高考生物一轮 24 生态系统的功能 能量流动和物质循环 新人教版必修3Word文件下载.docx
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4．与能量流动的关系：
二者同时进行，相互依存，不可分割
5．意义
通过能量流动和物质循环使生态系统中的
________紧密地联系在一起，形成一个统一整体
议一议：
就能量和物质而言生物圈可否保障“自给自足”？
为什么？
能量流动过程图解（以初级消费者为例）
上述图解中存在如下三种关系：
（1）同化量＝摄入量－粪便
（2）同化量＝呼吸散失量＋储存量
（3）粪便实际上是上一营养级的未被利用的成分，通过分解者将其分解。
判一判
1．生态系统的能量流动指能量的输入和输出过程（ ）。
2．流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能（ ）。
3．生态系统中的能量流动是单向的，且是逐级递减的（ ）。
4．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%（ ）。
5．研究能量流动，可合理设计人工生态系统，高效利用能量（ ）。
6．研究能量流动，可调整能量流动关系，使生产者固定的能量全部流向人类（ ）。
7．参与循环的物质是组成生物体的各种化合物（ ）。
8．物质和能量都是往复循环，重复利用的（ ）。
9．物质是能量流动的载体，能量流动是物质循环的动力（ ）。
10．化学燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因（ ）。
自我校对：
①输入 ②传递 ③转化 ④散失 ⑤光合作用 ⑥生产者 ⑦食物链 ⑧分解者 ⑨单向流动
逆转 ⑪循环流动 ⑫逐级递减 ⑬由低到高 ⑭人工生态系统 ⑮最有效 ⑯调整 ⑰持续高效 ⑱全球性 ⑲循环流动 ⑳CO2
CO2
有机物
食物链或食物网
CO2
碳循环
融化
上升
各种组成成分
想一想：
动物粪便应属食物残渣，这是未曾消化吸收的部分，它不属动物的同化量，故动物同化能量中没有随粪便排出的能量。
议一议：
由于能量流动只能是单向的、逐级递减的，流向一个生态系统的能量只能从生产者固定太阳能开始，因此生物圈内的能量无法实现自给自足——它必须依赖生物圈外向其源源不断地输入太阳能。
然而，就物质而言由于物质是可循环流动，反复利用的，故生物圈可实现物质上的自给自足。
判一判：
1.×
2.×
3.√ 4.×
5.√ 6.×
7.×
8.×
9.√ 10.√
生态系统中能量流动分析
1．对能量流动的理解
“能量流动”是生态系统的基本功能之一，能量是维持生态系统存在和发展的动力。
起点
生产者
源头
光能
能量输入
相关生理过程
光合作用、化能合成作用
总能量
生产者固定的太阳能总量
能量的传递
传递形式：
有机物
传递渠道：
沿食物链和食物网
能量的散失
细胞呼吸
形式
热能
能量流动特点
①逐级递减；
②单向流动
2.每一营养级能量来源与去路的分析
（1）能量来源
（2）能量去向：
流入某一营养级（最高营养级除外）的能量去向可从以下两个角度分析：
①定量不定时（能量的最终去路）
②定量定时：
流入某一营养级的一定量的能量在一定时间内的去路可有四条：
a．自身呼吸消耗；
b.流入下一营养级；
c.被分解者分解利用；
d.未被自身呼吸消耗，也未被下一营养级和分解者利用，即“未利用”。
如果是以年为单位研究，这部分的能量将保留到下一年。
3．流动模型——生态金字塔的类型、含义比较
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
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
一般生物有机物的总质量沿食物链升高逐级递减
每一阶含义
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
树―→昆虫―→鸟
极少
4.能量流动特点及原因
（1）单向流动——捕食关系是长期自然选择的结果，不能“逆转”；
散失的热能不能利用，无法“循环”。
（2）逐级递减——自身呼吸消耗＋分解者分解＋未被利用
5．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%。
★★★ 本考点属高考重点与热点之一，对能量流动的考查所涉及的主要内容包括能量流动的特点、相关概念的比较理解（如能量传递效率与能量利用率、同化量与摄入量）、能量传递效率的计算等。
题型既有选择题，也可结合生态系统的结构及物质循环命制非选择题。
【典例1】
（2012·
安徽理综，30Ⅱ）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/（hm2·
a）。
植物
田鼠
鼬
固定的太阳能
摄入量
同化量
呼吸量
2.45×
1011
1.05×
109
7.50×
108
7.15×
2.44×
107
2.25×
2.18×
（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，第一次捕获并标记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的形式散失。
（4）鼬能够依据田鼠留下的气味去猎捕后者，田鼠同样也能够依据鼬的气味或行为躲避猎捕。
可见，信息能够________________，维持生态系统的稳定。
解析 本题主要考查生态系统功能和种群密度调查的相关知识。
（1）分析表中数据，可求得能量从田鼠传递到鼬的效率是（2.25×
）÷
（7.50×
108）×
100%＝3%。
（2）根据标志重捕法调查种群密度的公式计算：
1hm2范围内，田鼠的种群密度为（40×
30）÷
15＝80（只）。
若标记的田鼠有部分被捕食，则重捕时标记的田鼠较未被捕食时少，这样求得的田鼠种群密度会偏高。
（3）田鼠和鼬同化的能量一部分以热能形式散失，另一部分用于自身的生长、发育、繁殖等生命活动。
（4）通过题干所述，可知信息能够调节生物的种间关系，维持生态系统的稳定。
答案
（1）3%
（2）80 偏高 （3）生长、发育、繁殖等生命活动 （4）调节生物的种间关系
公式1：
动物同化的能量＝摄入量－粪便有机物中的能量，即摄入的食物只有部分被同化。
例如蜣螂利用大象的粪便获得能量，就不能说蜣螂获得了大象的能量。
公式2：
一个营养级所同化的能量＝呼吸散失的能量＋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。
【训练1】
（2013·
泰安市期中）一只羊在一年内吃100kg的草，排出20kg的粪，长了10kg的肉（不考虑其他散失），下列有关说法不正确的是（ ）。
A．该羊一年的同化量是80kg
B．第一营养级到第二营养级的能量传递效率为10%
C．20kg的粪属于羊未同化的能量
D．该羊一年的呼吸量是70kg
解析 羊一年的同化量＝摄入量－粪便量＝80（kg）。
粪便是羊未同化的能量。
羊一年的呼吸量＝同化量－有机物积累量＝70（kg）。
题干中未指出草的同化量，故不能计算出第一营养级到第二营养级的能量传递效率。
答案 B
【训练2】
（易错高考题）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④/③值一般高于变温动物
B．哺乳动物的③/①值一般为10%～20%
C．提高圈养动物生长量一般需提高③/②值
D．食肉哺乳动物的③/②值一般低于食草哺乳动物
解析 ④/③的含义是有机物积累量/同化量，在同化量相同的情况下，由于恒温动物要维持自身的体温，所以其体内积累的有机物要少于变温动物，所以恒温动物的④/③值一般低于变温动物；
③/①表示同化量/获取量，而不是能量传递率，能量传递率是后一营养级的同化量与前一营养级的同化量的比值；
③/②表示同化量/食入量，圈养动物一般要求短时间内长大，例如养猪，育肥速度越快越好，同化量高就意味着长得快，这个比值高意味着用同样的饲料能够让圈养的动物长得更多；
食草动物的食物中含有大量纤维素，纤维素绝大部分不能被同化，食肉动物的食物中，营养物质主要是蛋白质、脂肪等，绝大部分都可以被同化，即食肉哺乳动物的③/②值要高于食草动物。
答案 C
碳循环及物质循环和能量流动的关系
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）碳返回无机
环境的途径
（3）温室效应的产生原因：
①化学燃料的大量燃烧，产生大量CO2。
②植被破坏，降低了对大气中CO2的调节能力。
2．物质循环的特点
（1）全球性：
物质循环的范围是生物圈。
（2）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。
3．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
光能―→化学能―→热能（一般形式）
以化学元素形式流动
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
4.能量流动和物质循环的关系图解
★ 高考中对物质循环的考查，可以与光合作用、化能合成作用、细胞呼吸等生理过程结合起来考查，也可以与生态系统结构、能量流动及温室效应和低碳经济等社会热点问题相联系进行综合考查。
【典例2】
（改编题）大气中CO2过多与碳循环失衡有关。
因而“低碳生活”已经获得全社会有识之士的普遍认同。
下列判断不正确的是（ ）。
A．增加自养生物的种类和数量有利于降低大气中的CO2含量
B．大气中CO2的增加主要与异养生物②的数量增加有关
C．该生态系统中的自养生物与所有异养生物构成了生物群落
D．该图能表示物质循环过程，不能准确表示能量流动方向
解析 理清生产者的代谢特征、大气中CO2的主要来源、生物群落的概念是解题的关键。
自养生物可以利用大气中的CO2来制造有机物，使环境中的CO2含量降低。
大气中CO2的增加主要是化学燃料的大量燃烧所引起的，而异养生物数量的增加对大气中CO2浓度的改变不会有很大影响。
自养生物为生产者，异养生物为消费者和分解者，可以构成一个生物群落。
生态系统的能量只能单向传递。
规避2个易错点
易错点1 识图解题时对物质循环的变式图解分析不到位而出错
点 拨
（1）碳循环过程示意图
弄清箭头的方向及代表含义。
（2）将右图换成字母，并尝试判断四种成分（找依据），如下面三种变式图
易错点2 分析能量流动的计算题时，是使用“最值”计算，还是使用“定值”计算，分析不透、把握不准而出错
点 拨 在解决有关能量传递的计算问题时，首先要确定相关的食物链，理清生物在营养级上的差别，能量传递效率为10%～20%，解题时注意题目中是否有“最多”“最少”“至少”等特殊的字眼，从而确定是否使用10%或20%进行“最值”计算。
（1）关于“最值”的计算
①在能量流动的相关问题中，若题干中未作具体说明，则一般认为能量传递的最低效率为10%，最高效率是20%。
②在已知较高营养级生物的能量求较低营养级生物的能量时：
③已知较低营养级生物的能量求较高营养级生物的能量时：
（2）关于“定值”的计算
同一食物链不同环节能量传递效率往往不完全相同，不涉及“最多”、“最少”，计算时不能按10%或20%，而需按具体数值计算，如在食物链A―→B―→C―→D中，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D的能量为M×
a%×
b%×
c%。
纠错演练
1．如图甲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。
现对图中的各营养级所含有的能量进行分类剖析，其中分析不正确的是（注：
图乙中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．b＋c＋d＋e为本年度流入该生态系统的总能量
B．c1表示初级消费者中被次级消费者所同化的能量
C．b和d之一可代表生产者传递给分解者的能量
D．初级消费者产生的粪便中所含的能量是包含在c中的
解析 由图可知，c、c1分别是生产者流入初级消费者、初级消费者流入次级消费者的能量，即初级消费者、次级消费者同化的能量。
b＋c＋d＋e为生产者固定的能量，即本年度流入该生态系统的总能量；
b和d（b1和d1、b2和d2）之一可代表粪便、遗体残骸等传递给分解者的能量；
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。
答案 D
2．如图为一食物网。
若要使丙体重增加x，已知其食用的动物性食物（乙）所占比例为a，则至少需要的生产者（甲）的量为y，那么x与y的关系可表示为（ ）。
A．y＝90ax＋10xB．y＝25ax＋5x
C．y＝20ax＋5xD．y＝10ax＋10x
解析 本题考查与生态系统能量流动有关的计算问题，明确题干中的“至少”和各种食物的比例是正确解题的关键。
由题干中的“至少”可知，应该按最大传递效率20%计算，a表示动物性食物（乙）所占比例，则1－a表示直接从生产者（甲）获得食物所占比例，故有（1－a）x÷
20%＋ax÷
20%÷
20%＝y，即y＝20ax＋5x。
3．在如图所示的食物网中，假如猫头鹰的食物有
来自于兔子，
来自于鼠，
来自于蛇，那么猫头鹰若增加20g体重，最少需要消费植物（ ）。
A．600gB．900gC．1600gD．5600g
解析 通过食物链（植物→兔→猫头鹰），猫头鹰增重20g×
＝8g，最少需要消费植物的量为8g×
5×
5＝200g；
通过食物链（植物→鼠→猫头鹰），猫头鹰增重20g×
5＝200g；
通过食物链（植物→鼠→蛇→猫头鹰），猫头鹰增重20g×
＝4g，最少需要消费植物的量为4g×
5＝500g。
所以合计至少消费植物200g＋200g＋500g＝900g。
生态系统的能量流动
1.（2012·
海南单科，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、乙和分解者所贮存的能量之和是输入该生态系统的总能量
解析 本题考查的是生态系统的结构和功能方面的知识。
甲能固定太阳能，是生产者。
乙以甲为食，是消费者。
该生态系统的能量输出到其他生态系统中，故该生态系统是一个开放的系统。
太阳能必须经过生产者的光合作用（化能合成作用）转化成化学能才能进入生态系统并开始流动。
生态系统的能量可以电能、热能、化学能的形式输出。
生产者所固定的太阳能是流经生态系统的总能量。
2．（2010·
江苏单科，11）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
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。
3．（2012·
四川理综，31Ⅰ）为防治农田鼠害，研究人员选择若干大小相似、开放的大豆田，在边界上每隔一定距离设置适宜高度的模拟树桩，为肉食性猛禽提供栖息场所。
设桩一段时间后，测得大豆田中田鼠种群密度的变化如图所示。
请回答下列问题。
（1）该农田生态系统的主要成分是________，猛禽与田鼠的种间关系是________。
（2）该生态系统中田鼠的种群密度是由______________________决定的；
b点以后田鼠种群密度大幅上升，从田鼠生存环境变化的角度分析，其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）与曲线Ⅱ相比，曲线Ⅰ所示环境中猛禽的密度________。
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________关系，使人们从中更多获益。
解析 本题主要考查种群、群落、生态系统的相关知识。
（1）生态系统的主要成分是生产者，该农田生态系统的生产者主要是大豆。
猛禽以田鼠为食，二者之间是捕食关系。
（2）种群密度的大小是由出生率、死亡率，迁入、迁出决定的；
影响种群密度大小的因素有许多，主要是天敌和食物，由图中信息，b点大豆株冠形成，b点以后田鼠种群密度快速增加，从田鼠生存环境变化的角度分析，其原因之一是田鼠能更好地逃避天敌，由图中信息，大豆开花结实、植株萎蔫两阶段田鼠种群密度分别增大和下降，可推知食物对田鼠种群密度影响较大。
（3）曲线Ⅰ田鼠种群密度低于曲线Ⅱ，可推知曲线Ⅰ所示环境中猛禽密度更大；
在该农田生态系统中可通过合理植树，适量引入田鼠的天敌，从而调整能量流动的关系，使能量最大限度地流向对人类有益的部分。
答案
（1）大豆 捕食
（2）出生率和死亡率、迁入和迁出 株冠形成有利于躲避天敌；
食物增加 （3）更大 能量流动
物质循环与能量流动的综合考查
4.（2010·
广东理综，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/（kgC·
a－1）
碳释放量/（kgC·
A
1.20×
1014
B
1.26×
（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。
解析 本题主要考查生态系统碳循环与气候变化的相关知识，如：
光合作用、呼吸作用、温室效应以及生态系统的稳定性等知识。
（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，CO2的吸收主要依靠光合作用实现，其次还有化能合成作用；
CO2的释放主要依靠呼吸作用实现，其次还有化学燃料的燃烧。
（2）表中A时期碳吸收量等于碳释放量，生态系统维持稳定，而B时期碳吸收量小于碳释放量，生态系统的稳定性遭到破坏。
（3）过度的人工碳排放超过了生态系统的自我调节能力，生态系统的稳定性遭到破坏。
CO2排放的增加导致温室效应，引起全球气候变化。
（4）光合作用的光反应阶段发生在类囊体薄膜上，光合作用的产物是有机物和氧气，其中有机物（葡萄糖）可作为发酵的直接原料。
答案
（1）光合 呼吸
（2）A 碳的释放量等于碳的吸收量 （3）碳循环平衡 CO2浓度 （4）光反应 葡萄糖
（时间：
45分钟）
A级 基础演练
1．（2013·
孝感统考）下列有关生态系统能量流动的叙述正确的是（ ）。
A．生态系统的能量流动是指能量随着物质循环而循环
B．生态系统的能量流动是指生物体内的能量代谢过程
C．生态系统的能量流动是指能量的输入、传递、转化和散失
D．生态系统中初级消费者越多，次级消费者获得的能量越少
解析 生态系统中的能量是单向流动、逐级递减的。
物质循环是能量流动的载体，而能量流动是物质循环的动力，生态系统的能量流动不能随着物质循环而循环。
生态系统的能量流动是指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。
生态系统中初级消费者越多，次级消费者获得的能量也越多。
2．（2013·
宝鸡质检）右图表示某一生态系统的能量金字塔，其Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的营养级，E1、E2代表能量的形式。
下列叙述正确的是（ ）。
A．Ⅰ和Ⅳ是实现物质循环的关键生态成分
B．该图所示的食物网只有1条食物链：
Ⅰ―→Ⅱ―→Ⅲ―→Ⅳ
C．E1表示的能量主要是通过光合作用所输入的能量
D．能量可在食物链中循环利用
解析 图中Ⅰ代表生产者，Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ都代表消费者，实现物质循环的关键生态成分是生产者和分解者，A项错误。
每一营养级的生物种类可能有很多，该图所示的食物网可能由很多条食物链组成，B项错误。
生态系统中能量流动是单向的，能量不能循环利用，D项错误。
3．（2013·
安庆模考）如图所示为某人工松林18年间能量流动情况的调查统计（单位略），有关说法正确的是（ ）。
A．“能量Q”是指生产者固定的太阳能总量
B．无需人工能量投入该松林就可维持其稳定性
C．18年间该松林中分解者获取的总能量是285×
1010
D．动物的存
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