第2、3節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)

1、第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán) 一、能量流動1.概念:生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程。2.起點:生產(chǎn)者光合作用固定在有機物中的化學能。3.渠道:沿食物鏈和食物網(wǎng)進行。4.能量去向(以能量在第一營養(yǎng)級的變化為例):第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán) 分解者的分解過程指的是什么?提示:分解者的分解過程就是分解者的細胞呼吸。5.能量流動的特點思考感悟提示提示第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)個。(1)單向流動能量流動只能沿食物鏈由低營養(yǎng)級流向高營養(yǎng)級,不可逆轉(zhuǎn),也不能循環(huán)流動。(2)逐級遞減輸入到某一營養(yǎng)級的能量中,只有10%20%的能量能夠傳遞到下一營養(yǎng)級。 食物鏈的

2、營養(yǎng)級一般不超過五個,原因是什么?提示:因為能量流動具有逐級遞減的特點,超過五個營養(yǎng)級后,所剩能量不足以維持營養(yǎng)級的生存,所以一條食物鏈的營養(yǎng)級一般不超過五思考感悟提示提示第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)6.研究能量流動的意義(1)幫助人們科學規(guī)劃、設(shè)計人工生態(tài)系統(tǒng),使能量得到最有效地利用。(2)幫助人們合理地調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動關(guān)系,使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧６?、物質(zhì)循環(huán)1.概念:無機環(huán)境生物群落2.特點第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)(1)具有全球性,因此又稱生物地球化學循環(huán)。(2)往返循環(huán)。3.碳循環(huán)(1)無機環(huán)境中的存在形式:二氧化碳和碳酸鹽。(2)生物群

3、落中的主要存在形式:有機物。(3)無機環(huán)境與生物群落之間的循環(huán)形式:二氧化碳。 碳循環(huán)與哪兩種生理活動密切相關(guān)?提示:光合作用和細胞呼吸。思考感悟提示提示第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)三、能量流動與物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系1.兩者同時進行,彼此相互依存,不可分割。2.物質(zhì)作為能量的載體,使能量沿食物鏈(網(wǎng))流動;能量作為動力,使物質(zhì)能夠不斷地在無機環(huán)境和生物群落之間循環(huán)往返。解析解析第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)解析解析第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)解析解析第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)解析解析第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)

4、(4)如果環(huán)境中的某種有毒物質(zhì)在生物體內(nèi)既不能分解,也不能排出體外,則該物質(zhì)經(jīng) 的傳遞后,便可在不同的生物體內(nèi)積累。因此,通常生物所在的 越高,該有毒物質(zhì)在其體內(nèi)的積累量越大。答案:(1)CO2綠色植物固定(或光合作用固定)(2)有氧呼吸無氧呼吸(或發(fā)酵)(3)3兔和鼠 (4)食物鏈營養(yǎng)級解析解析第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán) 要點一生態(tài)系統(tǒng)能量流動的分析1.生態(tài)系統(tǒng)的能量流動圖解 即能量變化形式為:光能化學能熱能,而熱能不能被生物群落利第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)用,所以能量流動無法循環(huán)。2.能量的傳遞第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán) 可見,在足夠長的時間內(nèi),能量的去

5、路有三條:若是在某一時期,還有未被利用的能量(包括生物每年的積累量,也包括動植物殘體以化石燃料的形式被儲存起來的能量)。流入的能量=同化的能量=攝入的能量-糞便中的能量3.能量金字塔、數(shù)量金字塔、生物量金字塔的比較第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)類型項目 能量金字塔數(shù)量金字塔生物量金字塔形狀特點正金字塔形一般為正金字塔形,有時會出現(xiàn)倒金字塔形一般為正金字塔形第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)象征含義能量沿食物鏈流動過程中具有逐級遞減的特性生物個體數(shù)目在食物鏈中隨營養(yǎng)級升高而逐級遞減生物量(現(xiàn)存生物有機物的總量)沿食物鏈流動逐級遞減每一階含義食物鏈中每一營養(yǎng)級生物所含能量的多少每一營養(yǎng)

6、級生物個體的數(shù)量的多少每一營養(yǎng)級生物的總生物量的多少第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)4.重金屬和DDT等農(nóng)藥的生物富集問題生物富集問題與能量流動正好相反,能量在沿食物鏈向下流動時逐級遞減,而農(nóng)藥或重金屬鹽則沿食物鏈存在“生物富集作用”,故營養(yǎng)級越高者,該物質(zhì)濃度越高。【典題例析】 科學家對生活在某生態(tài)系統(tǒng)的一個蜘蛛種群的能量進行定量分析,得出了能量流經(jīng)這種肉食動物的有關(guān)數(shù)據(jù)如下圖所示(能量以種群的質(zhì)量表示),下列敘述正確的是( )第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán) 被蜘蛛吃下未被蜘蛛同化的能量屬于上一營養(yǎng)級同化量中的一部第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)分在食物鏈中,蜘蛛至少位于

7、第三營養(yǎng)級圖中X代表用于蜘蛛生長、發(fā)育和繁殖的能量根據(jù)圖中的數(shù)據(jù)不能算出獵物種群和蜘蛛間的能量傳遞效率A.B.C.D.答案試解:A 解析:被蜘蛛吃下但未被蜘蛛同化的能量屬于上一營養(yǎng)級同化量中的一部分。蜘蛛是肉食性動物,至少是次級消費者,位于第三營養(yǎng)級。圖中X是同化量中除去呼吸消耗的,代表用于蜘蛛生長、發(fā)育和繁殖的能量。獵物種群和蜘蛛間的能量傳遞效率是用蜘蛛的同化量除以解析解析第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)獵物種群的同化量,儲存在獵物種群有機物中的能量不是獵物種群的同化量的全部,不能算出獵物種群和蜘蛛間的能量傳遞效率。能量傳遞效率的計算1.能量傳遞效率能量傳遞效率=100%一般說來,能量

8、傳遞的平均效率大約為10%20%。2.能量傳遞效率的相關(guān)計算(難度較大,多數(shù)學生的易錯點)(1)基本思路下一營養(yǎng)級的同化量上一營養(yǎng)級的同化量要點二第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)確定相關(guān)的食物鏈,理清生物與生物在營養(yǎng)級上的差異。注意題目中是否有“最多”“最少”“至少”等特殊的字眼。從而確定能量傳遞效率是10%還是20%,選擇的食物鏈是最長的還是最短的。(2)具體類型(最值計算)在食物鏈ABCD中:已知D營養(yǎng)級的能量為M,則至少需要A營養(yǎng)級的能量為M(20%)3;最多需要A營養(yǎng)級的能量為M(10%)3。已知A營養(yǎng)級的能量為N,則D營養(yǎng)級獲得的最多能量為N(20%)3;最第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的

9、能量流動和物質(zhì)循環(huán)少能量為N(10%)3。在某食物網(wǎng)中,同一營養(yǎng)級同時從上一營養(yǎng)級的多種生物中獲得能量,應(yīng)根據(jù)各途徑所獲得的生物量的比例,按照各單獨的食物鏈進行計算后合并。在某食物網(wǎng)中,確定生物量變化的“最多”或“最少”時,應(yīng)遵循以下原則:a.食物鏈越短,最高營養(yǎng)級獲得的能量越多;b.生物間的取食關(guān)系越簡單,生態(tài)系統(tǒng)消耗的能量越少,如在 中,已知D營養(yǎng)級的能量為M,計算至少需要A營養(yǎng)級的第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)能量,應(yīng)取最短食物鏈AD,并以20%的效率進行傳遞,即等于M20%;計算最多需要A營養(yǎng)級的能量時,應(yīng)取最長的食物鏈ABCD,并以10%的效率進行傳遞,即等于M(10%)3。

10、【典題例析】 右圖食物網(wǎng)中的貓頭鷹體重每增加20 g,至少需要消耗植物 ( )A.200 gB.250 gC.500 gD.4 000 g第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)答案試解:C 解析:能量流動的特點是單向流動、逐級遞減,從上一個營養(yǎng)級傳到下一個營養(yǎng)級的傳遞效率是10%20%,如果說是“至少”,則應(yīng)按20%傳遞,如果說是“最多”,則應(yīng)按10%來計算。貓頭鷹增重20 g,至少需要消耗兔和鼠的質(zhì)量為20 g5=100 g,至少需要消耗的植物為100 g5=500 g。第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)規(guī)律方法:植物傳向第二營養(yǎng)級(兔和鼠)的能量為20%,第二營養(yǎng)級傳向貓頭鷹的能量為2

11、0%。若題干條件改為食物網(wǎng):,還應(yīng)知道植物傳向蝗蟲的能量,否則無法計算。在計算時應(yīng)注意傳向下一營養(yǎng)級的能量是指下一營養(yǎng)級所有的生物。物質(zhì)循環(huán)1.碳循環(huán)要點三第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán) (1)碳元素進入生物群落的途徑:植物的光合作用或細菌的化能合成作用,以CO2的形式。(2)碳元素在生物群落中的傳遞途徑:沿食物鏈或食物網(wǎng)以有機物的形式。第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)2.物質(zhì)循環(huán)與能量流動的關(guān)系第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán) 由圖中看出,物質(zhì)循環(huán)與能量流動:(1)同時進行,相互依存,不可分割。(2)均沿食物鏈與食物網(wǎng)的渠道進行。(3)物質(zhì)作為能量的載體,使能量沿著食物鏈

12、(網(wǎng))流動;能量作為動力,使物質(zhì)循環(huán)不斷地在生物群落與無機環(huán)境之間循環(huán)往返,能量以物質(zhì)形式存在和流動,能量促進了物質(zhì)的循環(huán)。第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)【典題例析】 如圖為生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)過程,其中甲、乙、丙、丁構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的生物群落,箭頭表示物質(zhì)循環(huán)方向。下列相關(guān)敘述中錯誤的是 ( )第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)B.缺少類群甲則生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)不能正常進行C.類群丙無氧呼吸是產(chǎn)生大氣中氣體X的途徑之一D.碳在乙、丙中以有機物的形式存在答案試解:C 解析:由題圖可知,氣體X為二氧化碳,類群乙為生產(chǎn)者,類群丙為消費A.圖中過程可以表示綠色植物的光合作用者,其無氧呼吸不能產(chǎn)生

13、二氧化碳,類群甲為分解者。聯(lián)系生物群落與無機環(huán)境的兩種成分是生產(chǎn)者和分解者,如果甲缺少,生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)將不能正常進行。碳在乙、丙中以有機物形式存在。解析解析第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)規(guī)律方法:碳循環(huán)圖解中,大氣中的CO2通過生產(chǎn)者的固定進入生物群落,生產(chǎn)者的細胞呼吸可向大氣中釋放CO2,因此雙向箭頭指向CO2庫和生產(chǎn)者。生產(chǎn)者、消費者的遺體、遺物可被分解者分解,因此有較多箭頭指向的是分解者。據(jù)此可區(qū)分生產(chǎn)者、消費者、分解者、CO2庫。 第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán) 1.下列除哪項外,均為對生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)能量流動特征的描述 ( )A.食物鏈和食物網(wǎng)是能量流動的渠道B.食物鏈

14、中初級消費者越多,次級消費者獲得的能量越多C.單向流動,逐級遞減D.食物鏈越短,可供養(yǎng)的消費者越多解析:能量流動的特點是單向流動逐漸遞減,B、C、D三項都是圍繞這一特點展開的,而A項不是。答案:A解析解析第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)2.(密碼原創(chuàng))能量在相鄰營養(yǎng)級之間傳遞效率為10%20%,原因是( )每一營養(yǎng)級細胞呼吸消耗大量能量一部分能量流向分解者 食物鏈是不可逆轉(zhuǎn)的捕食者不能把上一營養(yǎng)級全部吃掉動物捕食到獵物剩下皮毛、骨頭等丟棄A.B.C.D.解析:食物鏈是不可逆轉(zhuǎn)的是單向傳遞的原因,其余都是。答案:C解析解析第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)3.關(guān)于物質(zhì)循環(huán)的敘述,正確的

15、是( )A.生產(chǎn)者與無機環(huán)境之間可以直接進行碳循環(huán)B.消費者與無機環(huán)境之間可以直接進行碳循環(huán)C.物質(zhì)循環(huán)在生產(chǎn)者、消費者和分解者之間進行D.不同的生態(tài)系統(tǒng),都能獨立地進行各自的物質(zhì)循環(huán)解析:生產(chǎn)者可以通過光合作用或化能合成作用,直接利用無機環(huán)境中的CO2合成自身的組成物質(zhì),也能通過細胞呼吸直接將CO2釋放到無機環(huán)境中;消費者只能通過細胞呼吸向無機環(huán)境中釋放CO2但不能直接利用CO2;物質(zhì)循環(huán)應(yīng)是在無機環(huán)境與生物群落之間進行的;物質(zhì)解析解析第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)循環(huán)是在整個生物圈中進行的,而比生物圈小的任何一個生態(tài)系統(tǒng)都不能獨立進行物質(zhì)循環(huán)。答案:A第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和

16、物質(zhì)循環(huán)4.在浮游植物浮游動物魚這條食物鏈中,碳是以哪種形式流動的( )A.二氧化碳B.有機物C.碳酸鹽D.二氧化碳和有機物解析:在無機環(huán)境與生物群落之間,碳以CO2的形式循環(huán)往返。在食物鏈中,碳以有機物的形式在各營養(yǎng)級傳遞。答案:B解析解析第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)5.在如圖所示的食物網(wǎng)中,如果每個營養(yǎng)級能量傳遞率均為20%,且下一營養(yǎng)級從上一營養(yǎng)級各種生物中獲得的能量相等。虎要獲得1 kJ能量,則需要消耗草的能量是( )A.150 kJB.125 kJC.100 kJD.75 kJ解析:虎從兩條食物鏈分別獲得能量,從草羊虎獲得的能量為0.5 kJ,需要消耗草12.5 kJ,從草

17、兔狐虎獲得的能量為0.5 kJ,需要消耗草62.5 kJ。答案:D解析解析第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)6.如圖為某生態(tài)系統(tǒng)能量流動的部分示意圖,其中數(shù)字為能量值,單位是kJ/(m2a),能量在第二營養(yǎng)級和第三營養(yǎng)級間的傳遞效率為( ) A.16%B.15%C.12%D.10%解析:能量在第二營養(yǎng)級和第三營養(yǎng)級間的傳遞效率為20.4136100%=15%。答案:B解析解析第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)7.氣候變化與生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)密切相關(guān)。下表為A、B兩個不同時期陸地生態(tài)系統(tǒng)與大氣環(huán)境的碳交換情況。(1)生態(tài)系統(tǒng)碳的吸收主要是通過 實現(xiàn)的,碳的釋放主要是通過 實現(xiàn)的。(2)表中 時期的生態(tài)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài),原因是 。時期碳吸收量(kg Ca-1)碳釋放量(kg Ca-1)A1.2010141.201014B1.2010141.261014第2、3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)(3)由于過度的人工碳排放,破壞了生態(tài)系統(tǒng)的 ,導致大氣中 增加并引起全球氣候變化。(4)人們正在積極開發(fā)新能源以減少碳排放。如“葉綠素太陽能電池”是模仿類囊體吸收光能的特性而制造的,類囊體吸收光能的過程發(fā)生在光合作用的 階段;又如經(jīng)改造的藍藻能在細胞內(nèi)將光合作用產(chǎn)生的 直接發(fā)酵轉(zhuǎn)化