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1、第第2、3节生生态系系统的能量流的能量流动与物与物质循循环一、能量流一、能量流动的的过程程1概念：概念：生生态系系统中能量的中能量的、传递、 和散失的和散失的过程。程。2过程过程(1)起点：生起点：生产者固定太阳能开始。者固定太阳能开始。(2)流流经生生态系系统的的总能量是能量是总量。量。输入输入转化转化生产者固定的太阳能生产者固定的太阳能(4)传递途径：传递途径：和和。(5)散失：通过散失：通过，以，以的的形式散失掉。形式散失掉。食物链食物链食物网食物网细胞呼吸细胞呼吸热能热能二、能量流二、能量流动的特点及意的特点及意义1特点特点(1)单向流向流动：沿食物：沿食物链由低由低营养养级流向流向，
2、不能逆，不能逆转；也不能；也不能。(2)逐逐级递减：能量在沿食物减：能量在沿食物链流流动的的过程中程中是是的，的，传递效率大效率大约为。(3)能量金字塔：将能量金字塔：将单位位时间内各个内各个营养养级所所得到的能量数得到的能量数值按按营养养级绘成成图，所形成的一个金字塔，所形成的一个金字塔图形。形。高营养级高营养级循环流动循环流动逐级逐级减少减少10%20%由低到高由低到高2研究意义研究意义(1)帮助人帮助人们科学科学规划，划，设计，使能量得到最有效利用，使能量得到最有效利用，实现能量的能量的。(2)帮助人帮助人们合理地合理地生生态系系统中能中能量流量流动关系，使能量持关系，使能量持续高效地流
3、向高效地流向。人工生态系统人工生态系统多级利用多级利用调整调整对人类最有益的部分对人类最有益的部分(2009年高考江年高考江苏卷卷)下列下列4种种现象中，不象中，不适宜用生适宜用生态系系统中能量流中能量流动规律律进行合理分行合理分析的是析的是()A虎等大型肉食虎等大型肉食动物容易成物容易成为濒危物种危物种B蓝藻易在富藻易在富营养化水体中爆养化水体中爆发C饲养牛、羊等养牛、羊等动物，成本低、物，成本低、产量高量高D巨大的巨大的蓝鲸以微小的浮游以微小的浮游动物物为食食【答案】B(1)几乎所有的生态系统，其能量来自太阳能。几乎所有的生态系统，其能量来自太阳能。即即 光能光能 有机物中的化学能有机物中
4、的化学能(2)特殊的生态系统特殊的生态系统深海热泉生态系统深海热泉生态系统 无机物氧化无机物氧化 有机物中有机物中产生的能量产生的能量 的化学能的化学能一、能量流动过程分析一、能量流动过程分析1.能量的输入能量的输入例例1下下图为生生态系系统中食物中食物链所反映出的所反映出的能量流能量流动情况，情况，图中箭中箭头符号符号为能量的流能量的流动方向，方向，单位位为kcal/(m2年年)。下列下列说法正确的是法正确的是(双双项)A、在入射的太阳能中，生、在入射的太阳能中，生产者只利用了其中的者只利用了其中的1%左右左右B、分解者可利用来自各、分解者可利用来自各营养养级转移到移到A中的所有能量中的所有
5、能量C、消、消费者者营养养级别越高，可利用的越高，可利用的总能量越多能量越多D、当人、当人们把生把生产者当作食物者当作食物时，比起其他，比起其他营养养级，可，可获得更多的能量得更多的能量【答案】AD2.能量的传递能量的传递(1)传递途径：传递途径：(2)传递形式：传递形式：(3)传递过程传递过程(以能量流经第二营养级为例以能量流经第二营养级为例) 能量流经第二营养级时的分流情况总结如能量流经第二营养级时的分流情况总结如下：下：食物链和食物网。食物链和食物网。有机物中的化学能。有机物中的化学能。易错点：粪便量属于易错点：粪便量属于哪个营养级的能量？哪个营养级的能量？某一某一营养养级具体的能量流具
6、体的能量流动情况情况理解流入每一理解流入每一营养养级的能量去向可从以下两个的能量去向可从以下两个角度分析。角度分析。(1)定量定量不定不定时分析：流入某一分析：流入某一营养养级的一定量的一定量的能量在的能量在足足够长的的时间内的内的去路可有三条去路可有三条：a.自身呼吸消耗；自身呼吸消耗；b.流入下一流入下一营养养级；c.被分解被分解者分解利用。者分解利用。(2)定量定量定定时分析：流入某一分析：流入某一营养养级的一定量的的一定量的能量在一定能量在一定时间内的内的去路可有四条去路可有四条：a.自身呼自身呼吸消耗；吸消耗；b.流入下一流入下一营养养级；c.被分解者分解被分解者分解利用；利用；d.
7、未被自身呼吸消耗，也未被下一未被自身呼吸消耗，也未被下一营养养级和分解者利用，即和分解者利用，即“未利用未利用”。如果是以年。如果是以年为单位研究，位研究，这部分的能量将保留到下一年。部分的能量将保留到下一年。例例2.下下图图表表示示某某草草原原生生态态系系统统中中能能量量流流动动图图解解，表表相相关关过过程程能能量量流流动动量量。下下列列有有关关叙叙述正确的是述正确的是()A.是流入该生态系统的总能量是流入该生态系统的总能量B.分解者获得的能量最少分解者获得的能量最少C.图中图中/的比值代表草的比值代表草兔的能量传递效率兔的能量传递效率D.和和分别属于草和兔同化量的一部分分别属于草和兔同化量
8、的一部分答案：答案：D（变式）在一个生态系统中，草食动物所（变式）在一个生态系统中，草食动物所同化的能量等于（同化的能量等于（）A、生产者固定的太阳能的总量、生产者固定的太阳能的总量B、生产者固定的太阳能的总量减去生产者、生产者固定的太阳能的总量减去生产者的呼吸量的呼吸量C、被草食动物吃了的植物所含的能量减去、被草食动物吃了的植物所含的能量减去粪便等排泄物中的能量粪便等排泄物中的能量D、用于草食动物的活动所需的能量、用于草食动物的活动所需的能量C2能量流动特点能量流动特点(1)生生态系系统中能量流中能量流动是是单向向的。的。(2)能量在流能量在流动过程中是程中是逐逐级递减减的。的。出出现这两个
9、特点的原因是？两个特点的原因是？(3)能量传递效率：能量传递效率：10%20%，即输入某，即输入某一营养级的能量中，只有一营养级的能量中，只有10%20%的能量的能量流入到下一个营养级。流入到下一个营养级。计算方法为：能量传递率计算方法为：能量传递率100%。例例3、在浮游植物、在浮游植物小鱼小鱼海豹海豹虎鲸这条食物链中虎鲸这条食物链中,若虎鲸的体重若虎鲸的体重增加增加1kg,至少消耗浮游植物的量为至少消耗浮游植物的量为A1kgB10kgC125kgD1000kgC例例4如图为某生态系统能量流动示意图如图为某生态系统能量流动示意图单位：单位：J/(cm2a)，以下分析不正确的是，以下分析不正确
10、的是()A.甲的数值是甲的数值是1250J/(cm2a)B.乙到丙的能量传递效率为乙到丙的能量传递效率为15%C.乙的个体数目一定比甲少乙的个体数目一定比甲少D.每一营养级的能量大部分用于细胞呼吸和被丁每一营养级的能量大部分用于细胞呼吸和被丁利用利用答案：答案：C(练习)下下图表示某生表示某生态系系统中，四种生物所同化的中，四种生物所同化的有机物的量占有机物的量占该生生态系系统有机物有机物总量的比例，量的比例，则这四种生物之四种生物之间的食物关系的食物关系最可能的是最可能的是()【答案】A(2009年雷州模年雷州模拟)某湖泊生某湖泊生态系系统中有大型中有大型杂食性食性鱼类甲，其食物甲，其食物1
11、/2来自浮游植物乙，来自浮游植物乙，1/4来自草食性来自草食性鱼类丙，丙，1/4来自以草食性来自以草食性鱼类为食的小型肉食性食的小型肉食性鱼类丁。下列叙述中丁。下列叙述中错误的是的是()A甲和丁存在着甲和丁存在着竞争关系争关系B从理从理论上上计算，甲每增加算，甲每增加1kg体重，最体重，最少需要乙提供少需要乙提供360kg的物的物质C若湖泊中受到有机汞若湖泊中受到有机汞污染，染，则有机汞有机汞浓度最低的生物是乙度最低的生物是乙D此食物网中占有三个此食物网中占有三个营养养级的生物是甲的生物是甲【答案】B3能量流动模型能量流动模型生态金字塔生态金字塔能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔能量金字塔、
12、数量金字塔、生物量金字塔三者都是用来三者都是用来说明食物明食物链中能量流中能量流动情况情况的，三者的，三者统称称为生生态金字塔。其原理是美金字塔。其原理是美国生国生态学家林德曼提出的学家林德曼提出的“十分之一定律十分之一定律”：输入到一个入到一个营养养级的能量大的能量大约有有10%20%流流动到下一到下一营养养级，该定律定律说明能量明能量在沿着食物在沿着食物链流流动时，是逐，是逐级递减的。减的。不同的生不同的生态金字塔能形象地金字塔能形象地说明明营养养级与与能量、生物量、数量之能量、生物量、数量之间的关系，是定量的关系，是定量研究生研究生态系系统的直的直观体体现。类型型项目目能量金字能量金字塔
13、塔数量金字数量金字塔塔生物量金生物量金字塔字塔形状形状类型型项目目能量金字塔能量金字塔数量金字塔数量金字塔生物量金字生物量金字塔塔特点特点正金字塔正金字塔形形一般一般为正金字塔正金字塔形，有形，有时会出会出现倒金字塔形，如倒金字塔形，如树上昆虫与上昆虫与鸟的的数量关系数量关系呈正金字呈正金字塔形塔形象征象征含含义能量沿食能量沿食物物链流流动过程中具程中具有逐有逐级递减的特性减的特性生物个体数目生物个体数目在食物在食物链中随中随营养养级升高而升高而逐逐级递减减生物量生物量(现存生物有存生物有机物的机物的总质量量)沿食沿食物物链流流动逐逐级递减减类型型项目目能量金字能量金字塔塔数量金字数量金字塔塔
14、生物量金生物量金字塔字塔每一每一阶含含义食物食物链中中每一每一营养养级生物所生物所含能量的含能量的多少多少每一每一营养养级生物个生物个体的数目体的数目每一每一营养养级生物的生物的总生物量生物量(1)在一条食物链中，由低营养级到高营养在一条食物链中，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级推算，前一营养级比后一营养级含量一定多的指标是定多的指标是“能量能量”，而，而“数量数量”和和“生物生物量量”均可能出现反例。均可能出现反例。(2)在在人工生态系统人工生态系统中因能量可人为补充，中因能量可人为补充，可能会使能量金字塔呈现倒置状况。如人可能会使能量金字塔呈现倒置状况。如人工鱼塘中
15、生产者的能量未必比消费者工鱼塘中生产者的能量未必比消费者(鱼鱼)多。天然生态系统则必须当能量状况表现多。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。常运转，从而维持生态系统的稳定性。例例5下表是一个相下表是一个相对封封闭的生的生态系系统中五个种群中五个种群(存在着存在着营养关系养关系)的能量的能量调查：种群种群甲甲乙乙丙丙丁丁戊戊能量能量(107kJm2)2.5013.309.800.28220.00图是是根据根据该表数表数据作出的一据作出的一些分析，其些分析，其中与表中数中与表中数据相符合的据相符合
16、的是是 ()ABCD【答案答案】C例例6.如如图图是是某某人人工工鱼鱼塘塘生生态态系系统统能能量量流流动动过过程程中中部部分分环环节节涉涉及及的的能能量量值值(单单位位为为103 kJm2a1)。试回答下列有关问题：。试回答下列有关问题：(1)图中图中代表的生理过程是代表的生理过程是，图中，图中代表的能代表的能量主要以量主要以形式贮存。形式贮存。(2)该生态系统的总能量是该生态系统的总能量是固定的。固定的。(3)能量从该生态系统的第二营养级到第三营养级传递的能量从该生态系统的第二营养级到第三营养级传递的效率约为效率约为。(4)试分析图中植食动物、肉食动物和顶位肉食动物随营试分析图中植食动物、肉
17、食动物和顶位肉食动物随营养级的升高需要的有机物输入越来越多的原因是养级的升高需要的有机物输入越来越多的原因是 。 (1)呼吸作用呼吸作用(有机物中有机物中)稳定的化学能稳定的化学能(2)生产者生产者(3)15.6%(4)能量流动逐级递减以能量流动逐级递减以及维持各营养级较高的能量输出量及维持各营养级较高的能量输出量三、物三、物质循循环1概念概念：组成生物体的成生物体的等元素，不断等元素，不断进行着从无机行着从无机环境到生境到生物群落，又从生物群落到无机物群落，又从生物群落到无机环境的循境的循环过程，又称程，又称为。2碳循环碳循环(1)无机无机环境中存在形式：境中存在形式：。(2)生物群落中主要
18、存在形式：生物群落中主要存在形式：。(3)无机无机环境与生物群落之境与生物群落之间的循的循环形式是形式是。(4)特点：具特点：具性，可性，可利用。利用。C、H、O、N、P、S生物地球化学循环生物地球化学循环CO2和碳酸和碳酸盐有机物有机物CO2全球全球循环循环3能量流动与物质循环的关系能量流动与物质循环的关系(1)二者二者，彼此相互依存，不可，彼此相互依存，不可分割。分割。(2)物物质作作为，使能量沿着食，使能量沿着食物物链(网网)流流动；能量作；能量作为，使物，使物质能能够不断地在不断地在和和循循环往返。往返。同时进行同时进行能量载体能量载体生物群落生物群落无机环境之间无机环境之间动力动力二
19、、生二、生态系系统的物的物质循循环1范围：范围：生物圈，地球上的每个生生物圈，地球上的每个生态系系统是地球上物是地球上物质循循环的一部分，而只有生的一部分，而只有生物圈才能完成物物圈才能完成物质循循环。2“物质物质”的含义：的含义：指指组成生物体的基本成生物体的基本元素，主要是指元素，主要是指C、H、O、N、P、S等等元素。元素。3特点：特点：在在生物群落生物群落与与无机无机环境境间，反，反复出复出现、循循环流流动。4举例：举例：“C”的循环的循环图解：解：分析：分析：(1)C在无机在无机环境中的存在形式：境中的存在形式：CO2、碳酸、碳酸盐。(2)C在生物群落中的主要存在形式：含碳有机物。在
20、生物群落中的主要存在形式：含碳有机物。(3)循循环形式：形式：CO2。(4)进入形式入形式：CO2进入生物群落是通入生物群落是通过自养型生物自养型生物完成的，完成的，主要主要是是绿色植物的色植物的光合作用光合作用，也有，也有化能化能合成作用合成作用及及细菌、菌、蓝藻等的光合作用。藻等的光合作用。(5)返回形式返回形式：生物群落中的有机碳是通：生物群落中的有机碳是通过生物的生物的呼吸作用呼吸作用和微生物的和微生物的分解作用分解作用被被彻底分解成底分解成CO2和和H2O，归还到无机到无机环境中的。此外，古代境中的。此外，古代动植植物物遗体中的碳可通体中的碳可通过化学燃料的化学燃料的燃燃烧返回无机返
21、回无机环境。境。5物质循环与能量流动的关系项目目能量流能量流动物物质循循环形形式式以有机物以有机物为载体体无机物无机物特特点点单向向传递、逐、逐级递减减往复循往复循环范范围生生态系系统各各营养养级生物圈生物圈(全球性全球性)项目目能量流能量流动物物质循循环联系系同同时进行、相互依存，不可分割行、相互依存，不可分割能量的固定、能量的固定、储存、存、转移和移和释放，放，离不开物离不开物质的合成和分解的合成和分解物质是能量沿食物链物质是能量沿食物链(网网)流动的载流动的载体体能量是物质在生态系统中往复循环能量是物质在生态系统中往复循环的动力的动力图示示(1)任何一个生态系统中，能量流动和物任何一个生
22、态系统中，能量流动和物质循环都保持着相对的平衡，这是决定一个生态质循环都保持着相对的平衡，这是决定一个生态系统相对稳定的重要保证。系统相对稳定的重要保证。(2)物质循环的平衡打破，将造成生态环境问题：物质循环的平衡打破，将造成生态环境问题：碳循环失衡碳循环失衡温室效应温室效应硫循环失衡硫循环失衡酸雨酸雨生物富集：是指环境中的一些污染物生物富集：是指环境中的一些污染物(如重金如重金属、化学农药属、化学农药)通过食物链在生物体内大量积累通过食物链在生物体内大量积累的过程。的过程。a原因：化学性质稳定不易被分解；在生物体原因：化学性质稳定不易被分解；在生物体内积累而不易排出。内积累而不易排出。b过程
23、：随着食物链的延长而不断加强，即营过程：随着食物链的延长而不断加强，即营养级越高，富集物的浓度越高。养级越高，富集物的浓度越高。例如右例如右图为生生态系系统中碳循中碳循环的模式的模式图。下列相关叙述正。下列相关叙述正确的是确的是()A代表生代表生产者，者，5可以代表可以代表化能合成作用化能合成作用B碳元素在碳元素在、间以含碳有机物的形式以含碳有机物的形式传递C在食物在食物链中占有碳元素最多中占有碳元素最多的的营养养级可能是可能是D、中含有的有机物中含有的有机物可以作可以作为动力来促力来促进碳元素在碳元素在群落和群落和环境之境之间循循环【答案】C(2009年高考重年高考重庆卷卷)下下图是某森林生
24、是某森林生态系系统物物质和能量和能量流向示意流向示意图，h、i、j、k表示不同用途的有机物表示不同用途的有机物(j是未利是未利用部分用部分)，方框大小表示使用量，下列叙述正确的是，方框大小表示使用量，下列叙述正确的是()A进入入该生生态系系统的的CO2量与各量与各h产生的生的CO2总量相等量相等B生生产者者i的量大于被初的量大于被初级消消费者同化有机物的量者同化有机物的量C流向分解者的流向分解者的k可被生可被生产者直接吸收利用者直接吸收利用D流流经该生生态系系统的物的物质和能量可循和能量可循环利用利用【答案】B气候变化与生态系统的碳循环密切相关。下表为气候变化与生态系统的碳循环密切相关。下表为
25、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。两个不同时期陆地生态系统与大气环境的碳交换情况。生态系统碳的吸收主要是通过生态系统碳的吸收主要是通过_作用实现的，碳的作用实现的，碳的释放主要是通过释放主要是通过_作用实现的。作用实现的。表中表中_时期的生态系统处于稳定状态，原因是时期的生态系统处于稳定状态，原因是_。由于过度的人工碳排放，破坏了生态系统的由于过度的人工碳排放，破坏了生态系统的_,导致大气中导致大气中_增加并引起全球气候变化。增加并引起全球气候变化。人们正在积极开发新能源以减少碳排放。如人们正在积极开发新能源以减少碳排放。如“叶绿素太叶绿素太阳能电池阳能电池”是模仿类囊体吸
26、收光能的特征而制造的，类是模仿类囊体吸收光能的特征而制造的，类囊体吸收光能的过程发生在光合作用的囊体吸收光能的过程发生在光合作用的_阶段；又阶段；又如经改造的蓝藻能在细胞内将光合作用产生的如经改造的蓝藻能在细胞内将光合作用产生的_直直接发酵转化为燃料乙醇。接发酵转化为燃料乙醇。光合光合呼吸呼吸A碳吸收量等于碳释放量碳吸收量等于碳释放量碳平衡碳平衡CO2浓度浓度光反应光反应有机物有机物1实验原理实验原理(1)土壤中存在种土壤中存在种类、数目繁多的、数目繁多的细菌、真菌、真菌等微生物，它菌等微生物，它们在生在生态系系统中的成分中的成分为分解者。分解者。(2)分解者的作用是将分解者的作用是将环境中的
27、有机物分解境中的有机物分解为无机物，其分解速度与无机物，其分解速度与环境中的温度、境中的温度、水分等生水分等生态因子相关。因子相关。探究探究“土壤微生物的分解作用土壤微生物的分解作用”2实验流程案例案例1案例案例2实验假假设微生物能分解落微生物能分解落叶使之腐叶使之腐烂微生物能分解淀微生物能分解淀粉粉实验设设计计实验组对土壤高温土壤高温处理理A杯中加入杯中加入30mL土壤浸出液土壤浸出液对照照组对土壤不做任何土壤不做任何处理理B杯中加入杯中加入30mL蒸蒸馏水水自自变量量土壤中是否含微土壤中是否含微生物生物是否含有微生物是否含有微生物案例案例1案例案例2实验现象象在相同在相同时间内内实验组落叶
28、腐落叶腐烂程度小于程度小于对照照组AA1不不变蓝A2产生生砖红色沉淀色沉淀BB1变蓝B2不不变色色结论分析分析微生物微生物对落叶落叶有分解作用有分解作用土壤浸出液中的微生物能分土壤浸出液中的微生物能分解淀粉解淀粉3.注意事项注意事项(1)探究活探究活动最好在最好在实验室中室中进行，以便控行，以便控制制变量，避免量，避免环境中不可控制的因素的影境中不可控制的因素的影响。响。(2)各地气候与各地气候与环境等因素不同，微生物的境等因素不同，微生物的分解落叶功能也不同，需要的分解落叶功能也不同，需要的时间有差异，有差异，一般需要温暖、湿一般需要温暖、湿润的条件。的条件。例同学例同学们在在课外活外活动中
29、中发现植物的落叶植物的落叶在土壤里会逐在土壤里会逐渐腐腐烂，形成腐殖，形成腐殖质。他。他们猜猜测落叶的腐落叶的腐烂是由于土壤微生物的作用，是由于土壤微生物的作用，不同生不同生态系系统的土壤微生物分解能力不同，的土壤微生物分解能力不同，并并设计了了实验进行行验证。(1)实验设计首先要遵循的是首先要遵循的是_原原则和和_原原则。(2)以以带有同种落叶的土壤有同种落叶的土壤为实验材料，均材料，均分分为A和和B。实验时A不做不做处理理(自然状自然状态)；B用塑料袋包好，放在用塑料袋包好，放在60的恒温箱中的恒温箱中灭菌菌1小小时。B处理的目的是理的目的是_。单一变量单一变量对照对照杀死土壤微生物，同时
30、避免土壤理化性质的改变杀死土壤微生物，同时避免土壤理化性质的改变(2)以以带有同种落叶的土壤有同种落叶的土壤为实验材料，均分材料，均分为A和和B。实验时A不做不做处理理(自然状自然状态)；B用塑料袋用塑料袋包好，放在包好，放在60的恒温箱中的恒温箱中灭菌菌1小小时。B处理理的目的是的目的是_。(3)(2)中中实验的自的自变量是量是_，因因变量是量是_，无关，无关变量是量是_(至少写出两点至少写出两点)。(4)如果同学如果同学们的猜的猜测是正确的，若干天后是正确的，若干天后(2)中中B组的落叶的落叶_。腐烂程度小于对照组腐烂程度小于对照组土壤微生物土壤微生物(作用作用)的有无的有无落叶的腐烂程度落叶的腐烂程度土壤温度、含水量、土壤温度、含水量、pH、落、落叶的种类和大小等叶的种类和大小等(合理即可合理即可)(5)如果同学如果同学们用用带有相有相同量同种植物落叶的同量同种植物落叶的冻土土苔原和苔原和热带雨林的等量土雨林的等量土壤壤为实验材料，分材料，分别模模拟原生原生态系系统的无机的无机环境条境条件件进行行C组和和D组的的实验，定期抽定期抽样检测样品土壤中品土壤中未腐未腐烂的落叶的含量，的落叶的含量，请根据根据预期期结果在右果在右图中中绘出相出相应的曲的曲线。
