2022高考生物一轮复习生态系统的能量流动和物质循环

第2、3节生态系统的能量流动、生态系统的物质循环一、生态系统的能量流动1.概念：生态系统中能量的________、________、________和散失过程。2.起点：生产者________开始。3.总量：生产者________的总量。4.流动渠道：________和________。5.特点：________流动，能量只能沿着食物链由________流向高营养级。6.过程：课前自主学案二、生态系统的物质循环1.概念的理解(1)物质：组成生物体的________等元素。(2)范围：________。2．“C的循环”(1)无机环境中的存在形式：________和碳酸盐。(2)生物群落中的主要存在形式：________。(3)无机环境与生物群落之间的循环形式：________。(4)特点：具________性，可________利用。三、能量流动与物质循环的关系1.二者________，彼此相互依存，不可分割。2.物质作为________，使能量沿着食物链(网)流动；能量作为________，使物质能够不断地在________和________之间循环往返。一、1.输入传递转化2.固定太阳能3.固定太阳能4.食物链食物网5.单向低营养级6.细胞呼吸有机物热能二、1.（1）C、H、O、N、P、S（2）生物圈2.（1）CO2（2）有机物（3）CO2（4）全球可反复三、1.同时进行2.能量的载体动力生物群落无机环境能量流动过程分析一、能量流动图解课堂互动学案二、能量流动特点1.生态系统中能量流动是单向的。在生态系统中，能量流动只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面的各个营养级，不可逆转，也不能循环流动。2.能量在流动过程中是逐级递减的。一般来说，在输入到某一个营养级的能量中，只有10%～20%的能量能够流到下一个营养级。三、能量流动的分析方法1.某一营养级具体的能量流动情况2．理解流入每一营养级的能量去向可从以下两个角度分析。(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：①自身呼吸消耗；②流入下一营养级；③被分解者分解利用。(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：①自身呼吸消耗；②流入下一营养级；③被分解者分解利用；④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。四、能量流动模型——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。其原理是美国生态学家林德曼提出的“十分之一定律”：输入到一个营养级的能量大约有10%～20%流动到下一营养级，该定律说明能量在沿着食物链流动时，是逐级递减的。不同的生态金字塔能形象地说明营养级与能量、生物量、数量之间的关系，是定量研究生态系统的直观体现。类型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，如树上昆虫与鸟的数量关系呈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质量)沿食物链流动逐级递减每一阶含义食物链中每一营养级生物所含能量的多少每一营养级生物个体的数目每一营养级生物的总生物量1.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。2.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。天然生态系统则必须当能量状况表现为金字塔形状时，方可维持生态系统的正常运转，从而维持生态系统的稳定性。3.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，是未被该营养级利用的能量(含在上一营养级同化能量的80%～90%中)；后者则归于该营养级，是该营养级所同化的能量中的一部分(含在上一营养级传递来的10%～20%的能量中)。【例1】下图为生态系统中食物链所反映出的能量流动情况，图中箭头符号为能量的流动方向，单位为kcal/(m2·年)。下列说法正确的是(

)①在入射的太阳能中，生产者只利用了其中的1%左右②分解者可利用来自各营养级转移到A中的所有能量③消费者营养级别越高，可利用的总能量越多④当人们把生产者当作食物时，比起其他营养级，可获得更多的能量A.①②

B.①④

C.②④

D.③④【解析】在入射的太阳能中，生产者利用的能量为16000/1500900×100%≈1%，故①正确；转移到A中的所有能量中，各营养级生物呼吸消耗的部分不能再被分解者利用，另外也可能有部分形成化石燃料等而未被分解者利用，故②错误；能量流动是逐级递减的，消费者营养级别越高，可利用的总能量越少，故③也错误；当人们把生产者当作食物时，食物链缩短，能量散失减少，比其他途径获得更多的能量，故④正确。【答案】B1.能量传递效率指的种群之间，而非2个个体之间。2.在解决有关能量传递的计算问题时，首先要确定食物链。设食物链A→B→C→D，分情况讨论：现实问题思路求解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D营养级最多增重多少N×(20%)3＝M净增重ND营养级至少增重多少N×(10%)3＝M规律方法3.在某一食物网中一个消费者往往同时占有多条食物链，且各类食物所占比例不详，当该消费者增加了某一值时，若要计算最少消耗生产者多少时，应选最短的食物链和最大传递效率20%进行计算，这样消费者获得的能量最多；若要计算最多消耗生产者多少时，应选最长的食物链和最小传递效率10%进行计算，这样消费者获得的能量最少。1.下表是一个相对封闭的生态系统中五个种群(存在着营养关系)的能量调查：种群甲乙丙丁戊能量(107kJ·m－2)2.5013.309.800.28220.00图①～④是根据该表数据作出的一些分析，其中与表中数据相符合的是(

)A.①③B.②③C.②④D.①④【解析】由表中能量数据可知戊为第一营养级，乙、丙为第二营养级(能量相近，不满足至少10%的传递关系)、甲为第三营养级、丁为第四营养级，故①错②对。乙、丙间可能为竞争关系，而③表示的是捕食关系，在不考虑甲、丁的情况下，乙、丙间为竞争关系，与图④所示一致。【答案】C生态系统的物质循环一、范围：生物圈，地球上的每个生态系统是地球上物质循环的一部分，而只有生物圈才能完成物质循环。二、“物质”的含义：指组成生物体的基本元素，主要是指C、H、O、N、P、S等元素。三、特点：在生物群落与无机环境间，反复出现、循环流动。四、举例：“C”的循环1.图解：2.分析：(1)C在无机环境中的存在形式：CO2、碳酸盐。(2)C在生物群落中的主要存在形式：含碳有机物。(3)循环形式：CO2。(4)进入形式：CO2进入生物群落是通过自养型生物完成的，主要是绿色植物的光合作用，也有化能合成作用及细菌、蓝藻等的光合作用。(5)返回形式：生物群落中的有机碳是通过生物的呼吸作用和微生物的分解作用被彻底分解成CO2和H2O，归还到无机环境中的。此外，古代动植物遗体中的碳可通过化学燃料的燃烧返回无机环境。五、物质循环与能量流动的关系项目能量流动物质循环形式以有机物为载体无机物特点单向传递、逐级递减往复循环范围生态系统各营养级生物圈(全球性)联系同时进行、相互依存，不可分割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图示1.任何一个生态系统中，能量流动和物质循环都保持着相对的平衡，这是决定一个生态系统相对稳定的重要保证。2.物质循环的平衡打破，将造成生态环境问题：（1）碳循环失衡——温室效应（2）硫循环失衡——酸雨（3）生物富集：是指环境中的一些污染物(如重金属、化学农药)通过食物链在生物体内大量积累的过程。①原因：化学性质稳定不易被分解；在生物体内积累而不易排出。②过程：随着食物链的延长而不断加强，即营养级越高，富集物的浓度越高。【例2】如右图为生态系统中碳循环的模式图。下列相关叙述正确的是(

)A.①代表生产者，5可以代表化能合成作用B.碳元素在①、②、③、④间以含碳有机物的形式传递C.在食物链中占有碳元素最多的营养级可能是①D.①、②、③中含有的有机物可以作为动力来促进碳元素在群落和环境之间循环【解析】①箭头指向②、③、④可以确定①是生产者，因为生物群落总能量流动的起点是生产者。由于生产者联系了无机环境和生物群落，所以确定④为无机环境。然后根据生产者和消费者都有箭头指向分解者，确定③为分解者。5代表生产者的呼吸作用产生二氧化碳。碳元素在①和④间，是以二氧化碳形式传递的。①、②、③之间是以有机碳的形式传递的。①是生产者，所含有的有机物最多。②是消费者，并不参与碳元素在生物群落和无机环境之间的循环。①生产者联系无机环境和生物群落。和③分解者联系生物群落和无机环境，它们促进碳元素在生物群落和无机环境之间的循环。【答案】C2.下图为生态系统碳循环示意图，其中甲、乙、丙表示生态系统中的三种成分。请据图回答：(1)生态系统的碳循环是指碳元素在______________________________之间不断循环的过程。(2)X与甲中图示生物类群的能量来源不同，X代表的生物为______________________；Y的细胞结构与丙中图示生物不同，Y的细胞结构最主要的特点是______________________________。(3)大气中的CO2在甲中图示的________处(在a～d中选择)合成有机物；含碳有机物在甲中图示的________处(在a～d中选择)可以分解为CO2。(4)化石燃料除燃烧外，还可以通过________途径产生CO2。【解析】(1)生态系统的物质循环是在无机环境中经生产者的同化作用进入生物群落，以有机物的形式在生物群落中流动，最后通过分解者的分解作用进入无机环境，这样周而复始的循环。(2)图中甲中的植物利用的是光能，与其不同的是进行化能合成作用的硝化细菌等。图中丙为原核生物，与其不同的生物是具有细胞核的真核生物。(3)二氧化碳的固定在植物细胞的叶绿体的基质中进行，如图中的c。葡萄糖等有机物在细胞质基质和线粒体中分解成二氧化碳，如图中的a和b。(4)植物的枯枝落叶，还可以通过微生物的分解作用产生二氧化碳。【答案】(1)生物群落与无机环境(2)化能自养细菌(或硝化细菌等)有核膜包围的细胞核(3)c

a和b

(4)微生物的分解探究土壤微生物的分解作用一、实验原理1.土壤中存在种类、数目繁多的细菌、真菌等微生物，它们在生态系统中的成分为分解者。2.分解者的作用是将环境中的有机物分解为无机物，其分解速度与环境中的温度、水分等生态因子相关。二、实验流程三、注意事项1.探究活动最好在实验室中进行，以便控制变量，避免环境中不可控制的因素的影响。2.各地气候与环境等因素不同，微生物的分解落叶功能也不同，需要的时间有差异，一般需要温暖、湿润的条件。【例3】同学们在课外活动中发现植物的落叶在土壤里会逐渐腐烂，形成腐殖质。他们猜测落叶的腐烂是由于土壤微生物的作用，不同生态系统的土壤微生物分解能力不同，并设计了实验进行验证。(1)实验设计首先要遵循的是________原则和________原则。(2)以带有同种落叶的土壤为实验材料，均分为A和B。实验时A不做处理(自然状态)；B用塑料袋包好，放在60℃的恒温箱中灭菌1小时。B处理的目的是________。(3)(2)中实验的自变量是________，因变量是________，无关变量是________________(至少写出两点)。(4)如果同学们的猜测是正确的，若干天后(2)中B组的落叶__________________。(5)如果同学们用带有相同量同种植物落叶的冻土苔原和热带雨林的等量土壤为实验材料，分别模拟原生态系统的无机环境条件进行C组和D组的实验，定期抽样检测样品土壤中未腐烂的落叶的含量，请根据预期结果在下图中绘出相应的曲线。【解析】在绘制曲线时，应注意以下几点：①明确横坐标和纵坐标的意义，其中纵坐标为未腐烂的落叶量；②两曲线的起点相同，注意纵坐标初始值不为0；③由于微生物的分解作用，两曲线呈下降趋势，且D组下降速度较C组快；④由于随时间延长，微生物的数量增多，所以两曲线的下降趋势是由慢到快。【答案】(1)单一变量对照(2)杀死土壤微生物，同时避免土壤理化性质的改变(3)土壤微生物(作用)的有无落叶的腐烂程度土壤温度、含水量、pH、落叶的种类和大小等(合理即可)

(4)腐烂程度小于A组(5)如右图3.某课外小组欲探究生态系统中的碳循环。下面是该小组制定的实验方案，请你帮助加以完善。实验目的：探究生态系