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第33讲生态系统的能量流动和物质循环【考纲解读】最新考纲细解考点核心素养生态系统中物质循环和能量流动的基本规律及应用(Ⅱ)1.分析能量流动的过程2.简述能量流动的特点及应用3.分析碳循环过程及特点4.说明物质循环和能量流动的关系及应用1.生命观念——物质与能量观:物质的循环总是伴随着能量的流动2.科学思维——分析与综合:分析能量流动过程,归纳总结能量流动特点;模型与建模:根据碳循环过程构建循环模型3.社会责任——关注温室效应:作出解释,并提出解决问题的思路考点一生态系统的能量流动研析教材内化基本概念1.能量流动的概念生态系统中能量的的过程。2.能量流动过程输入、传递、转化和散失(1)补充图中标号代表的内容①,②,③,④,⑤。(2)据图补充食物链中①营养级能量的去向:①。②被同化。③残枝败叶、遗体残骸等被分解。④。(3)图示中的E2/E1表示。生产者初级消费者次级消费者呼吸作用分解者通过自身呼吸作用以热能的形式散失下一营养级分解者未被利用第二、三营养级间的能量传递效率3.能量流动的特点及原因分析(1)能量流动是单向的,原因是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的结果,是不可逆转的。②各营养级通过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)能量流动是逐级递减的,原因是①各营养级生物都会因消耗大部分能量;②各营养级的能量都会有一部分流入,包括未被下一营养级生物利用的部分。长期自然选择呼吸作用呼吸作用分解者【深挖教材】上一营养级同化的总能量并不是全部流向下一个营养级。原因是什么?提示:一部分能量被自身呼吸作用消耗,一部分被分解者利用,还有一部分能量未被利用。4.研究能量流动的意义(1)帮助人们科学规划、设计生态系统,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的关系,.。最有效使能量持续高效地流向对人类最有益的部分【深挖教材】桑基鱼塘生态系统中有生产者桑树等,但是在管理该鱼塘过程中还要定期往水体中投入饲料,从生态系统的功能分析,其原因是什么?提示:生产者固定的太阳能不足以满足鱼类的需要,且不断地输出经济鱼类,而其中的元素无法及时返回该生态系统。思考探究培养科学思维1.如图甲为某自然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。图乙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。请据图分析回答。(1)图甲中m1输入该生态系统的途径是生产者的。(2)图乙中,若A表示图甲中营养级Ⅱ的生物摄入能量,营养级Ⅱ的生物同化能量可用图中哪个字母表示?其能量值如何表示?(用图中字母)(3)从图乙中能计算能量传递效率吗?说明原因。提示:(1)光合作用(2)Bb(或d+e)(3)不能。图乙仅表示能量流经该生态系统某一营养级的变化,计算能量传递效率需知道相邻两营养级生物的同化量。2.三峡水库完成蓄水后,与上游水体相比,库区中有机污染物的含量大大降低,氮磷等无机物的含量有所上升。请从能量流动的角度分析该过程发生的主要变化是。提示:分解者通过细胞呼吸,把有机物变成了无机物,因此氮磷等无机物的含量会有所上升。剖析题型提升核心素养题型一能量流动过程的分析1.(2015·海南卷)关于草原生态系统能量流动的叙述,错误的是()A.能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失的过程B.分解者所需的能量可来自各营养级生物所储存的能量C.生态系统维持正常功能需要不断得到来自系统外的能量D.生产者固定的能量除用于自身呼吸外,其余均流入下一营养级D解析:能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失过程;分解者的作用就是将有机物分解成无机物,并从中获取生命活动所需的能量;生态系统维持正常功能需要不断得到来自系统外的能量;生产者固定的能量除用于自身呼吸外,部分流向分解者,部分流向下一营养级。2.如图表示在一个生态系统中,植物光合作用积累的有机物被植食性动物利用的过程。下列有关叙述正确的是()A.①⑤之和为输入到生态系统的全部能量B.植食性动物粪便中的能量包含在⑦中C.⑤⑥⑦⑧之和为流向分解者的能量D.④占②的百分比为能量传递效率B解析:输入到生态系统的全部能量是生产者固定的全部太阳能,等于植物呼吸消耗的能量+植物光合作用积累的有机物;植食性动物粪便中的能量属于植物同化量的一部分,并未被植食性动物同化;⑧表示植食性动物呼吸消耗的能量,并没有流向分解者;能量传递效率为相邻两营养级间同化量的比值,植物同化量未知。题后提升某一营养级的能量去向(1)定量不定时分析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可有三条:①自身呼吸消耗;②流入下一营养级(最高营养级除外);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;生产者源源不断地固定太阳能,才能保证生态系统能量流动的正常进行。(2)定量定时分析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:①自身呼吸消耗;②流入下一营养级(最高营养级除外);③被分解者分解利用;④未被利用,即未被自身呼吸消耗,也未被下一营养级和分解者利用,如果是以年为单位进行研究,这部分能量将保留到下一年。题型二能量流动特点的分析及相关计算3.下列关于生态系统的能量流动的叙述中,错误的是()A.由于生态系统的能量流动是逐级递减的,所以营养级越高则所同化的能量就越少B.由于散失的热能不能被生产者重新固定,所以生态系统的能量流动是单向不可循环的C.充分利用作物秸秆等可以提高能量传递的效率D.能量流动和物质循环的渠道都是食物链和食物网C解析:生态系统中的能量沿食物链流动时,部分能量以热能的形式散失,部分能量被分解者所利用,所以营养级越高同化的能量就越少;生产者只能固定光能或化学能,而不能固定每个营养级及分解者所散失的热能,所以生态系统的能量流动是单向的;生态系统的能量传递效率一般不能人为改变,充分利用作物秸秆只能提高能量利用率而不能提高能量传递效率;能量流动和物质循环的渠道都是食物链和食物网。4.(2019·山西临汾月考)如图是某人工鱼塘生态系统能量流动过程中部分环节涉及的能量值[单位为103kJ/(m2·y)]。请据图回答下列问题:(1)该生态系统中流入生物群落的总能量来源于。解析:(1)输入该生态系统的总能量来自生产者固定的太阳能和输入的(饲料)有机物中的化学能。答案:(1)光能和输入的有机物中的化学能(2)生产者、植食性动物同化的总能量分别是、。生产者与植食性动物的能量传递效率是(结果保留一位小数)。解析:(2)肉食性动物固定的总能量=0.25+0.05+2.1+5.1=7.5×103[kJ/(m2·y)];植食性动物固定的总能量=(7.5-5)+0.5+4+9=16×103[kJ/(m2·y)];生产者固定的总能量=(16-2)+3+70+23=110×103[kJ/(m2·y)];生产者与植食性动物的能量传递效率=植食性动物固定的能量中来自生产者的能量/生产者固定的总能量×100%=(16-2)/110×100%≈12.7%。答案:(2)110×103kJ/(m2·y)16×103kJ/(m2·y)12.7%(3)假设能量全部来自生产者,按照理论上最高的传递效率,肉食性动物的同化量增加100kJ,则需要生产者同化量增加kJ。解析:(3)相邻两个营养级之间的能量传递效率理论上为10%～20%,最高传递效率为20%,肉食性动物同化量增加100kJ,则需要生产者同化量增加100÷20%÷20%=2500(kJ)。答案:(3)2500考点二生态系统的物质循环及其与能量流动的关系研析教材内化基本概念1.物质循环(1)概念:组成生物体的各种元素在与之间不断循环的过程。(2)分析①物质:组成生物体的,如C、H、O、N、P、S等。②循环范围:之间。③特点:,反复利用、。生物群落无机环境化学元素生物群落和无机环境全球性循环流动2.碳循环(1)碳的存在形式①无机环境中:和碳酸盐。②生物群落中:主要是。(2)碳循环过程二氧化碳含碳有机物①请写出图中各标号的名称。a.;b.;c.;d.;e.;f.。②碳进入生物群落的途径:生产者的和化能合成作用。③碳的循环形式。a.在生物群落和无机环境之间:主要是。b.在生物群落内部:。3.温室效应(1)形成原因:大量化石燃料的燃烧,使大气中的含量迅速增加,打破了生物圈中碳循环的平衡。生产者消费者呼吸作用光合作用和化能合成作用呼吸作用化石燃料燃烧光合作用CO2含碳有机物CO2(2)影响:导致,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。【深挖教材】从温室效应发生的原理分析,采用哪些措施可以减轻或治理温室效应?提示:减少化石燃料的燃烧,开发新能源、提高能源利用率;植树造林,增加植被覆盖面积。气温升高4.能量流动与物质循环之间的关系(1)区别单向流动、逐级递减项目能量流动物质循环(以碳循环为例)形式以有机物为载体主要是无机物特点..范围生态系统各营养级生物圈(全球性)全球性、循环性(2)联系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。【深挖教材】物质循环和能量流动的起点和终点是否相同?提示:不同。能量流动的起点是生产者固定的太阳能,终点是散失的热能;而物质循环中物质在无机环境与生物群落之间往复循环,无起点和终点。食物链(网)思考探究培养科学思维1.既然生态系统中的物质是循环的,为何农田生态系统还需要经常施肥?请说出你的理由。提示:物质循环具有全球性,是在生物圈内进行的。农田是一个范围相对较小的生态系统,物质在该生态系统中不一定能实现循环。农田中的农作物合成有机物(如蛋白质、磷脂等)时利用了土壤中的氮、磷、钾等元素,这些元素随着粮食、瓜、果等输出农田生态系统,因此需要不断施入含氮、磷、钾等元素的肥料。2.微生物的分解作用与细胞呼吸等同吗?请说明理由。提示:不能完全等同。微生物分解作用是微生物分泌酶到细胞外,将细胞外的大分子有机物分解成小分子有机物(也可能生成无机物),然后再吸收进入细胞。微生物分解作用包括体外有机物分解和体内细胞呼吸作用。题型一碳循环的过程及特点分析1.关于生态系统的碳循环,下列说法错误的是()A.碳循环具有全球性B.碳在生物群落和无机环境间往复循环C.碳只能通过动植物的细胞呼吸返还到无机环境D.碳从无机环境进入生物群落要通过生产者剖析题型提升核心素养C解析:碳循环在整个生物圈进行循环,具有全球性;碳以CO2形式在生物群落与无机环境之间往复循环;碳能通过动植物的细胞呼吸、分解者的分解作用和化石燃料的燃烧等形式返还到无机环境;碳从无机环境进入生物群落要通过生产者的光合作用或化能合成作用。2.如图为生态系统中碳循环的模式图。相关叙述正确的是()A.甲代表生产者,①可以代表化能合成作用B.在食物链中占有碳元素最多的营养级可能是甲C.该生态系统中的消费者为乙、丙D.碳元素在甲、乙、丙、丁间以含碳有机物的形式传递B解析:据图分析,甲是生产者,乙是消费者,丙是分解者,丁是大气中的二氧化碳库,则①表示呼吸作用;根据能量传递的逐级递减的特点可知,甲含有能量最多,则其含有的碳元素也最多;乙是消费者,丙是分解者;碳元素在甲、乙、丙间以含碳有机物的形式传递,而与丁之间的传递形式是二氧化碳。题后提升快速确认碳循环各环节的“三看法”一看双箭头一方为“生产者”,另一方为“大气CO2库”2CO多箭头图示各环节均可向其指来箭头，则被指方向为二看“大气库”三看生产者指向消费者生产者消费者均指向分解者题型二物质循环和能量流动的关系分析3.(2019·山东济南月考)下列有关物质循环和能量流动的相关叙述中,错误的是()A.碳从动物流向分解者的形式为有机物B.能量流动的特点是单向流动,逐级递减C.生产者固定的太阳能为流经生态系统的总能量D.能量流动推动了物质循环,物质循环不利于能量的流动D解析:物质是能量的载体,所以物质循环有利于能量的