第30讲生态系统的能量流动和物质循环Word下载.docx

第30讲生态系统的能量流动和物质循环Word下载.docx

《第30讲生态系统的能量流动和物质循环Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第30讲生态系统的能量流动和物质循环Word下载.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

生物群落：

。

碳循环循环形式：

（作用）

循环途径：

温室效应：

原因：

大量的燃烧，使得大气中含量迅速增加。

影响：

气温升高，冰川融化，海平面上升，对陆地生态系统和人类构成威胁。

三、能量流动与物质循环的关系

区

别

能量流动

物质循环

形式

范围

特点

联

系

物质是能量流动的载体，能量是物质循环的动力。

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，在生物群落中都是以

为流动渠道。

四、生物固氮

固氮微生物将大气中的还原成的过程。

共生固氮微生物：

与互利共生的固氮微生物。

如。

根瘤菌

代谢类型：

只有侵入到才能固氮

具有性。

不同的根瘤菌各自只能侵入的豆科植物。

种类

与豆科植物的关系：

形成过程：

侵入→繁殖→分裂→组织膨大→形成根瘤

自生固氮微生物：

在土壤中能够的微生物。

圆褐固氮菌：

具较强的能力，并能分泌，促进植株的生长和果实的发育。

生物固氮的意义：

对自然界的氮循环具重要意义。

氮循环图解如下：

生物固氮在农业生产中的应用。

命题研究

考点搜索

出题方向

解题策略

生态系统的能量流动（2000、2001、2002、2004年）

考核生态系统中能量流动的特点和过程。

从能量流动是沿食物链途径进行、且是逐级递减的方面分析题意。

生态系统的物质循环（2000、2001、2003年）

考核物质循环在生物群落中的流动特点。

运用在生物群落中物质是以有机物形式沿食物链流动的，在群落与无机环境间是以CO2形式进行的这一规律解题。

生态系统的能量流动和物质循环的关系（2003年）

考核能量流动和物质循环的关系。

注意把握二者的区别与联系，找出它们的共同点在具体情境中解析。

生物固氮（2002、2003、2004年）

考核固氮微生物的特点和作用原理。

注意区分共生固氮微生物、自生固氮微生物，把握它们的不同特点。

提分关键

1．如何计算能量传递效率？

答：

在解决涉及有关能量计算问题时，如遇“至少需要”“最多使用”等字眼时，所选用的传递效率为20％，在食物网中应选最短链；

若遇“最大消耗”“最少利用”时，传递效率则选10％，选最长食物链。

2．如何理解能量流动与物质循环的关系？

（1）区别：

能量在生态系统内是单向流动的，每个营养级都要消耗约80％～90％的能量。

因此，能量流动是逐级递减的，生态系统只有不断地从外界获取能量（太阳能），能量流动才能持续下去。

而生态系统的物质循环，则是在生物群落与无机环境之间反复地进行着，物质是循环的。

（2）联系：

生态系统的能量流动总是伴随着物质循环的进行而进行。

能量的固定、转移、释放、离不开物质的合成分解等过程。

物质就像能量的载体。

在能量流动和物质循环之间互为因果、相辅相成，具有不可分割的联系．

生态系统中的各种组成成分——非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者，正是通过能量流动和物质循环，紧密的联系在一起。

形成一个统一的整体。

3．如何理解物质循环的概念？

物质循环是指在生态系统中，组成生物体的C、H、（）、N、P、S等化学元素，不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落回到无机环境的循环过程。

物质循环中所指的“物质”是指组成生物体的基本化学元素，而不是单质，也不是化合物；

概念中所说的“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，因此物质循环带有全球性；

物质循环既然称为“循环”，那就是反复出现、循环利用的。

而不像能量流动那样是单向的。

4．为什么固氮微生物需氧，而固氮又须在严格的厌氧环境中进行？

大多数的固氮菌的代谢类型是异养需氧型，它们需在有氧条件下利用氧气进行呼吸和产生能量。

而固氮过程又是在细胞内固氮酶的作用下完成的，组成固氮酶的两种蛋白质对氧极端敏感，一旦遇氧就很快导致不可逆的失活，因此固氮过程是在细胞内无氧条件下完成的。

固氮菌在进化过程中，发展出多种机制来解决既需氧又要防止氧对固氮酶损伤的矛盾。

名师点拨

例1（2004年陕西、内蒙卷）一个池塘有生产者（浮游植物）、初级消费者（植食

性鱼类）、次级消费者（肉食性鱼类）、分解者（微生物）。

其中生产者固定的全部能量为a，流入初级消费者、次级消费者、分解者的能量依次为b、c、d，下列表述正确的是

A．a=b+dB．a＞b+dC．a＜b+dD．a＜c+d

考点分析本题考核生态系统的能量流动，主要考核能量流动的过程和特点。

解题思路一个生态系统中，流经该系统的总能量是生产者固定的太阳能。

该生态系统中生产者固定的全部能量是a，即流经该系统的各个营养级的总能量是a，数值是最大的。

这些能量一部分在生产者的呼吸作用中以热能形式散失到环境中，一部分用于自身的生长、发育、繁殖。

在后一部分能量中，一部分随植物遗体和残枝败叶等被分解者分解释放出来，还有一部分沿着食物链流入初级消费者，除小部分能量随动物粪便排出体外，其余被初级消费者同化。

能量依次沿食物链单向流动、逐级递减传递下去。

本题正确答案是B。

失分陷阱没有理解能量流动逐级递减的特点、没有把握流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能易导致答题错误。

例2（2003年上海卷）下面是有关生态系统的问题。

（1）图30—1是生态系统中碳循环示意图，图中“→”表示碳的流动方向。

请回答：

①写出图中含有三个营养级的食物链（用字母表示）

—→—→

②在物质循环的过程中，同时伴随着_____________。

若生产

者有5000kg，按能量最大传递效率计算，位于第三营养级的生物可增重__________kg。

（2）图30—2表示一生态系统中生物种类间的相互关系，图中

各种类均生活在退潮后暴露出的岩石上，其中海藻、藤壶、贻贝和海葵固着于岩石表面，海星、石鳖和石械则在岩石表面来回爬动找寻食物，图中的数字表示海星食物中各种类所占的比例（%）。

1此生态系统中处于第三营养级的种类有

两者既有捕食关系又有竞争关系的种类是_________________________________。

②当除去全部海星一年后，与对照地区相比，该处生物种类组成发生了很大的变化，其中_________成为优势种，而石鳖和石械数量大为减少，其原因是___________________________________。

考点分析本题综合考核了生态系统物质循环中的碳循环的特点、能量流动逐级递减的特点、生态系统中个生物之间关系。

解题思路本题要求写出图中含有三个营养级的食物链，而食物链中只能有生产者

和各级消费者。

由此可推断：

A为生产者、B为分解者、C为大气中的CO2、D为初级消费者、E为次级消费者。

所以三个营养级的食物链为A→D→E。

在物质循环的过程中，同时伴随着能量流动。

生产者为第一营养级，若生产者有5000kg，按最大能量传递效率计算，即按能量传递效率为20％计算，位于第三营养级的生物可增重5000kg×

20％×

20％=200kg。

生产者在黑暗中不进行光合作用，生产者在黑暗中每小时释放出来的44mgCO2是通过呼吸作用产生的。

根据有氧呼吸反应式可计算得到生产者在黑暗中每小时消耗的O2为32mg。

生产者在光下和黑暗条件下的呼吸作用强度基本相同，生产者每小时实际产生的O2量为呼吸消耗量（32mg）与释放量（32mg）之和为64mg。

此生态系统中处于第三营养级的种类有海星、荔枝螺、海葵（其中海星在捕食荔枝螺的食物链中为第四营养级）。

两者既有捕食关系又有竞争关系的种类是海星和荔枝螺，图示表示的是它们在食物方面的竞争，藤壶、贻贝都是它们的食物。

当除去全部海星后，海星的主要捕食对象藤壶（64％）就大量繁殖，藤壶成为优势种。

藤壶的大量繁殖占据了岩石表面，使海藻减少，石鳖和石槭因失去食物而数量减少。

因此本题正确答案是

（1）①ADE②能量流动200③64

（2）海星、荔枝螺、海葵海星和荔枝螺②藤壶藤壶大量繁殖，占据了岩石表面，使海藻不能生长，石鳖和石槭因失去食物而数量减少。

失分陷阱对碳的流动途径把握不准确，对图中B是分解者、C是无机环境易判断错误；

对食物链只包括生产者和消费者掌握不准确而把分解者也写入食物链。

对图中生物之间的各种关系分析不仔细、不全面，尤其最后一问，藤壶与海藻是竞争关系，藤壶大量繁殖占据空间，影响海藻的生存，这点很多同学没有分析出。

例3（2001年广东卷）我国北方处于平衡状态的某森林生态系统，其碳素循环如下图30—3，箭头和字母分别表示碳素传递方向和转移量。

下列选项正确的是A

A．夏季，a>

b+c+eB．秋季，e+f<

g

C．春季，g=b+e+fD．冬季，d>

c+f

考点分析本题考核生态系统中的物质循环。

解题思路碳素在无机环境和生物群落之间的循环，离不开生产者（主要是绿色植物）。

在题目所给出的生态系统中，

a代表绿色植物通过光合作用固定的太阳能及合成的有机物，

这是流经该森林生态系统的总能量，数量最大；

b代表植物呼吸作用散失到大气中的二氧化碳；

c代表通过食物链流到动物（各级消费者）体内的总能量，d代表动物的呼吸作用散失到大气中的二氧化碳；

e代表植物的残枝、落叶流到分解者的能量；

f代表动物流到分解者的能量；

g代表分解者的呼吸作用散失到大气中的二氧化碳。

在一年中的不同的季节，植物进行光合作用的强度不同。

根据生态系统能量流动的效率10％-20％，在夏季，处于平衡状态的森林生态系统，植物光合作用所固定的总能量>

植物呼吸作用所消耗的能量+流到动物体的能量+流到分解者的能量。

我国北方的夏季昼长夜短，气温较高，生产者同化作用占优势，因而a>

b+c+e；

在秋季，植物遗体、残枝、败叶相对增多，动物的粪便等也相对增多，而土壤中的生物数量相对稳定，由于气温变低代谢变缓、繁殖变慢，因而g<

e+f；

在冬季，动物呼吸作用加强以维持体温，即d值增大，而动物可摄入的有机物量相对减少，即c值减少，对动物而言c、d、f三者的关系可能是d+f≤c，而不可能是d>

c十f。

本题正确答案是A。

失分陷阱解答本题的关键在于识图，要弄清各个符号所代表的物质和能量去向。

对不同季节物质的同化作用和易化作用理解不清也会导致错选。

例4（2004年江苏卷）下列有关生物固氮的描述错误的是B

A．豆科植物的根瘤是发生固氮作用的部位

B．土壤中独立生活的根瘤菌也能固氮

C．不同的根瘤菌只能侵入特定种类的豆科植物

D．根瘤菌通过固氮作用形成氨

考点分析本题考核生物固氮中共生固氮微生物的特点、根瘤的形成过程。

解题思路根瘤菌是共生固氮微生物，在土壤中分布广泛，但只有侵入到豆科植物的根内才能固氮。

而且，不同的根瘤菌各自只能侵入特定种类的豆科植物。

根瘤菌与豆科植物共生，豆科植物通过光合作用制造的有机物，一部分供给根瘤菌；

根瘤菌通过生物固氮制造的氨，提供给豆科植物。

因此本题正确答案是B。

失分陷阱根瘤菌是共生固氮菌，只能与豆科植物共生在一起时才能固氮。

在土壤中独立生活时不能固氮，这是它与自生固氮菌的区别。

此点混淆，难以选出正确答案。

拓展提升

1．生态金字塔。

生态金字塔指各个营养级之间的数量关系，不同的金字塔能形象地说明营养级与能量、生物量、数量之间的关系，是定量研究生态系统的直观体现。

（1）能量金字塔（图30—4）

能量金字塔的形状永远是正金字塔形。

能量金字塔每一台阶的含义：

代表食物链中每一营养级生物所含能量多少。

能量金字塔形状的象征含义；

表明能量流

动沿食物链流动过程具有逐级递减的特性。

（2）数量金字塔

数量金字塔每一台阶的含义：

表示每一营养级生物个体的数目。

数量金字塔的一般形状如图30—5。

因为在捕食链中，随着营养级的升高，能量越来越少，而动物的体形一般越来越大，因而生物个体数目越来越少。

数量金字塔的特殊形状：

如一棵树与树上昆虫及鸟的数量关系可形象表示如图30—6。

（3）生物量金字塔

生物量金字塔每一台阶的含义：

表示每一营养级现存生物的质量，即有机物的总质量。

生物量金字塔的一般形状：

能量是以物质形式存在的，因而每一营养级的生物量（现存生物有机物的总质量）在一定程度上代表着能量值的高低，从这个意义上讲，生物量金字塔的形状一般同能量金字塔形状相似（如图30—7）。

生物量金字塔的特殊形状：

如海洋生态系统中，生产者浮游植物个体小，寿命短，又会不断被浮游动物吃掉，因而某一时间调查到的浮游植物的生物量可能要低于其捕食者浮游动物的生物量，但这并不是说流过生产者这一环节的能量比流过浮游动物的要少。

综上可知，只有能量金宇塔永远是底宽上尖的正金字塔形，数量金宇塔及生物量金字塔一般也是正金字塔形，但有时也会出现倒置的特殊形状的金字塔。

2．自然界中的碳循环。

大气中的碳元素进入生物群落的途径，主要是光合作用，也可通过化能合成作用；

碳元素由生物群落回到无机环境的途径，主要通过呼吸作用；

碳元素在生物群落中的传递，主要靠食物链和食物网，传递形式为有机物；

碳在无机环境、生产者、消费者、分解者之间传递时，只有生产者与无机环境之间的传递是相互的，其他各成分之间的传递都是单向的。

地球上最大的碳库是岩石圈和化石燃料，含碳量约占地球上碳总量的99．9％，

这两个库中的碳活动缓慢，实际上起着贮存库的作用。

地球上还有三个碳库——大气圈库、水圈库和生物库。

这三个库中的碳在生物和无机环境之间迅速交换，容量小而活跃，实际上起着交换库的作用。

碳在岩石圈中主要以碳酸盐的形式存在，总量为2．7×

1016t，在大气圈中以二氧化碳和一氧化碳的形式存在，总量有2×

1012t，在水圈中以多种形式存在；

在生物库中则存在着几百种被生物合成的有机物。

3．自然界中的氮循环。

构成氮循环的主要环节是：

生物体内有机氮的合成、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用。

生物体内有机氮的合成是指：

植物吸收土壤中的铵盐和硝酸盐，进而将这些无机氮同化成植物体内的蛋白质等有机氮，动物直接或间接以植物为食物，将植物体内的有机氮同化成动物体内的有机氮，这一过程称为生物体内有机氮的合成。

氨化作用是指：

动植物的遗体，排出物和残留物中的有机氮被微生物分解后形成氨的过程。

硝化作用是指：

在有氧的条件下，土壤中的氨或铵盐在硝化细菌的作用下最终氧化成硝酸盐的过程。

反硝化作用是指：

在氧气不足的条件下，土壤中的硝酸盐被反硝化细菌等多种微生物还原成亚硝酸盐，并且进一步还原成分子态氮并返回到大气中的过程。

固氮作用：

通过电离、工业、生物等将大气中的氮还原成氨的过程。

4．几种微生物在氮循环中的作用。

在氮循环中的作用

代谢类型

在生态系统中的地位

将N2合成氨

异养需氧型

消费者

圆褐固氮菌

分解者

细菌、真菌

将生物遗体中含氮化合物转化为氨

硝化细菌

将土壤中氨转化为硝酸盐

自养需氧型

生产者

反硝化细菌

硝酸盐→亚硝酸盐→N2

异养厌氧型

巩固练习

1．（2002年全国春季卷）在生态系统中有关食物链与能量流动的叙述，不正确的是

A．能量沿食物链流动是单向的

B．食物链越长，最高营养级上获得的能量越少

C．初级消费者越多，次级消费者获得的能量越少

D．生物种类越多，生态系统中的食物链越多

2．（2000年广东卷）某河流生态系统的营养结构共有4个营养级,分别以a、b、c、d表示。

一年内输入这4个营养级的能量数值如下表：

该生态系统中初级消费者所属营养级是

A．aB．bC．cD．d

3．（2001年广东卷）一片树林中，树、昆虫和食虫鸟类的个体数比例关系如图30—8所示。

下列选项能正确表示树、昆虫、食虫鸟之间的能量流动关系的是（选项方框面积表示能量的大小）

图30—8

4．有图30—9所示的一个食物网（能量传递效率按10%计算），则下列叙述中正确的是

A．该食物网中初级消费者是昆虫，次级消费者是鸟

B．昆虫属于第一营养级，鸟属于第二营养级

C．若绿色植物固定的太阳能总量为M，昆虫获得的总能量为m1，鸟获得的总能量为m2，则M＞m1+m2

D．在鸟类的食物构成中，若动物性食物和植物性食物各占一半，则鸟类增加能量A时，生产者需提供能量为55A

5．图30—10为生态系统中食物链所反映出的能量流动情况，图中的箭头符号为能量的移动方向，单位为kcal/m2年。

下列说法正确的是

图30—10

①在入射的太阳能中，生产者只利用了其中的1%左右

②分解者可利用来自各营养级转移到（A）的所有能量

③消费者营养级别越高，可利用的总能量越多

④当人们把生产者当做食物时，比起其他营养级，可获得更多的食物

A．①②B．①④C．②④D．③④

6．图30—11表示某生态系统食物网的图解，猫头鹰体重每增加1kg，至少消耗A约

A．100kgB．44.5kg

C．25kgD．15kg

7.（2002年广东卷）下表是对某水生生态系统营养级和能量流动情况的调查结果，表

中A、B、C、D分别表示不同的营养级，E为分解者。

Pg表示生物同化作用固定能量的总量，Pn表示生物体贮存的能量（Pn＝Pg－R），R表示生物呼吸消耗的能量。

单位：

102千焦/m2/年

Pg

Pn

R

A

15.9

2.8

13.1

B

870.7

369.4

501.3

C

0.9

0.3

0.6

D

141.0

61.9

79.1

E

211.5

20.1

191.4

分析回答：

（1）能量流动是从A、B、C、D中的哪个营养级开始的?

为什么?

（2）该生态系统中能量从第三营养级传递到第四营养级的效率是多少?

（3）从能量输入和输出角度看，该生态系统的总能量是否增加?

8．（2003年全国理综卷）据图30—12判断，下列叙述不符合生态学原理的是

A．物质经过了多级利用，实现了良性循环

B．每一级生产环节都获得产品，提高了生态经济效益

C．由于食物链延长，能量逐级损耗，系统总能量利用效率降低

D．由于各级产物都可以利用，减少了废物和污染

9．（2003年江苏卷）火灾常给森林带来较大危害，但是在某些国家有时对寒带地区森

林中的残枝落叶等进行有限度的人工火烧，以对森林进行资源管理，这种人工火烧的主要目的是

A．消灭森林病虫害B．刺激树木种子萌发

C．加速生态系统的分解过程D．提高森林的蓄水能力

10．在局部地区的暴雨会使提供特定生态系统的氮、磷、钙的量受到限制，而提供给该系统的碳量很少出现这一问题，其原因是

A．生物体不需要多少碳B．植物用阳光和水分就能制造自身的碳

C．植物能很好地吸收土壤中的碳D．许多养料是来自土壤的，碳主要来自空气

11．（2000年上海卷）图30—13是某生态系统中食物网简图，图中甲——庚代表各种不同的生物。

请据图分析回答：

（1）此生态系统中作为生产者的生物是；

作为次级消费者的生物是。

（2）若此生态系统受到重金属盐污染，那么在体内积存重金属污染物最多的生物是。

（3）生物甲与已的关系是。

（4）该生态系统只表示了部分成分，图中未表示的成分有。

（5）已知各营养级之间的能量转化效率为10%，若一种生物摄食两种下一营养级的生物，且它们被摄食的生物量相等，则丁每增加10千克生物量，需消耗生产者千克。

12．生产者所制造的有机物质的量被称为初级生产力。

下表为地球上主要生态系统的总面积及生产者的净初级生产力（g干重／m2·

y）。

生态系统类型

湖河

沼泽

热带森林

温带森林

冻土带

荒漠密灌林

农田

开阔大洋

面积（106km2）

2

20

18

8

14

332

净初级生产力

500

200

2000

1300

140

70

650

125

（1）陆地生态系统中的__________是生物圈的最主要的能量基地，因为_____________。

（2）荒漠密灌林的净初级生产力较低的主要限制因素是___________；

而群落结构单一的农田生态系统的净初级生产力却较高的主要原因是：

_________________。

（3）表中所列生态系统属于湿地的是________________。

（4）表中各净初级生产力，除未利用的部分外，其余的去向是_______________。

13．图30—14示某农场部分物质循环示意图，据此回答：

（1）图示可否称为生态农业______，

判断的依据______。

（2）若要充分利用生产者固定的

太阳能，就要改进该系统，请提出

你的修改意见_________________。

（3）该系统的主要成分是______,该系

统的______稳定性较低。

（4）该系统物质循环的特点是__________________。

（5）若人也是该系统的一员，请在图30—15中用箭头标出该的能量流动的过程。

14．（2000年广东卷）图30—16是两个农业生态系统的结构模式图。

图a中农作物为人类提供的食物量、为家禽和家畜提供的饲料量,都与图b相同。

（1）请根据图a、图b所示生态系统的结构,在下面用箭头完成这两个生态系统能量流动和利用的图解（各种生物的呼吸作用耗能和图中未标出的分解者耗能可不标出）。

（2）图所示生态系统的能量能够更多地被人类利用,原因是

15．（2004年广东卷）下列关于固氮菌的叙述，错误的是

A．一种根瘤菌能侵入所有种类的豆科植物

B．豆科植物与其根瘤内的根瘤菌互利共生

C．土壤中的根瘤菌不能固氮

D．具有根瘤的豆科植物能以氮气为氮源

16．（2003年江苏卷）自生和共生固氮微生物可以将

A．大气中的N2转化为NH3B．大气中的N2转化为NO3-

C．土壤中的N2转化为NO3-D．土壤中的NO3-转化为N2

17．（200