2021届高考生物人教通用一轮复习方略课件：9.4生态系统的能量流动和物质循环 .ppt

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1、,第4课生态系统的能量流动和物质循环,内容索引,核心素养测评,考点一生态系统的能量流动【必备知识速填】1.能量流动:(1)概念:生态系统中能量的_和散失的过程。,输入、传递、转化,(2)对概念的理解:,2.能量流动的过程:(1)写出图中甲、乙、丙、丁、戊代表的内容:甲._,乙._,丙._,丁._,戊._。,生产者,初级消费者,次级消费者,呼吸作用,分解者,(2)据图分析食物链中甲营养级能量的去向:通过自身_以_的形式散失。被_同化。残枝败叶等被_分解。未被利用。,呼吸作用,热能,下一营养级,分解者,3.能量流动的特点及意义:(1)能量传递效率:指相邻两个营养级之间_的比值。(2)能量流动的特点

2、:_(两相邻营养级间的能量传递效率大约为10%20%)。(3)研究能量流动的意义:帮助人们科学规划、设计_,使能量得到最有效的利用。帮助人们合理地调整生态系统中的_关系,使能量持续高效地流向_的部分。,同化量,单向流动、逐级递减,人工生态系统,能量流动,对人类最有益,【秒判正误】1.生态系统的能量流动就是指能量的输入和散失的过程。()分析:生态系统的能量流动就是指能量的输入、传递、转化和散失的过程。2.流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能。()分析:流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能总量。,3.除最高营养级外,某一营养级的总能量由四个部分组成:自身呼吸消耗的能量、流向下一个营养级

3、的能量、被分解者利用的能量和未被利用的能量。()分析:某一营养级的总能量一般由四个部分组成:自身呼吸消耗的能量、流向下一个营养级的能量、被分解者利用的能量和未被利用的能量,但最高营养级没有流向下一营养级的能量。4.生态系统中的能量可被多级循环利用,从而大大提高能量的利用率。()分析:生态系统中的能量可被多级利用,从而大大提高能量的利用率。,5.一只狼捕食了一只兔子,则该狼就获得了这只兔子能量的10%20%。()分析:能量传递效率发生在营养级之间。6.研究能量流动,可调整能量流动关系,使生产者固定的能量全部流向人类。()分析:研究能量流动,可调整能量流动方向,使能量持续高效地流向对人类最有益的部

4、分。,【重点难点讲透】1.能量流动概念模型解读:(1)第二营养级能量流动分析,初级消费者摄入能量(a)=初级消费者同化能量(b)+粪便中的能量(c),即动物粪便中的能量不属于该营养级同化能量,应为上一个营养级固定或同化能量。初级消费者同化能量(b)=呼吸消耗的能量(d)+用于生长、发育和繁殖的能量(e)。生长、发育和繁殖的能量(e)=分解者利用的能量(f)+下一营养级同化的能量(i)+未被利用的能量(j)。,(2)各营养级能量流动分析植物光合作用与同化的能量之间的关系:真光合=同化的能量,净光合=用于生长、发育和繁殖的能量(因为:真光合=净光合+呼吸;同化能量=呼吸消耗的能量+用于生长、发育和

5、繁殖的能量)动物摄入量与同化的能量之间的关系:摄入量=动物同化的能量+粪便有机物中的能量,即摄入的食物只有一部分被同化。流入一个营养级的能量:是指被这个营养级的生物所同化的全部能量。,一个营养级所同化的能量的“2个”“3个”“4个”去路:a.“2个”去路:同化能量=呼吸消耗的能量+用于生长、发育和繁殖的能量b.“3个”去路:同化能量=呼吸消耗的能量+分解者利用的能量+下一营养级同化的能量。c.“4个”去路:同化能量=呼吸消耗的能量+分解者利用的能量+下一营养级同化的能量+未被利用的能量。(注意:最高营养级的生物去除被下一营养级同化的能量。),未被利用的能量:包括生物每年的积累量和动植物残体以化

6、石燃料的形式被储存起来的能量。,2.能量流动的特点及原因:(1)单向流动的原因:能量流动是沿食物链进行的,一般来说,食物链中各营养级之间的捕食关系是长期自然选择的结果,是不可逆转的。各营养级通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落重复利用,因此能量流动无法循环。(2)逐级递减的原因:各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。各营养级的能量都会有一部分流入分解者,包括未被下一营养级生物利用的部分。,3.生态金字塔的类型及特点:,4.能量流动的最值计算规律:(1)在食物链中,若题干中未做具体说明,则一般认为能量传递的最低效率为10%,最高效率为20%,则:,(2)食物网中能量流动的最值计算能量分配比

7、例未知,能量分配比例和能量传递效率已知先根据题意写出相应的食物链,根据各营养级之间的传递效率,按照从不同食物链获得的比例分别进行计算,再将各条食物链中的值相加即可。,【教材命题源】教材原文:必修3P96“任何生态系统都需要不断得到来自系统外的能量补充,以便维持生态系统的正常功能。如果一个生态系统在一段较长时期内没有能量(太阳能或现成有机物质)输入,这个生态系统就会崩溃。”命题角度:角度1.自然生态系统中能量流动的起点和终点分别是什么?提示:能量流动的起点主要是生产者固定的太阳能,终点是热能散失。角度2.生态系统中的能量一部分流向分解者,通过分解者的分解作用散失,分解者的分解作用包括哪些过程?提

8、示:分解者的分解作用包括细胞呼吸和细胞外的分解作用。,【典例示范】(2019全国卷)回答下列与生态系统相关的问题。(1)在森林生态系统中,生产者的能量来自于_,生产者的能量可以直接流向_(答出2点即可)。(2)通常,对于一个水生生态系统来说,可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量,可在该水生生态系统中的某一水深处取水样,将水样分成三等份,一份直接测定O2含量(A);另两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中,密闭后放回取样处,若干小时后测定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C

9、)。据此回答下列问题。,在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下,本实验中C与A的差值表示这段时间内_;C与B的差值表示这段时间内_;A与B的差值表示这段时间内_。,【解析】本题考查生态系统中的能量流动,植物总光合作用强度与净光合作用强度、呼吸作用强度的关系。(1)在森林生态系统中,生产者的能量来自太阳能,生产者的能量可以直接流向初级消费者和分解者。(2)C(进行光合作用和呼吸作用)与A的差值表示这段时间内生产者净光合作用的放氧量。C与B(只进行呼吸作用)的差值表示这段时间内生产者光合作用的总放氧量。A与B的差值表示这段时间内生产者呼吸作用的耗氧量。答案:(1)太阳能初级消费者、

10、分解者(2)生产者净光合作用的放氧量生产者光合作用的总放氧量生产者呼吸作用的耗氧量,【素养新命题】(1)流经该生态系统的总能量,是指生产者实际光合作用固定的太阳能,还是净光合作用?(科学思维:分析与综合)提示:实际光合作用固定的太阳能。(2)能量流动是沿着食物链、食物网进行传递的,那能量是如何传递给分解者的?(科学思维:分析与综合)提示:生物的遗体、残骸和排放的遗物是分解者能量的来源。,【热考角度通关】角度一能量流动过程的文字题分析1.(2019海南高考)假设在某岛屿上多年来总是存在一个约由m只狼组成的狼群、一个约由n只狼组成的狼群和若干只单独生活的狼。下列说法错误的是()A.该岛上的狼能够依

11、据猎物留下的气味信息追捕猎物B.狼从猎物获得的能量大于猎物从生产者获得的能量C.岛上狼的总数可能已接近该岛允许狼生存的最大数量D.从岛上狼的数量相对稳定可推测岛上环境条件相对稳定,【解析】选B。该岛上的狼能够依据猎物留下的气味信息追捕猎物,属于种间的信息传递,A项正确;根据能量单向流动、逐级递减的特点,可知狼从猎物获得的能量小于猎物从生产者获得的能量,B项错误;在某岛屿上经过多年的选择,狼的数量可能已经稳定,其总数可能已接近该岛允许狼生存的最大数量,C项正确;从岛上狼的数量相对稳定可推测岛上环境条件没有发生太大变化,即保持相对稳定状态,D项正确。,2.下列关于生态系统能量流动的叙述,不正确的是

12、()A.生态系统的能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失过程B.科学规划、设计人工生态系统可提高能量利用率C.生态系统中能量流动是逐级递减的,因此不遵循能量守恒定律D.在农田中除草、捉虫可使能量持续高效地流向对人类最有益的部分,【解析】选C。生态系统的能量流动包括能量的输入、转化、传递和散失过程,A项正确;科学规划、设计人工生态系统,可使能量得到最有效的利用,提高能量利用率,B项正确;生态系统中能量流动的特点是单向流动、逐级递减,因此遵循能量守恒定律,C项错误;农田中除去杂草和害虫是为了合理地调整生态系统中的能量流动关系,目的是使能量持续高效地流向对人类最有益的部分,D项正确。,角度二能量流

13、动的图例分析3.(2020岳阳模拟)如图为生态系统中能量流动部分示意图(字母表示能量),下列叙述正确的是()A.图中b=h+c+d+e+fB.缩短食物链可以提高能量传递效率C.“草兔狼”这条食物链中,狼粪便中的能量属于dD.生产者与初级消费者之间的能量传递效率为b/a100%,【解析】选C。图中b=h+c,A项错误;缩短食物链可以减少能量的损耗,但无法提高能量传递效率,B项错误;“草兔狼”这条食物链中,狼粪便中的能量属于上一个营养级(兔)的,即兔用于生长、发育和繁殖的能量,属于d,C项正确;生产者与初级消费者之间的能量传递效率为初级消费者同化的能量/生产者固定的能量=(b-h)/a100%=c

14、/a100%,D项错误。,科学思维分析与综合(1)某一营养级摄入的能量=呼吸作用散失的能量+用于生长、发育、繁殖的能量(以有机物的形式储存起来)+粪便量。(2)摄入量=同化量+粪便量。(3)能量传递效率=某一营养级的同化量/上一营养级的同化量100%。,4.如图表示某草原生态系统的能量流动过程。a、b、c、d表示能量值,表示营养级,甲是分解者。下列说法正确的是()A.甲在该生态系统中可以占有三个营养级B.第二到第三营养级的能量传递效率是b/c100%C.流入该生态系统的总能量是a+b+c+dD.图中各营养级之间能量多少的关系为abc【解析】选D。甲为分解者,不属于食物链,不占该生态系统的营养级

15、,A项错误;第二到第三营养级的能量传递效率是c/b100%,B项错误;流入该生态系统的总能量是生产者固定的能量a,C项错误;能量沿着食物链逐级递减,故各营养级之间能量多少的关系为abc,D项正确。,角度三生态金字塔的识别和分析5.(2019全国卷)如果食物链上各营养级均以生物个体的数量来表示,并以食物链起点的生物个体数作底层来绘制数量金字塔,则只有两个营养级的夏季草原生态系统(假设第一营养级是牧草,第二营养级是羊)和森林生态系统(假设第一营养级是乔木,第二营养级是昆虫)数量金字塔的形状最可能是()A.前者为金字塔形,后者为倒金字塔形B.前者为倒金字塔形,后者为金字塔形C.前者为金字塔形,后者为

16、金字塔形D.前者为倒金字塔形,后者为倒金字塔形,【解析】选A。题目要绘制的是数量金字塔,夏季草原生态系统的第一营养级是牧草,第二营养级是羊,牧草的数量远远大于羊的数量,所以两者的数量关系符合金字塔形;森林生态系统第一营养级乔木的数量不如第二营养级昆虫的数量多,一棵乔木树上往往有许多昆虫,所以两者的数量关系最可能为倒金字塔形。,6.如图表示某一生态系统的能量金字塔,其中、分别代表不同的营养级,E1、E2代表能量的形式。下列叙述正确的是()A.和是实现物质循环的关键生态成分B.该图所示的食物网中只有1条食物链:C.E1表示的能量主要是生产者通过光合作用所固定的能量D.能量可在食物链中循环利用,【解

17、析】选C。图中代表生产者,则E1表示的能量主要为生产者通过光合作用固定的能量;、和都代表消费者,实现物质循环的关键生态成分是生产者和分解者;每一营养级的生物种类可能有很多,该图所示的食物网可能由很多条食物链组成;生态系统中能量流动是单向的,能量不能循环利用。,【加固训练】(2019聊城模拟)如图表示在某生态系统中,能量流经第二营养级的示意图。对该图分析不合理的是(),A.能量流动是伴随着物质利用进行的B.图中甲为初级消费者同化的能量,即第二营养级所含有的能量C.该图不够完善,缺少甲中因呼吸作用以热能形式散失的能量D.乙比甲的能量少的原因是甲的遗体、残骸中的能量被分解者利用而未传递下去,【解析】

18、选D。能量是单向流动、逐级递减的,不能循环利用,是伴随着物质利用而进行的,故A项合理;图中甲是初级消费者的同化量,即第二营养级所含有的能量,故B项合理;该图不够完善是因为缺少甲中因呼吸作用以热能形式散失的能量,故C项合理;乙比甲的能量少的原因是第二营养级通过呼吸作用散失了一部分能量,故D项不合理。,考点二生态系统的物质循环及其与能量流动的关系【必备知识速填】1.物质循环的概念:,2.碳循环:,(1)请写出图中各标号的名称:a._;b._;c_;d._;e._;f._。(2)碳的存在形式与循环形式。在生物群落和无机环境间:主要以_的形式循环。在生物群落内部:以_的形式传递。在无机环境中:主要以_

19、的形式存在。,生产者,消费者,呼吸作用,光合作用和化能合成作用,呼吸作用,化石燃料的燃烧,CO2,含碳有机物,CO2和碳酸盐,(3)碳进入生物群落的途径:生产者的_和_。(4)碳返回无机环境的途径。生产者、消费者的_。分解者的_(实质是呼吸作用)。_的燃烧。3.温室效应:(1)形成原因:大量燃烧_,导致大气中的_含量迅速增加,打破了生物圈中_的平衡。(2)主要影响:导致_,加快极地和高山冰川的融化,导致海平面上升,进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁。,光合作用,化能合成作用,呼吸作用,分解作用,化石燃料,化石燃料,CO2,碳循环,气温升高,【秒判正误】1.生态系统的物质循环指的是各种化合物

20、在生物群落与无机环境之间往复循环。()分析:物质循环指的是各种化学元素在生物群落与无机环境之间往复循环。2.无机环境中的物质可以通过多种途径被生物群落反复利用。()分析:物质循环是可以反复利用的,无机环境的物质可以通过光合作用、化能合成作用等途径进入生物群落。,3.化石燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因。()4.如果人们不按生态规律办事,乱砍滥伐森林,会影响生态系统的碳循环。()5.物质循环的范围是生物圈。(),【重点难点讲透】1.能量流动与物质循环的区别:,2.物质循环与能量流动的联系:,(1)生物群落中的物质和能量最终来自无机环境。(2)连接生物群落和无机环境的两大成分是生产者和分解者

21、;图示中未标出某些生产者还可以利用化学能进行化能合成作用。(3)二者均开始于生产者,通过光合作用合成有机物、固定太阳能,然后沿共同的渠道食物链(网)一起进行。(4)能量的固定、储存、转移和释放,都离不开物质的合成与分解等过程。(5)物质作为能量的载体,使能量沿着食物链(网)流动。(6)能量作为动力,使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。(7)总体上来说,二者之间是相互依存、不可分割,并且同时进行的关系。,【典例示范】(2018天津高考节选)为研究森林生态系统的碳循环,对西黄松老龄(未砍伐50250年)和幼龄(砍伐后22年)生态系统的有机碳库及年碳收支进行测定,结果见下表,据表回答:

22、,净初级生产力:生产者光合作用固定总碳的速率减去自身呼吸作用消耗碳的速率异养呼吸:消费者和分解者的呼吸作用(1)大气中的碳主要在叶绿体_部位被固定,进入生物群落。幼龄西黄松群落每平方米有_克碳用于生产者当年的生长、发育、繁殖,储存在生产者活生物量中;其中,部分通过生态系统中_的呼吸作用,部分转变为死有机质和土壤有机碳后通过_的分解作用,返回大气中的CO2库。,(2)西黄松幼龄群落中每克生产者活生物量的净初级生产力_(大于/等于/小于)老龄群落。根据年碳收支分析,幼龄西黄松群落_(能/不能)降低大气碳总量。,【解析】(1)大气中的碳在光合作用的暗反应中被固定,此过程发生在叶绿体基质中;生产者光合

23、作用固定总碳的速率减去自身呼吸作用消耗碳的速率,即为生产者用于生长、发育、繁殖的量,即净初级生产力,对应表格中的数据为360(g/m2年);生态系统中各级消费者摄食后,通过呼吸作用供给生长、发育、繁殖等过程,动物死亡后其遗体变成土壤有机碳,再通过分解者的分解作用,返回大气中的CO2库。,(2)由表格中数据可知,西黄松老龄群落中每克生产者活生物量的净初级生产力为470/127300.04,而幼龄群落中每克生产者活生物量的净初级生产力为360/14600.25,幼龄群落数值偏大;幼龄群落中净初级生产力为360(g/m2年),小于异养呼吸消耗的390(g/m2年),故幼龄西黄松群落不能降低大气碳总量

24、。答案:(1)基质360消费者分解者(2)大于不能,【素养新命题】(1)大气中的碳被固定,进入生物群落,简要叙述该过程中的物质变化和能量变化。(生命观念:物质与能量观)提示:物质变化是大气中的碳以CO2形式首先被C5固定形成C3,然后C3在ATP和H的作用下形成(CH2O)和C5;能量变化是储存在ATP中的活跃的化学能转变成储存在(CH2O)中的稳定的化学能。,(2)由表格中的数据知,西黄松幼龄群落中异养呼吸数值大于其净初级生产力,群落还会继续向有利的方向发展吗?为什么?(科学思维:分析与综合)提示:会。西黄松幼龄群落中异养呼吸数值大于其净初级生产力,但其每克生产者活生物量的净初级生产力大于老

25、龄群落,说明其在继续发展中。,【热考角度通关】角度一碳循环过程的分析1.如图为某生态系统的碳循环示意图(表示生态系统的成分,表示相关过程)。下列叙述正确的是(),A.图示的碳循环路径是完整的B.流经该生态系统的总能量是通过过程实现的C.图中以CO2的形式进行的过程有,以含碳有机物的形式进行的过程有D.图中由生产者、和构成的食物链中,能量流动是单向的、逐级递减的,【解析】选B。图中、分别为大气中的CO2库、初级消费者、次级消费者和分解者。图中缺少、直接到的碳循环路径(第二营养级和第三营养级的呼吸作用),A项错误;流经该生态系统的总能量是生产者通过过程实现的,B项正确;图中过程以CO2的形式进行,

26、过程以含碳有机物的形式进行,C项错误;食物链中不包括分解者,D项错误。,2.如图为生物圈碳循环过程示意图,甲丁表示生态系统的成分,表示过程。下列叙述正确的是()A.、表示呼吸作用B.和的速率基本相等C.甲丙丁构成捕食食物链D.、过程中碳以有机物的形式传递,【解析】选D。是碳元素进入生物群落的光合作用或化能合成作用,、表示呼吸作用,A项错误;若碳循环能保持平衡,则与的和的速率基本相等,B项错误;丁是分解者,不能和其他生物构成捕食食物链,C项错误;、是群落内部碳的传递,以有机物的形式传递,D项正确。,角度二物质循环和能量流动的关系分析3.低碳生活已成为许多人的共同选择,甲图是农业生态系统模式图,乙

27、图为碳循环示意图。以下说法不正确的是(),A.乙图中过程主要在细胞的线粒体中B.甲图中沼气池中的微生物是该生态系统中的分解者C.甲图是农业生态系统模式图,多途径利用农作物,使能量能够循环利用,提高了该系统的能量利用率D.要减少温室效应,应调整乙图中的过程,【解析】选C。乙图中过程表示生产者的呼吸作用,其场所主要在细胞的线粒体中,A项正确;甲图中沼气池中的微生物能够利用农作物中有机物储存的能量,沼气池中的微生物能将人畜粪便、农作物中的有机物分解,此时的微生物是分解者,B项正确;甲图是农业生态系统模式图,多途径利用农作物,提高了该系统的能量利用率,但能量不能循环利用,C项错误;引起温室效应的主要原

28、因是植被的破坏和化石燃料的大量燃烧,因此要减少温室效应,应调整乙图中的过程,D项正确。,4.图1是某生态系统碳循环示意图,其中A、B、C、D是生态系统内各生物成分,1、2、3、4、5、6表示有关的生理过程;图2为该生态系统中某一食物链及部分能量流动情况。下列说法正确的是(),A.在图1中,B、C分别属于初级消费者、生产者B.图1中能表示细胞呼吸过程的只有2、4、5C.图1中,如果A发生瘟疫,D的数量将先增加后减少最后趋于稳定D.在图2的食物链中,/的比值代表兔与狼(生物之间)的能量传递效率,【解析】选C。图1中C是生产者,B是分解者,D是初级消费者,A是次级消费者,A项错误;图1中的过程3是分

29、解者的分解作用,其实质也是细胞呼吸,B项错误;如果次级消费者A因发生瘟疫而数量减少,则初级消费者的数量会增加,增加后会导致生产者数量减少,D又会因食物减少而数量减少,最后趋于相对稳定状态,C项正确;图2中的和代表兔和狼的摄入量而不是同化量,所以/的比值不能代表兔与狼(生物之间)的能量传递效率,D项错误。,【加固训练】如图表示生态系统中碳循环的部分过程,其中甲、乙、丙、丁组成生物群落。下列相关分析错误的是()A.增多是温室效应产生的主要原因B.图中箭头可以表示碳元素的循环方向C.甲、乙种间关系的调节还需要信息传递的作用D.无机环境中的CO2可以来自细胞呼吸,【解析】选A。由图示可知,甲是生产者,丁是分解者,乙、丙是消费者。温室效应产生的主要原因是化石燃料的大量燃烧;物质是循环的,因此图示中的箭头可以表示碳元素的循环方向;信息传递可以调节种间关系;无机环境中的二氧化碳可以来自生物的细胞呼吸,也可以来自化石燃料的燃烧。,