步步高高考生物一轮总复习精品讲义 第33讲 生态系统的能量流动和物质循环 新人教版.docx

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第33讲　生态系统的能量流动和物质循环

[考纲要求]　生态系统中物质循环和能量流动的基本规律及应用（Ⅱ）。

考点一　生态系统的能量流动[重要程度：

★★★★☆]

1．能量流动的过程

（1）概念理解

⇓

⇓

—太阳能→有机物中的化学能→热能

⇓

（2）过程图解

2．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。

（2）能量流动的特点：

单向流动、逐级递减。

（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。

1．观察下图能量在营养级之间流动过程图解，回答相关问题

（1）摄入量、同化量、粪便量三者之间的关系是摄入量＝同化量＋粪便量。

（2）在各营养级中，能量的三个去路：

①通过呼吸作用以热能的形式散失；②被下一营养级生物利用；③被分解者利用。

（3）概括能量流动的特点

①单向流动：

能量只能沿着食物链由低营养级流向高营养级。

②逐级递减：

相邻两个营养级之间的能量传递效率约为10%～20%。

2．写出能量传递效率的计算公式

相邻两个营养级的传递效率＝

×100%。

3．能量传递的相关“最值”计算

（1）如食物链A→B→C→D

①已知D营养级的能量为M，则至少需要A营养级的能量＝M÷（20%）3，最多需要A营养级的能量＝M÷（10%）3；

②已知A营养级的能量为N,则D营养级获得的最多能量＝N×（20%）3，最少能量＝N×（10%）3。

（2）在某食物网中，确定生物量变化的“最多”或“最少”时，应遵循以下原则：

易错警示　有关能量流动的2个提示

（1）能量传递效率≠能量利用率

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。

（2）在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物按一定比例获取能量，则按照单独的食物链进行计算后再合并。

1．某生态系统中有A、B、C、D四种生物，构成食物链A→B→C，D为分解者，如图是该生态系统中能量流入B处发生的一系列变化示意图，下列说法错误的是（双选）（　　）

A．图中的甲表示B的同化量，乙表示B用于生长、发育和繁殖的能量

B．参与丁过程的都是异养型生物，包括细菌、真菌等

C．当生态系统处于相对稳定状态时，B的种群数量一般处于K/2

D．图中D的能量全部来自B生物

答案　CD

解析　当生态系统处于相对稳定状态时，B种群数量达到环境容纳的最大值，一般处于K值，C错误；B摄入量为其同化量和粪便量之和，其同化量一部分用于呼吸消耗，一部分用于自身的生长、发育和繁殖；丁过程为分解者的分解作用，分解者主要是营腐生生活的细菌、真菌等，都是异养型生物；D的能量可来自于B的粪便，而此部分属于上一营养级A的能量。

2．下图表示A、B两个特定生态系统的能量金字塔。

有关解释正确的是（　　）

①一个吃玉米的人所获得的能量一定比一个吃牛肉的人获得的能量多　②能量沿食物链单向流动，传递效率随营养级的升高而逐级递减　③若A和B中玉米的数量相同，A能养活10000人，则B至少能养活500人　④若土壤中含相同浓度的难降解污染物，则A中的人比B中的人体内污染物浓度低　⑤生态系统中玉米、牛和人三种群不一定符合能量金字塔

A．①③④⑤B．①②③⑤C．①②③④D．③④⑤

答案　D

解析　①中，不知二人的食物量，一个吃玉米的人所获得的能量和一个吃牛肉的人获得的能量无法比较；②中，能量沿食物链单向流动，随营养级的升高而逐级递减，传递效率仍在10%～20%之间；③中，若A和B中玉米的数量相同，养活一人，消耗能量为m，如A能养活10000人，对应的玉米能量至少是50000m，同样数量的玉米B中至少养活的人数是50000×10%×10%＝500。

④中，若土壤中含相同浓度的难降解污染物，则生态系统A中的人比B中的人体内污染物浓度低的原因是有害物质的富集。

⑤中，生态系统中的能量金字塔每一阶层代表的是一个营养级，而不是某一生物种群，对于某一生物种群来说不一定符合能量金字塔。

3.在如图所示的食物网中，假如猫头鹰的食物有2/5来自于兔子，2/5

来自于鼠，1/5来自于蛇，那么猫头鹰若增加20g体重，最少需要

消费植物（　　）

A．600gB．900gC．1600gD．5600g

答案　B

解析　通过食物链（植物―→兔―→猫头鹰），猫头鹰增加20g×2/5＝8g，最少需要消费植物的量为8g×5×5＝200g；通过食物链（植物―→鼠―→猫头鹰），猫头鹰增加20g×2/5＝8g，最少需要消费植物的量为8g×5×5＝200g；通过食物链（植物―→鼠―→蛇―→猫头鹰），猫头鹰增加20g×1/5＝4g，最少需要消费植物的量为4g×5×5×5＝500g。

所以合计至少需要消费植物200g＋200g＋500g＝900g。

考点二　生态系统的物质循环[重要程度：

★★★☆☆]

1．物质循环

（1）概念：

组成生物体的各种元素在无机环境与生物群落间不断地循环的过程。

（2）特点：

全球性、反复利用、循环流动。

（3）与能量流动的关系：

二者同时进行，相互依存，不可分割。

（4）意义：

通过能量流动和物质循环，使生态系统中的各种组成成分紧密地联系在一起，形成一个统一的整体。

2．碳循环

（1）无机环境中存在形式：

CO2和碳酸盐。

（2）生物群落中存在形式：

含碳有机物（主要）。

（3）循环过程：

碳从无机环境到生物群落是通过光合作用、化能合成作用实现的；从生物群落到无机环境则是通过呼吸作用和微生物分解实现的。

1．观察下面碳循环过程图，回答相关问题

（1）碳进入生物群落的途径：

生产者的光合作用或化能合成作用。

（3）分析温室效应产生的原因

①化学燃料的大量燃烧，产生CO2。

②植被破坏，降低了对大气中CO2的调节能力。

（4）概括物质循环的特点

①全球性：

物质循环的范围是生物圈。

②往复循环，重复利用：

物质可以在无机环境和生物群落之间反复利用。

2．能量流动和物质循环之间的关系

项目

能量流动

物质循环（以碳循环为例）

形式

以有机物为载体

以化学元素形式流动

特点

单向流动、逐级递减

全球性、循环性

范围

生态系统各营养级

生物圈（全球性）

图示

易错警示　与物质循环有关的2个注意点

（1）物质循环流动，能量单向流动不循环，所以不能说能量伴随着物质循环而循环。

（2）物质循环中所说的“生态系统”并不是一般的生态系统，而是指地球上最大的生态系统——生物圈，因此物质循环具有全球性。

1.如图为碳元素在生态系统中循环的模式图，图中甲、乙、丙表示

生态系统的生物成分，箭头表示生理过程。

下列相关叙述中，不

正确的是（　　）

A．d过程代表光合作用，b过程代表呼吸作用

B．甲所示的营养级在食物链中占有的碳元素最多

C．碳元素在甲、乙、丙之间以有机物的形式传递

D．碳元素可在无机环境和生物群落之间反复利用

答案　A

解析　丁为无机环境，甲为生产者，乙为消费者，丙为分解者。

d过程代表呼吸作用，b过程代表光合作用；甲为生产者，生产者在食物链中所含有机物中的能量最多，在食物链中占有的碳元素最多；碳元素在生物群落内部主要以有机物的形式进行传递，在无机环境与生物群落间主要以二氧化碳的形式进行传递；碳元素可以在生态系统中反复利用。

2.2012年世界环境日的主题主要是凸显绿色经济，如今低碳生

活、绿色经济已成为人类共同的目标。

如图是碳循环的部分过

程，下列有关分析，不正确的是（　　）

A．碳循环的过程①②伴随着生态系统的能量流动

B．植树造林有助于增强过程②而减少大气CO2含量

C．减少对过程③的依赖是缓解温室效应的重要措施

D．低碳生活方式有助于维持生物圈中碳循环的平衡

答案　A

解析　据图可知，大气中二氧化碳的来源有：

①生产者和消费者的呼吸作用、分解者的分解作用和③化学燃料的燃烧，但降低大气中二氧化碳的含量主要是通过②生产者的光合作用来实现的，而③是引起大气中二氧化碳含量增加的主要原因，故植树造林有助于增强过程②而减少大气CO2含量。

减少对过程③的依赖是缓解温室效应的重要措施。

无机环境与生物群落之间碳循环的主要形式是CO2，CO2不携带能量，因此过程①②不伴随着生态系统的能量流动。

3.我国北方处于平衡状态的某森林生态系统，其碳循环如图所示，

箭头和字母分别表示碳元素的传递方向和转移量。

下列选项正

确的是（　　）

A．夏季，a>b＋c＋eB．秋季，e＋f

C．春季，g＝b＋e＋fD．冬季，d>c＋f

答案　A

解析　夏季光照强，光合作用旺盛，有机物积累，即a>b＋c＋e；秋季温度低，微生物分解作用弱且北方秋季落叶多，所以g

　模型法判断碳循环中的各种成分

（1）首先找出两个成分之间具有双向箭头的，一个为生产者，一个是大气中的CO2库。

其他各个成分都有箭头指向大气中的CO2库。

（2）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的是分解者，剩余的成分为消费者。

模型一

分析：

E为生产者；F、D、B都为消费者；C为分解者；A为大气中的CO2库。

模型二

分析：

A为生产者；B为消费者；C为分解者；D为大气中的CO2库。

模型三

分析：

A为生产者；C为消费者；B为分解者；D为大气中的CO2库。

模型四

分析：

A为生产者；B、C都为消费者；D为分解者。

1．生态系统的能量来自于生产者固定的太阳能，经食物链和食物网的传递，最终以热能形式散失。

2．输入第一营养级能量的四个去向：

一部分呼吸消耗以热能形式散失；一部分用于生产者自身生长、发育繁殖储存于有机物中；一部分随残枝败叶被分解者分解；另一部分则被初级消费者摄入体内流入第二营养级。

3．生态系统能量流动具有两个明显特点，即：

能量流动是单向的；能量在流动过程中逐级递减，有效传递率只有10%～20%。

4．组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素，都不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程，即生态系统的物质循环，具有全球性和循环流动的特点。

5．能量流动和物质循环是生态系统的主要功能，二者同时进行，相互依存，不可分割，物质是能量流动的载体，能量是物质循环的动力。

高考模拟　提能训练

高考题组

1．（2012·海南卷，19）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，可以热能形式输出

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

答案　D

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，A正确；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，B正确；能量通过光合作用固定并进入生态系统，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，C正确；输入该生态系统的总能量是生产者甲固定的太阳能总量，D不正确。

2．（2010·广东卷，26）气候变化与生态系统的碳循环密切相关。

下表为A、B两个不同时期陆地生态系统与大气环境的碳交换情况。

时期

碳吸收量（kgC·a－1）

碳释放量（kgC·a－1）

A

1.20×1014

1.20×1014

B

1.20×1014

1.26×1014

（1）生态系统碳的吸收主要是通过________作用实现的，碳的释放主要是通过________作用实现的。

（2）表中__________时期的生态系统处于稳定状态，原因是

________________________________________________________________________。

（3）由于过度的人工碳排放，破坏了生态系统的________，导致大气中________增加并引起全球气候变化。

（4）人们正在积极开发新能源以减少碳排放。

如“叶绿素太阳能电池”是模仿类囊体吸收光能的特性而制造的，类囊体吸收光能的过程发生在光合作用的________阶段；又如经改造的蓝藻能在细胞内将光合作用产生的________直接发酵转化为燃料乙醇。

答案　

（1）光合　呼吸　

（2）A　碳的吸收量等于碳的释放量　（3）碳平衡　CO2浓度　（4）光反应　有机物

解析　

（1）光合作用吸收CO2，呼吸作用释放CO2，生态系统中的碳循环主要是通过光合作用和呼吸作用实现的。

（2）生态系统中的碳吸收量等于释放量时，说明该生态系统处于相对稳定状态。

（3）过度的人工碳排放使得碳释放量大大超过碳吸收量，从而破坏了生态系统的稳定性。

向大气中排放大量的CO2会引起温室效应，导致全球气候变化。

（4）光合作用的光反应阶段中，对光能的吸收和转化发生在叶绿体的类囊体薄膜上。

蓝藻光合作用的产物是糖类（有机物），经酒精发酵可生成乙醇。

模拟题组

3．如图是一个处于平衡状态生态系统的能量流动图解，其中A、B、C、D分别代表不同营养级的生物类群，对此图理解正确的是（双选）（　　）

A．流经该生态系统的总能量就是A通过光合作用固定的太阳能

B．D中所含的能量与C中所含的能量之比就是能量从C传递到D的效率

C．B同化的能量要大于B、C、D呼吸消耗的能量之和

D．由于流经该生态系统的总能量是一定的，所以B获得的能量越多，留给C、D的能量就越少

答案　AC

解析　流经该生态系统的总能量就是A通过光合作用固定的太阳能，A正确；能量从C传递到D的效率是指D同化的能量与C同化的能量之比，B错误；B同化的能量要大于B、C、D呼吸消耗的能量之和，因为还有一部分能量流向了分解者，C正确；B获得的能量越多，留给C、D的能量也越多，D错误。

4．下列四个生态系统中，绿色植物所固定的太阳能相等。

如果物种甲是人类所需的资源，那么能提供甲最多的生态系统是（　　）

答案　A

解析　人们研究生态系统中能量流动的主要目的，就是设法调整生态系统的能量流动关系，使能量流向对人类最有益的部分。

最有效的措施就是尽量减少能量流动的中间环节，缩短食物链。

5．如图为生态系统碳循环模式图，下列分析错误的是（　　）

A．f表示大气中的二氧化碳库

B．该图中有3条食物链

C．图中的a一定是自养型生物，b、c、d、e一定是异养型生物

D．碳以有机物的形式由a传到b

答案　B

解析　图示中a是生产者，b是分解者，c、d、e是消费者，f是大气中的二氧化碳库；图示中只有一条食物链；生产者是自养型生物，消费者和分解者是异养型生物；碳在生物群落中以有机物的形式传递。

一、单项选择题

1．有人发起“多吃素食、少吃肉食”的运动，以支援粮食短缺地区的灾民。

运用生态学知识对此的合理解释是（　　）

A．多吃肉食会增加心血管病的发病率

B．直接以低营养级的生物为食将消耗生态系统更多的能量

C．多吃肉食比多吃素食消耗的粮食总量更多

D．节省的肉食可以帮助灾民提高营养水平

答案　C

解析　“多吃素食，少吃肉食”能节约粮食，其生态学原理在于降低人在食物链中的营养级，从而节约更多的粮食。

故正确答案为C。

2．如图是一个农业生态系统模式图，关于该系统的叙述，错误的是（　　）

A．微生物也能利用农作物通过光合作用储存的能量

B．沼气池中的微生物也是该生态系统的分解者

C．沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用

D．多途径利用农作物可提高该系统的能量利用率

答案　C

解析　一个完整的生态系统由非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者四部分构成，在沼气池中，微生物分解有机物，产生可燃气体，属于分解者；在生态系统中，物质是可以循环利用的，而能量是单向流动、逐级递减的，C项的叙述违背了这一原则，因此是错误的。

3．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，可以热能形式输出

D．甲、乙和分解者所贮存的能量之和是输入该生态系统的总能量

答案　D

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，A正确；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，B正确；能量通过光合作用进入该生态系统，经过生产者、消费者的呼吸作用和分解者的分解作用后有一部分以热能的形式散失，C正确；输入该生态系统的总能量是生产者甲固定的太阳能总量，D不正确。

4．某生态系统中的四种生物构成一条食物链a→b→c→d，通过测定得到这四种生物a、b、c、d所含的有机物总量分别为M1、M2、M3和M4。

下列叙述中错误的是（　　）

A．M1一定不是a种群固定的太阳能总量

B．若M1<5M2，则生态系统稳态可能遭到破坏

C．d个体所含的有机物的质量应比c个体的小

D．若M2大量增加，一般会导致M1减少、M3增加

答案　C

解析　生产者固定的太阳能总量中会通过细胞呼吸损失一部分，故A正确；根据能量流动的特点，前一营养级同化的能量要大于或等于后一营养级同化的能量的5倍，才能满足后一营养级的能量需要，故B正确；相对较高营养级的个体不一定比相对较低营养级的个体小，如虎与兔，故C错误；一定时间内，M2大量增加会导致被捕食者减少，捕食者增多，故D正确。

5．下列关于生态系统的说法，不正确的是（　　）

A．生态系统的生产者固定的太阳能是流经该系统的总能量

B．在生态系统中，物质循环是生态系统能量流动的载体

C．植物光合作用固定的碳与植物呼吸作用释放的碳基本相等

D．能量在相邻两个营养级之间的传递效率的大小是由这两个营养级的同化量决定的

答案　C

解析　生态系统的生产者固定的太阳能是流经该生态系统的总能量；在生态系统中，物质循环是能量流动的载体，能量流动是物质循环的动力；在一个稳定的生态系统中，植物光合作用固定的碳与该系统中所有生物呼吸作用释放的碳基本相等；相邻两个营养级之间的能量传递效率＝下一营养级的同化量/上一营养级的同化量×100%。

6．物质循环属于生态系统的功能之一，下列与物质循环相关的叙述，不正确的是（　　）

A．绿色植物同化无机碳转变成有机碳

B．在生物群落内，碳以有机物的形式存在

C．乳酸菌可将有机碳分解为无机碳

D．化学燃料的燃烧打破了碳循环的平衡

答案　C

解析　绿色植物可通过光合作用把自然界中的无机碳转变成生物体内的有机碳，A正确；在生物群落内，碳以有机物的形式存在，B正确；乳酸菌是厌氧型细菌，进行无氧呼吸的产物是乳酸，故不能将有机碳分解为无机碳，C错误；化学燃料的燃烧会导致空气中的二氧化碳增多，引起温室效应，打破了碳循环的平衡，D正确。

7．如图甲表示某生态系统的能量锥体图，P为生产者，Q1为初级消费者，Q2为次级消费者。

现对图中的各营养级所含有的能量进行分类剖析，其中分析不正确的是（注：

图乙中a、a1、a2表示上一年留下来的能量，e、e1、e2表示呼吸消耗量）（　　）

A．b＋c＋d＋e为本年度流入该生态系统的总能量

B．c1表示初级消费者中被次级消费者所同化的能量

C．b和d之一可代表生产者传递给分解者的能量

D．初级消费者产生的粪便中所含的能量是包含在c中的

答案　D

解析　由图可知，c、c1分别是生产者流入初级消费者、初级消费者流入次级消费者的能量，即初级消费者、次级消费者同化的能量。

b＋c＋d＋e为生产者固定的能量，即本年度流入该生态系统的总能量；b和d（b1和d1、b2和d2）之一可代表粪便、遗体残骸等传递给分解者的能量；初级消费者产生的粪便中所含的能量属于生产者同化的能量，应包含在b或d中。

8．下列有关生态系统中能量流动的叙述，正确的是（　　）

A．兔子吃了1千克的草，则这1千克草中的能量就流入了兔子体内

B．一只狼捕食了一只兔子，则这只兔子中约有10%～20%的能量流入狼的体内

C．生产者通过光合作用合成有机物，能量就从无机环境流入了生物群落

D．生态系统的能量是伴随着物质循环而被循环利用的

答案　C

解析　兔子吃的草中的能量一部分被兔子同化，一部分残留在粪便中，故A错误；能量传递效率中的10%～20%指的是营养级与营养级之间的传递效率，并非个体与个体之间的，故B错误；生产者通过光合作用合成有机物来固定太阳能，而太阳能来自无机环境，故C正确；生态系统中的能量是单向流动、逐级递减的，最终都会以热能的形式散失，故D错误。

9．如图表示一个池塘生态系统中各种生物之间的关系。

下列叙述不正确的是（　　）

A．图中所有的生物构成了此池塘生态系统的生物群落

B．从外部引入消费者4可能会使生产者2的数量暂时增加

C．流经该生态系统的总能量是图中所有生产者固定的能量之和

D．组成消费者的各种元素返回无机环境都需经分解者的分解作用

答案　D

解析　图中所有的生物包括生产者、消费者和分解者，共同构成了此池塘生态系统的生物群落；引入消费者4后，在短时间内可能会造成消费者2数量的减少以及生产者2数量的增加；流经该生态系统的总能量是图中所有生产者固定的能量之和；消费者体内的部分代谢产物（如CO2）可通过呼吸作用返回无机环境。

二、双项选择题

10．如图为某草原生态系统的能量流动图解模型，A、B、C分别表示流入各营养级生物的能量，D、E、F分别表示各营养级生物用于生长、发育和繁殖的能量，G、H、I分别表示草、兔子、狼呼吸作用消耗的能量，J、K、L分别表示各营养级生物流入分解者的能量。

下列说法中，正确的是（　　）

A．图中A>D，B>E，C>F

B．K中能量包括兔子尸体及狼粪便中的能量

C．食物链中能量最少的是分解者所处的营养级

D．第一营养级与第二营养级间的能量传递效率是E/D

答案　AB

解析　根据能量流动过程可知，A>D，B>E，C>F；食物链中能量最少的是狼所处的营养级，分解者不参与构成食物链；第一营养级与第二营养级间的能量传递效率是B/A。

11．如图是生态系统中碳循环示意图，“→”表示碳的流动方向。

下列说法正确的是（　　）

A．图中A是生产者，D、E是消费者，B是分解者，C是大气中的CO2库

B．该生态系统的成分包括A、B、C、D、非生物的物质和能量

C．该生态系统中食物网可表示为：

A→D→E→B

D．E每增加1kg的体重，至少需要25kg的A

答案　AD

解析　图中A是生产者，D、E是消费者，B是分解者，C是大气中的CO2库，A项正确；生态系统的组成成分包括所有的生物和非生物的物质和能量，所以还必须包括E，B项错误；B是分解者，不参与食物链的组成，C项错误；按最高能量传递效率计算，E每增加1kg的体重，至少需要A为1÷20%÷