高考生物浙科版通用一轮复习配套word文档第九单元第31讲能量流动与物质循环生态系统的稳态及其.docx

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第31讲　能量流动与物质循环　生态系统的稳态及其调节

[考纲要求]　

1.生态系统的能量流动和物质循环（Ⅱ）。

2.生态系统的稳态及其调节（Ⅱ）。

一、生态系统中的能量流动

1．含义：

指在生态系统中，能量不断沿着太阳→植物→植食动物→肉食动物→顶位肉食动物的方向流动。

2．渠道：

沿食物链的营养级依次传递。

3．过程分析

（1）输入生态系统的总能量：

生产者固定的太阳能。

（2）起点：

从生产者固定的太阳能开始。

（3）每个营养级能量的去路是：

呼吸消耗、下一营养级同化、分解者分解。

（4）结果：

最终以热的形式耗散到周围空间中去。

4．特点

（1）单方向、不可逆：

能量只能从前一营养级流向后一营养级，而不能反向流动。

（2）逐级递减：

传递效率一般为10%～20%。

[判一判]

1．生态系统的能量流动指能量的输入和输出过程（　×　）

提示　还包括传递和转化过程。

2．流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能（　×　）

提示　是生产者固定的太阳能或化学能。

3．散失的热能可以被生产者固定再次进入生态系统（　×　）

提示　生产者只能利用太阳能或化学能（化能合成作用），不能利用热能。

4．流经第二营养级的总能量指次级消费者摄入到体内的能量（　×　）

提示　初级消费者同化的能量。

二、生态系统的物质循环

1．碳循环的路线

大气圈→植物和动物→分解者→大气圈。

2．碳循环的特点

（1）反复利用，往复循环。

（2）具有全球性。

3．大气圈中的CO2变化特点

有着明显的昼夜变化和季节变化。

[判一判]

1．参与循环的物质是组成生物体的各种化合物（　×　）

提示　元素。

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（　×　）

提示　CO2。

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（　×　）

提示　物质循环，能量单向流动不循环。

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（　√　）

三、生态系统的稳态及其调节

1．稳态的含义

生态系统内部的所有成分彼此相互协调，保持稳定。

2．稳态的调节

（1）调节方式：

自我调节。

（2）调节类型：

负反馈和正反馈。

负反馈的特点：

抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化。

结果使生态系统保持稳定。

考点一　分析生态系统的能量流动

1．观察下面的能量流动过程图解，回答相关问题。

（1）能量的来源：

太阳能。

（2）起点：

从生产者固定太阳能开始。

（3）流经生态系统的总能量：

生产者通过光合作用所固定的全部太阳能。

（4）渠道：

食物链和食物网。

（5）能量转化：

太阳能→有机物中的化学能→热能（最终散失）。

（6）流动形式：

有机物中的化学能。

（7）散失途径：

呼吸作用，包括各个营养级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：

以热能形式散失。

2．观察下图能量在营养级之间流动过程图解，回答相关问题。

（1）摄入量、同化量、粪便量三者之间的关系是摄入量＝同化量＋粪便量。

（2）在各营养级中，能量的三个去路：

①通过呼吸作用以热能的形式散失；②被下一营养级生物利用；③被分解者利用。

（3）概括能量流动的特点

①单向流动：

能量只能沿着食物链由低营养级流向高营养级。

②逐级递减：

相邻两个营养级的能量传递效率约为10%～20%。

3．写出能量传递效率的计算公式

相邻两个营养级的传递效率＝×100%。

易错警示　

（1）生态系统中同化量和摄入量的比较

同化量为每一营养级通过摄食并转化成自身有机物的能量，摄入量是消费者摄入的能量，同化量＝摄入量－粪便量。

消费者产生的粪便中的能量，不属于该营养级同化的能量，它实际上与上一营养级的遗体、残骸一样，属于未被利用的那部分能量。

（2）能量传递效率与能量利用效率的比较

能量传递效率：

能量在沿食物链流动的过程中，逐级减少，若以“营养级”为单位，能量在相邻两个营养级之间的传递效率约为10%～20%。

其计算公式为能量传递效率＝（下一营养级同化量/上一营养级同化量）×100%。

能量利用效率：

通常考虑的是流入人体中的能量占生产者能量的比值，或流入最高营养级的能量占生产者能量的比值，或考虑分解者的参与，以实现能量的多级利用。

在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多，因此食物链越短，能量利用效率越高；同时，生态系统中生物种类越多，营养结构越复杂，抵抗力稳定性越强，能量利用效率越高。

1．如图为某生态系统中能量流动图解部分示意图，①②③④各代表一定的能量值，下列各项中正确的是（　　）

A．①表示流经该生态系统内部的总能量

B．一般情况下，次级消费者增加1kg，生产者至少增加100kg

C．生物与生物之间的捕食关系一般不可逆转，所以能量流动具有单向性

D．从能量关系看②≥③＋④

答案　C

解析　①仅仅是流经该生态系统内部总能量的一部分；次级消费者增加1kg，生产者至少增加25kg；从能量关系上看，②>③＋④。

2．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＋10xB．y＝25ax＋5x

C．y＝20ax＋5xD．y＝10ax＋10x

答案　C

解析　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。

生态系统中能量传递的相关计算

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，从而确定使用10%或20%来解题。

1．设食物链A→B→C→D，分情况讨论如下：

（1）已知D营养级的能量为M，则至少需要A营养级的能量＝M÷（20%）3；最多需要A营养级的能量＝M÷（10%）3。

（2）已知A营养级的能量为N，则D营养级获得的最多能量＝N×（20%）3；最少能量＝N×（10%）3。

2．在食物网中分析

如在A→B→C→D中，确定生物量变化的“最多”或“最少”时，还应遵循以下原则：

（1）食物链越短，最高营养级获得的能量越多。

（2）生物间的取食关系越简单，生态系统消耗的能量越少，如已知D营养级的能量为M，计算至少需要A营养级的能量，应取最短食物链A→D，并以20%的效率进行传递，即等于M÷20%；计算最多需要A营养级的能量时，应取最长的食物链A→B→C→D，并以10%的效率进行传递，即等于M÷（10%）3。

3．在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物按一定比例获取能量，则按照单独的食物链进行计算后再合并。

考点二　聚焦生态系统的物质循环

1．观察下面碳循环过程图，回答相关问题。

（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）分析温室效应产生的原因

①化学燃料的大量燃烧，产生CO2。

②植被破坏，降低了对大气中CO2的调节能力。

（4）概括物质循环的特点

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。

2．观察下面能量流动和物质循环的关系图解，填写表格中的内容。

项目

能量流动

物质循环

形式

光能→有机物中的化学能→热能（一般形式）

以化学元素形式流动

过程

沿食物链（网）单向流动

在无机环境和生物群落间往复循环

范围

生态系统各营养级

全球性

特点

单向流动，逐级递减

反复出现，循环流动

联系

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往复循环的动力

易错警示　与物质循环有关的2点提示

（1）物质循环的“物质”和“范围”

①参与物质循环的“物质”是指组成生物体的化学元素。

②循环的范围是生物圈，而不是具体的某一生态系统。

（2）碳循环及存在形式

①在生物群落和无机环境间：

以CO2形式循环。

②在生物群落内部：

以含碳有机物形式传递。

③在无机环境中：

主要以CO2和碳酸盐形式存在。

3．下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增多，F减少

C．该生态系统的消费者包括图中的D、E、F、B

D．A→C过程中碳主要以CO2的形式进行循环，F→B以含碳有机物的形式进行流动

答案　C

解析　分析图形，A、B、D、E、F均有箭头指向C，则C是无机环境中的二氧化碳库。

A、C之间为双向箭头，A为生产者。

A、D、E、F均有箭头指向B，则B为分解者，D、E、F为消费者。

图示中包含的食物链为A→D→E→F，故E减少，短时间内D增多，F减少。

碳在生物群落与无机环境之间主要以CO2的形式循环，在生物群落内部是以含碳有机物的形式流动。

4．如图为碳元素在生态系统中循环的模式图，图中甲、乙、丙表示生态系统的生物成分，箭头表示生理过程。

下列相关叙述中，不正确的是（　　）

A．d过程代表光合作用，b过程代表呼吸作用

B．甲所示的营养级在食物链中占有的碳元素最多

C．碳元素在甲、乙、丙之间以有机物的形式进行传递

D．碳元素可在无机环境和生物群落之间反复利用

答案　A

解析　丁为无机环境，甲为生产者，乙为消费者，丙为分解者；d过程代表呼吸作用，b过程代表光合作用；碳元素在生物群落内部主要以有机物的形式进行传递，在无机环境与生物群落间主要以二氧化碳的形式进行传递。

巧辨图形判断参与碳循环的四种成分

1．图1——先根据双向箭头确定A和B应为生产者和非生物的物质和能量，不能写“无机环境”，也不能写“生物类别”，再根据A→D，确定D为分解者，剩下C为消费者。

2．图2——根据A与C之间是双向箭头判断：

A和C一个是生产者，一个是非生物的物质和能量。

根据A、B、D的碳都流向E，可进一步判断：

A是生产者，B是初级消费者，C是非生物的物质和能量，D是次级消费者，E是分解者。

3．图3——首先找出相互之间具有双向箭头的两个成分，即A和E，一个为生产者，一个是大气中的CO2库。

又因为其他各个成分都有箭头指向A，所以A为大气中的CO2库，E为生产者。

然后观察剩余的几个成分，其中其他生物部分的箭头都指向C，所以C是分解者，剩余的B、D、F则为消费者。

整个图解中，食物链是E→F→D→B。

考点三　生态系统的稳态及其调节

1．分析生态系统稳定性的具体表现

（1）由下面的图示可得出生态系统在结构上相对稳定。

（2）生物群落的能量输入与输出相对平衡，物质的输入与输出保持相对平衡，可得出生态系统在功能上相对稳定。

2．比较反馈调节的两种类型

负反馈调节

正反馈调节

特点

抑制和减弱最初所发生的变化

加速最初所发生的变化

结果

使生态系统保持稳定

使生态系统远离稳态

3．理解稳态的标志及原因

（1）稳态的标志：

生态系统达到最稳定的动态平衡状态。

（2）稳态的原因：

生态系统具有自我调节功能。

易错警示　生态系统的稳态及调节的3个易错点

（1）生态系统的稳态是一种相对稳定状态，不是绝对不变的。

（2）负反馈调节是生态系统自我调节能力的基础。

（3）生态系统的自我调节功能是与其结构和功能密切相关的，生态系统的结构越复杂，自我调节功能越强，反之则自我调节功能越弱。

5．如图所示，图A为草原生态系统中的反馈调节示意图，请据图回答下列问题：

（1）作为一个完整的生态系统，除了图A中所示的成分外，还应该包括____________和

______________________。

（2）甲、乙、丙3者之间的食物联系是________________；该生态系统的

____________________是沿着这种渠道进行的。

（3）图B为某湖泊的生态系统中发生的某种调节活动，这种调节导致的最终结果是

________________________________________________________________________。

此结果产生的原因是________________________。

（4）图A和图B这两种反馈调节是否相同？

为什么？

________________________________________________________________________。

答案　

（1）分解者　非生物的物质和能量　

（2）乙→甲→丙　物质循环和能量流动　（3）加速破坏该生态系统原有的稳态　生物种类减少，自我调节能力降低　（4）不同。

图A是负反馈调节，图B是正反馈调节

解析　物质循环和能量流动是沿着食物网和食物链进行的，湖泊受到污染，物种减少，导致该生态系统抵抗力稳定性降低，加速了生态系统的破坏。

从图A可以看出，乙增多后甲增多，而甲增多又导致乙减少，属于负反馈调节。

6．某池塘中，早期藻类大量繁殖，食藻浮游动物水蚤大量繁殖，藻类减少，接着又引起水蚤减少。

后期排入污水，引起部分水蚤死亡，加重了污染，导致更多水蚤死亡。

关于上述过程的叙述，正确的是（　　）

A．早期不属于负反馈，后期属于负反馈

B．早期属于负反馈，后期不属于负反馈

C．早期、后期均属于负反馈

D．早期、后期均不属于负反馈

答案　B

解析　反馈分为正反馈和负反馈，正反馈起到的作用是使系统工作的效果逐步加强；负反馈起反作用，不断在“纠正”，在维持稳态上发挥主要作用。

序号

错因分析

正确答案

序号

错因分析

正确答案

①

不理解总能量的含义

N2

②

不清楚粪便量的来源

0

③

不清楚能量传递效率的计算方法

×100%

④

不清楚自我调节能力如何进行

负反馈调节

⑤

对种类和数量区分不清

增加各营养级生物的种类

题组一　生态系统的能量流动

1．（2012·海南卷，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、乙和分解者所储存的能量之和是输入该生态系统的总能量

答案　D

解析　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，A正确；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，B正确；能量通过光合作用固定并进入生态系统，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，C正确；输入该生态系统的总能量是生产者甲固定的太阳能总量，D不正确。

2．（2010·山东卷，6）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

答案　C

解析　恒温动物相对于变温动物来说，代谢强，所以呼吸代谢消耗量相对多，有机物积累少，④/③值一般低于变温动物；相邻两个营养级的能量传递效率是10%～20%，哺乳动物与其上一个营养级（食物）之间的传递效率表示为③/（①＋未获取量）；提高圈养动物的生长量应该提高③/②值，这样才能促使有机物积累；食肉哺乳动物与食草哺乳动物的③/②值无法比较。

3．（2010·江苏卷，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

答案　C

解析　从食物链中的能量流动特点来看，营养级越高，在能量流动过程中损失的能量越多。

多吃素食，是将人放在初级消费者的层次上，只经过一次能量传递，这样人获得的能量最多，消耗的粮食总量最少。

题组二　能量流动、物质循环及其稳态与调节

4．（2009·重庆卷，5）如图是某森林生态系统物质和能量流向示意图，h、i、j、k表示不同用途的有机物（j是未利用部分），方框大小表示使用量，下列叙述正确的是（　　）

A．进入该生态系统的CO2量与各h产生的CO2总量相等

B．生产者i的量大于被初级消费者同化有机物的量

C．流向分解者的k可被生产者直接吸收利用

D．流经该生态系统的物质和能量可循环利用

答案　B

解析　进入该生态系统的CO2量应该包括各h产生的CO2总量和未利用部分的总和，A

项错误；能量流动是逐级递减的，所以生产者i的量大于被初级消费者同化有机物的量，

B项正确；能量流动是单向的，所以流向分解者的k不能被生产者直接吸收利用，C、D项错误。

5．（2012·浙江卷，5）下图是某相对稳定的生态系统中旅鼠的天敌、植物、旅鼠之间数量变化关系的示意图（图中不同阴影的面积表示不同比例尺下的个体数量）。

下列有关叙述错误的是（　　）

A．图中所含的食物链为捕食食物链

B．这些生物的种群数量在各自的K值上下波动

C．旅鼠的种群数量主要是由外源性因素调节的

D．旅鼠的天敌、植物、旅鼠之间的数量变化是一种正反馈调节

答案　D

解析　从图中可以看出，植物数量增加，旅鼠和旅鼠的天敌的数量也随之增加，可推知图中所含的食物链为捕食食物链，A项正确；分析已知条件，此生态系统相对稳定，可知这些生物的数量将不会有太大的变化，均围绕各自的K值上下波动，B项正确；旅鼠的种群数量主要受食物及天敌数量的影响，C项正确；旅鼠的天敌增多，使旅鼠数量减少，又影响其天敌数量并导致天敌数量减少，这种负反馈调节能维持生态系统的相对稳定，D项错误。

6．（2012·安徽卷，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）。

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，同化的能量只有3%～5%用于___________________________，其余在呼吸作用中以热能的形式散失。

答案　

（1）3%　

（2）80　偏高　（3）生长、发育、繁殖等生命活动

解析　

（1）田鼠的同化量是7.50×108J/（hm2·a），鼬的同化量是2.25×107J/（hm2·a），故能量传递效率为（2.25×107）/（7.50×108）×100%＝3%。

（2）设1hm2的范围内种群数量为M，则40/M＝15/30，M＝80。

若标记的田鼠有部分被鼬捕食，即重捕个体中标记个体数减少，则估算值M偏高。

（3）某一营养级的能量，一部分用于呼吸作用（细胞呼吸），一部分用于自身的生长、发育和繁殖。

田鼠和鼬都属于恒温动物，进行呼吸作用用于维持体温需消耗大量能量，还有部分能量用于自身的生长、发育和繁殖。

7．（2010·广东卷，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。

时期

碳吸收量（kgC·a－1）

碳释放量（kgC·a－1）

A

1.20×1014

1.20×1014

B

1.20×1014

1.26×1014

（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。

答案　

（1）光合　呼吸　

（2）A　碳的吸收量等于碳的释放量　（3）碳平衡　CO2浓度　（4）光反应　有机物

解析　

（1）光合作用吸收CO2，呼吸作用释放CO2，生态系统中的碳循环主要是通过光合作用和呼吸作用实现的。

（2）生态系统中的碳吸收量等于碳释放量时，说明该生态系统处于相对稳定状态。

（3）过度的人工碳排放使得碳释放量大大超过碳吸收量，从而破坏了生态系统的稳定性。

向大气中排放大量的CO2会引起温室效应，导致全球气候变化。

（4）光合作用的光反应阶段中，对光能的吸收和转化发生在叶绿体的类囊体薄膜上。

蓝藻光合作用的产物是糖类（有机物），经酒精发酵可生成乙醇。

【组题说明】

考　点

题　号

错题统计

错因分析

生态系统的能量流动

1、2、3、4、6、7、8、10

生态系统的物质循环

5、15

生态系统的稳态及其调节

9、11、12、13、14

1．图中甲、乙、丙分别代表热带雨林生态系统中的三大功能类群。

下列说法正确的是（　　）

A．丙处于两个营养级，是杂食性动物

B．图中表示出了两条食物链

C．图中的箭头可以表示物质和能量的传递方向

D．乙→丙的能量传递效率为10%～20%

答案　C

解析　本题的关键词为“三大功能类群”，即生产者、消费者与分解者，分解者不属于食物链中的营养级。

据图分析，甲代表生产者，乙代表消费者，丙代表分解者。

2．在生态系统中，能量可以通过食物链在生物群落中流动。

随着营养级的升高，其获得的总能量越来越少。

下列解释错误的是（　　）

A．各营养级中总有一部分能量被分解者利用

B．各营养级中的能量一部分以热能形式散失

C．生物维持自身的生命活动消耗一部分能量

D．能量金字塔顶层的生物生命活动需要的能量少

答案　D

解析　能量在生态系统中是单向流动、逐级递减的，其原因是各营养级中总有一部分能量被分解者利用；一部分以热能形式散失；还有一部分用于维持自