生态系统的能量流动与物质循环

1输入

转化

固定太阳能

固定的太阳能总量

食物链

食物网

2低营养级

呼吸

下一营养级

10%～20%

能量金字塔表示

36.过程初级消费者

次级消费者

三级消费者有机物呼吸作用

热能

47.研究意义(1)帮助人们科学规划，设计

，使能量得到最有效利用，实现能量的

。(2)帮助人们合理地

生态系统中能量流动关系，使能量持续高效地流向

。

人工生态系统

多级利用调整

对人类最有益的部分5问题探究1：试比较摄取的能量、储存的能量、同化的能量三者之间的大小关系。提示：摄取的能量包含同化的能量和粪便量，储存的能量为同化的能量减去呼吸消耗的能量。所以，三者大小关系是：摄取的能量>同化的能量>储存的能量6C、H、O、N、P、S

生物地球化学循环

CO2和碳酸盐

有机物

CO2

全球

循环

7大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静8同时进行

能量载体

动力

生物群落

无机环境

9问题探究2：在生物群落内部物质也是循环的吗？提示：物质循环发生在生物群落和无机环境之间。群落内部由于捕食关系不可逆转，所以群落内部物质是单向流动的。

10一、判断题1.生态系统中的能量流动是单向的，且是逐级递减的。(

)【答案】√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%。

(

)【答案】×3.研究能量流动，可合理设计人工生态系统，高效利用能量。

(

)【答案】√114.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。 (

)【答案】

×5.参与循环的物质是组成生物体的各种化合物。 (

)【答案】

×6.物质和能量都是往复循环，重复利用的。 (

)【答案】

×12二、选择题7.(2012·安庆一中模拟)以下关于生态系统的能量流动的叙述中，哪一项是不正确的 (

)A.能量流动是单向的、不循环的B.食物链越短，终极消费者获得的能量越多C.初级消费者越多，次级消费者获得的能量越少D.营养级越多，散失的能量越多【解析】初级消费者的多少，理论上并不影响相邻营养级间能量的传递效率，因此次级消费者获得的能量还是相对稳定的。【答案】C138.第一营养级固定的总能量是a，第一营养级呼吸消耗的能量是b，第二营养级固定的能量是c。则第一营养级可提供给生态系统中的其他生物利用的能量是 (

)A.a

B.a－b

C.c

D.b＋c【解析】第一营养级提供给生态系统的能量即生产者的同化量减去生产者自身呼吸消耗的能量，故选B。【答案】

B14三、非选择题9.如图甲表示某生态系统中物质循环的部分图解，其中A、B、C、D构成生物群落。图乙表示此生态系统生物群落中的碳循环流动部分过程，请回答：1516(1)碳在无机环境与生物群落之间以及生物群落内部分别以________、________形式进行流动。(2)从生态系统的成分看，乙图中能发生①②过程的生物相当于甲图中的________，一般④过程对于甲图中A而言，发生的场所是________(填细胞结构)。(3)生态系统中物质循环伴随着能量流动，若甲图补充D→B，假设B获得的总能量为a，其中由A供能的比例为x，则按最低传递效率计算，D同化的总能量(y)与x的函数关系式为________________。17(4)据乙图，当某人进食后，________的分泌量增加，可促进③④⑤⑥进行。若此人为糖尿病患者，________(填序号)过程会加强，以补充能量的供应。【答案】

(1)CO2有机物(2)D线粒体(3)y＝90ax＋10a(4)胰岛素⑩⑨④181.能量流动的特点(1)生态系统中能量的源头是太阳能，生态系统的能量流动是从绿色植物通过光合作用固定太阳能开始的。(2)能量流动的途径是食物链和食物网。能量的变化情况是：太阳光能―→生物体中的化学能―→热能。因此热能是能量流动的最终归宿。能量以有机物为载体，以有机物中的化学能形式沿食物链流动。19(3)流入生态系统的总能量是指全部生产者所固定下来的太阳能的总量。(4)流入各级消费者的总能量是指各级消费者在进行同化作用时所同化的物质中含有的能量总量。(5)能量流动是单向的原因：食物链各营养级的顺序是不可逆转的，这是长期自然选择的结果。(6)能量在流动中逐渐递减的原因是：第一，各营养级的生物都会因细胞呼吸消耗相当大的一部分能量；第二，各营养级总有一部分生物未被下一营养级的生物所利用。20(7)能量的传递效率为10%～20%的含义是指：“输入到一个营养级的能量中大约只有10%～20%流动到下一个营养级”。这里“输入到一个营养级的能量”应是指流入这个营养级的总能量，“流动到下一个营养级”应是指下一个营养级同化的总能量。212.能量流动的图解223.生态金字塔——能量流动模型232425【解析】羊同化量＝摄入量－粪便中的能量＝64%n。储存在羊体内的能量＝同化量－呼吸作用散失量＝16%n。根据能量流动传递效率10%～20%，故由羊流向下一营养级的能量为(10%～20%)×64%n。【答案】A261.食物网中，能量传递效率是指某营养级流向各食物链下一营养级的总能量占该营养级的比例。如是指流向B、C的总能量占A的10%～20%。2.能量流动的分析方法(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。27(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。281.(2012·南京调研)如图为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，下列各项中不正确的是 (

)29A.生物与生物之间的捕食关系一般不可逆转，所以能量流动具有单向性B.①表示流经生态系统内部的总能量C.一般情况下，②为①的10%～20%D.从能量关系看②>③＋④30【解析】流经生态系统内部的总能量是生产者固定的总能量，①为初级消费者同化量，所以①不是流经生态系统内部的总能量。②为次级消费者的同化量，②与①的比值为能量传递效率，大约为10%～20%。②的能量包括③④和自身呼吸消耗的能量，故②>③＋④。食物链中各营养级的顺序是不可逆转的，能量只能由被捕食者流向捕食者，而不能逆流。【答案】B312.科学家对生活在某生态系统的一个蜘蛛种群的能量进行定量分析，得出了能量流经这种肉食动物的有关数据如下图所示(能量以种群的质量表示)，下列叙述正确的是 (

)32①被蜘蛛吃下未被蜘蛛同化的能量属于上一营养级同化量中的一部分②在食物链中，蜘蛛至少位于第三营养级③图中X代表用于蜘蛛生长、发育和繁殖的能量④根据图中的数据不能算出猎物种群和蜘蛛间的能量传递效率A.①②③④

B.①②④

C.②③

D.③④33【解析】被蜘蛛吃下未被蜘蛛同化的能量属于上一营养级同化量中的一部分。蜘蛛是肉食动物，至少是次级消费者，位于第三营养级。图中X是同化量中减去呼吸消耗的，代表用于蜘蛛生长、发育和繁殖的能量。猎物种群和蜘蛛间的能量传递效率是用蜘蛛的同化量除以猎物种群的同化量，储存在猎物种群有机物中的能量不是猎物种群的同化量的全部，不能算出猎物种群和蜘蛛间的能量传递效率。【答案】

A343.在如图食物网中，a表示动物性食物所占比例，若鸟要使体重增加x，至少需要生产者量为y，那么x与y的关系可表示为 (

)A.y≥90xa＋10x

B.y≤20xa＋5xC.y≥20xa＋5x

D.y≥100xa＋10x35【解析】根据能量流动效率为10%～20%，如果能量流动效率为20%，则y为：xa/20%/20%＋x(1－a)/20%＝20xa＋5x；如果能量流动效率为10%，则y为xa/10%/10%＋x(1－a)/10%＝90xa＋10x；所以20xa＋5x≤y≤90xa＋10x。【答案】

C3637图解如下：382.物质循环与能量流动的关系394041(1)此生态系统的生产者是________，消费者是________，分解者是________。(2)该生态系统体现了________和________的多级利用，使系统中________和________的转化率达到最高程度。(3)请你设计绘出该生态系统物质和能量流动简图。42【解析】

(1)由题干信息可知，天麻、葡萄等进行光合作用的绿色植物为生产者；鸡、猪等直接或间接地以绿色植物为食的动物为消费者；蚯蚓、蘑菇和密环菌等为分解者。(2)该生态系统为良性循环的生态农业体系，体现了物质、能量的多级利用，提高了物质和能量的转化率与利用率。(3)绘制该生态系统物质和能量流动简图时，易错处在于能量流动图，考生常常受食物链的定式影响，使能量流动描绘不全。43【答案】(1)天麻、葡萄鸡、猪蚯蚓、蘑菇和密环菌(2)物质能量物质能量(3)见下图44绘制能量流动与物质循环图的要点由于物质在生物群落内部可循环流动、反复利用，而能量只能是单向流动，因而在生态系统内部绘制能量流动图时，生产者只有来自太阳能的箭头，不会有消费者及分解者或无机环境传来的能量，只有当论及物质循环时，才可能存在“相互传递”的“箭头”。另外，只要两者之间有有机物传递，便伴随着能量的传递，若传递的是无机物则不包含能量(此时所需能量不在无机物中)的传递，仅表示物质循环。451.(2012·山东滨州一模)如图为一个生态系统碳循环的模式图，则

(

)A.碳通过光合作用和化能合成作用进入甲B.乙只表示初级消费者C.丙处于最高营养级D.丁主要是微生物46【解析】分析题图可知：甲为生产者，乙为消费者，丙为分解者，丁为大气中的CO2，则B、C、D错误；生产者中包括能够进行光合作用的生物和进行化能合成作用的生物(如硝化细菌)，A正确。【答案】A472.气候变化与生态系统的碳循环密切相关。下表为A、B两个不同时期陆地生态系统与大气环境的碳交换情况。(1)生态系统中碳的吸收主要是通过________作用实现的，碳的释放主要是通过________作用实现的。(2)表中________时期的生态系统处于稳定状态，原因是___________________________________________________。48(3)由于过度的人工碳排放，破坏了生态系统的________，导致大气中________增加并引起全球气候变化。(4)人们正在积极开发新能源以减少碳排放。如“叶绿素太阳能电池”是模仿类囊体吸收光能的特征而制造的，类囊体吸收光能的过程发生在光合作用的________阶段；又如经改造的蓝藻能在细胞内将光合作用产生的________直接发酵转化为燃料乙醇。49【解析】本题考查物质循环(碳循环)的相关知识，碳循环中CO2是通过光合作用进入生物群落的，然后通过呼吸作用返回无机环境中。【答案】

(1)光合呼吸(2)A碳吸收量等于碳释放量(3)稳定性CO2

(4)光反应葡萄糖501.提出问题结合自己的生活经历，列举土壤微生物分解作用的实例，提出想探究的问题。例如，落叶在土壤中能被分解掉，这究竟主要是土壤的物理化学因素的作用，还是土壤中微生物的作用呢？2.作出假设假设既可以是基于已有的知识或经验作出的解释，也可以是想象或猜测。要大胆提出假设，通过讨论修正自己的假设。513.制订计划首先，要确定实验变量是什么？需要控制的变量有哪些？如何控制这些变量？等等。其次，要确定探究的地点或场所是在野外还是在实验室中？第三，设计实验方案。教材中提供了两则案例，可供参考。524.实施计划(探究过程、结果及结论)5354(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__________。55(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，请根据预期结果在上图中绘出相应的曲线。56【解析】由题意可知该实验的目的是验证落叶的腐烂是由于土壤微生物的作用，实验的自变量是土壤中微生物的有无，因变量是落叶的腐烂程度。为遵循生物实验设计的对照原则和单一变量原则，所以应尽量减少无关变量对实验的影响，如土壤温度、湿度、pH、落叶的种类和大小等。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随时间延长，微生物的数量增多，故两曲线的下降趋势是由慢到快。57【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)腐烂程度小于对照组(5)如图581.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。3.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。4.各地气候与环境等因素不同，微生物的分解落叶能力也不同，需要的时间有差异，一般需要温暖、湿润的条件。591.下图表示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＝b60【解析】由题意可知，土壤中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。【答案】

A612.为了验证土壤中的微生物可以分解淀粉，取两只烧杯甲和乙，都放入等量的淀粉溶液20mL，甲中加入30mL制备好的土壤浸出液，乙中放入等量的蒸馏水，在适宜的温度下放置7天。然后从甲中取出等量的溶液放入A1、A2试管，从乙中也取出等量的溶液放入试管B1、B2，在A1、B1中加入碘液，在A2和B2中加入斐林试剂并加热。下列对该实验结果的预测不正确的是(多选) (

)62A.A1和B1都会有蓝色出现，而且颜色深浅一致B.A2有砖红色沉淀出现，B2无砖红色沉淀出现C.A2和B2都有砖红色沉淀出现D.以上结果都不正确【解析】因为该实验属于验证性实验，目的是验证土壤中的微生物可以分解淀粉，所以单一变量是甲、乙两烧杯中是否放入土壤浸出液。由于甲中有还原糖生成，乙中无还原糖，所以在A2中有砖红色沉淀生成，而B2中没有砖红色沉淀生成。【答案】

ACD6364C.生产者通过光合作用合成有机物，能量就从非生物环境流入生物群落D.生态系统的能量是伴随物质而循环利用的【错因分析】易错选A。蜣螂以大象粪便为食，那么，大象同化的能量没有被蜣螂获得，因为粪便为食物残渣，是未被同化的成分。【正确解答】狼捕食兔子则是能量从第二营养级流入到了第三营养级；光合作用合成有机物的同时把非生物环境中的光能转变为化学能而进入了生物群落；生态系统的能量流动伴随着物质循环，但不能循环利用。选C。65A.此食物链含有4个营养级B.食物中的能量直接来自光能C.食草哺乳动物③/②值一般低于食肉哺乳动物D.哺乳动物的③/②值一般为10%～20%66【解析】上图只是表示动物利用食物的过程，不是食物链因此谈不上包含几个营养级；此食物可以是动物也可以是植物，因此能量不一定直接来自光能；食草哺乳动物的粪便中一般仍有大量有机物，如植物纤维等，所以食草哺乳动物③/②值一般低于食肉哺乳动物。能量传递效率指的是两个相邻营养级同化固定的能量之比，即③上一营养级的同化量。【答案】

C676869A.生态系统能量流动的渠道可能是B.能量在第三营养级和第四营养级间的传递效率约为5.5%C.若本生态系统维持现在能量输入、输出水平，则有机物总量会减少D.④同化作用所固定的能量中，未被利用的有一部分残留在其粪便中70【错因分析】错选原因如下表：71【正确解答】能量在第三营养级和第四营养级间的传递效率为第四营养级的GP除以第三营养级的GP再乘以100%，即：0.88÷15.91×100%≈5.5%。选B。7273A.该生态系统生产者固定的总能量是0.96×103kJ/m2·yB.由生产者，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ构成的捕食食物链中，能量流动是单向的、逐级递减的C.Ⅰ为第二营养级，Ⅱ为第三营养级，两者之间的能量传递效率是15.6%D.在生物圈中，除了全部的微生物，一些腐生动物也属于类群Ⅳ74【解析】在此人工鱼塘生态系统中，各级消费者需要的能量除了来自生产者固定的能量外，还来自人工投放饲料中的能量，所以水产品的输出即有机物的输出，有机物中含有的是稳定的化学能；生产者固定的总能量有四个去路：①自身呼吸消耗；②流入分解者；③流入下一营养级；④有机物的输出(水产品输出)。75在计算每个营养级的能量时应注意有机物的人工输入与人工输出，如第三营养级的同化量是2.1＋5.1＋0.05＋0.25＝7.5，而来自上一营养级的同化量是7.5－5＝2.5，同理可知第二营养级的同化量是4＋9＋0.5＋2.5＝16，而来自上一营养级的同化量是16－2＝14；第一营养级的同化量是23＋70＋3＋14＝110，即生产者固定的总能量是1.1×105kJ/(m2·y)；从第二营养级到第三营养级的能量传递效率为2.5/16＝15.6%；因为能量流动的特点是单向流动、逐级递减，腐生生物均为分解者，故选C。【答案】

C76一、能量流动图解中箭头方向及箭头数量的分析箭头的方向就是能量流动的方向，这个知识点很容易理解。箭头数量代表能量的分配情况，这个数量在一些具体的图中不确定，命题者有时候会“隐藏”一些箭头。1.输入到某一级消费者的能量是同化量还是摄入量，要看该消费者是否有“→”指向粪便。如图甲中箭头①指的是摄入量，因为有箭头③。没有箭头③时，①代表的是同化量。772.综合甲、乙两图可知，从某一营养级发出的箭头可以是四个，也可以是五个。图甲中①代表的能量(摄入量)＝②＋③＋④＋⑤＋现存的兔子，可见图甲中“隐藏”了一个箭头。图乙中W1为该营养级同化的能量，等于A1＋B1＋C1＋D1(B1为现存的量)。78793.某营养级同化的能量，有两种分法：(1)分为“呼吸作用中以热能的形式散失的(图乙中的A1)”和“用于其生长、发育和繁殖的(B1＋C1＋D1，即图乙中的阴影部分)”，而后一部分能量包括现存的生物体B1、流向分解者的C1、流向下一营养级的D1。(2)分为“未被利用的(图丙中的B1)”和“被利用的(A1＋C1＋D1，即图丙中的空白部分)”两部分。8081A.①是流入该生态系统的总能量B.③和④分别属于草和兔同化量的一部分C.图中②/①的值可代表兔到狐的能量传递效率D.分解者获得的能量最少【解析】流入该生态系统的总能量是生产者(草)固定的总能量，①为兔的摄入量，包括兔的同化量和粪便量，②为狐的摄入量，能量传递效率指的是相邻营养级中高营养级与低营养级同化量的比值，因此②/①的值不能代表兔到狐的能量传递效率。82所有动植物的遗体都最终被分解者分解，因此，分解者获得的能量不一定最少。③为兔的粪便中的能量，属于草的同化量；④为兔的遗体、残骸中的能量，属于兔的同化量。【答案】B8384【解析】f表示用于狼生长、发育、繁殖的能量，i表示狼呼吸消耗的能量，因此，狼同化的能量c＝f＋i(可参阅对图乙的分析)，能量l隐含在了f中。因此，解题时一定要认真看一下，命题者是否“故意”将部分能量“隐藏”了起来，一定要将每个箭头所代表的能量“挖掘”出来。【答案】f＋i85二、能量传递过程中的“最值”计算1.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。2.能量传递效率＝某一个营养级的同化量/其上一个营养级的同化量。863.计算一条食物链中某一生物所获得的最多(最少)的能量的规律(设食物链为A→B→C→D)：874.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