高中生物第五章-2、3節(jié)-能量流動和物質(zhì)循環(huán)

第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動與物質(zhì)循環(huán)一、能量流動的過程1．概念：生態(tài)系統(tǒng)中能量的

、傳遞、

和散失的過程。2．過程(1)起點：生產(chǎn)者固定太陽能開始。(2)流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量是

總量。輸入轉(zhuǎn)化生產(chǎn)者固定的太陽能(4)傳遞途徑：

和

。(5)散失：通過

，以

的形式散失掉。食物鏈?zhǔn)澄锞W(wǎng)細胞呼吸熱能二、能量流動的特點及意義1．特點(1)單向流動：沿食物鏈由低營養(yǎng)級流向

，不能逆轉(zhuǎn)；也不能

。(2)逐級遞減：能量在沿食物鏈流動的過程中是

的，傳遞效率大約為

。(3)能量金字塔：將單位時間內(nèi)各個營養(yǎng)級所得到的能量數(shù)值按營養(yǎng)級

繪成圖，所形成的一個金字塔圖形。高營養(yǎng)級循環(huán)流動逐級減少10%～20%由低到高2．研究意義(1)幫助人們科學(xué)規(guī)劃，設(shè)計

，使能量得到最有效利用，實現(xiàn)能量的

。(2)幫助人們合理地

生態(tài)系統(tǒng)中能量流動關(guān)系，使能量持續(xù)高效地流向

。人工生態(tài)系統(tǒng)多級利用調(diào)整對人類最有益的局部(2009年高考江蘇卷)以下4種現(xiàn)象中，不適宜用生態(tài)系統(tǒng)中能量流動規(guī)律進行合理分析的是 ()A．虎等大型肉食動物容易成為瀕危物種B．藍藻易在富營養(yǎng)化水體中爆發(fā)C．飼養(yǎng)牛、羊等動物，本錢低、產(chǎn)量高D．巨大的藍鯨以微小的浮游動物為食【答案】

B(1)幾乎所有的生態(tài)系統(tǒng)，其能量來自太陽能。即光能有機物中的化學(xué)能(2)特殊的生態(tài)系統(tǒng)—深海熱泉生態(tài)系統(tǒng)

無機物氧化有機物中產(chǎn)生的能量的化學(xué)能一、能量流動過程分析1.能量的輸入例1．以下圖為生態(tài)系統(tǒng)中食物鏈所反映出的能量流動情況，圖中箭頭符號為能量的流動方向，單位為kcal/(m2·年)。以下說法正確的選項是 (雙項)A、在入射的太陽能中，生產(chǎn)者只利用了其中的1%左右B、分解者可利用來自各營養(yǎng)級轉(zhuǎn)移到A中的所有能量C、消費者營養(yǎng)級別越高，可利用的總能量越多D、當(dāng)人們把生產(chǎn)者當(dāng)作食物時，比起其他營養(yǎng)級，可獲得更多的能量【答案】AD2.能量的傳遞(1)傳遞途徑：(2)傳遞形式：(3)傳遞過程(以能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級為例)能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級時的分流情況總結(jié)如下：食物鏈和食物網(wǎng)。有機物中的化學(xué)能。易錯點：糞便量屬于哪個營養(yǎng)級的能量？某一營養(yǎng)級具體的能量流動情況理解流入每一營養(yǎng)級的能量去向可從以下兩個角度分析。(1)定量不定時分析：流入某一營養(yǎng)級的一定量的能量在足夠長的時間內(nèi)的去路可有三條：a.自身呼吸消耗；b.流入下一營養(yǎng)級；c.被分解者分解利用。(2)定量定時分析：流入某一營養(yǎng)級的一定量的能量在一定時間內(nèi)的去路可有四條：a.自身呼吸消耗；b.流入下一營養(yǎng)級；c.被分解者分解利用；d.未被自身呼吸消耗，也未被下一營養(yǎng)級和分解者利用，即“未利用”。如果是以年為單位研究，這局部的能量將保存到下一年。例2.以下圖表示某草原生態(tài)系統(tǒng)中能量流動圖解，①～④表相關(guān)過程能量流動量。以下有關(guān)表達正確的選項是()A.①是流入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量B.分解者獲得的能量最少C.圖中②/①的比值代表草→兔的能量傳遞效率D.③和④分別屬于草和兔同化量的一局部答案：D〔變式〕在一個生態(tài)系統(tǒng)中，草食動物所同化的能量等于〔〕A、生產(chǎn)者固定的太陽能的總量B、生產(chǎn)者固定的太陽能的總量減去生產(chǎn)者的呼吸量C、被草食動物吃了的植物所含的能量減去糞便等排泄物中的能量D、用于草食動物的活動所需的能量C2．能量流動特點(1)生態(tài)系統(tǒng)中能量流動是單向的。(2)能量在流動過程中是逐級遞減的。出現(xiàn)這兩個特點的原因是？(3)能量傳遞效率：10%～20%，即輸入某一營養(yǎng)級的能量中，只有10%～20%的能量流入到下一個營養(yǎng)級。計算方法為：能量傳遞率＝×100%。例3、在浮游植物→小魚→海豹→虎鯨這條食物鏈中,假設(shè)虎鯨的體重增加1kg,至少消耗浮游植物的量為A．1kgB．10kgC．125kgD．1000kgC例4如圖為某生態(tài)系統(tǒng)能量流動示意圖[單位：J/(cm2·a)]，以下分析不正確的選項是 ()A.甲的數(shù)值是1250J/(cm2·a)B.乙到丙的能量傳遞效率為15%C.乙的個體數(shù)目一定比甲少D.每一營養(yǎng)級的能量大局部用于細胞呼吸和被丁利用答案：C(練習(xí))以下圖表示某生態(tài)系統(tǒng)中，四種生物所同化的有機物的量占該生態(tài)系統(tǒng)有機物總量的比例，那么這四種生物之間的食物關(guān)系最可能的是 ()【答案】

A(2009年雷州模擬)某湖泊生態(tài)系統(tǒng)中有大型雜食性魚類甲，其食物1/2來自浮游植物乙，1/4來自草食性魚類丙，1/4來自以草食性魚類為食的小型肉食性魚類丁。以下表達中錯誤的選項是 ()A．甲和丁存在著競爭關(guān)系B．從理論上計算，甲每增加1kg體重，最少需要乙提供360kg的物質(zhì)C．假設(shè)湖泊中受到有機汞污染，那么有機汞濃度最低的生物是乙D．此食物網(wǎng)中占有三個營養(yǎng)級的生物是甲【答案】

B3．能量流動模型——生態(tài)金字塔能量金字塔、數(shù)量金字塔、生物量金字塔三者都是用來說明食物鏈中能量流動情況的，三者統(tǒng)稱為生態(tài)金字塔。其原理是美國生態(tài)學(xué)家林德曼提出的“十分之一定律”：輸入到一個營養(yǎng)級的能量大約有10%～20%流動到下一營養(yǎng)級，該定律說明能量在沿著食物鏈流動時，是逐級遞減的。不同的生態(tài)金字塔能形象地說明營養(yǎng)級與能量、生物量、數(shù)量之間的關(guān)系，是定量研究生態(tài)系統(tǒng)的直觀表達。類型項目能量金字塔數(shù)量金字塔生物量金字塔形狀類型項目能量金字塔數(shù)量金字塔生物量金字塔特點正金字塔形一般為正金字塔形，有時會出現(xiàn)倒金字塔形，如樹上昆蟲與鳥的數(shù)量關(guān)系呈正金字塔形象征含義能量沿食物鏈流動過程中具有逐級遞減的特性生物個體數(shù)目在食物鏈中隨營養(yǎng)級升高而逐級遞減生物量(現(xiàn)存生物有機物的總質(zhì)量)沿食物鏈流動逐級遞減類型項目能量金字塔數(shù)量金字塔生物量金字塔每一階含義食物鏈中每一營養(yǎng)級生物所含能量的多少每一營養(yǎng)級生物個體的數(shù)目每一營養(yǎng)級生物的總生物量(1)在一條食物鏈中，由低營養(yǎng)級到高營養(yǎng)級推算，前一營養(yǎng)級比后一營養(yǎng)級含量一定多的指標(biāo)是“能量”，而“數(shù)量”和“生物量”均可能出現(xiàn)反例。(2)在人工生態(tài)系統(tǒng)中因能量可人為補充，可能會使能量金字塔呈現(xiàn)倒置狀況。如人工魚塘中生產(chǎn)者的能量未必比消費者(魚)多。天然生態(tài)系統(tǒng)那么必須當(dāng)能量狀況表現(xiàn)為金字塔形狀時，方可維持生態(tài)系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，從而維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。例5．下表是一個相對封閉的生態(tài)系統(tǒng)中五個種群(存在著營養(yǎng)關(guān)系)的能量調(diào)查：種群甲乙丙丁戊能量(107kJ·m－2)2.5013.309.800.28220.00圖①～④是根據(jù)該表數(shù)據(jù)作出的一些分析，其中與表中數(shù)據(jù)相符合的是 ()A．①③B．②③C．②④ D．①④【答案】

C例6.如圖是某人工魚塘生態(tài)系統(tǒng)能量流動過程中局部環(huán)節(jié)涉及的能量值(單位為103kJ·m－2·a－1)。試答復(fù)以下有關(guān)問題：(1)圖中①代表的生理過程是

，圖中②代表的能量主要以

形式貯存。(2)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量是

固定的。(3)能量從該生態(tài)系統(tǒng)的第二營養(yǎng)級到第三營養(yǎng)級傳遞的效率約為

。(4)試分析圖中植食動物、肉食動物和頂位肉食動物隨營養(yǎng)級的升高需要的有機物輸入越來越多的原因是

。(1)呼吸作用(有機物中)穩(wěn)定的化學(xué)能(2)生產(chǎn)者(3)15.6%(4)能量流動逐級遞減以及維持各營養(yǎng)級較高的能量輸出量三、物質(zhì)循環(huán)1．概念：組成生物體的

等元素，不斷進行著從無機環(huán)境到生物群落，又從生物群落到無機環(huán)境的循環(huán)過程，又稱為

。2．碳循環(huán)(1)無機環(huán)境中存在形式：

。(2)生物群落中主要存在形式：

。(3)無機環(huán)境與生物群落之間的循環(huán)形式是

。(4)特點：具

性，可

利用。C、H、O、N、P、S生物地球化學(xué)循環(huán)CO2和碳酸鹽有機物CO2全球循環(huán)3．能量流動與物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系(1)二者

，彼此相互依存，不可分割。(2)物質(zhì)作為

，使能量沿著食物鏈(網(wǎng))流動；能量作為

，使物質(zhì)能夠不斷地在

和

循環(huán)往返。同時進行能量載體生物群落無機環(huán)境之間動力二、生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)1．范圍：生物圈，地球上的每個生態(tài)系統(tǒng)是地球上物質(zhì)循環(huán)的一局部，而只有生物圈才能完成物質(zhì)循環(huán)。2．“物質(zhì)”的含義：指組成生物體的根本元素，主要是指C、H、O、N、P、S等元素。3．特點：在生物群落與無機環(huán)境間，反復(fù)出現(xiàn)、循環(huán)流動。4．舉例：“C”的循環(huán)圖解：分析：(1)C在無機環(huán)境中的存在形式：CO2、碳酸鹽。(2)C在生物群落中的主要存在形式：含碳有機物。(3)循環(huán)形式：CO2。(4)進入形式：CO2進入生物群落是通過自養(yǎng)型生物完成的，主要是綠色植物的光合作用，也有化能合成作用及細菌、藍藻等的光合作用。(5)返回形式：生物群落中的有機碳是通過生物的呼吸作用和微生物的分解作用被徹底分解成CO2和H2O，歸還到無機環(huán)境中的。此外，古代動植物遺體中的碳可通過化學(xué)燃料的燃燒返回?zé)o機環(huán)境。5．物質(zhì)循環(huán)與能量流動的關(guān)系項目能量流動物質(zhì)循環(huán)形式以有機物為載體無機物特點單向傳遞、逐級遞減往復(fù)循環(huán)范圍生態(tài)系統(tǒng)各營養(yǎng)級生物圈(全球性)項目能量流動物質(zhì)循環(huán)聯(lián)系同時進行、相互依存，不可分割①能量的固定、儲存、轉(zhuǎn)移和釋放，離不開物質(zhì)的合成和分解②物質(zhì)是能量沿食物鏈(網(wǎng))流動的載體③能量是物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中往復(fù)循環(huán)的動力圖示 (1)任何一個生態(tài)系統(tǒng)中，能量流動和物質(zhì)循環(huán)都保持著相對的平衡，這是決定一個生態(tài)系統(tǒng)相對穩(wěn)定的重要保證。(2)物質(zhì)循環(huán)的平衡打破，將造成生態(tài)環(huán)境問題：①碳循環(huán)失衡——溫室效應(yīng)②硫循環(huán)失衡——酸雨③生物富集：是指環(huán)境中的一些污染物(如重金屬、化學(xué)農(nóng)藥)通過食物鏈在生物體內(nèi)大量積累的過程。a．原因：化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定不易被分解；在生物體內(nèi)積累而不易排出。b．過程：隨著食物鏈的延長而不斷加強，即營養(yǎng)級越高，富集物的濃度越高。例．如右圖為生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)的模式圖。以下相關(guān)表達正確的選項是()A．①代表生產(chǎn)者，5可以代表化能合成作用B．碳元素在①、②、③、④間以含碳有機物的形式傳遞C．在食物鏈中占有碳元素最多的營養(yǎng)級可能是①D．①、②、③中含有的有機物可以作為動力來促進碳元素在群落和環(huán)境之間循環(huán)【答案】C(2009年高考重慶卷)以下圖是某森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量流向示意圖，h、i、j、k表示不同用途的有機物(j是未利用局部)，方框大小表示使用量，以下表達正確的選項是()A．進入該生態(tài)系統(tǒng)的CO2量與各h產(chǎn)生的CO2總量相等B．生產(chǎn)者i的量大于被初級消費者同化有機物的量C．流向分解者的k可被生產(chǎn)者直接吸收利用D．流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和能量可循環(huán)利用 【答案】B氣候變化與生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)密切相關(guān)。下表為A、B兩個不同時期陸地生態(tài)系統(tǒng)與大氣環(huán)境的碳交換情況。生態(tài)系統(tǒng)碳的吸收主要是通過______作用實現(xiàn)的，碳的釋放主要是通過_____作用實現(xiàn)的。表中_______時期的生態(tài)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，原因是______。由于過度的人工碳排放，破壞了生態(tài)系統(tǒng)的________,導(dǎo)致大氣中_________增加并引起全球氣候變化。人們正在積極開發(fā)新能源以減少碳排放。如“葉綠素太陽能電池”是模仿類囊體吸收光能的特征而制造的，類囊體吸收光能的過程發(fā)生在光合作用的_____階段；又如經(jīng)改造的藍藻能在細胞內(nèi)將光合作用產(chǎn)生的_____直接發(fā)酵轉(zhuǎn)化為燃料乙醇。光合呼吸A碳吸收量等于碳釋放量碳平衡CO2濃度光反響有機物1．實驗原理(1)土壤中存在種類、數(shù)目繁多的細菌、真菌等微生物，它們在生態(tài)系統(tǒng)中的成分為分解者。(2)分解者的作用是將環(huán)境中的有機物分解為無機物，其分解速度與環(huán)境中的溫度、水分等生態(tài)因子相關(guān)。探究“土壤微生物的分解作用”2．實驗流程案例1案例2實驗假設(shè)微生物能分解落葉使之腐爛微生物能分解淀粉實驗設(shè)計實驗組對土壤高溫處理A杯中加入30mL土壤浸出液對照組對土壤不做任何處理B杯中加入30mL蒸餾水自變量土壤中是否含微生物是否含有微生物案例1案例2

實驗現(xiàn)象在相同時間內(nèi)實驗組落葉腐爛程度小于對照組AA1不變藍A2產(chǎn)生磚紅色沉淀

BB1變藍

B2不變色

結(jié)論分析微生物對落葉有分解作用土壤浸出液中的微生物能分解淀粉

3.本卷須知(1)探究活動最好在實驗室中進行，以便控制變量，防止環(huán)境中不可控制的因素的影響。(2)各地氣候與環(huán)境等因素不同，微生物的分解落葉功能也不同，需要的時間有差異，一般需要溫暖、濕潤的條件。例．同學(xué)們在課外活動中發(fā)現(xiàn)植物的落葉在土壤里會逐漸腐爛，形成腐殖質(zhì)。他