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2. 第4讲　生态系统的功能——能量流动和 物质循环

3. 生态系统中物质循环和能量流动的基本规律及应用(Ⅱ)生态系统中物质循环和能量流动的基本规律及应用(Ⅱ)

4. 知识点一　生态系统的能量流动 1．概念 生态系统中能量的________、________、________和________的过程 2．过程 (1)输入途径：主要是生产者的________ (2)起点：从________固定太阳能开始，总能量为生产者所固定的全部太阳能 传递 输入 转化 散失 光合作用 生产者

5. 食物链 (3)途径：以有机物形式沿________向下一营养级传递；散失的是三大功能类群生物呼吸作用产生的热能 ⑧分解者

6. 分解者 3．特点 (1)________：沿食物链由低营养级流向高营养级，不可________，也不能________ (2)_________(传递效率为10%～20%) a．每个营养级生物都因呼吸作用而散失部分热能 b．每个营养级总有部分能量被分解者利用 c．每个营养级生物总有一部分能量不能被下一营养级利用 能量金字塔：将单位时间内各个营养级所得到的能量数值___________绘成图，可形成一个金字塔图形 逆转 单向流动 循环流动 由低到高

7. 人工生态系统 4．意义 (1)帮助人们科学规划、设计______________，使能量得到________的利用 (2)帮助人们合理地______生态系统中的能量流动关系，使能量__________地流向对人类最有益的部分 想一想：某动物同化能量为100 kJ，其中有多少能量随粪便排出？ 答案：动物粪便应属食物残渣，这是未曾消化吸收的部分，它不属动物的同化量，故动物同化能量中没有随粪便排出的能量。 最有效 调整 持续高效

8. 知识点二　生态系统的物质循环 1．概念 2．特点 ________、反复利用、__________ 全球性 循环流动

9. CO2 CO2 有机物 食物链或食物网

10. CO2 碳循环 (4)温室 效应 融化 上升

11. 各种组成成分 4．与能量流动的关系：二者同时进行，相互依存，不可分割 5．意义 通过能量流动和物质循环使生态系统中的______________紧密地联系在一起，形成一个统一整体 议一议：就能量和物质而言生物圈可否保障“自给自足”？为什么？ 答案：由于能量流动只能是单向的、逐级递减的，流向一个生态系统的能量只能从生产者固定太阳能开始，因此生物圈内的能量无法实现自给自足——它必须依赖生物圈外向其源源不断地输入太阳能。然而，就物质而言由于物质是可循环流动，反复利用的，故生物圈可实现物质上的自给自足。

12. 能量流动过程图解(以初级消费者为例)

13. 上述图解中存在如下三种关系： (1)同化量＝摄入量－粪便 (2)同化量＝呼吸散失量＋储存量 (3)粪便实际上是上一营养级的未被利用的成分，通过分解者将其分解。

14. 判一判 1．生态系统的能量流动指能量的输入和输出过程 ()。 2．流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能 ()。 3．生态系统中的能量流动是单向的，且是逐级递减的 ()。 4．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% ()。 5．研究能量流动，可合理设计人工生态系统，高效利用能量 ()。

15. 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 ()。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 ()。 7．参与循环的物质是组成生物体的各种化合物 ()。 8．物质和能量都是往复循环，重复利用的 ()。 9．物质是能量流动的载体，能量流动是物质循环的动力 ()。 10．化学燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因 ()。 答案：1.×2.×3.√4.×5.√6.×7.×8.×9.√10.√

17. 生态系统中能量流动分析 • 高考地位：5年15考 • (2012安徽卷、海南卷，四川卷，2011山东卷、福建卷……)

18. 1．对能量流动的理解 “能量流动”是生态系统的基本功能之一，能量是维持生态系统存在和发展的动力。

20. ②定量定时：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：②定量定时：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： 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.未被自身呼吸消耗，也未被下一营养级和分解者利用，即“未利用”。如果是以年为单位研究，这部分的能量将保留到下一年。

21. 3．流动模型——生态金字塔的类型、含义比较3．流动模型——生态金字塔的类型、含义比较

24. ★★★　本考点属高考重点与热点之一，对能量流动的考查所涉及的主要内容包括能量流动的特点、相关概念的比较理解(如能量传递效率与能量利用率、同化量与摄入量)、能量传递效率的计算等。题型既有选择题，也可结合生态系统的结构及物质循环命制非选择题。★★★　本考点属高考重点与热点之一，对能量流动的考查所涉及的主要内容包括能量流动的特点、相关概念的比较理解(如能量传递效率与能量利用率、同化量与摄入量)、能量传递效率的计算等。题型既有选择题，也可结合生态系统的结构及物质循环命制非选择题。

25. 【典例1】 (2012·安徽理综，30Ⅱ)某弃耕地的主要食物链由植物→田鼠→鼬构成。生态学家对此食物链能量流动进行了研究，结果如下表，单位是J/(hm2·a)。

26. (1)能量从田鼠传递到鼬的效率是________。 (2)在研究能量流动时，可通过标志重捕法调查田鼠种群密度。在1 hm2范围内，第一次捕获并标记40只田鼠，第二次捕获30只，其中有标记的15只。该种群密度是________只/hm2。若标记的田鼠有部分被鼬捕食，则会导致种群密度估算结果________。 (3)田鼠和鼬都是恒温动物，同化的能量中只有3%～5%用于________________，其余在呼吸作用中以热能的形式散失。 (4)鼬能够依据田鼠留下的气味去猎捕后者，田鼠同样也能够依据鼬的气味或行为躲避猎捕。可见，信息能够________________，维持生态系统的稳定。

27. 解析　本题主要考查生态系统功能和种群密度调查的相关知识。(1)分析表中数据，可求得能量从田鼠传递到鼬的效率是(2.25×)÷(7.50×108)×100%＝3%。(2)根据标志重捕法调查种群密度的公式计算：1 hm2范围内，田鼠的种群密度为(40×30)÷15＝80(只)。若标记的田鼠有部分被捕食，则重捕时标记的田鼠较未被捕食时少，这样求得的田鼠种群密度会偏高。(3)田鼠和鼬同化的能量一部分以热能形式散失，另一部分用于自身的生长、发育、繁殖等生命活动。(4)通过题干所述，可知信息能够调节生物的种间关系，维持生态系统的稳定。 答案　(1)3%(2)80　偏高　(3)生长、发育、繁殖等生命活动　(4)调节生物的种间关系

28. 公式1：动物同化的能量＝摄入量－粪便有机物中的能量，即摄入的食物只有部分被同化。例如蜣螂利用大象的粪便获得能量，就不能说蜣螂获得了大象的能量。公式1：动物同化的能量＝摄入量－粪便有机物中的能量，即摄入的食物只有部分被同化。例如蜣螂利用大象的粪便获得能量，就不能说蜣螂获得了大象的能量。 公式2：一个营养级所同化的能量＝呼吸散失的能量＋被下一营养级同化的能量＋分解者利用的能量＋未被利用的能量。

29. 【训练1】 (2013·泰安市期中)一只羊在一年内吃100 kg的草，排出20 kg的粪，长了10 kg的肉(不考虑其他散失)，下列有关说法不正确的是 ()。 A．该羊一年的同化量是80 kg B．第一营养级到第二营养级的能量传递效率为10% C．20 kg的粪属于羊未同化的能量 D．该羊一年的呼吸量是70 kg

30. 解析　羊一年的同化量＝摄入量－粪便量＝80(kg)。粪便是羊未同化的能量。羊一年的呼吸量＝同化量－有机物积累量＝70(kg)。题干中未指出草的同化量，故不能计算出第一营养级到第二营养级的能量传递效率。解析　羊一年的同化量＝摄入量－粪便量＝80(kg)。粪便是羊未同化的能量。羊一年的呼吸量＝同化量－有机物积累量＝70(kg)。题干中未指出草的同化量，故不能计算出第一营养级到第二营养级的能量传递效率。 答案B

31. 【训练2】 (易错高考题)以下表示动物利用食物的过程。 正确的分析是 ()。 A．恒温动物的④/③值一般高于变温动物 B．哺乳动物的③/①值一般为10%～20% C．提高圈养动物生长量一般需提高③/②值 D．食肉哺乳动物的③/②值一般低于食草哺乳动物

32. 解析　④/③的含义是有机物积累量/同化量，在同化量相同的情况下，由于恒温动物要维持自身的体温，所以其体内积累的有机物要少于变温动物，所以恒温动物的④/③值一般低于变温动物；③/①表示同化量/获取量，而不是能量传递率，能量传递率是后一营养级的同化量与前一营养级的同化量的比值；③/②表示同化量/食入量，圈养动物一般要求短时间内长大，例如养猪，育肥速度越快越好，同化量高就意味着长得快，这个比值高意味着用同样的饲料能够让圈养的动物长得更多；食草动物的食物中含有大量纤维素，纤维素绝大部分不能被同化，食肉动物的食物中，营养物质主要是蛋白质、脂肪等，绝大部分都可以被同化，即食肉哺乳动物的③/②值要高于食草动物。解析　④/③的含义是有机物积累量/同化量，在同化量相同的情况下，由于恒温动物要维持自身的体温，所以其体内积累的有机物要少于变温动物，所以恒温动物的④/③值一般低于变温动物；③/①表示同化量/获取量，而不是能量传递率，能量传递率是后一营养级的同化量与前一营养级的同化量的比值；③/②表示同化量/食入量，圈养动物一般要求短时间内长大，例如养猪，育肥速度越快越好，同化量高就意味着长得快，这个比值高意味着用同样的饲料能够让圈养的动物长得更多；食草动物的食物中含有大量纤维素，纤维素绝大部分不能被同化，食肉动物的食物中，营养物质主要是蛋白质、脂肪等，绝大部分都可以被同化，即食肉哺乳动物的③/②值要高于食草动物。 答案　C

33. 碳循环及物质循环和能量流动的关系 • 高考地位：5年7考 • (2011天津卷，2010海南卷、广东卷……)

34. 1．碳循环过程

36. 2．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。

37. 3．能量流动和物质循环的区别与联系

39. 4.能量流动和物质循环的关系图解

40. ★　高考中对物质循环的考查，可以与光合作用、化能合成作用、细胞呼吸等生理过程结合起来考查，也可以与生态系统结构、能量流动及温室效应和低碳经济等社会热点问题相联系进行综合考查。★　高考中对物质循环的考查，可以与光合作用、化能合成作用、细胞呼吸等生理过程结合起来考查，也可以与生态系统结构、能量流动及温室效应和低碳经济等社会热点问题相联系进行综合考查。

41. 【典例2】 (改编题)大气中CO2过多与碳循环失衡有关。因而“低碳生活”已经获得全社会有识之士的普遍认同。下列判断不正确的是 ()。

42. A．增加自养生物的种类和数量有利于降低大气中的CO2含量A．增加自养生物的种类和数量有利于降低大气中的CO2含量 B．大气中CO2的增加主要与异养生物②的数量增加有关 C．该生态系统中的自养生物与所有异养生物构成了生物群落 D．该图能表示物质循环过程，不能准确表示能量流动方向

43. 解析　理清生产者的代谢特征、大气中CO2的主要来源、生物群落的概念是解题的关键。自养生物可以利用大气中的CO2来制造有机物，使环境中的CO2含量降低。大气中CO2的增加主要是化学燃料的大量燃烧所引起的，而异养生物数量的增加对大气中CO2浓度的改变不会有很大影响。自养生物为生产者，异养生物为消费者和分解者，可以构成一个生物群落。生态系统的能量只能单向传递。解析　理清生产者的代谢特征、大气中CO2的主要来源、生物群落的概念是解题的关键。自养生物可以利用大气中的CO2来制造有机物，使环境中的CO2含量降低。大气中CO2的增加主要是化学燃料的大量燃烧所引起的，而异养生物数量的增加对大气中CO2浓度的改变不会有很大影响。自养生物为生产者，异养生物为消费者和分解者，可以构成一个生物群落。生态系统的能量只能单向传递。 答案　B

44. 规避2个易错点 易错点1　识图解题时对物质循环的变 式图解分析不到位而出错 点　拨(1)碳循环过程示意图 弄清箭头的方向及代表含义。 (2)将右图换成字母，并尝试判断四种成分(找依据)，如下面三种变式图

46. 易错点2　分析能量流动的计算题时，是使用“最值”计 算，还是使用“定值”计算，分析不透、把握不 准而出错 点　拨　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，从而确定是否使用10%或20%进行“最值”计算。

47. (1)关于“最值”的计算 ①在能量流动的相关问题中，若题干中未作具体说明，则一般认为能量传递的最低效率为10%，最高效率是20%。　　②在已知较高营养级生物的能量求较低营养级生物的能量时

48. (2)关于“定值”的计算 同一食物链不同环节能量传递效率往往不完全相同，不涉及“最多”、“最少”，计算时不能按10%或20%，而需按具体数值计算，如在食物链A→B→C→D中，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D的能量为M×a%×b%×c%。

49. 纠错演练 1．如图甲表示某生态系统的能量锥体 图，P为生产者，Q1为初级消费者， Q2为次级消费者。现对图中的各营养级所含有的能量进行分类剖析，其中分析不正确的是(注：图乙中a、a1、a2表示上一年留下来的能量，e、e1、e2表示呼吸消耗量) ()

50. A．b＋c＋d＋e为本年度流入该生态系统的总能量A．b＋c＋d＋e为本年度流入该生态系统的总能量 B．c1表示初级消费者中被次级消费者所同化的能量 C．b和d之一可代表生产者传递给分解者的能量 D．初级消费者产生的粪便中所含的能量是包含在c中的` 解析　由图可知，c、c1分别是生产者流入初级消费者、初级消费者流入次级消费者的能量，即初级消费者、次级消费者同化的能量。b＋c＋d＋e为生产者固定的能量，即本年度流入该生态系统的总能量；b和d(b1和d1、b2和d2)之一可代表粪便、遗体残骸等传递给分解者的能量；初级消费者产生的粪便中所含的能量属于生产者同化的能量，应包含在b或d中。 答案　D