物质和能量生态系统的营养结构

[教材知识问题化梳理]一、生态系统的组成成份(1)无机环境：即非生物的。(2)生物群落：(连线)物质和能量二、生态系统的营养结构(连线)知识点一生态系统的能量流动1.概念生态系统中能量的①、②、③和④的过程2.过程(1)输入途径：主要是生产者的⑤。(2)起点：从⑥固定太阳能开始，总能量为生产者所固定的全部太阳能输入传递转化散失光合作用生产者(3)途径：以有机物形式沿⑦向下一营养级传递；散失的是三大功能类群生物呼吸作用产生的热能食物链（食物网）分解者起点生产者（绿色植物、硝化细菌）源头光能（化学能）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相关生理过程细胞呼吸形式热能能量的转化光能（化学能）→有机物中的化学能→热能能量流动特点①逐级递减；②单向流动能量流动3.特点(1)⑨：沿食物链由低营养级流向高营养级，不可，也不能⑪。(2)⑫(传递效率=下一营养级/上一营养级×100%=10%-20%)原因：a.每个营养级生物都因呼吸作用而散失部分热能b.每个营养级总有部分能量被分解者利用c.每个营养级生物总有一部分能量不能被下一营养级利用单向流动逆转循环流动逐级递减4.意义(1)帮助人们科学规划、设计，使能量得到的利用(2)帮助人们合理地生态系统中的能量流动关系，使能量地流向对人类最有益的部分人工生态系统最有效调整持续高效(1)消费者摄入能量(a)＝消费者同化能量(b)＋粪便中能量(c)，即动物粪便中的能量不属于该营养级同化的能量，应为上一个营养级固定或同化的能量。(2)消费者同化能量(b)＝呼吸消耗(d)＋生长、发育和繁殖(e)(3)生长、发育和繁殖(e)＝分解者分解利用(f)＋下一营养级同化(i)＋未被利用(j)，即消费者同化能量若为两部分之和是b＝d＋e；若为四部分之和是b＝d＋f＋i＋j。（4）生产者的能量来源主要来自太阳能。1．能量流经某一营养级的来源和去向能量金字塔：将单位时间内各个营养级所得到的能量数值绘成图，可形成一个金字塔图形。由低到高能量金字塔数量金字塔生物量金字塔形状特点象征含义每一阶含义项目一般为正金字塔形，有时会出现倒金字塔形每一营养级生物个体的数目生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性正金字塔形食物链中每一营养级生物所含能量的多少类型正金字塔形生物量(现存生物有机物的总质量)沿食物链流动逐级递减每一营养级生物的总生物量1．生态系统成分的误区类型与特例成分理解误区特例生产者所有的植物都是生产者，且生产者都是植物①菟丝子营寄生生活，属于消费者；②硝化细菌等进行化能合成作用的原核生物也属于生产者消费者动物都是消费者秃鹫、蚯蚓、原生动物等以动植物残体为食的腐生动物属于分解者分解者细菌都是分解者硝化细菌和光合细菌是自养型，属于生产者；寄生细菌属于消费者2．食物链(网)中各营养级生物数量的变动(1)处于食物链的第一营养级生物减少的情况：第一营养级生物数量的减少会导致其他生物数量都减少，即出现连锁反应，因为第一营养级生物是其他生物直接或间接的食物来源。(2)“天敌”减少的情况：“天敌”减少，则被捕食者数量增加。但随着其数量的增加，种内斗争加剧，种群密度下降，直到趋于稳定，但最终结果比原来数量要大。(3)“中间”营养级生物减少的情况：如图所示食物网中，青蛙突然减少，则以它为食的蛇也将减少，鹰就要过多地捕食兔和食草鸟，从而导致兔、食草鸟减少。因为鹰不只捕食蛇一种生物，它可依靠其他食物来源来维持其数量基本不变。(4)特殊情况：在食物网中，当某种生物因某种原因而大量减少时，对另一种生物的影响沿不同的路线分析得出的结果不同时，应以中间环节少的为分析依据。[认知纠偏]1．能量流动的相关计算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，能量传递效率约为10%。(1)设食物链为A→B→C→D，分情况讨论如下：①已知D营养级的能量为M，则需要A营养级的能量＝M÷(10%)3。②已知A营养级的能量为N，则D营养级获得的能量＝N×(10%)3。(2)在食物网中分析：如在中，确定生物量变化的时，还应遵循以下原则：①食物链越短，最高营养级获得的能量越多。②生物间的取食关系越简单，生态系统消耗的能量越少，如已知D营养级的能量为M，计算至少需要A营养级的能量，应取最短食物链A→D，即等于M÷10%；计算最多需要A营养级的能量时，应取最长的食物链A→B→C→D，即等于M÷(10%)3。(3)在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物按一定比例获取能量，则按照单独的食物链进行计算后再合并。2．利用能量流动的特点确定食物链(1)根据能量传递逐级递减的特点，能量含量越高，营养级级别越低。(2)根据能量传递效率10%，可确定相邻两个营养级能量差别在10倍左右，若能量相差不多，则应列为同一营养级，如据下图1四种生物所同化的有机物的量的比例，可确定其营养结构如图2所示。图1图2考点一生态系统的组成成分例1．(2013·南通质检)下列有关生态系统组成成分的叙述，正确的是()A．太阳光来源于地球以外，不属于生态系统的成分B．硝化细菌是自养生物，在生态系统中属于生产者C．病毒是异养生物，在生态系统中属于分解者D．蚯蚓是需氧生物，在生态系统中属于消费者解析：太阳光属于非生物的物质和能量，属于生态系统的成分；病毒营寄生生活，但自身不能独立进行代谢活动；蚯蚓为分解者。答案：B例2．有一食物网如右图所示。如果能量传递效率为10%，各条食物链传递到庚的能量相等，则庚增加1kJ的能量，丙最少含多少能量()A．550kJB．500kJC．400kJD．100kJ解析：设丙的能量为x，经丙→丁→己→庚传递到庚的能量为0.5kJ，则需要丙0.5÷(10%)3＝500(kJ)，经丙→戌→庚传递到庚的能量为0.5kJ，则需要丙0.5÷(10%)2＝50(kJ)，即丙最少含500＋50＝550(kJ)的能量。答案：A考点二食物链与食物网分析例3.下图表示某水域生态系统的食物网，相关分析正确的是()A．该生态系统的生产者是大型植物B．该食物网由5条食物链构成C．鲤鱼和梭子鱼之间为捕食关系D．鲤鱼在该食物网中占有3个营养级解析：由食物网可知，该生态系统的生产者包括大型植物和自养型鞭毛虫。该食物网由6条食物链组成。鲤鱼在该食物网中占有第2、3、4、5共4个营养级。答案：C知识点二生态系统的物质循环1.概念无机环境生物群落2.特点⑱、反复利用、⑲3.实例——碳循环(1)碳在无机自然界中的存在形式：⑳和碳酸盐(2)循环形式：○21(主要)全球性循环流动CO2CO2（3）无机环境（CO2）光合作用、化能合成作用细胞呼吸、微生物分解、化学燃料燃烧生物群落（有机物）在生物群落中以○22形式沿○23传递循环过程（4）温室效应形成原因：化学燃料的大量燃烧，大气中的○24含量迅速增加，打破了生物圈中○25的平衡影响：加快极地和高山冰川的○26，导致海平面○27，进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁食物链或食物网有机物CO2碳循环融化上升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○28紧密地联系在一起，形成一个统一整体各种组成成分答案：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。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？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()。×××√√×××√√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规避2个易错点点拨:(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A为生产者、B为无机环境（CO2库）D为分解者A为生产者C为无机环境（CO2库）E为分解者A为无机环境（CO2库）E为生产者C为分解者易错点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。关于“最值”的计算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.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＋5xC.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。答案C2.在如图所示的食物网中，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×2/5＝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×2/5＝8g，最少需要消费植物的量为8g×5×5＝200g；通过食物链(植物→鼠→蛇→猫头鹰)，猫头鹰增重20g×1/5＝4g，最少需要消费植物的量为4g×5×5×5＝500g。所以合计至少消费植物200g＋200g＋500g＝900g。答案：B考点三同化量、摄入量与类便量的易误点拨1．同化量、摄入量与类便量动物同化量＝摄入量－粪便中有机物的能量，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。消费者产生的粪便不属于该营养级同化的能量，应属于上一营养级的同化量。2．物质循环的“物质”和“范围”(1)参与物质循环的“物质”是指组成生物体的化学元素。(2)循环的范围是生物圈，而不是具体的某一生态系统。3．碳循环及存在形式(1)在生物群落和无机环境间：以CO2形式循环。(2)在生物群落内部：以含碳有机物形式传递。(3)在无机环境中：主要以CO2和碳酸盐形式存在。例：若一个相对封闭的生态系统中共有五个种群,其能量调查如下表所示:种群甲乙丙丁戊能量(107kJ·m-2)2.5013.309.800.28250.00根据表格数据