PAGE12-第4講生態系統的能量流淌和物質循環[考綱展示]生態系統中物質循環和能量流淌的基本規律及應用(Ⅱ)考點一|生態系統的能量流淌1．能量流淌的概念生態系統中能量的輸入、傳遞、轉化和散失的過程。2．能量流淌的過程(1)能量流經其次養分級的過程①c代表初級消費者糞便中的能量。②流入某一養分級(最高養分級除外)的能量的去向d：自身呼吸作用散失。e：用于生長、發育、繁殖等生命活動的能量。i：流入下一養分級。f：被分解者分解利用。j：未被利用的能量。(2)能量流經生態系統的過程①流經生態系統的總能量：生產者固定的太陽能。②能量流淌渠道：食物鏈和食物網。③能量傳遞形式：有機物中的化學能。④能量散失途徑：各種生物的呼吸作用(代謝過程)。⑤能量散失形式：熱能。3．能量流淌的特點及緣由分析(1)能量流淌是單向的，緣由是：①能量流淌是沿食物鏈進行的，食物鏈中各養分級之間的捕食關系是長期自然選擇的結果，是不行逆轉的。②各養分級通過呼吸作用所產生的熱能不能被生物群落重復利用，因此能量流淌無法循環。(2)能量流淌是逐級遞減的緣由是：①各養分級生物都會因呼吸作用消耗大部分能量。②各養分級的能量都會有一部分流入分解者，包括未被下一養分級生物利用的部分。4．探討能量流淌的意義(1)幫助人們科學規劃、設計人工生態系統，使能量得到最有效的利用。(2)幫助人們合理地調整生態系統中的能量流淌關系，使能量持續高效地流向對人類最有益的部分。eq\a\vs4\al([推斷與表述])1．推斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)生產者固定的能量除用于自身呼吸外，其余均流入下一個養分級。(×)提示：生產者固定的能量有三個去路，即呼吸散失、流入下一個養分級、流向分解者。(2)一個生態系統的養分級越多，在能量流淌過程中散失的能量越多。(√)(3)初級消費者糞便中的能量屬于生產者同化的能量。(√)(4)一只狼捕食了一只兔子，該狼獲得了兔子能量的10%～20%。(×)提示：能量傳遞效率是針對相鄰兩個養分級中的全部生物而言，不針對個體。(5)農業生態系統中，沼渣、沼液作為肥料還田，使能量能夠循環利用。(×)提示：沼液和沼渣可以為農作物供應肥料，沼氣池發酵產生的沼氣又能成為人類的能源物質，實現了能量的多級利用，而能量不能循環利用。(6)桑基魚塘可以提高生態系統的能量傳遞效率。(×)提示：能量傳遞效率由兩養分級的同化量確定，外界因素不能變更能量傳遞效率，但桑基魚塘可以提高能量的利用率。2．思索回答(規范表述)(1)必修3P96“思索與探討”的圖為桑基魚塘。該生態系統中有生產者桑樹等，但是在管理該魚塘過程中還要定期往水體中投入飼料，從生態系統的功能分析，其緣由是什么？提示：生產者固定的太陽能不足以滿意魚類的須要，且不斷地輸出經濟魚類，而其中的元素無法返回該生態系統。(2)三峽水庫完成蓄水后，與上游水體相比，庫區中有機污染物的含量大大降低，氮磷等無機物的含量有所上升。請從能量流淌的角度分析該過程發生的主要變更是什么？提示：分解者通過細胞呼吸，把有機物中的能量變成熱能散失。某一養分級能量的來源與去路分析(1)能量來源eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(生產者的能量主要來自太陽能,消費者的能量來自上一養分級同化的能量))(2)能量去向：流入某一養分級的能量去向可從以下兩個角度分析：①定量不定時(在足夠長的時間內能量的最終去路)a．自身呼吸消耗；b.流入下一養分級(最高養分級除外)；c.被分解者分解利用。②定量定時：流入某一養分級的肯定量的能量在肯定時間內的去路可有四條：a．自身呼吸消耗；b.流入下一養分級；c.被分解者分解利用；d.未利用，既未被自身呼吸消耗，也未被下一養分級和分解者利用，假如是以年為單位探討，這部分的能量將保留到下一年，因此“未利用”是指在有限的時間“還沒來得及被利用的能量”。可用如圖表示：考法1能量流淌過程的分析1．如圖為生態系統中能量流淌的部分過程。下列敘述不正確的是()A．①中的能量來自生產者的同化作用B．分解者利用的能量肯定比a小C．b為初級消費者用于生長發育和繁殖的能量D．應在a處加上細胞呼吸散失的熱能箭頭B[A正確，①表示初級消費者糞便中的能量來自生產者的同化作用；B錯誤，a表示被初級消費者同化的能量，分解者從生產者利用的能量不肯定比a小；C正確，b為初級消費者用于生長發育和繁殖的能量；D正確，一個養分級同化的能量大部分通過呼吸作用以熱能形式散失，應在a處加上細胞呼吸散失的熱能箭頭。]2．如圖表示在一個生態系統中，植物光合作用積累的有機物被植食動物利用的過程。下列有關敘述正確的是()A．①⑤之和為輸入到生態系統的全部能量B．植食動物糞便中的能量包含在⑦中C．⑤⑥⑦⑧之和為流向分解者的能量D．④占②的百分比為能量傳遞效率B[輸入到生態系統的全部能量是生產者固定的全部太陽能，等于植物呼吸消耗的能量＋植物光合作用積累的有機物，A錯誤；植食動物糞便中的能量屬于植物同化量的一部分，并未被植食動物同化，B正確；⑧表示植食動物呼吸消耗的能量，并沒有流向分解者，C錯誤；能量傳遞效率為相鄰兩養分級間同化量的比值，植物同化量未知，D錯誤。]考法2能量流淌特點的分析及相關計算3．下列關于生態系統的能量流淌的敘述中，錯誤的是()A．由于生態系統的能量流淌是逐級遞減的，所以養分級越高則所同化的能量就越少B．由于散失的熱能不能被生產者重新固定，所以生態系統的能量流淌是單向不行循環的C．充分利用作物秸稈等可以提高能量傳遞的效率D．能量流淌和物質循環的渠道都是食物鏈和食物網C[生態系統中的能量沿食物鏈流淌時，部分能量以熱能的形式散失，部分能量被分解者所利用，所以養分級越高同化的能量就越少，A正確；生產者只能固定光能或化學能，而不能固定每個養分級及分解者所散失的熱能，所以生態系統的能量流淌是單向的，B正確；生態系統的能量傳遞效率一般不能人為變更，充分利用作物秸稈只能提高能量利用率而不能提高能量傳遞效率，C錯誤；能量流淌和物質循環的渠道都是食物鏈和食物網，D正確。]4．圖1是一個由5種生物組成的食物網；圖2所示為桑基魚塘農業生態系統局部的能量流淌，圖中字母代表相應能量。據圖回答以下問題：(1)若圖1食物網中戊攝食丁和丙的比例為3∶1，丙攝食的兩種生物所占比例相等，則戊每增加10kg生物量，按10%的能量傳遞效率計算，須要消耗生產者________kg。(2)圖2中的C和B1＋C1＋D1可表示桑樹和蠶用于________________的能量。蠶沙(糞便)投入魚塘供應魚食用，蠶沙中同化的能量屬于第________養分級所含的能量。解析：(1)若圖1食物網中戊攝食丁和丙的比例為3∶1，丙攝食的兩種生物所占比例相等，則戊每增加10kg生物量，按10%的能量傳遞效率計算，由甲→丁→戊這條食物鏈須要消耗甲10×eq\f(3,4)÷10%÷10%＝750kg。由甲→丙→戊這條食物鏈須要消耗甲10×eq\f(1,4)÷10%×eq\f(1,2)÷10%＝125kg。由甲→乙→丙→戊這條食物鏈須要消耗甲10×eq\f(1,4)÷10%×eq\f(1,2)÷10%÷10%＝1250kg，因此共須要消耗生產者(甲)750＋125＋1250＝2125kg。(2)圖2中，流經生態系統的總能量是生產者固定的太陽能總量，應是A；桑樹呼吸作用所散失的熱能可用B表示，圖中的C表示凈光合作用，是桑樹用于生長、發育、繁殖等生命活動所需的能量，B1＋C1＋D1屬于蠶用于蠶生長、發育、繁殖等生命活動所需的能量。蠶沙中所含的能量是蠶未同化的能量，仍屬于其上一個養分級，即屬于第一養分級所含的能量。答案：(1)2125(2)自身生長、發育、繁殖等生命活動一eq\a\vs4\al([技法總結]方向調整后的能量計算方法)若在食物網中，某一養分級同時從上一養分級的多種生物中獲得能量，計算某一生物獲得的能量或須要某一生物供應的能量時，首先，要留意某一生物“從不同食物鏈中獲得能量的比例”，或某一生物“給不同生物供應能量的比例”，然后依據各個單獨的食物鏈分別計算后合并。①順推法：能量流向調整，從前往后計算。即由植物下推，用“乘法”。②逆推法：能量來源調整，從后往前計算。即由高養分級前推，用“除法”。考點二|物質循環及其與能量流淌的關系1．物質循環(1)概念：組成生物體的各種元素在生物群落與無機環境之間不斷循環的過程。(2)分析①物質：組成生物體的化學元素，如C、H、O、N、P、S等。②循環范圍(兩個支點)：生物群落和無機環境之間。③特點：全球性，反復利用、循環流淌。2．碳循環(1)請寫出圖中各標號的名稱：a．生產者；b.消費者；c.呼吸作用；d.光合作用和化能合成作用；e.呼吸作用；f.化石燃料的燃燒。(2)碳的存在形式與循環形式。①在生物群落和無機環境間：主要以CO2形式循環。②在生物群落內部：以含碳有機物形式傳遞。③在無機環境中：主要以CO2和碳酸鹽形式存在。(3)碳進入生物群落的途徑：生產者的光合作用和化能合成作用。(4)碳返回無機環境的途徑。①生產者、消費者的呼吸作用。②分解者的分解作用。③化石燃料的燃燒。3．溫室效應(1)形成緣由：大量化石燃料的燃燒，導致大氣中的CO2含量快速增加，打破了生物圈中碳循環的平衡。(2)主要影響：使氣溫上升，加快極地和高山冰川的溶化，導致海平面上升，進而對人類和其他很多生物的生存構成威逼。(3)解決思路：削減化石燃料的燃燒，植樹造林，開發清潔能源。4．能量流淌和物質循環的關系(1)區分項目能量流淌物質循環(以碳循環為例)形式以有機物為載體主要是無機物特點單向流淌、逐級遞減全球性、循環性范圍生態系統各養分級生物圈(全球性)(2)聯系①兩者是同時進行的，彼此相互依存，不行分割。②物質作為能量的載體，使能量沿著食物鏈(網)流淌；能量作為動力，使物質能夠不斷地在生物群落和無機環境之間循環來回。eq\a\vs4\al([推斷與表述])1．推斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)生態系統的碳循環指的是CO2在無機環境和生物群落中的往復循環。(×)提示：碳循環指的是碳元素的循環，而不是含碳化合物的循環。(2)大氣中的CO2進入生物群落的唯一方式是光合作用。(×)提示：CO2從無機環境進入生物群落的方式有兩種：光合作用和化能合成作用。(3)物質在生物之間的傳遞通常是通過食物鏈進行的。(×)提示：物質在生物之間沿著食物鏈和食物網進行傳遞。(4)物質循環和能量流淌是兩個相對獨立的過程。(×)提示：能量流淌與物質循環都沿著食物鏈與食物網進行，物質作為能量的載體，能量作為物質循環的動力，二者同時進行，彼此相互依存，不行分割。(5)生態系統的物質循環和能量流淌的渠道都是食物鏈和食物網，所以物質和能量都是循環往復的。(×)提示：物質循環是往復的，而能量流淌是單向的。2．思索回答(規范表述)(1)生產者和分解者在碳循環過程中的作用分別是什么？提示：生產者通過光合作用和化能合成作用把二氧化碳合成有機物。分解者通過分解作用把有機物分解成二氧化碳。(2)微生物分解作用與微生物的細胞呼吸相同嗎？提示：不相同。微生物分解作用包括細胞呼吸以及通過分泌酶將大分子有機物分解成小分子有機物。對物質循環過程中相關圖解的識別(1)圖1——先依據雙向箭頭推斷：a和b應為生產者和非生物的物質和能量，不能寫“無機環境”，也不能寫“生物類別”。再依據a→c推斷：c為消費者，剩下的d為分解者。(2)圖2——依據a與c之間的雙向箭頭及a有多個指出箭頭，c有多個指入箭頭推斷：a是生產者，c是非生物的物質和能量。依據a、b、d的箭頭都流向e，可進一步推斷：b是初級消費者，d是次級消費者，e是分解者。(3)圖3——依據a與e之間的雙向箭頭及a有多個指入箭頭e有多個指出箭頭推斷：a為非生物的物質和能量，e為生產者。然后視察剩余的幾個成分，其中其他生物部分的箭頭都指向c，所以c是分解者，剩余的b、d、f則為消費者。整個圖解中，食物鏈是e→f→d→b。考法1碳循環的過程及特點分析eq\a\vs4\al([解題指導]快速確認碳循環各環節的“三看法”)eq一看\o(→,\s\up8(雙),\s\do17(箭頭))\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(雙箭頭一方為“生產者”，另一方為“大氣,CO2庫”))eq二看\o(→,\s\up8(多),\s\do17(箭頭))\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(圖示各環節均可向其指來箭頭，則被指向,方為“大氣CO2庫”))eq三看\o(→,\s\up8(“生產者”“消費),\s\do17(者”及其指向))\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(生產者指向消費者,生產者消費者均指向分解者))1．如圖為生態系統中碳循環的模式圖。相關敘述正確的是()A．甲代表生產者，①可以代表化能合成作用B．在食物鏈中占有碳元素最多的養分級可能是甲C．該生態系統中的消費者為乙、丙D．碳元素在甲、乙、丙、丁間以含碳有機物的形式傳遞B[據題圖分析，甲是生產者，乙是消費者，丙是分解者，丁是大氣中的二氧化碳庫，則①表示呼吸作用，A、C錯誤；依據能量傳遞的逐級遞減的特點可知，甲含有能量最多，則其含有的碳元素也最多，B正確；碳元素在甲、乙、丙間以含碳有機物的形式傳遞，而與丁之間的傳遞形式是二氧化碳，D錯誤。]2．(2024·山東省其次次大聯考)如圖表示某生態系統的碳循環示意圖，圖中箭頭表示碳流淌的方向。下列有關分析錯誤的是()A．丙和乙的種間關系為捕食和競爭B．若缺少甲和丁該生態系統將會崩潰C．該生態系統的碳循環有其自身的運行規律D．照耀在甲上的太陽能是流經該生態系統的總能量D[析圖可知，甲為生產者，乙為初級消費者，丙為次級消費者，丁為分解者。丙和乙都以甲為食，且丙捕食乙，A正確；生產者和分解者是生態系統的必不行缺少的成分，B正確；碳循環是在每個生態系統獨特的養分結構基礎上實現的，有其自身的運行規律，C正確；生產者固定的太陽能是流經該生態系統的總能量，僅是接收到的太陽能很小的一部分，D錯誤。]考法2物質循環和能量流淌的關系分析3．(2024·唐山市高三摸底)如圖為一個簡化的生態系統能量流淌和物質循環示意圖，對圖中箭頭的含義表述錯誤的是()A．④和⑤可表示生物群落中能量的散失B．⑤可表示生物群落中的物質回來無機環境C．②表示能量在生物體之間單向流淌D．①可表示碳元素從二氧化碳轉變為有機物A[讀圖可知，生物群落中能量的散失—④呼吸作用以熱能散失，生物群落中的物質回來無機環境—⑤分解者的分解，A錯誤，B正確；能量在生物體之間單向流淌，如圖中的②、③，C正確；碳元素從二氧化碳轉變成有機物—①光合作用合成有機物，D正確。]真題體驗|感悟高考淬煉考能1．(2024·全國卷Ⅰ)在漫長的歷史時期內，我們的祖先通過自身的生產和生活實踐，積累了對生態方面的感性相識和閱歷，并形成了一些生態學思想，如：自然與人和諧統一的思想。依據這一思想和生態學學問，下列說法錯誤的是()A．生態系統的物質循環和能量流淌有其自身的運行規律B．若人與自然和諧統一，生產者固定的能量便可反復利用C．“退耕還林、還草”是體現自然與人和諧統一思想的實例D．人類應以保持生態系統相對穩定為原則，確定自己的消耗標準B[生態系統的物質循環和能量流淌有其自身的運行規律，人類只能相識并利用其運行規律，不能變更它，故A項正確。生產者固定的能量可多級利用，但不能反復利用，故B項錯誤。“退耕還林、還草”可防風固沙、涵養水源等，是體現自然與人和諧統一思想的實例，故C項正確。人類應以保持生態系統相對穩定為原則，確定自己的消耗標準，避開過度消耗，破壞生態環境，故D項正確。]2．(2024·全國卷Ⅲ)我國諺語中的“螳螂捕蟬，黃雀在后”體現了食物鏈的原理。若鷹遷入了蟬、螳螂和黃雀所在的樹林中，捕食黃雀并棲息于林中。下列敘述正確的是()A．鷹的遷入增加了該樹林中蟬及其天敵的數量B．該生態系統中細菌產生的能量可流向生產者C．鷹的遷入增加了該生態系統能量消耗的環節D．鷹的遷入變更了該生態系統能量流淌的方向C[依據文字信息寫出食物鏈：植物→蟬→螳螂→黃雀→鷹，鷹的遷入會導致黃雀削減、螳螂增加、蟬削減等一系列變更，故A項錯誤。細菌一般是生態系統的分解者，分解者從動植物遺體、遺物中獲得的能量大部分會通過分解作用以熱能的形式散失，不會再被生產者利用，故B項錯誤。鷹的遷入使該生態系統的食物鏈由4個養分級變為5個養分級，增加了該生態系統能量消耗的環節，故C項正確。鷹的遷入使該生態系統的食物鏈養分級增加，但食物鏈還是只有一條，所以能量流淌的方向未變更，故D項錯誤。]3．(2024·全國卷Ⅱ)大型肉食性動物對低養分級肉食性動物與植食性動物有捕食和驅逐作用，這一建立在“威懾”與“恐驚”基礎上的種間關系會對群落或生態系統產生影響，此方面的探討屬于“恐驚生態學”范疇。回答下列問題：(1)當某種大型肉食性動物遷入到一個新的生態系統時，原有食物鏈的養分級有可能增加，生態系統中食物鏈的養分級數量一般不會太多，緣由是___________________________________________________________________________________________________________________。(2)假如將頂級肉食性動物引入食物網只有三個養分級的某生態系統中，使得甲、乙兩種植食性動物間的競爭結果發生了反