1、第 36 课时 生态系统的能量流动和物质 循环 回扣基础构建网络 一、能量流动的概念和过程1概念：生态系统中能量的 、传递、和散失的过程。2能量流动的过程(1)能量的输入 起点：从 开始。总能量：。(2)能量的传递 传递渠道：。输入转化生产者固定太阳能生产者固定的全部太阳能食物链和食物网传递过程，见下图。a.能量流动的源头太阳能。b能量转化：太阳能有机物中的化学能热能(最终散失)。c流动形式：有机物中的化学能。d散失途径：呼吸作用，包括各个营养级自身的呼吸消耗以及分解者的呼吸作用。e能量散失的形式：以热能形式散失f箭头由粗到细：表示流入下一营养级的能量逐级递减。g随营养级的升高，储存在生物体内
2、的能量越来越少。(3)能量的转化和散失 太阳能 有机物中 (散失)中的化学能：直接用于各项生命活动光合作用生产者 呼吸作用生产者、消费者、分解者化学能 热能ATP二、能量流动的特点、金字塔及意义 1 ：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 ，也不可 。2 ：能量在沿食物链流动的过程中传递效率大约为 。3能量金字塔：将单位时间内各个营养级所得到的 数 值 绘成图，可形成一个金字塔图形。4意义(1)帮助人们科学规划、设计 ，使能量得到最有效的利用。(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 的部分。单向流动 逆转循环流动逐级递减1020%能
3、量由低到高人工生态系统能量流动对人类最有益三、生态系统的物质循环 1概念：无机环境 生物群落 2特点：、反复利用、。C、H、O、N、P、S全球性、循环性循环流动全球性3.实例碳循环碳在无机自然界中的存在形式：CO2和碳酸盐循环形式：CO2（主要）循环过程无机环光合作用、化能合成作用生物群落境（CO2）细胞呼吸、微生物分解（有机物）在生物群落中以有机碳形式沿食物链（网）传递温室效应 形成原因：大量化学染料的燃烧，大气中的含量迅速增加，打破了生物圈中的平衡。影响：加快极地和高山冰川的，导致海平面，进而对人类和其他生物的生存构成威胁CO2碳融化升高4与能量流动的关系：二者同时进行，相互依存，不可分割
4、，物质是能量 ，能量则是物质循环的 。5意义：通过能量流动和物质循环使生态系统中的 紧密地联系在一起，形成一个统一整体。答案 B 练一练1从物质循环的角度看，人体内的 C 元素究其根源来自()A食物中的碳 B大气中的 CO2 C燃料中的碳 D生物环境中的碳 载体动力组成成分2在碳循环中，无机环境和生物群落相联系的生理作用是()光合作用 呼吸作用 蒸腾作用 化能合成作用 A B C D 答案 B 构建知识网络 突破考点提炼方法考点 103 生态系统的能量流动分析 1能量的来源及去向图解(1)消费者摄入能量(a)消费者同化能量(b)粪便中能量(c)，即动物粪便中能量不属该营养级同化能量，应为上一个
5、营养级固定或同化能量。(2)消费者同化能量(b)呼吸消耗(d)生长、发育和繁殖(e)(3)生长、发育和繁殖(e)分解者分解利用(f)下一营养级同化(i)未被利用(j)，即消费者同化能量若为两部分之和是 bde；若为四部分之和是 bdfij。2生态系统的能量流动过程可以用下图表示 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有三条：自身呼吸散热消耗；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，只有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
6、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：自身呼吸散热消耗；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，第 4 部分的能量将保留给下一年。误区警示 最高营养级能量去路只有 3 个方面，少了传递给下一营养级这一去路。分解者分解作用的实质仍然是呼吸作用。流经各营养级的总能量：对生产者而言强调关键词“固定”而不能说“照射”，对各级消费者而言强调关键词“同化”而不能说“摄入”。对位训练 1如图为某生态系统中能量流动图解部分示意图，各 代 表 一 定 的 能 量 值，下 列 各 项 中 正 确 的 是
7、()A.表示流经生态系统内部的总能量 B一般情况下，次级消费者增加 1 kg，生产者至少增加100 kg C生物与生物之间吃与被吃的关系一般不可逆转，所以能量流动具有单向性 D从能量关系看 解析 仅仅是流经该生态系统内部总能量的一部分，所以 A 错误；次级消费者增加 1 kg，生产者至少增加 25 kg，所以 B 错误；从能量关系上看，所以 D 错误。答案 C2(2010山东理综，6)以下表示动物利用食物的过程。正确的分析是()A恒温动物的/值一般高于变温动物B哺乳动物的/值一般为 10%20%C提高圈养动物生长量一般需提高/值D食肉哺乳动物的/值一般低于食草哺乳动物解析 恒温动物维持体温需要
8、消耗较多的有机物，因而/值一般低于变温动物；10%20%是营养级的能量传递效率，而不是同化量和获取量之间的比值；圈养动物产量的提高依赖于同化量的增加，即/的比值提高；植物性食物中含有哺乳动物不能利用的物质多于动物性食物，因而食肉动物的/值高于食草性哺乳动物。答案 C3下列有关生态系统能量流动的叙述中，正确的是 ()A一种蜣螂专以大象粪为食，则该种蜣螂最多能获取大象所 同化能量的 20%B当狼捕食兔子并同化为自身的有机物时，能量就从第一营 养级流入第二营养级 C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 解析 蜣螂以大象粪便为食，那么，
9、大象同化的能量没有被蜣螂获得，因为粪便为食物残渣，是不被吸收的成分；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。C考点 104 能量流动特点及金字塔 1能量流动特点及原因(1)单向流动捕食关系不能逆转且散失的热能不能利用。(2)逐级递减自身呼吸消耗分解者分解未被利用 2能量传递效率 能量传递效率下一营养级的同化量上一营养级的同化量100%一般说来，能量传递的平均效率大约为 10%20%。提醒 同一食物链不同环节能量传递效率往往不完全相同，不涉及“最多”、“最少”，计
10、算时不能按 10%或 20%，而需按具体数值计算，如在食物链 ABCD 中，能量传递效率分别为 a%、b%、c%，若 A 的能量为 M，则 D 的能量为 Ma%b%c%。3能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔 不同的金字塔能形象地说明营养级与能量、数量、生物量之间的关系，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含义各营养级固定的总能量每一营养级生物个体的数量每一营养级现存生物的总质量形状特点呈正金字塔形一般呈正金字塔形一般呈正金字塔形分析能量流动的过程中总是有能量的耗散一株大树上，鸟、虫、树的数量金字塔的塔形会发生倒置浮游植物的个体小，寿命短，又不断被浮游动物吃
11、掉，所以某一时间浮游植物的生物量(用质量来表示)可能低于浮游动物的生物量特别提醒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
12、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)。4以金字塔图形式呈现 如下图所示，如果成千上万只昆虫生活在一棵大树上，鸟又以该树上的昆虫为食(食物链：树昆虫鸟)。那么树、昆虫和鸟的能量金字塔、生物量金字塔和生物数量金字塔可依次表示为 A、A、C。对位训练 4(2010江苏生物，11)有人发起“多吃素食、少吃肉食”的运动，以支援粮食短缺地区的灾民。运用生态学知识对此的合理解释是 ()A多吃肉食会增加心血管病的发病率 B直接以低营养级的生物为食将消耗生态系统更多的能量 C多吃肉食比多吃素食消耗的粮食总量更多 D节省的肉食可以帮助灾民提高营养水平 解析 从食物链中的能量流动
13、特点来看，营养级越高，在能量流动过程中损失的能量越多。多吃素食，是将人放在初级消费者的层次上，只经过一次能量传递，这样人获得的能量最多，消耗的粮食总量最少。答案 C 5下图中甲图表示一个海滩湿地生态系统中部分生物的食物关系。请据图回答问题：(1)在该生态系统中，既是分解者又可作为消费者食物的生物是_。(2)请根据甲图中的生态系统，写出乙图中能量金字塔各营养级的所有生物名称：_；_；_。答案(1)细菌(2)藻类、大米草 食草虫、线虫、海螺 沼蟹、蜘蛛(注意：回答问题完整)考点 105 碳循环 1过程图解及解读 (1)大气中的碳元素进入生物群落，是通过植物的光合作用(主要途径)或硝化细菌等的化能合
14、成作用完成的。(2)碳元素在生物群落与无机环境之间循环的主要形式是 CO2；碳元素在生物群落中的传递主要沿食物链和食物网进行，传递形式为有机物。(3)大气中 CO2的主要来源 分解者的分解作用动植物的细胞呼吸化学燃料的燃烧(4)碳元素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，其他成分都是单向的。(判断成分的依据)2温室效应(1)成因 工厂、汽车、飞机、轮船等对化学燃料的大量使用，向大气中释放大量的 CO2。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。(2)危害 加快极地冰川融化，导致海平面上升，对陆地生态系统和人类的生存构成威胁。(3)缓解
15、措施 植树造林，增加绿地面积。开发清洁能源，减少化学燃料燃烧。对位训练 6(2010广东理综，26)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。时期 碳吸收量(kg Ca1)碳释放量(kg Ca1)A 1.201014 1.201014 B 1.201014 1.261014(1)生态系统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 _。(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
16、阳能电池”是模仿类囊体吸收光能的特性而制造的，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。解析(1)光合作用吸收 CO2，呼吸作用放出 CO2，生态系统中碳循环主要通过光合作用和呼吸作用进行。(2)生态系统中碳的吸收量等于释放量时，该生态系统正处于稳定状态，而当碳的吸收量大于释放量时，处于生长期，当碳的吸收量小于释放量时，则处于衰退期。(3)过度的人工碳排放使得碳的释放量大大的超出碳的吸收量，从而破坏了生态系统的稳定性，大气中不能被吸收的大量 CO2能引起温室效应，导致地球气候变化。(4)光合作用的光反应阶段，光能的吸收发生在
17、叶绿体的类囊体薄膜上，光合作用的产物葡萄糖经酒精发酵可生成乙醇。答案(1)光合 呼吸(2)A 碳吸收量等于碳释放量(3)碳平衡 CO2浓度(4)光反应 有机物 考点 106“土壤微生物的分解作用”的探究活动 案例 1 案例 2 实验假设 微生物能分解落叶使之腐烂 微生物能分解淀粉 实验组 对土壤高温处理 A 杯中加入 30 mL 土壤浸出液 对照组 对土壤不做任何处理 B 杯中加入 30 mL 蒸馏水 实验设计 自变量 土壤中是否含微生物 土壤中是否含有分解淀粉的微生物 A1 不变蓝 A A2 产生砖红色沉淀 B1 变蓝 实验现象 在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组 B B2 不变色 结
18、论分析 微生物对落叶有分解作用 土壤浸出液中的微生物能分解淀粉 (注：在 A1、B1中加入碘液，在 A2、B2中加入斐林试剂)对位训练7右图表示 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 ()Aabc Bcba Ccba Dacb 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 abc。答案 A 8如图是两个生态系统中腐殖质总量随时间的变化情况，这两个生态系统分别是 ()AA 是热带草原，B 是热带雨林 BA 是热带雨林，B 是温带草原 CA
19、 是冻土苔原，B 是热带雨林 DA 是冻土苔原，B 是温带草原 解析 腐殖质是落叶等与土壤的混合物，含有大量的未完全分解的动植物的残体。对这些残体进行分解的是分解者，分解者在热带雨林中的数量和种类最多，因此在该环境中，腐殖质的数量少，而矿质元素等营养物质的含量高。答案 C 方法体验 利用“拼图法”解决能量流动中的难题 输入第一营养级的能量(W1)，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了(A1)，一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖(B1C1D1)。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。参考图示，很容易理解以下问题：(1)流经整个
20、生态系统的总能量是生产者固定的总能量，即 W1。将图中第三营养级同化的总能量 D2“拼回”第二营养级，则刚好等于 D1，即第二营养级同化的总能量；再将 D1“拼回”第一营养级，则刚好等于生产者固定的总能量 W1。可见，在一个草原生态系统中，草原上所有生物的总能量都来自 W1，所有生物总能量之和都小于W1(呼吸作用消耗的缘故)。(2)能量传递效率不会是 100%。从上图可以看出，从第一营养级向第二营养级能量的传递效应等于 D1/W1，因此不会达到 100%，一般情况下，能量传递效率为 10%20%。(3)在解决有关能量传递的计算问题时，首先要确定相关的食物链，理清生物与生物在营养级上的差值。典例
21、 研究人员在对甲、乙两个不同的生态系统调查后发现，两个生态系统的生产者总能量相同，甲生态系统只有初级和次级消费者，乙生态系统则有初级、次级、3 级和 4 级消费者。如果其他的因素都一样，则下列选项叙述正确的是()A甲生态系统中现存的消费者的总能量大于乙生态系统中现存的消费者的总能量 B甲生态系统的消费者总能量小于生产者同化的总能量，但乙生态系统则相反 C甲、乙生态系统的消费者总能量都大于生产者同化的总能量 D乙生态系统的消费者总能量大于甲生态系统的消费者总能量 解析 由于消费者的总能量属于生产者同化的总能量的一部分，因此 B、C 项的说法都不正确。随着食物链的延长，能量逐级递减，因此食物链越长
22、的生态系统中，储存在生物体内的能量就越少。乙生态系统中营养级的数量多于甲生态系统，因此乙生态系统中现存的消费者的总能量小于甲生态系统中现存的消费者的总能量。答案 A 体会 能量流动中传递效率的相关计算需注意(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。因此，同化量摄入量粪便中的能量。(2)能量传递效率某一个营养级的同化量/上一个营养级的同化量。(3)计算某一生物所获得的最多(最少)的能量规律(设食物链为 ABCD)：已知问题求解思路至少需要 A 营养级多少N(20%)3MD 营养级净增重 M最多需要 A 营养级多少N(10%)3MD
23、 营养级最多增重多少N(20%)3MA 营养级净增重 ND 营养级至少增重多少N(10%)3M(4)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最多(或最少)的能量。其规律如下：生产者最少消耗选最短食物链选最大传递效率20%获得最多最多消耗选最长食物链选最小传递效率10%获得最少消费者 易错警示对物质循环过程不理解，不会识别相关图解 典例 如图表示生物圈中碳循环的部分示意图。甲、乙、丙、丁构成生物群落，箭头表示循环过程。下列有关说法正确的是 ()A.大气中的气体 X 是指 CO2和 CO B完成过程的能量主要是由过程提供的 C丁经过程获得的能量占甲
24、、乙、丙总能量的 10%20%D丙处在第三营养级 解析 生物群落与无机环境之间的碳循环是以 CO2 的形式进行的，故图中大气中的气体 X 代表 CO2；图中甲为生产者，乙为初级消费者(第二营养级)，丙为次级消费者(第三营养级)；完成过程的能量主要由太阳能提供；捕食食物链中相邻营养级间的能量传递效率为 10%20%。答案 D 错因分析 对涉及物质循环的一些生理过程不清楚；不会判断相关图解中字母表示的各种成分。纠错笔记(1)碳循环过程示意图 弄清箭头的方向及代表含义。(2)将上图换成字母，并尝试判断四种成分(找依据)，如下面三种变式图 图 1 图 2据图判断 A、B、C、D 各代表哪种成分？图 1
25、先根据双向箭头确定 A 和 B 应为生产者和非生物的物质和能量，不能写“无机环境”，也不能写“生物类别”，再根据 AC 确定 C 为消费者，剩下 D 为分解者。图 2根据 A 与 C 之间的双向箭头判断：A 是生产者，C 是非生物的物质和能量。根据 ABD 的碳都流向 E，可进一步判断：B 是初级消费者，D 是次级消费者，E 是分解者。图 3首先找出相互之间具有双向箭头的两个成分即A 和 E，一个为生产者，一个是大气中的 CO2库。又因为其他各个成分都有箭头指向 A，所以 A 为大气中的 CO2库，E 为生产者。然后观察剩余的几个成分，其中其他生物部分的箭头都指向 C，所以 C 是分解者，剩余
26、的 B、D、F 则为消费者。整个图解中，食物链是 EFDB。检测落实体验成功 题组一 能量流动核心考查 1下图是生态系统中能量流经各营养级的示意图。由于呼吸的消耗，上一个营养级的能量只能一部分流入下一个营养级。以下对图中“呼吸”的理解正确的是 ()A指生物在呼吸等新陈代谢和各种活动中消耗的全部能量 B指生物进行有氧呼吸时产生的全部能量 C所有生产者和消费者都进行有氧呼吸和无氧呼吸 D分解者通过呼吸从生产者和消费者那里得到自身生命活动所需要的能量 答案 A2如图是某一个湖的能量金字塔，下列相关描述不正确的是 ()A.甲、乙、丙、丁分别表示不同的营养级 B.甲、乙、丙、丁之间可以形成一条甲到丁的食
27、物链 C.甲、乙、丙、丁的大小分别表示不同的营养级所得到的能量 D.甲、乙、丙、丁的大小变化体现了能量流动的特点是逐级递减 解析 生态系统的能量金字塔是将单位时间内各个营养级所得到的能量数值绘制成的图，由于能量逐级递减，所以甲、乙、丙、丁的大小分别表示不同的营养级所得到的能量。甲、乙、丙、丁每一层都有多种生物，因此，此金字塔所示生物间含有复杂的食物网，而不是简单的一条食物链。B题组二 物质循环 3关于生态系统物质循环的叙述，不正确的是 ()A所指的物质是指组成生物体的 C、H、O、N、P、S 等化学元素 B所说的生态系统是指地球上最大的生态系统生物圈 C所说的循环是指物质在生物群落与无机环境之
28、间反复出现、循环流动 D物质在循环过程中不断递减 答案 D 4在一般情况下，下列关于生态系统中物质循环的主要渠道的图解，正确的是 ()解析 生态系统中的物质循环是由于生产者和分解者接通了生物群落与无机环境的通道，生产者通过光合作用或化能合成作用，利用光能或氧化无机物释放的能量，将无机物合成为有机物，这样无机环境中的物质进入生物群落，经各级消费者利用，最后经分解者的分解作用又将有机物转化成无机物归还到无机环境中去。A题组三 物质循环和能量流动的综合考查 5下列关于生态系统功能的叙述中，不正确的是 ()A能量流动是生态系统的动力 B物质循环是生态系统的基础 C并非任何一个生态系统都有能量流动、物质
29、循环和信息传递 D信息传递的作用与能量流动、物质循环一样，把生态系统各组分联系成一个整体，并且具有调节系统稳定性的作用 解析 生态系统的功能包括能量流动、物质循环和信息传递，因此任何一个生态系统都有能量流动、物质循环和信息传递。答案 C 6(2010海南生物，23)请回答：(1)碳在生物群落与无机环境之间的循环主要以_的形式进行。驱动整个生态系统运转的能量主要来源于_的太阳能。(2)分解者通过_和_的方式将有机物分解成 CO2等释放到无机环境中。(3)下图所示的食物网中共有_条食物链，其中初级消费者是_。(4)如果环境中的某种有毒物质在生物体内既不能分解，也不能排出体外，则该物质经_的传递后，便可在不同的生物体内积累，因此，通常生物所在的_越高，该有毒物质在其体内的积累量越大。解析 在生物群落和无机环境之间，碳循环的形式是 CO2，在生物群落内部，是以含碳有机物的形式沿着食物链和食物网进行传递。生产者固定的太阳能是流经整个生态系统的总能量。分解者的分解作用实际上就是其呼吸作用，包括有氧呼吸和无氧呼吸。环境中的某些有毒物质伴随着食物链和食物网在生物体内富集，营养级越高，含量越高。答案(1)CO2 绿色植物固定(或光合作用固定)(2)有氧呼吸 无氧呼吸(或发酵)(3)3 兔和鼠(4)食物链 营养级 返回
