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第十一单元 第2讲 生态系统的能量流动和物质循环


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4

高考模拟



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理解能力 是生产者固定的太阳能总量 1.判断下列有关能量流动叙述的正误。

(1)生态系统中生产者得到的能量必然大于消费者得到(2011?
海南卷,2A)( √) (2)流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能( × )

(3)沼渣、沼液作为肥料还田,使能量能够循环利用(2010?新
课标全国卷,5C)
能量是单向流动不循环

( × )

(4)多吃肉食比多吃素食消耗的粮食总量更多(2010?江苏卷,

11C)

(√ )

(5)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 ( ×) (6)某营养级生物的粪便量属于上一营养级生物的同化量( √ )
摄入量减去呼吸量
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是组成化合物的元素

2.判断下列有关物质循环叙述的正误。 (1)参与循环的物质是组成生物体的各种化合物( × )

(2)碳循环在生物群落内部以CO2形式循环( × ) (3)化学燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因( √ )
(4)在一个池塘生态系统中就能完成物质循环( × ) (5)无机环境中的物质可以通过多种途径被生物群落反复利用 (2014?江苏卷,10D)(
是以含碳有机物的形式循环

√)
物质循环的特点具有全球性

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识图析图
据能量流经第二营养级示意图回答下 列问题:

(1)流入初级消费者的能量与其摄入
量、同化量和粪便量之间有何关系? 提示:同化量=摄入量-粪便量。 (2)被初级消费者同化的能量最终 去向有哪些? 提示:①呼吸消耗;②流向分解者;③流向下一营养级。

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考点一

以能量流动的示意图,考查能量流动的过程和特点

下列表示生态系统中处于第二营养级的生物,其能 量流动的过程图解,有关叙述正确的是(

A

)

A.图中粪便量属于生产者经光合作用所固定的太阳能 B.呼吸作用以热能形式散失的能量占同化量的比例较小
解析:该生物粪便中的能量不属于第二营养级的同化量,而应属于上一营养级同化 量的一部分,A正确;该生物所需的能量均来自于呼吸作用,而呼吸作用产生的能

C .流入下一个营养级的能量占摄入量的10%~20% 量大部分以热能形式散失,由此可见,呼吸作用以热能散失的能量占同化量的比例
较大, B错误;流入下一个营养级的能量占同化量的10%~20%,C错误;第二营养级 D .从图示可知,能量在营养级之间不具有单向流动的特点 的能量流向第三营养级,而第三营养级的能量不能流向第二营养级,故能量在营养 级之间具有单向流动的特点,D错误。
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考点突破
1.能量在营养级之间的流动 (1)输入途径:生产者 的光合作用(主要)、 化能合成作用。

(2)起点:从生产者固定太阳能开始,总能量为生产者所固定
的全部太阳能。 (3)途径:以有机物形式沿食物链向下一营养级传递;散失的

是 生产者、消费者和分解者呼吸作用产生的热能。
(4)能量转化:太阳能→有机物中的化学能→热量(最终散失) 。
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2.能量在营养级内部流动图解
(以第二营养级为例) (1)消费者摄入能量(a)

=消费者同化能量(b)
+粪便中能量(c),即动物 粪便中能量不属于该营养级同化能量,应为上一个营养级固定

或同化能量。
(2)消费者同化能量(b)=呼吸消耗(d)+生长、发育和繁殖(e)。 (3)生长、发育和繁殖(e)=分解者分解利用(f)+下一营养级同 化(i)+未被利用(j),即消费者同化能量若为两部分之和是 b=d+e;若为四部分之和是b=d+f+i+j。

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3.能量流动的特点及其原因
(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各营养级的能量都会有一部分流入分解者,包括未被下 一营养级生物所利用的部分。

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走出误区

能量传递效率与能量利用效率

能量传递效率:能量在沿食物链流动的过程中,逐级减少,

是以“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%,而不是两个生物个 体的能量比值。 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。生态农业实 现物质多级利用,提高了能量利用率,但能量传递效率不可 能提高。
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跟踪训练
1 .如图,甲、乙、丙分别为生态系统组成成分中的三大生 物成分。下列说法正确的是( C ) A.甲、乙之间的能量传递 效率为10%~20%

B.丙通过②获得的能量要多
于通过③获得的能量 C.图中的箭头可以表示物质和能量的传递方向
解析:甲、乙、丙分别为生态系统组成成分中的生产者、消费者和分解者,甲、乙 D.乙、丙之间的关系为捕食和竞争 不是第一营养级和第二营养级的关系,乙可以表示第二或第三营养级,因此二者之 间能量传递效率并不能用10%~20%表示;②是生产者流向分解者的能量,③是消费 者流向分解者的能量,二者的大小无法确定;箭头可以表示甲生产者的物质被乙消 费者利用,同时能量传递到消费者中,甲乙含有的物质被分解者丙分解的同时,能 量被丙利用;丙不属于食物链成分,乙、丙之间不存在捕食和竞争关系。
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2.如图所示为某生态系统中两个营养级能量流动及相关生 理过程,下列相关说法不正确的是( B )

A.能量从生产者到初级消费者递减的原因之一是B

B.两个营养级的能量传递效率为D/C×100%
C.图示过程若需要完成碳元素的循环还需分解者 D.图中方框处表示被分解者利用的能量 分能量,B为呼吸作用散失能量;第一营养级同化的能量是A,因此两个营
养级的能量传递效率为D/A×100%;碳循环在图示过程中包括光合作用固定 CO2、呼吸作用释放CO2、分解者分解有机物为CO2,因此完成碳元素的循环 解析:能量逐级递减的原因有呼吸作用散失、未被利用或被分解者利用部

还需要分解者;由题图可知,图中方框处表示被分解者利用的能量。
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考点二

以碳循环过程图解为依托,考查生态系统

的物质循环
(2015?山东济南模拟)右图为生态系统中碳循环示意 图,箭头表示循环方向。下列相关叙述正确的是( A.图中甲、乙、丙、丁构成 )

了该生态系统的生物群落
B.图中b、c、d过程均可表示 不同生物的细胞呼吸 C.缺少类群丙则生态系统的物质循环不能正常进行 D.由于细胞呼吸的消耗,乙对食物的同化量远小于摄入量

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解题流程:
审图示
图中甲为生产者,乙、丙为消费者,丁为分解者,a表 示光合作用,b表示呼吸呼吸作用。

图中甲、乙、丙、丁的全部生物构成生物群落。

析 选 项

C、d分别表示乙、丙同化的能量,b表示生产者的

呼吸量;缺少丁类生物,物质循环将不能正常进
行;乙同化的能量中有大部分通过呼吸作用散失, 只有少部分用于自身生长、发育、繁殖。

自主解答————
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A

考点突破
1.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)CO2的主要来源:

①分解者的分解作用。
②动植物的细胞呼吸。 ③化学燃料的燃烧。

(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
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2.物质循环的特点 (1)全球性:物质循环的范围是生物圈。 (2)反复循环,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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跟踪训练
3.如图为生态系统中碳循环示意图,a~j为相关生命活动 或生理过程,下列说法错误的是( C ) A.图中A是生产者,B、D 为消费者

B.碳元素在A和C之间以
CO2形式循环 C.增加图中生物的数量可提高生态系统的抵抗力稳定性 D.伴随能量散失有关的箭头是b、e、f、j
解析:题图中A是生产者,B、D为消费者,E为分解者,C为无机环境;碳

元素在生产者和无机环境之间以 CO2形式循环;增加生物的种类可提高生
态系统的抵抗力稳定性;能量散失的途径是呼吸作用,图中表示呼吸作用 的箭头有b、e、f、j。
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4 . (2015?银川模拟 ) 下图为碳循环示意图,下列叙述正确
的是( D ) A.图中由生产者、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ 构成的食物链中,能量是单 向流动、逐级减的

B.生产者为第一营养级,①②
⑥⑧之和为生产者固定的总能量 C.①⑥⑦⑧过程以CO2的形式进行,②③④⑤过程以 有机物的形式进行 D.图示的碳循环路径缺少Ⅱ、Ⅲ直接到Ⅰ的途径

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探究土壤微生物的分解作用

[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。

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[实验设计与结论]
案例1 实验假设 案例2

微生物能分解落叶 使之腐烂
对土壤 高温 处理

微生物能分解 淀粉 A杯中加入30mL 土壤浸出液
B杯中加入30mL 蒸馏水 土壤中是否含有分 解淀粉的微生物




实验组 对照组


计 自变量

对土壤不做任何处理 土壤中是否含微生物

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实验假设

案例1

案例2

实验现象

在相同时间 内实验组落 叶腐烂程度 小于对照组 微生物对落 叶有分解作 用

A

A1 A2

不变蓝 产生 砖红色 沉淀 变 蓝 , 不变色

B

B1
B2

生理 作用

土壤浸出液中的微 生物能分解淀粉

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强化过关
1.某课外实验小组欲探究生态系统中的碳循环。下面是
该小组制定的实验方案,请你帮助加以完善。 (1)实验目的:探究生态系统中的碳循环。 (2)实验原理:将一种动物和一种植物放在一个密闭的系 统中,用pH试纸测定此系统所发生的二氧化碳浓度的变化

来探究碳的转化情况。
(3)实验材料和用具:试管架、4支试管、铝箔4张、光源、 若干只大小差不多的田螺、若干枝大小差不多的金鱼藻、 50 mL量筒、去氯的水、pH试纸。

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(4)实验步骤:
第一步:取4支相同的试管,加入等量的去氯水,并编号1、 2、3、4。 第二步:1号试管什么都不加,作为对照。2号试管加入一 只田螺,3号试管加入一枝金鱼藻,4号试管 加入一只田螺和一枝金鱼藻 _______________________________________________ 。 第三步:测定每支试管中的pH后用双层铝箔将试管口封住。 第四步: 将试管放在较强的光源下照射 _______________________________________________ 。

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下降 , (5)实验结果:1号试管pH无变化,2号试管的pH________

3号试管的pH上升,4号试管的pH 无变化(或略有上升 ) 。 ________
(6)实验结论: 碳在无机环境、生产者和消费者之间通过光合作用和呼 __________________________________________________ 吸作用进行转化 ______________________ 。
解析:因为实验原理中已经说明了要将一种动物和一种植物放在一个密闭

的系统中,用pH试纸测定此系统所发生的二氧化碳浓度的变化情况,所以
由各支试管内的实验现象就可以得出。要研究碳的转化,当然离不开光合 作用,要给予一定的光照。进行光合作用消耗二氧化碳,pH就会升高,进 行呼吸作用释放二氧化碳,pH就会降低。

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碳循环模式图

[获取信息]
(1)图1中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”,再根据A→D,确定

D为 分解者 ,剩下C为 消费者 。
(2) 图 2 中根据 A 与 C 之间的双向箭头判断: 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 生产者和非生物 , ,D是 次级消费者,E是分解者。 的物质和能量
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[获取信息] (3)图3——A代表大气中的二氧化碳;E代表生产者;C代表

分解者;B、D、F代表消费者。该图解中包含的食物链是
E→F→D→B 。

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强化过关
2.如图是某生态系统碳循环示意图,其中D为大气,a~d 代表发生在生物体内的生理作用,A、B、C代表生态系统 的不同生物。以下叙述不正确是( D ) A.通过a过程太阳能 便进入了生物群落 B.在这个生态系统中,

C所含的能量最多
C.b、c、d过程将CO2释放到大气中 D.此图中包含了该生态系统的全部成分
解析:此图中缺少太阳能、水分、无机盐等非生物的物质和能量。

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3.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 ) 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 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。
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生态系统的物质循环 1 . (2014?江苏卷 ) 下列关于生态系统中物质循环和能

课 堂 ★ 题 组 练

量流动的叙述,正确的是( D )

A.富营养化水体出现蓝藻水华的现象,可以说明能量
解析:蓝藻水华现象与水体中 N 、P 增多而引起蓝藻大量繁殖有关, 体现了物质的利用,未体现出能量流动的特点,A错误;生态系统

流动的特点

B.生态系统中能量的初始来源只有太阳能

C.食物链各营养级中10% ~20%的能量会被分解者利用 中能量的初始来源包括太阳能 ( 光合作用固定 ) 和氧化无机物时释
D.无机环境中的物质可以通过多种途径被生物群落 放的化学能 ( 化能合成作用利用 ) , B 错误;食物链各营养级中 反复利用 10%~20% 的能量流向下一营养级,C错误;无机环境和生物群落间
物质可以循环反复利用,D正确。

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2.(2015?浙江嘉兴一中模拟)如图是我国北方处于平衡状态

的某森林生态系统的碳循环示意图,其中箭头表示碳的传递
方向,字母表示碳传递途径。则下列叙述错误的是( D ) A.碳从植物体流入动物体 的主要形式是有机物 B.a途径是通过光合作用实现的, b、d、g途径是通过细胞呼吸实现的
解析:生态系统的物质循环具有全球性和往复循环利用的特点。 C.碳在生物群落与无机环境之间的循环主要以二氧化碳 碳元素在生物群落中以含碳有机物的形式流动,在生物群落和无 机环境之间以CO2的形式循环。a代表植物的光合作用,b、d、g代

的形式进行

D.如果图中的字母表示碳元素传递的数量,植物正常生长 表生物的呼吸作用,c代表捕食。ef代表动植物的残枝败叶、遗体
,则夏季a、b、c、e之间的关系可表示为 a = b+c+e 和粪便流向分解者。夏季植物正常生长, a>b+c+e , D错误。

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能量流动的过程及特点 3 . (2014?海南卷 ) 用各营养级生物的能量、数量构建的金 字塔分别称为能量金字塔、数量金字塔。在某一栎林中, 第一营养级生物为栎树,第二营养级生物为昆虫,第三营 养级生物为蛙、蜥蜴和鸟,第四营养级生物为蛇。该栎林

数量金字塔的示意图是( B )

解析:在数量金字塔中昆虫的数量远远大于栎树的数量,第三营养级 的生物数量小于昆虫的数量,第四营养级生物的数量小于第三营养级 生物的数量。
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4.下图是某人工鱼塘生态系统能量流动过程中部分环节涉
及的能量值[单位为103 kJ/(m2·y)]。下列说法错误的是 ( C )

A.图中A代表的生理过程是呼吸作用 B.碳从动物流向分解者的形式为有机物
解析:根据营养级的能量输入和能量输出相等的特点计算各营养级的能 4 +0.25+ 量:设肉食性动物从植食性动物的同化量为 m,则 m+ 5= 0.05 C .该生态系统中生产者固定的总能量是 9.6 × 10 5.1+2.1, m=2.5;设植食性动物从生产者的同化量为n,则n+2=0.5 2 kJ/(m ·y) +2.5+9+4,n=14;生产者的同化量=3+14+70+23=110,故生产 者固定的总能量是 1.1×105 kJ/(m2·y),C错误。 D .捕食关系一般不可逆转,所以能量流动具单向性

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5 . (2014?山东卷 )6 月 8 日是世界海洋日。海洋是生物圈的重

要组成部分,与人类的生存和发展息息相关。
解析: 本题考查了种群“S”型增长曲线、标志重捕法的应用、 生物群落的结构和演替、生态系统的成分和能量传递效率以及生态 系统的稳定性等方面的知识。(1)图甲中,b点时大黄鱼种群增长速 率最大,若捕捞后大黄鱼种群数量处于b点,其种群数量恢复得最快 ,能持续获得高产量。根据标志重捕法公式:初捕并标记M只,重捕 N只,其中具有标记个体m只,种群密度估算值n=M?Nm/m,本题中标 记个体更易于被捕食,导致重捕个体中被标记个体数量减少,即 m减 (1) 根据图甲分析,要获得最大持续捕捞量,捕捞后大黄鱼种 少,故种群密度的估算值会偏高。

b 群数量应处于 ________ 点。用标志重捕法调查大黄鱼种群密
度时,若标记个体更易于被捕食,则种群密度的估计值

___________________( 填“偏高”“偏低”或“不变”)。 偏高
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(2)海洋鱼类生活在不同的水层,这体现了生物群落的 垂直 结构。新建码头的桩柱表面很快被细菌附着,随后依
次出现硅藻、藤壶、牡蛎等,该过程称为
解析: (2)群落的结构分为水平结构和垂直结构,海洋鱼类由于食 物不同而生活在不同的水层,这体现了生物群落的垂直结构。新建 (3)图乙表示某海域能量流动简图,A、B、C、D表示生态系 码头的桩柱表面原来没有植物覆盖,也不存在植物的种子或其他繁 统的组成成分。图中 ________ 和________( 填字母)在碳循环 A B 殖体,一段时间后先长出细菌,随后又出现硅藻、藤壶、牡蛎等, 这属于群落演替过程,而且是初生演替。(3)图中A为生产者(第一营 过程中起着关键作用;能量在第一营养级和第二营养级之间 养级),D、C为消费者(分别为第二、三营养级),B为分解者。物质 的传递效率为 ____________ 。 20% 注: A和分解者 、B可颠倒 循环过程中起关键作用的两种成分是生产者 (A) (B)。相邻 营养级间能量传递效率=下一营养级同化的能量 /上一营养级同化的 (4)海洋会受到石油、工业废水、生活污水等污染。如果污 能量×100%,则能量在第一、二营养级间的传递效率= 自我调节能力(或自净能力__ ) ,海洋 染超过海洋生态系统的 ______________ 6 6 1.5×10 /1.5×10 100%=20%。(4)生态系统具有稳定性的原因是生 态系统具有一定的自我调节能力。但这种自我调节能力是有一定限 生态系统就很难恢复到原来的状态。 度的,若受到的破坏(干扰)超过其自我调节能力的限度,则生态系 统很难恢复到原来的状态。
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(群落的 )演替(或初生演替 ________ 。 )

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