年高中生物必修三教学案第六章 第三四节 能量流动和物质循环 生态系统的稳态及其调节 Word版含答案.docx

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年高中生物必修三教学案第六章第三四节能量流动和物质循环生态系统的稳态及其调节Word版含答案

第三、四节

能量流动和物质循环__生态系统的稳态及其调节

1.在生态系统中，能量是沿着太阳―→植物―→植食动物―→肉食动物―→顶位肉食动物的方向流动的。

2．在生态系统中，能量流动的渠道是食物链和食物网。

3．能量流动的特点是单向的、不可逆的、逐级递减的。

能量流动的传递效率一般只有约10%，所以越是处在食物链高位的动物，其数量就越少、生物量就越小、能量也越少。

4．物质循环是在一个相对封闭的循环圈中周而复始、往复循环，参与循环的物质数量恒定、而且可以得到重复利用。

物质循环中碳循环协调被打破是导致温室效应的主要原因。

5．生态系统的一个重要特点是趋于稳态，这种稳态是靠生态系统的自我调节实现的，而生态系统自我调节能力的基础则是反馈调节。

反馈调节包括负反馈和正反馈。

正反馈的作用常常使生态系统远离稳态，对生态系统有极大的破坏作用，从长远看，生态系统中负反馈调节起主要作用。

6．生态系统总是朝着物种多样化、结构复杂化和功能完善化的方向发展，直到生态系统稳定为止。

当生态系统达到最稳定状态时，它能在很大程度上克服和消除外来干扰，保持自身的稳定性。

生态系统中的能量流动

1．生态系统中的能量流动方向

在生态系统中，能量不断沿着太阳―→植物―→植食动物―→肉食动物―→顶位肉食动物的方向流动，此即生态系统中的能量流动。

2．能量流动的过程示意图

（1）补充图中标号代表的内容：

甲：

生产者；乙、丙：

消费者；丁：

呼吸作用;戊：

分解者。

（2）流入甲的总能量是被甲固定的太阳能总量。

（3）据图分析流入每一营养级的能量去向：

①通过自身细胞呼吸以热能形式散失；

②被下一营养级同化；

③被分解者分解利用；

④未被利用。

3．能量流动的特点

（1）能量流动与物质循环不同，能量流动是单向的、不可逆的，在流动过程中每传递一次损失一大半，最终都将以热能形式耗散到周围空间，所以生态系统必须不断地从外界输入能量，才能维持其正常功能。

（2）能量从植物到植食动物或从植食动物到肉食动物的传递效率（相邻营养级间传递效率＝

×100%）一般只有约10%，因此，越是处在食物链高位的动物，其数量就越少、生物量就越小、能量也越少，价值就越高。

1．流经生态系统的总能量是辐射到该地区太阳能的总量吗？

提示：

不是，流经生态系统的总能量是生产者通过光合作用固定在有机物中的总能量。

2．结合教材P110图6－9思考下列问题：

（1）植食动物（初级消费者）摄入的能量是其同化量吗？

它们之间存在什么关系？

提示：

初级消费者摄入的能量不等于其同化量，它们之间存在的关系是：

同化量＝摄入量－粪便量。

（2）初级消费者粪便中的能量是其同化量的一部分吗？

为什么？

提示：

不是，初级消费者粪便中的能量不属于其同化的能量，而是属于生产者所同化的能量。

（3）能量流动在生产者与植食性动物之间的传递效率是多少？

能总结出能量传递效率的计算公式吗？

提示：

13.5%，计算公式：

相邻营养级间传递效率＝

×100%。

（4）流入某一营养级的能量，为什么不能百分之百地流到下一个营养级？

提示：

①大部分能量通过细胞呼吸以热能的形式散失。

②遗体遗物被分解者分解利用。

③还有一部分能量未被利用。

3．生态系统中的能量流动为什么是单向的？

提示：

①食物链中各种生物之间的捕食关系是确定的，是在长期自然选择过程中形成的，不能逆转；

②各营养级的能量最终要在细胞呼吸过程中以热能形式散失，而热能是不能被生物再度利用的。

1．生态系统中的能量流动过程

（1）起点：

从生产者（主要是绿色植物）固定太阳能开始。

（2）总能量：

该生态系统中全部生产者所固定的太阳能总量。

（3）能量的传递（不是个体也不是种群之间传递而是营养级之间传递）：

①传递途径：

食物链和食物网。

②传递形式：

有机物中的化学能。

③传递过程：

④能量传递率：

输入某一营养级的能量中，只有约10%的能量流入到下一营养级。

计算方法为：

能量传递效率＝

×100%。

（4）能量的转化：

①生产者：

光能

有机物中的化学能。

②消费者：

食物化学能

自身化学能。

（5）能量的散失：

①形式：

热能，热能是能量流动的最后形式。

②过程：

有机物（化学能）

③特殊途径：

动植物遗体形成的煤炭、石油等

热能。

2．能量流动的特点分析

（1）单向流动：

①食物链中，相邻营养级生物的吃与被吃关系不可逆转，因此能量不能倒流，这是长期自然选择的结果。

②各营养级的能量总有一部分以细胞呼吸产生热能的形式散失掉，这些能量是无法再被利用的。

（2）逐级递减：

①每个营养级的生物总有一部分能量不能被下一营养级利用。

②各个营养级的生物都会因细胞呼吸消耗相当大的一部分能量，供自身利用和以热能形式散失。

③各营养级中的能量都有一部分流入分解者。

④由于能量在生态系统中流动、转化后，一部分储存在生态系统（生物体有机物）中，而另一部分被利用、散发至无机环境中，两者之和恰与流入生态系统的能量相等，故生态系统中能量流动与转化仍遵循能量守恒定律。

3．研究能量流动的意义

（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。

生态系统中的物质循环

1．生态系统中的物质循环特点

物质循环与能量流动不同，它是在一个相对封闭的循环圈中周而复始、往复循环的，参与循环的物质数量恒定，而且可以得到重复利用，因此，一个完善的生态系统，不需要从外界获得任何的物质补给就能长期维持其正常功能。

2．碳的全球循环

（1）碳循环路线：

碳循环的基本路线是从大气圈到植物和动物，再从动植物通向分解者，最后又回到大气圈。

大气中CO2的含量有着明显的昼夜变化和季节变化。

（2）海洋与碳循环：

①海洋的含碳量是大气圈含碳量的50倍，海洋对于调节大气圈中的含碳量起着非常重要的作用。

②CO2在大气圈和水圈的界面上通过扩散作用而互相交换着。

③如果大气圈中CO2发生局部短缺，水圈里溶解态的CO2就会更多地进入大气圈，同样，若水圈里碳酸氢根离子在光合作用中被植物耗尽，也可及时从大气中得到补充。

（3）人类活动对碳循环的影响：

人类每年因能源消费而向大气中排放2×1013kg的CO2，从而严重干扰了陆地、海洋和大气间CO2交换的平衡，致使大气中二氧化碳CO2含量持续增加。

1．填写出图中①～⑥所表示的内容：

提示：

①光合作用，②细胞呼吸，③植物（生产者），④动物（消费者），⑤细胞呼吸，⑥分解者的分解作用。

2．碳元素在无机环境和生物群落中分别以什么形式存在？

在无机环境和生物群落之间以及在群落内部分别以什么形式进行循环？

提示：

碳元素在无机环境中以CO2或碳酸盐的形式存在，在生物群落中以含碳有机物的形式存在；在无机环境和生物群落之间以CO2的形式进行循环，在群落内部以含碳有机物的形式流动。

3．大气中的CO2通过哪些途径进入生物群落？

生物群落中的有机碳通过哪些途径形成CO2释放到大气中？

提示：

大气中的CO2通过光合作用等进入生物群落。

生物群落中的有机碳通过动植物的细胞呼吸，微生物的分解作用，煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧释放到大气中。

4．造成温室效应的原因是什么？

减缓温室效应可以采取哪些措施？

提示：

温室效应主要是指由于化石燃料的大量燃烧以及森林、草原等植被的破坏造成大气中CO2浓度升高的现象。

减缓温室效应可以采取以下措施：

一是开发新能源，减少化石燃料的使用；二是大力植树造林，增加对CO2的吸收。

1．对生态系统中物质循环的理解

（1）范围：

生物圈，地球上的每个生态系统都是地球上物质循环的一部分，而只有生物圈才能完成真正的物质循环。

（2）“物质”的含义：

指构成生物体的基本元素（主要是指C、H、O、N、P、S等），而不是化合物。

（3）循环过程：

无机环境

生物群落。

（4）循环特点：

①全球性：

物质循环的范围是生物圈，因此把生态系统的物质循环又叫生物地球化学循环。

②反复利用，循环流动：

物质循环，既然称为“循环”就不像能量流动那样逐级递减、单向流动，而是可以在无机环境与生物群落之间反复利用、循环流动。

2．物质循环实例——碳循环

（1）碳循环形式：

CO2。

（2）碳循环过程图解如下：

3．能量流动与物质循环的比较

项目

能量流动

物质循环

形式

以有机物为载体

组成生物体的基本元素

特点

单向传递、逐级递减

往复循环

范围

生态系统各营养级

生物圈（全球性）

联系

同时进行、相互依存、不可分割：

①能量的固定、储存、转移和释放，离不开物质的合成和分解；②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

生态系统的稳态及其调节

1．稳态及其调节机制

生态系统的一个重要特点就是它常常趋向于稳态，使系统内部的所有成分彼此相互协调，保持稳定，这种稳态是靠生态系统的自我调节来实现的。

2．反馈调节

（1）反馈调节概念：

当生态系统中的某一成分发生变化的时候，它必然会引起其他成分出现一系列的相应变化，这些变化又反过来影响最初发生变化的那种成分，此过程叫反馈调节。

（2）反馈类型：

①负反馈：

负反馈是最常见的一种反馈，反馈的结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化。

如草原上的食草动物因为某种原因而增加，植物就会受到过度啃食而减少——这会反过来抑制和降低动物数量的增长，从而使生态系统保持稳定。

②正反馈：

正反馈在自然生态系统中是很少见的，其作用与负反馈相反，即生态系统中某一成分的变化，所引起的一系列变化反过来不是抑制而是加速最初所发生的变化，因此，正反馈的作用常常使生态系统远离稳态。

正反馈对生态系统有极大的破坏作用，从长远看，生态系统中负反馈调节将起主要作用。

3．自然生态系统的发展趋势

在自然条件下，生态系统总是朝着物种多样化，结构复杂化，功能完善化的方向发展，直到生态系统达到稳态为止。

4．正确处理人与自然的关系

（1）由于生态系统具有自我调节功能，所以在通常情况下生态系统会保持稳定，但此功能是有一定限度的，当外来干扰超过一定限度的时候，此功能就会受到损害。

（2）保持生态系统结构和功能的稳定是人类生存和发展的基础。

（3）人类活动除了要讲究经济效益和社会效益外，还必须特别注意生态效益和生态后果，以便在利用自然的同时能基本保持生物圈的稳定。

1．请归纳总结生物种类与自我调节能力的关系。

提示：

生物种类繁多，营养结构复杂⇒自我调节能力强⇒抵抗外力干扰的能力强。

2．为何从长远看，生态系统中负反馈调节起主要作用？

提高生态系统稳定性措施有哪些？

提示：

负反馈调节可使生态系统保持稳定。

例如增加生物种类和数量，使结构变得复杂。

3．生态系统具有自我调节力，可以一直保持稳定状态吗？

举例说明。

提示：

生态系统具有自我调节力，可在很大程度上克服和消除外来的干扰，保持稳定，但它的调节力有限，当外来干扰因素超过一定限度时，生态系统的自我调节功能本身会受到损害。

如：

火山爆发、地震等。

4．提高生态系统的稳定性，我们可以做些什么呢？

提示：

①控制对生态系统干扰的程度，对生态系统的利用应该适度，不应超过生态系统的自我调节能力。

②对人类利用强度较大的生态系统，应实施相应的物质、能量投入，保证生态系统内部结构与功能的协调。

1．生态系统的自我调节能力

（1）自我调节能力取决于生态系统自身的净化作用和完善的营养结构。

①净化作用包括物理沉降、化学分解和微生物的降解三个方面，它是河流生态系统抵抗环境污染的有效途径。

②完善的营养结构使生态系统具有一种反馈调节机制，进而抵抗外界干扰，维持自身稳定。

反馈调节是生态系统自我调节能力的基础，如在森林中，当害虫数量增加时，食虫类由于食物丰富，数量也会增加，害虫种群的增长就会受到抑制。

生态系统的自我调节主要依靠群落内的种间关系（主要是捕食）和种群中的种内斗争来实现。

（2）自我调节能力与生态系统成分和营养结构的关系。

生态系统的自我调节能力与其自身的成分和营养结构呈正相关。

一般地说，生态系统的成分越单纯，营养结构越简单，自我调节能力就越小，反之越大。

2．生态系统反馈调节的种类与比较

比较项目

正反馈

负反馈

调节方式

加速最初发生变化的那种成分所发生的变化

抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化

结果

常使生态系统

远离稳态

有利于生态系统保持

相对稳定

实例分析

已污染的湖泊污染加剧

以图表信息为依托，考查生态系统中的能量流动

[例1]　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（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__________（填“有”或“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）假设该农场将所生产玉米的1/3作为饲料养鸡，2/3供人食用，生产出的鸡供人食用。

现调整为2/3的玉米养鸡，1/3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会____________（填“增多”、“不变”或“减少”），理由是______________________________。

[精讲精析]　

（1）从题干信息所给出的生物之间的食物关系，可写出该生态系统的营养结构（食物链和食物网）。

（2）因为牛与鸡所需食物资源不同（牛食玉米秸秆、鸡食玉米子粒），所以它们之间无竞争关系，人与鸡之间构成的是捕食与竞争的关系，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，无机环境中的碳是以CO2的形式通过绿色植物的光合作用进入该人工群落的。

（4）结合食物网，当鸡食用玉米增多时，人从玉米中获得的能量将减少，即能量的利用率降低，该农场可供养的人数将会减少。

[答案]　

（1）如图　

（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1/3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

（1）同一营养级生物之间是竞争关系。

（2）能量沿食物链（网）传递时，单向递减。

食物链越长，散失能量越多，营养级越高得到的能量越少，数量越少。

1．下图表示某草原生态系统中能量流动图解，①～④表示相关过程能量流动量。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．①是流入该生态系统的总能量

B．图中②＋③＋④＋兔细胞呼吸消耗的能量应与①相等

C．图中②/①的比值代表草―→兔的能量传递效率

D．③和④分别属于草和兔同化能量的一部分

解析：

选D　草所固定的太阳能是流入该生态系统的总能量；兔粪便中的能量不属于兔同化的能量；②/①的比值代表兔―→狐的能量传递效率；粪便是生物没有同化的那部分能量，其中③属于草同化的能量的一部分，④属于兔同化的能量的一部分。

以模式图为载体，考查碳循环过程

[例2]

　下图是自然界碳循环的简图，据图分析下列叙述错误的是（　　）

A．甲为分解者，乙为消费者，丙为生产者

B．①②③表示CO2通过甲、丙、乙的呼吸作用进入大气中

C．④表示大气中CO2进入生物群落的主要途径

D．碳元素以无机物形式在丙→乙→甲所示的渠道流动

[思路点拨]

[精讲精析]　据图可知：

大气中的CO2只能通过丙进入生物群落，故丙为生产者，④为生产者将CO2固定为有机物；丙被乙捕食（图中过程⑤），丙和乙最终被甲分解，故甲、乙分别为分解者、消费者；①②③表示通过分解者、生产者、消费者的呼吸作用将生物群落内的有机物分解为CO2返回大气。

碳元素在生物群落内以有机物形式传递，其途径为食物链（网），故D错误。

答案为D。

碳循环模式图中生态系统成分的判断

（1）首先双向箭头的两端分别是生产者和大气中的CO2，因为只有生产者既能通过光合作用或化能合成作用从大气中吸收CO2，又能通过呼吸作用向大气中释放CO2，因此只有生产者与大气中的CO2之间具有双向箭头（如图1中的A与B、图2中的A与C、图3中的A与E、图4中的A与B）。

（2）在此基础上，其他成分都有箭头指向的为大气中的CO2，因为生产者、消费者、分解者都可通过呼吸作用向大气中释放CO2（如图1中的B、图2中的C、图3中的A、图4中A），双向箭头的另一端则为生产者（如图1中的A、图2中的A、图3中的E、图4中的B）。

（3）除大气中的CO2外其他生物成分都有箭头指向的为分解者，因为动植物的遗体遗物都要被分解者分解（如图1中的D、图2中的E、图3中的C、图4中D），剩下的成分为消费者（如图1中的C、图2中的B、D，图3中的B、D、F，图4中的C）。

2．下图是生态系统的碳循环示意图，则相关叙述正确的是（　　）

①生态系统中碳循环首先依赖于绿色植物的光合作用

②图中分解者通过需氧呼吸和厌氧呼吸两种分解方式将生物组织内的碳返回大气中

③图中M里的碳，除碳酸盐外，还可通过燃烧回到大气中

④碳循环的进行伴随着能量流动，但由于生物体不能在代谢中利用热能，因而能量流动具有单向流动和逐级递减的特点

A．①②　　　　　B．②③④

C．①③D．①②③④

解析：

选D　碳循环首先依赖于绿色植物的光合作用，非生物环境中的碳可经燃烧作用返回大气，生物体不能利用热能，食物链不可逆转均导致能量流动具有单向性特点。

综合考查物质循环与能量流动及其之间的关系

[例3]　下面为某生态系统的部分物质循环简图，其中M表示非生物的物质和能量。

相关叙述正确的是（　　）

A．若M表示大气中的CO2，则碳元素在图中④过程中是以有机物形式传递的

B．从图中我们可以看出能量伴随着物质循环而循环

C．若M表示大气中的CO2，则碳元素可在生物群落中反复循环利用

D．若M表示无机环境中的能量，则①的能量值为②与③对应的能量值之和

[精讲精析]　

选项

分　　析

A项正确

碳在生物群落内部是以有机物的形式传递的，图中④表示捕食关系

B项错误

能量是单向流动的，不能循环利用

C项错误

碳在无机环境和生物群落之间反复循环利用，而不是在群落内反复利用

D项错误

①表示生产者固定的总能量，除包括②③外，还包含消费者通过呼吸作用散失的能量

3．下列关于生态系统能量流动和物质循环关系的叙述中，不正确的是（　　）

A．二者是密切联系的两个过程

B．在能量流动过程中，物质是能量的载体

C．能量是物质循环的动力

D．从能量流动和物质循环的角度来看，生态系统是一个自给自足的系统

解析：

选D　能量流动与物质循环是密不可分的，它们将生态系统的各个成分紧密地联系在一起，但能量是单向流动、逐级递减的，故生态系统在能量上不能自给自足。

考查生态系统稳态及其调节机制

[例4]　某池塘中，早期藻类大量繁殖，食藻浮游动物水蚤大量繁殖，藻类减少，接着又引起水蚤的减少，后期排入污水，引起部分水蚤死亡，加重了污染，导致更多水蚤死亡。

关于上述过程的叙述，正确的是（　　）

A．早期不属于负反馈，后期属于负反馈

B．早期属于负反馈，后期不属于负反馈

C．早期、后期均属于负反馈

D．早期、后期均不属于负反馈

[精讲精析]　水蚤以藻类为食，早期藻类大量增加，水蚤增加，因水蚤大量繁殖，导致藻类减少，这属于负反馈；而后期因污染导致水蚤死亡，水蚤的死亡又加重了污染，属于正反馈。

答案为B。

在负反馈调节下，系统趋于平衡；在正反馈调节下，系统远离平衡，这是判断反馈类型的重要依据。

4.关于生态系统自我调节能力的叙述中，错误的是（　　）

A．在森林中，当害虫增加时食虫鸟也会增多，这样，害虫种群的增长就受到抑制，这属于生物群落内的负反馈调节

B．负反馈调节在生态系统中普遍存在，它是生态系统自我调节能力的基础

C．生物群落与无机环境之间不存在负反馈调节

D．生态系统的自我调节能力不是无限的，当外界干扰因素的强度超过一定限度时，生态系统的自我调节能力会迅速丧失

解析：

选C　负反馈调节普遍存在于生物之间，也存在于生物群落与无机环境之间。

[课堂回扣练习]

一、概念原理识记题

1．下列有关生态系统能量流动的叙述中，不正确的是（　　）

A．能量流动过程是指太阳能被绿色植物固定及能量从生物体进入环境的过程

B．能量流动是单向的，不可逆转的

C．食物链越短，可供最高营养级消费的能量越多

D．营养级越多，散失的能量越多

解析：

选A　能量流动从生产者所固定的太阳能开始，能量沿着食物链的各个营养级由一种生物转移到另一种生物体内，最终以热能形式释放到自然界中去。

能量流动的特点：

单向流动，逐级递减。

2．在碳循环中，CO2进入生物群落的生理过程是（　　）

①光合作用　②细胞呼吸　③分解作用　④燃烧作用　⑤蒸腾作用

A．①　　　　　　B．①⑤

C．②③④　　　　　　D．①③④

解析：

选A　无机环境中的CO2绝大部分是通过绿色植物的光合作用合成有机物进入生物群落的，还有很小的一部分通过化能合成作用合成有机物进入生物群落。

二、易错易混辨析题

3．下列关于生态系统稳定性的叙述不正确的是（　　）

A．负反馈调节是生态系统具有自我调节能力的基础

B．“野火烧不尽，春风吹又生”体现了生态系统的自我调节能力

C．某营养级的一些生物消失，可由同一营养级的其他生物替代

D．平衡生产者和消费者的数量能提高生态系统的稳定性

解析：

选D　增加生态系统中的生物种类可以提高其稳定性，平衡生产者和消费者的数量并不能提高生态系统稳定性。

[回扣知识点]

1．能量流动的含义和特点。

2．碳循环的过程。

3．易误点提醒：

生态系统的稳态通过自我调节实现，调节能力的大小取决于该生态系统生物种类和数量的合理搭配。

三、基本原理应用题

4．右图表示生物圈中碳元素的循环过程，下列有关叙

述错误的是（　　）

A．图中乙都是自养生物，光合生物细胞中不一定有叶绿体但都含有色素

B．适度松土不可以促进①过程

C．②过程的加剧是造成温室效应的主要原因

D．达到平衡状态的生态系统，③和④的量基本相等

解析：

选D　由图可知，甲为分解者、乙为生产者、丙为消费者，图中乙都是自养生物，光合生物（如蓝细菌）中没有叶绿体但含有色素；适度松土不可以促进①消费者的呼吸作用过程，而是促进分解者的分解作用；②过程即化石燃料的大量燃烧，是造成温室效应的主要原因；在一个处于稳定状态的生态系统中，碳吸收量应该基本上等于碳释放量，碳元素由无机环境进入生物群落主要依赖于绿色植物的光合作用（④），而由生物群落回归无机环境则不仅包括③生产者的呼