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第二节生态系统的能量流动和物质循环一、生态系统中的能量流动1．含义：生态系统中能量的_____、_____、______和_______的过程。2．特点(1)单向流动：生态系统内的能量只能从第一营养级流向_____________，再依次流向______________。(2)逐级递减：能量在沿_______传递的过程中，每一个营养级的生物_________都会消耗相当多的能量，这些能量最终以热能的形式____而使能量逐级减少。3．研究意义：设法调整生态系统的_________关系，提高生态系统的_____________。输入转化传递散失第二营养级下一个营养级食物链代谢活动能量流动能量转化效率散失建立新型农业生态系统，能提高能量的传递效率吗？【提示】不能。但能提高能量的利用率，使能量尽可能多地流向对人类最有益的部分。3．研究意义：设法调整生态系统的__________关系，提高生态系统的_____________。二、生态系统中的物质循环1．含义：在生态系统中，组成生物体的_____________________等元素，不断进行着从_________到_________，再回到___________的循环。2．与能量流动的关系：二者既密切相关又有本质区别，物质循环的动力来自______，而物质又是能量的______。3．分类：水循环、_______、_______和_______等。4．实例(碳循环)能量流动能量转化效率C、H、O、N、P、Ca无机环境生物群落无机环境能量载体碳循环氮循环磷循环1.能量流动的过程生态系统中的能量流动过程，可以概括为下图。由上图可知：(1)能量流动的起点：生产者(主要是植物)固定太阳能。(2)能量转化：太阳能→有机物中的化学能→热能(最终散失)。(3)能量的传递①传递途径：食物链和食物网。②传递形式：有机物中的化学能。(4)每一营养级的能量来源及去向流入一个营养级的能量是指被这个营养级的生物所同化的全部能量。能量的来源与去路：即一个营养级同化的能量＝呼吸消耗的能量＋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。流入到各级消费者的能量是指各级消费者所同化的能量，排出粪便中的能量不属于生物同化量。2．能量流动的特点(1)单向流动的原因①食物链中各个营养级的顺序是不可逆转的，生物之间的捕食关系是一定的，能量只能由被捕食者流向捕食者而不能逆流，这是长期自然选择的结果；②各个营养级的能量总有一部分以呼吸作用产生的热能的形式散失掉，而该部分热能不能再被利用，因此能量不可循环。要维持生态系统的稳定，就需要不断补充太阳能。(2)逐级递减的原因①各营养级生物的呼吸消耗；②生产者的遗体、残枝败叶、消费者的尸体、粪便中的能量被分解者利用，经微生物的呼吸作用消耗；③各营养级生物中都有一部分能量未被下一个营养级生物所利用。1．下表是对某生态系统营养和能量流动情况的调查结果，表中甲、乙、丙、丁分别代表不同的营养级，戊为分解者(单位：102kJ/m2/年)。对该生态系统营养关系叙述正确的是()同化固定的能量体内贮存的能量呼吸消耗的能量甲15.92.813.1乙870.7369.4501.3丙0.90.30.6丁141.061.979.1戊211.520.1191.4A.丁为肉食性动物B．甲随丙的增加而增加C．乙是能量流动的起点D．戊是丁的前一营养级【解析】本题考查生态系统能量流动、食物链及有关知识。根据能量流动特点，能量越多生物所处营养级越低，因此，从表中数据可以得出：乙是第一营养级；丁是第二营养级；甲是第三营养级；丙是第四营养级。【答案】C1．大气中的碳元素进入生物群落，是通过植物的光合作用或化能合成作用而实现的。2．碳在生物群落和无机环境之间循环是以CO2的形式进行的。碳元素在生物群落中的传递，主要靠食物链和食物网，传递形式为含碳有机物。3．大气中CO2的来源：(1)分解者的分解作用；(2)动植物的呼吸作用；(3)化石燃料的燃烧。4．由于碳循环平衡被打破，形成温室效应的分析(1)大气中CO2含量持续增加的原因①工厂、汽车、飞机、轮船等对化学燃料的大量使用，向大气中释放大量的CO2。②森林、草原等植被大面积的破坏，大大降低了对大气中CO2的调节能力。(2)危害①加快极地冰川融化，导致海平面上升，对陆地生态系统和人类的生存构成威胁。②改变了降雨和蒸发机制，影响农业和粮食资源生产。(3)缓解措施①植树造林，增加绿地面积。②开发清洁能源。③减少化学燃料燃烧。2．下图表示生物圈中碳循环的部分示意图。A、B、C、D构成生物群落，箭头①～⑨表示循环过程。下列有关说法正确的是()A．大气中的气体X是指二氧化碳和一氧化碳B．完成①过程的能量主要是由⑧过程提供的C．D经⑤、⑥、⑦过程获得的能量占A、B、C总能量的10%～20%D．C处在第三营养级【解析】生物群落与无机环境之间的碳循环是以CO2的形式进行的，故图中大气中的气体X代表CO2；图中A为生产者，B为初级消费者(第二营养级)，C为次级消费者(第三营养级)；完成①过程的能量主要由太阳能转化的活跃的化学能提供；捕食食物链中相邻营养级间的能量传递效率为10%～20%。【答案】D(2011·平顶山模拟)下图表示某草原生态系统中能量流动图解，①～④表示相关过程能量流动量。下列有关叙述正确的是()A．①是流入该生态系统的总能量B.图中②/①的值代表草→兔的能量传递效率C．③和④分别属于草和兔同化量的一部分D．分解者获得的能量最少【解析】此题综合考查了生态系统能量流动。解读本题时，应先明确图中①～④过程所代表的含义，再依据能量的流动过程和特点加以分析。具体分析如下：(1)流入该生态系统的总能量应该是草同化的总能量。(2)①代表的是兔同化的总能量，图中②代表的是狐同化的总能量，则②/①的比值代表兔→狐的能量传递效率。(3)兔子粪便中的能量并不是兔子同化量的一部分，而是草同化量的一部分；兔子遗体残骸中的能量才属于兔子同化量的一部分。(4)分解者利用了动物粪便和动植物遗体残骸中的能量，这部分能量并不是最少的。【答案】C流入各级消费者的总能量是指各级消费者在进行同化作用时所同化的物质中含有的能量总和，消费者粪便中所含有的能量不能计入排便生物所同化的物质中的能量，它实际与上一个营养级的遗体残骸一样，属于未被下一个营养级利用的那一部分。如图是生态系统中碳循环示意图，其中“→”表示碳的流动方向，下列叙述不正确的是()A．在碳循环过程中，同时伴随着能量流动B．由于某种原因造成图中E生物数量大量减少，推测短期内与之相邻的两个营养级生物数量发生的变化是D增加，F减少C．该生态系统的消费者包括图中的D、E、F、BD．A→C过程中碳流动形式主要以CO2形式进行，F→B以含碳有机物形式进行【解析】此题主要考查碳循环的有关知识，具体分析如下：选项分析判断A项能量流动必须以物质为载体，能量是物质循环的动力B项食物关系是A→D→E→F，所以当E大量减少后，D的天敌减少，F的食物减少，两者分别增加与减少C项图中B是分解者，C为大气中的CO2库，A为生产者，D、E、F为消费者D项图中C所涉及的所有箭头均表示CO2形式，其他箭头均表示有机物形式【答案】C(1)图中所涉及的食物链有几条？【提示】1条；A→D→E→F。(2)图中B通过哪两种方式将生物组织中的碳返回大气中？【提示】有氧呼吸和无氧呼吸。1．(2011·苏北四市联考)右图为生态系统能量流动的部分图解，①代表一定的能量值。下列相关叙述中，正确的是()A．生态系统的能量流动是循环进行的B．能量在沿食物链流动时逐级递减C．次级消费者属于第二营养级D．图中①代表呼吸作用所消耗的能量【解析】能量流动是不循环的；次级消费者属于第三营养级；图①代表生产者的遗体中的能量被分解者利用。【答案】B2．“哥本哈根气候变化大会”再次引起人们对温室气体排放的关注，大会所倡导的低碳生活获得普遍认同。根据下图所示碳循环的部分过程进行的有关分析，不正确的是()A．生物群落内部进行碳循环的物质形式是二氧化碳B．参与②过程的生物包括生产者、消费者和分解者C．可通过增强③减少大气中CO2D．开发太阳能、水能、核能等新能源，可减少人类对①过程的依赖【解析】生物群落内部进行碳循环的形式是含碳有机物；生产者、消费者、分解者均参与过程②；可通过植树造林，增强过程③而减少大气中CO2；开发新能源，可有效地减少人类对化石燃料的依赖。【答案】A3．(2010·扬州模拟)如图表示除分解者外有5个物种(U、V、W、X、Y)的一个生态系统的食物网，箭头表示能量流动的方向。下列描述正确的是()生产者草食动物杂食动物肉食动物AUVWX、YBUYXW、VCVUWX、YDVUYW、X【解析】V属于生产者，其他属于消费者。由于U只能以V为食，所以是草食动物；W、X不以V为食，以其他动物为食，所以是肉食动物；Y既以V为食，又以其他动物为食，所以是杂食动物。【答案】D4．如图是生态系统能量流动示意图(能量单位是J/km2·a)，以下有关叙述不正确的是()A．图中乙的同化量为200J/(km2·a)B．乙到丙的传递效率为15%C．乙的个体数目一定比甲少D．各营养级的能量大部分用于呼吸消耗和被丁利用【解析】在通常情况下，随着营养级的增加，个体数量会减少，体积会增大，但也有特殊情况，如树上的昆虫和树之间的关系。【答案】C5．(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】此题考查生态系统能量流动的特点。A项，呼吸代谢消耗量的大小对④/③值有影响，恒温动物在外界环境温度变化时，呼吸代谢消耗量基本不变，而变温动物的呼吸代谢消耗量随环境温度变化而变化。在高温环境中，变温动物的呼吸代谢消耗量大，④/③值低于恒温动物，在低温环境中，变温动物呼吸代谢消耗量小，④/③值高于恒温动物；B项，相邻两个营养级的能量传递效率(该营养级的同化量∶上一营养级的同化量)为10%～20%；C项，提高③/②值，实际是提高对食物(饲料)的利用率，能够提高圈养动物生长量；D项与食草哺乳动物相比，食肉动物消化吸收有机物能力强，故③/②值一般较高。而草中纤维素较多，难以完全消化吸收，随粪便排出的能量多。【答案】C6．下图为生态系统碳循环示意图，其中甲、乙、丙表示生态系统中的三种成分。请据图回答：(1)生态系统的碳循环是指碳元素在______________之间不断循环的过程。(2)X与甲中图示生物类群的能量来源不同，X代表的生物为________；Y的细胞结构丙中图示生物不同，Y的细胞结构最主要的特点是______________________________________________。(3)大气中的CO2在甲中图示的________处(在a～d中选择)合成有机物；含碳有机物在甲中图示的________处(在a～d中选择)可以分解为CO2。(4)化石燃料除燃烧外，还可以通过____________途径产生CO2。【解析】(1)生态系统的物质循环是在无机环境中经生产者的同化作用进入生物群落，以有机物的形式在生物群落中流动，最后通过分解者的分解作用进入无机环境，这样周而复始的循环。(2)图中甲中的植物利用的是光能，与其不同的是进行化能合成作用的硝化细菌等。图中丙为原核生物，与其不同的生物是具有细胞核的真核生物。(3)二氧化碳的固定在植物细胞的叶绿体的基质中进行，如图中c。葡萄糖等有机物在细胞质基质和线粒体中分解成二氧化碳，如图中的a和b。(4)化石燃料可以通过微生物的分解作用产生二氧化碳。【答案】(1)生物群落与无机环境(2)化能自养细菌(或硝化细菌等)有核膜包被的细胞核(3)ca和b(4)微生物的分解