学年高中生物第六章生态系统第三四节能量流动和物质循环生态系统的稳态及学案浙科版.docx

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学年高中生物第六章生态系统第三四节能量流动和物质循环生态系统的稳态及学案浙科版

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。

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。

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。

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。

考试内容

必考

加试

（1）生态系统中的能量流动

（2）生态系统中的碳循环

（3）能量流动和物质循环的关系

（1）生态系统的稳态

（2）稳态的调节

生态系统中的能量流动

1．能量流动的过程

—

2．能量流动的过程示意图

（1）写出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．能量流动的特点及意义

（1）能量传递效率是指相邻两个营养级之间同化量的比值。

相邻营养级之间的传递效率一般约为10%，将单位时间内各个营养级所得到的能量数值由低到高可绘成能量金字塔。

（2）能量流动的特点是单方向的、不可逆的、逐级递减的。

（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。

4．能量传递效率的计算公式

能量传递效率＝

×100%。

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．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次利用的。

1．生态系统中的能量流动过程

（1）每一营养级的能量来源与去路分析：

①消费者摄入能量（a）＝消费者同化能量（b）＋粪便中能量（c），即动物粪便中能量不属于该营养级同化能量，应为上一个营养级固定或同化能量。

②消费者同化能量（b）＝呼吸消耗（d）＋用于生长、发育和繁殖（e）。

③生长发育和繁殖的能量（e）＝分解者利用（f）＋下一营养级同化（i）＋未被利用（j）。

④未被利用的能量包括生物每年的积累量和动植物残体以化石燃料形式被储存起来的能量。

⑤一个营养级所同化的能量＝呼吸消耗的能量＋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。

⑥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。

（2）能量的转化：

①生产者：

光能

有机物中的化学能。

②消费者：

食物中的化学能

自身化学能。

（3）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：

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．澄清对生态系统能量流动认识的三个误区

（1）误区一：

生产者固定的能量只能是光能。

由于生产者固定能量的方式有光合作用和化能合成作用，光合作用利用的能量是光能，但化能合成作用利用的是化学能，所以生产者固定的能量是光能或化学能。

（2）误区二：

生物数量金字塔与能量金字塔完全一致。

能量金字塔体现的是营养级与营养级所含总能量的关系，而生物数量金字塔体现的是营养级与个体数量的关系，所以生物数量金字塔有时会出现倒置的现象。

（3）误区三：

能量传递效率＝能量利用率。

能量传递效率体现的是能量流动过程中所遵循的客观规律，不能随意改变；但能量利用率可以人为改变，例如充分利用作物秸秆就可以提高能量利用率。

4．生态系统中能量流动的计算方法

关于能量在营养级之间传递的计算，一般从食物链和食物网两个方面分析：

（1）能量在食物链中传递的计算（传递效率按10%计算）：

①在一条食物链中，若某一营养级的总能量为n，则传到下一营养级的能量为n×10%（即0.1n）。

②在一条食物链中，某一营养级的能量为n，则上一营养级的能量为n÷10%＝10n。

（2）能量在食物网中传递的计算：

①在一食物网中，已知最高营养级增重为N，要求最多消耗第一营养级多少能量时，应按最长食物链计算。

②在一食物网中，已知第一营养级能量为M，要求最高营养级最少获得多少能量时，应按最长食物链计算。

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，参与循环的物质质量恒定，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）碳循环的路线：

大气圈→植物和动物→分解者→大气圈。

（2）碳循环的过程：

①过程图示：

②过程解读：

a．碳的存在形式

b．碳循环形式：

进入生物群落

生物群落内部

返回无机环境

形式

CO2

含碳有机物

CO2

方式

光合作用或化能合成作用

通过食物链或食物网

生物的呼吸作用；分解者的分解作用；化石燃料的燃烧

c.实现碳在生物群落和无机环境之间进行循环的关键环节是生产者和分解者。

（3）碳循环的特点：

①反复利用，往复循环。

②具有全球性。

（4）大气圈中的CO2变化特点：

有着明显的昼夜变化和季节变化。

（5）人类活动对碳循环的影响：

人类每年因能源消耗而向大气中排放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CO2含量持续增加。

1．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。

2．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。

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）碳循环的一般形式：

CO2→有机物→CO2。

（2）碳循环过程图解如下：

3．对物质循环过程相关图解的识别

（1）过程示意图：

（2）图示识别法：

将上图中的文字换成字母，如下面三种变式图，据图判断A、B、C、D各代表哪种成分的方法。

①图1——先根据双向箭头判断：

A和B应为生产者和非生物的物质和能量，B不能写成“无机环境”。

再根据A→C判断：

C为消费者，剩下的D为分解者。

②图2——根据A与C之间的双向箭头判断：

A是生产者，C是非生物的物质和能量。

根据A、B、D的箭头都指向E，可进一步判断：

B是初级消费者，D是次级消费者，E是分解者。

③图3——根据A与E之间的双向箭头判断：

A为非生物的物质和能量，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。

图解中的食物链是E→F→D→B。

4．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

图示

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．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。

2．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]　下图是生态系统的能量流动图解，N1～N6表示能量数值，下列有关叙述正确的是（　　）

A．生产者呼吸过程中化学能转变为热能和ATP

B．能量由第一营养级传递给第二营养级的传递效率为N4/N2×100%

C．流经该生态系统的总能量为N2，由初级消费者流向蜣螂的能量为N6

D．N5的去向之一是用于初级消费者的生长发育和繁殖

[精讲精析]　生产者呼吸过程中化学能转变为热能和ATP中活跃的化学能，A错；能量由第一营养级传递给第二营养级的传递效率为N5/N2×100%，B错；流经该生态系统的总能量为生产者固定的总能量N2，由生产者流向蜣螂的能量为N6，C错；初级消费者同化的能量有一部分用于初级消费者的生长发育和繁殖，D对。

答案为D。

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]　右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。

2．下图1表示生态系统中各成分之间的联系，图2为一定时间内某一生态系统中的几个种群的数量变化曲线。

据图分析，下列说法错误的是（　　）

A．图1中能构成生物群落的是B、C、D、E、F，图2中的乙相当于图1中的E

B．种群丙在a、b、d、e四个时期中种群密度最大的是a时期

C．图1中流入D的总能量小于F获得的总能量

D．某地区因环境污染造成E中出现部分白化苗，F、D的数量也都将减少

解析：

选A　图1中A是非生物的物质和能量，B、D、F是消费者，E是生产者，C是分解者，所以能构成生物群落的是B、C、D、E、F，图2中的植物相当于图1中的E；种群丙在a点时数量最多，所以种群密度最大的是a时期；图1中F获得的总能量只有约10%流入D；E中出现部分白化苗后数量减少，F因缺少食物而数量减少，随之D也减少。

综合考查物质循环与能量流动及其之间的关系（供选考学生使用）

[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。