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1、第 32 讲生态系统的能量流动和物质循环 考纲要求 生态系统中的物质循环和能量流动的基本规律及其应 用()。 一、能量流动的过程 1概念理解 2过程图解 判一判 1生态系统的能量流动指能量的输入和散失过程 () 提示还包括传递和转化过程。 2流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能 () 提示是生产者固定的太阳能或化学能。 3散失的热能可以被生产者固定再次进入生态系统 () 提示生产者只能利用太阳能或化学能(化能合成作用 )，不能利 用热能。 4流经第二营养级的总能量指次级消费者摄入到体内的能量 () 提示初级消费者同化的能量。 二、能量流动的特点及意义 1能量传递效率：是指相邻两个营养级
2、之间同化量的比值。 2能量流动的特点：单向流动、逐级递减。 3研究意义 (1)帮助人们科学规划、设计人工生态系统，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能量流动关系，使能量持续 高效地流向对人类最有益的部分。 解惑相邻两营养级之间能量传递效率只有10%20%，因此食物 链中营养级一般不超过45 个。 判一判 1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% () 2能量金字塔可以出现倒置现象 () 3研究能量流动，可合理设计人工生态系统，提高能量的传递效率 () 三、物质循环 1概念 (1)物质：组成生物体的化学元素，如C、H、O、N、P、S等。 (2
3、)循环范围：生物群落和无机环境之间。 (3)循环特点：具有全球性。 2分类：水循环、碳循环、氮循环和磷循环等。 3碳循环 (1)循环形式 无机环境与生物群落之间：CO2。 生物群落内：以碳水化合物形式沿食物链和食物网传递。 (2)图解 解惑生态系统物质循环的物质是指组成生物体的基本元素，而非 其组成的化合物；在循环过程中伴随着复杂的物质和能量的转化。 考点一分析生态系统的能量流动 1观察下面的能量流动过程图解，回答相关问题。 (1)能量的来源：太阳能。 (2)起点：从生产者固定太阳能开始。 (3)流经生态系统的总能量：生产者通过光合作用所固定的全部太 阳能。 (4)渠道：食物链和食物网。 (5
4、)能量转化：太阳能有机物中的化学能热能(最终散失 )。 (6)流动形式：有机物中的化学能。 (7)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。 (8)能量散失的形式：以热能形式散失。 2观察下图能量在营养级之间流动过程图解，回答相关问题。 (1)摄入量、同化量、粪便量三者之间的关系是摄入量同化量 粪便量。 (2)在各营养级中，能量的三个去路：通过呼吸作用以热能的形 式散失；被下一营养级生物利用；被分解者利用。 (3)概括能量流动的特点 单向流动：能量只能沿着食物链由低营养级流向高营养级。 逐级递减：相邻两个营养级的能量传递效率约为10%20%。 3写出能量传递效率的
5、计算公式 相邻两个营养级的传递效率 下一营养级同化量 上一营养级同化量 100%。 易错警示生态系统中能量流动的2 点提示 (1)生态系统中同化量和摄入量的比较 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 是消费者摄入的能量， 同化量摄入量粪便量。 消费者产生的粪 便中的能量，不属于该营养级同化的能量， 它实际上与上一营养级 的遗体、残骸一样，属于未被利用的那部分能量。 (2)能量传递效率与能量利用效率的比较 能量传递效率：能量在沿食物链流动的过程中， 逐级减少， 若以 “营 养级”为单位， 能量在相邻两个营养级之间的传递效率约为10% 20%。其计算公式为能量传递效率(下一营
6、养级同化量 /上一营养 级同化量 )100%。 能量利用效率：通常考虑的是流入人体中的能量占生产者能量的比 值，或流入最高营养级的能量占生产者能量的比值，或考虑分解者 的参与，以实现能量的多级利用。 在一个生态系统中， 营养级越多， 在能量流动过程中消耗的能量就越多，因此食物链越短， 能量利用 效率越高；同时，生态系统中生物种类越多，营养结构越复杂，抵 抗力稳定性越强，能量利用效率越高。 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 () A表示流经该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
7、的捕食关系一般不可逆转，所以能量流动具有 单向性 D从能量关系看 答案C 解析仅仅是流经该生态系统内部总能量的一部分；次级消费者 增加 1 kg，生产者至少增加25 kg；从能量关系上看， 。 2. 如图为一食物网。若要使丙体重增加x，已知其食 用的动物性食物 (乙)所占比例为 a， 则至少需要的生产者 (甲)的量为 y，那么 x 与 y 的关系可表示为() Ay90ax10 x By25ax5x Cy20ax5x Dy10ax10 x 答案C 解析由题干中的 “至少”可知，应该按最大传递效率20%计算， a 表示动物性食物 (乙)所占比例，则 1a表示直接从生产者 (甲)获 得食物所占比例，
8、故有(1a)x 20%ax 20% 20%y， 即 y20ax 5x。 生态系统中能量传递的相关计算 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 生物在营养级上的差别， 能量传递效率为 10%20%，解题时注意题 目中是否有“最多”、“最少”、“至少”等特殊的字眼，从而确定 使用 10%或 20%来解题。 1设食物链 ABCD，分情况讨论如下 (1)已知 D 营养级的能量为M ，则至少需要A 营养级的能量 M (20%)3；最多需要 A 营养级的能量 M (10%)3。 (2)已知 A 营养级的能量为N，则 D 营养级获得的最多能量 N(20%)3；最少能量 N(10%)3
9、。 2在食物网中分析 如在 ABCD 中， 确定生物量变化的“最多”或“最少”时， 还应遵循以下原则： (1)食物链越短，最高营养级获得的能量越多。 (2)生物间的取食关系越简单， 生态系统消耗的能量越少， 如已知 D 营养级的能量为M，计算至少需要A 营养级的能量，应取最短食 物链 AD，并以 20%的效率进行传递，即等 于 M 20%；计算最多需要 A 营养级的能量时，应取最长的食物链 ABCD，并以 10%的效率进行传递，即等于M (10%)3。 3在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物按一定比 例获取能量，则按照单独的食物链进行计算后再合并。 考点二聚焦生态系统的物质循环 1
10、观察下面碳循环过程图，回答相关问题。 (1)碳进入生物群落的途径：生产者的光合作用或化能合成作用。 (2) 碳返回无机环境的途径 (3)分析温室效应产生的原因 化石燃料的大量燃烧，产生CO2。 植被破坏，降低了对大气中CO2的调节能力。 (4)概括物质循环的特点 全球性：物质循环的范围是生物圈。 往复循环，重复利用：物质可以在无机环境和生物群落之间反复 利用。 2观察下面能量流动和物质循环的关系图解，填写表格中的内容。 生产者、消费者的呼吸作用 分解者的分解作用实质是呼吸作用 化石燃料的燃烧作用 项 目 能量流动物质循环 形 式 光能化学能热能 (一般 形式) 以化学元素形式流动 过 程 沿食
11、物链 (网)单向流动 在无机环境和生物群落间 往复循环 范 围 生态系统各营养级全球性 特 点 单向流动，逐级递减反复出现，循环流动 联 系 能量的固定、 储存、转移和释放离不开物质的合成和 分解 物质是能量沿食物链 (网)流动的载体 能量是物质在生态系统中往复循环的动力 易错警示与物质循环有关的2 点提示 (1)物质循环的 “物质”和“范围” 参与物质循环的 “物质”是指组成生物体的化学元素。 循环的范围是生物圈，而不是具体的某一生态系统。 (2)碳循环及存在形式 在生物群落和无机环境间：以CO2形式循环。 在生物群落内部：碳水化合物形式传递。 在无机环境中：主要以CO2和碳酸盐形式存在。
12、3下图是生态系统中碳循环示意图，其中“”表示碳的流动方向。 下列叙述不正确的是 () A在碳循环过程中，同时伴随着能量流动 B由于某种原因造成图中E 生物数量大量减少，推测短期内与之 相邻的两个营养级生物数量发生的变化是D 增多，F 减少 C该生态系统的消费者包括图中的D、E、F、B DAC 过程中碳主要以CO2的形式进行循环， FB 以含碳有机 物的形式进行流动 答案C 解析分析图形， A、B、D、E、F 均有箭头指向 C，则 C 是无机 环境中的二氧化碳库。 A、C 之间为双向箭头， A 为生产者。 A、 D、E、F 均有箭头指向 B，则 B 为分解者， D、E、F 为消费者。 图示中包含
13、的食物链为ADEF，故 E 减少，短时间内D 增 多， F 减少。 碳在生物群落与无机环境之间主要以CO2的形式循环， 在生物群落内部是以含碳有机物的形式流动。 4如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() Ad 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 答案A 解析丁为无机环境，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
14、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二 氧化碳的形式进行传递。 巧妙变换图形，判断参与碳循环的四种成分 1图 1先根据双向箭头确定A 和 B 应为生产者和非生物成分， 不能写“无机环境”，也不能写“生物类别”，再根据AD， 确定 D 为分解者，剩下 C 为消费者。 2 图 2根据 A 与 C 之间是双向箭头判断： A 和 C 一个是生产者， 一个是非生物成分。 根据 A、B、D 的碳都流向 E，可进一步判断： A 是生产者， B 是初级消费者， C 是非生物成分， D 是次级消费 者，E 是分解者。 3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，
15、 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，剩余的 B、D、F 则为消费者。整个图解中，食物链是 EFDB。 序号错因分析 正确答 案 序号错因分析正确答案 不理解总能 量的含义 N2 不清楚粪 便量的来 源 0 不清楚能量 传递效率的 计算方法 N5 N2 100% 对种类和 数量区分 不清 增加各营养 级生物的种 类 不清楚自我 调节能力如 何进行 负反馈 调节 题组一生态系统的能量流动 1(2012 海南卷， 19)下图为某生态系统
16、的能量流动简图，下列叙述 错误的是() A甲是生产者，乙是消费者 B该生态系统是一个开放的系统 C能量通过光合作用固定并进入系统，可以热能形式输出 D甲、乙和分解者所储存的能量之和是输入该生态系统的总能量 答案D 解析根据题中简图可知， 甲能够固定太阳能， 为生产者，乙从甲 获取能量，为消费者， A 正确；该生态系统需要从外界获得能量， 同时能量也可以扩散到外界，是一个开放的生态系统， B 正确；能 量通过光合作用固定并进入生态系统，经过生产者、消费者和分解 者的呼吸作用后有一部分以热能的形式散失，C 正确；输入该生态 系统的总能量是生产者甲固定的太阳能总量，D 不正确。 2(2010 山东卷， 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 答案C 解析恒温动物相对于变温动物来说， 代谢强，所以呼吸代谢消耗 量相对多，有机物积累少，/
