2020版必修3第9单元第4讲生态系统的能量流动和物质循环.pdf
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1、第 4 讲生态系统的能量流动和物质循环考纲要求全国卷五年考情生态系统中物质循环和能量流动的基本规律及应用()2016 卷T5,2016 卷T5,2016 卷T31 2015 卷T31,2015 卷T31,2014 卷T31考点一|生态系统的能量流动(对应学生用书第 213 页)识记基础梳理 1能量流动(1)概念:生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。(2)能量流动的四个环节输入 源头:太阳能流经生态系统的总能量:生产者固定的太阳能?传递 途径:食物链和食物网形式:有机物中的化学能?转化 太阳能有机物中的化学能热能?散失 形式:最终以热能形式散失过程:自身呼吸作用2能量流动过程(1)补充
2、图中标号代表的内容生产者,初级消费者,次级消费者,呼吸作用,分解者。(2)据图补充食物链中营养级能量的去向:通过自身呼吸作用以热能的形式散失。被下一营养级同化。残枝败叶、遗体残骸等被分解者分解。未被利用。(3)图示中的 E2/E1表示第二、三营养级间的能量传递效率。3能量流动的特点及原因分析(1)单向流动表现:能量只能沿着食物链由低营养级流向高营养级。原因:a生物之间的捕食关系是长期自然选择的结果,一般不可逆转。b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:相邻两个营养级能量传递效率(同化量的比值)为 10%20%,其原因如下:各营养级生物都会
3、因为呼吸作用消耗大部分能量。生产者的遗体、残枝败叶,消费者的尸体、粪便中的能量被分解者利用,经分解者的呼吸作用消耗。还有一部分未利用的能量,即指未被自身呼吸作用消耗,也未被下一个营养级和分解者利用。4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。思维辨析 1田鼠和鼬都是恒温动物,同化的能量中一部分用于自身生长、发育、繁殖等生命活动,其余在呼吸作用中以热能的形式散失。()2流经农村和城市两个生态系统的总能量均是其植物所固定的太阳能。()【提示】流经两个生态系统的总能量除了来自植物
4、固定的太阳能外,还有人为输入的能量。3初级消费者粪便中的能量属于生产者同化的能量。()4如果突然增加第二营养级的数量,则第一营养级到第二营养级的能量传递效率会远远大于 20%,说明第一营养级中一部分未被利用的能量也流向了第二营养级。()5一只狼捕食了一只兔子,该狼获得了兔子能量的10%20%。()【提示】能量传递效率是针对相邻两个营养级中的所有生物而言,不针对个体。6农业生态系统中,沼渣、沼液作为肥料还田,使能量能够循环利用。()【提示】沼液和沼渣可以为农作物提供肥料,沼气池发酵产生的沼气又能成为人类的能源物质,实现了能量的多级利用,而能量不能循环利用。理解深化探究 1如图表示能量在两个营养级
5、之间的流动过程,请据图思考下列问题:(1)第一个营养级的同化量与其摄入量和粪便量有怎样的关系?【提示】同化量摄入量粪便量。(2)上一个营养级同化的总能量是不是全部流向下一个营养级?为什么?【提示】不是。一部分能量被自身呼吸所消耗,还有一部分被分解者所利用,总有一部分能量未被下一营养级利用。2某一营养级能量的来源与去路分析(1)能量来源生产者的能量主要来自太阳能消费者的能量来自上一营养级同化的能量(2)能量去向:流入某一营养级的能量去向可从以下两个角度分析:定量不定时(在足够长的时间内能量的最终去路)a 自身呼吸消耗;b.流入下一营养级(最高营养级除外);c.被分解者分解利用。定量定时:流入某一
6、营养级的一定量的能量在一定时间内的去路可有四条:a自身呼吸消耗;b.流入下一营养级;c.被分解者分解利用;d.未利用,既未被自身呼吸消耗,也未被下一营养级和分解者利用,如果是以年为单位研究,这部分的能量将保留到下一年,因此“未利用”是指在有限的时间“还没来得及被利用的能量”。可用下图表示:3生态金字塔的类型和特点项目能量金字塔数量金字塔生物量金字塔形状特点正金字塔形一般为正金字塔形一般为正金字塔形象征含义能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减一般生物有机物的总质量沿食物链升高逐级递减每一阶含义每一营养级生物所含能量的多少每一营养级生物个体的数目
7、每一营养级生物的有机物总量特殊形状无树昆虫鸟极少运用考向对练 考向 1考查能量流动过程分析1如图为能量流动示意图,其中a1是流入第一营养级的总能量,下列相关说法正确的是()A第一营养级传递给分解者的总能量是a4B能量散失 a3,不能再被生物同化利用Ca1、a2、a3、a6中的能量都以稳定化学能的形式存在D第一营养级和第二营养级之间能量传递效率是a6 a2B图中的 a7是第二营养级粪便中的能量,该能量并没有被第二营养级所同化,因此仍然属于生产者(第一营养级)流向分解者的能量,因此第一营养级传递给分解者的能量是a4a7,A 错误;能量散失 a3都以热能的形式散失,该能量不能再被生物同化利用,B 正
8、确、C 错误;从题干中可看出,a1是流入第一营养级的总能量(即第一营养级同化的总能量),而第二营养级同化的能量为 a6,因此能量传递效率 a6 a1,D 错误。2下图表示在一个生态系统中,植物光合作用积累的有机物被植食动物利用的过程。下列有关叙述正确的是()A之和为输入到生态系统的全部能量B植食动物粪便中的能量包含在中C之和为流向分解者的能量D占的百分比为能量传递效率B输入生态系统的总能量为生产者固定的太阳能,一部分用于植物呼吸消耗,一部分储存在植物体内的有机物中,A 错误;植食动物粪便中的能量属于植物同化量的一部分,并未被植食动物同化,B 正确;表示植食动物呼吸消耗的能量,并没有流向分解者,
9、C 错误;能量传递效率为相邻两营养级间同化量的比值,植物同化量未知,D 错误。误区警示 能量流动中的两个“不同”1生态系统中同化量和摄入量不同(1)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。(2)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不同(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
10、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。备选习题 某同学绘制了如图所示的能量流动图解(其中 W1为生产者固定的太阳能),下列叙述中不正确的是()A生产者固定的总能量可表示为(A1B1C1A2B2C2D2)B由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为D1/W1C流入初级消费者的能量为(A2B2C2)D图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减C生产者固定的总能量为W1A1B1C1D1,D1A2B2C2D2,故W1A1B1C1A2B2C2D2,A 正确;第一营养级固定的能量为W1,第二营养级同化的能量为D1,能量传递效率为 D1/W1,B 正确;流入初级消费者
11、的能量为 A2B2C2D2,C 错误;由图可知,能量流动是单向的,逐级递减的,D 正确。考向 2考查能量流动的有关计算3(2018 三门峡市高三一模)如图所示的食物网中,如果每个营养级能量传递效率均为 20%,且下一营养级从上一营养级各种生物中获得的能量相等。虎要获得 1 kJ 能量,则需要消耗草的能量为()A150 kJB125 kJ C100 kJ D75 kJ D每个营养级能量传递效率均为20%,且下一营养级从上一营养级各种生物 中 获 得 的 能 量 相 等,在 草 兔 狐 虎 中 虎 从 草 中 获 取112 20%20%20%62.5;在草 羊虎中虎从草中获取112 20%20%1
12、2.5;故需要消耗草的能量为62.512.575 kJ。4如图为生态系统食物网简图,若E 生物种群总能量为7.1109 kJ,B 生物种群总能量为 2.3108 kJ。从理论上计算,A 储存的总能量最少为()A7.1108 kJ B4.8107 kJ C5.95107 kJ D2.3107 kJ B由图可知,D 为生产者,要使 A 获得的能量最少,则必须保证三个条件:一是能量来源途径要最少,二是能量传递效率要最低,三是食物链要最长。故从理论上讲,与A 储存的能量最少相关的食物链不可能是DA,也不可能是 DA、DECA 同时存在,只能是 DECA。为此,E 的能量在传给 A 的途径中,只有确保:
13、E 在传给 B 时用去的能量最多,E 的总能量减去传给 B 的后再传给 C 时传递效率最低,C 在传给 A 时效率最低,结果才能使A 获得的能量最少。所以据此计算得A 储存的总能量最少为(7.1 109 kJ2.3 108 kJ 10%)10%10%4.8 107 kJ。技法总结 方向调整后的能量计算方法若在食物网中,某一营养级同时从上一营养级的多种生物中获得能量,计算某一生物获得的能量或需要某一生物提供的能量时,首先,要注意某一生物“从不同食物链中获得能量的比例”,或某一生物“给不同生物提供能量的比例”,然后按照各个单独的食物链分别计算后合并。顺推法:能量流向调整,从前往后计算。即由植物下推
14、,用“乘法”。逆推法:能量来源调整,从后往前计算。即由高营养级前推,用“除法”。备选习题 生物甲、乙、丙,构成食物关系如下图。(1)甲能量中比例为a 的部分直接提供给丙,则要使丙能量增加m kJ,至少需要消耗甲的能量为 _kJ(用所给字母的表达式表示)。(2)丙能量中比例为a 的部分直接由甲提供,则要使丙能量增加m kJ,至少需要消耗甲的能量为 _kJ(用所给字母的表达式表示)。解 析(1)设 至 少 需 要 消 耗 甲 的 能 量 为x,则 xa20%x(1 a)20%20%m,求得 x25m/(4a1)。(2)由于本设问涉及能量来源调整,可采用逆推法。即 ma 20%m(1a)20%20%
15、25m20ma。答案(1)25m/(4a1)(2)25m20ma考点二|物质循环及其与能量流动的关系(对应学生用书第216页)识记基础梳理 1物质循环(1)概念:组成生物体的各种元素在生物群落与无机环境之间不断循环的过程。(2)分析物质:组成生物体的化学元素,如C、H、O、N、P、S 等。循环范围(两个支点):生物群落和无机环境之间。特点:全球性,反复利用、循环流动。2碳循环过程分析(1)请写出图中各标号的名称a生产者;b.消费者;c.呼吸作用;d.光合作用和化能合成作用;e.呼吸作用;f.化石燃料的燃烧。(2)碳进入生物群落的途径:生产者的光合作用和化能合成作用。(3)碳的存在形式与循环形式
16、在生物群落和无机环境间:主要以CO2的形式循环。在生物群落内部:以含碳有机物的形式传递。在无机环境中:主要以CO2和碳酸盐的形式存在。3温室效应(1)形成原因:大量化石燃料的燃烧,大气中的二氧化碳含量迅速增加,打破了生物圈中碳循环的平衡。(2)影响:导致气温升高,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。4能量流动与物质循环之间的关系(1)区别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主要是无机物特点单向流动、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)(2)联系两者是同时进行的,彼此相互依存,不可分割。物质作为能量的载体,使能
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