生物必修生态系统的能量流动和物质循环配套

生物必修生态系统的能量流动和物质循环配套第1页/共46页一、能量流动输入转化固定太阳能1．对能量流动的理解：(1)概念：生态系统中能量的________、传递、________和散失的过程。固定的太阳能总量食物链食物网(2)起点：生产者______________开始。(3)总量：生产者__________________。(4)流动渠道：____________和____________。第2页/共46页2．能量流动的过程：(1)写出图中甲、乙、丙、丁、戊所代表的内容。甲：________乙：____________丙：____________丁：__________戊：________(2)通过上述图解可看出生产者、初级消费者、次级消费者能量流动相同的三个方向。呼吸作用分解者①通过________以热能的形式散失。呼吸作用生产者初级消费者次级消费者第3页/共46页②被下一营养级________。③被________分解利用。同化分解者3．能量流动的特点及意义：(1)能量传递效率：指__________________之间________的比值。相邻两个营养级同化量单向流动(2)能量流动的两个特点：____________、____________。(3)研究意义：逐级递减人工生态系统①帮助人们科学规划、设计________________，使能量得到最有效的利用。能量流动对人类最有益

②帮助人们合理地调整生态系统中的____________关系，使能量持续高效地流向______________的部分。第4页/共46页二、物质循环无机环境生物群落1．概念：组成生物体的各种元素在________________与______________间不断循环的过程。全球性循环流动

2．特点：_________、反复利用、____________。

3．意义：通过能量流动和物质循环使生态系统中的各种组成成分紧密地联系在一起，形成一个统一整体。4．实例——碳循环：CO2CO2(1)碳在无机环境中的存在形式：________和碳酸盐。(2)循环形式：________(主要)。第5页/共46页光合化能合成呼吸作用微生物的分解

(3)循环过程：碳从无机环境到生物群落是通过________作用、____________作用实现的；从生物群落到无机环境则是通过________________和________________实现。

5．物质循环与能量流动的联系：物质循环和能量流动是同时进行，相互依存，不可分割的。原因是：

(1)能量的固定、储存、转移和释放，离不开物质的合成和分解。食物链(网)能量(2)物质是能量沿____________流动的载体。(3)____________是物质在生态系统中往复循环的动力。第6页/共46页[判断正误]1．生产者固定的能量一定是太阳能。()2．食物链和食物网是生态系统的营养结构，生态系统的物质循环和能量流动就是沿着这些渠道进行的。()3．虎等大型肉食动物容易成为濒危物种，可用生态系统中能量流动规律进行合理分析。()4．生态系统维持正常功能需要不断得到来自系统外的能量。()5．食物链各营养级中10%～20%的能量会被分解者利用。()答案：1.×2.√3.√4.√5.×第7页/共46页考点一能量流动过程及特点1．能量流动图解：第8页/共46页(1)能量来源a.生产者的能量主要来自太阳能b.消费者的能量来自上一营养级同化的能量(2)能量去向：流入某一营养级(最高营养级除外)的能量去向可从以下两个角度分析：①定量不定时：

a.自身呼吸消耗能量的最终去路b.流入下一营养级c.被分解者分解利用第9页/共46页

②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。动物同化的能量不等于摄入的能量

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，摄入量是消费者摄入的能量，同化量＝摄入量－粪便量。第10页/共46页2．能量流动的特点：(1)单向流动：①能量流动是沿食物链进行的，食物链中各营养级之间的关系是长期自然选择的结果，是不可逆转的。②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，因此能量流动无法循环。第11页/共46页(2)逐级递减：①各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。②各营养级的能量总有一部分不能被下一营养级利用，这一部分最终流入分解者。③能量传递效率为10%～20%(见下图)：第12页/共46页项目能量金字塔数量金字塔生物量金字塔形状特点正金字塔形一般为正金字塔形，有时会出现倒金字塔形一般为正金字塔形象征含义能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减生物量(现存生物有机物的总量)沿食物链流动逐级递减3．生态金字塔：

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。第13页/共46页利用“拼图法”巧解能量流动的相关计算

(1)输入第一营养级的能量(W1)，即生产者的同化量被分为两部分：一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失(A1)，一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖(B1＋C1＋D1)。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。第14页/共46页

(2)第一营养级向第二营养级的能量传递效率＝(D1/W1)×100%，第二营养级向第三营养级的能量传递效率＝(D2/D1)×100%。第15页/共46页◎高考探究◎考向1能量流动的特点

[例1](2014年山东卷)6月8日是世界海洋日。海洋是生物圈的重要组成部分，与人类的生存和发展息息相关。第16页/共46页

(1)根据图甲分析，要获得最大持续捕捞量，捕捞后大黄鱼种群数量应处于________点。用标志重捕法调查大黄鱼种群密度时，若标记个体更易于被捕食，则种群密度的估计值________(填“偏高”“偏低”或“不变”)。

(2)海洋鱼类生活在不同的水层，这体现了生物群落的________结构。新建码头的桩柱表面很快被细菌附着，随后依次出现硅藻、藤壶、牡蛎等，该过程称为________。

(3)图乙表示某海域能量流动简图，A、B、C、D表示生态系统的组成成分。图中________和________(填字母)在碳循环过程中起着关键作用；能量在第一营养级和第二营养级之间的传递效率为________。第17页/共46页

(4)海洋会受到石油、工业废水、生活污水等污染。如果污染超过海洋生态系统的________________，海洋生态系统就很难恢复到原来的状态。

[解析](1)对于种群中有益动物的开发和利用，为了能获得最大持续捕捞量，应在种群数量大于K/2时进行捕获，并使捕获后种群的数量保持在K/2点，此时种群增长速率最大，资源再生能力强；用标志重捕法调查动物的种群密度时，根据公式：个体总数N/初次捕获个体数M＝重捕个体总数n/重捕中被标记的个体数m，可推出种群个体数N＝M×n/m，由于标记个体更易于被捕食，所以分数中分子不变，分母减小，分数值增大，第18页/共46页即种群数量偏大。(2)群落中各种生物在垂直方向上具有明显的分层现象，叫群落的垂直结构；新建码头的桩柱表面很快被细菌附着，随后依次出现硅藻、藤壶、牡蛎等，是群落演替中的初生演替。(3)从图中能量流动来看，固定太阳能的是生态系统的生产者，是能量流动的起点，整个生物部分最终都流向B，说明其是分解者，C、D是消费者；连接生物部分与非生物的主要生物成分是生产者和分解者；在食物链A→D→C中，传递效率为1.5×106/7.5×106＝20%。(4)生态系统之所以能抵抗干扰保持原状，取决于自我调节能力或抗污染的自我净化能力，但其调节能力是有一定限度的，若超过该生态系统自我调节能力或抗污染的自我净化能力，就很难恢复到原来的状态。第19页/共46页[答案](1)b偏高(2)垂直(群落的)演替(或初生演替)(3)AB(两空可颠倒)20%(4)自我调节能力(或自净能力)第20页/共46页考向2能量流动的计算

[例2](2016年菏泽质检)有一食物网如下图所示。如果能量传递效率为10%，各条食物链传递到庚的能量相等，则庚增加1kJ的能量，丙最少含多少能量()A．550kJC．400kJB．500kJD．100kJ第21页/共46页

[解析]设丙的能量为x，因为各条食物链传递到庚的能量相等，故经丙→丁→己→庚传递到庚的能量为0.5kJ，则需要丙0.5÷(10%)3＝500(kJ)，经丙→戊→庚传递到庚的能量为0.5kJ，则需要丙0.5÷(10%)2＝50(kJ)，即丙最少含500＋50＝550(kJ)的能量。[答案]A第22页/共46页考向3生态系统能量流动途径

[例3](2016年新课标卷Ⅲ)我国谚语中的“螳螂捕蝉，黄雀在后”体现了食物链的原理。若鹰迁入了蝉、螳螂和黄雀所在)的树林中，捕食黄雀并栖息于林中。下列叙述正确的是( A．鹰的迁入增加了该树林中蝉及其天敌的数量

B．该生态系统中细菌产生的能量可流向生产者

C．鹰的迁入增加了该生态系统能量消耗的环节

D．鹰的迁入增加了该生态系统能量流动的方向第23页/共46页

[解析]鹰迁入后，形成了食物链：植物→蝉→螳螂→黄雀→鹰，据此可知，鹰的迁入会使该树林中黄雀(蝉的天敌)的数量减少，故A项错误；能量流动是沿着食物链进行的，细菌是分解者，不参与食物链的构成，即细菌的能量不能流向生产者，B项错误；能量流动是沿着食物链进行的，鹰的迁入没有增加该生态系统能量流动的方向，D项错误。[答案]C第24页/共46页【考点练透】

1．(2016年烟台一模)下图表示某生态系统中四种成分之间的相互关系，以下相关叙述正确的是()A．甲和丙所包含的所有种群构成生物群落B．乙不一定是原核生物C．丁的CO2

含量减少，将导致臭氧层破坏D．丙1同化量越大，丙2的同化量越小第25页/共46页

解析：由图分析可知，甲为生产者，乙为分解者，丙为消费者，丁为非生物的物质和能量，一个生物群落应包括生产者、消费者、分解者；有些真核生物也是分解者，如某些真菌和蚯1蚓；臭氧层的破坏是由氟氯烃的大量排放所致；一般来说丙同化量越大，丙2的同化量越大。

答案：B第26页/共46页考点二生态系统的物质循环

1．碳循环实例分析：

(1)碳进入生物群落的途径：生产者的光合作用和化能合成作用。第27页/共46页项目能量流动物质循环(以碳循环为例)形式以有机物为载体无机物CO2和有机物特点单向流动、逐级递减全球性、循环性范围生态系统各成分生物圈各成分(2)碳返回无机环境的途径：生产者、消费者的呼吸作用；分解者的分解作用；化学燃料的燃烧。

(3)温室效应产生的原因：化学燃料的大量燃烧，产生了大量CO2；植被破坏，降低了对大气CO2

的吸收能力。

(4)实现碳在生物群落和无机环境之间进行循环的关键是生产者和分解者。物质循环与能量流动之间的关系(1)区别：第28页/共46页(2)联系：第29页/共46页◎高考探究◎考向碳循环实例分析[典例](2016年浙江杭州模拟)下图是生物圈中碳循环示意图，下列相关分析错误的是()(导学号57130084)A．生物圈通过碳循环实现碳元素的自给自足第30页/共46页B．A是消费者，C是生产者，碳在各成分间以CO2的形式循环C．对E过度开发利用会打破生物圈中碳平衡

D．碳循环过程需要能量驱动，同时又是能量的载体

[解析]生物圈通过碳循环实现碳元素的自给自足；A是消费者，C是生产者，碳在生物群落中以有机物的形式流动，在生物群落和无机环境之间以CO2的形式循环；E为化学燃料，若对此过度开发利用会打破生物圈中的碳平衡；能量是物质循环的动力，物质是能量的载体。[答案]B第31页/共46页【考点练透】

2．(2014年江苏卷)下列关于生态系统中物质循环和能量流动的叙述，正确的是()

A．富营养化水体出现蓝藻水华的现象，可以说明能量流动的特点

B．生态系统中能量的初始来源只有太阳能

C．食物链各营养级中10%～20%的能量会被分解者利用

D．无机环境中的物质可以通过多种途径被生物群落反复利用第32页/共46页

解析：富营养化水体出现蓝藻水华是大量有机污物排到江湖中导致藻类大量繁殖，为物质循环的再生利用，说明物质循环反复性，而能量流动是单向的，A错误；生态系统的能量主要来源于太阳能，也可源自某些无机物氧化分解释放的能量，如硝化细菌等化能自养型生物，B错误。生态系统中能量流动是单向递减的，其传递效率是10%～20%，即10%～20%的能量被下一营养级所同化，C错误。生态系统的物质循环带有全球性和循环往复性，因此无机环境中的物质可以通过多种途径如光合作用、根的吸收等进入生物群落被生物利用，D正确。答案：D第33页/共46页3．下面为现代版“桑基鱼塘”农业生态系统的能量流动和物质循环模式图，据图分析正确的是()A．“→桑”不能代表能量流动B．模式图中不应有“→池塘”的箭头C．该生态系统中的鱼与碳循环无关D．该生态农业促进了能量流动和物质循环第34页/共46页解析：“→桑”代表该生态系统能量的输入；该池塘水体中还有其他的生产者，模式图中应有“→池塘”的箭头；该生态农业促进了物质循环，提高了能量的利用率。

答案：D第35页/共46页1．下面为某鱼塘中能量流动图解部分示意图，①②③④⑤各代表一定的能量值，下列各项叙述正确的是()

A．在人工饲养的高密度鱼塘中⑤大于①

B．图中④包含了次级消费者粪便中的能量

C．在食物链中各个营养级能量输入的方式和形式是完全相同的

D．第三营养级到第四营养级的能量传递效率为(③/②)×100%第36页/共46页

解析：在人工鱼塘中，人们一般通过投放饲料等措施来饲养更多的鱼类，所以⑤可比①小；粪便中的能量属于上一个营养级流向分解者的，所以④应包含三级消费者粪便中的能量；输入生产者的能量是光合作用固定的太阳能，输入各级消费者的能量是消化、吸收的食物中的化学能；能量传递效率＝(一个营养级的同化量/上一个营养级的同化量)×100%，所以第三营养级到第四营养级的能量传递效率为(③/②)×100%。答案：D第37页/共46页2．下面为能量流经某生态系统第二营养级的示意图[单位J/(cm2·a)]，据图分析，有关说法正确的是()A．该生态系统第一营养级同化的能量至少为400B．第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量是100C．能量由第二营养级到第三营养级的传递效率是20%D．该生态系统第三营养级同化的能量是15第38页/共46页

解析：题图为能量流经某生态系统第二营养级的示意图，其中a表示该营养级摄入的能量，b表示该营养级同化的能量，c表示该营养级用于生长、发育和繁殖的能量，d表示呼吸作用中以热能的形式散失的能量，e表示分解者利用的能量；第二营养级同化的能量为100(摄入量)－20(粪便中的能量)＝80，按照能量传递效率20%计算出第一营养级同化的能量至少为400；题图仅表示能量流经第二营养级的过程，并不能得出第三营养级的同化量，因此无法计算由第二营养级到第三营养级的能量传递效率；次级消费者摄入的能量并不等同于第三营养级同化的能量。

答案：A第39页/共46页3．下图所示桑基鱼塘生态系统局部的能量流动，图中字母代表相应的能量。下列有关叙述不正确的是()

A．如果c1

表示蚕传递给分解者的能量，则b1表示未被利用的能量

B．图中b表示桑树呼吸作用散失的能量

C．图中的c可表示桑树用于生长、发育、繁殖的能量

D．图中d1/d可以表示第一营养级到第二营养级的能量传递效率第40页/共46页

解析：流经该生态系统的总能量为桑树通过光合作用所固定的太阳能总量，即a；生产者桑树所固定的太阳能总量中有一部分通过生产者的呼吸作用以热能的形式散失，即b，另一部分则储存在生产者体内的有机物中，用于生产者的生长、发育和繁殖等生命活动，即c；图中d表示蚕同化的能量，a1表示蚕通过呼吸作用散失的热能，如果c1表示蚕传递给分解者的能量，则b1表示未被利用的能量；d1/d可以表示第二营养级到第三营养级的能量传递效率。答案：D第41页/共46页

4．2016年，我国华北、华中地区接连发生了多次严重的雾霾天气。雾霾天气的持续出现，是粗放式无序发展、环境污染、生态恶化带来的后果。减少人类生活的碳排放，对维持生态系统的稳定，解决环境污染至关重要。下图为某地区生态