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1、第33讲 生态系统的能量流动和 物质循环 考点一考点一 生态系统的能量流动过程及特点生态系统的能量流动过程及特点 1生态金字塔生态金字塔 不同的生态金字塔能形象地说明各营养级与能量、生不同的生态金字塔能形象地说明各营养级与能量、生物量、数量之间的关系，是定量研究生态系统的直观物量、数量之间的关系，是定量研究生态系统的直观体现。体现。 2.能量流动的最值计算规律能量流动的最值计算规律 (1)在食物链中：若题干中未做具体说明，则一般认为在食物链中：若题干中未做具体说明，则一般认为能量传递的最低效率为能量传递的最低效率为10%，最高效率为，最高效率为20%，则：，则： (2)在食物网中在食物网中:
2、在能量分配比例未知时计算某一生物获得的最多在能量分配比例未知时计算某一生物获得的最多(或最少或最少)的能量计算：的能量计算： ? ? ?知低营养级求高营养级知低营养级求高营养级? ? ? ? ?选最长食物链选最长食物链获能量最少获能量最少? ? ? ? ? ?按按10%计算计算? ? ?知高营养级求低营养级知高营养级求低营养级? ? ? ? ?选最短食物链选最短食物链需最少能量需最少能量? ? ? ? ?20%计算计算? ?按按? ? ?选最长食物链选最长食物链需最多能量需最多能量? ? ?10%计算计算? ?按按? ? ?选最短食物链选最短食物链获能量最多获能量最多? ? ? ?按按20%计
3、算计算在能量分配比例和能量传递效率已知时的能量计算：在能量分配比例和能量传递效率已知时的能量计算：对于食物网中能量流动的计算，先根据题意写出相应对于食物网中能量流动的计算，先根据题意写出相应的食物链并根据各营养级之间的传递效率，按照从不的食物链并根据各营养级之间的传递效率，按照从不同食物链获得的比例分别进行计算，再将各条食物链同食物链获得的比例分别进行计算，再将各条食物链中的值相加即可。中的值相加即可。 巧用拼图法解决能量流动计算难点巧用拼图法解决能量流动计算难点 输入第一营养级的能量输入第一营养级的能量(W1)，被分为两部分：一部分，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
4、在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了 (A1)，一，一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖部分则用于生产者的生长、发育和繁殖(B1C 1D1)。而后一部分能量中，包括现存的植物体而后一部分能量中，包括现存的植物体 B1、流向分解、流向分解者的者的C1、流向下一营养级的、流向下一营养级的D1，如下图所示：，如下图所示： (1)流经整个生态系统的总能量是生产者固定的总能量，流经整个生态系统的总能量是生产者固定的总能量，即即W1。将图中第三营养级同化的总能量。将图中第三营养级同化的总能量 D2“拼回拼回”第第二营养级，则刚好等于二营养级，则刚好等于D1，即第二营养级同化的总能，即第二营养级同化的总能
5、量；再将量；再将D1“拼回拼回”第一营养级，则刚好等于生产者第一营养级，则刚好等于生产者固定的总能量固定的总能量 W1。可见，在一个生态系统中，所有。可见，在一个生态系统中，所有生物的总能量都来自生物的总能量都来自 W1，所有生物总能量之和都小，所有生物总能量之和都小于于W1(呼吸作用消耗的缘故呼吸作用消耗的缘故)。 (2)能量传递效率不会是能量传递效率不会是 100%。从上图可以看出，从第一营养。从上图可以看出，从第一营养D1级向第二营养级能量的传递效率等于级向第二营养级能量的传递效率等于100%， 一般情况下，一般情况下，W1能量在相邻两个营养级间的传递效率为能量在相邻两个营养级间的传递效
6、率为 10%20%。 角度一角度一 能量流动的过程及特点分析能量流动的过程及特点分析 1(2015海南卷改编海南卷改编)关于草原生态系统能量流动的叙关于草原生态系统能量流动的叙述，错误的是述，错误的是 ( ) A能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失的过能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失的过程程 B分解者所需的能量可来自各营养级生物所储存的能分解者所需的能量可来自各营养级生物所储存的能量量 C生态系统维持正常功能需要不断得到来自系统外的生态系统维持正常功能需要不断得到来自系统外的能量能量 D生产者固定的能量等于全部消费者所获得的能量与生产者固定的能量等于全部消费者所获得的能量与分解者所
7、获得的能量值之和分解者所获得的能量值之和 解析：解析：生态系统的能量流动包括能量的输入、传递、生态系统的能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失的过程，转化和散失的过程， A正确；分解者所需的能量可来正确；分解者所需的能量可来自各营养级生物所储存的能量，自各营养级生物所储存的能量， B正确；能量流动逐正确；能量流动逐渐递减，生态系统维持正常功能需要不断得到来自系渐递减，生态系统维持正常功能需要不断得到来自系统外的能量，统外的能量，C正确；在一定时间内，某生态系统中正确；在一定时间内，某生态系统中全部生产者固定的能量全部生产者固定的能量 ( (a)，大于全部消费者所获得，大于全部消费者所获得的能
8、量值的能量值(b)与全部分解者所获得的能量值与全部分解者所获得的能量值 (c)，即，即abc，D错误。错误。 答案：答案：D 2某生态系统中有某生态系统中有 A、B、C、D四种生物，构成食物四种生物，构成食物链链ABC，D为分解者，如图是该生态系统中能量流为分解者，如图是该生态系统中能量流入入B处发生的一系列变化示意图，下列说法错误的是处发生的一系列变化示意图，下列说法错误的是( ) A图中的甲表示图中的甲表示 B的同化量，乙表示的同化量，乙表示 B用于生长、用于生长、发育和繁殖的能量发育和繁殖的能量 B参与丁过程的都是异养型生物，包括细菌、真菌参与丁过程的都是异养型生物，包括细菌、真菌等等
9、C当生态系统处于相对稳定状态时，当生态系统处于相对稳定状态时， B的种群数量的种群数量一般处于一般处于K/2 D图中图中D的能量不全部来自的能量不全部来自B生物生物 解析：解析：当生态系统处于相对稳定状态时，当生态系统处于相对稳定状态时， B种群数量种群数量达到环境容纳的最大值，一般处于达到环境容纳的最大值，一般处于 K值，值，C错误；错误；B摄摄入量为其同化量和粪便量之和，其同化量一部分用于入量为其同化量和粪便量之和，其同化量一部分用于呼吸消耗，一部分用于自身的生长、发育和繁殖，呼吸消耗，一部分用于自身的生长、发育和繁殖，A正确；丁过程为分解者的分解作用，分解者主要是营正确；丁过程为分解者的
10、分解作用，分解者主要是营腐生生活的细菌、真菌等，都是异养型生物，腐生生活的细菌、真菌等，都是异养型生物，B正确；正确；D的能量可来自于的能量可来自于B的粪便，而此部分属于上一营养级的粪便，而此部分属于上一营养级A的能量。的能量。 答案：答案：C 角度二角度二 能量流动的相关计算能量流动的相关计算 3(2015福建卷福建卷)下图为某人工鱼塘食物网及其能量传下图为某人工鱼塘食物网及其能量传递示意图递示意图(图中数字为能量数值，单位是图中数字为能量数值，单位是 Jm2a1)。下列叙述正确的是下列叙述正确的是 ( ) A该食物网中最高营养级为第六营养级该食物网中最高营养级为第六营养级 B该食物网中第一
11、到第二营养级的能量传递效率为该食物网中第一到第二营养级的能量传递效率为25% C太阳鱼呼吸作用消耗的能量为太阳鱼呼吸作用消耗的能量为1 357 J m2a1 D该食物网中的生物与无机环境共同构成一个生态该食物网中的生物与无机环境共同构成一个生态系统系统 解析：解析：考查生态系统的能量流动和生态系统的结构为考查生态系统的能量流动和生态系统的结构为主，食物链的最高营养级鲈鱼为第五营养级；该食物主，食物链的最高营养级鲈鱼为第五营养级；该食物网第一到第二营养级的能量传递效率的计算为两者同网第一到第二营养级的能量传递效率的计算为两者同化量的比值，即化量的比值，即(4 2003 780)/31 92025
12、%；太阳鱼；太阳鱼同化的能量除去呼吸作用消耗部分其他用于生长发育同化的能量除去呼吸作用消耗部分其他用于生长发育繁殖，本题只有太阳鱼和下一个营养级鲈鱼的同化量，繁殖，本题只有太阳鱼和下一个营养级鲈鱼的同化量，无法计算出太阳鱼呼吸作用消耗的能量；生态系统由无法计算出太阳鱼呼吸作用消耗的能量；生态系统由生物群落和无机环境共同组成，食物网中的生物只包生物群落和无机环境共同组成，食物网中的生物只包括了生产者和消费者，少了必要成分分解者。括了生产者和消费者，少了必要成分分解者。 答案：答案：B 4如图为一食物网，若要使丙体重增加如图为一食物网，若要使丙体重增加x，已知其，已知其食用的动物性食物食用的动物性
13、食物 (乙乙)所占比例为所占比例为 a，则至少需要的，则至少需要的生产者生产者(甲甲)的量为的量为y，那么，那么x与与y的关系可表示为的关系可表示为( ) Ay90ax 10x By25ax 5x Cy20ax 5x D y10ax 10x 解析：解析：由题干中的由题干中的“至少至少”可知，应该按最大传递效可知，应该按最大传递效率率20%计算，计算，a表示动物性食物表示动物性食物(乙乙)所占比例，则所占比例，则1a表示直接从生产者表示直接从生产者(甲甲)获得食物所占比例，故有获得食物所占比例，故有(1a)x20%ax20%20%y，即，即y20ax 5x。 答案：答案：C 考点二考点二 生态系
14、统的物质循环生态系统的物质循环 1碳循环过程：碳循环过程： (1)碳进入生物群落的途径：生产者的光合作用和化能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。合成作用。 (2)碳返回无机环境的途径。碳返回无机环境的途径。 生产者、消费者的呼吸作用。生产者、消费者的呼吸作用。 分解者的分解作用。分解者的分解作用。 化学燃料的燃烧。化学燃料的燃烧。 (3)分析温室效应产生的原因。分析温室效应产生的原因。 化学燃料的大量燃烧，产生了大量化学燃料的大量燃烧，产生了大量CO2。 植被破坏，降低了对大气植被破坏，降低了对大气CO2的调节能力。的调节能力。 2能量流动与物质循环之间的关系能量流动与物质
15、循环之间的关系 角度一角度一 碳循环的过程及特点分析碳循环的过程及特点分析 5(2016石家庄模拟石家庄模拟)如图为生态系统中碳循环的模如图为生态系统中碳循环的模式图。相关叙述正确的是式图。相关叙述正确的是 ( ) A1代表生产者，代表生产者，5可以代表化能合成作用可以代表化能合成作用 B碳元素在碳元素在1、2、3、4间以含碳有机物的形式传递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在食物链中占有碳元素最多的营养级可能是1 D1、2、3中含有的有机物可以作为动力来促进碳中含有的有机物可以作为动力来促进碳元素在生物群落和无机环境之间循环元素在生物群落和无机环境之间循环 解
16、析：解析：首先需要确定这四种成分，首先需要确定这四种成分， 1箭头指向箭头指向2、3、4可以确定可以确定1是生产者，因为生物群落总能量流动的起点是生产者，因为生物群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，是生产者。由于生产者联系了无机环境和生物群落，所以确定所以确定4为无机环境。然后根据生产者和消费者都有为无机环境。然后根据生产者和消费者都有箭头指向分解者，确定箭头指向分解者，确定 3为分解者。为分解者。5代表生产者的呼代表生产者的呼吸作用产生二氧化碳。碳元素在吸作用产生二氧化碳。碳元素在 1和和4之间是以二氧化之间是以二氧化碳的形式传递的，在碳的形式传递的，在1、2、
17、3之间是以有机物的形式传之间是以有机物的形式传递的。递的。1是生产者，所含有的有机物最多。物质作为能是生产者，所含有的有机物最多。物质作为能量的载体，使能量沿着食物链量的载体，使能量沿着食物链 ( (网网) )流动；能量作为动流动；能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循力，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。环往返。 答案：答案：C 6(2016成都模拟成都模拟)如图表示生物圈中碳循环过程，如图表示生物圈中碳循环过程，其中其中A、B、C表示生态系统的不同成分。下列有关表示生态系统的不同成分。下列有关该图的分析正确的是该图的分析正确的是 ( ) A图中生态系统中的
18、食物链是图中生态系统中的食物链是ABC B碳从生物群落进入无机环境的途径是碳从生物群落进入无机环境的途径是 C碳循环具有全球性，磷循环不具有全球性碳循环具有全球性，磷循环不具有全球性 D提高提高过程有利于维持大气中的碳、氧平衡过程有利于维持大气中的碳、氧平衡 解析：解析：从图中看出，从图中看出，A为分解者，生态系统中的食物为分解者，生态系统中的食物链是链是BC；碳从生物群落进入无机环境的途径是；碳从生物群落进入无机环境的途径是生产者的呼吸作用、生产者的呼吸作用、分解者的分解作用和分解者的分解作用和消费消费者的呼吸作用；碳循环具有全球性，磷循环也具有者的呼吸作用；碳循环具有全球性，磷循环也具有全
19、球性；提高全球性；提高过程使大气中的过程使大气中的 CO2含量增加，会含量增加，会破坏大气中的碳、氧平衡。破坏大气中的碳、氧平衡。 答案：答案：B 角度二角度二 物质循环和能量流动的关系分析物质循环和能量流动的关系分析 7下列关于生态系统中物质循环和能量流动的叙述，正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动的特点 B生态系统中能量的初始来源只有太阳能生态系统中能量的初始来源只有太阳能 C食物链各营养级中食物链各营养级中10%20%的能量会被分解者利用的能量会被分解者
20、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利用 解析：解析：本题考查生态系统的功能以及水华现象。富营养本题考查生态系统的功能以及水华现象。富营养化水体出现蓝藻水华是大量含化水体出现蓝藻水华是大量含 N、P的污水排到江湖中的污水排到江湖中导致藻类大量繁殖的结果，说明物质循环的反复性，而导致藻类大量繁殖的结果，说明物质循环的反复性，而能量流动是单向的，所以能量流动是单向的，所以 A错误；生态系统的能源主要错误；生态系统的能源主要为太阳能，也可源自某些无机物氧化分解释放的能量，为太阳能，也可源自某些无机物氧化分解释放的能量，所以所以B错误
21、；生态系统中能量流动是单向递减的，其传错误；生态系统中能量流动是单向递减的，其传递效率是递效率是10%20%，即，即10%20%的能量被下一营养的能量被下一营养级同化，故级同化，故C错误；生态系统的物质循环带有全球性和错误；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，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，进入生物群落被生物利用，故如光合作用、根的吸收，进入生物群落被生物利用，故D项正确。项正确。 答案：答案：D 8(2016常德模拟常德模拟)如今低碳生活、绿色经济已成为如今低碳生活、绿色经济已成为人类共同的目标。如图是碳循环
22、的部分过程，下列有人类共同的目标。如图是碳循环的部分过程，下列有关分析不正确的是关分析不正确的是 ( ) A碳循环的过程碳循环的过程伴随着生态系统的能量流动伴随着生态系统的能量流动 B植树造林有助于增强过程植树造林有助于增强过程而减少大气而减少大气CO2含量含量 C减少对过程减少对过程的依赖是缓解温室效应的重要措施的依赖是缓解温室效应的重要措施 D低碳生活方式有助于维持生物圈中碳循环的平衡低碳生活方式有助于维持生物圈中碳循环的平衡 解析：解析：据图可知，大气中二氧化碳的来源有：据图可知，大气中二氧化碳的来源有：生产生产者和消费者的呼吸作用、分解者的分解作用和者和消费者的呼吸作用、分解者的分解作
23、用和化学化学燃料的燃烧，但降低大气中二氧化碳的含量主要是通燃料的燃烧，但降低大气中二氧化碳的含量主要是通过过生产者的光合作用来实现的，而生产者的光合作用来实现的，而是引起大气中是引起大气中二氧化碳含量增加的主要原因，故植树造林有助于增二氧化碳含量增加的主要原因，故植树造林有助于增强过程强过程而减少大气而减少大气 CO2含量。减少对过程含量。减少对过程的依赖的依赖是缓解温室效应的重要措施。无机环境与生物群落之是缓解温室效应的重要措施。无机环境与生物群落之间碳循环的主要形式是间碳循环的主要形式是CO2，CO2不携带能量，因此过不携带能量，因此过程程不伴随着生态系统的能量流动。不伴随着生态系统的能量
24、流动。 答案：答案：A 能量流动分流模型解读能量流动分流模型解读 每一营养级的能量来源与去路分析每一营养级的能量来源与去路分析(以第二营养级为例以第二营养级为例) 消费者摄入能量消费者摄入能量 (a)消费者同化能量消费者同化能量 (b)粪便中能粪便中能量量(c)，即动物粪便中能量不属于该营养级同化能量，即动物粪便中能量不属于该营养级同化能量，应为上一个营养级固定或同化能量。应为上一个营养级固定或同化能量。 消费者同化能量消费者同化能量 (b)呼吸消耗呼吸消耗(d)用于生长、发育用于生长、发育和繁殖和繁殖(e)。 生长、发育和繁殖生长、发育和繁殖 (e)分解者利用分解者利用 (f)下一营养级下一
25、营养级同化同化(i)未被利用未被利用(j)。 所以有：所以有： (1)未被利用的能量：包括生物每年的积累量和动植物未被利用的能量：包括生物每年的积累量和动植物残体以化石燃料形式被储存起来的能量。残体以化石燃料形式被储存起来的能量。 (2)一个营养级所同化的能量呼吸消耗的能量被下一个营养级所同化的能量呼吸消耗的能量被下一营养级同化的能量分解者利用的能量未被利用一营养级同化的能量分解者利用的能量未被利用的能量。的能量。 (3)动物同化的能量与摄入量之间的关系：动物同化的动物同化的能量与摄入量之间的关系：动物同化的能量摄入量粪便有机物中的能量，即摄入的食物能量摄入量粪便有机物中的能量，即摄入的食物只
26、有部分被同化。只有部分被同化。 (4)流入一个营养级的能量：是指被这个营养级的生物流入一个营养级的能量：是指被这个营养级的生物所同化的全部能量。所同化的全部能量。 典例透析典例透析 如图是生态系统的能量流动图解，如图是生态系统的能量流动图解， N1N6表示能量数表示能量数值。请回答下列有关问题。值。请回答下列有关问题。 (1)流经该生态系统的总能量为流经该生态系统的总能量为_ 。(用用N1N6中的中的字母表示字母表示) (2)由初级消费者传递给蜣螂的能量为由初级消费者传递给蜣螂的能量为_ 。 (3)图中图中N3表示表示_ 。 (4)能量由生产者传递给初级消费者的传递效率为能量由生产者传递给初级
27、消费者的传递效率为 _。(用用N1N6中的字母表示中的字母表示)。 (5)生态系统具有自我调节能力的基础是生态系统具有自我调节能力的基础是 _ 。若。若要提高生态系统的抵抗力稳定性，一般可采取的措施要提高生态系统的抵抗力稳定性，一般可采取的措施为为_。 审题指导审题指导 1(2016信阳模拟信阳模拟)某生态学家研究一花生实验田的某生态学家研究一花生实验田的能量流动情况，实验期间收获所有花生植株中葡萄糖能量流动情况，实验期间收获所有花生植株中葡萄糖量为量为300 kg，实验期间花生细胞呼吸消耗葡萄糖量为，实验期间花生细胞呼吸消耗葡萄糖量为100 kg，建立能量流动模型如图所示，建立能量流动模型如
28、图所示(已知已知1 kg葡萄糖葡萄糖含有能量含有能量1.6104 kJ)，分析选项，正确的是，分析选项，正确的是 ( ) A该能量流动模型属于数学模型该能量流动模型属于数学模型 B模型中模型中a表示花生种群的同化量表示花生种群的同化量 C实验期间输入花生种群的能量为实验期间输入花生种群的能量为6.4106 kJ D实实验验期期间间花花生生种种群群以以热热能能形形式式散散失失能能量量为为1.6105 kJ 解析：解析：题中的能量流动模型属于概念模型，题中的能量流动模型属于概念模型， A错误；错误；模型中花生种群同化量应包括模型中花生种群同化量应包括 a和通过呼吸作用散失和通过呼吸作用散失的能量，
29、的能量， B错误；实验期间输入花生种群的能量为错误；实验期间输入花生种群的能量为(300 kg100 kg)1.6104 kJ/kg6.4 106 kJ，C正确；实验期间花生种群以热能形式散失的能量为正确；实验期间花生种群以热能形式散失的能量为1.6 106 kJ，D错误。错误。 答案：答案：C 2某同学绘制了如图所示的能量流动图解某同学绘制了如图所示的能量流动图解 (其中其中W1为生产者固定的太阳能为生产者固定的太阳能)，下列叙述中不正确的是，下列叙述中不正确的是( ) A生产者固定的总能量可表示为生产者固定的总能量可表示为 (A1B1C1A2B2C2D2) B由第一营养级到第二营养级的能量
30、传递效率为由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为D1/W1 C流入初级消费者体内的能量可表示为流入初级消费者体内的能量可表示为(A2B2C2) D图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减 解析：解析：生产者固定的总能量可表示为生产者固定的总能量可表示为 (A1B1C1D1)，A1表示呼吸作用消耗，表示呼吸作用消耗，B1表示未被利用，表示未被利用，C1表示流向分表示流向分解者，而解者，而D1A2B2C2D2，是流入下一营养级的能，是流入下一营养级的能量，量，A正确；由第一营养级到第二营养级的能量传递效正确；由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为率为
31、D1/(A1B1C1D1)D1/W1，B正确；流入初级正确；流入初级消费者的能量为消费者的能量为 D1(A2B2C2D2)，C错误；图解错误；图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减，单向流动表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减，单向流动表示沿着食物链向高营养级传递，而不能倒过来流动，表示沿着食物链向高营养级传递，而不能倒过来流动，逐级递减表示前一营养级生物所包含的能量只有逐级递减表示前一营养级生物所包含的能量只有 10%20%能够传给下一营养级生物，能够传给下一营养级生物，D正确。正确。 答案：答案：C 1由于能量沿食物链流动时是逐级递减的，所以食由于能量沿食物链流动时是逐级递减的，所以食物链一般不超过五个营养级。物链一般不超过五个营养级。 2太阳能经过生产者的固定进入生物群落，在食物太阳能经过生产者的固定进入生物群落，在食物链中以化学能的形式流动，以热能的形式散失。链中以化学能的形式流动，以热能的形式散失。 3生态系统的能量流动具有单向传递、逐级递减的生态系统的能量流动具有单向传递、逐级递减的特点。特点。 4物质循环的特点：具有全球性；往复循环利用。物质循环的特点：具有全球性；往复循环利用。
