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1、1 第第 1414 课时课时 能量流动和物质循环能量流动和物质循环 学考要求 知识内容必考要求加试要求 生态系统中的能量流动 cc 生态系统中的碳循环 cc 课时要求 (1)概述生态系统中能量流动的过程和特点。(2)概述生态系统中碳循环 的过程和特点,关注碳循环平衡失调与温室效应的关系。 一、生态系统中的能量流动 1能量流动的含义及渠道 (1)能量流动的含义:在生态系统中,能量不断沿着太阳植物植食动物肉食动物顶位 肉食动物的方向流动。 (2)渠道:沿食物链的营养级依次传递。 2能量流动过程 2 (1)能量流动的起点:太阳辐射能(或光能)。 (2)能量流动的渠道:食物链或食物网。 (3)植食动物
2、的能量去向:被自身细胞呼吸消耗;被分解者分解;被肉食动物取食并同 化;暂未被利用。 3能量流动特点 (1)单方向的,不可逆的。 (2)逐级递减,传递效率一般只有约 10%。 思考 比如草兔狐,通过兔的粪便流入分解者体内的能量,属于哪个营养级同化的能量? 答案 草(生产者)。 探究 1实例分析 下面是赛达伯格湖能量沿营养级流动的定量分析图,据图思考: (1)由图得知,能量流动是单方向的、不可逆的。原因是: 经过长期的自然选择,食物链中各营养级的顺序是不可逆转的。 各营养级的能量总是趋向于以呼吸作用产生热能而散失掉,无法再利用。 (2)由图中数据可以看出能量流动是逐级递减的,原因是: 各营养级的生
3、物都会因呼吸作用而消耗掉相当大一部分能量。 各营养级的生物中总有一部分能量未被下一营养级的生物所利用。 还有少部分能量随着残枝败叶或遗体等直接传递给了分解者。 探究 2理性思维 (1)从能量流动过程可以推知: 植食动物比肉食动物多。 高营养级生物数量少、能量少、价值高。 一个生态系统必须不断地从外界输入能量才能维持其正常功能。 (2)能量传递效率的公式 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%。 (3)如图表示 A、B 两个特定生态系统的能量金字塔。请思考: 3 一个吃玉米的人所获得的能量一定多于一个吃牛肉的人,对吗?为什么? 答案 不对。就“玉米人”与“玉米牛人”这两条食物
4、链而言,前者环节较少,能量 损耗较少,人获得的能量更多,但就“一个个体”而言,由于不知道两人的食物量,一个吃 玉米的人所获得的能量和一个吃牛肉的人获得的能量无法比较。 若 A 和 B 中玉米的数量相同,A 能养活 10 000 人,则 B 能养活多少人(传递效率按 10%计算)? 答案 1 000 人。若 A 和 B 中玉米的数量相同,设养活一人消耗能量为 m,如 A 能养活 10 000 人,对应的玉米能量是 100 000m,同样数量的玉米,B 中养活的人数是 10 00010%10%1 000(人)。 若土壤中含相同浓度的难降解污染物,则 A 中的人比 B 中的人体内污染物浓度更高,还是
5、 更低? 答案 若土壤中含相同浓度的难降解污染物,则生态系统 A 中的人比 B 中的人体内污染物浓 度应更低(其原因是由于生物放大作用)。 例 1 如图为生态系统中能量流动图解部分示意图(字母表示能量的多少),请思考: (1)图中的 f 代表的含义是什么? (2)生产者与一级消费者之间的能量传递效率为多少? (3)“兔狼”这一关系中,狼粪便中的能量属于图中哪一字母? (4)缩短食物链能否提高能量传递效率? 答案 (1)图中的 f 应代表一级消费者的呼吸消耗量。 (2) 100%。 c a (3)兔是第二营养级,狼是第三营养级,狼粪便中所含的能量应是上一营养级的能量,即字母 d。 (4)缩短食物
6、链可以减少能量损耗,使能量更多地被利用,但不能提高传递效率。 易混易错 能量流动过程中的 4 个易错点 (1)动物同化的能量摄入量粪便有机物中的能量,即摄入的食物只有部分被同化。例如蜣 螂利用大象的粪便获得能量,就不能说蜣螂获得了大象的能量。 4 (2)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。 (3)分解者分解作用的实质仍然是呼吸作用。 (4)生产者所固定的太阳能只是太阳能中很少的一部分。 例 2 下列关于能量流动的叙述,正确的是( ) A动物同化的能量中包括其粪便中的能量 B生产者能将约 10%的太阳能转化为化学能 C相同条件下恒温动物的体重净增长低于变温动物消费者
7、 D越是处在食物链高位的动物,其能量越多 答案 C 解析 动物同化的能量摄食量排便量,粪便中的能量属于上一个营养级的同化量;生产 者能将 1%2%的太阳能转化为化学能,能量在相邻两营养级之间的传递效率约为 10%;相同 条件下,恒温动物需要维持体温恒定,而变温动物则不需要,所以变温动物有更多的能量用 于生长发育;越是处在食物链高位的动物,其能量越少。 例 3 某同学绘制如图所示的能量流动图解(其中W1为生产者固定的太阳能),下列叙述错误 的是( ) A生产者固定的总能量可表示为(A1B1C1D1) B由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为D1/W1 C流入一级消费者的能量为(A2B2C2)
8、D图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减 答案 C 解析 生产者固定的总能量为A1(呼吸作用散失)B1(用于自身的生长、发育和繁殖)C1(遗 体、残骸)D1(一级消费者摄入),A 项正确;传递效率输入第二营养级的能量D1/输入第一 营养级的能量W1,B 项正确;流入一级消费者的能量为D1A2B2C2D2,C 项错误;分析 题图可知,能量只能从生产者流向一级消费者,且总量减少,体现了能量流动的特点,D 项正 确。 方法技巧 利用“拼图法”巧解能量流动难点 输入第一营养级的能量(W1)被分为两部分(如图所示):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
9、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。 5 例 4 在如图所示的食物网中,假如猫头鹰的食物有 来自于兔子, 来自于鼠, 来自于蛇, 2 5 2 5 1 5 那么猫头鹰若增加 20 g 体重,需要消耗植物(传递效率为 10%)( ) A600 g B900 g C1 600 g D5 600 g 答案 D 解析 需要消耗植物为:20 10%10%20 10%10%10%5 600(g)。 4 5 1 5 二、生态系统中的物质循环碳循环 1物质循环 生态系统中的无机物,在一个相对封闭的循环圈中周而复始、往复循环的过程。 2特点 (1
10、)周而复始、往复循环。 (2)参与循环的物质数量恒定,可以重复利用。 3碳的全球循环 (1)基本路线图解 6 (2)大气中二氧化碳含量的特点:有明显的昼夜变化和季节变化。 海洋对大气中二氧化碳含量的调节作用:二氧化碳在大气圈和水圈的界面上通过扩散作用 而相互交换。 总之,碳在生态系统中的含量,能通过碳循环的自我调节机制得到调整,并恢复到原来的平 衡状态。 (3)碳循环平衡失调 原因:人类因能源消费向大气中排放大量二氧化碳,从而严重干扰了陆地、海洋和大气之 间二氧化碳交换的平衡,致使大气中二氧化碳的含量持续增加。 影响:产生温室效应。 思考 若生态系统的碳循环被破坏,可能导致什么危害? 答案 导
11、致温室效应,全球变暖,严重威胁人类的生存。 探究 1实例分析 观察下面碳循环示意图回答相关问题: (1)碳循环的基本路线是从大气圈到植物和动物,再通向分解者,最后又回到大气圈。 (2)过程分析 7 大气中碳元素以 CO2的形式进入生物群落,其主要途径是植物的光合作用。 碳元素在生物群落中的传递途径是食物链和食物网,传递形式是有机物。 碳回到大气圈要经过动、植物和分解者的呼吸作用,以及燃料的燃烧。 (3)为什么海洋在调节大气圈的含碳量方面有非常重要的作用? 答案 海洋的含碳量是大气圈的 50 倍,二氧化碳在大气圈和水圈的界面上可以通过扩散作用 而互相交换,从而维持大气圈的碳平衡。 (4)你了解温
12、室效应吗?它是由于大气中二氧化碳含量过高引起的,请推测大气中二氧化碳含 量升高的主要原因是什么? 答案 煤、石油、天然气等燃料的燃烧,使大气中的二氧化碳浓度过高,是形成“温室效应” 的主要原因。 探究 2理性思维 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。请据图思考下列问题: (1)甲、乙、丙、丁分别代表生态系统的什么成分?并简述判断的理由。 答案 甲和丁之间有双向箭头,且其他几种成分都有箭头指向丁,所以丁为大气中的 CO2,甲 为生产者;甲和乙都有箭头指向丙,所以丙为分解者,则乙为消费者。 (2)碳在甲、乙、丙之间的流动形式是什么?在甲(
13、或乙或丙)与丁之间的流动形式又是什么? 答案 碳在甲、乙、丙之间的流动形式是有机物,在甲(或乙或丙)与丁之间的流动形式是 CO2。 (3)图中的字母分别表示什么过程? 答案 b 代表光合作用或化能合成作用,d 和 c 代表呼吸作用,f 代表微生物的分解作用,a 代表捕食,e 和 g 代表动植物的遗体、排遗物等提供给分解者。 (4)生态系统的成分中,对物质循环起关键作用的环节是什么? 答案 生产者和分解者。 例 5 (2013浙江学业水平考试)如图为生物圈碳循环过程示意图,甲丁表示生态系统的 成分,表示过程。下列叙述中,正确的是( ) 8 A表示呼吸作用 B和的速率基本相等 C甲丙丁构成捕食食物
14、链 D过程中碳以有机物的形式传递 答案 D 解析 分析题图可知,甲为生产者,丙为消费者,丁为分解者,乙为大气中的 CO2,表示光 合作用,表示呼吸作用;和的速率不一定相等;捕食食物链中不包括分解者。 方法技巧 “三看法”确定碳循环过程示意图中各成分 例 6 (2016浙江 4 月学考)下列人类活动不会加剧温室效应的是( ) A多开汽车 B火力发电 C植树造林 D燃煤取暖 答案 C 解析 温室效应是由于大气中二氧化碳的增加引起的,多开汽车、火力发电、燃煤取暖都会 增加大气中的二氧化碳,而植树造林不会增加大气中的二氧化碳。 1(2015浙江学业水平考试)碳在大气圈和生态系统生产者之间的流动形式是(
15、 ) A碳酸盐 B单质碳 CCO2 D含碳有机物 答案 C 9 解析 大气圈中的碳通过生产者的光合作用,以 CO2的形式进入生物群落,生物群落中的碳通 过生物的呼吸作用以 CO2的形式返回大气圈。 2能量流动是指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程,下列关于能量流动的叙 述,正确的是( ) A能量沿食物链单向流动 B能量沿食物链循环流动 C能量在各营养级间可以循环利用 D消费者的级别越高,所获得的能量越多 答案 A 解析 能量流动的特点是单向流动,逐级递减,A 项正确;能量沿食物链或食物网单向流动, B 项错误;能量在各营养级间不能循环利用,C 项错误;消费者的级别越高,所获得的能量越
16、 少,D 项错误。 3流经一个生态系统的总能量是( ) A生产者用于生长、发育和繁殖的总能量 B流经各个营养级的能量总和 C各个营养级生物同化的能量总和 D生产者固定的太阳能的总量 答案 D 4在生态系统的碳循环中,既能使碳进入生物群落,又能使碳回到大气中的生物是( ) A绿色植物 B植食动物 C肉食动物 D营腐生生活的真菌 答案 A 解析 绿色植物通过光合作用使 CO2进入生物群落,通过呼吸作用使 CO2回到大气中。 5保护环境,减少温室气体 CO2的排放,需要世界各国的共同努力,是因为( ) A物质循环具有全球性 B物质循环具有单向性 C能量流动具有循环性 D能量流动是逐级递减的 答案 A 解析 保护环境,减少温室气体 CO2的排放,需要世界各国的共同努力,是因为物质循环具有 全球