高考生物一轮复习第十一单元生态系统人与环境第2讲生态系统的能量流动、物质循环课件

第2讲生态系统的能量流动、物质循环课标考情——知考向核心素养——提考能课标要求1.分析生态系统中的物质在生物群落与无机环境之间不断循环、能量在生物群落中单向流动并逐级递减的规律2.举例说明利用物质循环和能量流动规律，人们能够更加科学、有效地利用生态系统中的资源3.解释生态金字塔表征了食物网各营养级之间在个体数量、生物量和能量方面的关系4.阐明有些物质会通过食物链不断地富集的现象生命观念通过分析生态系统中的物质循环和能量流动的关系，培养物质和能量流动相互统一的观念科学思维通过分析能量流动和物质循环的过程，培养科学思维的能力社会责任用研究能量流动的规律解决实际生活生产中的问题，以及用碳循环规律解释温室效应问题，培养科学解决生产问题以及保护环境的观念目录1自主学习·巩固基础2重难探究·素养达标3典题演练·破解高考4课后提能演练知识点一生态系统的能量流动［自主学习］1.能量流动的概念、特点及研究意义对人类最有益最有效逐级递减散失传递下一营养级同化量2.能量流动的过程(以能量流经第二营养级为例)热能

同化量≠摄入量同化量：指被消费者消化吸收的物质所含有的能量。摄入量：指被消费者摄入的物质所含有的能量。同化量=摄入量-粪便量。［自主检测］1.思考判断(1)有关能量流动过程的判断。①生态系统的能量流动就是指能量的输入和散失过程。(

)②流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能。(

)③除最高营养级外，某一营养级的总能量由四个部分组成：自身呼吸消耗的能量、流向下一个营养级的能量、被分解者利用的能量和未被利用的能量。(

)√

×

×

(2)有关能量流动特点和目的的判断。①生态系统中生产者得到的能量必然小于消费者得到的。(

)②相邻两个营养级的能量传递效率不会小于10%，也不会大于20%。(

)③生态系统中的能量可被多级循环利用，从而大大提高能量的利用率。(

)×

×

×2.深挖教材(1)生态系统的能量流动逐级递减的原因：_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)从生态系统能量流动的特点出发，分析“桑基鱼塘”的设计理念是_____________________________________________________________________________________________________________________________。

提示：某个营养级同化的能量自身呼吸要消耗一部分，还有一部分被分解者利用，所以不能将全部的能量流入下一个营养级提示：从人类所需出发，通过能量多级利用，充分利用流经各营养级的能量，提高生产效益3.热图导析如图是某人工鱼塘生态系统能量流动过程中部分环节涉及的能量值［单位为103kJ/(m2·a)］，据图分析。(1)该生态系统中流入生物群落的总能量有哪些来源？________________

______________________________________________________________。(2)生产者、植食性动物和肉食性动物固定的总能量分别是多少？____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

提示：一个来源是光能，另一个来源是输入的有机物中的化学能提示：肉食性动物固定的总能量=0.25+0.05+2.1+5.1=7.5×103kJ/(m2·a)；植食性动物固定的总能量=(7.5-5)+0.5+4+9=16×103kJ/(m2·a)；生产者固定的总能量=(16-2)+3+70+23=110×103kJ/(m2·a)生产者知识点二生态系统的物质循环［自主学习］1.碳循环的过程消费者分解者相互依存全球性生物群落2.生态系统的物质循环化学元素载体［自主检测］1.思考判断(1)有关碳循环的判断。①碳在生物群落和非生物环境之间主要以有机物形式循环。(

)②与碳循环有关的生理活动有光合作用、化能合成作用和呼吸作用等。(

)③化石燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因。(

)④低碳生活方式有助于维持生物圈中碳循环的平衡。(

)×√√√(2)有关物质循环的判断。①物质循环和能量流动是两个相对独立的过程。(

)②生态系统的物质循环和能量流动的渠道都是食物链和食物网，所以物质和能量是循环往复的。(

)③物质是能量的载体，能量是物质循环的动力。(

)××√2.深挖教材(1)氮元素在生物群落与非生物环境间能否循环利用？你如何解释需不断向农田中施加氮肥？______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)汽车尾气是产生雾霾的重要原因之一，你认为应采取哪些治理措施？___________________________________________________________________________________________________________________________。

提示：能。农田是人工生态系统，是以提高农作物的产量和效益，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。农田土壤中氮的含量往往不足以使作物高产，加之农产品源源不断地从农田生态系统输出，其中的氮元素并不能都归还土壤，所以需要施加氮肥提示：改善燃油的品质；倡导绿色出行，减少尾气排放；大量植树造林等生态系统能量流动的过程和特点［深度讲解］1.能量流动概念模型解读(1)第二营养级能量流动分析。①初级消费者摄入能量(a)=初级消费者同化能量(b)+粪便中的能量(c)，即动物粪便中的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。②初级消费者同化能量(b)=呼吸消耗的能量(d)+用于生长、发育和繁殖的能量(e)。③用于生长、发育和繁殖的能量(e)=分解者利用的能量(f)+下一营养级摄入的能量(i)。(2)各营养级能量流动分析。①未被利用的能量：包括生物每年的积累量和动植物遗体残骸以化石燃料的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+被下一营养级同化的能量+分解者利用的能量+未被利用的能量。③动物同化的能量与摄入量之间的关系：动物同化的能量=摄入量-粪便有机物中的能量，即摄入的食物只有一部分被同化。④流入一个营养级的能量：是指被这个营养级的生物所同化的全部能量。2.能量流动的特点及原因(1)单向流动。①能量流动是沿食物链进行的，食物链中各营养级之间的捕食关系是长期自然选择的结果，是不可逆转的。②各营养级通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落重复利用，因此能量流动无法循环。(2)逐级递减。①各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。②各营养级的能量都会有一部分流入分解者，包括未被下一营养级生物利用的部分。3.生态金字塔的类型及特点4.能量流动的相关计算(1)能量传递效率的计算公式。(2)能量传递效率的相关“最值”计算。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10%，最高效率为20%。①在食物链A→B→C→D中，则有：注：a.食物链越短，最高营养级获得的能量越多；b.生物间的捕食关系越简单，生态系统的能量流动过程中消耗得越少。②在食物网中则有：［考向预测］(一)考查生态系统能量流动过程的分析(素养目标：生命观念)1.如图甲表示食物链上能量流动的部分情况，图乙表示兔的能量来源与去向。下列有关叙述正确的是(

)注：图甲中的草指某一种草，假定该生态系统只有图示这一简单的食物链。A.图甲中草到兔的能量传递效率为(能量②/能量①)×100%B.能量W1=A1+B1+C1+D1C.兔呼吸作用释放的能量均以热能形式散失D.由兔流向分解者的能量包括兔的遗体和粪便B

【解析】图甲中箭头①是兔的同化量，草的同化量未知，无法计算二者之间的传递效率，A错误；图乙中能量W1为兔的同化量，等于A1+B1+C1+D1(其中B1为未被利用的能量)，B正确；兔呼吸作用释放的能量大部分以热能形式散失，C错误；兔的粪便不属于兔自身的能量，而属于上一营养级的同化量，D错误。

利用“拼图法”巧解能量流动中的难点(1)输入第一营养级的能量分析。输入第一营养级的能量(W1)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(A1)，另一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖(B1+C1+D1)。而后一部分能量中，包括现存的植物体B1、流向分解者的C1、流向下一营养级的D1。(2)流经整个生态系统的总能量是生产者固定的总能量，即W1。将图中第三营养级同化的总能量D2“拼回”第二营养级，则刚好等于D1，即第二营养级同化的总能量；再将D1“拼回”第一营养级，则刚好等于生产者固定的总能量W1。可见，在一个生态系统中，所有生物的总能量都来自W1，所有生物的总能量之和都小于W1(呼吸作用消耗的缘故)。(二)考查生态系统能量流动的相关计算(素养目标：科学思维)2.(2023年福建三明一中校考阶段练习)下图为地震毁损的某自然保护区在人为干预下恢复过程的能量流动图［单位：103kJ/(m2·a)］。下列说法错误的是(

)A.流经该生态系统的总能量是生产者固定的太阳能B.由图可知营养级较高的生物，在这场地震中受到的影响较大C.计算可知，肉食动物需补偿输入的能量值为5×103kJ/(m2·a)D.在人为干预下，能量在第二营养级到第三营养级之间传递效率约为15.6%A

【解析】从图中看出，流经该生态系统的总能量是该生态系统中的生产者固定的太阳能和补偿输入的有机物总量，A错误；在食物链中，营养级越高的生物，获得的能量越少，在环境受到破坏时对其食物来源影响越大，B正确；由植食动物流入肉食动物的能量为14+2-4-9-0.5=2.5×103

kJ/(m2·a)，肉食动物需补偿输入的能量值为0.25+0.05+2.1+5.1-2.5=5.0×103

kJ/(m2·a)，C正确；结合B选项的分析，在人为干预下，能量在第二营养级到第三营养级之间传递效率为(2.5×103)÷(16×103)×100%≈15.6%，D正确。(三)考查生态金字塔的类型和特点(素养目标：生命观念)3.图甲为生态系统中食物链所反映出的能量流动情况，图中的箭头符号为能量的流动方向，单位为kcal/(m2·年)；图乙为某一生态系统的能量金字塔，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的营养级，E1、E2代表能量的形式；图丙为某生态系统食物网的图解。据图分析，不能得出的结论是(

)A.据图甲可知，在射入的太阳能中，生产者只利用了其中的1%左右B.据图乙可知，Ⅳ为分解者，相当于图丙中的A，能够利用各营养级转移来的能量C.图丙中猫头鹰体重每增加1kg，至少消耗A约25kgD.图甲中的生产者相当于图乙中的Ⅰ，相当于图丙中的AB

【解析】据图乙可知，Ⅳ为第四营养级，相当于图丙最长食物链中的猫头鹰，B错误。生态系统的物质循环［深度讲解］1.碳循环过程(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。(2)碳返回非生物环境的途径。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。2.能量流动与物质循环的比较项目能量流动物质循环(以碳循环为例)形式光能→化学能→热能化学元素(无机物→有机物→无机物)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)联系二者同时进行、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图示

［考向预测］(一)考查生态系统碳循环过程的分析(素养目标：生命观念)1.如图所示为某生态系统碳循环的过程示意图(其中c是一种生物成分)。下列有关叙述正确的是(

)A.碳循环是指CO2和含碳有机物在生物群落与非生物环境之间的循环B.通常在食物链中，含有碳元素最多的是cC.对e的过度开发利用会打破生物圈中碳循环的平衡，导致d的含量迅速增加D.将d的含义改为热能，该图可表示该生态系统的能量流动C

【解析】根据箭头的数量和方向分析可知，图中d是大气中的CO2、a是生产者、b是消费者、c是分解者、e是化石燃料。碳循环是指碳元素(而非具体的某种含碳物质)在生物群落与非生物环境之间的循环，其中碳在生物群落与非生物环境之间主要以CO2的形式进行循环，在生物群落内部主要以含碳有机物的形式进行传递，A错误。通常在食物链中，含有碳元素最多的是生产者(a)，B错误。对煤、石油等燃料的过度开发利用会使地层中经过千百万年而积存的碳元素在很短的时间内释放出来，打破生物圈中碳循环的平衡，使大气中CO2含量迅速增加，C正确。能量以热能形式散失后不能被生产者再利用，生产者主要通过光合作用利用太阳能，D错误。(二)考查生态系统物质循环与能量流动的关系(素养目标：科学思维)2.(2023年山东济宁统考期末)图1为某生态系统的物质循环示意图，其中甲、乙、丙、丁为生态系统的组成成分，A、B、C、D是丙中关系密切的四种生物。图2为某生态系统的能量金字塔简图，其中①②③④分别代表不同的营养级。图3为能量流经图2所示生态系统第二营养级的示意图，能量的单位为kJ。下列叙述正确的是(

)A.若图1表示碳循环，图中方框内有4条食物链B.若图2中营养级①所固定的太阳能总量为3200kJ，则营养级①②之间的能量传递效率是16%C.分析图3中能量关系可知，乙代表第二营养级用于生长、发育、繁殖的能量D.第二营养级流入分解者的能量包括第二营养级遗体残骸和粪便中的能量C

【解析】图1为某生态系统的碳循环示意图，其中甲是非生物的物质和能量，乙是生产者，丙代表各级消费者，丁是分解者，食物链中只有生产者和消费者，图中一共有3条食物链，乙→A→B→D、乙→A→D、乙→A→C，A错误；若图2中营养级①所固定的太阳能总量为3

200

kJ，第二营养级的同化量=摄入量-粪便量=500-100=400

kJ，则营养级①②之间的能量传递效率是400÷3

200×100%=12.5%，B错误；分析图3中能量关系可知，甲为同化量，丙为呼吸作用消耗的能量，甲=乙+丙，故乙表示第二营养级生物用于生长、发育、繁殖的能量，C正确；第三营养级粪便中的能量属于第二营养级的同化量，所以第二营养级流入分解者的能量包括第二营养级的遗体残骸和第三营养级的粪便中的能量，D错误。

碳循环中生态系统成分辨析口诀“双向箭头先找准，多进一出是环境，一出指向生产者”(1)在碳循环模式图中找到双向箭头，双向箭头的两侧分别是大气中的CO2和生产者。其中，有多个箭头指进、一个箭头指出的是大气中的CO2(图甲中的B、图乙中的4、图丙中的A)；而指出的箭头指向的是生产者(图甲中的A、图乙中的1、图丙中的E)。(2)消费者与分解者存在“消费者→分解者”的关系。如果有多级消费者，则根据“初级消费者→次级消费者→三级消费者……”的关系即可确定。如图甲中的D、图乙中的3以及图丙中的C均为分解者；图甲中的C，图乙中的2以及图丙中的F、D、B均为消费者(其中F为初级消费者，D为次级消费者，B为三级消费者)。1.(2023年山东卷)某浅水泉微型生态系统中能量情况如表所示，该生态系统中的初级消费者以生产者和来自陆地的植物残体为食。下列说法正确的是(

)A.流经该生态系统的总能量为90×105J/(m2·a)B.该生态系统的生产者有15%的能量流入下一营养级C.初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量为10.5×105J/(m2·a)D.初级消费者粪便中的能量为70.5×105J/(m2·a)，该能量由初级消费者流向分解者项目生产者固定来自陆地的植物残体初级消费者摄入初级消费者同化初级消费者呼吸消耗能量［×105J/(m2·a)］90428413.53C

【解析】该生态系统中的初级消费者以生产者和来自陆地的植物残体为食，因此可知，流经该生态系统的总能量为生产者固定的太阳能和来自陆地的植物残体中的能量，即90×105+42×105=132×105J/(m2·a)，A错误；表格中没有显示生产者流入初级消费者的能量，因此无法计算有多少能量流入下一营养级，B错误；初级消费者的同化量为13.5×105J/(m2·a)，初级消费者呼吸消耗的能量为3×105J/(m2·a)，因此初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量=同化量-呼吸消耗的能量=10.5×105J/(m2·a)，C正确；初级消费者摄入量包括粪便量和初级消费者同化量，初级消费者中粪便中的能量=摄入量-同化量=84×105-13.5×105=70.5×105

J/(m2·a)，该能量是由第一营养级流向分解者，D错误。2.(2023年广东卷)凡纳滨对虾是华南地区养殖规模最大的对虾种类。放苗1周内虾苗取食藻类和浮游动物，1周后开始投喂人工饵料，1个月后对虾完全取食人工饵料。1个月后虾池生态系统的物质循环过程见图。下列叙述正确的是(

)A.1周后藻类和浮游动物增加，水体富营养化程度会减轻B.1个月后藻类在虾池的物质循环过程中仍处于主要地位C.浮游动物摄食藻类、细菌和有机碎屑，属于消费者D.异养细菌依赖虾池生态系统中的沉积物提供营养B

【解析】1周后开始投喂人工饵料，虾池中有机碎屑含量增加，水体中N、P等无机盐增多，水体富营养化严重，A错误；藻类作为生产者，在物质循环中占主要地位，B正确；浮游动物摄食藻类，同时浮游动物摄食细菌和有机碎屑，属于消费者和分解者，C错误；异养细菌依赖虾池生态系统中的沉积物和有机碎屑提供营养，D错误。3.(2023年湖北卷)2020年9月，我国在联合国大会上向国际社会作出了力争在2060年前实现“碳中和”的庄严承诺。某湖泊早年受周边农业和城镇稠密人口的影响，常年处于CO2过饱和状态。经治理后，该湖泊生态系统每年的有机碳分解量低于生产者有机碳的合成量，实现了碳的零排放。下列叙述错误的是(

)A.低碳生活和绿色农业可以减小生态足迹B.水生消费者对有机碳的利用，缓解了碳排放C.湖泊沉积物中有机碳的分解会随着全球气候变暖而加剧D.在湖泊生态修复过程中，适度提高水生植物的多样性有助于碳的固定B

【解析】低碳生活和绿色农业可以促进CO2的吸收以及减少CO2的排放，从而减小生态足迹，A正确；水生消费者对有机碳的利用，其遗体、粪便还会被分解者利用，不会缓解碳排放，B错误；随着全球气候变暖，酶的活性升高，湖泊沉积物中有机碳的分解会加剧，C正确；在湖泊生态修复过程中，适度提高水生植物的多样性能够充分利用光能，有助于碳的固定，D正确。4.(2022年广东卷)2022年4月，习近平在海南省考察时指出，热带雨林国家公园是国宝，是水库、粮库、钱库，更是碳库，要充分认识其对国家的战略意义。从生态学的角度看，海南热带雨林的直接价值体现在其(

)A.具有保持水土、涵养水源和净化水质的功能，被誉为“绿色水库”B.是海南省主要河流发源地，可提供灌溉水源，保障农业丰产丰收C.形成了独特、多样性的雨林景观，是发展生态旅游的重要资源D.通过光合作用固定大气中的CO2，在植被和土壤中积累形成碳库C

【解析】保持水土、涵养水源和净化水质功能是生态系统调节方面的作用，属于间接价值，A不符合题意；是海南省主要河流发源地，能提供灌溉水，保障农业丰收，主要是热带雨林生态调节的体现，属于间接价值，B不符合题意；形成了独特、多样性的雨林景观，是发展生态旅游的重要资源，属于旅游观赏价值，是直接价值的体现，C符合题意；通过光合作用固定大气中的CO2，在植被和土壤中积累形成碳库，是其在碳循环等环境调节方面的作用，属于间接价值，D不符合题意。名师点睛

生态金字塔是指各营养级之间的某种数量关系，可采用生物量单位、能量单位和个体数量单位。采用这些单位所构成的生态金字塔就可以分别称为生物量金字塔、能量金字塔和数量金字塔。5.(2021年河北卷)为探究全球气候变暖对生态系统的影响，研究者将20个人工淡水池塘均分成两组，对照组保持环境温度，实验组始终比对照组高4℃(利用温控装置)，并从附近淡水栖息地搜集水生