素。

答案

B

排雷⑴生态系统物质循环的范围中所指的物质主要是组成生物体的基本元素，而不是由这些元素组成的糖类、脂肪和蛋白质等具体物质。

⑵物质循环的概念中所说的“生态系统”并不是一般的生态系统，而是指地球上最大的生态系统——生物圈，因此物质循环具有全球性。

⑶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双向的,在其他各成分间的传递均是单向的。第29页/共61页

考点剖析1．循环特点：⑴具有全球性；⑵反复循环。

2．过程图解及解读⑴大气中的碳元素进入生物群落，是通过植物的光合作用(主要途径)或硝化细菌等的化能合成作用完成的。第30页/共61页⑵碳元素在生物群落与无机环境之间循环的主要形式是CO2；碳元素在生物群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。

⑶大气中CO2的主要来源

⑷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之间的传递是双向的，其他成分都是单向的。(判断成分的依据)分解者的分解作用动植物的细胞呼吸化学燃料的燃烧3．温室效应

⑴成因

①工厂、汽车、飞机、轮船等对化学燃料的大量使用，向大气中释放大量的CO2。第31页/共61页②森林、草原等植被大面积的破坏，大大降低了对大气中CO2的调节能力。

⑵危害

加快极地冰川融化，导致海平面上升，对陆地生态系统和人类的生存构成威胁。

⑶缓解措施

①植树造林，增加绿地面积。

②开发清洁能源，减少化学燃料的燃烧。第32页/共61页4．能量流动与物质循环之间的关系图解第33页/共61页⑴从图中可以看出，无机环境为生物成分提供物质和能量。

⑵生产者主要是指绿色植物，它是消费者和分解者能量的源泉，也是生态系统存在和发展的基础，因此，生产者是生态系统的主要成分。

⑶绿色植物同化的CO2等物质，大约90%需经分解者的分解作用返回无机环境，被生产者重新利用，因此，从物质循环角度看，分解者在生态系统中占有重要地位。

⑷二者同时进行，相互依存，不可分割，主要体现在：

①能量的固定、储存、转移和释放离不开物质的合成和分解；②物质是能量沿食物链(网)流动的载体；③能量是物质在生态系统中往复循环的动力。第34页/共61页3．分析以下生态系统的能量流动和物质循环的关系简图，不能得到的结论是 (

)对位训练

A．能量①②③④的总和一定小于生产者所固定的太阳能

总量第35页/共61页

答案

C

解析分析图中的信息可知，甲是生产者，乙和丙是消费者，丁是分解者；生产者固定的能量有四个去向：呼吸消耗、流向动物、被分解者利用、留在生产者的体内，图中①②③④的总和是呼吸消耗、流向动物、被分解者利用的能量，小于生产者所固定的太阳能总量。从题图中我们还可以看出,生态系统的物质可以循环再生，如碳元素以CO2的形式进入生物群落又以CO2的形式离开生物群落返回无机环境，而能量必须由太阳能不断补充。丁作为分解者,不是食物链的“成员”，因此选项C错误。B．生物圈的物质是自给自足的，能量是需要不断补充的

C．丁中包含的生物可能处于食物链的最高营养级

D．碳元素以CO2形式进入生物群落又以CO2的形式离开生物群落返回无机环境第36页/共61页4．如图是两个生态系统中腐殖质总量随时间的变化情况，这两个生态系统分别是

(

)实验技能提升

——“土壤微生物的分解作用”的探究活动典例引领考点106A．A是热带草原，B是热带雨林

B．A是热带雨林，B是温带草原

C．A是冻土苔原，B是热带雨林

D．A是冻土苔原，B是温带草原

解析腐殖质是落叶等与土壤的混合物，含有大量的未完全分解的动植物残体。对这些残体进行分解的是分解者，分解者在热带雨林中的数量和种类最多，因此在该环境中，腐殖质的数量少，而矿质元素等营养物质的含量高。第37页/共61页

答案

C

排雷⑴腐殖质的量与矿质元素的量成反比；⑵腐殖质的量主要取决于该环境的分解者的分解能力——雨水充足、温度高的热带雨林微生物的分解能力最强；⑶人为焚烧落叶层的主要目的是加速物质循环。第38页/共61页考点剖析实验假设案例1案例2微生物能分解落叶使之腐烂微生物能分解淀粉实验设计实验组对土壤高温处理A杯中加入30mL土壤浸出液对照组对土壤不做任何处理B杯中加入30mL蒸馏水自变量土壤中是否含微生物土壤中微生物的有无实验现象在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组AA1不变蓝A2产生砖红色沉淀BB1变蓝B2不变色结论分析微生物对落叶有分解作用土壤浸出液中的微生物能分解淀粉(注：在A1、B1中加入碘液，在A2、B2中加入斐林试剂)第39页/共61页4.右图表示a、b、c三地区森林

土壤有机物分解状况，则分解

者的作用强弱是 (

)

A．a＞b＞c

B．c＞b＞a

C．c＝b＞a

D．a＞c＝b对位训练

答案

A

解析由题意可知，土壤有机物量指的是未被分解者分解的有机物的数量，由图可知，a的数量少，分解的落叶量最多；b次之；c数量最多，分解的落叶量最少。由此可推知，分解落叶的能力a＞b＞c。第40页/共61页

输入第一营养级的能量(W1)被分为两部分：一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了(A1)，一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖。而后一部分能量中，包括现存的植物体B1、流向分解者的C1、流向下一营养级的D1。参考图示，很容易理解以下问题：方法体验利用“拼图法”解决能量流动中的难题⑴流经整个生态系统的总能量是生产者固定的总能量，即W1。将图中第三营养级同化的总能量D2“拼回”第二营养级，第41页/共61页则刚好等于D1，即第二营养级同化的总能量；再将D1“拼回”第一营养级，则刚好等于生产者固定的总能量W1。可见，在一个草原生态系统中，草原上所有生物的总能量都来自W1，所有生物总能量之和都小于W1(呼吸作用消耗的缘故)。

⑵能量传递效率不会是100%。从上图可以看出，从第一营养级向第二营养级能量的传递效率等于D1/W1，因此不会达到100%，一般情况下，能量传递效率为10%～20%。

⑶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，理清生物与生物在营养级上的差值。第42页/共61页

典例研究人员在对甲、乙两个不同的生态系统调查后发现，两个生态系统的生产者总能量相同，甲生态系统只有初级和次级消费者，乙生态系统则有初级、次级、三级和四级消费者。如果其他的因素都一样，则下列选项叙述正确的是(

)

A．甲生态系统中现存的消费者的总能量大于乙生态系统中现存的消费者的总能量

B．甲生态系统的消费者总能量小于生产者同化的总能量，但乙生态系统则相反

C．甲、乙生态系统的消费者总能量都大于生产者同化的总能量

D．乙生态系统的消费者总能量大于甲生态系统的消费者总能量第43页/共61页

解析

由于消费者的总能量属于生产者同化的总能量的一部分，因此B、C项的说法都不正确。随着食物链的延长，能量逐级递减，因此食物链越长的生态系统中，储存在生物体内的能量越少。乙生态系统中营养级的数量多于甲生态系统，因此乙生态系统中现存的消费者的总能量小于甲生态系统中现存的消费者的总能量。

答案

A

体会能量流动中传递效率的相关计算需注意

⑴流入各级消费者的总能量指的是该级消费者同化的总能量，消费者粪便中所含有的能量不能计入其同化的总能量中。因此，同化量＝摄入量－粪便中的能量。

⑵能量传递效率＝某一个营养级的同化量/上一个营养级的同化量。第44页/共61页⑶计算某一生物所获得的最多(最少)的能量规律(设食物链为A→B→C→D)：已知问题求解思路D营养级净增重M至少需要A营养级多少N×(20%)3＝M最多需要A营养级多少N×(10%)3＝MA营养级净增重ND营养级最多增重多少N×(20%)3＝MD营养级至少增重多少N×(10%)3＝M

⑷涉及多条食物链的能量流动计算时，若根据要求只能选择食物网中的一条食物链，计算某一生物获得的最多(或最少)的能量时，其规律如下：生产者消费者选最短食物链选最大传递效率20%最少消耗获得最多最多消耗获得最少选最长食物链选最小传递效率10%第45页/共61页

典例如图表示生物圈中碳循环的部分示意图。甲、乙、丙、丁构成生物群落，箭头①～⑨表示循环过程。下列有关说法正确的是 (

)易错警示对物质循环过程不理解，不会识别相关图解A．大气中的气体X是指CO2和CO

B．完成①过程的能量主要是由⑧过程提供的

C．丁经⑤⑥⑦过程获得的能量占甲、乙、丙总能量的10%～20%

D．丙处在第三营养级第46页/共61页

错因分析①对涉及物质循环的一些生理过程不清楚；②不会判断相关图解中字母表示的各种成分。

解析生物群落与无机环境之间的碳循环是以CO2的形式进行的，故图中大气中的气体X代表CO2；图中甲为生产者，乙为初级消费者(第二营养级)，丙为次级消费者(第三营养级)；完成①过程的能量主要由太阳能提供；食物链中相邻营养级间的能量传递效率为10%～20%。

答案

D

纠错笔记⑴碳循环过程示意图

第47页/共61页

弄清箭头的方向及代表含义。

⑵将上图换成字母，并尝试判断四种成分(找依据)，如下面三种变式图

据图判断A、B、C、D各代表哪种成分？

①图1——先根据双向箭头确定A和B应为生产者和非生物的物质和能量，不能写“无机环境”，也不能写“生物类别”，再根据A→D，确定D为分解者，剩下C为消费者。

②图2——根据A与C之间的双向箭头判断：A和C一个是生产第48页/共61页者一个是非生物的物质和能量。根据A、B、D的碳都流向E，可进一步判断：A是生产者，B是初级消费者，C是非生物的物质和能量，D是次级消费者，E是分解者。

③图3——首先找出相互之间具有双向箭头的两个成分即A和E，一个为生产者，一个是大气中的CO2库。又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。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C，所以C是分解者，剩余的B、D、F则为消费者。整个图解中，食物链是E→F→D→B。第49页/共61页检测落实·体验成功第50页/共61页1.下图是生态系统中能量流经各营养级的示意图。由于呼吸的消耗，上一营养级的能量只能一部分流入下一营养级。以下对图中“呼吸”的理解正确的是(

)题组一能量流动核心考查

A．指生物在呼吸等新陈代谢和各种活动中消耗的全部能量

B．指生物进行有氧呼吸时产生的全部能量

C．所有生产者和消费者都进行有氧呼吸和无氧呼吸第51页/共61页D．分解者通过呼吸从生产者和消费者那里得到自身生命活动所需要的能量

答案

A第52页/共61页2．(2011·海南卷，21)关于生态系统的叙述，正确的是（）

A．生态系统中生产者得到的能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必然是有利的

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

答案

A

解析能量在生态系统中是单向流动、逐级递减的，某一营养级的能量约是其上一营养级的10%～20%；生态系统的信息传递可调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定，但并非对所有捕食者都有利；生态系统中的营养级与生物的体型大小没有必然联系。第53页/共61页3．关于生态系统物质循环的叙述，不正确的是(

)

A．所指的物质是指组成生物体的C、H、O、N、P、S等化学元素

B．所说的生态系统是指地球上最大的生态系统——生物圈

C．所说的循环是指物质在生物群落与无机环境之间反复出现、循环流动

D．物质在循环过程中不断递减题组二物质循环

答案

D第54页/共61页4．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