生态系统的能量流动和物质循环2022年高考生物大一轮复习精讲课件

第2讲

生态系统的能量流动和物质循环第十单元生态系统和环境保护解读课标能力层级素养目标1.通过分析生态系统中的物质循环和能量流动的关系，培养物质和能量流动的相互统一的观念；理解能力生命观念2.通过分析能量流动和物质循环的过程，培养科学思维的能力；思维能力科学思维3.用研究能量流动的规律解决实际生活生产中的问题，以及用碳循环规律解释温室效应问题，培养科学解决生产问题以及保护环境的观念综合运用能力社会责任能量流动物质循环知识点一能量流动

能量流动源头：

流经生态系统总能量：途径：形式：太阳能→有机物中的________→热能形式：最终以

形式散失过程：输入传递转化散失1.1概念：生态系统中能量的

、

、

和

的过程。输入传递转化散失太阳能食物链和食物网化学能生产者固定的太阳能总量化学能热能自身呼吸作用

能量流动1.2能量流动过程图解(1)补充图中标号代表的内容甲：_________；乙：_____________；丙：_____________；丁：__________；戊：____________。生产者初级消费者次级消费者呼吸作用分解者(2)生态系统所需能量的最终来源是________。(3)能量输入生物群落的途径主要是_______________________。太阳能生产者的光合作用

能量流动呼吸作用以热能形式散失草的能量如何得来？光能全部被草吸收了吗？草固定的能量将何去？1%生长发育和繁殖储存起来呼吸作用散失生长发育繁殖遗体残枝败叶分解者流入下一营养级生产者固定的太阳能

能量流动残枝败叶被分解者分解粪便兔吃草后能将摄入的草全部同化吗？同化流入呼吸作用分解者摄入生长发育和繁殖储存起来同化量=摄入量粪便量－

能量流动呼吸作用分解者生长发育和繁殖储存起来兔同化了小草的能量后，这些能量有哪些去向？呼吸散失生长发育繁殖遗体残骸分解者流入下一营养级兔同化的能量

能量流动鹰同化了兔的能量后，这些能量有哪些去向？呼吸散失生长发育繁殖遗体残骸分解者鹰同化的能量呼吸作用分解者生长发育和繁殖储存起来

能量流动

能量流动营养级之间能量流动过程图解包括生物每年的积累量和动植物残体以化石燃料的形式被储存起来的能量。

能量流动1.3能量流动的特点及原因(1)单向流动①不可逆：②不循环：(2)逐级递减营养级顺序不可逆释放的热能不能被重新利用①每一营养级呼吸消耗②总有一部分能量未被下一营养级利用③各营养级能量被分解者分解释放了1.4能量传递效率的计算

能量流动该营养级同化量上一营养级同化量×100%(1)相邻营养级的能量传递效率：10%～20%，计算方法如下：能量传递效率＝(2)食物链中能量的最值计算设食物链“甲→乙→丙→丁”，分情况讨论(如下表)：类型一：知甲求丁最多：

，食物链越短越

。最少：

，食物链越长越

。

×20%（÷5）多×10%（÷10）少

能量流动类型二：知丁求甲最多：

，食物链越长越

。最少：

，食物链越短越

。÷10%（×10）多÷20%（×5）少(2)食物链中能量的最值计算设食物链“甲→乙→丙→丁”，分情况讨论(如下表)：例如，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若甲的能量为M，则丁获得的能量为M×a%×b%×c%。(3)已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算。

能量流动(4)在食物网中分析在解决有关能量传递的计算问题时，需要确定相关的食物链，能量传递效率为10%～20%，一般从两个方面考虑：①知低营养级求高营养级获得能量最多获得能量最少选最长食物链选最短食物链按“×10%”计算按“×20%”计算②知高营养级求低营养级需最少能量需最多能量选最短食物链选最长食物链按“÷20%”计算按“÷10%”计算

能量流动【例】下图是一个食物网，假如鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇，那么鹰若要增加20g体重，至少需要消耗植物（）

A.900gB.500gC.200gD.600g【答案】A

能量流动1.5能量金字塔生态系统的能量流动一般不超过

。（原因：在一个生态系统中，营养级越高，能量

就越大。）4～5个营养级损耗

能量流动1．下图表示甲、乙两个特定生态系统的能量金字塔，请思考：(1)依生态学原理看，同样的玉米，上述哪种营养结构可养活更多的人口？为什么？(2)一个吃玉米的人所获得的能量一定比一个吃牛肉的人获得的能量多，对吗？为什么？(3)若土壤中含相同浓度的难降解污染物，则甲中的人与乙中的人体内污染物浓度哪个更高？不对。甲、乙营养结构中“牛”“人”代表的是相应营养级环节，并非“一个人”。乙中更高。甲种营养结构能养活更多的人口，因为乙中人处于第三营养级，能量损耗加大，养活的人口更少。1.6研究能量流动的意义：a.科学规划、设计人工生态系统，使能量得到

的利用；b.帮助人们合理地调整生态系统中的

关系，使能量

地流向对人

的部分。最有效能量流动持续高效最有益

能量流动(2021年广东一模)12.“桑基鱼塘”被联合国粮农组织认定为全球重要农业文化遗产，它的“塘基种桑、桑叶喂蚕、蚕沙(蚕的粪便)养鱼、鱼粪肥塘、塘泥壅桑”生产方式成为生态农业的典范。相关叙述正确的是（

）A.该群落的物种组成是区别于其他农田群落的重要特征B.蚕沙中的能量属于蚕同化的能量C.“桑基鱼塘”在本生态系统内实现了物质循环功能D.塘泥中丰富的有机物(肥)可被桑树直接吸收利用【答案】A【详解】“桑基鱼塘”是一种特殊的群落，因此和其它农田群落有区别，A正确；蚕沙中的能量属于桑叶（即上一营养级）同化量的一部分，属于蚕未同化的能量，B错误；物质循环的一个特点是全球性，因此不是在该生态系统实现了物质循环，而是全球实现了物质循环，C错误；塘泥中丰富的有机物不能直接桑树直接利用，需经过塘泥中微生物的分解成无机盐，才可以被桑树利用，D错误。知识点二物质循环物质循环2.1物质循环化学元素生物群落无机环境全球性物质循环2.2碳循环过程(1)请写出图中各标号的名称①__________，②_________________________，③摄食，④___________，⑤________，⑥分解作用。呼吸作用光合作用和化能合成作用呼吸作用燃烧物质循环(2)碳循环及存在形式①在生物群落和无机环境间：以______形式循环。②在生物群落内部：以____________形式传递。③在无机环境中：主要以______和________形式存在。CO2

含碳有机物CO2

碳酸盐2.2碳循环过程CO2

物质循环2.3温室效应的形成原因、影响及缓解措施(1)原因①化石燃料的大量燃烧，产生____________。②______________，降低了对大气中CO2的调节能力。大量CO2

植被遭到破坏(2)影响①__________会使冰川雪山融化，海平面上升，使沿海城市和国家面临灭顶之灾。②由于气候变化，也改变了降雨和蒸发机制，影响农业和粮食资源的生产。降雨量的变化使部分地区更加干旱或雨涝更严重，并使病虫害增加。(3)缓解措施①_______________，增加绿地面积。②_______________的燃烧。③开发_______________。气候变暖植树造林种草减少化石燃料清洁能源物质循环2.4物质循环的特点(1)全球性：物质循环的范围是__________。(2)循环往复：物质可以在无机环境和生物群落之间反复利用。2.5物质循环与能量流动的关系(1)两者是__________的，彼此相互依存，不可分割。(2)物质作为能量的______，使能量沿着食物链(网)流动；能量作为______，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。生物圈同时进行载体动力物质循环2.5物质循环与能量流动的关系项目能量流动物质循环(以碳循环为例)形式特点范围联系光能→化学能→热能化学元素(无机物→有机物→无机物)单向流动、逐级递减全球性、循环往复生态系统各营养级生物圈(全球性)二者同时进行、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物质循环2.5物质循环与能量流动的关系（2020·全国高考真题）生态系统的物质循环包括碳循环和氮循环等过程。下列有关碳循环的叙述，错误的是（

）A．消费者没有参与碳循环的过程B．生产者的光合作用是碳循环的重要环节C．土壤中微生物的呼吸作用是碳循环的重要环节D．碳在无机环境与生物群落之间主要以CO2形式循环【答案】A【详解】A、消费者能通过呼吸作用将有机物中的碳转化为无机物CO2，释放到无机环境中，参与了碳循环，A错误；B、生产者的光合作用能将无机环境中的无机碳转化为含碳有机物，是碳进入生物群落的重要途径，因此是碳循环的重要环节，B正确；C、土壤中的微生物的分解作用，能将有机物中的碳转化为无机物释放到无机环境中，是碳返回无机环境的重要过程，C正确；D、碳在无机环境与生物群落之间主要以CO2的形式循环，在生物群落内部的传递形式是含碳有机物，D正确。故选A。（2020·浙江高考真题）下列关于生态系统能量流动的叙述，正确的是（）A．营养级数量越多，相邻营养级之间的能量传递效率就越低B．呼吸消耗量在同化量中所占比例越少，生物量增加就越多C．生产者的净初级生产量越大，各级消费者的体型就越大D．营养级所处的位置越高，该营养级所具有的总能量就越多【答案】B【详解】A、相邻营养级之间的能量传递效率的高低与营养级数量无关，A错误；B、净生产量=同化量-呼吸消耗量，生物量实际是净生产量在某一调查时刻前的积累量，所以，呼吸消耗量在同化量中所占比例越少，生物量增加就越多，B正确；C、生产者的净初级生产量越大，各级消费者的体型不一定越大，C错误；

D、食物链越长，在能量流动中损失的能量就越多，所以营养级所处的位置越高，该营养级所具有的总能量就越少，D错误。故选B。（2021·北京东城区·高三二模）稻鸭共作是我国传统的生态种养模式，在水稻栽种后至抽穗前将鸭子放养在水稻田中。鸭子可为稻田除草、灭虫；稻田可为鸭子的生长提供食物等生活条件。下列对稻鸭共作模式的生态学优点的分析不正确的是（）A．稻鸭共作模式能够减少饲料的投入，降低饲养成本B．稻鸭共作模式能够减少化学农药的使用，减轻环境污染C．稻鸭共作模式很好地实现了物质和能量的循环利用D．稻鸭共作模式的设计兼顾了生态效益和经济效益【答案】C【详解】A、鸭子可为稻田除草、灭虫，使能量更多的流向水稻，鸭粪中的有机物被微生物分解成无机物供水稻利用，即通过实行“循环经济”的原则，使一个系统产出的污染物，能够成为本系统或者另一个系统的生产原料，从而实现废弃物的资源化，减少饲料的投入，降低饲养成本，A正确；B、鸭子可为稻田除草、灭虫，采用生物防治的方法使害虫、杂草的数量维持在较少的水平上，控制了害虫的数量，较少了农药的使用，减少了环境污染，与传统的工程相比，生态工程是一类：少消耗、

多效益、

可持续的工程体系，B正确；C、稻鸭共作模式很好地实现了物质循环和能量的多级利用，C错误；D、人类进行生态工程建设的根本目的：遵循自然界

的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到生态效益和经济效益的同步发展，因此稻鸭共作模式的设计兼顾了生态效益和经济效益，D正确。故选C。（2020·浙江高三一模）用经过处理后的鸡粪沼液来培养小球藻，可降低沼液中的氨氮、总磷的含量。下列叙述正确的是（

）A．鸡粪便中所含的能量属于鸡未摄入的能量B．小球藻利用鸡粪便中的能量制造有机物的过程属于初级生产C．对鸡粪沼液的处理能提高营养级之间能量的传递效率D．用鸡粪沼液培养小球藻符合生态工程的物质循环再生原理【答案】D【详解】A、鸡粪便中所含的能量属于鸡摄入的能量，但不属于鸡同化的能量，A错误；B、小球藻制造有机物利用的是光能，不能利用鸡粪便中的能量，B错误；C、对鸡粪沼液的处理，可实现能量的多级利用，提高能量的利用率，但不能提高营养级之间能量的传递效率，C错误；D、用鸡粪沼液培养小球藻，小球藻可从鸡粪沼液中获取无机盐，符合生态工程的物质循环再生原理，D正确。故选D。（2021·广东高考真题）为积极应对全球气候变化，我国政府在2020年的联合国大会上宣布，中国于2030年前确保碳达峰（CO2排放量达到峰值），力争在2060年前实现碳中和（CO2排放量与减少量相等），这是中国向全世界的郑重承诺，漳显了大国责任。回答下列问题：（1）在自然生态系统中，植物等从大气中摄取碳的速率与生物的呼吸作用和分解作用释放碳的速率大致相等，可以自我维持___________。自西方工业革命以来，大气中CO2的浓度持续增加，引起全球气候变暖，导致的生态后果主要是___________。（2）生态系统中的生产者、消费者和分解者获取碳元素的方式分别是___________，消费者通过食物网（链）取食利用，___________。（3）全球变暖是当今国际社会共同面临的重大问题，从全球碳循环的主要途径来看，减少___________和增加___________是实现碳达峰和碳中和的重要举措。【答案】碳平衡

极地冰雪和高山冰川融化、海平面上升等

光合作用和化能合成作用、捕食、分解作用

从而将碳元素以含碳有机物的形式进行传递

碳释放

碳存储

【详解】（1）在自然生态系统中，植物光合作用摄取碳的速率与生物的呼吸作用和微生物的分解作用释放碳的速率大致相等。随着现代工业的迅速发展，人类大量燃烧煤、石油等化学燃料，使地层中经过千百万年而积存的碳元素，在很短的时间内释放出来，打破了生物圈中碳平衡，使大气中的CO2浓度迅速增加，引起全球气候变暖，导致极地冰雪和高山冰川融化、海平面上升等严重的生态后果。【详解】（2）生产者主要通过光合作用和化能合成作用获取碳元素，从而碳元素将通过生产者进入生态系统，消费者通过摄食生产者和低营养级的消费者来获取碳元素，分解者通过分解生产者的遗体残骸和消费者的粪便、遗体残骸来获取碳元素。消费者通过食物网（链）取食利用，从而将碳元素以含碳有机物的形式进行传递。（3）全球变暖是当今国际社会共同面临的重大问题，从全球碳循环的主要途径来看，一方面从源头上减少二氧化碳的排放，主要是减少化石燃料的燃烧、开发新能源等来减少二氧化碳，另一方面增加二氧化碳的去路，主要可以通过植树造林、退耕还林、扩大森林面积、保护森林等，增加碳存储和减少碳释放是实现碳达峰和碳中和的重要举措。（2021·河北高考真题）为探究全球气候变暖对生态系统的影响，研究者将20个人工淡水池塘均分成两组，对照组保持环境温度，实验组始终比对照组高4℃（利用温控装置），并从附近淡水栖息地搜集水生生物投入池塘。连续多年观测发现，池塘逐渐形成主要由浮游植物和浮游动物组成的群落。第15年时，池塘中浮游植物和浮游动物生物量（单位体积水体中生物体的质量）的检测结果如图。回答下列问题：（1）池塘生物群落区别于湖泊生物群落的重要特征为____________________，池塘生物群落从简单到复杂的过程中发生了____________________演替。（2）某种水生生物被投入池塘后，其种群数量将呈__________型增长，若该生物种群密度在较长时期保持相对稳定，表明其种群数量已达到了__________。（3）从能量流动角度分析，升温导致该生态系统总生物量降低的原因可能是____________________。（4）碳在池塘生物群落中主要以__________的形式传递，碳循环具有全球性的主要原因是____________________。【答案】群落的物种组成

次生“S”环境容纳量

生物自身呼吸消耗增加，分解者分解作用加快

含碳有机物

碳在生物群落和无机环境之间的循环主要以CO2的形式进行

，大气中的CO2能够随着大气环流在全球范围内流动

【详解】（1）要认识一个群落，首先要分析该群落的物种组成，群落的物种组成是区别不同群落的重要特征。池塘生物群落从简单到复杂的过程中，由于原有的土壤条件等都有保留，所以该过程中发生了群落的次生演替。【详解】（2）某种水生生物被投入池塘后，由于池塘空间和资源有限，其种群数量增长会呈“S”型曲线增长。当该种群密度处于较长期的相对稳定阶段，表明其种群数量已达到了环境容纳量。（3）食物链中每一营养级同化的能量除了自身呼吸消耗和被下一营养级同化以外，还有一部分能量被分解者分解利用。从生态系统的能量流动角度分析，升高温度可能会导致每一营养级生物自身呼吸消耗增加，分解者分解作用加快，从而导致生态系统总生物量降低。（4）碳在无机环境中主要以CO2和碳酸盐形式存在，碳在生物群落的各类生物体中以含碳有机物的形式存在，并通过食物链在生物群落中传递；碳在生物群落和无机环境之间的循环主要以CO2的形式进行，大气中的CO2能够随着大气环流在全球范围内流动，所以具有全球性。（2021·浙江高考真题）原产于北美的植物——加拿大一枝黄花具有生长迅速、竞争力强的特性，近年来在我国某地大肆扩散，对生物多样性和农业生产造成了危害。回答下列问题：（1）加拿大一枝黄花入侵了某草本群落，会经历定居→扩张→占据优势等阶段，当它取得绝对的优势地位时，种群的分布型更接近_________。为了清除加拿大一枝黄花，通常采用人工收割并使之自然腐烂的方法，收割的适宜时机应在_________（填“开花前”或“开花后”）。上述处理方法改变了生态系统中生产者的组成格局，同时加快了加拿大一枝黄花积聚的能量以化学能的形式流向________。（2）加拿大一枝黄花与昆虫、鸟类和鼠类等共同组成群落，它们之间建立起以_______关系为纽带的食物网。某种鸟可以在不同的食物链中处于不同的环节，其原因是_________。若昆虫与鸟类单位体重的同化量相等，昆虫比鸟类体重的净增长量要高，其原因是鸟类同化的能量中用于维持________的部分较多。（3）加拿大一枝黄花虽存在危害，但可以运用生态工程中的_______技术，在造纸、沼气发酵、肥田等方面加以利用。【答案】均匀分布

开花前

分解者

营养

该种鸟的取食对象处于不同的营养级

体温

物质良性循环

【详解】（1）均匀分布是种内竞争的结果，当加拿大一枝黄花入侵了某草本群落，取得绝对的优势地位时，种群内的个体种内竞争激烈，故其分布型更接近均匀分布，有利于种群个体发展；为了清除加拿大一枝黄花，通常采用人工收割并使之自然腐烂的方法，收割的适宜时机应在开花前，防止该种群开花后结种子，否则自然腐烂后会将种子留在土壤中；收割后的加拿大一枝黄花自然腐烂是分解者的作用，加快了加拿大一枝黄花积聚的能量以化学能的形式流向分解者。【详解】（2）加拿大一枝黄花与昆虫、鸟类和鼠类等共同组成群落，它们之间建立起以吃与被吃的营养关系为纽带的食物网；由于在食物网中，某种鸟的取食对象处于不同的营养级，故其可以在不同的食物链中处于不同的环节；鸟类是恒温动物，需要分解有机物释放热能以维持体温的恒定，故若昆虫与鸟类单位体重的同化量相等，由于鸟类同化的能量中用于维持体温的部分较多，故昆虫比鸟类体重的净增长量要高（说明鸟类用于生长、发育和繁殖的能量更少）。（3）由于加拿大一枝黄花具有生长迅速的特性，故它虽存在危害，但可运用生态工程中的物质良性循环技术，在造纸、沼气发酵、肥田等方面加以利用。

（2020·全国高考真题）假设某种蓝藻（A）是某湖泊中唯一的生产者，其密度极大，使湖水能见度降低。某种动物（B）是该湖泊中唯一的消费者。

回答下列问题：（1）该湖泊水体中A种群密度极大的可能原因是_______（答出2点即可）。（2）画出该湖泊生态系统能量流动的示意图_______。（3）假设该湖泊中引入一种仅以A为食的动物（C）后，C种群能够迅速壮大，则C和B的种间关系是_______。【答案】水体富营养化，没有其他生产者的竞争

竞争【详解】（1）A是蓝藻，是该湖泊唯一的生产者，所以其种群密度极大的原因可能有该水域污染，水体富营养化，造成蓝藻爆发和缺少其他生产者竞争。（2）该生态系统存在唯一一条食物链A→B，所以能量流动关系如图：（3）C和B都以A为食，所以二者是竞争关系。（1）该人工生态系统的能量来自于

。（