江苏专用2025版高考生物一轮复习第9单元生物与环境第4讲生态系统的能量流动和物质循环学案

PAGE15-第4讲生态系统的能量流淌和物质循环课标要求核心素养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淌并逐级递减的规律2．举例说明利用物质循环和能量流淌规律，人们能够更加科学、有效地利用生态系统中的资源3．说明生态金字塔表征了食物网各养分级之间在个体数量、生物量和能量方面的关系4．阐明某些有害物质会通过食物链不断地富集的现象1．物质的循环总是伴随着能量的流淌(生命观念)2．分析能量流淌过程，归纳总结能量流淌特点；依据碳循环过程构建循环模型(科学思维)3．关注温室效应，作出说明，并提出解决问题的思路(社会责任)考点一生态系统的能量流淌1．能量流淌的概述(1)概念：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。(2)能量流淌的四个环节2．能量流淌的过程(以能量流入其次养分级为例)(1)c代表初级消费者粪便中的能量。(2)流入某一养分级(最高养分级除外)的能量的去向d：自身呼吸作用散失。e：用于生长、发育、繁殖等生命活动的能量。其中e的能量又包括i：流入下一养分级。f：被分解者分解利用。j：未被利用的能量。3．能量流淌的特点及缘由分析(1)能量流淌是单向的，缘由：①能量流淌是沿食物链进行的，食物链中各养分级之间的捕食关系是长期自然选择的结果，是不行逆转的。②各养分级通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落重复利用，因此能量流淌无法循环。(2)能量流淌是逐级递减的缘由：①各养分级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。②各养分级的能量都会有一部分流入分解者。(人教版必修3P96旁栏)假如把各个养分级的生物数量关系，用绘制能量金字塔的方式表达出来，是不是也是金字塔形？假如是，有没有例外？______________________________________________________________________________________________________________提示：一般状况下，也是金字塔形。但是有时候会出现倒置的塔形。例如，在海洋生态系统中，由于生产者(浮游植物)的个体小，寿命短，又会不断地被浮游动物吃掉，所以某一时刻调查到的浮游植物的数量可能低于浮游动物的数量。当然，总的来看，一年中流过浮游植物的总能量还是比流过浮游动物的要多。与此同理，成千上万只昆虫生活在一株大树上，该数量金字塔的塔形也会发生倒置。4．探讨能量流淌的意义(1)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。(2)帮助人们合理地调整生态系统中的能量流淌关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。1．生态系统的能量流淌是指能量的输入和散失过程。 (×)提示：生态系统中的能量流淌是指能量的输入、传递、转化和散失的过程。2．流经生态系统的总能量是照耀在生产者上的太阳能。 (×)提示：流经生态系统的总能量是该生态系统中生产者所固定的太阳能。3．初级消费者粪便中的能量属于生产者同化的能量。 (√)4．一只狼捕食了一只兔子，该狼获得了兔子能量的10%～20%。 (×)提示：能量传递效率针对的是相邻两个养分级中的全部生物，不针对个体。5．农业生态系统中，沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用。 (×)提示：沼液和沼渣可以为农作物供应肥料，沼气池发酵产生的沼气又能成为人类的能源物质，实现了能量的多级利用，而能量不能循环利用。6．探讨能量流淌，可调整能量流淌关系，使生产者固定的能量全部流向人类。 (×)提示：由于在各养分级中都会有生物的细胞呼吸存在，通过细胞呼吸，部分能量会以热能的形式散失，因此探讨能量流淌，可调整能量流淌关系，使生产者固定的能量尽可能多地流向对人类最有益的部分，但是做不到全部流向人类。1．生态系统的能量流淌渐渐递减的缘由是___________________________________________________________________________________________。提示：某一养分级同化的能量自身呼吸消耗一部分，还有一部分被分解者利用，因此不能将全部的能量流入下一个养分级2．一些林业人员尝试用“林下养鸡”的方法来防治某些竹林害虫。从能量流淌的角度来看，“林下养鸡”的意义在于___________________________________________________________________________________________。提示：调整生态系统的能量流淌关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分3．人们设计的农业生态系统的沼气池中有大量的大肠杆菌，通过大肠杆菌等微生物的发酵，既为人们供应燃料，又为生产供应肥料，从能量流淌的角度分析，沼气池设计的目的是________________________________________________________________________________________________________。提示：实现对能量的多级利用，提高对能量的利用率某一养分级能量的来源与去路分析(1)能量来源eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(生产者的能量主要来自太阳能,消费者的能量来自上一养分级同化的能量))(2)能量去向：流入某一养分级的能量去向可从以下两个角度分析：①定量不定时(在足够长的时间内能量的最终去路)：a．自身呼吸消耗；b.流入下一养分级(最高养分级除外)；c.被分解者分解利用。②定量定时：流入某一养分级的肯定量的能量在肯定时间内的去路可有四条：a．自身呼吸消耗；b.流入下一养分级；c.被分解者分解利用；d.未利用，既未被自身呼吸消耗，也未被下一养分级和分解者利用，假如是以年为单位探讨，这部分的能量将保留到下一年，因此“未利用”是指在有限的时间“还没来得及被利用的能量”。可用如图表示：1．在如图中用箭头和文字补充完成能量流经处于其次养分级的D种群的状况。提示：2．在相同环境及养殖条件下，若将池塘中主要鱼种由草食性鱼更换为肉食性鱼，则鱼类产量将如何改变？缘由是什么？提示：降低。能量流淌逐级递减，肉食性鱼所处养分级高，获得能量少。考查能量流淌过程的分析1．如图表示某长期稳定的森林生态系统中植物光合作用的有机物被植食性动物利用的过程(图中字母表示所含的能量)，据图分析，下列叙述错误的是()A．流经该森林生态系统的总能量大于aB．植物光合作用积累的能量可表示为c＋e＋g＋h＋iC．能量在植物和植食性动物之间的传递效率可表示为(h/a)×100%D．植食性动物用于自身生长、发育和繁殖的能量为d－g－iC[流经该生态系统的总能量为生产者固定的太阳能，该数值大于生产者通过光合作用积累的有机物中的能量，A正确；植物光合作用积累的能量为a，其中，a＝c＋b，b＝e＋d，d＝g＋f，f＝i＋h，则a＝c＋e＋g＋h＋i，B正确；能量在相邻养分级传递效率为f/(a＋植物呼吸作用消耗量)，C错误；植食性动物的同化量＝植食性动物的摄入量d－未被同化的能量g，则用于生长、发育和繁殖的能量为d－g－i，D正确。]2．(2024·湖南省六校高三联考)如图甲表示食物链上能量流淌的部分状况，图乙表示兔的能量来源与去向。下列有关叙述正确的是()甲乙注：图甲中的草指某一种草，假定该生态系统只有图示这一简洁的食物链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散失D．由兔流向分解者的能量包括兔的遗体和粪便B[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，而属于上一养分级的同化量，D错误。]考查能量流淌特点的分析及相关计算3．以下关于能量流淌的叙述，正确的是()A．生态系统能量流淌的定量分析中，未利用的能量指的是不能被其他生物利用的能量B．将生态系统的废物资源化，可提高能量的利用率C．一个生态系统，中间养分级的生物个体数量越多，最高养分级获得的能量越少D．生产者固定的能量沿食物链流淌逐级消耗，所以分解者获得的能量最少B[未利用的能量是指未被自身呼吸作用消耗，也未被后一养分级和分解者利用的能量，A错误；一般而言，食物链越长，最高养分级上获得的能量越少，C错误；无能量数值，无法比较能量的大小，D错误。]4．科研小组对某人工鱼塘的能量流淌进行定量分析，得出相关数据，如下表所示。整理资料时，由于疏忽图中部分项目和数据模糊不能辨别。请你帮助复原有关数据和项目，并回答有关问题：[能量单位：J/(cm2·a)，除表中所列的消费者外，其他类型的消费者忽视不计]生物类型甲传递给分解者的能量未利用的能量传递给下一养分级的能量有机物输入的能量生产者4159719——植食性鱼类7.91.112乙6肉食性鱼类6.50.86.20.510………………(1)人工鱼塘生态系统的结构包括__________________。流入该生态系统的总能量为________J/(cm2·a)。(2)分析表中数据及各养分级能量的安排，表中甲是指________，表中的数据乙为________。植食性鱼类与肉食性鱼类之间的能量传递效率为______________。(3)若该鱼塘废弃若干年后成为湿地，这属于________演替，该湿地能净化生活污水且有摄影爱好者前来取景，体现了生物多样性的________价值。[解析](1)生态系统的结构包括组成成分和养分结构，其中养分结构包括食物链和食物网。依据以上分析已知，生产者同化的能量＝41＋5＋97＋19＝162[J/(cm2·a)]，而表格中显示有机物输入的能量＝6＋10＝16[J/(cm2·a)]，因此流入该生态系统的总能量＝162＋16＝178[J/(cm2·a)]。(2)表格中甲表示呼吸作用消耗的能量，数据乙＝19＋6－(7.9＋1.1＋12)＝4[J/(cm2·a)]。此数值为植食性鱼类传给肉食性鱼类的能量，则植食性鱼类和肉食性鱼类的能量传递效率为4/25×100%＝16%。(3)废弃鱼塘发生的是次生演替；该湿地能净化生活污水，体现了生物多样性的间接价值；有摄影爱好者前来取景，体现了生物多样性的干脆价值。[答案](1)生态系统的组成成分和食物链(网)(或生态系统的组成成分和养分结构)178(2)呼吸作用消耗的能量416%(3)次生间接和干脆方向调整后的能量计算方法若在食物网中，某一养分级同时从上一养分级的多种生物中获得能量，计算某一生物获得的能量或须要某一生物供应的能量时，首先要留意某一生物“从不同食物链中获得能量的比例”，或某一生物“给不同生物供应能量的比例”，然后依据各个单独的食物链分别计算后合并。(1)顺推法：能量流向调整，从前往后计算。即由植物下推，用“乘法”。(2)逆推法：能量来源调整，从后往前计算。即由高养分级前推，用“除法”。考点二生态系统的物质循环及其与能量流淌的关系1．物质循环的概念(1)物质：组成生物体的化学元素，如C、H、O、N、P、S等。(2)范围：生物群落和无机环境之间。(3)特点：全球性、循环性。2．碳循环(1)请写出图中各标号的名称a．生产者；b.消费者；c.呼吸作用；d.光合作用和化能合成作用；e.呼吸作用；f.化石燃料的燃烧。(2)存在形式eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(无机环境中：主要以CO2和碳酸盐,生物群落内部：主要以含碳有机物))(3)流淌形式eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(生物群落与无机环境之间：CO2,生物群落内部：含碳有机物))(4)进入生物群落的途径eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(光合作用,化能合成作用))(5)eq\o(返回无机环境的途径)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(①生产者、消费者的呼吸作用,②分解者的分解作用,③化石燃料的燃烧))3．能量流淌和物质循环的关系(1)区分项目能量流淌物质循环(以碳循环为例)形式以有机物为载体主要是无机物特点单向流淌、逐级递减全球性、循环性范围生态系统各养分级生物圈(全球性)(2)联系①两者是同时进行的，彼此相互依存，不行分割。②物质作为能量的载体，使能量沿着食物链(网)流淌；能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环来回。1．生态系统的碳循环指的是CO2在无机环境和生物群落中的往复循环。 (×)提示：碳循环指的是碳元素的循环，而不是含碳化合物的循环。2．无机环境中的物质可以通过多种途径被生物群落反复利用。 (√)3．大气中的CO2进入生物群落的唯一方式是光合作用。 (×)提示：CO2从无机环境进入生物群落的方式有两种：光合作用和化能合成作用。4．生态系统的物质循环和能量流淌的渠道都是食物链和食物网，所以物质和能量都是循环往复的。 (×)提示：物质是循环往复的，而能量流淌是单向的。5．植物可通过呼吸作用和光合作用参加生态系统的碳循环。 (√)6．若不依据生态规律办事，乱砍滥伐森林，会影响生态系统的碳循环。 (√)1．生态学家不会以一个生态系统为单位进行物质循环的探讨，试从物质循环特点的角度进行说明，其缘由是_______________________________________________________________________________________________________。提示：物质循环具有全球性的特点2．氮元素在生物群落与无机环境间能否循环利用？你如何说明需不断向农田中施加氮肥？__________________________________________________________________________________________________。提示：能。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，所以须要施加氮肥。这与物质循环并不冲突“箭头分析法”分析常见物质循环模型(1)“三看法”快速推断(2)模式图常见变式分析图1图2图3①图1中，A为生产者，B为大气中CO2库，C为消费者，D为分解者。②图2中，A为生产者，B为大气中CO2库，C为初级消费者，D为次级消费者，E为分解者。③图3中，E为生产者，A为大气中CO2库，B、D、F为消费者，C为分解者。1．红萍叶片内共生的固氮蓝藻可促进红萍生长，与“稻－鱼”农田相比，“稻－萍－鱼”生态农田的鱼和水稻的产量都有所增加。从能量流淌和物质循环角度分析，引入红萍使鱼和水稻增产的缘由。提示：引入红萍使生态系统的总能量增加，红萍和害虫都可以作为鱼的食物，鱼排泄产生的粪便可以作为农田肥料，实现物质循环，使鱼和水稻增产。2．探讨发觉，自养小球藻细胞转化为异养生长后，细胞内脂溶性化合物含量增加，高温下产生大量烃类化合物。请从能源利用和环保的角度预料小球藻的应用前景。提示：可能取代石油、煤炭等化石燃料成为可再生能源的生产者，解决能源危机；削减化石燃料开采和燃烧引起的环境污染，削减二氧化碳的排放，维持生态系统的稳定。考查碳循环的过程及特点分析1．(2024·顺义市高三一模)如图为部分碳循环示意图，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ代表不同生物类群，①②代表相关的生理过程，相关叙述不正确的是()A．图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ共同构成生物群落B．该生态系统通过捕食关系构成的联系是Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→ⅣC．经过②过程释放的能量会重新经过①过程进入生物群落D．碳元素在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ之间以含碳有机物的形式传递C[图中Ⅰ是生产者，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ是消费者，Ⅴ是分解者，共同构成生物群落，A正确；分解者不参加构成捕食链，该生态系统构成捕食关系是Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ，B正确；能量是单向流淌的，不能循环重复利用，C错误；碳元素在生物群落之间以含碳有机物的形式传递，D正确。]2．(2024·德州市高三模拟)生物爱好小组对某农田生态系统的碳循环过程进行了调查，并绘制碳循环过程示意图。回答相关问题：(1)物质循环过程伴随着能量流淌，据图分析，输入农田生态系统的能量包括___________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)在农田生态系统中，农作物通过过程①________从大气中汲取二氧化碳并固定在农作物体内。土壤碳库中的有机物由分解者通过过程②________转变成无机物重新被植物利用。(3)碳元素在大气碳库、植物碳库和土壤碳库之间循环的主要形式是________，人类活动________(填“加速”或“减缓”)了碳循环的进程。(4)有同学认为生态系统物质是循环利用的，无需不断向农田中施加肥料。你是否同意该同学的观点？______，请给出你的理由_____________________________________________________________________________。[解析](1)读图可知，输入农田生态系统中的能量有农作物固定的太阳能、种子和有机肥中含有的能量。(2)过程①是光合作用；过程②是分解者的分解作用(呼吸作用)。(3)碳元素在大气碳库、植物碳库和土壤碳库之间循环的主要形式是CO2，人类作为消费者可以加速物质循环和能量流淌，所以人类活动加速了碳循环的过程。(4)由于农产品源源不断自农田生态系统中输出，其中的元素不能归还土壤，所以须要不断的施加肥料，这与物质循环不冲突，所以不同意该同学观点。[答案](1)农作物固定的太阳能、种子和有机肥中含有的能量(2)光合作用分解作用(呼吸作用)(3)CO2加速(4)不同意农产品源源不断自农田生态系统中输出，其中的元素不能归还土壤，所以须要不断的施加肥料，这与物质循环不冲突考查物质循环和能量流淌的关系分析3．如图是某立体农业生态系统中部分能量流淌和物质循环示意图。下列叙述正确的是()A．该图体现了生态系统的三种成分间的相互关系B．桑树可以利用沼渣中有机物的能量进行同化作用C．蚕沙中的能量属于该生态系统中桑树同化的能量D．水生植物和桑树固定的太阳能是流入该生态系统的总能量C[图中包含生态系统的四种组分，体现了四种成分间的相互关系，A错误；桑树属于生产者，属于自养型生物，无法利用沼渣中的有机物的能量，B错误；蚕沙的能量并不属于蚕，而是属于上一养分级桑树同化的能量，C正确；图中显示除了水生植物和桑树固定的太阳能，还有人工投入的饲料中的化学能，D错误。]4．(2024·山东省济南市高三期末)如图为某生态系统的碳循环示意图，下表为该生态系统的能量流淌数据表(不考虑暂未利用的能量)；其中甲、乙、丙、丁为生态系统的组成成分，A、B、C、D是丙中部分生物，①②③为生理过程。请分析回答：养分级ⅠⅡⅢⅣ从上一养分级固定的能量(kJ)141.015.90.9呼吸消耗的能量(kJ)501.279.110.20.5(1)生态系统的碳循环是指碳元素在________和__________之间不断循环的过程，②过程中碳元素存在形式的改变是_________。(2)图中D处于第________养分级，B和D两种生物的种间关系为________，若由于某种缘由造成了B灭亡，从能量流淌关系的角度分析，短期内D的数量改变是______________________。(3)据表分析，第Ⅱ养分级与第Ⅲ养分级的能量传递效率为________%(保留小数点后一位)。(4)若该生态系统是果园人工生态系统，农夫利用音响设备发出结群信号吸引鸟类，使其结群捕食害虫，这种信号属于________信息。该生态系统在保持水土、调整气候等方面有肯定作用，这属于生物多样性的________价值。[解析](1)碳可以在生物群落和无机环境之间循环，二氧化碳会通过②光合作用进入含碳有机物中。(2)图中D处于2条食物链中，分别处于第三、第四养分级，其中B、D之间既有捕食又有竞争关系，若由于某种缘由造成了B灭亡，则D的养分级会降低，D的数量会增加之后保持稳定。(3)据表分析，第Ⅱ养分级的同化量为141kJ，第Ⅲ养分级的同化量为15.9k，故二者之间的能量传递效率为：15.9÷141＝11.3%。(4)音响信号属于物理信息，该生态系统在保持水土、调整气候等方面有肯定作用，属于生态价值，属于生物多样性的间接价值。[答案](1)生物群落无机环境(前两个空前后依次可颠倒)CO2→含碳有机物(2)三、四竞争和捕食增加(后保持稳定)(3)11．3(4)物理间接易错矫正突破选择题长句背诵突破非选择题1．最高养分级的能量去路只有3个，没有“传递给下一养分级”这一去路。2．流经各养分级的总能量：对生产者而言强调关键词“固定”而不能说“照耀”，对各级消费者而言强调关键词“同化”而不能说“摄入”。3．“相邻两养分级”的能量传递效率≠“相邻两个生物个体”间的能量传递效率。如“一只狼”捕获“一只狐”时，狼应获得了狐的大部分能量而不是获得10%～20%的能量，全部狼可获得全部狐的能量的10%～20%。4．未被利用的能量包括生物每年的积累量和动植物残体以化石燃料的形式被储存起来的能量。5．一个养分级所同化的能量＝呼吸消耗的能量＋被下一养分级同化的能量＋分解者利用的能量＋未被利用的能量。6．误认为在生物群落中碳元素都是以CO2的形式进行循环的：在生物群落与无机环境之间，碳元素是以CO2的形式进行的，但在生物群落内碳元素则是以含碳有机物的形式进行传递的。1．通常，生态系统的食物链不会很长，缘由是能量在沿食物链流淌的过程中是逐级递减的。2．生态系统的能量流淌具有单向流淌、逐级递减的特点。3．生态系统的能量单向流淌的缘由：食物链中的捕食关系是长期自然选择的结果，不能逆转；生产者不能再利用散失的热能。4．生态系统的能量流淌逐级递减的缘由：某个养分级同化的能量中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养分级。5．从能量流淌角度分析农田除草、除虫的目的：调整生态系统中的能量流淌关系，使能量持续、高效地流向对人类最有益的部分。真题体验|感悟高考淬炼考能[新高考·选择性考试示范]1．(2024·广东选择考适应性测试)1942年，美国生态学家林德曼对赛达伯格湖的能量流淌分析，是生态系统能量流淌定量探讨的开创性工作。如图是赛达伯格湖的能量流淌图解(图中数字为能量数值，单位是J·cm－2·a－1)。下列关于该生态系统能量利用和传递特征的叙述，错误的是()A．太阳能被生态系统固定的效率小于0.1%B．流经生态系统的总能量为464.6J·cm－2·a－1C．呼吸作用消耗能量的比例随养分级的提高而降低D．相邻养分级之间的能量传递效率范围是13%～20%C[生产者固定的太阳能为464.6J·cm－2·a－1，占太阳辐射能量497693.2J·cm－2·a－1的0.093%，A正确；流经生态系统的总能量为生产者固定的太阳能，B正确；生产者呼吸消耗的能量比例为96.3/464.6×100%＝20.7%，植食动物呼吸消耗的能量比例为18.8/62.8×100%＝29.9%，C错误；生产者到植食动物的能量传递效率为62.8/464.6×100%＝13.5%，植食动物到肉食动物的能量传递效率为12.6/62.8×100%＝20%，D正确。]2．(多选)(2024·河北选择性考试模拟)野生动物园圈养草食性动物产生的大量粪便，可以用粪食性金龟进行处理。下列叙述错误的是()A．粪便的气味吸引粪食性金龟属于化学信息传递B．金龟的食物来自于草食性动物，处于生态系统的第三养分级C．金龟生命活动所需的能量来源于草食性动物同化的能量D．金龟的活动促进了养分物质的循环，提高了能量传递效率BCD[A、生物在生命活动过程中产生的可以传递信息的化学物质，如植物的生物碱、有机酸等代谢产物，以及动物的性外激素等，属于化学信息，因此粪便的气味吸引粪食性金龟属于化学信息传递，A正确；B、植物属于第一养分级，草食性动物是其次养分级，粪食性金龟以草食性动物的粪便为食，属