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生物（RJ） 第九单元 生物与环境 第33讲 生态系统的能量流动和物质循环 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 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(Ⅱ)。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 主干回顾·夯基础 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 一、能量流动的过程 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 1．补充图中标号代表的内容 甲：________　乙： _____________　丙：__________　丁：__________　戊：________ 2．生态系统所需能量的最终来源是_________。 3．能量输入生物群落的途径主要是__________________。 生产者 初级消费者 次级消费者 呼吸作用 分解者 太阳能 生产者的光合作用 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 4．据图食物链中甲营养级能量的去向 (1)通过自身___________以_______的形式散失。 (2)被_____________同化。 (3)残枝败叶，遗体残骸等被_________分解。 (4)未被利用。 呼吸作用 热能 下一营养级 分解者 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 二、能量流动的特点及研究意义 1．特点 (1)_________；(2) _________。 2．研究能量流动的实践意义 (1)帮助人们科学规划、人工生态系统，使___________________________。 (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 ____________________________________。 单向流动 逐级递减 能量得到最有效的利用 持续高效地流向对人类最有益的部分 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 三、物质循环 1．概念 (1)物质：组成生物体的_______，如C、H、O、N、P、S等。 (2)循环范围：____________和____________之间。 (3)循环特点：具有_________。 元素 无机环境 生物群落 全球性 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 2．碳循环过程 (1)请写出图中各标号的名称。 ①__________；②___________；③摄食；④_________；⑤______；⑥分解作用。 (2)循环形式：_______。 呼吸作用 光合作用 呼吸作用 燃烧 CO2 CO2 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 3．物质循环与能量流动的关系 (1)两者是__________的，彼此相互依存，不可分割。 (2)物质作为能量的______，使能量沿着__________流动；能量作为_______，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。 同时进行 载体 食物链(网) 动力 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 判断下面结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”) 1．防治稻田害虫，可提高生产者和消费者之间的能量传递效率(2013·四川高考)(　　) 2．流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能(　　) 3．沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用(　　) 4．多吃肉食比多吃素食消耗的粮食总量更多(　　) 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 5．碳在生物群落内部以CO2形式循环(　　) 6．化学燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因(　　) 7．流经第二营养级的总能量指初级消费者摄入到体内的能量(　　) 8．在生态系统中能量流动的渠道由生产者、消费者和分解者组成(　　) 【提示】 1．×　2.×　3.×　4.√　5.×　6.√　7.×　8.× 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 1．草→兔子→狐狸→狼为某草原上的一条食物链，下列关于该食物链的说法中正确的是(　　) A．该食物链中兔子是初级消费者，第一营养级 B．兔子产生的粪便不属于兔子的同化量，而是草的同化量 C．根据能量金字塔，处于塔尖的狼其个体体内的能量小于兔子个体体内的能量 D．狐狸捕食一只兔子，则该兔子体内能量全部流向狐狸 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 解析：选B　生产者是第一营养级；兔子的粪便是没消化或没被利用的能量，不属于兔子的同化量；能量金字塔描述的是各营养级之间的能量关系，不能简单等同于个体之间的能量关系；能量沿食物链的传递是逐级递减的。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 2．下图表示某草原生态系统中能量流动图解，①～④表示相关过程的能量流动。下列有关叙述正确的是(　　) 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 A．①是流入该生态系统的总能量 B．分解者获得的能量最少 C．图中②与①的比值代表草→兔的能量传递效率 D．③和④分别属于草和兔同化量的一部分 解析：选D　图中①应为“兔的摄入量”；处于食物链最高营养级的狐获得的能量最少；图中②与①代表摄入量，二者比值不能表示能量传递效率。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 3．下图表示生态系统中碳循环的部分过程，其中甲、乙、丙、丁组成生物群落。下列分析错误的是(　　) A．④增多是温室效应产生的主要原因 B．图中箭头可以表示碳元素的循环方向 C．甲、乙种间关系的调节还需要信息传递的作用 D．无机环境中的CO2可以来自细胞呼吸 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 解析：选A　由图示中的箭头可知，甲是生产者，丁是分解者，乙、丙是消费者，温室效应产生的主要原因是化学燃料的大量燃烧，使大气中的二氧化碳含量过多，不是分解者的呼吸增加；物质是循环的，因此图示中的箭头可以表示碳元素的循环方向；信息传递可以调节种间关系；无机环境中的二氧化碳可以来自生物细胞的呼吸，也可以来自化学燃料的燃烧。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 核心探究 · 研考点 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 1．能量流动的图解 生态系统的能量流动 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 2．由以上图解可得下列等量关系 消费者摄入量＝同化量＋粪便量，同化量＝积累量＋呼吸量，积累量＝下一营养级同化量＋分解量(＋未被利用)。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 3．某一营养级的能量去向分析思路 (1)定量不定时分析：流入某一营养级的一定量的能量在足够长的时间内的去路可有三条：①自身呼吸消耗；②流入下一营养级(最高营养级除外)；③被分解者分解利用。但这一定量的能量不管如何传递，最终都以热能形式从生物群落中散失，生产者源源不断地固定太阳能，才能保证生态系统能量流动的正常进行。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 (2)定量定时分析：流入某一营养级的一定量的能量在一定时间内的去路可有四条：①自身呼吸消耗；②流入下一营养级(最高营养级除外)；③被分解者分解利用；④未利用，即未被自身呼吸消耗，也未被下一营养级和分解者利用，如果是以年为单位研究，这部分的能量将保留到下一年。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 (1)流经各营养级的总能量，对生产者而言强调关键词“固定”而不能说“照射”；对各级消费者而言强调关键词“同化”而不能说“摄入”。 (2)能量传递效率指两个相邻营养级之间，而不是两个个体或两个种群之间。 (3)建立新型农业生态系统不能提高能量“传递效率”，但能提高能量“利用率”，使能量尽可能多地流向对人类最有益的部分。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 考查角度1：能量流动的过程 (2012·海南高考)如图为某生态系统的能量流动简图，下列叙述错误的是(　　) 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 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、乙和分解者所贮存的能量之和是输入该生态系统的总能量 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 解析：选D　甲是生产者，乙是消费者。该生态系统的能量有输入和输出，故该生态系统是一个开放的系统。太阳能必须经过生产者的光合作用(化能合成作用)转化成化学能才能进入生态系统并开始流动。生态系统的能量可以电能、热能、化学能的形式输出。生产者所固定的太阳能是流经生态系统的总能量。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 【互动探究】由图示推测，生态系统在物质与能量方面能否实现“自给自足”？ 提示：图中显示生态系统的能量不能“自给自足”——它必须依赖系统外部太阳能源源不断地输入方可维持正常运转，但就一个足够大的生态系统而言，其物质是可以自给自足的，因为物质可循环利用，但能量不能循环利用。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 考查角度2：综合考查能量流动的特点及相关计算 (2012·安徽高考)某弃耕地的主要食物链由植物→田鼠→鼬构成。生态学家对此食物链能量流动进行了研究，结果如下表，单位是J/(hm2·a)。 植物 田鼠 鼬 固定的太阳能 摄入量 同化量 呼吸量 摄入量 同化量 呼吸量 2.45× 1011 1.05× 109 7.50× 108 7.15× 108 2.44× 107 2.25×107 2.18×107 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 (1)能量从田鼠传递到鼬的效率是__________。 (2)在研究能量流动时，可通过标志重捕法调查田鼠种群密度。在1 hm2范围内，第一次捕获并标记40只田鼠，第二次捕获30只，其中有标记的15只。该种群密度是__________只/hm2。若标记的田鼠有部分被鼬捕食，则会导致种群密度估算结果____________。 (3)田鼠和鼬都是恒温动物，同化的能量中只有3%～5%用于______________，其余在呼吸作用中以热能的形式散失。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 (4)鼬能够依据田鼠留下的气味去猎捕后者，田鼠同样也能够依据鼬的气味或行为躲避猎捕。可见，信息能够__________________，维持生态系统的稳定。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 解析：(1)分析表中数据，可求得能量从田鼠传递到鼬的效率是(2.25×107)÷(7.50×108)×100%＝3%。(2)根据标志重捕法调查种群密度的公式计算：1 hm2范围内，田鼠的种群密度为(40×30)÷15＝80(只)。若标记的田鼠有部分被捕食，则重捕时标记的田鼠较未被捕食时少，这样求得的田鼠种群密度会偏高。(3)田鼠和鼬同化的能量一部分以热能形式散失，另一部分用于自身的生长、发育、繁殖等生命活动。(4)通过干所述，可知信息能够调节生物的种间关系，维持生态系统的稳定。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 答案：(1)3%　(2)80　偏高　(3)生长、发育、繁殖等生命活动　(4)调节生物的种间关系 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 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、生物量、数量之间的关系，是定量研究生态系统的直观体现。 能量金字塔 数量金字塔 生物量金字塔 形状 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 能量金字塔 数量金字塔 生物量金字塔 特点 正金字塔形 一般为正金字塔形 一般为正金字塔形 象征含义 能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性 一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减 一般生物有机物的总质量沿食物链升高逐级递减 每一阶含义 每一营养级生物所含能量的多少 每一营养级生物个体的数目 每一营养级生物的有机物总量 特殊形状 无 极少 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 (1)天然生态系统必须当能量状况表现为正金字塔形状时，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。而人工生态系统中因能量可人为补充，可能会使能量金字塔呈现倒置状况，如人工鱼塘中生产者的能量未必比消费者(鱼)多。 (2)能量流动特点成因 ①单向流动——捕食关系是长期自然选择的结果，不能“逆转”；散失的热能不能利用，无法“循环”。 ②逐级递减——自身呼吸消耗＋分解者分解＋未被利用。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 1．碳循环图解 生态系统中的物质循环 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 2．析图 (1)碳的存在形式与循环形式 ①在生物群落和无机环境间：主要以CO2形式循环。 ②在生物群落内部：以含碳有机物形式传递。 ③在无机环境中：主要以CO2和碳酸盐形式存在。 (2)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。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 (3)碳返回无机环境的途径 ①生产者、消费者的呼吸作用。 ②分解者的分解作用(实质是呼吸作用)。 ③化石燃料的燃烧。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 考查角度：碳循环过程及特点 (2011·福建高考)下表选项中，甲、乙、丙三者关系能用右下图表示的是(　　) 选项 表示内容 甲 乙 丙 A 碳元素的流向 消费者 CO2库 生产者 B 内环境成分的关系 血浆 淋巴 组织液 C 生态系统的能量流向 生产者 消费者 分解者 D 甲状腺激素分泌的分级调节 下丘脑 甲状腺 垂体 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 解析：选A　依据题干中提供的信息逐项分析：若甲为消费者，其呼吸作用产生的CO2释放到CO2库，CO2库中的CO2又可以通过生产者(丙)的光合作用固定到有机物中，消费者通过摄食，碳元素又可进入消费者，故A正确；若甲为血浆，根据题意中的箭头指向分析乙不可能为淋巴，故B错；若图表示生态系统的能量流向，分解者(丙)中的能量不可能被消费者(乙)利用，故C错；若图表示甲状腺激素分泌的分级调节，乙应该为垂体，丙为甲状腺，故D错。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 【互动探究】物质循环可从下图中三个角度理解，你能否具体指出①～④内容。 提示：①基本元素　②生物群落　③无机环境　④循环性 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 (2010·广东高考)气候变化与生态系统的碳循环密切相关。下表为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。 时期 碳吸收量(kgC·a－1) 碳释放量(kgC·a－1) A 1.20×1014 1.20×1014 B 1.20×1014 1.26×1014 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 (1)生态系统碳的吸收主要是通过________作用实现的，碳的释放主要是通过________作用实现的。 (2)表中________时期的生态系统处于稳定状态，原因是__________________________________________________ ________________________________________________。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 (3)由于过度的人工碳排放，破坏了生态系统的__________，导致大气中______增加并引起全球气候变化。 (4)人们正在积极开发新能源以减少碳排放。如“叶绿素太阳能电池”是模仿类囊体吸收光能的特性而制造的，类囊体吸收光能的过程发生在光合作用的__________阶段；又如经改造的蓝藻能在细胞内将光合作用产生的____________直接发酵转化为燃料乙醇。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 解析：(1)碳在生物群落与无机环境之间的循环主要以CO2的形式进行，CO2的吸收主要依靠光合作用实现，其次还有化能合成作用；CO2的释放主要依靠呼吸作用实现，其次还有化石燃料的燃烧。(2)表中A时期碳吸收量等于碳释放量，生态系统维持稳定，而B时期碳吸收量小于碳释放量，生态系统的稳定性遭到破坏。(3)过度的人工碳排放超过了生态系统的自我调节能力，生态系统的稳定性遭到破坏。CO2排放的增加导致温室效应，引起全球气候变化。(4)光合作用的光反应阶段发生在类囊体中，光合作用的产物是有机物和氧气，其中有机物(葡萄糖)可作为发酵的直接原料。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 答案：(1)光合　呼吸　(2)A　碳的释放量等于碳的吸收量　(3)碳平衡　CO2浓度　(4)光反应　有机物 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 物质循环与能量流动的关系 能量流动 物质循环 形式 以有机物为载体 无机物及有机物 特点 单向流动，逐级递减 往复循环 范围 生态系统各营养级及分解者 生物圈(全球性) 联系 同时进行、相互依存，不可分割。①能量的固定、储存、转移和释放，离不开物质的合成和分解；②物质是能量沿食物链(网)流动的载体；③能量是物质在生态系统中往复循环的动力 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 能量流动 物质循环 图示 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 学科素能·重培养 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 【典型图示】 (1)碳循环过程示意图 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 (2)将上图换成字母，并尝试判断四种成分(找依据)，如下面三种变式图： 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 【信息解读】 (1)图1——先根据双向箭头确定A和B应为生产者或非生物的物质和能量，其中由多个内指箭头可判断B为非生物的物质和能量(不能写“无机环境”)，再根据A→D，C→D，确定D为分解者，剩下C为消费者。 (2)图2——根据A与C之间的双向箭头及C有多个内指箭头判断：A和C分别是生产者和非生物的物质和能量。根据A、B、D的碳都流向E，可进一步判断：B是初级消费者，D是次级消费者，E是分解者。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 (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，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。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 【强化训练】 1．图中a、b，c、d表示某生态系统的四种成分，箭头表示各成分之间的关系。下列相关叙述中正确的是(　　) A．a和c所包含的所有种群构成群落 B．c1的同化量越大，流向c2的能量就越少 C．d不一定是原核生物 D．b中CO2的含量增加将减缓温室效应 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 解析：选C　结合图中各成分之间的关系可知a、b、c、d分别代表生产者、非生物的物质和能量、消费者、分解者，分解者不一定是原核生物，比如真菌；生态系统中的所有生物构成群落，包括a、c、d的所有种群；某一营养级的能量有10%～20%流向下一营养级，所以c1的同化量越大，流向C2的能量就越多；b中的CO2含量与温室效应有关，CO2含量越少越有利于减缓温室效应。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 2．如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(　　) 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 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增加、F减少 C．该生态系统的消费者包括图中的D、E、F、B D．AC过程中碳的流动主要以CO2的形式进行，F→B过程中以含碳有机物的形式进行 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 解析：选C　物质循环和能量流动是相互依存的，物质循环是能量流动的载体，能量流动是物质循环的动力。图中的食物链是A→D→E→F，如果E的数量大量减少，则它的食物来源D的数量在短期内会增加，而它的天敌F的数量在短期内会因食物减少而减少。B属于分解者，而不是消费者。C为大气中的CO2库，碳在A与C之间是以CO2的形式流动的，而在生物群落内是以含碳有机物的形式流动的。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 探究土壤中微生物的分解作用 实验假设 案例1 案例2 微生物能分解落叶使之腐烂 微生物能分解淀粉 实验设计 实验组 对土壤高温处理 A杯中加入30 mL土壤浸出液 对照组 对土壤不做任何处理 B杯中加入30 mL蒸馏水 自变量 土壤中是否含微生物 土壤中微生物的有无 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 (注：在A1、B2中加入碘液，在A2、B2中加入斐林试剂。) 实验现象 在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组 A A1 不变蓝 A2 产生砖红色沉淀 B B1 变蓝 B2 无砖红色沉淀 结论分析 微生物对落叶有分解作用 土壤浸出液中的微生物能分解淀粉 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 同学们在课外活动中发现植物的落叶在土壤里会逐渐腐烂形成腐殖质。他们猜测落叶的腐烂是由于土壤微生物的作用，不同生态系统的土壤微生物分解能力不同，并设计了实验进行验证。 (1)实验设计首先要遵循的是________原则和________原则。 (2)以带有同种落叶的土壤为实验材料，均分为A和B。实验时A不做处理(自然状态)；B用塑料袋包好，放在60℃的恒温箱中灭菌1 h。B处理的目的是__________________ ________________________________________________ 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 (3)(2)中实验的自变量是________，因变量是__________，无关变量是____________(至少写出两点)。 (4)如果同学们的猜测是正确的，若干天后(2)中B组的落叶________________________________________________ __________________________________________________。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 (5)如果同学们用带有相同量同种植物落叶的冻土苔原和热带雨林的等量土壤为实验材料，分别模拟原生态系统的无机环境条件进行C组和D组的实验，定期抽样检测样品土壤中未腐烂的落叶的含量，请根据预期结果在图中绘出相应的曲线。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 解析：由题意可知，该实验的目的是验证落叶的腐烂是由于土壤微生物的作用，实验的自变量是土壤中微生物的有无，因变量是落叶的腐烂程度。为遵循生物实验设计的对照原则和单一变量原则，应尽量减少无关变量对实验的影响，如土壤温度、湿度、pH、落叶的种类和大小等。在绘制曲线时，应注意以下几点：①明确横坐标和纵坐标的意义，其中纵坐标为未腐烂的落叶量；②两曲线的起点相同，注意纵坐标初始值不为0；③由于微生物的分解作用，两曲线呈下降趋势，且D组下降速度较C组快；④随时间延长，微生物的数量增多，故两曲线的下降趋势是由慢到快。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 答案：(1)单一变量　对照　(2)杀死土壤微生物，同时避免土壤理化性质的改变　(3)土壤微生物(作用)的有无　落叶的腐烂程度　土壤温度、含水量、pH、落叶的种类和大小等(合理即可)　(4)腐烂程度小于对照组　(5)如图 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 [特别提醒]对空白对照实验的理解：空白对照指的是不对实验对象做任何处理，但是不给对照组做任何处理是相对实验组而言的。实际上对照组还是要做一定的处理，只是不加实验组的处理因素，或者说相对于实验组而言，除实验变量外，其他的处理与实验组完全相同。空白对照能清晰地对比和衬托出实验组的变化和结果，增强说服力。 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 点击按扭进入WORD文档作业 生物（RJ） 第九单元 生物与环境 点击按扭进入WORD文档作业 谢谢观看！ CO2