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-1-第4讲生态系统的能量流动和物质循环生态系统中物质循环和能量流动的基本规律及应用(Ⅱ)1.物质的循环总是伴随着能量的流动。(生命观念)2.分析能量流动过程，归纳总结能量流动特点；根据碳循环过程构建循环模型。(科学思维)3.关注温室效应，做出解释，并提出解决问题的思路。(社会责任)生态系统的能量流动1．能量流动的概述(1)概念：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。(2)能量流动的四个环节输入—源头：太阳能流经生态系统的总能量：生产者固定的太阳能⇩传递—途径：食物链和食物网形式：有机物中的化学能⇩转化—太阳能→有机物中的化学能→热能⇩散失—形式：最终以热能形式散失过程：自身呼吸作用-2-2．能量流动的过程(1)能量流经第二营养级的过程①c代表初级消费者粪便中的能量。②流入某一营养级(最高营养级除外)的能量的去向d：自身呼吸作用散失。e：用于生长、发育、繁殖等生命活动的能量。i：流入下一营养级。f：被分解者分解利用。j：未被利用的能量。(2)能量流经生态系统的过程①流经生态系统的总能量：生产者固定的太阳能。②能量流动渠道：食物链和食物网。③能量传递形式：有机物中的化学能。④能量散失途径：各种生物的呼吸作用(代谢过程)。⑤能量散失形式：热能。3．能量流动的特点及原因分析(1)能量流动是单向的，原因：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长期自然选择的结果，是不可逆转的。②各营养级通过呼吸作用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：①各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。②各营养级的能量都会有一部分流入分解者。-3-4．研究能量流动的意义(1)帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。(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对人类最有益的部分。(人教版必修3P99“科学·技术·社会”)生态农业是指运用________原理，在环境与经济协调发展的思想指导下，应用现代生物科学技术建立起来的多层次、多功能的综合农业生产体系。提示：生态学1．生态系统的能量流动是指能量的输入和散失过程。(×)提示：生态系统中的能量流动是指能量的输入、传递、转化和散失的过程。2．流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能。(×)提示：流经生态系统的总能量是该生态系统中生产者所固定的太阳能。3．初级消费者粪便中的能量属于生产者同化的能量。(√)4．一只狼捕食了一只兔子，该狼获得了兔子能量的10%～20%。(×)提示：能量传递效率针对的是相邻两个营养级中的所有生物，不针对个体。5．农业生态系统中，沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用。(×)提示：沼液和沼渣可以为农作物提供肥料，沼气池发酵产生的沼气又能成为人类的能源物质，实现了能量的多级利用，而能量不能循环利用。6．研究能量流动，对调整能量流动关系，使生产者固定的能量全部流向人类。(×)提示：由于在各营养级中都会有生物的细胞呼吸存在，通过细胞呼吸，部分能量会以热能的形式散失，因此研究能量流动，可调整能量流动关系，使生产者固定的能量尽可能多地流向对人类最有益的部分，但是做不到全部流向人类。某一营养级能量的来源与去路分析-4-(1)能量来源生产者的能量主要来自太阳能消费者的能量来自上一营养级同化的能量(2)能量去向：流入某一营养级的能量去向可从以下两个角度分析：①定量不定时(在足够长的时间内能量的最终去路)a．自身呼吸消耗；b.流入下一营养级(最高营养级除外)；c.被分解者分解利用。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.未利用，既未被自身呼吸消耗，也未被下一营养级和分解者利用，如果是以年为单位研究，这部分的能量将保留到下一年，因此“未利用”是指在有限的时间“还没来得及被利用的能量”。可用如图表示：1．如图表示某一生态系统中的能量流动过程，其中甲、乙、丙代表该生态系统的生物成分，A、B、C、D、E、F代表能量。请回答下列问题：(1)图中第二营养级到第三营养级的能量传递效率是多少？(用图中字母表示)。(2)乙的能量流入分解者的包括哪些方面？能量D被下一营养级同化后的去向是什么？提示：(1)[C/(B＋F)]×100%；(2)乙的遗体残骸中的能量和丙的粪便中的能量；大部分通过第四营养级生物的呼吸作用以热能的形式散失，一部分用于该营养级生物的生长、发育和繁殖。2．“莲藕生态养鱼”是一种养复合生态型的农业新模式，在相同环境及养殖条件下，若将池塘中主要鱼种由草食性鱼更换为肉食性鱼，则鱼类产量将如何变化？原因是什么？提示：降低。能量流动逐级递减，肉食性鱼所处营养级高，获得能量少。能量流动过程的分析-5-1．(2019·合肥市高三第二次质检)如图表示某长期稳定的生态系统中光合作用积累的有机物被植食性动物利用的过程(图中的字母表示所含的能量)。据图分析，下列相关叙述正确的是()A．植物积累的能量为c＋e＋g＋h＋iB．植食动物粪便中的能量为d＋gC．b中的物质和能量都被微生物利用D．能量在相邻营养级传递效率为f/aA[植物积累的能量为a，根据数量关系可知，图中c＋e＋g＋h＋i也可以表示植物光合作用积累的有机物中的能量，A正确；植食动物粪便中的能量为d－f，及g，B错误；b中的物质和能量有部分被微生物利用，C错误；能量在相邻营养级的传递效率为f/(a＋植物呼吸作用消耗量)，D错误。]2．(2019·吉林省名校高三联考)能量流动是生态系统的三大功能之一。请回答下列问题：(1)生态系统的另外两大功能是____________。(2)生产者利用____________能，通过________________________作用，将CO2和H2O合成有机物并储存能量，这些能量是流经生态系统的总能量。(3)分解者同化的能量________(填“能”或“不能”)流向生产者；生产者不同于分解者的能量去向是______________；与其他营养级的生物相比，最高营养级生物同化的能量的去向中不包括______________________________。(4)如图所示的生态系统中，第一营养级到第二营养级的能量传递效率________(填“大于”“小于”或“等于”)7.6%。[解析](1)生态系统的三大功能是能量流动、物质循环和信息传递。(2)绿色植物或其他光合细菌利用(太阳)光能，通过光合作用将CO2和H2O合成有机物并储存能量，生产者，如硝化细菌等利用(无机化学反应释放的)化学能，通过化能合成作用，将CO2和H2O合成有机物并储存能量，这些能量是流经生态系统的总能量。(3)由于能量流动是不可逆的，分解者同化的能量不能流向生产者；由于分解者不会与其他生物构成捕食关系，因此生产者不同于分解-6-者的能量去向是流向下一营养级；与其他营养级的生物相比，最高营养级生物同化的能量的去向中不包括流向下一营养级。(4)题图所示的生态系统中，第一营养级到第二营养级的能量传递效率为第二营养级(甲和乙)的同化量与第一营养级(水草、藻类)的同化量的百分比。乙的同化量/水草、藻类的同化量×100%＝1900/25000×100%＝7.6%，因此第一营养级到第二营养级的能量传递效率大于7.6%。[答案](1)物质循环和信息传递(2)(太阳)光能或(无机化学反应释放的)化学光合作用或化能合成(3)不能流向下一营养级流向下一营养级(4)大于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[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，A正确；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，B正确；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，C错误；能量流动和物质循环的渠道都是食物链和食物网，D正确。]4．(2019·广东省六校高三联考)科研小组对某人工鱼塘的能量流动进行定量分析，得出相关数据，如下表所示。整理资料时，由于疏忽图中部分项目和数据模糊不能分辨。请你帮助恢复有关数据和项目，并回答有关问题：[能量单位：J/(cm2·a)，除表中所列的消费者外，其他类型的消费者忽略不计]生物类型甲传递给分解者的能量未利用的能量传递给下一营养级的能量有机物输入的能量生产者4159719——植食性鱼类7.91.112乙6肉食性鱼类6.50.86.20.510………………………………(1)人工鱼塘生态系统的结构包括__________________。流入该生态系统的总能量为________J/(cm2·a)。(2)分析表中数据及各营养级能量的分配，表中甲是指________，表中的数据乙为________。-7-(3)如图为该鱼塘中的部分生物所构成的食物网，若鲤鱼从各营养级获得的能量相同，且相邻营养级之间的能量传递效率均为20%，当鲤鱼同化50kJ的能量时，则需要水生植物和浮游植物同化的能量为________kJ。(4)若该鱼塘废弃若干年后成为湿地，这属于________演替，该湿地能净化生活污水且有摄影爱好者前来取景，体现了生物多样性的________价值。[解析](1)生态系统的结构包括组成成分和营养结构，其中营养结构包括食物链和食物网。根据以上分析已知，生产者同化的能量为＝41＋5＋97＋19＝162[J/(cm2·a)]，而表格中显示有机物输入的能量＝6＋10＝16[J/(cm2·a)]，因此流入该生态系统的总能量＝162＋16＝178[J/(cm2·a)]。(2)表格中甲表示呼吸作用消耗的能量，数据乙＝19＋6－(7.9＋1.1＋12)＝4[J/(cm2·a)]。(3)根据题意分析，已知鲤鱼从各营养级获得的能量相同，且相邻营养级之间的能量传递效率均为20%，则鲤鱼同化50kJ的能量时，需要水生植物和浮游植物同化量＝50×13×5＋50×23×5×5＝917(kJ)。(4)废弃鱼塘发生的是次生演替；该湿地能净化生活污水，体现了生物多样性的间接价值；有摄影爱好者前来取景，体现了生物多样性的直接价值。[答案](1)生态系统的组成成分和食物链(网)(或生态系统的组成成分和营养结构)178(2)呼吸作用消耗的能量4(3)917(4)次生间接和直接方向调整后的能量计算方法若在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物中获得能量，计算某一生物获得的能量或需要某一生物提供的能量时，首先要注意某一生物“从不同食物链中获得能量的比例”，或某一生物“给不同生物提供能量的比例”，然后按照各个单独的食物链分别计算后合并。(1)顺推法：能量流向调整，从前往后计算。即由植物下推，用“乘法”。(2)逆推法：能量来源调整，从后往前计算。即由高营养级前推，用“除法”。生态系统的物质循环及其与能量流动的关系1．物质循环(1)概念：组成生物体的各种元素在生物群落与无机环境之间不断循环的过程。(2)分析-8-①物质：组成生物体的化学元素，如C、H、O、N、P、S等。②循环范围(两个支点)：生物群落和无机环境之间。③特点：全球性，反复利用、循环流动。2．碳循环(1)请写出图中各标号的名称：a．生产者；b.消费者；c.呼吸作用；d.光合作用和化能合成作用；e.呼吸作用；f.化石燃料的燃烧。(2)碳的存在形式与循环形式①在生物群落和无机环境间：主要以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。(3)碳进入生物群落的途径：生产者的光合作用