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高考生物第八单元专项四
张静中学高考生物第八单元专项四
生态系统的能量流动和物质循环
[考纲要求] 生态系统中的物质循环和能量流动的基本规律及其应用(Ⅱ)。
一、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
[判一判]
1.生态系统的能量流动指能量的输入和散失过程( × )
提示 还包括传递和转化过程。
2.流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能( × )
提示 是生产者固定的太阳能或化学能。
3.散失的热能可以被生产者固定再次进入生态系统( × )
提示 生产者只能利用太阳能或化学能(化能合成作用),不能利用热能。
4.流经第二营养级的总能量指次级消费者摄入到体内的能量( × )
提示 初级消费者同化的能量。
二、能量流动的特点及意义
1.林德曼效率:
是指一个营养级和它的上一个营养级所同化的能量值的比值。
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。
[解惑] 相邻两营养级之间能量传递效率(林德曼效率)只有10%~20%,因此食物链中营养级一般不超过4~5个。
[判一判]
1.相邻两个营养级的能量传递效率不会小于10%,也不会大于20%( × )
2.能量金字塔可以出现倒置现象( × )
3.研究能量流动,可合理设计人工生态系统,提高能量的传递效率( × )
三、生态系统的物质循环
1.概念
(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:
生物群落和无机环境之间。
(3)循环特点:
具有全球性。
2.水的循环
3.氮的循环
(1)固氮:
根瘤菌将处于游离状态的氮气转变为无机氮的化合物(主要是硝酸盐和氨),供给植物直接利用,这一过程称为固氮。
(2)氮循环:
过程复杂,主要由于含氮化合物的种类较多,而且每一个环节上都有特定的微生物参加。
4.碳的循环
(1)循环形式
①无机环境与生物群落之间:
CO2。
②生物群落内:
以有机物形式沿食物链和食物网传递。
(2)图解
[解惑] 生态系统物质循环的物质是指组成生物体的基本元素,而非其组成的化合物;在循环过程中伴随着复杂的物质和能量的转化。
考点一 分析生态系统的能量流动
1.观察下面的能量流动过程图解,回答相关问题。
(1)能量的来源:
太阳能。
(2)起点:
从生产者固定太阳能开始。
(3)流经生态系统的总能量:
生产者通过光合作用所固定的全部太阳能。
(4)渠道:
食物链和食物网。
(5)能量转化:
太阳能→有机物中的化学能→热能(最终散失)。
(6)流动形式:
有机物中的化学能。
(7)散失途径:
呼吸作用,包括各个营养级自身的呼吸消耗以及分解者的呼吸作用。
(8)能量散失的形式:
以热能形式散失。
2.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:
相邻两个营养级的能量传递效率约为10%~20%。
3.写出能量传递效率(林德曼效率)的计算公式
相邻两个营养级的传递效率=×100%。
易错警示 能量流动中的2个比较
(1)生态系统中同化量和摄入量的比较
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,摄入量是消费者摄入的能量,同化量=摄入量-粪便量。
消费者产生的粪便中的能量,不属于该营养级同化的能量,它实际上与上一营养级的遗体、残骸一样,属于未被利用的那部分能量。
(2)能量传递效率与能量利用效率的比较
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%。
其计算公式为能量传递效率=(下一营养级同化量/上一营养级同化量)×100%。
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。
在一个生态系统中,营养级越多,在能量流动过程中消耗的能量就越多,因此食物链越短,能量利用效率越高;同时,生态系统中生物种类越多,营养结构越复杂,抵抗力稳定性越强,能量利用效率越高。
1.如图为某生态系统中能量流动图解部分示意图,①②③④各代表一定的能量值,下列各项中正确的是( )
A.①表示流经该生态系统内部的总能量
B.一般情况下,次级消费者增加1kg,生产者至少增加100kg
C.生物与生物之间的捕食关系一般不可逆转,所以能量流动具有单向性
D.从能量关系看②≥③+④
答案 C
解析 ①仅仅是流经该生态系统内部总能量的一部分;次级消费者增加1kg,生产者至少增加25kg;从能量关系上看,②>③+④。
2.如图为一个食物网。
若要使丙体重增加x,已知其食用的动物性食物
(乙)所占比例为a,则至少需要的生产者(甲)的量为y,那么x与y
的关系可表示为( )
A.y=90ax+10x
B.y=25ax+5x
C.y=20ax+5x
D.y=10ax+10x
答案 C
解析 由题干中的“至少”可知,应该按最大传递效率20%计算,a表示动物性食物(乙)所占比例,则1-a表示直接从生产者(甲)获得食物所占比例,故有(1-a)x÷20%+ax÷20%÷20%=y,即y=20ax+5x。
生态系统中能量传递的相关计算
在解决有关能量传递的计算问题时,首先要确定相关的食物链,理清生物在营养级
上的差别,能量传递效率为10%~20%,解题时注意题目中是否有“最多”、“最
少”、“至少”等特殊的字眼,从而确定使用10%或20%来解题。
(1)设食物链A→B→C→D,分情况讨论如下:
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)在食物网中分析:
如在A→B→C→D中,确定生物量变化的“最多”或“最少”时,还应遵循以下原
则:
①食物链越短,最高营养级获得的能量越多。
②生物间的取食关系越简单,生态系统消耗的能量越少,如已知D营养级的能量
为M,计算至少需要A营养级的能量,应取最短食物链A→D,并以20%的效率进
行传递,即等于M÷20%;计算最多需要A营养级的能量时,应取最长的食
物链A→B→C→D,并以10%的效率进行传递,即等于M÷(10%)3。
(3)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。
考点二 聚焦生态系统的物质循环
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。
(2)碳返回无机,环境的途径
(3)分析温室效应产生的原因
①化石燃料的大量燃烧,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.观察下面能量流动和物质循环的关系图解,填写表格中的内容。
项目
能量流动
物质循环
形式
光能→有机物中的化学能→热能(一般形式)
以化学元素形式流动
过程
沿食物链(网)单向流动
在无机环境和生物群落间往复循环
范围
生态系统各营养级
全球性
特点
单向流动,逐级递减
反复出现,循环流动
联系
1能量的固定、储存、转移和释放离不开物质的合成和分解
2②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
易错警示 与物质循环有关的2点提示
(1)物质循环的“物质”和“范围”
①参与物质循环的“物质”是指组成生物体的化学元素。
②循环的范围是生物圈,而不是具体的某一生态系统。
(2)碳循环及存在形式
①在生物群落和无机环境间:
以CO2形式循环。
②在生物群落内部:
以含碳有机物形式传递。
③在无机环境中:
主要以CO2和碳酸盐形式存在。
3.下图是生态系统中碳循环示意图,其中“→”表示碳的流动方向。
下列叙述不正确的是
( )
A.在碳循环过程中,同时伴随着能量流动
B.由于某种原因造成图中E生物数量大量减少,推测短期内与之相邻的两个营养级生物数量发生的变化是D增多,F减少
C.该生态系统的消费者包括图中的D、E、F、B
D.A→C过程中碳主要以CO2的形式进行循环,F→B以含碳有机物的形式进行流动
答案 C
解析 分析图形,A、B、D、E、F均有箭头指向C,则C是无机环境中的二氧化碳库。
A、C之间为双向箭头,A为生产者。
A、D、E、F均有箭头指向B,则B为分解者,D、E、F为消费者。
图示中包含的食物链为A→D→E→F,故E减少,短时间内D增多,F减少。
碳在生物群落与无机环境之间主要以CO2的形式循环,在生物群落内部是以含碳有机物的形式流动。
4.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进行传递
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;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。
巧辨图形判断参与碳循环的四种成分
1.图1——先根据双向箭头确定A和B应为生产者和非生物成分,不能写“无机环境”,也不能写“生物类别”,再根据A→D,确定D为分解者,剩下C为消费者。
2.图2——根据A与C之间是双向箭头判断:
A和C一个是生产者,一个是非生物成分。
根据A、B、D的碳都流向E,可进一步判断:
A是生产者,B是初级消费者,C
是非生物成分,D是次级消费者,E是分解者。
3.图3——首先找出相互之间具有双向箭头的两个成分,即A和E,一个为生产者,
一个是大气中的CO2库。
又因为其他各个成分都有箭头指向A,所以A为大气中的CO2库,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。
整个图解中,食物链是E→F→D→B。
序号
错因分析
正确答案
序号
错因分析
正确答案
①
不理解总能量的含义
N2
②
不清楚粪便量的来源
0
③
不清楚能量传递效率的计算方法
×100%
⑤
对种类和数量区分不清
增加各营养级生物的种类
④
不清楚自我调节能力如何进行
负反馈调节
题组一 生态系统的能量流动
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
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