高考生物一轮复习 第9单元 生物与环境 第4讲 生态系统的能量流动和物质循环学案.docx

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高考生物一轮复习第9单元生物与环境第4讲生态系统的能量流动和物质循环学案

第4讲　生态系统的能量流动和物质循环

考纲要求

全国卷五年考情

生态系统中物质循环和能量流动的基本规律及应用（Ⅱ）

2016·卷ⅠT5,2016·卷ⅢT5,2016·卷ⅢT31

2015·卷ⅠT31,2015·卷ⅡT31,2014·卷ⅡT31

考点一|生态系统的能量流动

（对应学生用书第213页）

[识记—基础梳理]

1．能量流动

（1）概念：

生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。

（2）能量流动的四个环节

—

⇩

—

⇩

—太阳能→有机物中的化学能→热能

⇩

—

2．能量流动过程

（1）补充图中标号代表的内容

①生产者，②初级消费者，③次级消费者，

④呼吸作用，⑤分解者。

（2）据图补充食物链中①营养级能量的去向：

①通过自身呼吸作用以热能的形式散失。

②被下一营养级同化。

③残枝败叶、遗体残骸等被分解者分解。

④未被利用。

（3）图示中的E2/E1表示第二、三营养级间的能量传递效率。

3．能量流动的特点及原因分析

（1）单向流动

①表现：

能量只能沿着食物链由低营养级流向高营养级。

②原因：

a．生物之间的捕食关系是长期自然选择的结果，一般不可逆转。

b．各营养级通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落重复利用，因此能量流动无法循环。

（2）逐级递减：

相邻两个营养级能量传递效率（同化量的比值）为10%～20%，其原因如下：

①各营养级生物都会因为呼吸作用消耗大部分能量。

②生产者的遗体、残枝败叶，消费者的尸体、粪便中的能量被分解者利用，经分解者的呼吸作用消耗。

③还有一部分未利用的能量，即指未被自身呼吸作用消耗，也未被下一个营养级和分解者利用。

4．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。

1．田鼠和鼬都是恒温动物，同化的能量中一部分用于自身生长、发育、繁殖等生命活动，其余在呼吸作用中以热能的形式散失。

（√）

2．流经农村和城市两个生态系统的总能量均是其植物所固定的太阳能。

（×）

【提示】　流经两个生态系统的总能量除了来自植物固定的太阳能外，还有人为输入的能量。

3．初级消费者粪便中的能量属于生产者同化的能量。

（√）

4．如果突然增加第二营养级的数量，则第一营养级到第二营养级的能量传递效率会远远大于20%，说明第一营养级中一部分未被利用的能量也流向了第二营养级。

（√）

5．一只狼捕食了一只兔子，该狼获得了兔子能量的10%～20%。

（×）

【提示】　能量传递效率是针对相邻两个营养级中的所有生物而言，不针对个体。

6．农业生态系统中，沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用。

（×）

【提示】　沼液和沼渣可以为农作物提供肥料，沼气池发酵产生的沼气又能成为人类的能源物质，实现了能量的多级利用，而能量不能循环利用。

[理解—深化探究]

1．如图表示能量在两个营养级之间的流动过程，请据图思考下列问题：

（1）第一个营养级的同化量与其摄入量和粪便量有怎样的关系？

【提示】　同化量＝摄入量－粪便量。

（2）上一个营养级同化的总能量是不是全部流向下一个营养级？

为什么？

【提示】　不是。

一部分能量被自身呼吸所消耗，还有一部分被分解者所利用，总有一部分能量未被下一营养级利用。

2．某一营养级能量的来源与去路分析

（1）能量来源

（2）能量去向：

流入某一营养级的能量去向可从以下两个角度分析：

①定量不定时（在足够长的时间内能量的最终去路）

a．自身呼吸消耗；b.流入下一营养级（最高营养级除外）；c.被分解者分解利用。

②定量定时：

流入某一营养级的一定量的能量在一定时间内的去路可有四条：

a．自身呼吸消耗；b.流入下一营养级；c.被分解者分解利用；d.未利用，既未被自身呼吸消耗，也未被下一营养级和分解者利用，如果是以年为单位研究，这部分的能量将保留到下一年，因此“未利用”是指在有限的时间“还没来得及被利用的能量”。

可用下图表示：

3．生态金字塔的类型和特点

项目

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

[运用—考向对练]

考向1　考查能量流动过程分析

1．如图为能量流动示意图，其中a1是流入第一营养级的总能量，下列相关说法正确的是（　　）

A．第一营养级传递给分解者的总能量是a4

B．能量散失a3，不能再被生物同化利用

C．a1、a2、a3、a6中的能量都以稳定化学能的形式存在

D．第一营养级和第二营养级之间能量传递效率是a6÷a2

B　[图中的a7是第二营养级粪便中的能量，该能量并没有被第二营养级所同化，因此仍然属于生产者（第一营养级）流向分解者的能量，因此第一营养级传递给分解者的能量是a4＋a7，A错误；能量散失a3都以热能的形式散失，该能量不能再被生物同化利用，B正确、C错误；从题干中可看出，a1是流入第一营养级的总能量（即第一营养级同化的总能量），而第二营养级同化的能量为a6，因此能量传递效率＝a6÷a1，D错误。

]

2．下图表示在一个生态系统中，植物光合作用积累的有机物被植食动物利用的过程。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．①⑤之和为输入到生态系统的全部能量

B．植食动物粪便中的能量包含在⑦中

C．⑤⑥⑦⑧之和为流向分解者的能量

D．④占②的百分比为能量传递效率

B　[输入生态系统的总能量为生产者固定的太阳能，一部分用于植物呼吸消耗，一部分储存在植物体内的有机物中，A错误；植食动物粪便中的能量属于植物同化量的一部分，并未被植食动物同化，B正确；⑧表示植食动物呼吸消耗的能量，并没有流向分解者，C错误；能量传递效率为相邻两营养级间同化量的比值，植物同化量未知，D错误。

]

1．生态系统中同化量和摄入量不同

（1）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。

（2）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不同

（1）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%。

（2）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。

　某同学绘制了如图所示的能量流动图解（其中W1为生产者固定的太阳能），下列叙述中不正确的是（　　）

A．生产者固定的总能量可表示为（A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2）

B．由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为D1/W1

C．流入初级消费者的能量为（A2＋B2＋C2）

D．图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减

C　[生产者固定的总能量为W1＝A1＋B1＋C1＋D1，D1＝A2＋B2＋C2＋D2，故W1＝A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2，A正确；第一营养级固定的能量为W1，第二营养级同化的能量为D1，能量传递效率为D1/W1，B正确；流入初级消费者的能量为A2＋B2＋C2＋D2，C错误；由图可知，能量流动是单向的，逐级递减的，D正确。

]

考向2　考查能量流动的有关计算

3．（2018·三门峡市高三一模）如图所示的食物网中，如果每个营养级能量传递效率均为20%，且下一营养级从上一营养级各种生物中获得的能量相等。

虎要获得1kJ能量，则需要消耗草的能量为（　　）

A．150kJ　　　　　　B．125kJ

C．100kJD．75kJ

D　[每个营养级能量传递效率均为20%，且下一营养级从上一营养级各种生物中获得的能量相等，在草→兔→狐→虎中虎从草中获取1×÷20%÷20%÷20%＝62.5；在草→羊→虎中虎从草中获取1×÷20%÷20%＝12.5；故需要消耗草的能量为62.5＋12.5＝75kJ。

]

4．如图为生态系统食物网简图，若E生物种群总能量为7.1×109kJ，B生物种群总能量为2.3×108kJ。

从理论上计算，A储存的总能量最少为（　　）

A．7.1×108kJB．4.8×107kJ

C．5.95×107kJD．2.3×107kJ

B　[由图可知，D为生产者，要使A获得的能量最少，则必须保证三个条件：

一是能量来源途径要最少，二是能量传递效率要最低，三是食物链要最长。

故从理论上讲，与A储存的能量最少相关的食物链不可能是D→A，也不可能是D→A、D→E→C→A同时存在，只能是D→E→C→A。

为此，E的能量在传给A的途径中，只有确保：

①E在传给B时用去的能量最多，②E的总能量减去传给B的后再传给C时传递效率最低，③C在传给A时效率最低，结果才能使A获得的能量最少。

所以据此计算得A储存的总能量最少为（7.1×109kJ－2.3×108kJ÷10%）×10%×10%＝4.8×107kJ。

]

若在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物中获得能量，计算某一生物获得的能量或需要某一生物提供的能量时，首先，要注意某一生物“从不同食物链中获得能量的比例”，或某一生物“给不同生物提供能量的比例”，然后按照各个单独的食物链分别计算后合并。

①顺推法：

能量流向调整，从前往后计算。

即由植物下推，用“乘法”。

②逆推法：

能量来源调整，从后往前计算。

即由高营养级前推，用“除法”。

　生物甲、乙、丙，构成食物关系如下图。

（1）甲能量中比例为a的部分直接提供给丙，则要使丙能量增加mkJ，至少需要消耗甲的能量为________kJ（用所给字母的表达式表示）。

（2）丙能量中比例为a的部分直接由甲提供，则要使丙能量增加mkJ，至少需要消耗甲的能量为________kJ（用所给字母的表达式表示）。

[解析]　

（1）设至少需要消耗甲的能量为x，则x×a×20%＋x×（1－a）×20%×20%＝m，求得x＝25m/（4a＋1）。

（2）由于本设问涉及能量来源调整，可采用逆推法。

即m×a÷20%＋m×（1－a）÷20%÷20%＝25m－20ma。

[答案]　

（1）25m/（4a＋1）　

（2）25m－20ma

考点二|物质循环及其与能量流动的关系

（对应学生用书第216页）

[识记—基础梳理]

1．物质循环

（1）概念：

组成生物体的各种元素在生物群落与无机环境之间不断循环的过程。

（2）分析

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（两个支点）：

生物群落和无机环境之间。

③特点：

全球性，反复利用、循环流动。

2．碳循环过程分析

（1）请写出图中各标号的名称

a．生产者；b.消费者；c.呼吸作用；d.光合作用和化能合成作用；e.呼吸作用；f.化石燃料的燃烧。

（2）碳进入生物群落的途径：

生产者的光合作用和化能合成作用。

（3）碳的存在形式与循环形式

①在生物群落和无机环境间：

主要以CO2的形式循环。

②在