3.5.2,3生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)

1、第五部分生態(tài)學基礎第38講生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)、考點內(nèi)容全解（一）本講考什么1. 能量沿食物鏈流動（1）能量流動過程起點：從生產(chǎn)者固定太陽能開始。數(shù)量：生產(chǎn)者固定的全部太陽能是流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量。渠道：沿食物鏈和食物網(wǎng)，逐級流動。（2）能量流動特點單向流動、逐級遞減（傳遞效率：約10 20% ）、質(zhì)量提高、速率不同。嚴格遵守熱力學第一、第 二定律。2.生態(tài)金字塔（生態(tài)錐體）3.研究能量流動的意義 調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中能向，使能量多地流向?qū)θ祟惿锶禾佳h(huán)（加括號者為年變化量，未加括號者為庫存量）個2 1特點：通過光合作用合成有機物構(gòu)成全球的基礎生產(chǎn)量金字塔CO、/rC4、和co"

2、;-'-應的速率差別很大；大氣中 eq的濃度有日變化和年變化。（四種基本生物化學過程能量金字!的主要貯存庫是沉積巖；生乎沒有氣體成塔參與循環(huán)：）（主有時 呈倒置：如一棵樹上停著多只鳥），是最大的氮庫；固氮途徑:訥植物二 at 肉高能固氮和工業(yè)固氮；氮肥塔 Kg/ m£ ）COtNItM以固態(tài)進行；（4）汞（重金屬）循環(huán)特點：通過生物富集作 用導致很大危害；在細菌作 用下生成甲基汞，毒性大， 易溶于脂類，易被人體吸收。（二）考點例析例1在一個生態(tài)系統(tǒng) 中，A種群有50個個體，B 種群有500個個體，C種群 有5000個個體，D 種群有 10000個個體，則它們的食 物鏈關(guān)系是A

3、. ABC-D比宇«!前世LTS (OlihHiB .DCBA反硝tfr用大r中詢也（NJIt聊神'*a利C CDBA不能確定該生態(tài)系統(tǒng)功能的解析一個生態(tài)系統(tǒng)中的各種生物彼此互相關(guān)聯(lián)，組成食物鏈。食物鏈都包括幾個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)可 作為一個營養(yǎng)級，而能量沿著食物鏈從一個營養(yǎng)級流動到另一個營養(yǎng)級。在能量流動的過程中，能量以熱 量的形式不斷散失，形成金字塔能流。所以本題初看起來選B。但題目中只提供個體的數(shù)量，沒有提提供個體的大小或個體所擁有的能量，所以僅從個體的數(shù)量還不能確定該種群的生物量或能量的多少。如一棵 大樹的個體數(shù)量是 1,而生活在其上的昆蟲的數(shù)量可以有幾百只甚至幾千只。所

4、以僅從各種群的個體數(shù)量無法判斷它們之間的營養(yǎng)關(guān)系。答案D例2珠江三角洲農(nóng)民充分利用自然資源，建立了該地特有的蔗基魚塘和?；~塘，下圖是該生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動示意圖。請據(jù)圖回答：（1）這種人工生態(tài)系統(tǒng)最基本的生物因素是 。要使它長期穩(wěn)定發(fā)展，除了有穩(wěn)定的來源，各類基物要。（2） 該生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)經(jīng)多次重復利用,大大提高了能量的 ，能提高的原因是因為其營養(yǎng)結(jié)構(gòu)具有 的特點。（3） 蠶糞、蔗葉進入魚塘經(jīng)過的作用又被桑蔗基所利用。蠶糞中的氨經(jīng)過 作用，形成 被植物吸收。（4）建立這一生態(tài)系統(tǒng)的目的是維持，取決于 。解析此題工生態(tài)系統(tǒng)中， 有四種成分：非生物的物質(zhì)和能量（水、土壤、陽光等）、生產(chǎn)

5、者（蔗、桑、綠藻）、消費者（各種魚、蠶等）、分解者（細菌）， 它們共同組成了一個相互依存的整體，生產(chǎn)者和分解者是不可缺少的生物成分，各類生物只有保持相對穩(wěn) 定，才能長期穩(wěn)定發(fā)展。建立這一生態(tài)系統(tǒng)的目的是使該生態(tài)系統(tǒng)朝著更有益于人類的方向發(fā)展。能量則 是沿著食物鏈的渠道流動的，食物鏈越短，營養(yǎng)級越少，流向?qū)θ祟愑幸娴牟糠值哪芰烤驮蕉?，對人類?生產(chǎn)和生活就越有意義。在這個生態(tài)系統(tǒng)中，分解者（細菌）的作用很重要，蠶糞中的氨經(jīng)過硝化細菌的作用，形成亞硝酸鹽和硝酸鹽，被甘蔗，桑樹吸收利用。對人工生態(tài)系統(tǒng)的功能維持，取決于它的成員之 間的物質(zhì)循環(huán)和能量流動的動態(tài)平衡。對保持生態(tài)穩(wěn)定有重大的意義。保持相對

6、穩(wěn)定（2）利用率食物鏈短（3）分解者硝化細菌的化能 生產(chǎn)者、消費者和分解者能答案（1）生產(chǎn)者和分解者能量合成亞硝酸鹽和硝酸鹽（4）使生產(chǎn)者所固定的能量流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠?量之間的流動和物質(zhì)循環(huán)在較長時間內(nèi)保持相對穩(wěn)定性。例3我國北方處于平衡狀態(tài)的某森林生態(tài)系統(tǒng)，其碳素循環(huán)如圖，箭頭 和字母分別表示碳素傳遞方向和轉(zhuǎn)移量。下列選項正確的是（）A. 夏季，a> b + c + e B.秋季，e + f < gC.春季，g = b + e + fD.冬季，d> c+f解析碳元素進入食物鏈參與碳素循環(huán)是從生產(chǎn)者通過光合作用固定C02開始的，即從植物處加入的。 根據(jù)能量流動的特點，

7、只有1020%流到下一個營養(yǎng) 級，能量流動的環(huán)節(jié)越多，損耗越大，同時還有大量的能量和物質(zhì)滯留在本營養(yǎng) 級，除自身消耗外，另有一部分以殘體形式被分解者所分解。夏季光合作用強度大于呼吸作用和分解者的分解作用總和，因而A選項正確；作為離開生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)總量不可能超過它的輸入總量，這是由物質(zhì)不滅定律決定的。答案A解題警示本題容易岀現(xiàn)的問題是將物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)移混淆，同時受到季節(jié)的干擾。解題時注意：1.對一個生態(tài)系統(tǒng)而言，只要正常運轉(zhuǎn)，則物質(zhì)應循環(huán)而能量則輸入要大于輸岀；2.讀圖時明確各符號及箭頭的含義。二、能力提升技巧1. 物質(zhì)循環(huán)和能量流動的關(guān)系2. 初級生產(chǎn)量的測定方法生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動開始于綠色植

8、物通過光合 作用對太陽能的固定，植物所固定的太陽能或所制造 的有機物質(zhì)量稱為初級生產(chǎn)量。其測定方法有：收獲 量測定法、氧氣測定法（黑白瓶法）、CQ測定法、放 射性標記物測定法、葉綠素測定法。 G （總初級生產(chǎn)量）= N （凈初級生產(chǎn)量）+ R（呼吸消耗量）例4右表是對某水生生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)級和能量 流動情況的調(diào)查結(jié)果，表中A、B、C、D分別表示不同的營養(yǎng)級，E為分解者。Pg表示生物同 化作用固定能量的總量，Pn表示生物體貯存的 能量（Pn=Pg-R），R表示生物呼吸消耗的能量。 單位：102 kJ/m2 /a分析回答：（1）能量流動是從 A、B、C、D中的哪個營 養(yǎng)級開始的（2）（3）（4）（5）

9、遺怵力諾青:井呻償用PgPnRA15.92.813.1B870.7369.4501.3C0.90.30.6D141.061.979.1E211.520.1191.4Cfl3, （圖中：優(yōu)表厠質(zhì)循環(huán)代？SBE直流帀1，為什么？ _。若此生態(tài)系統(tǒng)受到重金屬污染,金屬污染物最多的生物是若D的種群數(shù)量下降，則種群數(shù)量增加的是 該生態(tài)系統(tǒng)中能量從第三營養(yǎng)級傳遞到第四營養(yǎng)級的效率是 從能量輸入和輸岀角度看，該生態(tài)系統(tǒng)的總能量是否增加，為什么解析本題考查的考點是生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動情況，屬理解層次試題。解答本題須從識圖著手，并 正確運用能量流動的有關(guān)知識進行計算。因為B營養(yǎng)級含有的能量最多，貯存的能量和呼吸

10、消耗的能量也最多，故B是生產(chǎn)者；因為E為分解者，所以食物鏈為 B-A-C;從第三營養(yǎng)級傳遞到第四營養(yǎng)級的效率是0.9/15.9 = 5.7 %。因為在該生態(tài)系統(tǒng)中，輸入的總能量為生產(chǎn)者固定的總能量Pg（生產(chǎn)者）=870.7，870.7 > 785.5。輸出的總能量=所有生物消耗能量之和=13.1 + 501.3 + 0.6 + 79.1 + 191.4= 785.5，所以生態(tài)系統(tǒng)輸入的總能量大于所有生物消耗能量之和。答案（1）B 因為B營養(yǎng)級含能量最多，是生產(chǎn)者（2）C （3）BC （4）5.7% （5）增加 因為該生態(tài)系統(tǒng)輸入的總能量大于所有生物消耗能量之和（或答Pg（生產(chǎn)者的呼吸消耗

11、）>R（所有生物的呼吸消耗）。解題技巧根據(jù)能量金字塔來判斷生物的營養(yǎng)級；能量的傳遞效率不要以Pn來計算；在一個穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)中，能量不斷增加的根本原因是生產(chǎn)者在不斷地制造有機物，且凈積累有機物。例5下圖為某生態(tài)系統(tǒng)中，能量與物質(zhì)流動關(guān)系示意圖(圖中為有毒物質(zhì)濃度百萬分之一，即10-6，能量單位：kJ cm / 年):(1) 從完成生態(tài)系統(tǒng)功能的角度，簡要說明生產(chǎn)者的重要作用是。(2) 該生態(tài)系統(tǒng)的總能量是kJ cvml年；(3) 圖中數(shù)值計算能量從 A到B的傳遞效率是%,其余的能量最終通過生物的散失，由于生物在代謝中不能再利用，因此能量流動具有特點；(4) 圖丘機物箭頭指 _和CQ等物質(zhì)

12、的流動過程。圖中D是，通過它們的 和兩種分解方式，將生物組織內(nèi)的碳放回空氣中。(5) 在生態(tài)系統(tǒng)中，碳循環(huán)始終與結(jié)合在一起進行；(6) 從生態(tài)因素的角度看，存在中的有毒物質(zhì)，經(jīng) 高度濃縮，因此 越高的生物受害越大。解析這是一道全面考察生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能知識的學科內(nèi)綜合題。首先要分析圖中各符號所代表的含義，圖中所示的是一個生態(tài)系統(tǒng)，箭頭所示這個生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)的方向。我們知道流經(jīng) 生態(tài)系統(tǒng)的總能量是來自生產(chǎn)者所固定的太陽能，能量在各營養(yǎng)級的傳遞過程中是逐級遞減的，其去路有 三個方向：一是各營養(yǎng)級的生物在分解有機物用于生命活動時，總有一部分能量以熱能的形式散失；二是 大部分的能量未被下

13、一個營養(yǎng)級所利用，其排泄物等流入分解者中；三是只有小部分流入下一個營養(yǎng)級。 所以流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量應該是生產(chǎn)者中的能量的三個去路之和：97+ 306+ 63= 466。由A到B的傳遞率=63 - 466 ,以此類推。答案(1 )能量流動、物質(zhì)循環(huán)的基礎(2) 466 (3) 13. 5 %呼吸作用 熱能 遞減單向(4)水、無機鹽分解者有氧呼吸 無氧呼吸(發(fā)酵)(5)能量流動(6)無機環(huán)境食物鏈營養(yǎng)級解題技巧解題關(guān)鍵為抓住能量流動的規(guī)律，運用生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的觀點去分析解答。圖 中A顯然是物質(zhì)循環(huán)和能量流動的開始，所以它一定是生產(chǎn)者，D最后將物質(zhì)分解又返回大自然中，它應該是分解者，而

14、B、C分別是初級消費者和次級消費者。能量在流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)時的三個去向要清楚。解題警示該題能全面答對者很少，原因一是對生態(tài)系統(tǒng)功能的知識掌握不牢，特別是對能量在流經(jīng) 生態(tài)系統(tǒng)時的三個去向不清楚；二是識圖、析圖的能力較差，沒有看到圖中已標岀 含量，常把圖框中的數(shù)值也當能量計算，所以造成 兩種不能漏寫。三、基礎能力測試1. 倒置的生物種群數(shù)量金字塔適于描述(雙選)鼠害泛濫的草地A.放牧牛羊的草原 B .蚜蟲聚集的果樹A表示的是有毒物質(zhì)的D是分解者，但分解方式有小題和小題的錯誤。()C .松毛蟲成災的松樹2. 下圖中表示城市生態(tài)系統(tǒng)的能量金字塔是(P表示植物,a表示動物,h表示人類)3.在下列生 基本保

15、持平衡A.森林 生態(tài)系統(tǒng) 城市生態(tài)系統(tǒng)A態(tài)系統(tǒng)中，物質(zhì)循環(huán)能 的是生態(tài)系統(tǒng) B .農(nóng)田C.養(yǎng)魚塘D.4. 一片樹林中，樹、昆蟲和食蟲鳥類的個體數(shù)比例關(guān)系如下圖所示。下列選項能正確 表示樹、昆蟲、 食蟲鳥之間的 能量流動關(guān)系 的是(選項方 框面積表示能 量的大小)5. 在碳循環(huán)中，使碳從無機環(huán)境進入群落的生理作用是()呼吸作用 光合作用攝食作用化能合成作用硝化作用反硝化作用A. B . C . D .6 下列關(guān)于氮循環(huán)的說法錯誤的是()A. 土壤中的氨經(jīng)過硝化細菌的作用，最終轉(zhuǎn)化成硝酸鹽B. 根瘤菌固定的氮一部分供宿主植物利用，一部分留給自己使用C. 植物只能利用土壤中的硝酸鹽和銨鹽；而不能直接

16、利用空氣中的氮氣D. 土壤中的一些細菌在氧氣充足的條件下，將硝酸鹽轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽，并最終轉(zhuǎn)化成氮氣四、潛能挑戰(zhàn)測試7.右圖為碳元素在生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)的模式圖，圖中“圓圈”表示生態(tài)系統(tǒng)的生物成分，“箭頭”表示過程。請據(jù)圖回答：為(2) 6(3) 碳元素在生物群落內(nèi)部傳遞是沿 實現(xiàn)的。(4) 陸地生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈中占有碳元素最多的營養(yǎng)級是。8 有人連3月至6月間，對某湖泊生態(tài)系統(tǒng)中幾種生態(tài)因子進行調(diào)查，幾年的調(diào)查結(jié)果基本一 致，對調(diào)查數(shù)據(jù)整理如下圖(曲線僅示變化趨勢)。請 通過分析圖中所示各生態(tài)因子的變化及相互關(guān)系回 答：(1) 在3月至6月間，該生態(tài)系統(tǒng)中浮游植物光合 作用合成有機物的凈生產(chǎn)量(總

17、生產(chǎn)量減去呼吸消耗 量)發(fā)生較大變動，影響這種變動的非生物因素主要是 什么？判斷的依據(jù)是什么？(2) 在3月至4月上旬，該生態(tài)系統(tǒng)中浮游植物光 合作用合成有機物的凈生產(chǎn)量和現(xiàn)存浮游植物有機物 總量均明顯增加，其章要原因是什么？在4月中旬開始， 者又明顯下降，主要原因是什么？(3) 在4月下旬至5月上旬，該生態(tài)系統(tǒng)中浮游植物光 合作用合成有機物的凈生產(chǎn)量岀現(xiàn)迅速增長，但這段時間 內(nèi)，現(xiàn)存浮游植物有機物總量并未增加，原因是什么？ 9動物A和B生活在同一環(huán)境中，現(xiàn)研究兩者之間的關(guān) 系。右圖表示A、B在120d內(nèi)的種群變化。(1) 為什么物種A達到的峰值會高于物種 B?(2) 若物種B突然大幅度增加，

18、A、B的數(shù)量如何變化 為什么？(3) 實驗條件下兩者在116d和120d后均死亡，這種情況在自然條件下會發(fā)生嗎？為什么？(4) 討論第90d時，物種A的各種種間關(guān)系的特征。(5) 比較物種B在第17d和第90d獲取食物后能量傳遞效率的高低。五、標答與提示1. BC (點撥：設生產(chǎn)者數(shù)量是 1，則消費者的數(shù)量是很多)2. D (點撥：城市生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量流通大、轉(zhuǎn)運快，人的營養(yǎng)級最高與植物、動物都有直接關(guān)系，并起主導作用)3. A (點撥：自然生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)基本實現(xiàn)自給自足)4. C (點撥：能量流動逐級遞減)5. C (點撥：都將CQ合成有機物進入生態(tài)系統(tǒng))6. D (點撥：硝化細菌與反硝化細菌是不同的細菌)7. 碳在生物群落和無機環(huán)境之間是以 CO的形式進行循環(huán)。首先通過綠色植物的光合作用合成有機物， 再通過食物鏈到各級消費者體內(nèi)，再到分解者。生產(chǎn)者、消費者、分解者都通過呼吸分解有機物，釋放CQ到大氣中。(1)分解者大氣中CQ庫(2)光合作用 呼吸作用(3)食物鏈 (4)生產(chǎn)者8. (1 )無機養(yǎng)分 浮游植物光合作用的凈生產(chǎn)量隨無機養(yǎng)分的變化