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1、【创新方案】2014年高考生物一轮复习 第十八章 第二讲 生态系统的能量流动和物质循环训练 新人教版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
2、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。一、生态系统的能量流动1概念理解太阳能有机物中化学能热能2过程图解某一营养级能量的摄入量、同化量和粪便量之间有怎样的关系？提示：摄入量同化量粪便量。3能量流动的特点和意义判断正误(1)生态系统中的能量流动是单向的，且是逐级递减的。()(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)能量金字塔可以出现倒置现象。()(4)研究能量流动，可合理设计人工生态系统，高效利用能量。()(5)研究能量流动，可调整
3、能量流动关系，使生产者固定的能量全部流向人类。()二、生态系统的物质循环1碳循环过程图中光合作用；呼吸作用；摄食；呼吸作用；燃烧；分解作用。大气中CO2进入生物群落的途径有哪些？提示：大气中CO2 主要通过光合作用进入生物群落，除此之外还可通过化能合成作用进入生物群落。2物质循环及其与能量流动的关系判断正误(1)参与循环的物质是组成生物体的各种化合物。()(2)物质循环的范围是生物圈。()(3)碳循环在生物群落和无机环境之间主要以有机物形式循环。()(4)化学燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因。()(5)物质和能量都是往复循环，重复利用的。()(6)物质循环是能量流动的载体，能量流动是物质
4、循环的动力。()知识体系构建生态系统的能量流动分析(1)2010海南卷T23(1)驱动整个生态系统运转的能量主要来源于绿色植物固定的太阳能。()(2)2012安徽卷T30(3)田鼠和鼬都是恒温动物，同化的能量中一部分用于生长、发育、繁殖等生命活动，其余在呼吸作用中以热能形式散失。()(3)(2008广东卷T15A)生产者是生态系统的重要组成部分，都位于能量金字塔同一营养级。()(4)(2009江苏卷T17A)虎等大型肉食动物容易成为濒危物种适宜用生态系统中能量流动规律进行合理分析。()(5)(2010江苏卷T11B)直接以低营养级的生物为食将消耗生态系统更多的能量。()(6)2012四川卷T3
5、1(3)若在农田周围合理植树，可控制鼠害，从而帮助人们合理地调整该生态系统中的能量流动关系，使人们从中更多获益。()1能量在流经每一营养级时的分流问题分析(1)能量来源分析：生产者的能量来自太阳能；各级消费者的能量一般来自上一个营养级(同化量摄入量粪便中所含能量)。(2)能量去路分析：每个营养级生物呼吸作用的能量一部分用于生命活动，另一部分以热能形式散失。每个营养级生物一部分能量流到下一个营养级中。每个营养级生物的遗体、粪便、残枝败叶中的能量被分解者分解而释放出来。未利用能量(最终被分解者利用，因此，也可归为)。2流动特点的原因分析(1)单向流动：能量流动是沿食物链进行的，食物链中各营养级之间
6、的捕食关系是长期自然选择的结果，是不可逆转的。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：各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。各营养级的能量有多个流动去向，不可能100%地流入到下一个营养级中。(3)能量传递效率：能量传递效率100%一般说来，能量传递的平均效率大约为10%20%。3三种生态金字塔的比较能量金字塔数量金字塔生物量金字塔形状特点一定为正金字塔形一般为正金字塔形，有时会出现倒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量(现存生物有机物的总质量
7、)沿食物链升高逐级递减每一阶含义食物链中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(一定正立)树昆虫鸟人工养殖的鱼塘中，生产者的生物量可以小于消费者的生物量高考地位近几年高考对本考点考查频率较高，属高考重点，主要考查能量流动特点、传递效率计算等命题角度(1)能量流动过程分析，如典例1；(2)能量流动特点及计算，如典例2。典例1下图表示在某生态系统中，能量流经第二营养级的示意图。对该图分析不合理的是()A能量流动是伴随着物质利用而进行的B图中甲为初级消费者同化的能量，即第二营养级所含有的能量C该图不够完善，缺少甲中因呼吸以热能散失的能量D乙比甲的能量
8、少的原因是甲的遗体、残骸中的能量被分解者利用而未传递下去解析选D由图可知，甲为初级消费者同化的能量，即第二营养级所含有的能量；乙为初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量，即第二营养级所含的能量减去因呼吸以热能形式散失的能量之后而剩余的能量，该部分的能量最终将有两个去向，一是遗体、残骸中的能量被分解者利用，二是被次级消费者摄入。乙和甲处于同一个营养级，乙比甲的能量少的原因是呼吸作用消耗。典例2(2013杭州模拟)某一生态系统中，已知一只鹰增重2 kg 要吃10 kg小鸟，小鸟增重0.25 kg要吃2 kg昆虫，而昆虫增重100 kg要吃1 000 kg绿色植物。在此食物链中这只鹰对绿色植物的能量利
9、用百分率为()A0.05%B0.5%C0.25% D0.025%解析选C据该生态系统的能量传递效率可知，鹰增重1 kg需要小鸟5 kg，需要昆虫为(5/0.25)240 kg，最终需要绿色植物400 kg，因此鹰对绿色植物的能量利用百分率为1/4000.25%。生态系统的物质循环(1)2010海南卷T23(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。()(2)2010海南卷T23(2)分解者通过有氧呼吸和无氧呼吸的方式将有机物分解成CO2等释放到无机环境中。()(3)(2010全国卷T3D)植物可通过呼吸作用和光合作用参与生态系统的碳循环。()(4)2010广东卷T26(4)由
10、于过度的人工碳排放，破坏了生态系统的碳平衡，导致大气中二氧化碳浓度增加并引起全球气候变化。()(5)(2013桐城模拟)生态系统中的能量可驱动物质循环。()1物质循环分析范围生物圈(全球)物质对象组成生物体的化学元素形式生物群落与无机环境间：无机物生物群落内：有机物动力能量重要生物类群生产者：物质、能量输入分解者：物质、能量输出特点全球性、循环性2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)碳返回无机环境的途径(3)温室效应的产生原因：化学燃料的大量燃烧，产生大量CO2。植被破坏，降低了对大气中CO2的调节能力。3物质循环与能量流动的关系项目能量流动物质循环形式
11、主要以有机物为载体无机物、有机物特点单向流动，逐级递减循环往复范围生态系统的各营养级生物圈(全球性)联系同时进行，相互依存，不可分割：能量的固定、储存、转移和释放，离不开物质的合成和分解；物质是能量沿食物链(网)流动的载体；能量是物质在生态系统中循环往复的动力高考地位近几年高考对本考点的涉及较少，但题目的命制常与细胞代谢、能量流动及低碳经济等社会热点问题相联系进行考查命题角度(1)碳循环过程和温室效应，如典例3；(2)物质循环原理的应用，如典例4。典例3(2013大连双基测试)如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增多是温室效应产生的主要原因
12、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可以来自细胞呼吸解析选A温室效应产生的主要原因是化学燃料的大量燃烧，而是分解者的呼吸作用；该图表示生态系统中碳循环的部分过程，故箭头可以表示碳元素的循环方向；分析题图可知，甲是生产者，乙是初级消费者，两者的种间关系需要通过信息传递进行调节；细胞呼吸产生的CO2能释放到无机环境中。典例4建设生态农业时巧设、增设食物链的目的不包括()A努力实现物质的分层次多级利用B减轻对环境的污染，提高抵抗力稳定性C加强生物防治，控制有害生物的危害D实现物质和能量的循环，使废物资源化解析：选D生态农业建设实现了能量的多
13、级利用，而不能实现能量的循环利用。实验平台一、实验原理(1)土壤中存在种类、数目繁多的细菌、真菌等微生物，它们在生态系统中的成分为分解者。(2)分解者的作用是将环境中的有机物分解为无机物，其分解速率与环境中的温度、水分等生态因子有关。二、实验流程案例1案例2实验假设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是否含有微生物实验现象在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组AA1不变蓝A2产生砖红色沉淀BB1变蓝B2不变色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
14、能分解淀粉高考实验对接技法平台 典例(1)在右图所示食物网中，E是生产者，共含有7.1109 kJ的能量，B生物种群总能量为2.3108 kJ，从理论上计算A最多获得的能量是()A2.84108 kJB2.38108 kJC1.41109 kJ D3.05108 kJ(2)在右图所示的食物网中，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，最少需要消耗植物()A600 g B900 gC1 600 g D5 600 g(3)某同学绘制了下图所示的能量流动图解，下列叙述不正确的是()A生产者固定的总能量可表示为(A1B1C1A2B2C2D2)B
15、由生产者到初级消费者的能量传递效率为D1/W1C初级消费者摄入的能量为(A2B2C2D2)DW1D1D2解析(1)解题流程如下：(2)设最少需消耗植物量为x g则有：x20(20%)220(20%)220(20%)3900 (g)(3)由图可知，W1为生产者固定的太阳能，W1A1B1C1D1；D1为初级消费者同化的能量，D1A2B2C2D2。答案(1)B(2)B(3)C1能量传递效率相关计算中的注意事项(1)流入各级消费者的总能量指的是该级消费者同化的总能量，消费者粪便中所含有的能量不能计入其同化的总能量中。因此，同化量摄入量粪便中的能量。(2)能量传递效率某一个营养级的同化量/上一个营养级的
16、同化量。(3)计算某一生物所获得的最多(最少)的能量规律(设食物链为ABCD)：已知问题求解思路D营养级净增重M至少需要A营养级多少(设为N)NM(20%)3最多需要A营养级多少(设为N)NM(10%)3A营养级净增重ND营养级最多增重多少(设为M)MN(20%)3D营养级至少增重多少(设为M)MN(10%)3(4)涉及多条食物链的能量流动计算时，若根据要求只能选择食物网中的一条食物链，计算某一生物获得的最多(或最少)的能量。其规律如下：生产者消费者2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)，被分解为两部分：一部分在生产者的呼吸作用中以热能
17、的形式散失了(A1)，一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖(B1C1D1)。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，所有生物总能量之和都小于W1(呼吸作用消耗的缘故)。高考随堂体验一、选择题(每小题5分，共60分)1(2012海南高考)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
18、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解析：选D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；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；能量通过光合作用进入生态系统，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，而输入该生态系统的总能量是生产者甲固定的太阳能总量，故甲、乙和分解者贮存能量之和小于输入该生态系统的总能量。2(2010山东高考)以下表示动物利用食物的过程： 正确的分析是()A恒温动物的/值
19、一般高于变温动物B哺乳动物的/值一般为10%20%C提高圈养动物生长量一般需提高/值D食肉哺乳动物的/值一般低于食草哺乳动物解析：选C恒温动物需要消耗更多的能量维持体温，所以有机物的积累量()较少，其/一般低于变温动物。哺乳动物与其食物之间的能量传递效率应为：/(未获取量)。肉食动物与草食动物的/大小无法比较。/越高，说明有更多的食入量转变成饲养动物的同化量，有利于提高动物的生长量。3(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/(hm2a)。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2.4510111.0
20、51097.501087.151082.441072.251072.18107(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1hm2范围内，第一次捕获标记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形式散失。解析：(1)能量从田鼠传递到鼬的效率是(2.25107)(7.50108)3%。(2)40301580只/hm2，该种群密度是80只/hm2。若标记的田鼠有部分被鼬捕食，则
21、会导致种群密度估算结果偏高。(3)田鼠和鼬都是恒温动物，同化的能量中只有3%5%用于生长、发育、繁殖等生命活动，其余在呼吸作用中以热能的形式散失。答案：(1)3%(2)80只/hm2偏高(3)生长、发育、繁殖等生命活动4(2010海南高考)请回答：(1)碳在生物群落与无机环境之间的循环主要以_的形式进行。驱动整个生态系统运转的能量主要来源于_的太阳能。(2)分解者通过_和_的方式将有机物分解成CO2等释放到无机环境中。(3)右图所示的食物网中共有_条食物链，其中初级消费者是_。(4)如果环境中的某种有毒物质在生物体内既不能分解，也不能排出体外，则该物质经_的传递后，便可在不同的生物体内积累。因此，通常生物所在的_越高，该有毒物质在其体内的积累量越大。解析：(1)生态系统运转的能量主要来源于绿色植物固定的太阳能。(2)分解者通过分解作用将有机物分解成无机物，这里有两个空，就具体写有氧呼吸、无氧呼吸。(3)食物链的起点是生产者，终点是最高级别的消费者，图中有3条食物链；要分别考虑各条食物链中的初级消费者(第二营养级)。(4)有毒物质可通过生物富集作用沿食物链逐级增加，营养级越高，含有的有毒物质越多。答案：CO2绿色植物固定(或光合作用固定)(2)有氧呼吸无氧呼吸(或发酵)(3)3兔和鼠(4)食物链营养级13