【步步高】高考生物一轮总复习精品讲义 第33讲 生态系统的能量流动和物质循环 新人教版(1).doc

第33讲生态系统的能量流动和物质循环考纲要求生态系统中物质循环和能量流动的基本规律及应用()。考点一生态系统的能量流动重要程度：1 能量流动的过程(1)概念理解 太阳能有机物中的化学能热能 (2)过程图解2 能量流动的特点及意义(1)能量传递效率：是指相邻两个营养级之间同化量的比值。(2)能量流动的特点：单向流动、逐级递减。(3)研究意义帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。1 观察下图能量在营养级之间流动过程图解，回答相关问题(1)摄入量、同化量、粪便量三者之间的关系是摄入量同化量粪便量。(2)在各营养级中，能量的三个去路：通过呼吸作用以热能的形式散失；被下一营养级生物利用；被分解者利用。(3)概括能量流动的特点单向流动：能量只能沿着食物链由低营养级流向高营养级。逐级递减：相邻两个营养级之间的能量传递效率约为10%20%。2 写出能量传递效率的计算公式相邻两个营养级的传递效率100%。3 能量传递的相关“最值”计算(1)如食物链abcd已知d营养级的能量为m，则至少需要a营养级的能量m(20%)3，最多需要a营养级的能量m(10%)3；已知a营养级的能量为n, 则d营养级获得的最多能量n(20%)3，最少能量n(10%)3。(2)在某食物网中，确定生物量变化的“最多”或“最少”时，应遵循以下原则：易错警示有关能量流动的2个提示(1)能量传递效率能量利用率能量传递效率：能量在沿食物链流动的过程中，逐级减少，若以“营养级”为单位，能量在相邻两个营养级之间的传递效率约为10%20%。能量利用率：通常考虑的是流入人体中的能量占生产者能量的比值，或流入最高营养级的能量占生产者能量的比值，或考虑分解者的参与，以实现能量的多级利用。(2)在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物按一定比例获取能量，则按照单独的食物链进行计算后再合并。1 某生态系统中有a、b、c、d四种生物，构成食物链abc，d为分解者，如图是该生态系统中能量流入b处发生的一系列变化示意图，下列说法错误的是(双选)()a图中的甲表示b的同化量，乙表示b用于生长、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、真菌等c当生态系统处于相对稳定状态时，b的种群数量一般处于k/2d图中d的能量全部来自b生物答案cd解析当生态系统处于相对稳定状态时，b种群数量达到环境容纳的最大值，一般处于k值，c错误；b摄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；丁过程为分解者的分解作用，分解者主要是营腐生生活的细菌、真菌等，都是异养型生物；d的能量可来自于b的粪便，而此部分属于上一营养级a的能量。2 下图表示a、b两个特定生态系统的能量金字塔。有关解释正确的是 ()一个吃玉米的人所获得的能量一定比一个吃牛肉的人获得的能量多能量沿食物链单向流动，传递效率随营养级的升高而逐级递减若a和b中玉米的数量相同，a能养活10 000人，则b至少能养活500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低生态系统中玉米、牛和人三种群不一定符合能量金字塔a b c d答案d解析中，不知二人的食物量，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；中，能量沿食物链单向流动，随营养级的升高而逐级递减，传递效率仍在10%20%之间；中，若a和b中玉米的数量相同，养活一人，消耗能量为m，如a能养活10 000人，对应的玉米能量至少是50 000m，同样数量的玉米b中至少养活的人数是50 00010%10%500。中，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低的原因是有害物质的富集。中，生态系统中的能量金字塔每一阶层代表的是一个营养级，而不是某一生物种群，对于某一生物种群来说不一定符合能量金字塔。3. 在如图所示的食物网中，假如猫头鹰的食物有2/5来自于兔子，2/5来自于鼠，1/5来自于蛇，那么猫头鹰若增加 20 g体重，最少需要消费植物()a600 g b900 g c1 600 g d5 600 g答案b解析通过食物链(植物兔猫头鹰)，猫头鹰增加20 g2/58 g，最少需要消费植物的量为8 g55200 g；通过食物链(植物鼠猫头鹰)，猫头鹰增加20 g2/58 g，最少需要消费植物的量为8 g55200 g；通过食物链(植物鼠蛇猫头鹰)，猫头鹰增加20 g1/54 g，最少需要消费植物的量为4 g555500 g。所以合计至少需要消费植物200 g200 g500 g900 g。考点二生态系统的物质循环重要程度：1 物质循环(1)概念：组成生物体的各种元素在无机环境与生物群落间不断地循环的过程。(2)特点：全球性、反复利用、循环流动。(3)与能量流动的关系：二者同时进行，相互依存，不可分割。(4)意义：通过能量流动和物质循环，使生态系统中的各种组成成分紧密地联系在一起，形成一个统一的整体。2 碳循环(1)无机环境中存在形式：co2和碳酸盐。(2)生物群落中存在形式：含碳有机物(主要)。(3)循环过程：碳从无机环境到生物群落是通过光合作用、化能合成作用实现的；从生物群落到无机环境则是通过呼吸作用和微生物分解实现的。1 观察下面碳循环过程图，回答相关问题(1)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。(3)分析温室效应产生的原因化学燃料的大量燃烧，产生co2。植被破坏，降低了对大气中co2的调节能力。(4)概括物质循环的特点全球性：物质循环的范围是生物圈。往复循环，重复利用：物质可以在无机环境和生物群落之间反复利用。2 能量流动和物质循环之间的关系项目能量流动物质循环(以碳循环为例)形式以有机物为载体以化学元素形式流动特点单向流动、逐级递减全球性、循环性范围生态系统各营养级生物圈(全球性)图示易错警示与物质循环有关的2个注意点(1)物质循环流动，能量单向流动不循环，所以不能说能量伴随着物质循环而循环。(2)物质循环中所说的“生态系统”并不是一般的生态系统，而是指地球上最大的生态系统生物圈，因此物质循环具有全球性。1. 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。下列相关叙述中，不正确的是 ()ad过程代表光合作用，b过程代表呼吸作用b甲所示的营养级在食物链中占有的碳元素最多c碳元素在甲、乙、丙之间以有机物的形式传递d碳元素可在无机环境和生物群落之间反复利用答案a解析丁为无机环境，甲为生产者，乙为消费者，丙为分解者。d过程代表呼吸作用，b过程代表光合作用；甲为生产者，生产者在食物链中所含有机物中的能量最多，在食物链中占有的碳元素最多；碳元素在生物群落内部主要以有机物的形式进行传递，在无机环境与生物群落间主要以二氧化碳的形式进行传递；碳元素可以在生态系统中反复利用。2. 2012年世界环境日的主题主要是凸显绿色经济，如今低碳生活、绿色经济已成为人类共同的目标。如图是碳循环的部分过程，下列有关分析，不正确的是 ()a碳循环的过程伴随着生态系统的能量流动b植树造林有助于增强过程而减少大气co2含量c减少对过程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答案a解析据图可知，大气中二氧化碳的来源有：生产者和消费者的呼吸作用、分解者的分解作用和化学燃料的燃烧，但降低大气中二氧化碳的含量主要是通过生产者的光合作用来实现的，而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强过程而减少大气co2含量。减少对过程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间碳循环的主要形式是co2，co2不携带能量，因此过程不伴随着生态系统的能量流动。3. 我国北方处于平衡状态的某森林生态系统，其碳循环如图所示，箭头和字母分别表示碳元素的传递方向和转移量。下列选项正确的是()a夏季，abce b秋季，efcf答案a解析夏季光照强，光合作用旺盛，有机物积累，即abce；秋季温度低，微生物分解作用弱且北方秋季落叶多，所以gef；c为被动物所同化的含碳有机物，其去路有呼吸散失(d)、流向分解者(f)和自身储存的有机碳，所以冬季dfc。模型法判断碳循环中的各种成分(1)首先找出两个成分之间具有双向箭头的，一个为生产者，一个是大气中的co2库。其他各个成分都有箭头指向大气中的co2库。(2)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的是分解者，剩余的成分为消费者。模型一分析：e为生产者；f、d、b都为消费者；c为分解者；a为大气中的co2库。模型二分析：a为生产者；b为消费者；c为分解者；d为大气中的co2库。模型三分析：a为生产者；c为消费者；b为分解者；d为大气中的co2库。模型四分析：a为生产者；b、c都为消费者；d为分解者。1生态系统的能量来自于生产者固定的太阳能，经食物链和食物网的传递，最终以热能形式散失。2输入第一营养级能量的四个去向：一部分呼吸消耗以热能形式散失；一部分用于生产者自身生长、发育繁殖储存于有机物中；一部分随残枝败叶被分解者分解；另一部分则被初级消费者摄入体内流入第二营养级。3生态系统能量流动具有两个明显特点，即：能量流动是单向的；能量在流动过程中逐级递减，有效传递率只有10%20%。4组成生物体的c、h、o、n、p、s等元素，都不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程，即生态系统的物质循环，具有全球性和循环流动的特点。5能量流动和物质循环是生态系统的主要功能，二者同时进行，相互依存，不可分割，物质是能量流动的载体，能量是物质循环的动力。高考模拟提能训练高考题组1 (2012海南卷，19)下图为某生态系统的能量流动简图，下列叙述错误的是()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、乙和分解者所储存的能量之和是输入该生态系统的总能量答案d解析根据题中简图可知，甲能够固定太阳能，为生产者，乙从甲获取能量，为消费者，a正确；该生态系统需要从外界获得能量，同时能量也可以扩散到外界，是一个开放的生态系统，b正确；能量通过光合作用固定并进入生态系统，经过生产者、消费者和分解者的呼吸作用后有一部分以热能的形式散失，c正确；输入该生态系统的总能量是生产者甲固定的太阳能总量，d不正确。2 (2010广东卷，26)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(kg ca1)碳释放量(kg ca1)a1.2010141.201014b1.2010141.261014(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_。(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。答案(1)光合呼吸(2)a碳的吸收量等于碳的释放量(3)碳平衡co2浓度(4)光反应有机物解析(1)光合作用吸收co2，呼吸作用释放co2，生态系统中的碳循环主要是通过光合作用和呼吸作用实现的。(2)生态系统中的碳吸收量等于释放量时，说明该生态系统处于相对稳定状态。(3)过度的人工碳排放使得碳释放量大大超过碳吸收量，从而破坏了生态系统的稳定性。向大气中排放大量的co2会引起温室效应，导致全球气候变化。(4)光合作用的光反应阶段中，对光能的吸收和转化发生在叶绿体的类囊体薄膜上。蓝藻光合作用的产物是糖类(有机物)，经酒精发酵可生成乙醇。模拟题组3 如图是一个处于平衡状态生态系统的能量流动图解，其中a、b、c、d分别代表不同营养级的生物类群，对此图理解正确的是(双选) ()a流经该生态系统的总能量就是a通过光合作用固定的太阳能bd中所含的能量与c中所含的能量之比就是能量从c传递到d的效率cb同化的能量要大于b、c、d呼吸消耗的能量之和d由于流经该生态系统的总能量是一定的，所以b获得的能量越多，留给c、d的能量就越少答案ac解析流经该生态系统的总能量就是a通过光合作用固定的太阳能，a正确；能量从c传递到d的效率是指d同化的能量与c同化的能量之比，b错误；b同化的能量要大于b、c、d呼吸消耗的能量之和，因为还有一部分能量流向了分解者，c正确；b获得的能量越多，留给c、d的能量也越多，d错误。4 下列四个生态系统中，绿色植物所固定的太阳能相等。如果物种甲是人类所需的资源，那么能提供甲最多的生态系统是()答案a解析人们研究生态系统中能量流动的主要目的，就是设法调整生态系统的能量流动关系，使能量流向对人类最有益的部分。最有效的措施就是尽量减少能量流动的中间环节，缩短食物链。5 如图为生态系统碳循环模式图，下列分析错误的是()af表示大气中的二氧化碳库b该图中有3条食物链c图中的a一定是自养型生物，b、c、d、e一定是异养型生物d碳以有机物的形式由a传到b答案b解析图示中a是生产者，b是分解者，c、d、e是消费者，f是大气中的二氧化碳库；图示中只有一条食物链；生产者是自养型生物，消费者和分解者是异养型生物；碳在生物群落中以有机物的形式传递。一、单项选择题1 有人发起“多吃素食、少吃肉食”的运动，以支援粮食短缺地区的灾民。运用生态学知识对此的合理解释是()a多吃肉食会增加心血管病的发病率b直接以低营养级的生物为食将消耗生态系统更多的能量c多吃肉食比多吃素食消耗的粮食总量更多d节省的肉食可以帮助灾民提高营养水平答案c解析“多吃素食，少吃肉食”能节约粮食，其生态学原理在于降低人在食物链中的营养级，从而节约更多的粮食。故正确答案为c。2 如图是一个农业生态系统模式图，关于该系统的叙述，错误的是()a微生物也能利用农作物通过光合作用储存的能量b沼气池中的微生物也是该生态系统的分解者c沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用d多途径利用农作物可提高该系统的能量利用率答案c解析一个完整的生态系统由非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者四部分构成，在沼气池中，微生物分解有机物，产生可燃气体，属于分解者；在生态系统中，物质是可以循环利用的，而能量是单向流动、逐级递减的，c项的叙述违背了这一原则，因此是错误的。3 下图为某生态系统的能量流动简图，下列叙述错误的是()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答案d解析根据题中简图可知，甲能够固定太阳能，为生产者，乙从甲获取能量，为消费者，a正确；该生态系统需要从外界获得能量，同时能量也可以扩散到外界，是一个开放的生态系统，b正确；能量通过光合作用进入该生态系统，经过生产者、消费者的呼吸作用和分解者的分解作用后有一部分以热能的形式散失，c正确；输入该生态系统的总能量是生产者甲固定的太阳能总量，d不正确。4 某生态系统中的四种生物构成一条食物链abcd，通过测定得到这四种生物a、b、c、d所含的有机物总量分别为m1、m2、m3和m4。下列叙述中错误的是()am1一定不是a种群固定的太阳能总量b若m1d，be，cfbk中能量包括兔子尸体及狼粪便中的能量c食物链中能量最少的是分解者所处的营养级d第一营养级与第二营养级间的能量传递效率是e/d答案ab解析根据能量流动过程可知，ad，be，cf；食物链中能量最少的是狼所处的营养级，分解者不参与构成食物链；第一营养级与第二营养级间的能量传递效率是b/a。11如图是生态系统中碳循环示意图，“”表示碳的流动方向。下列说法正确的是()a图中a是生产者，d、e是消费者，b是分解者，c是大气中的co2库b该生态系统的成分包括a、b、c、d、非生物的物质和能量c该生态系统中食物网可表示为：adebde每增加1 kg的体重，至少需要25 kg的a答案ad解析图中a是生产者，d、e是消费者，b是分解者，c是大气中的co2库，a项正确；生态系统的组成成分包括所有的生物和非生物的物质和能量，所以还必须包括e，b项错误；b是分解者，不参与食物链的组成，c项错误；按最高能量传递效率计算，e每增加1 kg的体重，至少需要a为120%20%25 (kg)，d项正确。12美国的生态学家奥德姆对佛罗里达州的银泉进行了生态系统营养级和能量流动的调查，下表是调查结果。表中的分别表示不同的营养级，为分解者。表中npgpr。下列叙述中不正确的是()营养级生物同化作用所固定的能量(gp)生物体贮存着的能量(np)生物呼吸消耗的能量(r)15.912.6813.23871.27369.69501.580.880.340.54141.2062.0779.13211.8519.26192.59a.构成了唯一一条食物链b由np可知被调查时刻该生态系统的能量输入大于输出c能量在第三、四营养级间的传递效率约为5.5%，低于10%，也是有可能的d的粪便中所含能量是其gp的一部分答案ad解析是分解者，不参与构成食物链，a错误；题干中npgpr，np都大于零，故能量的输入大于输出，b正确；能量的传递效率一般是10%20%，但是有些营养级之间能量传递的效率可低于10%，或高于20%，c正确；生物体粪便中的能量是未被自身同化的能量，属于上一营养级的能量，d错误。三、非选择题13图甲为某湖泊生态系统的能量金字塔简图，其中、分别代表不同的营养级，m1、m2代表不同的能量形式。图乙表示能量流经该生态系统某一营养级的流动途径示意图，其中ag表示能量值。请据图作答：(1)图甲中，m2表示的能量形式为_。通常情况下，位于营养级的生物个体数量一般远远少于，主要原因是_。(2)图乙中，若a表示图甲中营养级所摄入的全部能量，则b表示_，c表示_。(3)图乙中有两处不同的能量散失途径，其中e处散失的能量是通过_实现的。(4)若图甲中营养级、各有一种生物甲、乙、丙，它们构成的食物关系如图。其中，甲能量中比例为x的部分直接提供给丙，要使丙能量增加a kj，至少需要消耗甲的能量为_(用含所给字母的表达式表示)kj。答案(1)热能(或通过呼吸作用散失的热量)在食物链中能量传递逐级递减，的营养级高，可利用的能量少(2)所同化的能量用于生长、发育和繁殖的能量(3)分解者的分解作用(4)25a/(14x)解析(1)m1是输入到生态系统中的能量，是太阳能。m2是该生态系统散失的能量，是热能。在能量传递中由于大量能量以热能形式散失，故最高营养级获得的能量最少，位于营养级的生物个体数量一般远远少于。(2)图乙中，若a表示图甲中营养级所摄入的全部能量，摄入的能量中有一部分(c)未被同化，b表示被同化的能量，同化的能量去掉呼吸散失的能量，即是用于生长、发育和繁殖的能量(c)。(3)由图乙看出，生态系统能量散失的途径有两条：通过自身的呼吸作用散失；通过微生物(或分解者)的分解作用散失。(4)设至少需要消耗甲的能量为m kj，则(mmx)1/51/5mx1/5a，m25a/(14x)。14某自然保护区地震后，据不完全统计，植被毁损达到30%以上。图1为该地区在人为干预下恢复过程的能量流动图单位为103 kj/(m2y)，图2表示恢复过程中某种群的种群密度对种群的出生率和死亡率的影响。请回答：(1)如图1所示，输入该生态系统的能量主要是_，第一营养级到第二营养级的能量传递效率为_(保留一位小数)。(2)图1中a表示_，图中未利用部分的能量在生物体内的存在形式是_。(3)如图1所示，除生产者外其他营养级需要补偿能量输入的原因是_。计算可知，肉食性动物需补偿输入的能量值至少为_103 kj/(m2y)。(4)由图2可知，种群密度在_点时，种群数量的增长速率最大；在_点时，表示该种群已达到环境容纳量(k值)。(5)随着时间的推移，地震毁损的自然保护区内生物的种类和数量不断恢复的过程属于_演替。答案(1)生产者光合作用固定的太阳能12.7%(2)细胞呼吸(或呼吸作用)有机物中的化学能(3)植被受损，流入该生态系统的能量减少；减轻植被恢复的压力(答出前者即可)5(4)ce(5)群落(或次生)解析(1)生态系统的能量输入有两种方式：输入太阳能和人为输入有机物，从图可以推知，该生态系统输入的太阳能为3147023110103 kj/(m2y)，输入的有机物能量为7103 kj/(m2y)，所以输入该生态系统的能量主要是生产者光合作用固定的太阳能，第一营养级到第二营养级的能量传递效率为14/110100%12.7%(保留一位小数)。(2)图1中a表示细胞呼吸(或呼吸作用)，图中未利用部分的能量在生物体内的存在形式是有机物中的化学能。(3)如图1所示，除生产