届高考生物一轮复习讲义324生态系统的功能.docx
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届高考生物一轮复习讲义324生态系统的功能
第4讲 生态系统的功能——能量流动和物质循环
知识点一 生态系统的能量流动
知识点二 生态系统的物质循环
议一议：
就能量和物质而言生物圈可否保障“自给自足”？
为什么？
能量流动过程图解（以初级消费者为例
上述图解中存在如下三种关系：
（1同化量＝摄入量－粪便
（2同化量＝呼吸散失量＋储存量
（3粪便实际上是上一营养级的未被利用的成分，通过分解者将其分解。
判断正误
1．生态系统中的能量流动是单向的，且是逐级递减的（ 。
2．相邻两个营养级的能量传递效率不会小于10%，也不会大于20%（ 。
3．研究能量流动，可合理设计人工生态系统，高效利用能量（ 。
4．研究能量流动，可调整能量流动关系，使生产者固定的能量全部流向人类（ 。
5．参与循环的物质是组成生物体的各种化合物（ 。
6．碳循环在生物群落和无机环境之间主要以有机物形式循环（ 。
7．物质和能量都是往复循环，重复利用的（ 。
8．物质是能量流动的载体，能量流动是物质循环的动力（ 。
9．化学燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因（ 。
学习笔记：
自我校对：
①输入 ②传递 ③转化 ④散失 ⑤光合作用 ⑥生产者 ⑦食物链 ⑧分解者 ⑨单向流动 逆转 ⑪循环流动 ⑫逐级递减 ⑬由低到高 ⑭人工生态系统 ⑮最有效 ⑯调整 ⑰持续高效 ⑱全球性 ⑲循环流动 ⑳CO2 CO2 有机物 食物链或食物网 CO2
碳循环 融化 上升 各种组成成分
想一想：
动物粪便应属食物残渣，这是未曾消化吸收的部分，它不属动物的同化量，故动物同化能量中没有随粪便排出的能量。
议一议：
由于能量流动只能是单向的、逐级递减的，流向一个生态系统的能量只能从生产者固定太阳能开始，因此生物圈内的能量无法实现自给自足——它必须依赖生物圈外向其源源不断地输入太阳能。
然而，就物质而言由于物质是可循环流动，反复利用的，故生物圈可实现物质上的自给自足。
判断正误：
1.√ 2.× 3.√ 4.× 5.× 6.× 7.× 8.√ 9.√
生态系统中能量流动分析
1．对能量流动的理解
“能量流动”是生态系统的基本功能之一，能量是维持生态系统存在和发展的动力。
起点
生产者
源头
光能
能量输入
相关生理过程
光合作用、化能合成作用
总能量
生产者固定的太阳能总量
能量的传递
传递形式：
有机物
传递渠道：
沿食物链和食物网
能量的散失
相关生理过程
细胞呼吸
形式
热能
能量流动特点
①逐级递减；②单向流动
能量传递效率
10%～20%
2.每一营养级能量来源与去路的分析
（1动物同化的能量＝摄入量－粪便有机物中的能量，即摄入的食物只有部分被同化。
例如蜣螂利用大象的粪便获得能量，就不能说蜣螂获得了大象的能量。
（2流入一个营养级的能量是指被这个营养级的生物所同化的全部能量。
能量的来源与去路：
即一个营养级所同化的能量＝呼吸散失的能量＋被下一营养级同化的能量＋分解者利用的能量＋未被利用的能量。
3．流动模型——生态金字塔的类型、含义比较
能量金字塔
数量金字塔
生物量金字塔
形状
特点
正金字塔形
一般为正金字塔形
一般为正金字塔形
象征含义
能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性
一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减
一般生物有机物的总质量沿食物链升高逐级递减
每一阶含义
每一营养级生物所含能量的多少
每一营养级生物个体的数目
每一营养级生物的有机物总量
特殊形状
无
树―→昆虫―→鸟
极少
★★★ 本考点属高考重点与热点之一，对能量流动的考查所涉及的主要内容包括能量流动的特点、相关概念的比较理解（如能量传递效率与能量利用率、同化量与摄入量、能量传递效率的计算等。
题型既有选择题，也可结合生态系统的结构及物质循环命制非选择题。
【典例1】►下图为生态系统中能量流动图解的部分示意图，①②③④⑤各代表一定的能量值，下列各项中正确的是（ 。
A．第三营养级流向第四营养级的能量传递效率为×100%
B．图中④包含了次级消费者粪便中的能量
C．在人工饲养的高密度鱼塘中初级消费者获得的总能量往往大于⑤
D．食物链中的各营养级获得能量的方式及能量的用途完全相同
解析 第三营养级流向第四营养级的能量传递效率为×100%；粪便不属于次级消费者自身的同化量；在食物链中各营养级获得能量的方式及能量的用途不完全相同，如第一营养级与各消费者同化能量的方式不同；在人工饲养的高密度鱼塘中，鱼所获得的能量不只是来自生产者，而可能更多地来自人工投放的饲料。
答案 C
技巧点拨 （1食物网中，能量传递效率是指某营养级流向各食物链下一营养级的总能量占该营养级的比例。
如ABC流向B、C的总能量占A的10%～20%。
（2同一食物链不同环节能量传递效率往往不完全相同，不涉及“最多”、“最少”，计算时不能按10%或20%，而需按具体数值计算。
如在食物链A→B→C→D中，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D的能量为M×a%×b%×c%。
【训练1】►下图表示甲、乙两个特定生态系统的能量金字塔，有关解释正确的是（ 。
A．一个吃玉米的人所获得的能量一定比一个吃牛肉的人获得的能量多
B．能量沿食物链单向流动，传递效率随营养级的升高而逐级递减
C．若甲和乙中玉米的数量相同，能量传递效率为10%，且甲能养活10000人，则乙能养活500人
D．若土壤中含相同浓度的DDT，则甲中的人比乙中的人体内DDT低
命题立意 本题难度较大，主要考查对生态系统能量流动特点的掌握情况及运算能力。
解析 对于一个个体来说，其从上一营养级获得能量的多少取决于其摄入量及同化的比例，故A错误；在生态系统中能量的传递效率在10%～20%之间，与营养级高低没有联系，故B错误；假设每个人的能量为a，则甲图中玉米含有的能量为10000a÷10%＝100000a，那么乙能养活的人数为100000a×10%×10%÷a＝1000，故C错误；DDT在食物链中具有富集现象，即营养级越高，体内含有的DDT浓度越大，甲中人处于第二营养级，乙中人处于第三营养级，故D正确。
答案 D
【训练2】►在如图所示的食物网中，假如猫头鹰的食物有来自于兔子，来自于鼠，来自于蛇，那么猫头鹰若增加20g体重，最少需要消费植物（ 。
A．600gB．900gC．1600gD．5600g
解析 通过食物链（植物→兔→猫头鹰，猫头鹰增重20g×＝8g，最少需要消费植物的量为8g×5×5＝200g；通过食物链（植物→鼠→猫头鹰，猫头鹰增重20g×＝8g，最少需要消费植物的量为8g×5×5＝200g；通过食物链（植物→鼠→蛇→猫头鹰，猫头鹰增重20g×＝4g，最少需要消费植物的量为4g×5×5×5＝500g。
所以合计至少消费植物200g＋200g＋500g＝900g。
答案 B
碳循环及物质循环和能量流动的关系
1．碳循环过程图解及解读
（1图示
（2析图
①大气中的碳元素进入生物群落，是通过植物的光合作用（主要途径或硝化细菌等的化能合成作用完成的。
②碳元素在生物群落与无机环境之间循环的主要形式是CO2；碳元素在生物群落中的传递主要沿食物链和食物网进行，传递形式为有机物。
③大气中CO2的主要来源
④碳元素在无机环境与生物群落之间传递时，只有生产者与无机环境之间的传递是双向的，其他成分都是单向的。
（判断生态系统的成分的依据
2．温室效应
（1成因
①工厂、汽车、飞机、轮船等对化学燃料的大量使用，向大气中释放大量的CO2。
②森林、草原等植被大面积的破坏，大大降低了对大气中CO2的调节能力。
（2危害
加快极地冰川融化，导致海平面上升，对陆地生态系统和人类的生存构成威胁。
（3缓解措施
①开发清洁能源，减少化学燃料燃烧。
②植树造林，增加绿地面积。
3．物质循环与能量流动的关系
（1图示
（2析图
①生物群落中物质和能量最终来自无机环境。
②连接生物群落和无机环境的两大成分——生产者和分解者；图示中未标出生产者还可以利用化学能进行化能合成作用。
③二者均开始于生产者，通过光合作用合成有机物、固定太阳能，然后沿共同的渠道——食物链（网一起进行。
④能量的固定、储存、转移和释放，离不开物质的合成与分解等过程。
⑤物质作为能量的载体，使能量沿着食物链（网流动。
⑥能量作为动力，使物质在生物群落和无机环境之间不断地循环往返。
⑦上述关系，总体上体现了二者相互依存、不可分割，并且同时进行。
——物质循环图解辨析
（1碳循环过程示意图
弄清箭头的方向及代表含义。
（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
★ 高考中对物质循环的考查，可以与光合作用、化能合成作用、细胞呼吸等生理过程结合起来考查，也可以与生态系统结构、能量流动及温室效应和低碳经济等社会热点问题相联系进行综合考查。
【典例2】►（2011·天津卷放牧强度可影响人工草地的物质循环和能量流动。
图1是亚热带某人工草地在不同放牧强度下牧草净光合产量（净光合产量＝光合作用合成量－呼吸作用消耗量的变化图，G0为不放牧，G1～G3为放牧强度逐渐增强。
据图回答下列问题。
（15～10月份的最适放牧强度是________（从G0～G3中选填，________月份可被初级消费者利用的总能量最多。
（2与放牧草地相比，8月份不放牧草地净光合产量明显偏低的原因有________（多选。
A．过多枝叶对下层植物有遮光作用
B．植株衰老组织较多
C．缺少动物粪尿的施肥作用
D．草地生态系统的物质循环加快
（3据图1分析，为使牧草净光合产量维持在最高水平，4～10月份需要采取的放牧措施是________________________________________________________________________。
（4牧草的光合作用强度可用单位时间和面积的______________________来表示。
（5在牧草上喷32P标记的磷肥，检测32P在初级和次级消费者中的放射强度，结果见图2。
其中A消费者处于第______营养级。
（6在生态系统的生物成分中，生产者体内的32P除被消费者利用外，还有部分进入________。
解析 （1由图1可以看出，放牧强度为G2时的净光合产量最大，且在6月份达到最大值。
（2见答案。
（34月份正值牧草快速生长时期，且由图可以看出，此时不放牧时，净光合产量最高；5～10月份，放牧且放牧量维持在G2时的净光合产量最大。
（4光合作用强度可用单位时间、单位面积产物的生成量或CO2的消耗量或O2生成量来表示。
（5因为A的数量先增加，说明A直接以牧草为食，为初级消费者，处于第二营养级。
（6生产者的残体能被分解者利用。
答案 （1G2 6 （2ABC （34月份不放牧，5～10月份放牧强度保持在G2水平 （4有机物生成量（CO2的消耗量或O2生成量 （5二 （6分解者
——物质循环过程分析
范围
生物圈（全球
物质对象
组成生物体的化学元素
形式
生物群落与无机环境间：
无机物
生物群落内：
有机物
动力
能量
重要生物类群
生产者：
物质、能量输入
分解者：
物质、能量输出
特点
全球性、循环性
【训练3】►（2011·东城区检测如图为碳元素在生态系统中循环的模式图，图中甲、乙、丙表示生态系统的生物成分，箭头表示生理过程。
下列相关叙述中，不正确的是（ 。
A．d过程代表光合作用，b过程代表呼吸作用
B．甲所示的营养级在食物链中占有的碳元素最多
C．碳元素在甲、乙、丙之间以有机物的形式传递
D．碳元素可在无机环境和生物群落之间反复利用
解析 丁为无机环境，甲为生产者，乙为消费者，丙为分解者；d过程为呼吸作用，b过程为光合作用；甲为生产者，生产者在食物链中所含有机物中的能量最多，在食物链中占有的碳元素最多；碳元素在生物群落内部主要以有机物的形式进行传递，在无机环境与生物群落间主要以二氧化碳的形式进行传递；碳元素可以在生态系统中反复利用。
答案 A
【训练4】►2011年11月28日～12月，联合国气候大会在南非德班举行，围绕“京都议定书”第二承诺期问题各国政要展开了激烈争论，碳排放再掀波澜。
根据右图所示碳循环的部分过程进行的有关分析，正确的是（ 。
A．生物群落内部进行碳循环的物质形式是二氧化碳
B．参与③过程的生物包括生产者、消费者和分解者
C．③过程增强后②过程随之增强，不能通过增强③减少大气中CO2
D．开发太阳能、水能、核能等新能源，可减少人类对①过程的依赖
解析 生物群落内部碳循环的主要形式是含碳有机物，故A错误；③过程指的是生产者固定CO2，故B错误；增大③过程能减少大气中CO2的量，但不是最主要的方法，减少大气中CO2的量最主要的方法是D项所述。
答案 D
土壤微生物的分解作用
1．实验原理
（1土壤中存在种类、数目繁多的细菌、真菌等微生物，它们在生态系统中的成分为分解者。
（2分解者的作用是将环境中的有机物分解为无机物，其分解速率与环境中的温度、水分等生态因子有关。
2．实验流程
案例1
案例2
实验假设
微生物能分解落叶使之腐烂
微生物能分解淀粉
实验设计
实验组
对土壤高温处理
A杯中加入30mL土壤浸出液
对照组
对土壤不做任何处理
B杯中加入30mL蒸馏水
自变量
土壤中是否含微生物
是否含有微生物
实验现象
在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组
A
A1
不变蓝
A2
产生砖红色沉淀
B
B1
变蓝
B2
不变色
结论分析
微生物对落叶有分解作用
土壤浸出液中的微生物能分解淀粉
高考对本点单独考查频度不高，多与生态系统物质循环过程相结合命制选择题或非选择题（含实验探究题。
【典例】►同学们在课外活动中发现植物的落叶在土壤里会逐渐腐烂，形成腐殖质。
他们猜测落叶的腐烂是由于土壤微生物的作用，不同生态系统的土壤微生物分解能力不同，并设计了实验进行验证。
（1实验设计首先要遵循的是________原则和________原则。
（2以带有同种落叶的土壤为实验材料，均分为A和B。
实验时A不做处理（自然状态；B用塑料袋包好，放在60℃的恒温箱中灭菌1h。
B处理的目的是________________________
________________________________________________________________________。
（3（2中实验的自变量是____________，因变量是____________，无关变量是____________（至少写出两点。
（4如果同学们的猜测是正确的，若干天后（2中B组的落叶
________________________________________________________________________。
（5如果同学们用带有相同量同种植物落叶的冻土苔原和热带雨林的等量土壤为实验材料，分别模拟原生态系统的无机环境条件进行C组和D组的实验，定期抽样检测样品土壤中未腐烂的落叶的含量，请根据预期结果在如图中绘出相应的曲线。
解析 由题意可知该实验的目的是验证落叶的腐烂是由于土壤微生物的作用，实验的自变量是土壤中微生物的有无，因变量是落叶的腐烂程度。
为遵循生物实验设计的对照原则和单一变量原则，所以应尽量减少无关变量对实验的影响，如土壤温度、湿度、pH、落叶的种类和大小等。
在绘制曲线时，应注意以下几点：
①明确横坐标和纵坐标的意义，其中纵坐标为未腐烂的落叶量；②两曲线的起点相同，注意纵坐标初始值不为0；③由于微生物的分解作用，两曲线呈下降趋势，且D组下降速度较C组快；④随时间延长，微生物的数量增多，故两曲线的下降趋势是由慢到快。
答案 （1单一变量 对照 （2杀死土壤微生物，同时避免土壤理化性质的改变 （3土壤微生物（作用的有无 落叶的腐烂程度 土壤温度、含水量、pH、落叶的种类和大小等（合理即可 （4腐烂程度小于对照组 （5如右图
【训练1】►（2011·南京模拟右图表示a、b、c三地区森林土壤有机物分解状况，则分解者的作用强弱是（ 。
A．a>b>c B．c>b>a
C．c＝b>a D．a>c＝b
解析 由题意可知，土壤中有机物量指的是未被分解者分解的有机物的数量，由图可知，a的数量少，分解的落叶数量最多；b次之；c数量最多，分解的落叶量最少。
由此可推知，分解落叶的能力a>b>c。
答案 A
【训练2】►如图是热带雨林和极地针叶林两个生态系统中腐殖质总量随时间的变化情况，则图中生态系统A是________，B是________。
解析 腐殖质是落叶等与土壤的混合物，含有大量的未完全分解的动植物体的残体。
对这些残体进行分解的是分解者，分解者在热带雨林中数量和种类最多，因此在该环境中，腐殖质的数量少，而极地针叶林中腐殖质的数量多。
答案 极地针叶林 热带雨林
生态系统的能量流动
1．（2011·福建理综，4下表选项中，甲、乙、丙三者关系能用右图表示的是（ 。
选项
表示内容
甲
乙
丙
A
碳元素的流向
消费者
CO2库
生产者
B
内环境成
分的关系
血浆
淋巴
组织液
C
生态系统的
能量流向
生产者
消费者
分解者
D
甲状腺激素分泌
的分级调节
下丘脑
甲状腺
垂体
解析 依据题干中提供的信息逐项分析：
若甲为消费者，其呼吸作用产生的CO2释放到CO2库，CO2库中的CO2又可以通过生产者（丙的光合作用固定到有机物中，消费者通过摄食，碳元素又可进入消费者，故A正确；若甲为血浆，根据题意中的箭头指向分析乙不可能为淋巴，故B错；若图表示生态系统的能量流向，分解者（丙中的能量不可能被消费者（乙利用，故C错；若图表示甲状腺激素分泌的分级调节，乙应该为垂体，丙为甲状腺，故D错。
答案 A
2．（2010·山东理综，6以下表示动物利用食物的过程。
正确的分析是（ 。
A．恒温动物的④/③值一般高于变温动物
B．哺乳动物的③/①值一般为10%－20%
C．提高圈养动物生长量一般需提高③/②值
D．食肉哺乳动物的③/②值一般低于食草哺乳动物
解析 恒温动物需要消耗更多的能量维持体温，所以有机物的积累量（④较少，其④/③一般低于变温动物。
能量传递效率是相邻营养级的同化量之比。
肉食动物的③/②值一般高于食草哺乳动物。
③/②越高，说明有更多的食入量转变成饲养动物的同化量，有利于提高动物的生长量。
答案 C
3．（2010·江苏，11有人发起“多吃素食、少吃肉食”的运动，以支援粮食短缺地区的灾民。
运用生态学知识对此的合理解释是（ 。
A．多吃肉食会增加心血管病的发病率
B．直接以低营养级的生物为食将消耗生态系统更多的能量
C．多吃肉食比多吃素食消耗的粮食总量更多
D．节省的肉食可以帮助灾民提高营养水平
解析 “多吃素食，少吃肉食”能节约粮食，其生态学原理在于降低人在食物链中的营养级，从而节约更多的粮食。
故正确答案为C。
答案 C
4．（2009·全国卷Ⅰ，34某种植玉米的农场，其收获的玉米子粒既作为鸡的饲料，也作为人的粮食，玉米的秸秆则加工成饲料喂牛，生产的牛和鸡供人食用，人、牛、鸡的粪便经过沼气池发酵产生的沼气作为能源，沼渣、沼液作为种植玉米的肥料。
据此回答下列问题（不考虑空间因素。
（1请绘制由鸡、牛、玉米和人组成的食物网：
（2牛与鸡之间________（有、无竞争关系，理由是__________________。
人与鸡的种间关系是________，人与牛的种间关系是________。
（3流经该农场生态系统的总能量来自________所固定的________，无机环境中的碳以________形式进入该人工群落。
（4假设该农场将生产玉米的作为饲料养鸡，供人食用，生产出的鸡供人食用。
现调整为的玉米养鸡，供人食用，生产出的鸡仍供人食用。
理论上，该农场供养的人数将________（增多、不变、减少，理由是___________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析 （1分析题意，鸡、牛、玉米和人组成的食物网是
玉米鸡人牛
（2牛与鸡之间所需食物资源不同（牛食玉米秸秆、鸡食玉米子粒，所以它们之间无竞争关系，人与鸡之间构成捕食与竞争的关系，人与牛之间构成捕食关系。
（3流经一个生态系统的总能量是生产者固定的全部太阳能，因此，流经该农场生态系统的总能量来自玉米所固定的太阳能，无机环境中的碳以CO2的形式通过绿色植物的光合作用进入该人工群落的。
（4依题意，理论上该农场供养的人数将减少，因为改变用途的玉米被鸡食用后，在鸡这一环节散失了一部分能量，导致人获得的能量减少。
答案 （1玉米鸡人牛 （2无 它们所需食物资源不同（或牛食玉米秸秆、鸡吃玉米子粒 捕食与竞争 捕食 （3玉米（其他合理答案也可 太阳能 CO2 （4减少 改变用途的玉米被鸡食用后，在鸡这一环节散失了部分能量，导致人获得的能量减少
5．（2011·海南单科，21关于生态系统的叙述，正确的是（ 。
A．生态系统中生产者得到的能量必然大于消费者得到的
B．生态系统中的信息传递对所有捕食者都必然是有利的
C．生态系统的食物链中营养级越高的生物，其体型必然越大
D．生态系统的食物链中营养级越高的生物，其体型必然越小
解析 流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能，能量在各营养级之间的传递效率为10%～20%，故A正确；生态系统的信息传递能够调节种间关系，以维持生态系统的稳定性，不可能只对捕食者有利；生态系统的食物链中营养级的高低与体型大小没有必然联系。
答案 A
6．（2010·全国Ⅰ，5右图是一个农业生态系统模式图，关于该系统的叙述，错误的是（ 。
A．微生物也能利用农作物通过光合作用储存的能量
B．沼气池中的微生物也是该生态系统的分解者
C．沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用
D．多途径利用农作物可提高该生态系统的能量利用效率
解析 在生态系统中，能量流动是单向的，不能循环利用，故C项错误。
该生态系统中，沼气池中的微生物能利用农作物固定的太阳能，属于分解者，选项A、B正确；物质和能量的多级利用，减少了能量的流失，提高了能量的利用效率，选项D正确。
答案 C
物质循环与能量流动的综合考查
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