生态系统的能量流动和物质循环

第十八章高考成功方案第1步高考成功方案第2步高考成功方案第3步高考成功方案第4步第二讲一、生态系统的能量流动1．能量流动分析的基本思路(将种群作为整体来研究)对于生产者来说，能量输入通过；对于消费者来说，能量输入来自于。植物的光合作用上一个营养级2．能量流动的过程(1)能量的输入：(2)传递途径：形式：(3)转化：太阳能→→热能。食物链、食物网有机物中化学能有机物中化学能3．能量流动具有的两大特点(1)，其原因为：从食物链方面看，；从能量利用形式看，不可被再利用。(2)，有效传递率为。单向流动食物链不逐级递减可逆转热能10%～20%返回科目一考试km1.jsyst/2019年科目一模拟考试题科目二考试km2.jsyst2019年科目二考试技巧、考试内容、考试视频4．研究能量流动的意义(1)帮助人们科学规划、设计，使能量得到的利用。(2)帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向的部分。人工生态系统最有效对人类最有益二、生态系统的物质循环(1)生态系统物质循环中所指的“物质”是什么？。(2)与能量流动相比，物质循环表现出如下两大特点：①物质循环发生于生物圈内，具有。②无机环境中的物质可以被生物群落。这与能量的单向流动和逐级递减是不同的。组成生物体的化学元素全球性反复利用(3)生态系统碳循环过程：①碳循环主要形式：。②循环途径：CO2考点一生态系统能量流动考情解读本考点在高考中多以图像、图解等形式结合食物网进行命题，题型有选择题也有非选择题。能量流动的内涵、能量流动的有关运算和能量分流过程分析均属高频考查点。2019年高考中结合物质循环以生活实际为素材，通过食物网、能量流动图解、生态农业等模式进行综合考查的可能性极大。[做一题][例1](2019·湖南十二校联考)下图甲为北极冻原生态系统中部分生物构成的食物网。图乙虚线方框内表示一个生态系统，箭头表示该生态系统能量流动的方向。请据图回答下列问题：(1)图甲中雪兔和狼之间存在明显的种间关系是________。(2)假如北极狐的食物1/2来自雷鸟，1/8来自植物，且该系统能量从生产者到消费者的传递效率为10%，从消费者到消费者的能量传递效率为20%，如果北极狐种群增加的能量为80kJ，若不考虑其他变化的影响，则需要植物的能量是________kJ。(3)图乙中C代表生态系统中的成分是________。(4)下表表示图乙生态系统的能量流动情况。同化总量(106J)储存能量(106J)呼吸消耗(106J)A900200700B1001585C15213D186012分析上表可知，流入该生态系统的总能量为________(J)，从第二营养级到第三营养级的能量传递效率为________。从能量输入和输出来看，该生态系统的总能量是否增加？________。[解析]从图中可以看出雪兔和狼之间只有一个箭头联系，二者存在明显的种间关系是捕食；北极狐的能量有三个来源，雷鸟提供1/2，植物提供1/8，雪兔提供3/8，若北极狐增加的能量为80kJ，则植物增加的能量为80×1/2÷20%÷10%＋80×1/8÷10%＋80×3/8÷20%÷10%＝3600(kJ)；从图乙中可以看出C为分解者，A为生产者，B、D分别为初级消费者和次级消费者，流入生态系统的总能量为生产者固定的太阳能，即(900×106)J，第二营养级到第三营养级的能量传递效率为18÷100×100%＝18%；从能量的输入和输出来看，能量的输入大于输出，因此生态系统的总能量正在增加。[答案](1)捕食(2)3600(3)分解者(4)900×10618%增加[链一串]1．生态系统中某营养级生物(以某消费者为例)的能量去路分析(1)图解：(2)能量去路分析：①消费者摄入能量＝消费者同化能量＋粪便中能量，即动物粪便中能量不属该营养级同化能量，应为上一个营养级固定或同化能量。②消费者同化能量＝呼吸消耗＋生长、发育和繁殖③生长、发育和繁殖＝分解者分解利用＋下一营养级同化＋未被利用④由②、③知，消费者同化的能量＝呼吸消耗＋分解者分解＋下一营养级同化＋未被利用。2．生态金字塔归纳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能量金字塔数量金字塔生物量金字塔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)沿食物链升高逐级递减每一级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能量金字塔数量金字塔生物量金字塔特殊形状天然生态系统一定正立某些人工生态系统(如人工鱼塘)可呈现倒立状况树→昆虫→鸟人工养殖的鱼塘，生产者的生物量可以小于消费者的生物量[关键一点](1)生态系统中流入某一营养级的一定量的能量在足够长的时间内的去路有三条：①自身呼吸消耗；②流入下一营养级；③被分解者分解利用。但这一定量的能量不管如何传递，最终都以热能形式从生物群落中散失。(2)粪便中能量≠尿液中能量：某营养级动物粪便中能量不属该营养级的同化量，而属于上一营养级同化量的一部分，但尿液中所含能量则不然——尿液(如尿素)中所含能量应属本营养级同化量的一部分。[通一类]1.右图表示某一生态系统的能量金字塔，其中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→ⅣC．E1表示主要通过光合作用所摄入的能量D．能量可在食物链中循环利用解析：图中Ⅰ为生产者，Ⅳ为顶级消费者而非分解者；该图每一塔级均代表某环节的营养级，并非一类生物，可含多条食物链，能量不可循环利用。答案：C2．(2019·唐山一模)某生态系统中有a、b、c、d四种生物，构成食物链a→b→c，d为分解者，下图是该生态系统中能量流入b处发生的一系列变化示意图，下列说法错误的是()A．图中的甲表示b的同化能量，乙表示b用于生长、发育和繁殖的能量B．大肠杆菌可以参与丁过程C．当生态系统处于相对稳定状态时，b的种群数量一般处于K/2值D．图中d的能量不全部来自b生物解析：当生态系统处于相对稳定状态时，b种群数量一般处于K值；b摄入量为其同化量和粪便量之和，其同化量一部分用于呼吸消耗、一部分用于自身的生长、发育和繁殖；大肠杆菌在生态系统中的地位是分解者，d表示分解者，丁过程表示分解者分解释放能量的过程，大肠杆菌可参与此过程；d的能量可来自于b的粪便，而此部分属于上一营养级a的能量。答案：C考点二生态系统物质循环过程、特点及相关原理在生产实践中的应用考情解读此考点在高考中经常结合能量流动以食物网、生态农业等形式进行考查，题型包括选择题和非选择题；在全球减排、发展低碳经济的背景下，与碳循环相关的原理和过程的考查预计会成为2019年高考热点。[做一题][例2](2019·广东高考)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)A1.20×10141.20×1014B1.20×10141.26×1014(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征而制造的，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](1)生态系统主要通过生产者的光合作用吸收大气中的CO2，再通过呼吸作用释放CO2。(2)分析图表可知，该生态系统A时期的碳吸收量与碳释放量相等，而B时期的碳吸收量小于碳释放量，即B时期该生态系统会导致环境中CO2含量不断增多，而A时期该生态系统的碳能维持相对稳定。(3)当碳过度排放到环境中时，会破坏生态系统的碳平衡，从而导致大气中CO2增多，形成温室效应。(4)类囊体吸收光能发生在光合作用的光反应阶段；光合作用产生的有机物经发酵可转化为乙醇。[答案](1)光合呼吸(2)A碳的释放量等于碳的吸收量(3)碳平衡CO2浓度(4)光反应有机物[链一串]1．碳循环解读(1)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实现的。(2)碳在生物群落和无机环境之间的循环是以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，传递形式为有机物。(3)大气中CO2的来源有三个：一是分解者的分解作用；二是动植物的呼吸作用；三是化石燃料的燃烧。(4)实现碳在生物群落和无机环境之间进行循环的关键因素是生产者和分解者。2．物质循环与能量流动比较项目能量流动物质循环形式光能→化学能→热能(一般形式)化学元素过程沿食物链(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，循环流动项目能量流动物质循环联系①能量的固定、储存、转移和释放，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图示[关键一点](1)碳循环图解的识别方法：上图为生态系统的碳循环图解。首先找出两个成分之间具有双向箭头的是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。(2)能量流动与物质循环图形绘制差异：①生产者唯一的能量来源是“太阳能”，其他指向生产者的箭头应属“物质”而非“能量”。②在生物群落内部，大凡传递有机物时，也同时传递着能量(有机物是能量的载体)。[通一类]3．下图是生物圈中碳循环示意图，下列相关分析不正确的是().A．生物圈通过碳循环实现碳元素的自给自足B．甲是消费者，丙是生产者，各成分间以CO2的形式传递碳元素C．对戊过度开发利用会打破生物圈中碳循环的平衡D．碳循环过程需要能量驱动，同时又是能量流动的载体解析：图中甲为消费者，乙为分解者，丙为生产者，丁为大气中的CO2库；在生物群落与无机环境之间以CO2的形式传递碳元素，在生物群落之间以有机物的形式传递碳元素。答案：B4．下图所示是某个农业生态系统的模式图，据图分析回答：(1)完成这个生态系统的能量流动图解。(2)该生态系统的初级消费者除了人、家禽和家畜之外，还有害虫等，如何运用信息传递的作用控制害虫数量？(列举两项)________________________________。(3)从种间关系角度分析，可以采_______________________________(列举两项)等方法，提高农作物产量，使更多的能量流向人类。解析：题图所示的是物质循环的过程，画能量流动图解时要注意能量的流动具有单向性，因此箭头必须是单向的，物质可以循环利用，但是能量必须来自生态系统以外的太阳能。在解答本题时，一定要抓住问题的关键，比如第(2)小题要求从信息传递的作用角度分析，第(3)小题要求从种间关系角度分析，只有抓住关键，才能正确分析和解答。答案：(1)如图所示(2)利用昆虫信息素诱捕；利用昆虫的性外激素扰乱昆虫的雌雄交配(其他合理答案亦可)(3)除去杂草，减少竞争对手；消灭或控制害虫数量，减少农作物能量流入害虫体内(其他合理答案亦可)[做一题][例3]同学们在课外活动中发现植物的落叶在土壤里会逐渐腐烂，形成腐殖质。他们猜测落叶的腐烂是由于土壤微生物的作用，不同生态系统的土壤微生