高三生物大一轮总复习第33讲生态系统的能量流动和物质循环.docx
《高三生物大一轮总复习第33讲生态系统的能量流动和物质循环.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高三生物大一轮总复习第33讲生态系统的能量流动和物质循环.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
高三生物大一轮总复习第33讲生态系统的能量流动和物质循环
考点一 生态系统的能量流动
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）对概念的理解
2．能量流动过程
（1）写出图中甲、乙、丙、丁、戊代表的内容。
甲：
生产者 乙：
初级消费者 丙：
次级消费者 丁：
呼吸作用 戊：
分解者
（2）据图可判断各营养级的能量来源和去向：
3.能量流动研究的意义
（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。
（必修3P96图5—9改编）如图是某湖泊的能量金字塔，下列相关描述不正确的是（ ）
A．a、b、c、d表示不同的营养级
B．a、b、c、d之间形成一条a到d的食物链
C．a、b、c、d的大小表示不同的营养级所得到的能量的多少
D．a、b、c、d的大小变化体现了能量流动逐级递减的特点
解析：
能量金字塔是依据单位时间内不同营养级生物获得的能量多少绘制而成的。
由于能量流动是逐级递减的，营养级越高的生物获取的能量越少。
营养级是指食物网中处于同一营养级的所有生物，而不是一条食物链中不同营养级的生物。
答案：
B
1．能量流经第二、第……营养级的过程分析
（1）过程图解
（2）相关分析：
①摄入量（a）＝同化量（b）＋粪便量（c）。
②同化量（b）＝摄入量（a）－粪便量（c）＝呼吸消耗量（d）＋净同化量（e）＝呼吸消耗量（d）＋流入下一营养级（g）＋被分解者利用（f）。
③净同化量（e）＝同化量（b）－呼吸消耗量（d）＝流入下一营养级（g）＋被分解者利用（f）。
2．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。
3．生态金字塔——能量流动模型
不同的生态金字塔能形象地说明各营养级与能量、数量、生物量之间的关系，生态金字塔是定性研究生态系统的直观体现。
4.能量传递效率的计算方法
（1）相邻营养级的能量传递效率：
10%～20%，计算方法如下：
能量传递效率＝
×100%
（2）食物链中能量的最值计算。
设食物链A→B→C→D，分情况讨论（如下表）：
①能量传递效率未知时：
②已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算。
例如，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D获得的能量为M×a%×b%×c%。
（3）在食物网中的分析。
在解决有关能量传递的计算问题时，需要确定相关的食物链，能量传递效率约为10%～20%，一般从两个方面考虑：
【误区警示】
能量流动中的两个“不同”
（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。
②摄入量是消费者摄入的能量，同化量＝摄入量－粪便量。
（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。
1．（2016·全国卷Ⅲ）我国谚语中的“螳螂捕蝉，黄雀在后”体现了食物链的原理。
若鹰迁入了蝉、螳螂和黄雀所在的树林中，捕食黄雀并栖息于林中。
下列叙述正确的是（ ）
A．鹰的迁入增加了该树林中蝉及其天敌的数量
B．该生态系统中细菌产生的能量可流向生产者
C．鹰的迁入增加了该生态系统能量消耗的环节
D．鹰的迁入改变了该生态系统能量流动的方向
（1）关键信息：
题干“若鹰迁入了蝉、螳螂和黄雀所在的树林中，捕食黄雀并栖息于林中”。
（2）关键知识：
生产者固定太阳能是食物链（网）能量流动的开始，高营养级生物的加入增加了能量消耗的环节，并不增加或改变能量流动的方向。
【解析】 题干中包含的食物链：
植物→蝉→螳螂→黄雀→鹰，鹰的迁入会导致黄雀减少、螳螂增加、蝉减少等变化，A错误。
该生态系统中细菌产生的能量不参与能量流动，生产者一般是通过光合作用固定太阳能，B错误。
鹰的迁入使该生态系统由4个营养级变为5个营养级，增加了该生态系统能量消耗的环节，C正确。
鹰的迁入使营养级增多了，食物链还是只有一条，能量流动的方向未改变，D错误。
【答案】 C
高考母题变式
变式1 题干信息的应用
（1）写出本题中“植物、螳螂、蝉、黄雀、鹰”构成的食物链：
植物→蝉→螳螂→黄雀→鹰。
（2）能量在食物链中流动的特点是什么？
单向流动和逐级递减。
变式2 能量流动的计算
按照能量传递效率来计算，在鹰未加入之前，黄雀每增重5克，至少需要第一营养级的量为625克，鹰加入后不会（填“会”或“不会”）影响这一数值。
2．某生态学家研究一花生实验田的能量流动情况，实验期间收获所有花生植株中葡萄糖量为300kg，实验期间花生细胞呼吸消耗葡萄糖量为100kg，建立能量流动模型如图所示（已知1kg葡萄糖含有能量1.6×104kJ），分析选项，正确的是（ ）
A．该能量流动模型属于数学模型
B．模型中a表示花生种群的同化量
C．实验期间输入花生种群的能量为6.4×106kJ
D．实验期间花生种群以热能形式散失能量为1.6×105kJ
【解析】 题中的能量流动模型属于概念模型，A错误；模型中花生种群同化量应包括a和通过呼吸作用散失的能量，B错误；实验期间输入花生种群的能量为（300kg＋100kg）×1.6×104kJ/kg＝6.4×106kJ，C正确；实验期间花生种群以热能形式散失的能量为1.6×106kJ，D错误。
【答案】 C
【解题归纳】
巧用拼图法解决能量流动的计算难点
（1）同化量＝摄入量－粪便量。
（2）积累量＝同化量－呼吸量。
（3）光能射入量＝生产者固定量＋反射量。
（4）生产者同化量＝流经生态系统总能量≠各营养级同化量总和。
（5）粪便量属于上一营养级的同化量。
考点二 生态系统的物质循环及其能量流动的关系
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.化学燃料的燃烧。
（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在生物群落内部：
以含碳有机物的形式传递。
③在无机环境中：
主要以CO2和碳酸盐的形式存在。
3．温室效应
（1）形成原因：
大量化学燃料的燃烧，大气中的CO2含量迅速增加，打破了生物圈中碳循环的平衡。
（2）产生危害：
导致气温升高，加快极地和高山冰川的融化，导致海平面上升，对人类和其他许多生物的生存构成威胁。
4．能量流动和物质循环的区别与联系
（必修3P101图5－11改编）
（1）据图分析，当今大气中CO2含量上升的主要原因是______________。
（2）碳返回无机环境的途径有三个：
①____________；②____________；③______________。
答案：
（1）化学燃料的燃烧
（2）分解者的分解作用 动植物的呼吸作用 化学燃料的燃烧
3．如图表示生物圈中碳循环过程，其中A、B、C表示生态系统的不同成分。
下列有关该图的分析正确的是（ ）
A．图中生态系统中的食物链是A→B→C
B．碳从生物群落进入无机环境的途径是③⑤⑦
C．碳循环具有全球性，磷循环不具有全球性
D．提高⑥过程有利于维持大气中的碳、氧平衡
【解析】 从图中看出，A为分解者，生态系统中的食物链是B→C；碳从生物群落进入无机环境的途径是③生产者的呼吸作用、⑤分解者的分解作用和⑦消费者的呼吸作用；碳循环具有全球性，磷循环也具有全球性；提高⑥过程使大气中的CO2含量增加，会破坏大气中的碳、氧平衡。
【答案】 B
4．如图为生态系统中碳循环的模式图。
相关叙述正确的是（ ）
A．1代表生产者，5可以代表化能合成作用
B．碳元素在1、2、3、4间以含碳有机物的形式传递
C．在食物链中占有碳元素最多的营养级可能是1
D．1、2、3中含有的有机物可以作为动力来促进碳元素在生物群落和无机环境之间循环
解答本题的关键：
（1）分析图解，明确1是生产者，2是消费者，3是分解者，4是无机环境。
（2）明确光合作用和化能合成作用都是将无机物转化为有机物。
【解析】 首先需要确定这四种成分，1箭头指向2、3、4可以确定1是生产者，因为生物群落总能量流动的起点是生产者。
由于生产者联系了无机环境和生物群落，所以确定4为无机环境。
然后根据生产者和消费者都有箭头指向分解者，确定3为分解者。
5代表生产者的呼吸作用产生二氧化碳。
碳元素在1和4之间是以二氧化碳的形式传递的，在1、2、3之间是以有机物的形式传递的。
1是生产者，所含有的有机物最多。
物质作为能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动；能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。
【答案】 C
【解题归纳】
“三看法”快速确认碳循环的各环节
[构建知识网络]
[必背答题语句]
1．太阳能经过生产者的固定进入生物群落，在食物链中以化学能的形式流动，以热能的形式散失。
2．生态系统的能量流动具有单向传递、逐级递减的特点。
3．生态系统的能量单向流动的原因：
食物链中的捕食关系是长期自然选择的结果，不能逆转；生产者不能再利用散失的热能。
4．生态系统的能量流动逐级递减的原因：
某个营养级同化的能量自身呼吸要消耗一部分，还有一部分被分解者利用，所以不能将全部的能量流入下一个营养级。
5．从能量流动角度分析农田除草、除虫的目的是：
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。
6．生态系统的物质循环指的是组成生物体的各种元素在无机环境和生物群落之间循环往复的现象。
7．碳元素在无机环境和生物群落之间是以CO2的形式循环的，在生物群落内部是以含碳有机物的形式传递的。
练真题[感悟高考 展示规律]
一、选择题
1．（2016·新课标全国卷Ⅰ）在漫长的历史时期内，我们的祖先通过自身的生产和生活实践，积累了对生态方面的感性认识和经验，并形成了一些生态学思想，如：
自然与人和谐统一的思想。
根据这一思想和生态学知识，下列说法错误的是（ ）
A．生态系统的物质循环和能量流动有其自身的运行规律
B．若人与自然和谐统一，生产者固定的能量便可反复利用
C．“退耕还林、还草”是体现自然与人和谐统一思想的实例
D．人类应以保持生态系统相对稳定为原则，确定自己的消耗标准
解析：
生态系统中生产者固定的能量最终以热能的形式散失，而散失的热能不能被生态系统重新利用，故生态系统中的能量具有单向流动的特点，B错误。
答案：
B
2．（2016·天津卷）在丝瓜地生态系统中，丝瓜、昆虫甲、昆虫乙存在捕食关系。
下图为某年度调查甲、乙两种昆虫种群数量变化的结果。
下列叙述正确的是（ ）
A．该丝瓜地的碳循环在丝瓜、昆虫与无机环境之间完成
B．依据随机取样原则统计成虫数量可计算出昆虫种群密度
C．乙与甲的数量比值代表两种昆虫间的能量传递效率
D．乙数量的增加会减少甲种群对丝瓜的摄食量
解析：
碳循环发生在生物群落与无机环境之间，具有全球性，A错误；只统计成虫数量计算出的是成虫的种群密度，B错误；乙与甲的数量比值不能代表两种昆虫间的能量传递效率，C错误；由于乙捕食甲，因此乙数量的增加使甲种群数量减少，从而使甲种群对丝瓜的摄食量减少，D正确。
答案：
D
3．（2015·新课标全国卷Ⅱ）下列有关生态系统的叙述，错误的是（ ）
A．生态系统的组成成分中含有非生物成分
B．生态系统相对稳定时无能量输入和散失
C．生态系统维持相对稳定离不开信息传递
D．负反馈调节有利于生态系统保持相对稳定
解析：
生态系统的组成成分包括非生物的物质和能量以及生物成分，A项不符合题意；生态系统相对稳定时，仍有能量的输入和散失，B项符合题意；信息传递能调节生物的种间关系，以维持生态系统的相对稳定，C项不符合题意；负反馈调节使生态系统达到和保持相对稳定的状态，D项不符合题意。
答案：
B
4．（2015·海南单科）关于草原生态系统能量流动的叙述，错误的是（ ）
A．能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失的过程
B．分解者所需的能量可来自各营养级生物所储存的能量
C．生态系统维持正常功能需要不断得到来自系统外的能量
D．生产者固定的能量除用于自身呼吸外，其余均流入下一营养级
解析：
本题主要考查生态系统的能量流动等相关知识。
能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失过程，A正确；分解者的作用就是将有机物分解成无机物，并从中获取生命活动所需的能量，B正确；生态系统维持正常功能需要不断地输入光能，C正确；生产者固定的能量除用于自身呼吸外，部分流向分解者，部分未利用，部分流向下一营养级，D错误。
答案：
D
5．（2015·福建理综）如图为某人工鱼塘食物网及其能量传递示意图（图中数字为能量数值，单位是J·m－2·a－1）。
下列叙述正确的是（ ）
A．该食物网中最高营养级为第六营养级
B．该食物网中第一到第二营养级的能量传递效率为25%
C．太阳鱼呼吸作用消耗的能量为1357J·m－2·a－1
D．该食物网中的生物与无机环境共同构成一个生态系统
解析：
该食物网中最长的食物链为：
浮游植物→浮游动物→幽蚊幼虫→太阳鱼→鲈鱼，最高营养级为第五营养级；该食物网中第一营养级到第二营养级的能量传递效率为（3780＋4200）÷31920×100%＝25%；太阳鱼呼吸作用消耗的能量、流向分解者的能量和未被利用的能量共计1483－126＝1357（J·m－2·a－1）；该食物网中的生物只有生产者和消费者，没有分解者，不能和无机环境构成一个生态系统。
答案：
B
6．（2014·江苏单科）下列关于生态系统中物质循环和能量流动的叙述，正确的是（ ）
A．富营养化水体出现蓝藻水华的现象，可以说明能量流动的特点
B．生态系统中能量的初始来源只有太阳能
C．食物链各营养级中10%～20%的能量会被分解者利用
D．无机环境中的物质可以通过多种途径被生物群落反复利用
解析：
蓝藻水华现象与水体中N、P增多而引起蓝藻大量繁殖有关，体现了物质的利用，未体现出能量流动的特点，A错误；生态系统中能量的初始来源包括太阳能（光合作用固定）和氧化无机物时释放的化学能（化能合成作用利用），B错误；食物链各营养级中10%～20%的能量流向下一营养级，C错误；无机环境和生物群落间物质可以循环反复利用，D正确。
答案：
D
7．（2012·海南单科）下图为某生态系统的能量流动简图，下列叙述错误的是（ ）
A．甲是生产者，乙是消费者
B．该生态系统是一个开放的系统
C．能量通过光合作用固定并进入系统，以热能形式输出
D．甲、乙和分解者所储存的能量之和是输入该生态系统的总能量
解析：
根据题中简图可知，甲能够固定太阳能，为生产者，乙从甲获取能量，为消费者；该生态系统需要从外界获得能量，同时能量也可以扩散到外界，是一个开放的生态系统；能量通过光合作用进入生态系统，经过生产者、消费者和分解者的呼吸作用后有一部分以热能的形式散失；输入该生态系统的总能量是生产者甲固定的太阳能总量。
答案：
D
二、非选择题
8．（2016·新课标全国卷Ⅲ）冻原生态系统因其生物的生存条件十分严酷而独具特色，有人曾将该生态系统所处的地区称为“不毛之地”。
回答下列问题：
（1）由于温度的限制作用，冻原上物种的丰富度较低。
丰富度是指________。
（2）与热带森林生态系统相比，通常冻原生态系统有利于土壤有机物质的积累，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
（3）通常，生态系统的食物链不会很长，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
解析：
（1）丰富度是指群落中物种数目的多少。
（2）冻原生态系统中，因环境温度低，分解者的数量少且分解能力弱，导致土壤有机物质分解量少，有利于土壤有机物质的积累。
（3）因能量沿食物链流动时是逐级递减的，所以生态系统的食物链不会很长。
答案：
（1）群落中物种数目的多少
（2）低温下，分解者的分解作用弱
（3）能量在沿食物链流动的过程中是逐级减少的
9．（2013·新课标全国卷Ⅱ）回答与草原生态系统相关的问题：
（1）草原上鼠的天敌从鼠获得的能量最终来自于________固定的能量。
（2）草原上，某种鼠的种群密度除了受迁入率和迁出率的影响外，还受该鼠种群的________、________、年龄组成和性别比例等因素的影响。
（3）用样方法调查某种双子叶植物种群密度时，为避免调查者主观因素的影响，要做到________。
（4）草原生物群落的空间结构包括________和________。
解析：
本题主要考查与草原生态系统相关的种群的特征、种群密度的调查方法、群落结构以及能量传递等知识。
（1）草原上所有生物获得的能量最终均来源于草原生产者固定的能量。
（2）生态系统中，某一种群的种群密度受诸多因素的影响，除了受迁入率和迁出率的影响外，还受出生率、死亡率、年龄组成和性别比例等因素的影响。
（3）随机取样是运用样方法调查种群密度时应遵守的基本原则。
（4）群落的空间结构包括水平结构和垂直结构。
答案：
（1）生产者
（2）出生率 死亡率
（3）随机取样
（4）垂直结构 水平结构
解析：
本题主要考查生物防治方法、种间关系、群落演替和能量流动知识。
（1）生物防治方法如用某种信息素诱捕害虫，就是将害虫吸引到特定区域集中消灭，性信息素（E） 2壬烯醇可诱捕雄性丽金龟，破坏其种群性别比例，从而使其出生率明显降低，达到控制果园害虫种群密度的目的。
（2）据图中信息可知，长尾小蜂的数量随着栗瘿蜂的增加而增加，随栗瘿蜂的下降也逐渐下降。
数量先增加先减少的为被捕食者，数量后增加后减少的为捕食者，它们表现出此消彼长的捕食关系。
（3）每年输入果树的能量即生产者固定的太阳能总量，绝大部分通过生物的呼吸作用以热能形式散失，另一部分用于该营养级生物生长发育、繁殖等贮存在生物体内（果树的营养器官和生殖器官中），这部分能量中有一部分被初级消费者摄入，流入下一营养级，其余部分包括以残枝败叶的形式被分解者分解的以及未被利用的两部分。
（4）果树林失去人为管理，将发生次生演替，一年生草本植物为优势，到多年生草本植物为优势，再到草本与灌木混生等阶段的演替。
在草本与灌木混生阶段，一年生草本植物和草本与灌木混生相比，在争夺阳光、生存空间等方面都处于劣势，所以果园内在草本与灌木混生阶段很少有一年生草本植物生长。
答案：
①× 性别比例 ②× 捕食 ③× 在果树的呼吸作用中以热能形式散失 ④√ ⑤√
规则1.正确理解生物学原理，不能混淆知识
如本题回答①②时，要正确理解相关原理。
①考查信息素诱杀害虫的原理：
信息素只能诱杀一种性别的害虫，因此能改变种群的性别比例，如果答成“年龄组成”就不得分。
②考查竞争和捕食关系的理解，竞争表现出此消彼长的同步变化，捕食表现出相互依赖、相互制约的不同步变化，图示两条曲线明显出现先后变化，为捕食关系。
规则2.正确分析能量去向，认清事物的本质
如本题回答③④时，要正确分析生态系统中能量的来源、去向，以及各部分能量的从属关系。
流经某营养级的能量如果分成两份，一份用于呼吸作用以热能形式散失，另一份用于生长发育和繁殖，而用于生长发育和繁殖的能量又包括生物体的储存量、流向下一营养级和被分解者分解的能量。
可见，“用于生长发育和繁殖的能量”包括被初级消费者摄入和储存于果树的营养器官和生殖器官中的能量，因此答“用于生长发育和繁殖的能量”不得分。
（1）科研人员对板栗园内的栗瘿蜂和长尾小蜂的数量进行了连续5年的监测，结果如图。
据此判断这两个物种的种间关系是捕食。
判断的依据是栗瘿蜂比长尾小蜂先增加，达到最大值后又先减少。
（2）如果不对果园土壤进行管理，果树林下将会出现从一年生草本植物为优势，到多年生草本植物为优势，再到草本与灌木混生等阶段的演替。
群落的演替是指随着时间的推移，一个群落被另一个群落代替的过程。
升级会员 