2021版高考生物一轮复习第12单元生态系统的稳态及人与环境第2讲生态系统的能量流动和物质循环课件苏教版必修3 44页

第 2 讲　生态系统的能量流动和物质循环 - 3 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 生态系统中的能量流动 生态系统的能量流动 输入　 传递 　 转化 散失 太阳 光合作用 食物链 　 食物网 - 4 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 呼吸作用 生长、发育和 繁殖 有机物 分解者 下一 营养级 - 5 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 单向 低营养级　 高营养级 逆转 循环 流动 逐级 递减 10%~20 % 营养级 4~5 - 6 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 人工生态系统 最 有效 能量流动 最 有益 - 7 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 (1) 流经农村和城市两个生态系统的总能量均是其植物所固定的太阳能。 ( 　　 ) (2) 富营养化水体 出现水华现象 , 可以说明能量流动的特点。 ( 　　 ) (3) 食物链各营养级中 10%~20% 的能量会被分解者利用。 ( 　　 ) × 提示 : 城市生态系统中的总能量包括人工投入的能量。 × 提示 : 水体富营养化是指水中富含大量的氮、磷等元素导致蓝藻等生物吸收营养后大量繁殖 , 蓝藻吸收无机盐不属于能量流动范畴。 × 提示 : 食物链中各营养级之间的能量传递效率为 10%~20%, 而不是 10%~20% 传向分解者。 正误 判断 - 8 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 (4) 防治稻田害虫 , 可提高生产者和消费者之间的能量传递效率。 ( 　　 ) (5) 生态系统中的能量可被多级循环利用 , 从而大大提高能量的利用率。 ( 　　 ) (6) 直接以低营养级的生物为食将消耗生态系统更多的能量。 ( 　　 ) × 提示 : 在食物链中 , 通过防治害虫只能提高能量利用率 , 使得能量朝有利于人的方向流动 , 而不能提高能量传递效率。 × 提示 : 能量是不循环的 , 只能单向流动 。 × 提示 : 直接以低营养级生物为食 , 食物链缩短 , 能量损失少。 。 - 9 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 1 . 能量流动的过程 图解 - 10 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 相关分析如下表 : - 11 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 2 . 流入某一营养级的能量来源和 去路 - 12 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 (2) 能量去路 : 流入某一营养级 ( 最高营养级除外 ) 的能量去路可从以下两个角度分析 : ①定量不定时 ( 时间足够长 ) 能量的最终去路 - 13 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 特别提醒 (1) 消费者摄入能量 = 消费者同化能量 + 粪便中的能量 , 即动物粪便中的能量不属于该营养级的同化能量 , 应为上一个营养级固定或同化的能量。 (2) 消费者同化 能量 → 呼吸 消耗 + 用于生长、发育和繁殖 (3) 用于生长、发育和 繁殖 → 分解者 分解利用 + 下一营养级摄入 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 , 即 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. 未被自身呼吸消耗 , 也未被下一营养级和分解者利用 , 即 “ 未被利用 ”, 如果是以年为单位研究 , 这部分的能量将保留到下一年。 - 14 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 3 . 能量流动特点及原因分析 (1) 单向流动 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 各营养级通过细胞呼吸 所 散失 的 热能不能被生物群落重复利用 , 因此能量无法循环流动。 (2) 逐级递减 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 , 包括未被下一营养级生物所利用的部分。 - 15 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 4 . 生态金字塔 生态金字塔是能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔的总称。不同的金字塔能形象地说明营养级、生物量、生物数量之间的关系 , 是定量研究生态系统的直观体现。 - 16 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 - 17 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 易错易混 (1) 动物同化的能量不等于摄入的能量。 动物同化的能量 = 摄入的能量 - 粪便中的能量 , 即摄入的食物只有部分被同化。例如兔子粪便中的能量 , 就不属于兔子同化的能量。兔子取食的生产者中的能量一部分被兔子同化 , 另一部分存留在兔子的粪便中。 (2) 粪便中的能量不是该营养级同化量的一部分。 消费者产生的粪便中的能量不属于该营养级同化的能量 , 它实际上与上一营养级的遗体、残骸一样 , 属于上一营养级的未被利用的部分。 - 18 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 1 . 下列关于生态系统能量流动的叙述 , 不正确的是 ( 　　 ) A. 流经生态系统的总能量主要是绿色植物所固定的太阳能的总量 B. 生态系统中流动的能量不包括各营养级的呼吸量 C. 生态系统的能量流动是单向、不循环的 D. 在生态系统中能量流动是逐级递减的 考向　 生态系统 的 能量流动 答案 解析 解析 关闭 几乎 所有生态系统的能量流动都是从生产者固定太阳能开始的 , 生产者所固定的总能量便是流经生态系统的总能量 , 包括各营养级的呼吸量 ; 生态系统的能量流动是沿着食物链或食物网进行的 , 能量流动是单向的 , 并且是逐级递减的。 答案 解析 关闭 B - 19 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 2 . 甲、乙、丙是食性相同的、不同种的蝌蚪 , 三者之间无捕食关系。某研究小组在 4 个条件相同的人工池塘中各放入 1 200 只蝌蚪 ( 甲、乙、丙各 400 只 ) 和数量不等的同种捕食者 , 一段时间后 , 各池塘中 3 种蝌蚪的存活率如下表 : 考向　 生态系统 的 能量流动 - 20 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 下列推测不合理的是 ( 　　 ) A. 捕食者主要捕食甲和丙 B. 蝌蚪的种间竞争结果可能受捕食者影响 C. 无捕食者时蝌蚪的种间竞争可能导致乙消失 D. 随着捕食者数量增加 , 乙可获得的资源减少 答案 解析 解析 关闭 本题的切入点是数量金字塔的特点。根据能量流动的特点及两个生态系统的特点可知 , 夏季草原生态系统中体型较大的羊的数量少于草 , 而森林生态系统中 , 昆虫的体型很小 , 其数量会显著多于乔木。所以前者为金字塔形 , 后者为倒金字塔形。 答案 解析 关闭 A - 21 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 3 .( 2018 江苏 ) 某城市河流由于生活污水和工业废水的排入 , 水质逐渐恶化。经过治理后 , 河水又恢复了清澈。图 1 表示该河流的能量金字塔 ( 甲、乙、丙为 3 种鱼 , 丁为 1 种水鸟 , 甲不摄食藻类 , 箭头指示能量流动方向 ), 图 2 表示部分能量流动关系 ( 图中数字表示同化的能量 ) 。请回答下列问题。 图 1 - 22 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 图 2 - 23 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 (1) 图 1 所示食物网中 , 遗漏了一条能量流动途径 , 该条途径是 　　　　　　　　　　　　　 。   (2) 图 1 所示食物网中 , 次级消费者是 　　　　　　　　　 , 丁与丙之间的种间关系是 　　　　　　　　 。   (3) 根据图 1 分析 , 除了图 2 中已经标出的能量去向之外 , 乙的能量去向还有   　　　　　　　　　　 。   (4) 结合图 2 分析 , 图 1 所示食物网中第一营养级到第二营养级能量的传递效率 　　　　 ( 在 “ 大于 ”“ 小于 ” 或 “ 等于 ” 中选择 )7.6% 。   (5) 经检测 , 水体中含有某种可被生物富集的农药 , 推测此农药含量最高的物种是 　　　　　　 。   (6) 从生态学角度解释 , 污染物排放导致水质恶化的主要原因是   　　　　　　　　　　 。   - 24 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 答案 (1) 水草 → 甲 → 丁　 (2) 丙和丁　捕食和竞争　 (3) 传递给丙、自身呼吸作用以热能形式散失　 (4) 大于　 (5) 丁　 (6) 河流生态系统自我调节 ( 自我修复 ) 能力 有限 - 25 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 解析 本题考查生态系统的结构与功能的相关知识 , 属于对生命观念和科学思维的考查。 (1) 由题目所给信息 “ 甲、乙、丙为 3 种鱼 , 丁为 1 种水鸟 ” 和 “ 图中丁既可以吃乙又可以吃丙 ” 可推出丁还可以吃甲。 (2) 处于第三营养级的生物都是次级消费者 , 包括丙和丁。丁可以吃丙 , 两者之间存在捕食关系 ; 丙和丁都可以吃乙 , 两者之间又存在竞争关系。 (3) 乙同化的能量的去向主要有三条 : ① 自身呼吸消耗 ; ② 流向下一营养级 ( 流向丙和丁 ); ③ 被分解者分解。 (4) 图 2 中水草、藻类到乙的能量传递效率为 1 900÷25 000×100%=7.6%; 因为处于第二营养级的生物除乙外还有甲 , 图 1 所示食物网中第一营养级到第二营养级能量的传递效率应大于 7.6% 。 (5) 根据生物富集理论 , 营养级越高的生物 , 其体内难降解的农药浓度越高 ; 该食物网中 , 丁所处的营养级最高。 (6) 生态系统的自我调节能力有限 , 当外界干扰超出生物系统的自我调节能力时 , 生态平衡将被破坏。 - 26 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 易错 警示 (1) 能量传递效率是指营养级之间的同化量比值 , 而不是种群之间的同化量比值。 (2) 热能由于不能被各个营养级所利用 , 所以不能再回到该生态系统中 , 因此生态系统在能量方面不能自给自足 , 需要源源不断地输入。 - 27 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 生态系统中的物质循环 1 . 生态系统的物质循环 (1) 生态系统物质循环的概念理解 ① 生态系统的物质循环又叫 　　　　　　　　　　 。   ② 物质指组成生物体的 　　　　　　　　　　　　 等元素。 ③ 物质循环指组成生物体的元素在 　　　　 　　　　　　 的反复循环利用。   ④ 特点 : 具有 　　　　　　　 。   (2) 碳循环 : 碳在无机环境中的存在形式主要是 　　　　 和碳酸盐 ; 在生物群落中的主要存在形式是 　　　　　　　 ; 在无机环境与生物群落之间的主要循环形式是 　　　　 。   生物地球化学循环 C 、 H 、 O 、 N 、 P 、 Ca 生物群落和无机环境 间 全球性 CO 2 有机物 CO 2 - 28 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 2 . 能量流动与物质循环的关系 二者是 　　　　 进行的 , 彼此相互依存 , 　　　　　　　　 。能量的固定、储存、 　　　　 和释放 , 离不开物质的合成和 　　　 等过程。物质作为能量的 　　　　 , 使能量沿着 　　　　　　　　 流动 ; 能量作为 　　　　 , 使物质在生物群落和 　　　　　　　　 之间得以不断地循环往返。   同时 不可分割 转移 分解 载体 食物链 ( 网 ) 动力 无机 环境 - 29 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 (1) 无机环境中的物质可以通过多种途径被生物群落反复利用。 ( 　　 ) (2) 物质循环和能量流动是两个相对独立的过程。 ( 　　 ) ( 3 ) 碳循环 在生物群落内部以 CO 2 形式循环。 ( 　　 ) √ 提示 : 物质可以在生物群落和无机环境之间循环往返。 × 提示 : 物质循环与能量流动相互依存、不可分割。 × 提示 : 碳循环在生物群落与无机环境之间以 CO 2 形式进行。 正误 判断 - 30 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 1 . 碳循环 过程 - 31 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 (1) 碳进入生物群落的途径 : 生产者的光合作用或化能合成作用。 (3) 温室效应的产生原因 ① 化石燃料的大量燃烧 , 产生大量 CO 2 。 ② 植被遭到破坏 , 降低了对大气中 CO 2 的调节能力 。 - 32 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 4 . 物质循环与能量流动的 关系 - 33 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 2 . 物质循环的特点 (1) 全球性 : 物质循环的范围是生物圈。 (2) 往复循环 , 重复利用 : 物质可以在无机环境和生物群落之间反复利用。 3 . 碳循环及存在形式 (1) 在生物群落和无机环境间以 CO 2 的形式循环。 (2) 在生物群落内部以含碳有机物的形式传递。 (3) 在无机环境中主要以 CO 2 和碳酸盐的形式存在。 - 34 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 考向 1 物质循环 1 . 右图是生物圈中碳循环示意图 , 下列相关分析错误的是 ( 　　 ) A . 生物圈通过碳循环实现碳元素的自给自足 B.A 是消费者 ,C 是生产者 , 碳在各成分间以 CO 2 的形式传递 C. 对 E 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 , 同时又是能量的载体 答案 解析 解析 关闭 生物圈通过碳循环实现碳元素的自给自足 ;A 是消费者 ,C 是生产者 , 碳在生物群落中以有机物的形式传递 , 在生物群落和无机环境之间以 CO 2 的形式传递 ;E 为化石燃料 , 若对此过度开发利用会导致温室效应的产生 ; 能量是物质循环的动力 , 物质是 能量 流动 的 载体。 答案 解析 关闭 B - 35 - 必备知识 • 梳理 核心重难 • 突破 关键能力 • 提升 2 . 下列有关生态系统能量流动和物质循环的叙述 , 正确的是 ( 　　 ) A. 一种蜣螂专以大象粪为食 , 则该种蜣螂获得了大象的物质 , 同时最多能获取大象所同化能量的 20% B. 当狼捕食兔子并同化为自身的有机物时 , 能量就从第一营养级流入第二营养级 C. 生产者通过光合作用合成有机物 , 能量就从非生物环境流入生物群落 D. 生态系统的能量是伴随物质而循环利用的 答案 解析 解析 关闭 蜣螂以大象粪便为食 , 那么大象同化的能量并没有被蜣螂获得 , 因为粪便为食物残渣 , 是未被吸收同化的成分 ; 狼捕食兔子并同化为自身的有机物是能量从第二营养级流入第三营养级 ; 光合作用合成有机物的同时把非生物环境中的光能转变为生物体内的化学能 ; 生态系统的物质循环伴随着能量流动 , 但能量不能循环利用。 答案 解析 关闭 C - 36 - 一、能量流动的计算方法 1 . 已知某营养级生物具有的能量 , 未确定能量传递效率 , 求其他营养级生物的能量 在解决这类问题时 , 首先要确定食物链和能量传递效率 , 厘清生物的营养级级别和能量传递效率 , 要注意题目中是否有 “ 最多 ”“ 最少 ”“ 至少 ” 等特殊的字词 , 从而确定是使用 10% 还是 20% 来解题。下面以食物链 A→B→C→D 为例 , 分情况讨论如下表 : - 37 - - 38 - 在食物网中 , 还要确定每一种生物能量多种来源和多种流向的比例。若每一种生物能量多种来源和多种流向的比例题目中已给出 , 此时厘清所有生物与生物之间的相关食物链 , 进行分别计算后汇总即可。若题目中能量传递效率和每一种群的能量多种来源或多种流向的比例都未给出 , 则讨论情况如下表。 - 39 - 2 . 根据营养级的能量摄入和去路来求解能量流入或去路之一的能量 解决这类问题 , 首先明确摄入的能量和能量的去路。消费者摄入的能量一部分被同化 , 一部分通过粪便排出。除最高级消费者外 , 各营养级的同化量有三个去路 : 流入下一营养级、自身呼吸消耗和被分解者利用。最高营养级的能量去路只有自身呼吸消耗和被分解者利用。消费者的同化量 = 摄入量 - 粪便量 , 生产者的同化量就是生产者固定的太阳能。 - 40 - 应用体验 1 右图是某生态系统中食物网简图 , 图中 a~g 代表各种不同的生物。若一种生物被下一营养级多种生物摄食 , 且被摄食量相等 , 则 d 每增加 10 kg, 最多需消耗生产者 ( 　　 ) A.3 250 kg B.1 935.48 kg C.2 750 kg D.468.75 kg 答案 解析 解析 关闭 由题意可知生物 g 、生物 f 和生物 a 从生物 e 摄取的能量相等 , 生物 b 和生物 d 从生物 a 摄取的能量相等 , 由高营养级来求消耗低营养级能量最多是多少 , 计算时按 10% 的传递 效率 , 而且生物 d 的能量来源有 3 条 : e →f→d,e→a→d,e→g→a→d 。设 d 每增加 10 kg, 最多需消耗生产者的能量为 x , 则可以推出 : x /3×10%×10%+ x /3×10%×1/2×10%+ x /3×10%×10 % × 1/2×10%=10 kg, 由此可得出 x =1 935.48 kg 。 答案 解析 关闭 B - 41 - 二、判断参与碳循环的四种成分 以碳循环为例分析三种典型的模式图 , 从而总结方法 , 具体如下。 (1) 碳循环过程示意图 - 42 - (2) 将上图换成字母 , 并尝试判断四种成分 ( 找依据 ), 如下面三种变式图。 - 43 - 图形解读 : ① 图 1 中 , 先根据双向箭头确定 A 和 B 应为生产者或非生物的物质和能量 , 其中 有 多 个箭头指向 B, 可判断 B 为非生物的物质和能量 ( 不能写 “ 无机环境 ”), 再根据 A→D,D→C,A→C, 确定 D 为消费者 ,C 为分解者。 ② 图 2 中 , 根据 A 与 C 之间的双向箭头及有多个箭头指向 C, 可判断 A 和 C 分别是生产者和非生物的物质和能量。根据 A 、 B 、 D 的碳都流向 E, 可进一步判断 ,B 是初级消费者 ,D 是次级消费者 ,E 是分解者。 ③ 图 3 中 , 首先找出相互之间具有双向箭头的两个成分即 A 和 E, 一个为生产者 , 一个是大气中的 CO 2 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 CO 2 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 ,B 、 D 、 F 则为消费者。 - 44 - 应用体验 2 (2018 年浙江 6 月 ) 某生态系统碳循环的部分示意图如下 : 回答下列问题。 (1) 图中的字母 　　　 表示大气中的 CO 2 , 由于 许多 因素的影响 , 使其含量夏季 　　　　 冬季。   (2)CO 2 被生产者吸收转变成体内物质进入生物群落 , 再被图中的 A 、 B 的 　　　　　　　　 和 C 的分解作用以及 E 的燃烧 , 转变成 CO 2 后再重新循环。若此生态系统中的生物群落处在正常演替过程中 , 生产者吸收的 CO 2 量 　　　　 整个生物群落排放的 CO 2 量。   (3) 若将本题图修改为该生态系统的能量流动示意图 , 可将 D 的含义改为 　　　　　　　　　　 , 其他字母及文字代表的含义不变 , 还需要修改之处有 : 增加 “ 光 → A” 、取消 “ → E → D” 、 　　　　　　　　　　　 。   答案 解析 解析 关闭 碳循环示意图中 A 为生产者 ,B 为消费者 ,C 为分解者 ,D 为大气中的 CO 2 ,E 为燃料。演替过程中的生物群落 , 生产者吸收的 CO 2 大于整个生物群落排放的 CO 2 量 , 有利于演替的正常进行。若改为能量流动则 D 为热能 , 除题干中取消 “→E→D” 外生产者不能利用热能 , 还要取消 “D→A” 。 答案 解析 关闭 (1)D 　低于　 (2) 呼吸作用　大于　 (3) 热能　取消 “D→A”