幻灯片 1第4讲 生态系统的功能——能量流动和 物质循环
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幻灯片 2生态系统中物质循环和能量流动的基本规律及应用(Ⅱ)
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幻灯片 3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
输入
传递
转化
散失
光合作用
生产者
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幻灯片 4(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
食物链
答案：⑧分解者
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幻灯片 53．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
单向流动
逆转
循环流动
由低到高
逐级递减
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幻灯片 64．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
人工生态系统
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幻灯片 7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
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幻灯片 8CO2 CO2
有机物
食物链或食物网
CO2
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幻灯片 9(4)温室
效应
CO2
碳循环
融化
上升
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幻灯片 104．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。
各种组成成分
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幻灯片 11能量流动过程图解(以初级消费者为例)
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幻灯片 12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。
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幻灯片 13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 ( )。
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幻灯片 146．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.√
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幻灯片 15----
幻灯片 16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……)
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幻灯片 171．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。
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幻灯片 18----
幻灯片 19②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。
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幻灯片 203．流动模型——生态金字塔的类型、含义比较
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幻灯片 21----
幻灯片 22----
幻灯片 23★★★ 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。
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幻灯片 24【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)。
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幻灯片 25(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。
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幻灯片 26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
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幻灯片 27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。
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幻灯片 28【训练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) ( )。
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幻灯片 29A．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
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幻灯片 30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
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幻灯片 31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……)
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幻灯片 321．碳循环过程
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幻灯片 33----
幻灯片 342．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。
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幻灯片 353．能量流动和物质循环的区别与联系
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幻灯片 36----
幻灯片 374.能量流动和物质循环的关系图解
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幻灯片 38★ 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。
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幻灯片 39【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 ( )。
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幻灯片 40A．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
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幻灯片 41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
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幻灯片 42【训练2】
(2013·广东六校联考) “哥本哈根
气候变化大会”再次引起人们对温
室气体排放的关注，大会所倡导的
低碳生活获得普遍认同。根据右图
所示碳循环的部分过程进行的有关分析，正确的是(双选)
( )。
A．生物群落内部进行碳循环的物质形式是二氧化碳
B．参与②过程的生物包括生产者、消费者和分解者
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幻灯片 43C．③过程增强后②过程随之增强，不能通过增强③减少大气中CO2
D．开发太阳能、水能、核能等新能源，可减少人类对①过程的依赖
解析 本题考查生态系统的物质循环过程。生物群落内部碳以有机物的形式进行循环；通过大量植树造林等措施可以促进二氧化碳进入生物群落，从而减少空气中的二氧化碳。
答案 BD
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幻灯片 44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
规避2个易错点
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幻灯片 45----
幻灯片 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。
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幻灯片 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
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幻灯片 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%。
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幻灯片 49纠错演练
1．如图是生态系统中碳循环示意图，
其中“→”表示碳的流动方向，
下列叙述不正确的是 ( )。
A．在碳循环过程中，同时伴随着能
量流动
B．由于某种原因造成图中e生物数量大量减少，推测短期内与之相邻的两个营养级生物数量发生的变化是d增加，f减少
C．该生态系统的消费者包括图中的d、e、f、b
D．ac过程中碳的流动主要以CO2的形式进行，f→b过程中以含碳有机物的形式进行
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幻灯片 50解析 物质循环和能量流动是相互依存的，物质循环是能量流动的载体，能量流动是物质循环的动力。图中的食物链是a→d→e→f，如果e的数量大量减少，则它的食物来源d的数量在短期内会增加，而它的天敌f的数量在短期内会因食物减少而减少。b属于分解者，而不是消费者。c为大气中的CO2库，碳在a与c之间主要是以CO2的形式流动的，而在生物群落内是以含碳有机物的形式流动的。
答案 C
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幻灯片 512．如图为一食物网。若要使丙体重增加x，
已知其食用的动物性食物(乙)所占比例
为a，则至少需要的生产者(甲)的量为y，
那么x与y的关系可表示为 ( )。
A．y＝90ax＋10x B．y＝25ax＋5x
C．y＝20ax＋5x D．y＝10ax＋10x
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幻灯片 52解析 本题考查与生态系统能量流动有关的计算问题，明确题干中的“至少”和各种食物的比例是正确解题的关键。由题干中的“至少”可知，应该按最大传递效率20%计算，a表示动物性食物(乙)所占比例，则1－a表示直接从生产者(甲)获得食物所占比例，故有(1－a)x÷20%＋ax÷20%÷20%＝y，即y＝20ax＋5x。
答案 C
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幻灯片 53----
幻灯片 54答案 B
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幻灯片 55生态系统的能量流动
1.(2012·海南单科，19)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
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幻灯片 56解析 本题考查的是生态系统的结构和功能方面的知识。甲能固定太阳能，是生产者。乙以甲为食，是消费者。该生态系统的能量输出到其他生态系统中，故该生态系统是一个开放的系统。太阳能必须经过生产者的光合作用(化能合成作用)转化成化学能才能进入生态系统并开始流动。生态系统的能量可以电能、热能、化学能的形式输出。生产者所固定的太阳能是流经生态系统的总能量。
答案 D
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幻灯片 572．(2010·江苏单科，11)有人发起“多吃素食、少吃肉食”的运动，以支援粮食短缺地区的灾民。运用生态学知识对此的合理解释是 ( )。
A．多吃肉食会增加心血管病的发病率
B．直接以低营养级的生物为食将消耗生态系统更多的能量
C．多吃肉食比多吃素食消耗的粮食总量更多
D．节省的肉食可以帮助灾民提高营养水平
解析 “多吃素食，少吃肉食”能节约粮食，其生态学原理在于降低人在食物链中的营养级，从而节约更多的粮食。故正确答案为C。
答案 C
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幻灯片 583．(2012·四川理综，31Ⅰ)为防治农田鼠害，研究人员选择若干大小相似、开放的大豆田，在边界上每隔一定距离设置适宜高度的模拟树桩，为肉食性猛禽提供栖息场所。设桩一段时间后，测得大豆田中田鼠种群密度的变化如图所示。请回答下列问题。
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幻灯片 59(1)该农田生态系统的主要成分是________，猛禽与田鼠的种间关系是________。
(2)该生态系统中田鼠的种群密度是由___________________决定的；b点以后田鼠种群密度大幅上升，从田鼠生存环境变化的角度分析，其原因是_________________________。
(3)与曲线Ⅱ相比，曲线Ⅰ所示环境中猛禽的密度________。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________关系，使人们从中更多获益。
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幻灯片 60解析 本题主要考查种群、群落、生态系统的相关知识。(1)生态系统的主要成分是生产者，该农田生态系统的生产者主要是大豆。猛禽以田鼠为食，二者之间是捕食关系。(2)种群密度的大小是由出生率、死亡率，迁入、迁出决定的；影响种群密度大小的因素有许多，主要是天敌和食物，由图中信息，b点大豆株冠形成，b点以后田鼠种群密度快速增加，从田鼠生存环境变化的角度分析，其原因之一是田鼠能更好地逃避天敌，由图中信息，大豆开花结实、植株萎蔫两阶段田鼠种群密度分别增大和下降，可推知食物对田鼠种群密度影
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幻灯片 61响较大。(3)曲线Ⅰ田鼠种群密度低于曲线Ⅱ，可推知曲线Ⅰ所示环境中猛禽密度更大；在该农田生态系统中可通过合理植树，适量引入田鼠的天敌，从而调整能量流动的关系，使能量最大限度地流向对人类有益的部分。
答案 (1)大豆 捕食 (2)出生率和死亡率、迁入和迁出 株冠形成有利于躲避天敌；食物增加 (3)更大 能量流动
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幻灯片 62物质循环与能量流动的综合考查
4.(2010·广东理综，26)气候变化与生态系统的碳循环密切相关。下表为A、B两个不同时期陆地生态系统与大气环境的碳交换情况。
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幻灯片 63请回答下列问题。
(1)生态系统碳的吸收主要是通过________作用实现的，碳的释放主要是通过________作用实现的。
(2)表中________时期的生态系统处于稳定状态，原因是____________。
(3)由于过度的人工碳排放，破坏了生态系统的________，导致大气中________增加并引起全球气候变化。
(4)人们正在积极开发新能源以减少碳排放。如“叶绿素太阳能电池”是模仿类囊体吸收光能的特性而制造的，类囊体吸收光能的过程发生在光合作用的________阶段；又如经改造的蓝藻能在细胞内将光合作用产生的________直接发酵转化为燃料乙醇。
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幻灯片 64解析 本题主要考查生态系统碳循环与气候变化的相关知识，如：光合作用、呼吸作用、温室效应以及生态系统的稳定性等知识。(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，CO2的吸收主要依靠光合作用实现，其次还有化能合成作用；CO2的释放主要依靠呼吸作用实现，其次还有化学燃料的燃烧。(2)表中A时期碳吸收量等于碳释放量，生态系统维持稳定，而B时期碳吸收量小于碳释放量，生态系统的稳定性遭到破坏。(3)过度的人工碳排放超过了生态系统的自我调节能力，生态系统的稳定性遭到破坏。CO2排放的增加导致温室效应，引起全球气候变化。(4)光合作用
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幻灯片 65的光反应阶段发生在类囊体薄膜上，光合作用的产物是有机物和氧气，其中有机物(葡萄糖)可作为发酵的直接原料。
答案 (1)光合 呼吸 (2)A 碳的释放量等于碳的吸收量 (3)碳循环平衡 CO2浓度 (4)光反应 葡萄糖
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幻灯片 66见Word版限时规范训练
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