必修三5-2生态系统的能量流动和物质循环

1、自主梳理 一、能量流动的概念 生态系统中能量的 、传递、 和散失的过程。,输入,转化,二、能量流动的过程 1输入：生产者通过 把太阳能转化为化学能，固定在有机物中。 2总值：流经生态系统的总能量为 。,光合作用,生产者固定的,总能量,3传递、转化、散失 (1)传递渠道： 。 (2)传递形式： 。 (3)能量去向(以能量在第一营养级的变化为例) 通过生产者的呼吸作用以 形式散失。 用于生产者的 、 和 等生命活动，储存在有机物中。 随着残枝败叶等被 分解而释放出来。 被初级消费者摄入体内，流入 营养级。,食物链和食物网,有机物中的化学能,热能,生长,发育,繁殖,分解者,下一个,三、能量流动的特点

2、 1单向流动 能量流动只能沿食物链由低营养级流向 ，不可逆转，也不能循环流动。 2逐级递减 输入到某一营养级的能量中，只有 的能量能够传递到下一营养级。,高营养级,10%20%,四、研究能量流动的意义 1帮助人们科学规划、设计 ，使能量得到 的利用。 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对人类最有益的部分。,人工生态系统,最有效,能量流动,互动探究1.食物链的营养级一般不超过五个，原因是什么？ 2请你从能量流动的角度分析农民锄草的目的是什么？,提示1.因为能量流动具有逐级递减的特点，超过五个营养级后，所剩能量不足以维持营养级的生存，所以一条食物链的营养级一般不超过五个。

3、 2农民锄草的目的是调整能量流动的方向，使能量更多的流向对人类最有益的部分(即使能量更多地被作物固定)。,要点归纳 一、生态系统能量流动过程分析 能量流动的图解：,1能量流动的起点：生产者(主要是植物)固定太阳能。 2能量流动的渠道：食物链和食物网。 3能量流动中能量形式的变化：太阳光能生物体有机物中的化学能热能(最终散失)。 4能量在食物链中流动的形式：有机物(食物)中的化学能。 5能量散失的主要途径：细胞呼吸(包括各营养级生物本身及分解者的细胞呼吸)；能量散失的主要形式是热能。,6能量在流经每一营养级时的分流问题分析 (1)能量来源 生产者的能量来自于太阳能。 各级消费者的能量一般来自上一

4、个营养级(同化量摄入量粪便中所含能量)。,(2)能量去路 每个营养级生物细胞呼吸产生的能量一部分用于生命活动，另一部分以热能散失。 每个营养级生物的一部分能量流到后一个营养级中。 每个营养级生物的遗体、粪便、残枝败叶中的能量被分解者分解而释放出来。 未利用能量(现存量：最终被分解者利用，也可归为)。,7能量流动的特点 (1)单向流动 食物链中，相邻营养级生物的吃与被吃关系不可逆转，因此能量不能倒流，这是长期自然选择的结果。 各营养级的能量总有一部分以细胞呼吸产生热能的形式散失掉，这些能量是无法再被生产者利用的。,(2)逐渐递减 每个营养级的生物总有一部分能量不能被下一营养级利用。 各个营养级的

5、生物都会因细胞呼吸消耗相当大的一部分能量，供自身利用和以热能形式散失。 各营养级中的能量都要有一部分流入分解者。,(3)能量传递效率为1020%，即输入某一营养级的能量中，只有1020%的能量流入到下一营养级。计算方法为：能量传递效率 100%。,二、生态金字塔的类型与含义 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。,感悟拓展 1能量流动的分析方法 比较教材中“赛达伯格湖的能量流动图解”和“生态系统能量流动示意图”可以发现，在“赛达伯格湖的能量流动图解”中，流入每一营养级的能量去路中多了一条“未利用”，即未被自身呼吸消耗，也未被后一营养级和

6、分解者利用的能量。出现这种差别的原因在于两种能量流动图解的分析方法和理解角度不同。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：自身呼吸消耗；流入下一营养级；被分解者分解利用。但这一定量的能量不管如何传递，最终都以热能形式从生物群落中散失，生产者源源不断地固定太阳能，才能保证生态系统能量流动的正常进行。,(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：自身呼吸消耗；流入下一营养级；被分解者分解利用；未被自身呼吸消耗，也未被后一营养级和分解者利用，即“未利用”。如果是以年为单位研究

7、，第部分的能量将保留给下一年。,2能量传递效率的理解 能量的传递效率为10%20%的含义是指一个营养级的总能量大约只有10%20%传到下一营养级。如果按20%这一最高效率计算，以第一营养级的总能量为100%计算，第二营养级所获得的能量为20%，第三营养级所获得的能量为20%20%4%，第n营养级所获得的能量是第一营养级能量的 (若按传递效率10%计算，公式为 )，由此可知生态系统中的能量流动一般不超过45个营养级。,3能量传递效率 (1)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过程中所同化的物质中含有的能量总和，消费者粪便中所含有的能量不能计入排便生物所同化物质中的能量。,(2)两个

8、营养级之间能量传递效率大约为10%20%，但对不同的生态系统，确切的比例数总会由于各种食物链的不同、食物链内营养级数目的不同以及食物链与食物链之间的交织等因素而有差异。,1在由草、兔、狐组成的一条食物链中，兔经同化作用所获得的能量，其去向不应该包括() A通过兔子的呼吸作用释放的能量 D通过兔子的粪便流入到分解者的体内 C通过狐狸的粪便流入到分解者的体内 B流入到狐的体内 解析兔经同化作用所获得的能量兔的摄入量兔的粪便量，因此，B项中的能量去向并非来自于兔的同化获得能量。 答案B,如果一个人的食物有1/2来自绿色植物，1/4来自小型肉食动物，1/4来自羊肉，假如传递效率为10%，那么该人每增加

9、1千克体重，约消耗植物() A10kgB28kg C100kg D280kg 答案D,解析本题考查生态系统中的能量流动情况及其计算能力。 根据题意，可以写出三条食物链： 植物人，在此食物链中，人要增重0.5kg，消耗植物为0.510%5kg； 植物羊人，在此食物链中，人要增重0.25kg，消耗的植物为0.2510%10%25kg； 植物植食动物小型肉食动物人，在此食物链中，人要增重0.25kg，消耗的植物为0.2510%10%10%250kg。所以人要增重1kg，共消耗植物280kg。,自主梳理 一、生态系统的物质循环 1概念 (1)物质：组成生物体的 等元素。 (2)循环：无机环境与 之间。

10、 (3)范围：整个 。,C、H、O、N、P、S,生物群落,生物圈,2特点 (1)具有全球性，因此又称 循环。 (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。,生物地球化学,有机物,二氧化碳,往复循环,重复,二、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 ，使能量沿食物链(网)流动；能量作为 ，使物质能够不断地在 和生物群落之间循环往返。,同时进行,能量的载体,动力,无机环境,互动探究生态系统的食物链(网)与能量流动、物质循环之间具有怎样的关系？ 提示食物链(网)是生态系统的结构，而能量流动与物质循

11、环是生态系统的功能，二者是结构与功能的关系。食物链(网)是能量流动和物质循环的渠道，它的改变直接影响生态系统的功能能否正常发挥。能量流动和物质循环也能影响食物链(网)，如果能量流动或物质循环被破坏，则直接影响食物链(网)的结构复杂程度。,要点归纳 一、生态系统的碳循环,1大气中的碳元素进人生物群落，是通过植物的光合作用或化能合成作用而实现的。 2碳在生物群落和无机环境之间循环是以CO2的形式进行的。碳元素在生物群落中的传递，主要靠食物链和食物网，传递形式为有机物。 3大气中CO2的来源有三个：一是分解者的分解作用；二是动植物的呼吸作用；三是化石燃料的燃烧。 4实现碳在生物群落和无机环境之间进行

12、循环的关键是生产者和分解者。,5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，其他各成分间的传递均是单向的。,二、温室效应与气候变暖 1温室效应的形成 CO2与悬浮粒子是决定地球温度及气候的关键因素。CO2能吸收太阳辐射的红外线。当太阳照射到地球表面时，使地球变暖，这种热能又以红外线的形式向太空辐射，再次被CO2吸收，从而使大气层成为地面的保温层，起到保温作用。,2大气中CO2含量持续增加的原因 (1)工厂、汽车、飞机、轮船等对化石燃料的大量使用，向大气中倾放大量的CO2。 (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。,3影响 (1)气候

13、变暖会使冰川雪山融化，海平面上升，这样就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更加雨涝，并使病虫害增加。,4缓解措施 (1)植树造林，增加绿地面积。 (2)减少化石燃料的燃烧。 (3)开发清洁能源。,2右图为生态系统中碳循环的模式图。相关叙述正确的是() A代表生产者，5可以代表化能合成作用 B碳元素在、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 D、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,解析首先需要确定这四种成分，箭头指向、可以确定是生产者，因为生物群

14、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。碳元素在和间，是以二氧化碳形式传递的；、之间是以有机碳的形式传递的。是生产者，所含有的有机物最多。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。生产者联系无机环境和生物群落和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C,下图是生态系统中碳循环示意图，“”表示碳的流动方向，下列说法正确的是(),A图中A是生产者，B、D、E是消费者，C是分解者 B该生态系统的结构包括A、B、C

15、、D、非生物的物质和能量 C该生态系统中食物网可表示为： DE每增加1 kg的体重，至少需要25 kg的A 答案D,解析根据题干可以知道A是生产者，D、E是消费者，B是分解者，C是无机环境。生态系统中分解者不参与食物链，不占营养级。此题中食物链是：ADE，如果E增加1 kg的体重，按照最大传递效率20%计算，需要25kg的A。,三、生态系统物质循环和能量流动的关系 1过程图解,说明： (1)从图中可以看出，无机环境为生物成分提供物质和能量。 (2)生产者主要是指绿色植物，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。 (3)绿色植物同化的二氧化碳等

16、物质，大约90%需经分解者的分解作用归还给无机环境，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。,(4)从理论上讲，无机环境、生产者和分解者是任何一个自我调节的生态系统必要的基本成分，消费者的功能活动，不会影响生态系统的根本性质，所以消费者不是生态系统必要的基本成分。,2生态系统物质循环和能量流动的区别和联系,四、土壤微生物分解作用的探究活动的分析,3有关生态系统能量流动和物质循环的叙述不正确的是() A能量流动和物质循环是生态系统的两个主要功能 B能量流动和物质循环是沿食物链进行的 C能量流动和物质循环密切联系、相互依存 D能量流动是伴随着物质循环而循环的 解析

17、物质是循环的而能量是不循环的。 答案D,在自然生态系统中，物质是能量的载体。下列叙述正确的是() A能量可驱动物质循环 B物质和能量可循环利用 C能量只能在食物链中流动 D能量和生物数量金字塔均可倒置 答案C,命题热点1考查生态系统中能量流动的计算 【例1】在“藻类甲虫虾小鱼大鱼”的食物链中，(1)若有藻类植物G克，大鱼最多能增重多少克？(2)若小鱼要增重N克，最少需要甲虫多少克？ 答案(1)(1/625)G克(2)25N克,解析能量在食物链的传递过程中，从上一营养级到下一营养级的传递效率一般为10%20%，最高传递效率为20%，最低传递效率为10%，当食物链中低营养级的生物有物质G克时，传递

18、到某高营养级生物能获得的最多物质可用(20%)nG即(1/5n)G来计算；而获得的最少物质可用(10%)nG即(1/10n)G来计算(n为食物链中相应营养级总数减1或为箭头数)。,(1)从藻类传递到大鱼总共有营养级5个，所以大鱼最多能增重(1/54)G克(1/625)G克。 (2)的要求不同，是由高营养级生物的增重求低营养级生物的物质重量，即由“已知一个数的百分之几是多少，求这个数”，应该用除法；同时，高营养级生物要增重N克，至少需要低营养级生物的物质重量应该按最高传递率计算，即用N(1/5n)5nN来计算，而最多需要低营养级生物的物质重量应按最低传递率计算，即N 10nN来计算，从甲虫到小鱼

19、共有3个营养级，所以小鱼要增重N克，至少需甲虫5nN52N25N克。,方法点击 未知具体传递效率时，可按10%20%的有效传递率计算，但须注意“至多”与“至少”的应用。 后一营养级增重多少，需多少前一营养级时，应按除法计算且至多需多少时应按10%求解，至少需多少时应按20%求解。 若要求按前一营养级推导后一营养级所获能量时，应用乘法，且在至少向后传递多少时应按10%计算，至多向后传递多少时，应按20%计算。,在食物网中求最大(小)值时，既要考虑能量传递效率，又要考虑食物链的长短。在没有具体说明的情况下，能量传递效率为10%20%，即能量传递最低效率为10%，最高效率为20%。所以在食物链中能量

20、传递的“最大(小)值”的计算存在着下列关系：,如下图所示的生态系统中，各食物链生物间能量的传递效率为10%20%，当草有能量109kJ，若按能量传递效率20%、选择最短的食物链来计算，“最多”有10920%2108kJ能量传递到鸟；若按能量传递效率10%、选择最长的食物链来计算，“最少”有109(10%)2107kJ能量传递到鸟。,命题热点2碳循环与光合作用、呼吸作用的联系 【例2】(天津高考)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_；

21、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ad中选择)合成有机物；含碳有机物在甲中图示的_处(在ad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。 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)ca和b(4)微生物的分解,解析通过绿色植物光合作用或某些化能自养型生物的合成作用(常见的有硝化细菌等)，把大气中的二氧化碳和水合成为糖类等有机物。生产者合成的含碳有机物被各级消费者所利用。生产者和消费者在生命活动过程中，通过呼吸作用，又把二氧化碳释放到大气中。生产者和消费者的遗体被分解者所利用，分解后产生的二氧化碳也返回到大气中。另外，由古代动植物遗体变成的煤和石油等，被人们开采出来后，通过燃烧把大量的二氧化碳排放到大气中，也加入到生态系统的碳循环中。由此可见，碳,在生物群落与无机环境之间的循环主要是以二氧化碳的形式进行的。在植物细胞中，二氧化碳在叶绿体中被利用，又可通过呼吸作用在细胞质基质和线粒体中分解产生。,1(2009山东，4)利用泥浆生物反应器处理污染土壤，原理是将污染土壤用水调成泥浆状，同时加入部分营养物质和菌