张静中学高考生物第八单元专项四.docx

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张静中学高考生物第八单元专项四

张静中学高考生物第八单元专项四

　生态系统的能量流动和物质循环

[考纲要求]　生态系统中的物质循环和能量流动的基本规律及其应用（Ⅱ）。

一、能量流动的过程

1．概念理解

—

　⇓

—

　⇓

—太阳能→有机物中的化学能→热能

　⇓

—

2．过程图解

[判一判]

1．生态系统的能量流动指能量的输入和散失过程（　×　）

提示　还包括传递和转化过程。

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　是生产者固定的太阳能或化学能。

3．散失的热能可以被生产者固定再次进入生态系统（　×　）

提示　生产者只能利用太阳能或化学能（化能合成作用），不能利用热能。

4．流经第二营养级的总能量指次级消费者摄入到体内的能量（　×　）

提示　初级消费者同化的能量。

二、能量流动的特点及意义

1．林德曼效率：

是指一个营养级和它的上一个营养级所同化的能量值的比值。

2．能量流动的特点：

单向流动、逐级递减。

3．研究意义

（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。

[解惑]　相邻两营养级之间能量传递效率（林德曼效率）只有10%～20%，因此食物链中营养级一般不超过4～5个。

[判一判]

1．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%（　×　）

2．能量金字塔可以出现倒置现象（　×　）

3．研究能量流动，可合理设计人工生态系统，提高能量的传递效率（　×　）

三、生态系统的物质循环

1．概念

（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：

生物群落和无机环境之间。

（3）循环特点：

具有全球性。

2．水的循环

3．氮的循环

（1）固氮：

根瘤菌将处于游离状态的氮气转变为无机氮的化合物（主要是硝酸盐和氨），供给植物直接利用，这一过程称为固氮。

（2）氮循环：

过程复杂，主要由于含氮化合物的种类较多，而且每一个环节上都有特定的微生物参加。

4．碳的循环

（1）循环形式

①无机环境与生物群落之间：

CO2。

②生物群落内：

以有机物形式沿食物链和食物网传递。

（2）图解

[解惑]　生态系统物质循环的物质是指组成生物体的基本元素，而非其组成的化合物；在循环过程中伴随着复杂的物质和能量的转化。

考点一　分析生态系统的能量流动

1．观察下面的能量流动过程图解，回答相关问题。

（1）能量的来源：

太阳能。

（2）起点：

从生产者固定太阳能开始。

（3）流经生态系统的总能量：

生产者通过光合作用所固定的全部太阳能。

（4）渠道：

食物链和食物网。

（5）能量转化：

太阳能→有机物中的化学能→热能（最终散失）。

（6）流动形式：

有机物中的化学能。

（7）散失途径：

呼吸作用，包括各个营养级自身的呼吸消耗以及分解者的呼吸作用。

（8）能量散失的形式：

以热能形式散失。

2．观察下图能量在营养级之间流动过程图解，回答相关问题。

（1）摄入量、同化量、粪便量三者之间的关系是摄入量＝同化量＋粪便量。

（2）在各营养级中，能量的三个去路：

①通过呼吸作用以热能的形式散失；②被下一营养级生物利用；③被分解者利用。

（3）概括能量流动的特点

①单向流动：

能量只能沿着食物链由低营养级流向高营养级。

②逐级递减：

相邻两个营养级的能量传递效率约为10%～20%。

3．写出能量传递效率（林德曼效率）的计算公式

相邻两个营养级的传递效率＝

×100%。

易错警示　能量流动中的2个比较

（1）生态系统中同化量和摄入量的比较

同化量为每一营养级通过摄食并转化成自身有机物的能量，摄入量是消费者摄入的能量，同化量＝摄入量－粪便量。

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，属于未被利用的那部分能量。

（2）能量传递效率与能量利用效率的比较

能量传递效率：

能量在沿食物链流动的过程中，逐级减少，若以“营养级”为单位，能量在相邻两个营养级之间的传递效率约为10%～20%。

其计算公式为能量传递效率＝（下一营养级同化量/上一营养级同化量）×100%。

能量利用效率：

通常考虑的是流入人体中的能量占生产者能量的比值，或流入最高营养级的能量占生产者能量的比值，或考虑分解者的参与，以实现能量的多级利用。

在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多，因此食物链越短，能量利用效率越高；同时，生态系统中生物种类越多，营养结构越复杂，抵抗力稳定性越强，能量利用效率越高。

1．如图为某生态系统中能量流动图解部分示意图，①②③④各代表一定的能量值，下列各项中正确的是（　　）

A．①表示流经该生态系统内部的总能量

B．一般情况下，次级消费者增加1kg，生产者至少增加100kg

C．生物与生物之间的捕食关系一般不可逆转，所以能量流动具有单向性

D．从能量关系看②≥③＋④

答案　C

解析　①仅仅是流经该生态系统内部总能量的一部分；次级消费者增加1kg，生产者至少增加25kg；从能量关系上看，②>③＋④。

2．如图为一个食物网。

若要使丙体重增加x，已知其食用的动物性食物

（乙）所占比例为a，则至少需要的生产者（甲）的量为y，那么x与y

的关系可表示为（　　）

A．y＝90ax＋10x

B．y＝25ax＋5x

C．y＝20ax＋5x

D．y＝10ax＋10x

答案　C

解析　由题干中的“至少”可知，应该按最大传递效率20%计算，a表示动物性食物（乙）所占比例，则1－a表示直接从生产者（甲）获得食物所占比例，故有（1－a）x÷20%＋ax÷20%÷20%＝y，即y＝20ax＋5x。

生态系统中能量传递的相关计算

在解决有关能量传递的计算问题时，首先要确定相关的食物链，理清生物在营养级

上的差别，能量传递效率为10%～20%，解题时注意题目中是否有“最多”、“最

少”、“至少”等特殊的字眼，从而确定使用10%或20%来解题。

（1）设食物链A→B→C→D，分情况讨论如下：

①已知D营养级的能量为M，则至少需要A营养级的能量＝M÷（20%）3；最多需要

A营养级的能量＝M÷（10%）3。

②已知A营养级的能量为N，则D营养级获得的最多能量＝N×（20%）3；最少能

量＝N×（10%）3。

（2）在食物网中分析：

如在A→B→C→D中，确定生物量变化的“最多”或“最少”时，还应遵循以下原

则：

①食物链越短，最高营养级获得的能量越多。

②生物间的取食关系越简单，生态系统消耗的能量越少，如已知D营养级的能量

为M，计算至少需要A营养级的能量，应取最短食物链A→D，并以20%的效率进

行传递，即等于M÷20%；计算最多需要A营养级的能量时，应取最长的食

物链A→B→C→D，并以10%的效率进行传递，即等于M÷（10%）3。

（3）在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物按一定比例获取能量，则

按照单独的食物链进行计算后再合并。

考点二　聚焦生态系统的物质循环

1．观察下面碳循环过程图，回答相关问题。

（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。

（2）碳返回无机,环境的途径

（3）分析温室效应产生的原因

①化石燃料的大量燃烧，产生CO2。

②植被破坏，降低了对大气中CO2的调节能力。

（4）概括物质循环的特点

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。

2．观察下面能量流动和物质循环的关系图解，填写表格中的内容。

项目

能量流动

物质循环

形式

光能→有机物中的化学能→热能（一般形式）

以化学元素形式流动

过程

沿食物链（网）单向流动

在无机环境和生物群落间往复循环

范围

生态系统各营养级

全球性

特点

单向流动，逐级递减

反复出现，循环流动

联系

1能量的固定、储存、转移和释放离不开物质的合成和分解

2②物质是能量沿食物链（网）流动的载体

③能量是物质在生态系统中往复循环的动力

易错警示　与物质循环有关的2点提示

（1）物质循环的“物质”和“范围”

①参与物质循环的“物质”是指组成生物体的化学元素。

②循环的范围是生物圈，而不是具体的某一生态系统。

（2）碳循环及存在形式

①在生物群落和无机环境间：

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．下图是生态系统中碳循环示意图，其中“→”表示碳的流动方向。

下列叙述不正确的是

（　　）

A．在碳循环过程中，同时伴随着能量流动

B．由于某种原因造成图中E生物数量大量减少，推测短期内与之相邻的两个营养级生物数量发生的变化是D增多，F减少

C．该生态系统的消费者包括图中的D、E、F、B

D．A→C过程中碳主要以CO2的形式进行循环，F→B以含碳有机物的形式进行流动

答案　C

解析　分析图形，A、B、D、E、F均有箭头指向C，则C是无机环境中的二氧化碳库。

A、C之间为双向箭头，A为生产者。

A、D、E、F均有箭头指向B，则B为分解者，D、E、F为消费者。

图示中包含的食物链为A→D→E→F，故E减少，短时间内D增多，F减少。

碳在生物群落与无机环境之间主要以CO2的形式循环，在生物群落内部是以含碳有机物的形式流动。

4．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进行传递

D．碳元素可在无机环境和生物群落之间反复利用

答案　A

解析　丁为无机环境，甲为生产者，乙为消费者，丙为分解者；d过程代表呼吸作用，b过程代表光合作用；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。

巧辨图形判断参与碳循环的四种成分

1．图1——先根据双向箭头确定A和B应为生产者和非生物成分，不能写“无机环境”，也不能写“生物类别”，再根据A→D，确定D为分解者，剩下C为消费者。

2．图2——根据A与C之间是双向箭头判断：

A和C一个是生产者，一个是非生物成分。

根据A、B、D的碳都流向E，可进一步判断：

A是生产者，B是初级消费者，C

是非生物成分，D是次级消费者，E是分解者。

3．图3——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CO2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CO2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，剩余的B、D、F则为消费者。

整个图解中，食物链是E→F→D→B。

序号

错因分析

正确答案

序号

错因分析

正确答案

①

不理解总能量的含义

N2

②

不清楚粪便量的来源

0

③

不清楚能量传递效率的计算方法

×100%

⑤

对种类和数量区分不清

增加各营养级生物的种类

④

不清楚自我调节能力如何进行

负反馈调节

题组一　生态系统的能量流动

1．（2012·海南卷，19）下图为某生态系统的能量流动简图，下列