届一轮复习人教版 第40讲 生态系统的能量流动与物质循环 教案docx.docx
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届一轮复习人教版第40讲生态系统的能量流动与物质循环教案docx
第40讲 生态系统的能量流动与物质循环
考纲要求
考情分析
命题趋势
1．生态系统中物质循环和能量流动的基本规律及应用（Ⅱ）
2016，全国卷Ⅰ，5T 2016，全国卷Ⅲ，5T,31T
2016，天津卷，3T2016，四川卷，9T
2015，福建卷，4T2015，海南卷，25T
2015，全国卷Ⅱ，31T
能量流动是高考中对生态系统功能进行考查时的常考点，具有一定的难度，非选择题中出现较多，主要考查理解能力和识图分析能力，常和生态系统的结构及物质循环综合考查
物质循环多以示意图的形式结合食物网进行命题。
在全球减排、发展低碳经济的背景下，与碳循环相关知识会成为高考热点
分值：
2～11分
考点一 能量流动
1．概念：
生态系统中能量的__输入__、传递、转化和__散失__的过程。
2．过程
（1）能量的输入
（2）
答案 生产者 初级消费者 分解者
（3）能量的转化和散失
太阳能
有机物中的__化学能__
3．能量流动的特点
（1）__单向流动__：
能量只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面的各个营养级，不可逆转，也不可循环流动。
（2）逐级递减：
能量在相邻两个营养级间的传递效率大约是__10%～20%__。
4．研究能量流动的实践意义
（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动关系，使能量持续高效地流向__对人类最有益__的部分。
1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
（1）流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能。
（ × ）
（2）流经第二营养级的总能量指次级消费者摄入体内的能量。
（ × ）
（3）多吃肉食比多吃素食消耗的粮食总量更多。
（ √ ）
（4）稻田生态系统中，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。
（ × ）
（5）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．下图表示生态系统中处于第二营养级的生物其能量流动的过程图解，有关叙述正确的是（ A ）
A．图中粪便量属于生产者经光合作用所固定的太阳能
B．呼吸作用以热能形式散失的能量占同化量的比例较小
C．流入下一个营养级的能量占摄入量的10%～20%
D．从图示可知，能量在营养级之间不具有单向流动的特点
解析 呼吸作用以热量形式散失的能量占同化量的比例较大；流入下一个营养级的能量占同化量的10%～20%，不是摄入量；从图示可知，能量在营养级之间具有单向流动的特点。
3．如图表示某生态系统的能量锥体图，P为生产者，Q1为初级消费者，Q2为次级消费者。
对图中的各营养级所含有的能量进行分类剖析，其中分析正确的是（ C ）
（注：
图中a、a1、a2表示上一年留下来的能量，e、e1、e2表示呼吸消耗量。
）
A．a＋b＋c＋d＋e为本年度流入该生态系统的总能量
B．c1表示次级消费者中被三级消费者同化的能量
C．初级消费者产生的粪便中所含的能量包含在b或d中
D．c和e之一可代表生产者传递给分解者的能量
解析 结合图形分析知，b＋c＋d＋e为本年度植物光合作用利用的太阳能（固定的能量），即流入该生态系统的总能量，A项错误；c1代表初级消费者流入次级消费者的能量，即被次级消费者同化的能量，B项错误；初级消费者产生的粪便中所含的能量属于生产者同化的能量，应包含在b或d中，C项正确；b和d可代表生产者传递给分解者的能量和未被利用的能量，D项错误。
一 能量流动的过程及特点分析
1．每一营养级的能量来源与去路分析
（1）消费者摄入能量（a）＝消费者同化能量（b）＋粪便中能量（c），即动物粪便中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）消费者同化能量（b）＝呼吸消耗（d）＋用于生长、发育和繁殖（e）。
（3）生长、发育和繁殖（e）＝分解者利用（g）＋下一营养级同化（i）＋未被利用（j）。
（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形式被储存起来的能量。
2．能量流动的特点及其原因
（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。
3．三类生态金字塔
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
特点
正金字塔形，即能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性
一般为正金字塔形，但可能出现“倒置”，如“树→昆虫→鸟”
一般为正金字塔形，即一般生物有机物的总质量沿食物链升高逐级递减
[例1]如图为人工鱼塘生态系统中能量流动图解部分示意图（字母表示能量的多少），相关叙述错误的是（ B ）
A．第一营养级与第二营养级之间的能量传递效率为c/a×100%
B．第二营养级粪便中的能量属于c中的部分能量
C．流经该生态系统的总能量a大于生产者所固定的太阳能
D．图中d表示第二营养级用于生长发育和繁殖的能量
解析 第一营养级与第二营养级之间的能量传递效率＝
×100%＝c/a×100%，A项正确；第二营养级粪便中的能量是其未同化的能量，仍属于其上一营养级，因此第二营养级粪便中的能量属于a中的部分能量，B项错误；流经该生态系统的总能量＝生产者固定的太阳能＋人工投入的有机物中的化学能，C项正确；由以上分析可知，图中d表示第二营养级用于生长发育和繁殖的能量，D项正确。
二 能量流动过程中的相关计算
1．能量传递效率的计算
（1）相邻营养级的能量传递效率：
10%～20%。
计算方法如下：
能量传递效率＝
×100%
2．能量流动的最值计算规律
（1）设食物链A→B→C→D，分情况讨论（如下表）：
①能量传递效率未知时：
已知
问题
思路求解
D净增重M
至少需要A的量Y
Y÷（20%）3＝M
最多需要A的量Y
Y÷（10%）3＝M
A净增量N
D最多增重的量Y
N（20%）3＝Y
D至少增重的量Y
N（10%）3＝Y
②已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算。
例如，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D获得的能量为M×a%×b%×c%。
（2）在食物网中分析
在解决有关能量传递的计算问题时，需要确定相关的食物链，能量传递效率约为10%～20%，一般从两个方面考虑：
[例2]如图是某生态系统的能量流动图解，图中数值的单位为kJ，请分析并回答下列问题。
（1）该生态系统的结构包括__生态系统的组成成分和营养结构（或食物链、食物网）__。
（2）生态系统的能量流动指能量的__输入__、__传递__、转化、散失过程；第二营养级流入分解者的能量是__1_100__kJ。
（3）能量流动逐级递减的原因有：
①各营养级生物体内的大量能量被__呼吸作用消耗__；②上一营养级的部分能量__未被下一营养级利用__；③还有少量能量被__分解者__利用。
（4）该生态系统还处于发展阶段，从能量输入与输出的角度考虑，该生态系统的能量输入__大于__（填“大于”“等于”或“小于”）输出。
（5）如图所示是该生态系统的食物网，若E种群的总能量为5．8×109kJ，B种群的总能量为1．6×108kJ，从理论上分析，A种群获得的总能量最多是__2×108__kJ。
三 利用“拼图法”解决能量的流动
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），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，包括现存的植物体中的能量（B1）、流向分解者的能量（C1）、流向下一营养级的能量（D1）。
如下图所示：
关于该图的两点说明：
（1）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A2＋B2＋C2＋D2，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A1＋B1＋C1＋D1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）。
（2）能量传递效率不会是100%。
由图可以看出，第一营养级到第二营养级能量的传递效率为D1/W1×100%，一般情况下，能量在相邻两个营养级间的传递效率为10%～20%。
[例3]某同学绘制了如图所示的能量流动图解（其中W1为生产者固定的太阳能），下列叙述中不正确的是（ C ）
A．生产者固定的总能量可表示为（A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2）
B．由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为D1/W1×100%
C．流入初级消费者体内的能量可表示为（A2＋B2＋C2）
D．图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减
解析 生产者固定的总能量可表示为（A1＋B1＋C1＋D1），A1表示呼吸作用消耗的能量，B1表示未被利用的能量，C1表示流向分解者的能量，而D1＝A2＋B2＋C2＋D2是流入下一营养级的能量，A项正确；第一营养级到第二营养级的能量传递效率为D1/W1×100%，B项正确；流入初级消费者的能量为D1＝（A2＋B2＋C2＋D2），C项错误；图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减，单向流动表示能量沿着食物链向高营养级传递，而不能反过来流动，逐级递减表示前一营养级生物所包含的能量只有10%～20%能够传给下一营养级生物，D项正确。
生态系统的能量流动中的几点误区
（1）误区1：
生产者固定的能量只能是光能。
由于生产者固定能量的方式有光合作用和化能合成作用，光合作用利用的能量是光能，但化能合成作用利用的是化学能，所以生产者固定的能量是光能或化学能。
（2）误区2：
生物数量金字塔与能量金字塔完全一致。
能量金字塔体现的是每个营养级所含总能量的关系，而生物数量金字塔体现的是营养级与个体数量的关系，所以生物数量金字塔有时会出现倒置的现象。
（3）误区3：
能量传递效率＝能量利用率。
能量传递效率体现的是能量流动过程中所遵循的客观规律，不能随意改变；但能量利用率可以人为改变，例如充分利用作物秸秆就可以提高能量利用率。
[例1]（2015·福建卷）如图为某人工鱼塘食物网及其能量传递示意图（图中数字为能量数值，单位是J·m－2·a－1）。
下列叙述正确的是（ ）
A．该食物网中最高营养级为第六营养级
B．该食物网中第一到第二营养级的能量传递效率为25%
C．太阳鱼呼吸作用消耗的能量为1357J·m－2·a－1
D．该食物网中的生物与无机环境共同构成一个生态系统
[答题送检]来自阅卷名师报告
错误
致错原因
扣分
A
考生对食物网相关知识掌握不到位，将“可用的太阳辐射”看作第一营养级
－6
C
考生没有读懂能量传递示意图，不清楚呼吸消耗的能量是指哪部分能量
－6
D
考生读图时没有注意图中不包含分解者
－6
[解析]该食物网中最长的食物链为浮游植物→浮游动物→幽蚊幼虫→太阳鱼→鲈鱼，最高营养级鲈鱼为第五营养级，A项错误；第二营养级同化量为3780＋4200＝7980J·m－2·a－1，第一营养级同化量为31920J·m－2·a－1，第一到第二营养级的能量传递效率为7980÷31920×100%＝25%，B项正确；太阳鱼的同化量一部分被自身呼吸作用消耗，其余用于自身生长、发育和繁殖，而后者中又有一部分流向下一营养级，一部分被分解者分解消耗，一部分未被利用，C项错误；一个完整的生态系统除了包括非生物的物质和能量（无机环境）、生产者、消费者之外，还包括分解者，而食物网中只包括生产者和消费者，D项错误。
[规范答题]B（6分）
1．图1为某池塘生态系统的能量金字塔简图，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的营养级，m1、m2代表不同的能量形式。
图2表示能量流经该生态系统某一营养级的变化示意图，其中a～g表示能量值的多少。
请据图回答：
（1）图2中，若A表示图1中营养级Ⅱ所摄入的全部能量，则B表示营养级Ⅱ同化的能量，C表示__营养级Ⅱ用于生长、发育和繁殖的能量__。
若图1中营养级Ⅰ所固定的太阳能总量为y，营养级Ⅰ、Ⅱ间的能量传递效率是__b/y[或（d＋e）/y]__（用图中所给字母的表达式表示）。
（2）若图1中营养级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各有一种生物甲、乙、丙，构成食物关系如图3。
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AkJ，至少需要消耗甲的能量是！
！
！
###kJ。
（3）除图1中所示的生物类群，该生态系统的生物组成成分还应有__分解者__才能保证其物质循环的正常进行。
解析
（1）B表示图1中营养级Ⅱ同化的能量，扣除d呼吸作用以热能形式散失的能量，剩余的C为营养级Ⅱ用于生长、发育和繁殖的能量；营养级Ⅰ、Ⅱ间的能量传递效率应用营养级Ⅱ的同化量B具体值b（或表示为d＋e）比上营养级Ⅰ固定的太阳能总量，即b/y×100%或（d＋e）/y×100%。
（2）计算时应按能量传递效率的最大值20%计算：
A＝甲·20%×（1－x）×20%＋甲·20%·x，解得甲＝
。
（3）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的营养级，即它们是生产者和消费者，要想保证其物质循环正常进行还应有分解者。
考点二 物质循环
1．物质循环概
念的理解
2．碳循环
3．物质循环与能量流动的关系
（1）两者是__同时进行__的，彼此相互依存，不可分割。
（2）物质作为能量的__载体__，使能量沿着__食物链（网）__流动；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往返。
4．温室效应
（1）形成原因：
大量化石燃料的燃烧，大气中的__CO2__含量迅速增加，打破了生物圈中碳循环的平衡。
（2）影响：
导致__气温升高__，加快极地和高山冰川的融化，导致海平面上升，进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁。
能量流动和物质循环的区别与联系
项目
能量流动
物质循环
形式
光能→化学能→热能
（一般形式）
以化学元素形式流动
过程
沿食物链（网）
单向流动
在无机环境和生物
群落间往复循环
范围
生态系统各营养级
全球性
特点
单向流动，逐级递减
反复出现，循环流动
联系
①能量的固定、转移、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
1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
（1）参与循环的物质是组成生物体的各种化合物。
（ × ）
（2）碳循环在生物群落内部是以CO2的形式进行的。
（ × ）
（3）生态系统的物质循环和能量流动有其自身的运动规律。
（ √ ）
（4）植物可通过呼吸作用和光合作用参与生态系统的碳循环。
（ √ ）
（5）碳循环的进行伴随着能量流动，但由于生物体不能在代谢中利用热能，所以能量流动具有逐级递减的特点。
（ √ ）
（6）由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。
（ √ ）
2．在一般情况下，下列关于生态系统中物质循环的主要渠道的图解，正确的是（ A ）
解析 本题考查生态系统的物质循环。
由于生产者和分解者接通了生物群落与无机环境的通道，生产者通过光合作用或化能合成作用，利用光能或氧化无机物释放的能量，将无机物合成为有机物，这样无机环境中的物质进入生物群落，流经各级消费者，最后被分解者分解，又将有机物转化成无机物归还无机环境。
3．如图是我国北方处于平衡状态的某森林生态系统的碳循环示意图，其中箭头表示碳的传递方向，字母表示碳传递途径。
则下列叙述错误的是（ D ）
A．碳从植物体流入动物体的主要形式是有机物
B．a途径是通过光合作用实现的，b、d、g途径是通过细胞呼吸实现的
C．碳在生物群落与无机环境之间的循环主要以二氧化碳的形式进行
D．如果图中的字母表示碳元素传递的数量，植物正常生长，则夏季a、b、c、e之间的关系可表示为a＝b＋c＋e
解析 植物正常生长，应有未利用部分的能量，则a>b＋c＋e。
巧辨图形判断参与碳循环的4种成分
（1）图1——先根据双向箭头确定A和B应为生产者和非生物的物质和能量，不能写“无机环境”，也不能写“生物类别”，再根据A→D、C→D，确定D为分解者，C为消费者。
（2）图2——根据A与C之间是双向箭头判断A和C一个是生产者，一个是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A是生产者，B是初级消费者，C是非生物的物质和能量，D是次级消费者，E是分解者。
（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。
整个图解中，食物链是E→F→D→B。
一 碳循环过程及特点
1．碳进入生物群落的途径：
生产者的光合作用和化能合成作用。
2．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。
（3）化学燃料的燃烧。
3．分析温室效应产生的原因
（1）化学燃料的大量燃烧，产生了大量CO2。
（2）植被破坏，降低了对大气中CO2的调节能力。
[例1]下图表示生物圈中碳元素的循环过程，其中A、B、C表示生态系统的不同成分，下列叙述中正确的是（ D ）
A．③过程代表绿色植物的光合作用
B．A、B分别代表消费者和生产者
C．⑦是温室效应的主要原因
D．疏松土壤可能加快⑤过程
解析 ③过程代表生产者的呼吸作用；A是分解者，B是生产者；温室效应形成的主要原因是⑥化石燃料的燃烧；疏松土壤可增加土壤中O2，促进微生物的呼吸作用。
二 物质循环与能量流动关系分析
项目
能量流动
物质循环
形式
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
生态系统中的各营养级
生物圈（全球性）
联系
同时进行，相互依存，不可分割：
①能量的输入、传递、转化和散失，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循环往复的动力
图示
[例2]分析以下生态系统的能量流动和物质循环的关系简图，不能得到的结论是（ C ）
A．物质作为能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动
B．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往返
C．能量①②③④的总和便是生产者所固定的太阳能总量
D．碳在生物群落和无机环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的
解析 生产者所固定的太阳能总量是指生产者总的同化量，①②③④的总和小于生产者所固定的太阳能总量。
[例1]（2014·山东卷）6月8日是世界海洋日。
海洋是生物圈的重要组成部分，与人类的生存和发展息息相关。
（1）根据图甲分析，要获得最大持续捕捞量，捕捞后大黄鱼种群数量应处于__________点。
用标志重捕法调查大黄鱼种群密度时，若标记个体更易于被捕食，则种群密度的估计值________（填“偏高”“偏低”或“不变”）。
（2）海洋鱼类生活在不同的水层，这体现了生物群落的________结构。
新建码头的桩柱表面很快被细菌附着，随后依次出现硅藻、藤壶、牡蛎等，该过程称为__________。
（3）图乙表示某海域能量流动简图，A、B、C、D表示生态系统的组成成分。
图中__________和__________（填字母）在碳循环过程中起着关键作用；能量在第一营养级和第二营养级之间的传递效率为__________。
[答题送检]来自阅卷名师报告
错误
致错原因
扣分
（1）
考生审题没有关注题中的关键词“最大持续捕捞量”
－2
（2）
考生答题不规范，不能准确书写专业术语
－2
（3）
考生不能准确解读图乙，无法正确判断营养级
－2
[解析]
（1）种群中有益动物的开发和利用，为了能获得最大持续捕捞量，应在种群数量大于K/2时进行捕获，并使捕获后种群的数量保持在K/2，此时种群增长速率最大，资源再生能力最强。
用标志重捕法调查动物的种群密度时，根据公式：
种群中的个体总数N＝初次捕获个体数M×重捕个体总数n/重捕中被标记的个体数m＝Mn/m，由于标记个体更易于被捕食，直接影响是种群中标记的个体减少，从而导致重捕个体中被标记的个体数减少，即m值减小，而对M和n无影响，因此N值增大，即种群密度的估计值偏大。
（2）群落中各种生物在垂直方向上明显的分层形成群落的垂直结构。
新建码头的桩柱表面很快被细菌附着，随后依次出现硅藻、藤壶、牡蛎等，是群落演替中的初生演替。
（3）从图中能量流动来看，生物A通过固定太阳能获得能量，因此A为该生态系统中的生产者，是能量流动的起点。
整个生物部分最终都流向B，说明B为分解者，C、D为消费者。
连接生物部分与非生物部分的主要生物成分是生产者和分解者。
在食物链A→D→C中，第一营养级为A，第二营养级为D，由此能量在第一营养级和第二营养级之间的传递效率为（1．5×106）/（7．5×106）×100%＝20%。
[规范答题]（除注明外，每空1分）
（1）b（2分） 偏高（2分）
（2）垂直 （群落的）演替（或初生演替）
（3）A B（两空可颠倒） 20%（2分）
1．图1为碳循环示意图，图2为某一食物网示意图，请据图回答问题：
（1）通过过程①，碳由无机环境中的__二氧化碳（CO2）__转变成绿色植物（如玉米）中的__有机物__。
（2）一般图1过程②越复杂，则该生态系统的恢复力稳定性越__低__。
设过程②代表的生物之间有如图2所示的关系，若E种群的能量为5．8×109kJ，B种群的能量为1．3×108kJ，D种群的能量为1．5×108kJ，能量传递效率为10%，则A种群的能量是__3．0×107__kJ。
（3）过程④表示__分解者的分解__作用，参与过程④的生物与同区域中的动植物等其他生物共同构成了__生物群落__。
（4）由图1可知，碳循环的特点是__循环往复、具全球性__，伴随着物质循环进行的能量流动具有的特点是__单向流动、逐级递减__。
解析
（1）过程①表示绿色植物通过光合作用将空气中的二氧化碳和水转变为储存能量的有机物并释放出氧气的过程。
（2）②是捕食关系，构成了生态系统的营养结构，即食物链和食物网。
动植物种类越多，营养结构越复杂，生态系统的恢复力稳定性越低。
根据图2中的食物关系可知，E是生产者，其余生物是消费者。
分析可得，A种群的能量是（5．8×109×10%－1．3×108－1．5×108）×10%＝3．0×107kJ。
（3）图中④表示分解作用；参与过程④的生物是微生物（分解者），与同区域中的动植物共同构成了生物群落。
（4）由图1可知，碳循环在大气圈、水圈、岩石圈和生物群落之间循环，其特点是循环往复，具全球性；而能量流动具有
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