苏教生物必修三生态系统的稳态一生态系统中的能量流动及物质循环.pptx

(一)生态系统中的能量流动及物质循环第四章生态系统的稳态第1页/共90页学习导航1.能量流动的过程、特点。(重难点)2碳循环的过程、特点。3能量流动与物质循环的关系。(重点)第2页/共90页新新知知初初探探思思维维启启动动一、生态系统中的能量流动1能量流动的概念和作用(1)概念生态系统中能量的_、_(包括转化)和_的过程，称为生态系统中的能量流动。输入输入传递传递散失散失第3页/共90页(2)作用在生态系统中，各个营养级的生物都需要能 量，能 量 是 维 持 生 态 系 统 稳 态 的_。2能量流动的过程(1)输 入 生 态 系 统 的 总 能 量：等 于_固定太阳能的总量。(2)起点：从生产者固定太阳能开始。(3)能量流动的途径：_。动力动力生产者生产者食物链和食物网食物链和食物网第4页/共90页3能量流动的特点(1)单向流动：能量只能从第一营养级流向_,再依次流向_。(2)逐级递减：能量在沿食物链传递的过程中，每个营养级的生物代谢活动都会消耗相当多的能量，由一个营养级传递到下一个营养级的能量平均约为_。第二营养级第二营养级下一个营养级下一个营养级10%第5页/共90页4能量流动的模型：如果将单位时间内各个营养级所得的能量数值，由低到高绘制成 图,可 形 成 一 个 金 字 塔 形,叫 做_。5研究能量流动的目的在农业生产中推广生态农业，研究生态系统能量流动的规律，是为了提高生态系统的_，使其朝向对人类最有益的方向进行。能量金字塔能量金字塔能量转化效率能量转化效率第6页/共90页判一判(1)流入生态系统的总能量是太阳光照射到该生态系统的总量()(2)能量流动的渠道是食物链和食物网()(3)初级消费者粪便中的能量是初级消费者同化能量的一部分()(4)能量流动的特点是循环流动、逐级递减的()第7页/共90页二、生态系统中的物质循环1概念：又称为_，是指在生态系统中，组成生物体的C、H、O、N、P、Ca等 元 素，不 断 进 行 着 从_，再回到_的循环。生物地球化学循环生物地球化学循环无机环境到生物群落无机环境到生物群落无机环境无机环境第8页/共90页2与能量流动的关系物质循环的_来自能量，而物质又是能量的_,保证能量从一种形式转变为另一种形式，物质循环与能量流动相伴随。动力动力载体载体第9页/共90页(1)水水循循环环大气环流蒸发生命活动营养物质第10页/共90页呼吸作用CO2和碳酸盐第11页/共90页第12页/共90页4人类活动影响水体富营养化(1)原因：水体中_含量过多。(2)结果：_等过度繁殖导致生态系统的稳态被破坏。N、P藻类藻类第13页/共90页想一想碳在生物群落中以什么形式传递？既然物质是循环的，为什么人们还不断向农田中施加氮肥？提示：有机物。物质在生物圈范围内是循环的，农田中不断有粮食产出，所以要不断施加氮肥。第14页/共90页要要点点突突破破讲讲练练互互动动要点突破要点突破要点突破要点突破要点一要点一生态系统的能量流动1能量流动中能量的分流第15页/共90页(1)能量分流图第16页/共90页(2)理解流入每一营养级的能量去向，可从以下两个角度分析：定量不定时分析流入某一营养级的一定量的能量在足够长的时间内的去路可有三条：一是自身呼吸散热消耗；二是流入下一营养级；三是被分解者分解利用。但这一定量的能量不管如何传递,最终都以热能形式从生物群落中散失，生产者源源不断地固定太阳能，才能保证生态系统能量流动的正常进行。第17页/共90页定量定时分析流入某一营养级的一定量的能量在一定时间内的去路可有四条：一是自身呼吸散热消耗；二是流入下一营养级；三是被分解者分解利用；四是未被自身呼吸消耗，也未被后一营养级和分解者利用，即“未利用”。如果是以年为单位研究,第“四”部分的能量将保留给下一年。第18页/共90页2能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔的比较类型类型项目项目能量金字塔能量金字塔数量金字塔数量金字塔生物量金字生物量金字塔塔形状形状第19页/共90页类型类型项目项目能量金字塔能量金字塔数量金字塔数量金字塔生物量金字生物量金字塔塔特点特点正金字塔形正金字塔形一般为正金字塔一般为正金字塔形，有时会出现形，有时会出现倒金字塔形倒金字塔形一般为正金一般为正金字塔形字塔形象征象征含义含义能量沿食物链能量沿食物链流动过程中具流动过程中具有逐级递减的有逐级递减的特性特性生物个体数目在生物个体数目在食物链中随营养食物链中随营养级升高而逐级递级升高而逐级递减减生物量生物量(现现存生物有机存生物有机物的总量物的总量)沿食物链流沿食物链流动逐级递减动逐级递减每一级每一级含义含义食物链中每一食物链中每一营养级生物所营养级生物所含能量的多少含能量的多少每一营养级生物每一营养级生物个体的数目个体的数目每一营养级每一营养级生物的总生生物的总生物量物量第20页/共90页3.能量流动的特点(1)单向流动食物链中各营养级的顺序是不可逆转的，因为捕食关系不可逆转，这是长期自然选择的结果。各营养级的能量大部分以呼吸作用产生的热能的形式散失，这部分能量是不能被重复利用的。第21页/共90页(2)逐级递减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。各个营养级的生物都会因呼吸作用消耗相当大的一部分能量。各营养级中的能量都要有一部分流入分解者。(3)传递效率平均约为10%。第22页/共90页特别提醒能量通过四个左右的营养级，已减少到不足以维持下一个营养级的生命活动的程度，所以一条食物链中营养级一般不超过五个。第23页/共90页例例例例1 1(2012盐城高二统考)如图是生态系统能量流动的图解，对此图解的理解不正确的是()第24页/共90页A图中方框的大小可表示该营养级生物所具有的能量多少B该图中C所具有的能量约为B的10%C该图中的A表示流经该生态系统的总能量D图中所示四个营养级的能量关系为：ABCD第25页/共90页【思路点拨】本题考查能量流动的过程、特点等相关知识,解答本题应掌握以下几点：正确识别图解。理解能量流动过程。掌握能量流动的两大特点。第26页/共90页【解析】本题考查能量流动的起点、传递及特点等。【答案】D第27页/共90页互动探究(1)图解中的能量流动过程中能量的转化形式是怎样的？BC过程中又是怎样转化的？(2)B营养级的生物个体数量一定比A少吗？举例说明。第28页/共90页【提示】(1)光能有机物中的化学能热能；BC过程中：有机物中的化学能热能和有机物中的化学能。(2)不一定，如A为一棵树，B为树上植食性昆虫。第29页/共90页要点二要点二生态系统有关能量的计算1计算某一个营养级一段时间的能量变化输入输出未利用。输入：该营养级全部个体同化的能量。输出：呼吸消耗的能量被分解者分解释放的能量传递给下一营养级的能量。第30页/共90页2计算某一个生物群落一段时间的能量变化输入输出未利用。输入：该生物群落中生产者固定的全部太阳能。输出：该生物群落中所有生物(包括分解者)的呼吸作用释放的能量。第31页/共90页3温带地区一年四季中生物群落的能量波动春末秋初：生物群落总能量逐渐增加。秋末来年早春：生物群落总能量逐渐减少。4在一个动态平衡的生态系统中，长期来看，各营养级的能量输入基本等于能量输出，即生物群落内总能量基本稳定。第32页/共90页5(1)若一食物网中，已知最高营养级增重为N：要求最多需第一营养级多少时，按最长食物链，最低传递效率计算。要求至少消耗第一营养级多少时，按最短食物链，最高传递效率计算。第33页/共90页(2)若一食物网中,已知第一营养级重量M：要求最高营养级最多获得多少能量时，应按最短食物链，最高传递效率计算。要求最高营养级最少获得多少能量时，应按最长食物链，最低传递效率计算。第34页/共90页第35页/共90页例例例例2 2如图食物网中，假如猫头鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇，那么，猫头鹰若要增加20g体重，最少需要消耗的植物为()A80gB900gC800gD600g第36页/共90页【答案】B第37页/共90页变式训练1在“棉花棉蚜食蚜蝇瓢虫麻雀鹰”这条食物链中，如果食蚜蝇要有5m2的生活空间才能满足自身的能量需求，假如能量传递效率为10%，则一只鹰的生活空间至少是()A5103m2B5104m2C125m2D625m2第38页/共90页解析：选A。此题相当于已知食蚜蝇的量求至多增加鹰的量，只不过以生活范围来反映所具有的能量大小。因此鹰所需生活空间至少为(110%10%10%)5m25000m2。第39页/共90页要点三要点三物质循环的过程、特点1物质循环的各种形式范围水水碳碳硫硫氮氮循环循环形式形式水蒸气、水蒸气、液态水液态水CO2、有有机物机物第40页/共90页水水碳碳硫硫氮氮循环循环过程过程蒸腾作蒸腾作用、吸用、吸收作用、收作用、降水降水光合作用、光合作用、细胞呼吸、细胞呼吸、燃烧作用、燃烧作用、分解者分分解者分解解吸收作吸收作用、分用、分解者分解者分解、燃解、燃烧作用烧作用固氮作用、硝化固氮作用、硝化作用、反硝化作作用、反硝化作用、吸收作用、用、吸收作用、燃烧作用、分解燃烧作用、分解者分解者分解吸收吸收方式方式简单扩简单扩散散简单扩散简单扩散简单扩简单扩散、主散、主动运输动运输主动运输主动运输第41页/共90页2.碳循环：碳循环是生物圈基本的物质循环之一，其循环过程如图：第42页/共90页(1)碳的存在形式：碳在无机环境中的存在形式是CO2和碳酸盐。碳在生物群落中存在形式是有机物。碳在生物群落和无机环境之间是以CO2的形式进行循环的。(2)大气中的碳元素进入生物群落，是通过植物的光合作用。第43页/共90页(3)大气中CO2的来源有三个：一是分解者的分解作用；二是动植物的细胞呼吸；三是化石燃料的燃烧。(4)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。(5)碳在无机环境与生物群落之间传递时，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。第44页/共90页(6)一些进行化能合成作用的生物也可将CO2转变为有机物进入生物群落。由此，碳循环过程可以归纳为：第45页/共90页3物质循环的特点(1)全球性：物质循环的范围是生物圈，而不是局域性的生态系统。因此，把生态系统的物质循环又叫生物地球化学循环，可简称生物地化循环。(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。第46页/共90页如图是生态系统中碳循环的简明示意图，请据图回答下列问题：例例例例3 3第47页/共90页(1)A过程是_的_作用，具体包括_和_两种类型。(2)图 中 缺 少 的 一 个 重 要 箭 头 是_。(3)与A过程本质相同的有_过程(用图中字母填写)。(4)碳在无机环境中以_的形式存在，而在无机环境与生物群落之间以_的形式进行循环。碳循环始终与_结合在一起进行。第48页/共90页(5)由于全球变暖造成的极端气候正在越来越频繁发生。根据世界气象组织的最新报告,今年的气温在有记录以来的高温年份榜上排名第10；北冰洋海冰数量降至历史新低。面对气候变化，2011年11月28日12月9日举行的德班世界气候大会也许真的是人类最后的机会了。为了防止CO2在大气中含量的上升,可采取哪些措施？(至少两条)_。第49页/共90页【解析】碳元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)。首先通过绿色植物的光合作用，被合成为有机物进入植物体内，再通过食物链流入各级消费者体内，最后再流入分解者，被分解成CO2释放到大气中，同时各种生物的呼吸作用也产生CO2，直接回到大气中。另外，人第50页/共90页们目前常用的能源，如石油、天然气、煤等化石燃料燃烧时释放的CO2等气体也直接排到大气中。要使大气中CO2浓度不再上升，采取的措施中应有加大吸收CO2和减少CO2排放等。第51页/共90页【答案】(1)分解者分解无氧呼吸有氧呼吸(2)从大气中的CO2库到绿色植物(3)BCD(4)CO2和碳酸盐CO2能量流动(5)植树造林，加大对CO2的吸收；减少化石燃料的燃烧，进而减少CO2的排放，开发新能源第52页/共90页【探规寻律】两种物质循环的比较比较项目比较项目碳循环碳循环氮循环氮循环进入生态系进入生态系统的途径统的途径植物等的光合作用，植物等的光合作用，某些细菌的化能合成某些细菌的化能合成作用作用植物对矿质元素的吸收，植物对矿质元素的吸收，固氮微生物的固氮作用固氮微生物的固氮作用进入生态系进入生态系统的形式统的形式CO2返回无机自返回无机自然界的形式然界的形式CO2返回途径返回途径分解者分解、生物的分解者分解、生物的呼吸作用、化石燃料呼吸作用、化石燃料的燃烧的燃烧分解者分解、细菌分解者分解、细菌(包括包括硝化细菌和亚硝化细菌硝化细菌和亚硝化细菌)的代谢的代谢第53页/共90页变式训练2下图为农田生态系统中氮循环过程示意图,请根据图回答下列问题：第54页/共90页(1)完 成 过 程 生 物 的 同 化 作 用 方 式 是_,异化作用方式是_，过程表示的是_作用，参与此过程的生物有_。(2)氮元素在生物圈中循环的物质形式有_。农田生态系统物质循环不同于自然生态系统物质循环的是_。在生产中，人类采取许多措施提高农副产品的产量，有些措施对环境会有影响，请举例：_。第55页/共90页(3)有些地区常在一块农田中同时种植大豆和玉米，这种做法的优越性表现在：_。(4)有些农民将大豆秸秆在农田中焚烧以提高土壤肥力。这种做法是否正确？为什么？_。第56页/共90页解析：本题研究生态系统的物质循环中的氮循环过程。图中完成过程的生物的同化作用方式为化能自养型，异化作用方式为需氧型；过程表示固氮作用。第57页/共90页答案：(1)化能自养型需氧型固氮固氮的细菌、蓝藻、放线菌(2)硝态氮、氨态氮、有机氮、游离氮农田生态系统中农副产品往往被大量输出，因此必须经常输入大量的物质，才能使农田生态系统的物质循环正常进行(以下各项供参考)大量使用化肥，导致污染；第58页/共90页不合理使用农药，导致污染，使害虫抗药性增强；塑料薄膜的使用造成白色污染(3)合理利用光能，提高单位面积的农作物产量，增加土壤肥力(4)不正确。直接焚烧会使大豆秸秆中氮素损失，土壤肥力减弱,且污染大气第59页/共90页要点四要点四能量流动与物质循环的关系项目项目能量流动能量流动物质循环物质循环过程过程沿食物链沿食物链(网网)单向单向流动流动在无机环境与生物在无机环境与生物群落间往复循环群落间往复循环范围范围生态系统各营养级生态系统各营养级全球性全球性特点特点单向流动、逐级递单向流动、逐级递减减反复出现、循环流反复出现、循环流动动第60页/共90页项目项目能量流动能量流动物质循环物质循环联系联系(1)能量的固定、转移、释放都离不开物能量的固定、转移、释放都离不开物质的合成和分解质的合成和分解(2)物质是能量沿食物链物质是能量沿食物链(网网)流动的载体流动的载体(3)能量是物质在生态系统中往复循环的能量是物质在生态系统中往复循环的动力总之，二者互为因果、相辅相成，动力总之，二者互为因果、相辅相成，不可分割不可分割第61页/共90页生态系统中的各种组成成分非生物成分、生产者、消费者和分解者，正是通过能量流动和物质循环，才紧密地联系在一起，形成一个统一的整体，图解如下：第62页/共90页特别提醒任何一个生态系统的能量流动和物质循环都保持着相对的平衡，这是一个生态系统相对稳定的重要保证。第63页/共90页下图为某生态系统中，能量流动与物质循环关系示意图图中为有毒物质浓度百万分之一(即106)，能量单位：kJcm2a1。请回答：例例例例4 4第64页/共90页(1)从完成生态系统功能的角度，简要说明生产者的重要作用是_。(2)该生态系统的总能量是_kJcm2a1。(3)用图中数值计算能量从A到B的传递效率是_，其余的能量最终通过生物的_散失。由于生物在代谢中不能再利用_，因此能量流动具有_的特点。第65页/共90页(4)图中无机物箭头指_、_和 CO2等 物 质 的 流 动 过 程。图 中 D是_，通 过 它 们 的 _和_两种分解方式，将生物组织内的碳放回空气中。(5)在生态系统中，碳循环始终与_结合在一起进行。(6)从生态因素的角度看，存在于_中的有毒物质，经_高度浓缩，在_越高的生物体内浓度越大。第66页/共90页【解析】这是一道全面考查生态系统结构和功能知识的学科内综合题。首先要分析图中各符号所代表的含义，图中所示的是一个生态系统，箭头所示为这个生态系统的能量流动和物质循环的方向。我们知道流经该生态系统的总能量是来自生产者所固定的太阳能，能量在各营养级的传递过程中是单向流动、逐级递减的，其去路有三个方向：一是第67页/共90页各营养级的生物在分解有机物用于生命活动时,总有一部分能量以热能的形式散失；二是大部分的能量未被下一个营养级所利用，其排泄物等流入分解者中；三是只有小部分流入下一个营养级。所以流经该生态系统的总能量应该是生产者中能量的三个去路之和：9730663466。由A到B的能量传递效率63466100%13.5%，依此类推。第68页/共90页【答案】(1)能量流动、物质循环的基础(2)466(3)13.5%细胞呼吸热能单向流动、逐级递减(4)水无机盐分解者有氧呼吸无氧呼吸(发酵)(5)能量流动(6)无机环境食物链营养级第69页/共90页变式训练3下列关于碳循环的说法错误的是()A生物群落中的碳元素主要是依靠光合作用固定的B温室效应主要是由化石燃料的燃烧造成的C光合作用固定的二氧化碳与呼吸作用释放的二氧化碳相等时，大气中的二氧化碳即可维持稳定D碳循环过程中伴随着能量的流动第70页/共90页解析：选C。大气中的二氧化碳的来源除了生物的呼吸作用外，化石燃料的燃烧等也是重要的来源，所以光合作用固定的二氧化碳与呼吸作用释放的二氧化碳相等时，大气中的二氧化碳也不一定能维持稳定。第71页/共90页易错警示易错警示易错警示易错警示有关能量数值的计算易出现错误第72页/共90页【例题】如图所示为某生态系统中的食物 网 简 图，若 E种 群 含 有 的 总 能 量 为5.8109kJ，B生物种群所含有的能量为1.6108kJ,从理论上分析，A生物种群获得的总能量最多是()A2.0108kJB2.32108kJC4.2108kJD2.26108kJ第73页/共90页【解析】本题考查能量流动的计算。从图中可以看出，E的能量传递有三条途径，但只有两条途径能传递到A。所以C和D获 得 的 总 能 量 为 5.8109 kJ20%1.6108kJ1109kJ，所以A获得的能量最多为1109kJ20%2.0108kJ。【答案】A第74页/共90页【纠错笔记】有关能量的“最值”计算方法总结如下：知低营养知低营养级求级求高营高营养级养级获得能量最多获得能量最多选最短食物链按选最短食物链按20%计算计算获得能量最少获得能量最少选最长食物链按选最长食物链按10%计算计算知高营知高营养养求求低营养低营养级级需最多能量需最多能量选最长食物链按选最长食物链按10%计算计算需最少能量需最少能量选最短食物链按选最短食物链按20%计算计算第75页/共90页实实验验探探究究专专项项突突破破化肥与池塘富营养化的实验探究【例题】你面前有A、B、C三个水样，它们是通过如下处理获得的：从泛着绿色的池塘取水，静置4小时，倒去上清液，留下藻类。再加清水，静置4小时,再倒去上清液，留下藻类。重复3次。最后加水至900mL。第76页/共90页将900mL藻液搅拌均匀，分别倒入3只300mL烧杯中继续培养。A烧杯中加入0.3 g洗衣粉和0.3 g尿素，B烧杯加入0.3g尿素，C烧杯中不加其他物质。在向阳的窗台上培养5天,得到水样A、B、C。根据上述处理过程回答如下问题。第77页/共90页(1)如何通过实验大致计算出3个水样中绿藻的密度哪个大哪个小？_。(2)前面处理中第一步处理的目的是什么？_。第78页/共90页(3)如果已知洗衣粉中含有一定量的磷，并且你的检测结果表明加入洗衣粉和尿素的烧杯中藻类生长得最好。这可以说明什么问题？_。(4)上述实验不能证实氮和磷在藻类大量繁殖和生长中谁更重要，如何完善上述实验过程来证实这一点？_。第79页/共90页(5)池塘中藻类大量繁殖和生长称为“水体富营养化”。大多数远离城市的天然池塘，施入一定的氮肥，常常不能引起池塘富营养化；而施入一定的磷肥后，很快引起池塘富营养化。上述实验的合理解释你认为可能是什么？_。第80页/共90页【解析】氮、磷是植物的主要营养元素，人类过多地使用氮肥、磷肥等会使水体和土壤中氮、磷的含量增多，过多的氮、磷流入水体会造成水体的富营养化，使藻类等过度繁殖，进而破坏生态系统的稳态。天然水体中往往缺少磷，从而磷元素成为制约藻类过度繁殖的因素。第81页/共90页【答案】(1)可分别检测3个水样，即随机各检测5个样品，平均藻类个体数多的样品密度大，反之密度小(2)使水质贫营养化，以便进行后面的实验(3)协调的营养(一定的N、P比)可促进藻类的生长发育，也是水质富营养化的原因之一第82页/共90页(4)加设一个烧杯，其中只加入洗衣粉而不加尿素(5)天然池塘可能富含固氮细菌，往往缺少磷，因而磷元素成为制约因素第83页/共90页实验链接实验探究：化肥与池塘富营养化(1)方法步骤：取三个容积相同的烧杯，分别编号为甲、乙、丙。然后向甲烧杯中加入300mL蒸馏水，向乙烧杯中加入300mL蒸馏水和0.5g尿素，向丙烧杯中加入300 mL蒸馏水、0.5g尿素和0.5g过磷酸钙。第84页/共90页从池塘采集水样，过滤出水样中的绿藻，用蒸馏水冲洗后将绿藻分为3等份，再分别放入甲、乙、丙3个烧杯中。将以上三个烧杯置于向光处、室温约为20条件下培养。三天后,观察烧杯中的现象。第85页/共90页(2)实验现象：甲烧杯和乙烧杯中绿藻未见增多，丙烧杯中绿藻大量增加,水样变成浓绿色且液面污浊。取样制成临时玻片标本，用显微镜观察和计数后发现，丙烧杯水样中绿藻远远多于甲、乙烧杯。第86页/共90页(3)实验解释：过磷酸钙是池塘富营养化的主要原因，过多地使用氮肥、磷肥等会使水体和土壤中氮、磷含量增多，造成水体富营养化，使藻类等过度繁殖，导致生态系统的稳态被破坏。第87页/共90页知知能能演演练练轻轻巧巧夺夺冠冠第88页/共90页本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束按ESC键退出全屏播放第89页/共90页