1．生态系统的能量来自于生产者固定的太阳能，经食物链和食物
网的传递，最终以热能形式散失。
2．输入第一营养级能量的四个去向：一部分呼吸消耗以热能形式
散失；一部分用于生产者自身生长、发育繁殖储存于有机物中；
一部分随残枝败叶被分解者分解；另一部分则被初级消费者摄
入体内流入第二营养级。
3．生态系统能量流动具有两个明显特点，即：能量流动是单向的；
能量在流动过程中逐级递减，有效传递率只有10%～20%。
4．组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素，都不断进行着从无
机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程，即生
态系统的物质循环，具有全球性和循环流动的特点。
5．能量流动和物质循环是生态系统的主要功能，二者同时进行，
相互依存，不可分割，物质是能量流动的载体，能量是物质循
环的动力。
一、生态系统的能量流动
1．概念理解
—
?
—
?
—太阳能→有机物中化学能→热能
?
—
2．过程图解
某一营养级能量的摄入量、同化量和粪便量之间有怎样的关系？
提示：摄入量＝同化量＋粪便量。
3．能量流动的特点和意义[判断正误]
(1)生态系统中的能量流动是单向的，且是逐级递减的。(√)
(2)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%。(×)
(3)能量金字塔可以出现倒置现象。(×)
(4)研究能量流动，可合理设计人工生态系统，高效利用能量。(√)
(5)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。(×)
二、生态系统的物质循环
1．碳循环过程
图中①光合作用；②呼吸作用；③摄食；④呼吸作用；⑤燃烧；⑥分解作用。
大气中CO2进入生物群落的途径有哪些？
提示：大气中CO2 主要通过光合作用进入生物群落，除此之外还可通过化能合成作用进入生物群落。
2．物质循环及其与能量流动的关系[判断正误]
(1)参与循环的物质是组成生物体的各种化合物。(×)
(2)物质循环的范围是生物圈。(√)
(3)碳循环在生物群落和无机环境之间主要以有机物形式循环。(×)
(4)化学燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因。(√)
(5)物质和能量都是往复循环，重复利用的。(×)
(6)物质循环是能量流动的载体，能量流动是物质循环的动力。(√)
[知识体系构建]
生态系统的能量流动分析
(1)[2010·海南卷T23(1)]驱动整个生态系统运转的能量主要来源于绿色植物固定的太阳能。(√)
(2)[2012·安徽卷T30Ⅱ(3)]田鼠和鼬都是恒温动物，同化的能量中一部分用于生长、发育、繁殖等生命活动，其余在呼吸作用中以热能形式散失。(√)
(3)(2008·广东卷T15A)生产者是生态系统的重要组成部分，都位于能量金字塔同一营养级。(√)
(4)(2009·江苏卷T17A)虎等大型肉食动物容易成为濒危物种适宜用生态系统中能量流动规律进行合理分析。(√)
(5)(2010·江苏卷T11B)直接以低营养级的生物为食将消耗生态系统更多的能量。(×)
(6)[2012·四川卷T31Ⅰ(3)]若在农田周围合理植树，可控制鼠害，从而帮助人们合理地调整该生态系统中的能量流动关系，使人们从中更多获益。(√)
1．能量在流经每一营养级时的分流问题分析
(1)能量来源分析：
生产者的能量来自太阳能；各级消费者的能量一般来自上一个营养级(同化量＝摄入量－粪便中所含能量)。
(2)能量去路分析：
①每个营养级生物呼吸作用的能量一部分用于生命活动，另一部分以热能形式散失。
②每个营养级生物一部分能量流到下一个营养级中。
③每个营养级生物的遗体、粪便、残枝败叶中的能量被分解者分解而释放出来。
④未利用能量(最终被分解者利用，因此，也可归为③)。
2．流动特点的原因分析
(1)单向流动：
①能量流动是沿食物链进行的，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。
②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：
①各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。
②各营养级的能量有多个流动去向，不可能100%地流入到下一个营养级中。
(3)能量传递效率：
能量传递效率＝×100%
一般说来，能量传递的平均效率大约为10%～20%。
3．三种生态金字塔的比较
能量金字塔
数量金字塔
生物量金字塔
形状
特点
一定为正金字塔形
一般为正金字塔形，有时会出现倒金字塔形
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
一般生物量(现存生物有机物的总质量)沿食物链升高逐级递减
每一阶含义
食物链中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
每一营养级生物的有机物总量
特殊形状
无(一定正立)
树→昆虫→鸟
人工养殖的鱼塘中，生产者的生物量可以小于消费者的生物量
高考地位
近几年高考对本考点考查频率较高，属高考重点，主要考查能量流动特点、传递效率计算等
命题角度
(1)能量流动过程分析，如典例1；
(2)能量流动特点及计算，如典例2。
[典例1] 下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而进行的
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，缺少甲中因呼吸以热能散失的能量
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] 选D 由图可知，甲为初级消费者同化的能量，即第二营养级所含有的能量；乙为初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量，即第二营养级所含的能量减去因呼吸以热能形式散失的能量之后而剩余的能量，该部分的能量最终将有两个去向，一是遗体、残骸中的能量被分解者利用，二是被次级消费者摄入。乙和甲处于同一个营养级，乙比甲的能量少的原因是呼吸作用消耗。
[典例2] (2013·杭州模拟)某一生态系统中，已知一只鹰增重2 kg 要吃10 kg小鸟，小鸟增重0.25 kg要吃2 kg昆虫，而昆虫增重100 kg要吃1 000 kg绿色植物。在此食物链中这只鹰对绿色植物的能量利用百分率为( )
A．0.05% B．0.5%
C．0.25% D．0.025%
[解析] 选C 据该生态系统的能量传递效率可知，鹰增重1 kg需要小鸟5 kg，需要昆虫为(5/0.25)×2＝40 kg，最终需要绿色植物400 kg，因此鹰对绿色植物的能量利用百分率为1/400＝0.25%。
生态系统的物质循环
(1)[2010·海南卷T23(1)]碳在生物群落与无机环境之间的循环主要以CO2的形式进行。(√)
(2)[2010·海南卷T23(2)]分解者通过有氧呼吸和无氧呼吸的方式将有机物分解成CO2等释放到无机环境中。(√)
(3)(2010·全国Ⅱ卷T3D)植物可通过呼吸作用和光合作用参与生态系统的碳循环。(√)
(4)[2010·广东卷T26(4)]由于过度的人工碳排放，破坏了生态系统的碳平衡，导致大气中二氧化碳浓度增加并引起全球气候变化。(√)
(5)(2013·桐城模拟)生态系统中的能量可驱动物质循环。(√)
1．物质循环分析
范围
生物圈(全球)
物质对象
组成生物体的化学元素
形式
生物群落与无机环境间：无机物
生物群落内：有机物
动力
能量
重要生物类群
生产者：物质、能量输入
分解者：物质、能量输出
特点
全球性、循环性
2．碳循环过程
(1)碳进入生物群落的途径：生产者的光合作用或化能合成作用。
(2)碳返回无机
环境的途径
(3)温室效应的产生原因：
①化学燃料的大量燃烧，产生大量CO2。
②植被破坏，降低了对大气中CO2的调节能力。
3．物质循环与能量流动的关系
项目
能量流动
物质循环
形式
主要以有机物为载体
无机物、有机物
特点
单向流动，逐级递减
循环往复
范围
生态系统的各营养级
生物圈(全球性)
联系
同时进行，相互依存，不可分割：①能量的固定、储存、转移和释放，离不开物质的合成和分解；②物质是能量沿食物链(网)流动的载体；③能量是物质在生态系统中循环往复的动力
高考地位
近几年高考对本考点的涉及较少，但题目的命制常与细胞代谢、能量流动及低碳经济等社会热点问题相联系进行考查
命题角度
(1)碳循环过程和温室效应，如典例3；
(2)物质循环原理的应用，如典例4。
[典例3] (2013·大连双基测试)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。下列分析错误的是( )
A．④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 温室效应产生的主要原因是化学燃料的大量燃烧，而④是分解者的呼吸作用；该图表示生态系统中碳循环的部分过程，故箭头可以表示碳元素的循环方向；分析题图可知，甲是生产者，乙是初级消费者，两者的种间关系需要通过信息传递进行调节；细胞呼吸产生的CO2能释放到无机环境中。
[典例4] 建设生态农业时巧设、增设食物链的目的不包括( )
A．努力实现物质的分层次多级利用
B．减轻对环境的污染，提高抵抗力稳定性
C．加强生物防治，控制有害生物的危害
D．实现物质和能量的循环，使废物资源化
解析：选D 生态农业建设实现了能量的多级利用，而不能实现能量的循环利用。
实验平台—
一、实验原理
(1)土壤中存在种类、数目繁多的细菌、真菌等微生物，它们在生态系统中的成分为分解者。
(2)分解者的作用是将环境中的有机物分解为无机物，其分解速率与环境中的温度、水分等生态因子有关。
二、实验流程
案例1
案例2
实验假设
微生物能分解落叶使之腐烂
微生物能分解淀粉
实验设计
实验组
对土壤高温处理
A杯中加入30 mL土壤浸出液
对照组
对土壤不做任何处理
B杯中加入30 mL蒸馏水
自变量
土壤中是否含微生物
是否含有微生物
实验现象
在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组
A
A1
不变蓝
A2
产生砖红色沉淀
B
B1
变蓝
B2
不变色
结论分析
微生物对落叶有分解作用
土壤浸出液中的微生物能分解淀粉
[高考实验对接]
技法平台—
[典例] (1)在右图所示食物网中，E是生产者，共含有7.1×109 kJ的能量，B生物种群总能量为2.3×108 kJ，从理论上计算A最多获得的能量是( )
A．2.84×108 kJ B．2.38×108 kJ
C．1.41×109 kJ D．3.05×108 kJ
(2)在右图所示的食物网中，假如猫头鹰的食物有2/5来自于兔子，2/5来自于鼠，1/5来自于蛇，那么猫头鹰若增加20 g体重，最少需要消耗植物( )
A．600 g B．900 g
C．1 600 g D．5 600 g
(3)某同学绘制了下图所示的能量流动图解，下列叙述不正确的是( )
A．生产者固定的总能量可表示为(A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2)
B．由生产者到初级消费者的能量传递效率为D1/W1
C．初级消费者摄入的能量为(A2＋B2＋C2＋D2)
D．W1＞D1＋D2
[解析] (1)解题流程如下：
(2)设最少需消耗植物量为x g则有：
x＝20×÷(20%)2＋20×÷(20%)2＋20×÷(20%)3＝900 (g)
(3)由图可知，W1为生产者固定的太阳能，W1＝A1＋B1＋C1＋D1；D1为初级消费者同化的能量，D1＝A2＋B2＋C2＋D2。
[答案] (1)B (2)B (3)C
1．能量传递效率相关计算中的注意事项
(1)流入各级消费者的总能量指的是该级消费者同化的总能量，消费者粪便中所含有的能量不能计入其同化的总能量中。因此，同化量＝摄入量－粪便中的能量。
(2)能量传递效率＝某一个营养级的同化量/上一个营养级的同化量。
(3)计算某一生物所获得的最多(最少)的能量规律(设食物链为A→B→C→D)：
已知
问题
求解思路
D营养级
净增重M
至少需要A营养级多少(设为N)
N＝M÷(20%)3
最多需要A营养级多少(设为N)
N＝M÷(10%)3
A营养级
净增重N
D营养级最多增重多少(设为M)
M＝N×(20%)3
D营养级至少增重多少(设为M)
M＝N×(10%)3
(4)涉及多条食物链的能量流动计算时，若根据要求只能选择食物网中的一条食物链，计算某一生物获得的最多(或最少)的能量。其规律如下：
生产者消费者
2．利用“拼图法”巧解能量流动中的难点
(1)输入第一营养级的能量分析：
输入第一营养级的能量(W1)，被分解为两部分：一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了(A1)，一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖(B1＋C1＋D1)。而后一部分能量中，包括现存的植物体B1、流向分解者的C1、流向下一营养级的D1。
(2)流经整个生态系统的总能量是生产者固定的总能量，即W1。将图中第三营养级同化的总能量D2“拼回”第二营养级，则刚好等于D1，即第二营养级同化的总能量；再将D1“拼回”第一营养级，则刚好等于生产者固定的总能量W1。可见，在一个生态系统中，所有生物的总能量都来自W1，所有生物总能量之和都小于W1(呼吸作用消耗的缘故)。
[高考随堂体验]
一、选择题(每小题5分，共60分)
1．(2012·海南高考)下图为某生态系统的能量流动简图，下列叙述错误的是( )
A．甲是生产者，乙是消费者
B．该生态系统是一个开放的系统
C．能量通过光合作用固定并进入系统，可以热能形式输出
D．甲、乙和分解者所贮存的能量之和是输入该生态系统的总能量
解析：选D 根据题中简图可知，甲能够固定太阳能，为生产者，乙从甲获取能量，为消费者；该生态系统需要从外界获得能量，同时能量也可以扩散到外界，是一个开放的生态系统；能量通过光合作用进入生态系统，经过生产者、消费者和分解者的呼吸作用后有一部分以热能的形式散失，而输入该生态系统的总能量是生产者甲固定的太阳能总量，故甲、乙和分解者贮存能量之和小于输入该生态系统的总能量。
2．(2010·山东高考)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
解析：选C 恒温动物需要消耗更多的能量维持体温，所以有机物的积累量(④)较少，其④/③一般低于变温动物。哺乳动物与其食物之间的能量传递效率应为：③/(①＋未获取量)。肉食动物与草食动物的③/②大小无法比较。③/②越高，说明有更多的食入量转变成饲养动物的同化量，有利于提高动物的生长量。
3．(2012·安徽高考)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)。
植物
田鼠
鼬
固定的
太阳能
摄入量
同化量
呼吸量
摄入量
同化量
呼吸量
2.45×1011
1.05×109
7.50×108
7.15×108
2.44×107
2.25×107
2.18×107
(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1hm2范围内，第一次捕获标记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形式散失。
解析：(1)能量从田鼠传递到鼬的效率是(2.25×107)÷(7.50×108)＝3%。
(2)40×30÷15＝80只/hm2，该种群密度是80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偏高。
(3)田鼠和鼬都是恒温动物，同化的能量中只有3%～5%用于生长、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。
答案：(1)3% (2)80只/hm2 偏高 (3)生长、发育、繁殖等生命活动
4．(2010·海南高考)请回答：
(1)碳在生物群落与无机环境之间的循环主要以________的形式进行。驱动整个生态系统运转的能量主要来源于________的太阳能。
(2)分解者通过____________和________的方式将有机物分解成CO2等释放到无机环境中。
(3)右图所示的食物网中共有________条食物链，其中初级消费者是________。
(4)如果环境中的某种有毒物质在生物体内既不能分解，也不能排出体外，则该物质经________的传递后，便可在不同的生物体内积累。因此，通常生物所在的________越高，该有毒物质在其体内的积累量越大。
解析：(1)生态系统运转的能量主要来源于绿色植物固定的太阳能。(2)分解者通过分解作用将有机物分解成无机物，这里有两个空，就具体写有氧呼吸、无氧呼吸。(3)食物链的起点是生产者，终点是最高级别的消费者，图中有3条食物链；要分别考虑各条食物链中的初级消费者(第二营养级)。(4)有毒物质可通过生物富集作用沿食物链逐级增加，营养级越高，含有的有毒物质越多。
答案：CO2 绿色植物固定(或光合作用固定) (2)有氧呼吸 无氧呼吸(或发酵) (3)3 兔和鼠 (4)食物链 营养级
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