1、第2、3节 生态系统的能量流动和物质循环一、能量流动1.对能量流动的理解：转化固定太阳能(1)概念：生态系统中能量的_、传递、_和散失的过程。固定的太阳能总量食物链食物网(2)起点：生产者_开始。(3)总量：生产者_。(4)流动渠道：_和_。输入2.能量流动的过程：(1)写出图中甲、乙、丙、丁、戊所代表的内容。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)通过上述图解可看出生产者、初级消费者、次级消费者能量流动相同的三个方向。呼吸作用同化分解者通过_以热能的形式散失。被下一营养级_。被_分解利用。3.能量流动的特点及意义：(1)能量传递效率：指_之间_的比值
2、。相邻两个营养级同化量单向流动逐级递减(2)能量流动的两个特点：_、_。(3)研究意义：帮助人们科学规划、设计_，使能量得到最有效的利用。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。人工生态系统能量流动对人类最有益二、物质循环 1.概念：组成生物体的各种元素在_与_间不断循环的过程。2.特点：_、反复利用、_。3.意义：通过能量流动和物质循环使生态系统中的各种组成成分紧密地联系在一起，形成一个统一整体。无机环境生物群落全球性循环流动4.实例碳循环：CO2CO2(1)碳在无机环境中的存在形式：_和碳酸盐。(2)循环形式：_(主要)。(3)循环过程：碳从无机环境到生物群落是
3、通过_作用、_作用实现的；从生物群落到无机环境则是通过_和_实现。光合化能合成呼吸作用微生物的分解5.物质循环与能量流动的联系：物质循环和能量流动是同时进行，相互依存，不可分割的。原因是：(1)能量的固定、储存、转移和释放，离不开物质的合成和分解。食物链(网)能量(2)物质是能量沿_流动的载体。(3)_是物质在生态系统中往复循环的动力。判断正误1.生产者固定的能量一定是太阳能。()2.食物链和食物网是生态系统的营养结构，生态系统的物质循环和能量流动就是沿着这些渠道进行的。()3.虎等大型肉食动物容易成为濒危物种，可用生态系统中)能量流动规律进行合理分析。(答案：1.2.3.考点一 能量流动过程
4、及特点 1.能量流动图解：(1)能量来源a.生产者的能量主要来自太阳能b.消费者的能量来自上一营养级同化的能量(2)能量去向：流入某一营养级(最高营养级除外)的能量去向可从以下两个角度分析：定量不定时：定量定时：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：a.自身呼吸消耗；b.流入下一营养级；c.被分解者分解利用；d.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。能量的最终去路a.自身呼吸消耗b.流入下一营养级c.被分解者分解利用动物同化的能量不等于摄入的能量同化量为每一营养级通过摄食并转化成自身有机物的能量，摄入量
5、是消费者摄入的能量，同化量摄入量粪便量。2.能量流动的特点：(1)单向流动：能量流动是沿食物链进行的，食物链中各营养级之间的关系是长期自然选择的结果，是不可逆转的。各营养级通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落重复利用，因此能量流动无法循环。(2)逐级递减：各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。各营养级的能量总有一部分不能被下一营养级利用，这一部分最终流入分解者。能量传递效率为 10%20%(见下图)：项目能量金字塔数量金字塔生物量金字塔形状3.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。项目能量金字塔数量金字塔生物量金字塔
6、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一般为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量)沿食物链流动逐级递减(续表)方法技巧利用“拼图法”巧解能量流动的相关计算(1)输入第一营养级的能量(W1)，即生产者的同化量被分为两部分：一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失(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。(2)第一营养级向第二营养级的能量传递效率(D1/W1)100%，第二营养级向第三营
7、养级的能量传递效率(D2/D1)100%。高考探究 考向 1 能量流动的特点例 1(2014 年山东卷)6 月 8 日是世界海洋日。海洋是生物圈的重要组成部分，与人类的生存和发展息息相关。(1)根据图甲分析，要获得最大持续捕捞量，捕捞后大黄鱼种群数量应处于_点。用标志重捕法调查大黄鱼种群密度时，若标记个体更易于被捕食，则种群密度的估计值_(填“偏高”“偏低”或“不变”)。(2)海洋鱼类生活在不同的水层，这体现了生物群落的_结构。新建码头的桩柱表面很快被细菌附着，随后依次出现硅藻、藤壶、牡蛎等，该过程称为_。(3)图乙表示某海域能量流动简图，A、B、C、D 表示生态系统的组成成分。图中_和_(填
8、字母)在碳循环过程中起着关键作用；能量在第一营养级和第二营养级之间的传递效率为_。(4)海洋会受到石油、工业废水、生活污水等污染。如果污染超过海洋生态系统的_，海洋生态系统就很难恢复到原来的状态。解析(1)对于种群中有益动物的开发和利用，为了能获得 最大持续捕捞量，应在种群数量大于 K/2 时进行捕获，并使捕 获后种群的数量保持在 K/2 点，此时种群增长速率最大，资源 再生能力强；用标志重捕法调查动物的种群密度时，根据公式：个体总数 N/初次捕获个体数M重捕个体总数 n/重捕中被标记 的个体数 m，可推出种群个体数 NMn/m，由于标记个体更易于被捕食，所以分数中分子不变，分母减小，分数值增
9、大，即种群数量偏大。(2)群落中各种生物在垂直方向上具有明显的分层现象，叫群落的垂直结构；新建码头的桩柱表面很快被细菌附着，随后依次出现硅藻、藤壶、牡蛎等，是群落演替中的初生演替。(3)从图中能量流动来看，固定太阳能的是生态系统 的生产者，是能量流动的起点，整个生物部分最终都流向 B，说明其是分解者，C、D 是消费者；连接生物部分与非生物的主 要生物成分是生产者和分解者；在食物链 ADC 中，传递效 率为 1.5106/7.510620%。(4)生态系统之所以能抵抗干扰保持原状，取决于自我调节能力或抗污染的自我净化能力，但其调节能力是有一定限度的，若超过该生态系统自我调节能力或抗污染的自我净化
10、能力，就很难恢复到原来的状态。答案(1)b 偏高(2)垂直(群落的)演替(或初生演替)(3)A B(两空可颠倒)20%(4)自我调节能力(或自净能力)考向 2 能量流动的计算例 2(2015 年福建卷)下图为某人工鱼塘食物网及其能量传正确的是()A.该食物网中最高营养级为第六营养级B.该食物网中第一到第二营养级的能量传递效率为 25%D.该食物网中的生物与无机环境共同构成一个生态系统递示意图(图中数字为能量数值，单位是Jm2a1)。下列叙述C.太阳鱼呼吸作用消耗的能量为1357 Jm2a1解析该食物网中最高营养级是鲈鱼，为第五营养级，A 错误；该食物网中第一到第二营养级的能量传递效率为(378
11、04200)31 920100%25%，B 正确；太阳鱼同化的能量去向有：呼吸作用消耗、流入下一营养级和被分解者分解利用，由图只知道同化量和流入下一营养级的能量，不能得出呼吸作用消耗的能量，C 错误；该食物网中的生物只含有生产者和消费者，没有分解者，所以不能与无机环境共同构成一个生态系统，D 错误。答案B考向 3 生态金字塔 例 3(2014 年海南卷)用各营养级生物的能量、数量构建的金字塔分别称为能量金字塔、数量金字塔。在某一栎林中，第一营养级生物为栎树，第二营养级生物为昆虫，第三营养级生物为蛙、蜥蜴和鸟，第四营养级生物为蛇。该栎林数量金字塔的示意图是()ABCD解析在数量金字塔中昆虫的数量
12、远远大于栎树的数量，第三营养级生物数量小于昆虫的数量，第四营养级生物的数量小于第三营养级生物的数量。答案B【考点练透】1.在某草原生态系统能量流动过程中，假设羊摄入体内的能量为 n，羊粪便中的能量为 36%n，呼吸作用散失的能量为48%n，则()A.羊同化的能量为 64%nB.贮存在羊体内的能量为 52%nC.由羊流向分解者的能量为 16%nD.由羊流向下一营养级的能量为 64%n解析：同化量摄入量粪便量，羊同化的能量为n36%n 64%n。答案：A考点二 生态系统的物质循环 1.碳循环实例分析：(1)碳进入生物群落的途径：生产者的光合作用和化能合成作用。(2)碳返回无机环境的途径：生产者、消
13、费者的呼吸作用；分解者的分解作用；化学燃料的燃烧。(3)温室效应产生的原因：化学燃料的大量燃烧，产生了大量 CO2；植被破坏，降低了对大气 CO2 的吸收能力。(4)实现碳在生物群落和无机环境之间进行循环的关键是生产者和分解者。项目能量流动物质循环(以碳循环为例)形式以有机物为载体无机物 CO2 和有机物特点单向流动、逐级递减全球性、循环性范围生态系统各成分生物圈各成分物质循环与能量流动之间的关系(1)区别：(2)联系：高考探究 考向 碳循环实例分析 典例(2016 年浙江杭州模拟)下图是生物圈中碳循环示意图，下列相关分析错误的是()B.A 是消费者，C 是生产者，碳在各成分间以 CO2 的形
14、式循环C.对 E 过度开发利用会打破生物圈中碳平衡D.碳循环过程需要能量驱动，同时又是能量的载体解析生物圈通过碳循环实现碳元素的自给自足；A 是消费者，C 是生产者，碳在生物群落中以有机物的形式流动，在生 物群落和无机环境之间以 CO2 的形式循环；E 为化学燃料，若对此过度开发利用会打破生物圈中的碳平衡；能量是物质循环的动力，物质是能量的载体。答案BA.生物圈通过碳循环实现碳元素的自给自足【考点练透】2.(2014 年江苏卷)下列关于生态系统中物质循环和能量流动的叙述，正确的是()A.富营养化水体出现蓝藻水华的现象，可以说明能量流动的特点B.生态系统中能量的初始来源只有太阳能C.食物链各营养
15、级中 10%20%的能量会被分解者利用D.无机环境中的物质可以通过多种途径被生物群落反复利用解析：富营养化水体出现蓝藻水华是大量有机污物排到江湖中导致藻类大量繁殖，为物质循环的再生利用，说明物质循环反复性，而能量流动是单向的，A 错误；生态系统的能量主要来源于太阳能，也可源自某些无机物氧化分解释放的能量，如硝化细菌等化能自养型生物，B 错误。生态系统中能量流动 是单向递减的，其传递效率是 10%20%，即 10%20%的能量被下一营养级所同化，C 错误。生态系统的物质循环带有全 球性和循环往复性，因此无机环境中的物质可以通过多种途径 如光合作用、根的吸收等进入生物群落被生物利用，D 正确。答案
16、：D3.下图为碳元素在生态系统中循环的模式图，图中甲、乙、丙表示生态系统的生物成分，箭头表示生理过程。下列相关叙述中，不正确的是()A.d 过程代表光合作用，b 过程代表呼吸作用B.甲所示的营养级在食物链中占有的碳元素最多C.碳元素在甲、乙、丙之间以有机物的形式进行传递D.碳元素可在无机环境和生物群落之间反复利用解析：丁为大气 CO2 库，甲为生产者，乙为消费者，丙为分解者；d 过程代表呼吸作用，b 过程代表光合作用；碳元素在 生物群落内部主要以有机物的形式进行传递，在无机环境与生 物群落间主要以 CO2 的形式进行传递。答案：A1.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
17、种成分。下列叙述正确的是()A.X 和 Y 代表的生物可分别为乳酸菌和酵母菌B.含碳有机物由甲图的 a 和 b 分解为 CO2C.大气中的 CO2 在甲图的 c、d 处合成有机物D.该生态系统的物质和能量都能循环利用解析：X、Y 分别代表绿色植物和腐生细菌，A 错误；含 碳有机物分解为CO2 的场所是细胞质基质和线粒体，即a 和b，B 正确；植物细胞中将CO2 和H2O 合成有机物的场所是叶绿体，而对 CO2 的利用是在叶绿体基质，即c，C 错误；生态系统物质可循环利用，但能量流动是单向的，D 错误。答案：B2.下面为能量流经某生态系统第二营养级的示意图(单位Jcm2a1)，据图分析，有关说法
18、正确的是()A.该生态系统第一营养级同化的能量至少为 400B.第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量是 100C.能量由第二营养级到第三营养级的传递效率是 20%D.该生态系统第三营养级同化的能量是 15解析：题图为能量流经某生态系统第二营养级的示意图，其中 a 表示该营养级摄入的能量，b 表示该营养级同化的能量，c 表示该营养级用于生长、发育和繁殖的能量，d 表示呼吸作用中以热能的形式散失的能量，e 表示分解者利用的能量；第二 营养级同化的能量为 100(摄入量)20(粪便中的能量)80，根 据能量传递效率倒推出第一营养级同化的能量至少为 400；题图仅表示能量流经第二营养级的过程，并不能得
19、出第三营养级的同化量，因此无法计算由第二营养级到第三营养级的能量传递效率；次级消费者摄入的能量并不等同于第三营养级同化的能量。答案：A3.下图所示桑基鱼塘生态系统局部的能量流动，图中字母代表相应的能量。下列有关叙述不正确的是()A.如果 c1 表示蚕传递给分解者的能量，则 b1 表示未被利用的能量B.图中 b 表示桑树呼吸作用散失的能量C.图中的 c 可表示桑树用于生长、发育、繁殖的能量D.图中 d1/d 可以表示第一营养级到第二营养级的能量传递效率解析：流经该生态系统的总能量为桑树通过光合作用所固 定的太阳能总量，即 a；生产者桑树所固定的太阳能总量中有 一部分通过生产者的呼吸作用以热能的形
20、式散失，即 b，另一 部分则储存在生产者体内的有机物中，用于生产者的生长、发 育和繁殖等生命活动，即 c；图中 d 表示蚕同化的能量，a1 表 示蚕通过呼吸作用散失的热能，如果 c1 表示蚕传递给分解者的 能量，则 b1 表示未被利用的能量；d1/d 可以表示第二营养级到第三营养级的能量传递效率。答案：D4.生态系统的物质循环指组成生物体的化学元素的循环，碳循环是主要的循环形式之一。植物与动物之间有着各种各样的关系。如果将一种植物和一种动物放在一封闭系统内，用pH试纸测定此系统中所发生的 CO2 的浓度变化就能研究与碳循环有关的问题。请用以下材料和用具完成下列实验以验证生态系统中植物和动物之间
21、碳循环的相互关系。实验材料：试管架、4 支试管、铝箔 4 张、光源、2 只田螺、2 枝金鱼藻、50 mL 量筒、去氯的水、pH 试纸。(1)实验目的是_。试管编号1234步骤第一步每支试管中加入等量的去氯水第二步一只田螺一枝金鱼藻A第三步测定每支试管中的 pH 后用双层铝箔将试管口封住第四步B第五步每 20 min 测定一次 pH，共测 8 次实验结果pH 无变化CDpH 无变化或略有上升实验结论E(2)请完善下列实验步骤、结果和结论：A._；B._；C._；D._；E._。(3)实验步骤中 1 号试管的作用是_。答案：(1)验证生态系统中植物和动物之间碳循环的相互关系(2)A.一只田螺、一枝金鱼藻B.将试管放在较强光源下照射C.pH 下降D.pH 上升E.碳在生产者和消费者之间通过光合作用和呼吸作用进行转化，即在生态系统内进行循环(3)对照