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2019-2020年高考生物大一輪復習 第九單元 第34講 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質循環(huán)教案 [考綱要求]　生態(tài)系統(tǒng)中的物質循環(huán)和能量流動的基本規(guī)律及其應用(Ⅱ)。 一、能量流動的過程 1． 概念理解 — 　? — 　? —太陽能→有機物中的化學能→熱能 　? — 2． 過程圖解 [判一判] 1． 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動指能量的輸入和散失過程 (　　) 提示　還包括傳遞和轉化過程。 2． 流經生態(tài)系統(tǒng)的總能量是照射在生產者上的太陽能 (　　) 提示　是生產者固定的太陽能或化學能。 3． 散失的熱能可以被生產者固定再次進入生態(tài)系統(tǒng) (　　) 提示　生產者只能利用太陽能或化學能(化能合成作用)，不能利用熱能。 4． 流經第二營養(yǎng)級的總能量指次級消費者攝入到體內的能量 (　　) 提示　初級消費者同化的能量。 二、能量流動的特點及意義 1． 能量傳遞效率：是指相鄰兩個營養(yǎng)級之間同化量的比值。 2． 能量流動的特點：單向流動、逐級遞減。 3． 研究意義 (1)幫助人們科學規(guī)劃、設計人工生態(tài)系統(tǒng)，使能量得到最有效的利用。 (2)幫助人們合理地調整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動關系，使能量持續(xù)高效地流向對人類最有益的部分。 [解惑]　相鄰兩營養(yǎng)級之間能量傳遞效率只有10%～20%，因此食物鏈中營養(yǎng)級一般不超過4～5個。 [判一判] 1． 相鄰兩個營養(yǎng)級的能量傳遞效率不會小于10%，也不會大于20% (　　) 2． 能量金字塔可以出現倒置現象 (　　) 3． 研究能量流動，可合理設計人工生態(tài)系統(tǒng)，提高能量的傳遞效率 (　　) 三、物質循環(huán) 1． 概念 (1)物質：組成生物體的化學元素，如C、H、O、N、P、S等。 (2)循環(huán)范圍：生物群落和無機環(huán)境之間。 (3)循環(huán)特點：具有全球性。 2． 碳循環(huán) (1)循環(huán)形式 ①無機環(huán)境與生物群落之間：CO2。 ②生物群落內：以有機物形式沿食物鏈和食物網傳遞。 (2)圖解 [解惑]　生態(tài)系統(tǒng)物質循環(huán)的物質是指組成生物體的基本元素，而非其組成的化合物；在循環(huán)過程中伴隨著復雜的物質和能量的轉化。 考點一　分析生態(tài)系統(tǒng)的能量流動 1． 觀察下面的能量流動過程圖解，回答相關問題。 (1)能量的太陽能。 (2)起點：從生產者固定太陽能開始。 (3)流經生態(tài)系統(tǒng)的總能量：生產者通過光合作用所固定的全部太陽能。 (4)渠道：食物鏈和食物網。 (5)能量轉化：太陽能→有機物中的化學能→熱能(最終散失)。 (6)流動形式：有機物中的化學能。 (7)散失途徑：呼吸作用，包括各個營養(yǎng)級自身的呼吸消耗以及分解者的呼吸作用。 (8)能量散失的形式：以熱能形式散失。 2． 觀察下圖能量在營養(yǎng)級之間流動過程圖解，回答相關問題。 (1)攝入量、同化量、糞便量三者之間的關系是攝入量＝同化量＋糞便量。 (2)在各營養(yǎng)級中，能量的三個去路：①通過呼吸作用以熱能的形式散失；②被下一營養(yǎng)級生物利用；③被分解者利用。 (3)概括能量流動的特點 ①單向流動：能量只能沿著食物鏈由低營養(yǎng)級流向高營養(yǎng)級。 ②逐級遞減：相鄰兩個營養(yǎng)級的能量傳遞效率約為10%～20%。 3． 寫出能量傳遞效率的計算公式 相鄰兩個營養(yǎng)級的傳遞效率＝100%。 易錯警示　能量流動中的2個“比較” (1)生態(tài)系統(tǒng)中同化量和攝入量的比較 同化量為每一營養(yǎng)級通過攝食并轉化成自身有機物的能量，攝入量是消費者攝入的能量，同化量＝攝入量－糞便量。消費者產生的糞便中的能量，不屬于該營養(yǎng)級同化的能量，它實際上與上一營養(yǎng)級的遺體、殘骸一樣，屬于未被利用的那部分能量。 (2)能量傳遞效率與能量利用效率的比較 能量傳遞效率：能量在沿食物鏈流動的過程中，逐級減少，若以“營養(yǎng)級”為單位，能量在相鄰兩個營養(yǎng)級之間的傳遞效率約為10%～20%。其計算公式為能量傳遞效率＝(下一營養(yǎng)級同化量/上一營養(yǎng)級同化量)100%。 能量利用效率：通?？紤]的是流入人體中的能量占生產者能量的比值，或流入最高營養(yǎng)級的能量占生產者能量的比值，或考慮分解者的參與，以實現能量的多級利用。在一個生態(tài)系統(tǒng)中，營養(yǎng)級越多，在能量流動過程中消耗的能量就越多，因此食物鏈越短，能量利用效率越高；同時，生態(tài)系統(tǒng)中生物種類越多，營養(yǎng)結構越復雜，抵抗力穩(wěn)定性越強，能量利用效率越高。 1． 如圖為某生態(tài)系統(tǒng)中能量流動圖解部分示意圖，①②③④各代表一定的能量值，下列各項中正確的是 (　　) A．①表示流經該生態(tài)系統(tǒng)內部的總能量 B．一般情況下，次級消費者增加1 kg，生產者至少增加100 kg C．生物與生物之間的捕食關系一般不可逆轉，所以能量流動具有單向性 D．從能量關系看②≥③＋④ 答案　C 解析?、賰H僅是流經該生態(tài)系統(tǒng)內部總能量的一部分；次級消費者增加1 kg，生產者至少增加25 kg；從能量關系上看，②>③＋④。 2． 如圖為一食物網。若要使丙體重增加x，已知其食用的動物性食物(乙)所占比例為a，則至少需要的生產者(甲)的量為y，那么x與y的關系可表示為 (　　) A．y＝90ax＋10x B．y＝25ax＋5x C．y＝20ax＋5x D．y＝10ax＋10x 答案　C 解析　由題干中的“至少”可知，應該按最大傳遞效率20%計算，a表示動物性食物(乙)所占比例，則1－a表示直接從生產者(甲)獲得食物所占比例，故有(1－a)x20%＋ax20%20%＝y(tǒng)，即y＝20ax＋5x。 技法提煉 生態(tài)系統(tǒng)中能量傳遞的相關計算 在解決有關能量傳遞的計算問題時，首先要確定相關的食物鏈，理清生物在營養(yǎng)級上的差別，能量傳遞效率為10%～20%，解題時注意題目中是否有“最多”、“最少”、“至少”等特殊的字眼，從而確定使用10%或20%來解題。 1． 設食物鏈A→B→C→D，分情況討論如下： (1)已知D營養(yǎng)級的能量為M，則至少需要A營養(yǎng)級的能量＝M(20%)3；最多需要A營養(yǎng)級的能量＝M(10%)3。 (2)已知A營養(yǎng)級的能量為N，則D營養(yǎng)級獲得的最多能量＝N(20%)3；最少能量＝N(10%)3。 2． 在食物網中分析： 如在A→B→C→D中，確定生物量變化的“最多”或“最少”時，還應遵循以下原則： (1)食物鏈越短，最高營養(yǎng)級獲得的能量越多。 (2)生物間的取食關系越簡單，生態(tài)系統(tǒng)消耗的能量越少，如已知D營養(yǎng)級的能量為M，計算至少需要A營養(yǎng)級的能量，應取最短食物鏈A→D，并以20%的效率進行傳遞，即等于M20%；計算最多需要A營養(yǎng)級的能量時，應取最長的食物鏈A→B→C→D，并以10%的效率進行傳遞，即等于M(10%)3。 3． 在食物網中，某一營養(yǎng)級同時從上一營養(yǎng)級的多種生物按一定比例獲取能量，則按照單獨的食物鏈進行計算后再合并。 考點二　聚焦生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán) 1． 觀察下面碳循環(huán)過程圖，回答相關問題。 (1)碳進入生物群落的途徑：生產者的光合作用或化能合成作用。 (2) 碳返回無機環(huán)境的途徑 (3)分析溫室效應產生的原因 ①化學燃料的大量燃燒，產生CO2。 ②植被破壞，降低了對大氣中CO2的調節(jié)能力。 (4)概括物質循環(huán)的特點 ①全球性：物質循環(huán)的范圍是生物圈。 ②往復循環(huán)，重復利用：物質可以在無機環(huán)境和生物群落之間反復利用。 2． 觀察下面能量流動和物質循環(huán)的關系圖解，填寫表格中的內容。 項目 能量流動 物質循環(huán) 形式 光能→有機物中的化學能→熱能(一般形式) 以化學元素形式流動 過程 沿食物鏈(網)單向流動 在無機環(huán)境和生物群落間往復循環(huán) 范圍 生態(tài)系統(tǒng)各營養(yǎng)級 全球性 特點 單向流動，逐級遞減 反復出現，循環(huán)流動 聯系 ①能量的固定、儲存、轉移和釋放離不開物質的合成和分解 ②物質是能量沿食物鏈(網)流動的載體 ③能量是物質在生態(tài)系統(tǒng)中往復循環(huán)的動力 易錯警示　與物質循環(huán)有關的2點提示 (1)物質循環(huán)的“物質”和“范圍” ①參與物質循環(huán)的“物質”是指組成生物體的化學元素。 ②循環(huán)的范圍是生物圈，而不是具體的某一生態(tài)系統(tǒng)。 (2)碳循環(huán)及存在形式 ①在生物群落和無機環(huán)境間：以CO2形式循環(huán)。 ②在生物群落內部：以含碳有機物形式傳遞。 ③在無機環(huán)境中：主要以CO2和碳酸鹽形式存在。 3． 下圖是生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)示意圖，其中“→”表示碳的流動方向。下列敘述不正確的是 (　　) A．在碳循環(huán)過程中，同時伴隨著能量流動 B．由于某種原因造成圖中E生物數量大量減少，推測短期內與之相鄰的兩個營養(yǎng)級生物數量發(fā)生的變化是D增多，F減少 C．該生態(tài)系統(tǒng)的消費者包括圖中的D、E、F、B D．A→C過程中碳主要以CO2的形式進行循環(huán)，F→B以含碳有機物的形式進行流動 答案　C 解析　分析圖形，A、B、D、E、F均有箭頭指向C，則C是無機環(huán)境中的二氧化碳庫。A、C之間為雙向箭頭，A為生產者。A、D、E、F均有箭頭指向B，則B為分解者，D、E、F為消費者。圖示中包含的食物鏈為A→D→E→F，故E減少，短時間內D增多，F減少。碳在生物群落與無機環(huán)境之間主要以CO2的形式循環(huán)，在生物群落內部是以含碳有機物的形式流動。 4． 如圖為碳元素在生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)的模式圖，圖中甲、乙、丙表示生態(tài)系統(tǒng)的生物成分，箭頭表示生理過程。下列相關敘述中，不正確的是 (　　) A．d過程代表光合作用，b過程代表呼吸作用 B．甲所示的營養(yǎng)級在食物鏈中占有的碳元素最多 C．碳元素在甲、乙、丙之間以有機物的形式進行傳遞 D．碳元素可在無機環(huán)境和生物群落之間反復利用 答案　A 解析　丁為無機環(huán)境，甲為生產者，乙為消費者，丙為分解者；d過程代表呼吸作用，b過程代表光合作用；碳元素在生物群落內部主要以有機物的形式進行傳遞，在無機環(huán)境與生物群落間主要以二氧化碳的形式進行傳遞。 技法提煉 巧辨圖形判斷參與碳循環(huán)的四種成分 1． 圖1——先根據雙向箭頭確定A和B應為生產者和非生物的物質和能量，不能寫“無機環(huán)境”，也不能寫“生物類別”，再根據A→D，確定D為分解者，剩下C為消費者。 2． 圖2——根據A與C之間是雙向箭頭判斷：A和C一個是生產者，一個是非生物的物質和能量。根據A、B、D的碳都流向E，可進一步判斷：A是生產者，B是初級消費者，C是非生物的物質和能量，D是次級消費者，E是分解者。 3． 圖3——首先找出相互之間具有雙向箭頭的兩個成分，即A和E，一個為生產者，一個是大氣中的CO2庫。又因為其他各個成分都有箭頭指向A，所以A為大氣中的CO2庫，E為生產者。然后觀察剩余的幾個成分，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。 實驗十九　探究土壤中微生物的分解作用 完善該實驗的探究案例 實驗假設 案例1 案例2 微生物能分解落葉使之腐爛 微生物能分解淀粉 實驗設計 實驗組 對土壤高溫處理 A杯中加入30 mL土壤浸出液 對照組 對土壤不做任何處理 B杯中加入30_mL蒸餾水 自變量 土壤中是否含微生物 土壤中微生物的有無 實驗現象 在相同時間內實驗組落葉腐爛程度小于對照組 A A1 不變藍 A2 產生磚紅色沉淀 B B1 變藍 B2 不變色 結論分析 微生物對落葉有分解作用 土壤浸出液中的微生物能分解淀粉 注　在A1、B1中加入碘液，在A2、B2中加入斐林試劑。 易錯警示　對空白對照實驗的理解：空白對照指的是不對實驗對象做任何處理，但是不給對照組任何處理是相對實驗組而言的。實際上對照組還是要做一定的處理，只是不加實驗組的處理因素，或者說相對于實驗組而言，除實驗變量外，其他的處理與實驗組完全相同?？瞻讓φ漳芮逦貙Ρ群鸵r托出實驗組的變化和結果，增強說服力。 5． 同學們在課外活動中發(fā)現植物的落葉在土壤里會逐漸腐爛，形成腐殖質。他們猜測落葉的腐爛是由于土壤微生物的作用，不同生態(tài)系統(tǒng)的土壤微生物分解能力不同，并設計了實驗進行驗證。 (1)實驗設計首先要遵循的是________原則和________原則。 (2)以帶有同種落葉的土壤為實驗材料，均分為A和B。實驗時A不做處理(自然狀態(tài))；B用塑料袋包好，放在60 ℃的恒溫箱中滅菌1 h。B處理的目的是____________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)(2)中實驗的自變量是________________________，因變量是____________________，無關變量是______________(至少寫出兩點)。 (4)如果同學們的猜測是正確的，若干天后(2)中B組的落葉_________________________ _______________________________________________。 (5)如果同學們用帶有相同量同種植物落葉的凍土苔原和熱帶雨林的等量土壤為實驗材料，分別模擬原生態(tài)系統(tǒng)的無機環(huán)境條件進行C組和D組的實驗，定期抽樣檢測樣品土壤中未腐爛的落葉的含量，請根據預期結果在圖中繪出相應的曲線。 答案　(1)單一變量　對照　(2)殺死土壤微生物，同時避免土壤理化性質的改變　(3)土壤微生物(作用)的有無　落葉的腐爛程度　土壤溫度、含水量、pH、落葉的種類和大小等(合理即可)　(4)腐爛程度小于對照組　(5)如圖 解析　由題意可知，該實驗的目的是驗證落葉的腐爛是由于土壤微生物的作用，實驗的自變量是土壤中微生物的有無，因變量是落葉的腐爛程度。為遵循生物實驗設計的對照原則和單一變量原則，應盡量減少無關變量對實驗的影響，如土壤溫度、濕度、pH、落葉的種類和大小等。在繪制曲線時，應注意以下幾點：①明確橫坐標和縱坐標的意義，其中縱坐標為未腐爛的落葉量；②兩曲線的起點相同，注意縱坐標初始值不為0；③由于微生物的分解作用，兩曲線呈下降趨勢，且D組下降速度較C組快；④隨時間延長，微生物的數量增多，故兩曲線的下降趨勢是由慢到快。 序號 錯因分析 正確答案 序號 錯因分析 正確答案 ① 不理解總能量的含義 N2 ② 不清楚糞便量的來源 0 ③ 不清楚能量傳遞效率的計算方法 100% ⑤ 對種類和數量區(qū)分不清 增加各營養(yǎng)級生物的種類 ④ 不清楚自我調節(jié)能力如何進行 負反饋調節(jié) 題組一　生態(tài)系統(tǒng)的能量流動 1． (xx海南卷，19)下圖為某生態(tài)系統(tǒng)的能量流動簡圖，下列敘述錯誤的是 (　　) A．甲是生產者，乙是消費者 B．該生態(tài)系統(tǒng)是一個開放的系統(tǒng) C．能量通過光合作用固定并進入系統(tǒng)，可以熱能形式輸出 D．甲、乙和分解者所儲存的能量之和是輸入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量 答案　D 解析　根據題中簡圖可知，甲能夠固定太陽能，為生產者，乙從甲獲取能量，為消費者，A正確；該生態(tài)系統(tǒng)需要從外界獲得能量，同時能量也可以擴散到外界，是一個開放的生態(tài)系統(tǒng)，B正確；能量通過光合作用固定并進入生態(tài)系統(tǒng)，經過生產者、消費者和分解者的呼吸作用后有一部分以熱能的形式散失，C正確；輸入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量是生產者甲固定的太陽能總量，D不正確。 2． (xx山東卷，6)以下表示動物利用食物的過程。 正確的分析是 (　　) A．恒溫動物的④/③值一般高于變溫動物 B．哺乳動物的③/①值一般為10%～20% C．提高圈養(yǎng)動物生長量一般需提高③/②值 D．食肉哺乳動物的③/②值一般低于食草哺乳動物 答案　C 解析　恒溫動物相對于變溫動物來說，代謝強，所以呼吸代謝消耗量相對多，有機物積累少，④/③值一般低于變溫動物；相鄰兩個營養(yǎng)級的能量傳遞效率是10%～20%，哺乳動物與其上一個營養(yǎng)級(食物)之間的傳遞效率表示為③/(①＋未獲取量)；提高圈養(yǎng)動物的生長量應該提高③/②值，這樣才能促使有機物積累；食肉哺乳動物與食草哺乳動物的③/②值無法比較。 3． (xx江蘇卷，11)有人發(fā)起“多吃素食、少吃肉食”的運動，以支援糧食短缺地區(qū)的災民。運用生態(tài)學知識對此的合理解釋是 (　　) A．多吃肉食會增加心血管病的發(fā)病率 B．直接以低營養(yǎng)級的生物為食將消耗生態(tài)系統(tǒng)更多的能量 C．多吃肉食比多吃素食消耗的糧食總量更多 D．節(jié)省的肉食可以幫助災民提高營養(yǎng)水平 答案　C 解析　從食物鏈中的能量流動特點來看，營養(yǎng)級越高，在能量流動過程中損失的能量越多。多吃素食，是將人放在初級消費者的層次上，只經過一次能量傳遞，這樣人獲得的能量最多，消耗的糧食總量最少。 題組二　物質循環(huán)與能量流動的綜合 4． (xx重慶卷，5)如圖是某森林生態(tài)系統(tǒng)物質和能量流向示意圖，h、i、j、k表示不同用途的有機物(j是未利用部分)，方框大小表示使用量，下列敘述正確的是 (　　) A．進入該生態(tài)系統(tǒng)的CO2量與各h產生的CO2總量相等 B．生產者i的量大于被初級消費者同化有機物的量 C．流向分解者的k可被生產者直接吸收利用 D．流經該生態(tài)系統(tǒng)的物質和能量可循環(huán)利用 答案　B 解析　進入該生態(tài)系統(tǒng)的CO2量應該包括各h產生的CO2總量和未利用部分的總和，A項錯誤；能量流動是逐級遞減的，所以生產者i的量大于被初級消費者同化有機物的量，B項正確；能量流動是單向的，所以流向分解者的k不能被生產者直接吸收利用，C、D項錯誤。 5． (xx安徽卷，30Ⅱ)某棄耕地的主要食物鏈由植物→田鼠→鼬構成。生態(tài)學家對此食物鏈能量流動進行了研究，結果如下表，單位是J/(hm2a)。 植物 田鼠 鼬 固定的 太陽能 攝入量 同化量 呼吸量 攝入量 同化量 呼吸量 2.451011 1.05109 7.50108 7.15108 2.44107 2.25107 2.18107 (1)能量從田鼠傳遞到鼬的效率是______。 (2)在研究能量流動時，可通過標志重捕法調查田鼠種群密度。在1 hm2范圍內，第一次捕獲并標記40只田鼠，第二次捕獲30只，其中有標記的15只。該種群密度是________只/hm2。若標記的田鼠有部分被鼬捕食，則會導致種群密度估算結果__________。 (3)田鼠和鼬都是恒溫動物，同化的能量只有3%～5%用于____________________，其余在呼吸作用中以熱能的形式散失。 (4)鼬能夠依據田鼠留下的氣味去獵捕后者，田鼠同樣也能夠依據鼬的氣味或行為躲避獵捕。可見，信息能夠__________________________________，維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。 答案　(1)3%　(2)80　偏高　(3)生長、發(fā)育、繁殖等生命活動　(4)調節(jié)生物的種間關系 解析　(1)田鼠的同化量是7.50108 J/(hm2a)，鼬的同化量是2.25107 J/(hm2a)，故能量傳遞效率為(2.25107)/(7.50108)100%＝3%。(2)設1 hm2的范圍內種群數量為M，則40/M＝15/30，M＝80。若標記的田鼠有部分被鼬捕食，即重捕個體中標記個體數減少，則估算值M偏高。(3)某一營養(yǎng)級的能量，一部分用于呼吸作用(細胞呼吸)，一部分用于自身的生長、發(fā)育和繁殖。田鼠和鼬都屬于恒溫動物，進行呼吸作用用于維持體溫需消耗大量能量，還有部分能量用于自身的生長、發(fā)育和繁殖。(4)由題意知，通過信息傳遞，鼬和田鼠的數量基本穩(wěn)定，可見信息傳遞可調節(jié)生物的種間關系，維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。 6． (xx廣東卷，26)氣候變化與生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)密切相關。下表為A、B兩個不同時期陸地生態(tài)系統(tǒng)與大氣環(huán)境的碳交換情況。 時期 碳吸收量(kg Ca－1) 碳釋放量(kg Ca－1) A 1.201014 1.201014 B 1.201014 1.261014 (1)生態(tài)系統(tǒng)碳的吸收主要是通過________作用實現的，碳的釋放主要是通過________作用實現的。 (2)表中____________時期的生態(tài)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，原因是_____________________。 (3)由于過度的人工碳排放，破壞了生態(tài)系統(tǒng)的__________，導致大氣中____________增加并引起全球氣候變化。 (4)人們正在積極開發(fā)新能源以減少碳排放。如“葉綠素太陽能電池”是模仿類囊體吸收光能的特性而制造的，類囊體吸收光能的過程發(fā)生在光合作用的________階段；又如經改造的藍藻能在細胞內將光合作用產生的________直接發(fā)酵轉化為燃料乙醇。 答案　(1)光合　呼吸　(2)A　碳的吸收量等于碳的釋放量　(3)碳平衡　CO2濃度　(4)光反應　有機物 解析　(1)光合作用吸收CO2，呼吸作用釋放CO2，生態(tài)系統(tǒng)中的碳循環(huán)主要是通過光合作用和呼吸作用實現的。(2)生態(tài)系統(tǒng)中的碳吸收量等于碳釋放量時，說明該生態(tài)系統(tǒng)處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。(3)過度的人工碳排放使得碳釋放量大大超過碳吸收量，從而破壞了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。向大氣中排放大量的CO2會引起溫室效應，導致全球氣候變化。(4)光合作用的光反應階段中，對光能的吸收和轉化發(fā)生在葉綠體的類囊體薄膜上。藍藻光合作用的產物是糖類(有機物)，經酒精發(fā)酵可生成乙醇。 【組題說明】 考　點 題　號 錯題統(tǒng)計 錯因分析 能量流動 2、4、7、8、9、10、11 物質循環(huán) 3、6、12、15 能量流動與物質循環(huán)的綜合 1、5、13、14 1． 圖中甲、乙、丙分別代表熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)中的三大功能類群。下列說法正確的是 (　　) A．丙處于兩個營養(yǎng)級，是雜食性動物 B．圖中表示出了兩條食物鏈 C．圖中的箭頭可以表示物質和能量的傳遞方向 D．乙→丙的能量傳遞效率為10%～20% 答案　C 解析　本題的關鍵詞為“三大功能類群”，即生產者、消費者與分解者，分解者不屬于食物鏈中的營養(yǎng)級。據圖分析，甲代表生產者，乙代表消費者，丙代表分解者。 2． 在生態(tài)系統(tǒng)中，能量可以通過食物鏈在生物群落中流動。隨著營養(yǎng)級的升高，其獲得的總能量越來越少。下列解釋錯誤的是 (　　) A．各營養(yǎng)級中總有一部分能量被分解者利用 B．各營養(yǎng)級中的能量一部分以熱能形式散失 C．生物維持自身的生命活動消耗一部分能量 D．能量金字塔頂層的生物生命活動需要的能量少 答案　D 解析　能量在生態(tài)系統(tǒng)中是單向流動、逐級遞減的，其原因是各營養(yǎng)級中總有一部分能量被分解者利用；一部分以熱能形式散失；還有一部分用于維持自身的生命活動。能量金字塔頂層的生物個體通常較大，其生命活動需要的能量相對較多。 3． 若甲代表生產者，乙代表消費者，丙代表分解者，丁代表大氣中的CO2庫，則圖中能正確表示甲、乙、丙、丁在碳循環(huán)中的關系的是 (　　) 答案　B 解析　生產者從大氣中吸收CO2進行光合作用，合成的有機物一部分被消費者利用，一部分被分解者利用，一部分未被利用，還有一部分用于呼吸作用產生CO2釋放到大氣中；消費者只能從生產者獲得有機物，一部分用于呼吸作用產生CO2釋放到大氣中，一部分傳遞給分解者，一部分未被利用，還有一部分傳遞給下一級消費者(最高營養(yǎng)級除外)；分解者可以從生產者、消費者中獲得有機物，最終通過呼吸作用產生CO2釋放到大氣中。 4． 下列有關生態(tài)系統(tǒng)能量流動的敘述，正確的是 (　　) A．生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是指能量隨著物質循環(huán)而循環(huán) B．生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是指生物體內的能量代謝過程 C．生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是指能量的輸入、傳遞、轉化和散失的過程 D．生態(tài)系統(tǒng)中初級消費者越多，次級消費者獲得的能量越少 答案　C 解析　生態(tài)系統(tǒng)中的能量是單向流動、逐級遞減的。物質循環(huán)是能量流動的載體，而能量流動是物質循環(huán)的動力，生態(tài)系統(tǒng)的能量流動不能隨著物質循環(huán)而循環(huán)。生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是指生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉化和散失的過程。生態(tài)系統(tǒng)中初級消費者越多，次級消費者獲得的能量也越多。 5． 下列有關生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的敘述，正確的是 (　　) A．兔子吃了1千克的草，則這1千克草中的能量就流入了兔子體內 B．一只狼捕食了一只兔子，則這只兔子中約有10%～20%的能量流入狼的體內 C．生產者通過光合作用合成有機物，能量就從無機環(huán)境流入生物群落 D．生態(tài)系統(tǒng)的能量是伴隨著物質循環(huán)而被循環(huán)利用的 答案　C 解析　兔子吃的草中的能量一部分被兔子同化，一部分殘留在糞便中，故A錯誤；能量傳遞效率中的10%～20%指的是營養(yǎng)級與營養(yǎng)級之間的傳遞效率，并非個體與個體之間的，故B錯誤；生產者通過光合作用合成有機物來固定太陽能，而太陽能來自無機環(huán)境，故C正確；生態(tài)系統(tǒng)中的能量是單向流動的，最終都會以熱能的形式散失，故D錯誤。 6． 如圖所示是碳循環(huán)過程示意圖，下列敘述正確的是 (　　) A．圖中①～⑤所表示的生理過程是生物圈維持穩(wěn)態(tài)的重要因 素 B．增加圖中A、D、E等各營養(yǎng)級生物的數量可提高該生態(tài) 系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性 C．圖中的食物鏈只有3條 D．大氣中C的含量增多是造成溫室效應的主要原因，通過控制B、D、E的活動和增 加A的數量能得到緩解 答案　A 解析　參與碳循環(huán)的生理過程主要是生產者的光合作用、生產者和消費者的呼吸作用以及分解者的分解作用，都是生物圈維持穩(wěn)態(tài)的重要因素，故A正確；生態(tài)系統(tǒng)中，生物種類越多，食物鏈和食物網的結構越復雜，生態(tài)系統(tǒng)越穩(wěn)定，故B錯誤；圖中的A、D、E只是代表營養(yǎng)級，所以不能確定圖中食物鏈的數目，故C錯誤；圖中參與碳循環(huán)過程的生物有生產者A，消費者D、E，分解者B，C為大氣中的CO2庫，造成溫室效應的原因是大量化學燃料的燃燒，使大氣中二氧化碳增多，緩解的措施主要是減少化學燃料的使用，其次是植樹造林、開發(fā)新能源等，故D錯誤。 7． 某生態(tài)系統(tǒng)中的四種生物構成一條食物鏈a→b→c→d，通過測定得到這四種生物a、b、c、d所含的有機物總量分別為M1、M2、M3和M4。下列敘述中錯誤的是 (　　) A．M1一定不是a種群固定的太陽能總量 B．若M1<5M2，則生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)可能遭到破壞 C．d個體所含的有機物的質量應比c個體的小 D．若M2大量增加，一般會導致M1減少、M3增加 答案　C 解析　生產者固定的太陽能總量中會通過細胞呼吸損失一部分，故A正確；根據能量流動的特點，前一營養(yǎng)級同化的能量要大于或等于后一營養(yǎng)級同化的能量的5倍，才能滿足后一營養(yǎng)級的能量需要，故B正確；相對較高營養(yǎng)級的個體不一定比相對較低營養(yǎng)級的個體小，如虎與兔，故C錯誤；一定時間內，M2大量增加會導致被捕食者減少，捕食者增多，故D正確。 8． 對下列兩條食物鏈的分析正確的是 (　　) ①玉米→人?、谟衩住！? A．一個吃玉米的人獲得的能量一定比一個吃牛肉的人獲得的能量多 B．能量沿食物鏈單向流動，傳遞效率隨營養(yǎng)級升高而逐級遞減 C．長期堅持素食可緩解世界糧食短缺問題 D．若種植玉米的土壤中含相同濃度的某重金屬鹽，則②中的人比①中的人重金屬元素積累少 答案　C 解析　能量的傳遞效率是10%～20%，與營養(yǎng)級高低沒有直接關系，故B錯誤；長期堅持素食，可減少能量傳遞過程中的損失，有利于緩解世界糧食短缺問題，故C正確；重金屬元素在食物鏈中流動時存在富集現象，營養(yǎng)級越高，富集作用越強，所以②中的人體內重金屬元素積累相對較多，故D錯誤。 9． 如圖為草原生態(tài)系統(tǒng)的能量流動圖解模型，A、B、C分別表示流入各營養(yǎng)級生物的能量，D、E、F分別表示各營養(yǎng)級生物用于生長、發(fā)育和繁殖的能量，G、H、I分別表示草、兔子、狼呼吸作用消耗的能量，J、K、L分別表示流入分解者的能量。下列說法中，正確的是 (　　) A．圖中A＝D，B＝E，C＝F B．K中能量包括兔子尸體及狼糞便中的能量 C．食物鏈中能量最少的是分解者所處的營養(yǎng)級 D．第一營養(yǎng)級與第二營養(yǎng)級間的能量傳遞效率是E/D 答案　B 解析　圖中應是A>D，B>E，C>F；食物鏈中能量最少的是狼所處的營養(yǎng)級；第一營養(yǎng)級與第二營養(yǎng)級間的能量傳遞效率是B/A。 10．如圖甲表示某生態(tài)系統(tǒng)的能量錐體圖，P為生產者，Q1為初級消費者，Q2為次級消費者?，F對圖中的各營養(yǎng)級所含有的能量進行分類剖析，其中分析不正確的是(注：圖乙中a、a1、a2表示上一年留下來的能量，e、e1、e2表示呼吸消耗量) (　　) A．b＋c＋d＋e為本年度流入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量 B．c1表示初級消費者中被次級消費者所同化的能量 C．b和d之一可代表生產者傳遞給分解者的能量 D．初級消費者產生的糞便中所含的能量是包含在c中的 答案　D 解析　由圖可知，c、c1分別是生產者流入初級消費者、初級消費者流入次級消費者的能量，即初級消費者、次級消費者同化的能量。b＋c＋d＋e為生產者固定的能量，即本年度流入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量；b和d(b1和d1、b2和d2)之一可代表糞便、遺體殘骸等傳遞給分解者的能量；初級消費者產生的糞便中所含的能量屬于生產者同化的能量，應包含在b或d中。 11．一只羊在一年內吃了100 kg的草，排出20 kg的糞，長了10 kg的肉(不考慮其他散失)，下列有關說法不正確的是 (　　) A．該羊一年的同化量是80 kg B．第一營養(yǎng)級到第二營養(yǎng)級的能量傳遞效率為10% C．20 kg的糞屬于羊未同化的能量 D．該羊一年的呼吸量是70 kg 答案　B 解析　羊一年的同化量＝攝入量－糞便量＝80 kg。糞便是羊未同化的能量。羊一年的呼吸量＝同化量－有機物積累量＝70 kg。題干中未指出草的同化量，故不能計算出第一營養(yǎng)級到第二營養(yǎng)級的能量傳遞效率。 12．如圖為碳循環(huán)的主要途徑，下列有關敘述錯誤的是 (　　) A．圖中B能實現光能→電能→化學能的轉化 B．碳元素在B→C→D中以有機物的形式流動 C．B、E是實現生物群落與無機環(huán)境溝通的關鍵環(huán)節(jié) D．B、C、D被E食用，E處于第二、三、四營養(yǎng)級 答案　D 解析　由圖可以看出A為無機環(huán)境、B為生產者、C為初級消費者、D為次級消費者、E為分解者，所以B能實現光能→電能→化學能的轉化；B、E是實現生物群落與無機環(huán)境溝通的關鍵環(huán)節(jié)；而E表示分解者，不占營養(yǎng)級。 13．某山區(qū)于25年前發(fā)生森林火災，焚毀所有林木。該地區(qū)25年間沒有人類活動的干擾，經過演替形成相對穩(wěn)定的森林生態(tài)系統(tǒng)。請回答下列問題： (1)火災后，群落的演替類型是____________。整個過程中，生物種類、數量及有機物含量的變化趨勢是__________(填“增加”、“減少”或“不變”)，生態(tài)系統(tǒng)的____________穩(wěn)定性提高。 (2)嚴重的森林火災會破壞生態(tài)平衡，但適當的“地面火”能燒掉枯枝落葉，對該生態(tài)系統(tǒng)是有利的，其原因是___________________________________________________ ________________________。 (3)調查人員在該地區(qū)發(fā)現了有藥用價值的五味子，可食用的榛蘑、榆黃蘑，以及矮鹿、狼等多種生物。請寫出該地區(qū)的一條捕食鏈：_______________________________。 (4)該生態(tài)系統(tǒng)中的生產者合成的有機物除了供自身呼吸作用消耗外，還能夠提供給____________和流入________________________。 答案　(1)次生演替　增加　抵抗力 (2)加速生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán) (3)五味子→矮鹿→狼 (4)分解者　下一營養(yǎng)級(或初級消費者) 解析　(1)森林發(fā)生火災后，還保留土壤、植物根等，故火災后發(fā)生的群落演替是次生演替。在次生演替過程中，生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結構趨于復雜化，生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性提高。(2)“地面火”會將地面落葉焚燒，加快生態(tài)系統(tǒng)中物質的循環(huán)，故對生態(tài)系統(tǒng)有利。(3)狼捕食矮鹿，矮鹿捕食植物，比如五味子等。注意書寫食物鏈時起點一定是生產者。(4)生產者同化的能量一部分被自身呼吸作用消耗，一部分用于自身生長、發(fā)育和繁殖等生命活動，儲存在植物體的有機物中，其中構成植物體的有機物中的能量又可流向初級消費者和分解者。 14．如圖是生態(tài)系統(tǒng)中部分成分及彼此間的關系，根據圖示回答下列關于生態(tài)系統(tǒng)的問題： (1)圖中由于缺少____________________和____________，故不能構成生態(tài)系統(tǒng)。 (2)圖中食物網中仙人掌屬于生態(tài)系統(tǒng)的______________(成分)，鷹和蛇的種間關系是__________________。 (3)該食物網中碳元素以________________的形式流動，動力是________________________________________________________________________。 (4)若該圖是食物網內能量流動的圖解，①～⑥表示相關過程的能量流動量，則流入該食物網中的總能量是____________________________________，⑥/②的值表示__________________________。 答案　(1)非生物的物質和能量　分解者 (2)生產者　捕食和競爭　(3)有機物　能量流動 (4)仙人掌和矮灌木通過光合作用固定的太陽能　螞蟻→老鼠的能量傳遞效率 解析　生態(tài)系統(tǒng)包括非生物的物質和能量、生產者、消費者及分解者。仙人掌和矮灌木是生產者。鷹捕食蛇，同時鷹和蛇又都捕食金花鼠和老鼠，故二者的種間關系為捕食和競爭關系。食物網、食物鏈中碳元素以有機物的形式流動，動力是能量流動。仙人掌和矮灌木通過光合作用固定的太陽能是流入該食物網中的總能量。⑥是老鼠從螞蟻中同化的能量，②是螞蟻從矮灌木中同化的能量，故⑥/②的值是老鼠和螞蟻之間的能量傳遞效率。 15．下面是生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)示意圖，請據圖回答： (1)生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)首先依賴于綠色植物的________________。 (2)圖中分解者通過____________或____________方式將生物組織內的碳釋放到大氣中。 (3)圖示A中的碳，除碳酸鹽外，通過____________作用回到大氣中。 (4)在無機環(huán)境與生物群落之間，碳元素主要以__________的形式進行循環(huán)，循環(huán)始終與____________結合在一起進行。碳元素在生物群落中以______________的形式存在。 答案　(1)光合作用　(2)有氧呼吸　無氧呼吸　(3)燃燒 (4)CO2　能量流動　有機物 解析　(1)無機環(huán)境中的碳一般通過綠色植物的光合作用進入生物群落。(2)分解者能夠通過有氧呼吸或無氧呼吸將生物組織內的碳釋放到大氣中。(3)圖示A中的碳，除碳酸鹽外，一般通過化學燃料燃燒的形式返回到大氣中。(4)碳在無機環(huán)境與生物群落之間主要以CO2的形式進行循環(huán)；物質循環(huán)往往伴隨著能量流動。在生物群落中，碳主要以有機物的形式存在。 教師備課資源 1． 利用“拼圖法”解決能量流動中的難題 輸入第一營養(yǎng)級的能量(W1)被分為兩部分：一部分在生產者的呼吸作用中以熱能的形式散失了(A1)，一部分則用于生產者的生長、發(fā)育和繁殖。而后一部分能量中，包括現存的植物體B1、流向分解者的C1、流向下一營養(yǎng)級的D1。 (1)流經整個生態(tài)系統(tǒng)的總能量是生產者固定的總能量，即W1。將圖中第三營養(yǎng)級同化的總能量D2“拼回”第二營養(yǎng)級，則剛好等于D1，即第二營養(yǎng)級同化的總能量；再將D1“拼回”第一營養(yǎng)級，則剛好等于生產者固定的總能量W1?？梢姡谝粋€草原生態(tài)系統(tǒng)中，草原上所有生物的總能量都來自W1，所有生物總能量之和都小于W1(呼吸作用消耗的緣故)。 (2)能量傳遞效率不會是100%。從上圖可以看出，從第一營養(yǎng)級向第二營養(yǎng)級能量的傳遞效率等于D1/W1，因此不會達到100%，一般情況下，能量傳遞效率為10%～20%。 (3)在解決有關能量傳遞的計算問題時，首先要確定相關的食物鏈，理清生物與生物在營養(yǎng)級上的差值。 2． 生態(tài)金字塔 不同的生態(tài)金字塔能形象地說明各營養(yǎng)級與能量、生物量、數量之間的關系，是定量研究生態(tài)系統(tǒng)的直觀體現。 類型 項目 能量金字塔 數量金字塔 生物量金字塔 含義 各營養(yǎng)級生物所含能量 各營養(yǎng)級生物的“個體數量” 各營養(yǎng)級“現存生物的總質量” 形狀 圖形 特點 呈正金字塔形 一般呈正金字塔形，有時會出現倒金字塔形，如樹上昆蟲與樹的數量關系 一般呈正金字塔形，某一時期內會出現倒金字塔形，如某一時間浮游植物的生物量可能低于浮游動物的生物量