必修三5-2生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)

1、自主梳理 一、能量流動的概念 生態(tài)系統(tǒng)中能量的 、傳遞、 和散失的過程。,輸入,轉(zhuǎn)化,二、能量流動的過程 1輸入：生產(chǎn)者通過 把太陽能轉(zhuǎn)化為化學能，固定在有機物中。 2總值：流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量為 。,光合作用,生產(chǎn)者固定的,總能量,3傳遞、轉(zhuǎn)化、散失 (1)傳遞渠道： 。 (2)傳遞形式： 。 (3)能量去向(以能量在第一營養(yǎng)級的變化為例) 通過生產(chǎn)者的呼吸作用以 形式散失。 用于生產(chǎn)者的 、 和 等生命活動，儲存在有機物中。 隨著殘枝敗葉等被 分解而釋放出來。 被初級消費者攝入體內(nèi)，流入 營養(yǎng)級。,食物鏈和食物網(wǎng),有機物中的化學能,熱能,生長,發(fā)育,繁殖,分解者,下一個,三、能量流動的特點

2、 1單向流動 能量流動只能沿食物鏈由低營養(yǎng)級流向 ，不可逆轉(zhuǎn)，也不能循環(huán)流動。 2逐級遞減 輸入到某一營養(yǎng)級的能量中，只有 的能量能夠傳遞到下一營養(yǎng)級。,高營養(yǎng)級,10%20%,四、研究能量流動的意義 1幫助人們科學規(guī)劃、設(shè)計 ，使能量得到 的利用。 2幫助人們合理地調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的 關(guān)系，使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧?人工生態(tài)系統(tǒng),最有效,能量流動,互動探究1.食物鏈的營養(yǎng)級一般不超過五個，原因是什么？ 2請你從能量流動的角度分析農(nóng)民鋤草的目的是什么？,提示1.因為能量流動具有逐級遞減的特點，超過五個營養(yǎng)級后，所剩能量不足以維持營養(yǎng)級的生存，所以一條食物鏈的營養(yǎng)級一般不超過五個。

3、 2農(nóng)民鋤草的目的是調(diào)整能量流動的方向，使能量更多的流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠?即使能量更多地被作物固定)。,要點歸納 一、生態(tài)系統(tǒng)能量流動過程分析 能量流動的圖解：,1能量流動的起點：生產(chǎn)者(主要是植物)固定太陽能。 2能量流動的渠道：食物鏈和食物網(wǎng)。 3能量流動中能量形式的變化：太陽光能生物體有機物中的化學能熱能(最終散失)。 4能量在食物鏈中流動的形式：有機物(食物)中的化學能。 5能量散失的主要途徑：細胞呼吸(包括各營養(yǎng)級生物本身及分解者的細胞呼吸)；能量散失的主要形式是熱能。,6能量在流經(jīng)每一營養(yǎng)級時的分流問題分析 (1)能量來源 生產(chǎn)者的能量來自于太陽能。 各級消費者的能量一般來自上一

4、個營養(yǎng)級(同化量攝入量糞便中所含能量)。,(2)能量去路 每個營養(yǎng)級生物細胞呼吸產(chǎn)生的能量一部分用于生命活動，另一部分以熱能散失。 每個營養(yǎng)級生物的一部分能量流到后一個營養(yǎng)級中。 每個營養(yǎng)級生物的遺體、糞便、殘枝敗葉中的能量被分解者分解而釋放出來。 未利用能量(現(xiàn)存量：最終被分解者利用，也可歸為)。,7能量流動的特點 (1)單向流動 食物鏈中，相鄰營養(yǎng)級生物的吃與被吃關(guān)系不可逆轉(zhuǎn)，因此能量不能倒流，這是長期自然選擇的結(jié)果。 各營養(yǎng)級的能量總有一部分以細胞呼吸產(chǎn)生熱能的形式散失掉，這些能量是無法再被生產(chǎn)者利用的。,(2)逐漸遞減 每個營養(yǎng)級的生物總有一部分能量不能被下一營養(yǎng)級利用。 各個營養(yǎng)級的

5、生物都會因細胞呼吸消耗相當大的一部分能量，供自身利用和以熱能形式散失。 各營養(yǎng)級中的能量都要有一部分流入分解者。,(3)能量傳遞效率為1020%，即輸入某一營養(yǎng)級的能量中，只有1020%的能量流入到下一營養(yǎng)級。計算方法為：能量傳遞效率 100%。,二、生態(tài)金字塔的類型與含義 不同的生態(tài)金字塔能形象地說明營養(yǎng)級與能量、生物量、數(shù)量之間的關(guān)系，是定量研究生態(tài)系統(tǒng)的直觀體現(xiàn)。,感悟拓展 1能量流動的分析方法 比較教材中“賽達伯格湖的能量流動圖解”和“生態(tài)系統(tǒng)能量流動示意圖”可以發(fā)現(xiàn)，在“賽達伯格湖的能量流動圖解”中，流入每一營養(yǎng)級的能量去路中多了一條“未利用”，即未被自身呼吸消耗，也未被后一營養(yǎng)級和

6、分解者利用的能量。出現(xiàn)這種差別的原因在于兩種能量流動圖解的分析方法和理解角度不同。理解流入每一營養(yǎng)級的能量去向可從以下兩個角度分析：,(1)定量不定時分析：流入某一營養(yǎng)級的一定量的能量在足夠長的時間內(nèi)的去路可有三條：自身呼吸消耗；流入下一營養(yǎng)級；被分解者分解利用。但這一定量的能量不管如何傳遞，最終都以熱能形式從生物群落中散失，生產(chǎn)者源源不斷地固定太陽能，才能保證生態(tài)系統(tǒng)能量流動的正常進行。,(2)定量定時分析：流入某一營養(yǎng)級的一定量的能量在一定時間內(nèi)的去路可有四條：自身呼吸消耗；流入下一營養(yǎng)級；被分解者分解利用；未被自身呼吸消耗，也未被后一營養(yǎng)級和分解者利用，即“未利用”。如果是以年為單位研究

7、，第部分的能量將保留給下一年。,2能量傳遞效率的理解 能量的傳遞效率為10%20%的含義是指一個營養(yǎng)級的總能量大約只有10%20%傳到下一營養(yǎng)級。如果按20%這一最高效率計算，以第一營養(yǎng)級的總能量為100%計算，第二營養(yǎng)級所獲得的能量為20%，第三營養(yǎng)級所獲得的能量為20%20%4%，第n營養(yǎng)級所獲得的能量是第一營養(yǎng)級能量的 (若按傳遞效率10%計算，公式為 )，由此可知生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動一般不超過45個營養(yǎng)級。,3能量傳遞效率 (1)流入各級消費者的總能量是指各級消費者在進行同化作用過程中所同化的物質(zhì)中含有的能量總和，消費者糞便中所含有的能量不能計入排便生物所同化物質(zhì)中的能量。,(2)兩個

8、營養(yǎng)級之間能量傳遞效率大約為10%20%，但對不同的生態(tài)系統(tǒng)，確切的比例數(shù)總會由于各種食物鏈的不同、食物鏈內(nèi)營養(yǎng)級數(shù)目的不同以及食物鏈與食物鏈之間的交織等因素而有差異。,1在由草、兔、狐組成的一條食物鏈中，兔經(jīng)同化作用所獲得的能量，其去向不應(yīng)該包括() A通過兔子的呼吸作用釋放的能量 D通過兔子的糞便流入到分解者的體內(nèi) C通過狐貍的糞便流入到分解者的體內(nèi) B流入到狐的體內(nèi) 解析兔經(jīng)同化作用所獲得的能量兔的攝入量兔的糞便量，因此，B項中的能量去向并非來自于兔的同化獲得能量。 答案B,如果一個人的食物有1/2來自綠色植物，1/4來自小型肉食動物，1/4來自羊肉，假如傳遞效率為10%，那么該人每增加

9、1千克體重，約消耗植物() A10kgB28kg C100kg D280kg 答案D,解析本題考查生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動情況及其計算能力。 根據(jù)題意，可以寫出三條食物鏈： 植物人，在此食物鏈中，人要增重0.5kg，消耗植物為0.510%5kg； 植物羊人，在此食物鏈中，人要增重0.25kg，消耗的植物為0.2510%10%25kg； 植物植食動物小型肉食動物人，在此食物鏈中，人要增重0.25kg，消耗的植物為0.2510%10%10%250kg。所以人要增重1kg，共消耗植物280kg。,自主梳理 一、生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán) 1概念 (1)物質(zhì)：組成生物體的 等元素。 (2)循環(huán)：無機環(huán)境與 之間。

10、 (3)范圍：整個 。,C、H、O、N、P、S,生物群落,生物圈,2特點 (1)具有全球性，因此又稱 循環(huán)。 (2)生物群落中的主要存在形式： 。 (3)無機環(huán)境與生物群落之間的循環(huán)形式： 。 (4)特點：具 性，可 利用。,生物地球化學,有機物,二氧化碳,往復循環(huán),重復,二、能量流動與物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系 1二者 ，彼此相互依存，不可分割。 2物質(zhì)作為 ，使能量沿食物鏈(網(wǎng))流動；能量作為 ，使物質(zhì)能夠不斷地在 和生物群落之間循環(huán)往返。,同時進行,能量的載體,動力,無機環(huán)境,互動探究生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈(網(wǎng))與能量流動、物質(zhì)循環(huán)之間具有怎樣的關(guān)系？ 提示食物鏈(網(wǎng))是生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，而能量流動與物質(zhì)循

11、環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的功能，二者是結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。食物鏈(網(wǎng))是能量流動和物質(zhì)循環(huán)的渠道，它的改變直接影響生態(tài)系統(tǒng)的功能能否正常發(fā)揮。能量流動和物質(zhì)循環(huán)也能影響食物鏈(網(wǎng))，如果能量流動或物質(zhì)循環(huán)被破壞，則直接影響食物鏈(網(wǎng))的結(jié)構(gòu)復雜程度。,要點歸納 一、生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán),1大氣中的碳元素進人生物群落，是通過植物的光合作用或化能合成作用而實現(xiàn)的。 2碳在生物群落和無機環(huán)境之間循環(huán)是以CO2的形式進行的。碳元素在生物群落中的傳遞，主要靠食物鏈和食物網(wǎng)，傳遞形式為有機物。 3大氣中CO2的來源有三個：一是分解者的分解作用；二是動植物的呼吸作用；三是化石燃料的燃燒。 4實現(xiàn)碳在生物群落和無機環(huán)境之間進行

12、循環(huán)的關(guān)鍵是生產(chǎn)者和分解者。,5碳在無機環(huán)境與生物群落之間傳遞時，只有生產(chǎn)者與無機環(huán)境之間的傳遞是雙向的，其他各成分間的傳遞均是單向的。,二、溫室效應(yīng)與氣候變暖 1溫室效應(yīng)的形成 CO2與懸浮粒子是決定地球溫度及氣候的關(guān)鍵因素。CO2能吸收太陽輻射的紅外線。當太陽照射到地球表面時，使地球變暖，這種熱能又以紅外線的形式向太空輻射，再次被CO2吸收，從而使大氣層成為地面的保溫層，起到保溫作用。,2大氣中CO2含量持續(xù)增加的原因 (1)工廠、汽車、飛機、輪船等對化石燃料的大量使用，向大氣中傾放大量的CO2。 (2)森林、草原等植被大面積的破壞，大大降低了對大氣中CO2的調(diào)節(jié)能力。,3影響 (1)氣候

13、變暖會使冰川雪山融化，海平面上升，這樣就使沿海城市和國家面臨滅頂之災。 (2)由于氣候變化，也改變了降雨和蒸發(fā)機制，影響農(nóng)業(yè)和糧食資源的生產(chǎn)。降雨量的變化使部分地區(qū)更加干旱或更加雨澇，并使病蟲害增加。,4緩解措施 (1)植樹造林，增加綠地面積。 (2)減少化石燃料的燃燒。 (3)開發(fā)清潔能源。,2右圖為生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)的模式圖。相關(guān)敘述正確的是() A代表生產(chǎn)者，5可以代表化能合成作用 B碳元素在、間以含碳有機物的形式傳遞,C在食物鏈中占有碳元素最多的營養(yǎng)級可能是 D、中含有的有機物可以作為動力來促進碳元素在群落和環(huán)境之間循環(huán),解析首先需要確定這四種成分，箭頭指向、可以確定是生產(chǎn)者，因為生物群

14、落總能量流動的起點是生產(chǎn)者。由于生產(chǎn)者聯(lián)系了無機環(huán)境和生物群落，所以確定為無機環(huán)境。然后根據(jù)生產(chǎn)者和消費者都有箭頭指向分解者，確定為分解者。5代表生產(chǎn)者的呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳。碳元素在和間，是以二氧化碳形式傳遞的；、之間是以有機碳的形式傳遞的。是生產(chǎn)者，所含有的有機物最多。是消費者并不參與碳元素在生物群落和無機環(huán)境之間的循環(huán)。生產(chǎn)者聯(lián)系無機環(huán)境和生物群落和分解者聯(lián)系生物群落和無機環(huán)境，它們促進碳元素在生物群落和無機環(huán)境之間的循環(huán)。 答案C,下圖是生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)示意圖，“”表示碳的流動方向，下列說法正確的是(),A圖中A是生產(chǎn)者，B、D、E是消費者，C是分解者 B該生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括A、B、C

15、、D、非生物的物質(zhì)和能量 C該生態(tài)系統(tǒng)中食物網(wǎng)可表示為： DE每增加1 kg的體重，至少需要25 kg的A 答案D,解析根據(jù)題干可以知道A是生產(chǎn)者，D、E是消費者，B是分解者，C是無機環(huán)境。生態(tài)系統(tǒng)中分解者不參與食物鏈，不占營養(yǎng)級。此題中食物鏈是：ADE，如果E增加1 kg的體重，按照最大傳遞效率20%計算，需要25kg的A。,三、生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動的關(guān)系 1過程圖解,說明： (1)從圖中可以看出，無機環(huán)境為生物成分提供物質(zhì)和能量。 (2)生產(chǎn)者主要是指綠色植物，是消費者和分解者能量的源泉，也是生態(tài)系統(tǒng)存在和發(fā)展的基礎(chǔ)，因此，生產(chǎn)者是生態(tài)系統(tǒng)的主要成分。 (3)綠色植物同化的二氧化碳等

16、物質(zhì)，大約90%需經(jīng)分解者的分解作用歸還給無機環(huán)境，被生產(chǎn)者重新利用，因此，從物質(zhì)循環(huán)角度看，分解者在生態(tài)系統(tǒng)中占有重要地位。,(4)從理論上講，無機環(huán)境、生產(chǎn)者和分解者是任何一個自我調(diào)節(jié)的生態(tài)系統(tǒng)必要的基本成分，消費者的功能活動，不會影響生態(tài)系統(tǒng)的根本性質(zhì)，所以消費者不是生態(tài)系統(tǒng)必要的基本成分。,2生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動的區(qū)別和聯(lián)系,四、土壤微生物分解作用的探究活動的分析,3有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)能量流動和物質(zhì)循環(huán)的敘述不正確的是() A能量流動和物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的兩個主要功能 B能量流動和物質(zhì)循環(huán)是沿食物鏈進行的 C能量流動和物質(zhì)循環(huán)密切聯(lián)系、相互依存 D能量流動是伴隨著物質(zhì)循環(huán)而循環(huán)的 解析

17、物質(zhì)是循環(huán)的而能量是不循環(huán)的。 答案D,在自然生態(tài)系統(tǒng)中，物質(zhì)是能量的載體。下列敘述正確的是() A能量可驅(qū)動物質(zhì)循環(huán) B物質(zhì)和能量可循環(huán)利用 C能量只能在食物鏈中流動 D能量和生物數(shù)量金字塔均可倒置 答案C,命題熱點1考查生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的計算 【例1】在“藻類甲蟲蝦小魚大魚”的食物鏈中，(1)若有藻類植物G克，大魚最多能增重多少克？(2)若小魚要增重N克，最少需要甲蟲多少克？ 答案(1)(1/625)G克(2)25N克,解析能量在食物鏈的傳遞過程中，從上一營養(yǎng)級到下一營養(yǎng)級的傳遞效率一般為10%20%，最高傳遞效率為20%，最低傳遞效率為10%，當食物鏈中低營養(yǎng)級的生物有物質(zhì)G克時，傳遞

18、到某高營養(yǎng)級生物能獲得的最多物質(zhì)可用(20%)nG即(1/5n)G來計算；而獲得的最少物質(zhì)可用(10%)nG即(1/10n)G來計算(n為食物鏈中相應(yīng)營養(yǎng)級總數(shù)減1或為箭頭數(shù))。,(1)從藻類傳遞到大魚總共有營養(yǎng)級5個，所以大魚最多能增重(1/54)G克(1/625)G克。 (2)的要求不同，是由高營養(yǎng)級生物的增重求低營養(yǎng)級生物的物質(zhì)重量，即由“已知一個數(shù)的百分之幾是多少，求這個數(shù)”，應(yīng)該用除法；同時，高營養(yǎng)級生物要增重N克，至少需要低營養(yǎng)級生物的物質(zhì)重量應(yīng)該按最高傳遞率計算，即用N(1/5n)5nN來計算，而最多需要低營養(yǎng)級生物的物質(zhì)重量應(yīng)按最低傳遞率計算，即N 10nN來計算，從甲蟲到小魚

19、共有3個營養(yǎng)級，所以小魚要增重N克，至少需甲蟲5nN52N25N克。,方法點擊 未知具體傳遞效率時，可按10%20%的有效傳遞率計算，但須注意“至多”與“至少”的應(yīng)用。 后一營養(yǎng)級增重多少，需多少前一營養(yǎng)級時，應(yīng)按除法計算且至多需多少時應(yīng)按10%求解，至少需多少時應(yīng)按20%求解。 若要求按前一營養(yǎng)級推導后一營養(yǎng)級所獲能量時，應(yīng)用乘法，且在至少向后傳遞多少時應(yīng)按10%計算，至多向后傳遞多少時，應(yīng)按20%計算。,在食物網(wǎng)中求最大(小)值時，既要考慮能量傳遞效率，又要考慮食物鏈的長短。在沒有具體說明的情況下，能量傳遞效率為10%20%，即能量傳遞最低效率為10%，最高效率為20%。所以在食物鏈中能量

20、傳遞的“最大(小)值”的計算存在著下列關(guān)系：,如下圖所示的生態(tài)系統(tǒng)中，各食物鏈生物間能量的傳遞效率為10%20%，當草有能量109kJ，若按能量傳遞效率20%、選擇最短的食物鏈來計算，“最多”有10920%2108kJ能量傳遞到鳥；若按能量傳遞效率10%、選擇最長的食物鏈來計算，“最少”有109(10%)2107kJ能量傳遞到鳥。,命題熱點2碳循環(huán)與光合作用、呼吸作用的聯(lián)系 【例2】(天津高考)下圖為生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)示意圖，其中甲、乙、丙表示生態(tài)系統(tǒng)中的三種成分。,請據(jù)圖回答： (1)生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)是指碳元素在_之間不斷循環(huán)的過程。 (2)X與甲中圖示生物類群的能量來源不同，X代表的生物為_；

21、Y的細胞結(jié)構(gòu)與丙中圖示生物不同，Y的細胞結(jié)構(gòu)最主要的特點是_。 (3)大氣中的CO2在甲中圖示的_處(在ad中選擇)合成有機物；含碳有機物在甲中圖示的_處(在ad中選擇)可以分解為CO2。,(4)化石燃料除燃燒外，還可以通過_途徑產(chǎn)生CO2。 答案(1)生物群落與無機環(huán)境(2)化能自養(yǎng)細菌(或硝化細菌等)有核膜包圍的細胞核(3)ca和b(4)微生物的分解,解析通過綠色植物光合作用或某些化能自養(yǎng)型生物的合成作用(常見的有硝化細菌等)，把大氣中的二氧化碳和水合成為糖類等有機物。生產(chǎn)者合成的含碳有機物被各級消費者所利用。生產(chǎn)者和消費者在生命活動過程中，通過呼吸作用，又把二氧化碳釋放到大氣中。生產(chǎn)者和消費者的遺體被分解者所利用，分解后產(chǎn)生的二氧化碳也返回到大氣中。另外，由古代動植物遺體變成的煤和石油等，被人們開采出來后，通過燃燒把大量的二氧化碳排放到大氣中，也加入到生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)中。由此可見，碳,在生物群落與無機環(huán)境之間的循環(huán)主要是以二氧化碳的形式進行的。在植物細胞中，二氧化碳在葉綠體中被利用，又可通過呼吸作用在細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體中分解產(chǎn)生。,1(2009山東，4)利用泥漿生物反應(yīng)器處理污染土壤，原理是將污染土壤用水調(diào)成泥漿狀，同時加入部分營養(yǎng)物質(zhì)和菌