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新高考生物一轮复习课件 第九单元 第4课 生态系统的能量流动和物质循环（含解析）
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这是一份新高考生物一轮复习课件 第九单元 第4课 生态系统的能量流动和物质循环（含解析），共60页。PPT课件主要包含了核心概念·自查，对概念的理解，生产者，光合作用，有机物，食物链和食物网，初级消费者，次级消费者，呼吸作用，分解者等内容，欢迎下载使用。
【概念导图】 一图知全局
【概念梳理】 闭书测基础一、能量流动的概念1.生态系统的能量流动:指生态系统中能量的_____、传递、转化和_____的过程。
二、能量流动的过程(1)写出图中甲、乙、丙、丁、戊代表的内容:甲._______,乙.___________,丙.___________,丁._________,戊._______。(2)据图分析食物链中甲营养级能量的去向:①通过自身_________以_____的形式散失。②被___________同化。③残枝败叶等被_______分解。④未被利用。
(3)上图食物链中乙营养级能量的去向:
三、能量流动的特点及研究意义1.特点:___________________。2.传递效率:相邻两个营养级之间_______的比值,大约为10%～20%。3.意义:(1)帮助人们科学规划、设计_____________,使能量得到最有效的利用。(2)帮助人们合理地调整生态系统中的_________关系,使能量持续高效地流向_____________的部分。
1.碳的存在形式与循环形式:(1)在生物群落和无机环境间:主要以___的形式。(2)在生物群落内部:以___________的形式。(3)在无机环境中:主要以___________的形式。2.碳进入生物群落的途径:生产者的_________和化能合成作用。3.碳返回无机环境的途径:(1)生产者和消费者的_________;(2)分解者的_________(主要是呼吸作用);(3)_________的燃烧。
【概念辨析】 全面清障碍1.判断下列有关能量流动叙述的正误:(1)生态系统中细菌产生的能量可流向生产者。( )分析:细菌一般是分解者,分解者从动植物遗体中获得的能量大部分通过分解作用以热能的形式散失,不会再被生产者利用。(2)生态系统相对稳定时无能量输入和散失。( )分析:生态系统相对稳定时,能量的输出和输入维持动态平衡。
(3)一只狼捕食了一只兔子,则该狼就获得了这只兔子能量的10%～20%。( )分析:能量传递效率发生在两个相邻营养级之间,而不是个体之间。(4)能量金字塔可以出现倒置现象。( )分析:因为生态系统中的能量一定是单向流动、逐级递减的,所以能量金字塔的下层一定大于上层,不会出现倒置现象。
(5)食物链各营养级中10%～20%的能量会被分解者利用。( )分析:食物链各营养级中10%～20%的能量会流向下一个营养级,而不是分解者。(6)若人与自然和谐统一,生产者固定的能量便可反复利用。( )分析:能量是单向流动,逐级递减的,任何时候不会反复利用。
2.判断下列有关物质循环以及与能量流动关系叙述的正误:(1)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。( )分析:物质循环是可以反复利用的,无机环境中的物质可以通过光合作用、化能合成作用等途径进入生物群落。(2)碳循环过程中能量需要以物质为载体,同时又驱动物质在生物群落和无机环境之间循环往返。( )分析:碳循环过程中物质是能量的载体,同时需要能量作为动力进行驱动。
(3)光合作用推动碳循环过程,促进了生物群落中的能量循环。( )分析:光合作用推动碳循环过程,但是生态系统中能量流动的特点是单向流动、逐级递减,是不能循环的。(4)植物可通过呼吸作用和光合作用参与生态系统的碳循环。( )分析:植物可通过光合作用将大气中的碳元素固定到生物群落中,同时也可以通过呼吸作用将碳以二氧化碳的形式释放到空气中去。
(5)低碳生活方式有助于维持生物圈中碳循环的平衡。( )分析:由于化石燃料的大量燃烧,打破了生物圈中碳循环的平衡,导致温室效应的发生,因此低碳生活方式有助于维持生物圈中碳循环的平衡。
【概念活用】教材命题源1.教材必修3 P93“问题探讨”改编:如图表示甲、乙两个特定生态系统的能量金字塔。
(1)依生态学原理看,同样重量的玉米,___可养活更多的人口,理由是甲中人处于第二营养级,与乙相比_____________________。(2)若土壤中含相同浓度的难降解污染物,则甲、乙中的人体内污染物浓度哪个较高?提示:乙中人体内污染物浓度较高。(3)一个吃玉米的人所获得的能量一定比一个吃鸡肉的人获得的能量多,对吗?为什么? 提示:不对;甲、乙中“人”代表的是相应营养级,并非“一个人”。
2.教材必修3 P101“与社会的联系”:在自然生态系统中,植物通过_________从大气中摄取碳的速率,与通过生物的___________________而把碳释放到大气中的速率_________。
3.教材必修3 P104“拓展题”改编:氮元素在生物群落与无机环境之间___(填“能”或“不能”)循环利用。农田是人工生态系统,是以提高农作物的产量和效益,使_____更多地流向人类,满足人类的需要为目的。需要不断向农田中施加氮肥,其原因是农田土壤中氮的含量往往不足以使作物高产,加之农产品源源不断地自农田生态系统输出,其中的氮元素并不能都归还土壤,所以需要施加_____。
考点一 生态系统的能量流动 【典例精研引领】某城市河流由于生活污水和工业废水的排入,水质逐渐恶化。经过治理后,河水又恢复了清澈。图1表示该河流的能量金字塔(甲、乙、丙为3种鱼,丁为1种水鸟,甲不摄食藻类,箭头表示能量流动方向),图2表示部分能量流动关系(图中数字表示同化的能量)。请回答下列问题:
(1)图1所示食物网中,遗漏了一条能量流动途径,该条途径是____________。 (2)图1所示食物网中,次级消费者是__________,丁与丙之间的种间关系是______________。 (3)根据图1分析,除了图2中已经标出的能量去向之外,乙的能量去向还有__________________。
(4)结合图2分析,图1所示食物网中第一营养级到第二营养级能量的传递效率 (填“大于”“小于”或“等于”)7.6%。 (5)经检测,水体中含有某种可被生物富集的农药,推测体内此农药含量最高的物种是______________。 (6)从生态学角度解释,污染物排放导致水质恶化的主要原因是__________。
【名师授法解题】 抓题眼练思维
【解析】(1)根据题意可知,图1中遗漏的能量流动途径是水草→甲→丁。(2)次级消费者属于第三营养级,故图1所示食物网中的次级消费者为丙和丁;丁可以捕食丙,而丁和丙又均以乙为食,故丁与丙之间的种间关系是捕食和竞争。(3)乙在图中所示食物链中不是最高营养级,所以乙的能量有三个去向:流向下一营养级(包括丁和丙);流向分解者;自身呼吸作用以热能形式散失。(4)因为乙同化的能量为1 900 kJ/(m2·a),生产者同化的能量为25 000 kJ/(m2·a),1 900/25 000×100%=7.6%,而生产者同化的能量除了流向乙外还流向了甲,所以第一营养级到第二营养级能量的传递效率大于7.6%。
(5)由题意可知,该农药可沿食物链或食物网富集,则该农药在处于最高营养级的生物体内含量最高。(6)从生态学角度分析,每个生态系统都有一定的自我调节能力,如果超过这个调节能力,则生态系统会崩溃。题中由于生活污水和工业废水的排入,水质逐渐恶化,说明污染物排放已经超过了河流生态系统的自我调节能力。答案:(1)水草→甲→丁 (2)丙和丁 捕食和竞争(3)传递给丙、自身呼吸作用以热能形式散失 (4)大于(5)丁 (6)河流生态系统自我调节(自我修复)能力有限
【母题变式延伸】核心素养新命题(1)此河水治理好后,因该水域有些渗漏,补水时曾不慎引入含除草剂的水,导致一些水草死亡。水草腐烂后,图中最先快速增殖的生物类群是什么?为什么?(科学思维:分析与综合)提示:藻类。原因是藻类与水草竞争,水草死亡,藻类失去大量竞争对象而快速繁殖。另外水草腐烂后被分解者分解产生的无机物被藻类吸收利用。(2)上题图2中能量流动是沿着食物链、食物网进行传递的,那么能量是如何传递给分解者的?(科学思维:综合与分析)提示:生物的遗体和动物的排出物是分解者能量的来源。
【知能素养提升】1.能量流动模型解读:(科学思维:概括、综合)(1)第一营养级的能量流动分析。
因为植物的真正光合作用=净光合作用+呼吸作用,同化量=用于生长、发育和繁殖的能量+呼吸作用散失的能量,所以生产者的同化量=真正光合作用量,生产者用于生长、发育和繁殖的能量=净光合作用量。
(2)第二营养级能量流动分析
①初级消费者摄入能量(a)=初级消费者同化能量(b)+粪便中的能量(c),即动物粪便中的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初级消费者同化能量(b)=呼吸消耗的能量(d)+用于生长、发育和繁殖的能量(e)。③生长、发育和繁殖的能量(e)=分解者利用的能量(f)+下一营养级同化的能量(i)+未被利用的能量(j)。
(3)某一个营养级同化能量的“2个”“3个”“4个”去路:①“2个”去路:同化量=呼吸消耗的能量+用于生长、发育和繁殖的能量②“3个”去路(定量不定时,即能量的最终去向):同化能量=呼吸消耗的能量+分解者利用的能量+下一营养级同化的能量③“4个”去路(定量定时,即一定时间段的能量去向):同化能量=呼吸消耗的能量+分解者利用的能量+下一营养级同化的能量+未被利用的能量。(注意:最高营养级的生物去除被下一营养级同化的能量。)
2.三种生态金字塔:(科学思维:比较、归纳)
3.能量流动的最值计算规律:(科学思维:建立模型)(1)计算某一生物获得的最多(至少)能量的规律。设食物链A→B→C→D,分情况讨论:
(2)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:
(3)能量分配比例或能量传递效率已知:先根据题意写出相应的食物链,根据各营养级之间的传递效率,按照从不同食物链获得的比例分别进行计算,再将各条食物链中的值相加即可。
【热点考向演练】考向一 通过生态系统的能量流动过程图解,考查模型分析能力1.如图为生态系统中能量流动图解部分示意图(字母表示能量的多少),下列选项中正确的是 ( )A.图中b=h+c+d+e+f+iB.生产者与初级消费者之间的能量传递效率为b/a×100%C.“草→兔→狼”这一食物链中,狼粪便中的能量属于dD.缩短食物链可以提高能量传递效率
【解析】选C。生产者固定的能量应该是流经生态系统的总能量,摄入量=同化量+粪便中的能量,因此c为同化量,h为粪便中的能量,同化量=呼吸作用中以热能形式散失的能量+用于生长、发育、繁殖的能量,因此d是初级消费者用于自身生长、发育、繁殖的能量,f是呼吸作用中以热能形式散失的能量,i是流入分解者的能量,e是下一营养级摄入的能量,所以b=h+c=h+f+d=f+e+g,A错误。能量传递效率是相邻营养级同化量之间的比值,生产者与初级消费者之间的能量传递效率为c/a×100%,B错误。狼粪便中的能量应该属于初级消费者兔的同化量中用于生长、发育、繁殖的能量,C正确。缩短食物链不能提高能量传递效率,D错误。
【易错警示】能量传递效率≠能量利用率(1)能量传递效率是指能量在相邻两个营养级之间的传递效率,只有10%～20%,计算公式:第(N+1)级营养级同化的能量/第N级营养级同化的能量×100%。(2)能量利用率: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。
2.如图表示某草原上植食动物所摄入能量的去路(字母表示相应能量)。请回答:
(1)生态系统各生物之间存在着取食和被食关系,传递着生产者所固定的能量,这种单方向的营养关系叫做____________。 (2)图中的生态系统成分有__________________。B表示__________________,A属于第__________营养级的能量。 (3)若B中能量为2.0×109 kJ,C中能量为0.8×109 kJ,肉食性动物同化的能量为5.4×107 kJ,则该生态系统从植食性动物到肉食性动物的能量传递效率为________________。 (4)草原上放养的牲畜过少,就不能充分利用牧草所能提供的能量;草原上放养的牲畜过多,就会造成草原的退化,这说明研究生态系统的能量流动的意义是 。
【解析】(1)因取食和被取食关系,不断传递着生产者所固定的能量,这种单方向的营养关系称为食物链。(2)图中的生态系统成分有消费者、分解者,无生产者;由题图分析可知,B表示植食性动物的同化量,A是植食性动物粪便中的能量,属于第一营养级的能量。(3)能量传递效率是两个相邻营养级同化量的比值,植食性动物的同化量为2.0×109 kJ,肉食性动物的同化量为5.4×107 kJ,故能量传递效率为5.4×107÷(2.0×109)×100%=2.7%。
(4)草原上放养的牲畜过少,就不能充分利用牧草所能提供的能量;草原上放养的牲畜过多,就会造成草原的退化,这说明研究生态系统的能量流动的意义是帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。答案:(1)食物链 (2)消费者、分解者 植食动物的同化量 一(3)2.7% (4)帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部分
考向二 围绕能量流动的特点和研究意义,考查科学思维能力,具备社会责任3.(2021·龙岩模拟)下列关于生态系统中能量流动的说法正确的是( )A.生态系统中能量的输入总是等于输出B.能量传递效率总是随着食物链的增加而减少C.太阳能只有通过生产者才能输入生态系统中D.初级消费者同化的能量储存于其体内增重的有机物中
【解析】选C。在处于相对稳定状态的生态系统中,能量的输入与输出处于动态平衡,A错误;能量在相邻两个营养级间的传递效率为10%～20%,不会随着食物链的增加而减少,B错误;能量流动是从生产者将太阳能固定在体内开始的,即太阳能只有通过生产者才能输入生态系统中,C正确;初级消费者同化的能量,一部分储存于其体内增重的有机物中,一部分通过呼吸作用以热能的形式散失,D错误。
4.为了研究水生生物对富营养化水体中磷的去除作用,研究人员从某城市内河中取水样分别设置水葫芦、鲢鱼、“水葫芦+鲢鱼”等不同处理组进行实验,分别取样检测水体中总磷浓度变化,结果如图。下列相关叙述错误的是( )A.对照处理的水体中不含水生生物,总磷浓度上升B.检测结果显示水葫芦单独处理能降低总磷浓度C.为保护内河生态环境稳定,需控制水葫芦和鲢鱼的投放数量D.“水葫芦+鲢鱼”的处理方法,对水体中磷去除效果要优于水葫芦单独处理
【解析】选A。对照处理的水体为从某城市内河中取水样,其中含有水生生物,A错误;从坐标图中来看,检测结果显示水葫芦单独处理能降低总磷浓度,B正确;生态系统具有一定的自我调节能力,为保护内河生态环境稳定,需控制水葫芦和鲢鱼的投放数量,C正确;从坐标图中可以看出“水葫芦+鲢鱼”的处理方法对水体中磷去除效果要优于水葫芦单独处理,D正确。
5.我国北方,每到秋末收获季节,农田中残留的大量农作物秸秆对下季作物的播种产生很大影响。对秸秆采取不同的处理方式,会获得不同的生态或经济效益。根据题意回答下列问题:(1)有些农民为了节约人力和物力,采用焚烧的办法处理秸秆。从生态系统的功能角度来看,这样处理可__________,但同时也会对环境造成污染。 (2)用大型农机具将秸秆粉碎还田后,对明年春夏季农作物的生长有利,原因是__________________________________________________。在秸秆还田的处理方式中,农作物用于生长、发育、繁殖的能量的去向有_______________。 (3)现代生态农业则将牲畜养殖、沼气生产、食用菌养殖等与农田生产相结合,大大提高了生态系统的生产力,从能量流动的角度来看,原因____________。
【解析】(1)相比自然降解,焚烧处理秸秆可加快物质循环。(2)将秸秆粉碎还田后,秸秆被微生物分解后能够增加土壤中的无机盐,并释放二氧化碳,能促进农作物的生长;农作物用于生长、发育、繁殖的能量的去向包括:流向下一营养级、流向分解者、未被利用。(3)将牲畜养殖、沼气生产、食用菌养殖等与农田生产相结合,从能量流动的角度来看,可实现能量的多级利用,提高了能量的利用率,提高了生态系统的生产力。
答案:(1)加快物质循环(2)秸秆被微生物分解后能够增加土壤中的无机盐,并释放二氧化碳,能促进农作物的生长 流向下一营养级、流向分解者以及未被利用(3)实现了能量的多级利用,提高了能量的利用率
【加固训练·拔高】1.(2020·河南六市联考)如图是生态系统的能量流动图解,N1～N6表示能量数值,下列有关叙述中正确的是( )A.蜣螂同化的能量属于第二营养级的能量B.最高营养级同化量的去向是呼吸作用散失、用于生长、发育和繁殖、流入分解者C.草食动物N5/N4的值大于肉食动物的这一比值D.高营养级生物呼吸散失量占自身同化量的比值通常大于低营养级的生物
【解析】选D。蜣螂同化的能量来自初级消费者的粪便,而初级消费者粪便中的能量是其没有同化的能量,属于第一营养级同化的能量,A错误;最高营养级同化量的去向是呼吸作用散失、用于生长、发育和繁殖,其中用于生长、发育和繁殖的能量包括分解者利用的能量和未被利用的能量,B错误;不同营养级的生物同化量与摄入量的比值无法判断,C错误;高营养级生物呼吸散失量占自身同化量的比值通常大于低营养级的生物,D正确。
2.(2020·茂名模拟)某农场中甲、乙、丙三种生物属于三个相邻的营养级,三者的数量变化曲线(甲是生产者)如图1所示;该农场中的能量流动简图如图2所示,其中a2和b3分别为第二、三营养级从上一营养级同化的能量。下列相关叙述,正确的是( )
A.流入该农场的总能量是现有生物拥有的总能量和人工饲料中的总能量B.图1中丙属于第二营养级,乙属于第三营养级,且乙和丙的种间关系为捕食C.图2中第二营养级粪便中的能量属于a3,第三营养级粪便中的能量属于b2D.该农场中第一和第二营养级之间的能量传递效率为(a2+d1)/(a1+a2+a3)×100%
【解析】选C。流入该农场的总能量是生产者固定的总能量和人工饲料中的总能量;图1中甲是生产者,乙为初级消费者,处于第二营养级,丙处于第三营养级,且乙和丙的种间关系为捕食;某营养级粪便中的能量是其没有同化的能量,属于上一营养级同化的能量,因此图2中第二营养级粪便中的能量属于a3,第三营养级粪便中的能量属于b2;图2中第一营养级固定的能量为a1+a2+a3,第一营养级传递给第二营养级的能量为a2,因此第一和第二营养级之间的能量传递效率为a2/(a1+a2+a3)×100%。
3.为提高农业产量,农民采取了如下手段:①人工除草;②使用农药消灭害虫;③温室种植时,适当降低夜间温度;④对农作物施肥。某同学根据能量流动的特点进行分析,其中叙述正确的是( )A.①是为了减少营养级,从而降低能量传递过程中能量的损失B.②是为了使能量尽可能多地流向对人类最有益的部分C.③是为了提高农田生态系统能量输入问题D.④是为了给农田生态系统额外补充能量,从而提高农作物产量
【解析】选B。①人工除草是调整能量流动关系,使得能量流向农作物,A错误;②使用农药消灭害虫是为了防止能量流向害虫,调整能量流动关系,使能量尽可能多地流向对人类最有益的部分,B正确;③温室种植时,适当降低夜间温度,可以减少有机物的消耗,提高产量,C错误;④对农作物施肥是为了给农田生态系统补充物质,从而提高农作物产量,D错误。
考点二 生态系统的物质循环及其与能量流动的关系碳元素是构成生物体的重要元素,在自然界中没有外来碳的供应,生物圈中碳供应却从未短缺,这与自然界中的碳循环密切相关。分析以下生态系统的碳循环和能量流动的关系简图,不能得到的结论是( )A.物质作为能量的载体,使能量沿着食物链(网)流动B.能量作为动力,使物质能够不断地在生物群落和非生物环境之间循环往返C.能量①②③④的总和是生产者所固定的太阳能总量D.碳在生物群落和非生物环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的
【解析】选C。物质作为能量的载体,使能量沿着食物链(网)流动;能量作为动力,使物质能够不断地在生物群落和非生物环境之间循环往返;生产者固定的太阳能的总量包括:生产者自身的呼吸作用散失的能量、生产者流向初级消费者的能量、被分解者利用的能量及未被利用的能量四部分;碳在生物群落和非生物环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的,在生物群落内部以有机物的形式传递。
【母题变式延伸】 核心素养新命题(1)上题图中各级消费者的能量总和一定小于生产者所固定的太阳能总量吗?(科学思维:分析与综合)提示:各级消费者的能量都是直接或者间接来自生产者所固定的太阳能,生产者固定的太阳能总量并不是完全传递给消费者,生产者自己也会通过呼吸作用消耗部分同化的能量,故各级消费者的能量总和一定小于生产者所固定的太阳能总量。
(2)生态系统的物质循环是全球性的,所以生物圈的物质和能量都是自给自足的,这种说法正确吗?(生命观念:物质与能量观)提示:对于生态系统的功能来讲,物质循环是可以自给自足的,而能量沿食物链流动是单向传递、逐级递减的,故能量是需要不断补充的。
【知能素养提升】1.碳循环失衡导致温室效应加剧:(科学思维:批判性思维)(1)温室效应形成的原因:太阳的短波辐射能透过大气到达地面,由于大气中___等温室气体具有吸热和隔热的功能,地面以长波辐射形式反射的热能无法向外层空间散发,地表与低层大气温度升高。 (2)温室效应的积极意义:若大气不存在这种效应,地表温度将会_____,不利于生物的生存与繁衍。
(3)温室效应加剧与气候变暖:大量_________的燃烧、植被的破坏等,导致大气中的CO2含量迅速增加,打破生物圈中的碳循环的平衡,导致温室效应加剧,气温上升,加快极地和高山冰川的融化,导致海平面上升,进而对人类和其他生物的生存构成威胁。
2.物质循环和能量流动的比较:(科学思维:比较与分析)
3.物质循环和能量流动的关系:(科学思维:比较与综合)
(1)生物群落中的物质和能量最终来自无机环境。(2)连接生物群落和无机环境的两大成分是生产者和分解者;图示中未标出某些生产者还可以利用化学能进行化能合成作用。(3)二者均开始于生产者,通过光合作用合成有机物、固定太阳能,然后沿共同的渠道——食物链(网)一起进行。(4)能量的固定、储存、转移和释放,都离不开物质的合成与分解等过程。(5)物质作为能量的载体,使能量沿着食物链(网)流动。(6)能量作为动力,使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。(7)总体上来说,二者之间是相互依存、不可分割,并且同时进行的关系。
【热点考向演练】考向一 结合物质循环的实例——碳循环,考查归纳与概括能力1.(2020·全国Ⅲ卷)生态系统的物质循环包括碳循环和氮循环等过程。下列有关碳循环的叙述,错误的是( )A.消费者没有参与碳循环的过程B.生产者的光合作用是碳循环的重要环节C.土壤中微生物的呼吸作用是碳循环的重要环节D.碳在无机环境与生物群落之间主要以CO2形式循环
【解析】选A。本题主要考查生态系统的功能——物质循环。消费者可以加快生态系统的物质循环,消费者通过呼吸作用可以将物质从生物群落释放到无机环境,A项错误;生产者的光合作用可以将无机环境中的碳固定到生物群落中,B项正确;土壤中微生物作为分解者可以通过呼吸作用将动植物遗体残骸和枯枝败叶中的有机物分解为二氧化碳释放到无机环境中,C项正确;碳在无机环境与生物群落之间可以通过光合作用和呼吸作用以CO2形式循环,D项正确。
2.(2021•淄博模拟)图甲为部分碳循环示意图,图乙为我国北方某地20年间CO2浓度变化的示意图。下列相关说法错误的是( )
A.图甲中成分a在碳循环中的主要作用是吸收大气中的CO2B.图甲中缺少a→CO2的过程,图甲中d为分解者C.每年的冬季CO2浓度变化,从碳循环角度分析主要原因是图甲中①过程大大减少,并且⑥过程增加D.每年夏季CO2浓度与前一年冬季相比下降,而每年的CO2浓度的平均值却逐年增加,原因是每年CO2的排放量都大于CO2的吸收量
【解析】选B。图甲中a为生产者,d为初级消费者,c为次级消费者,b为分解者,a在碳循环中的主要作用是吸收大气中的CO2,A正确;生产者也能通过自身的呼吸作用释放CO2,d为初级消费者,B错误;冬季由于植物光合作用减弱,植物吸收CO2的能力降低,且煤、石油的燃烧量增加,导致冬季CO2浓度升高,C正确;每年夏季CO2浓度与前一年冬季相比略有下降,而每年的CO2浓度的平均值却逐年增加,原因是每年CO2的排放量都大于CO2的吸收量,D正确。
考向二 分析物质循环和能量流动的关系,考查模型分析能力3.图1是某生态系统碳循环示意图,其中A、B、C、D是生态系统内各生物成分,1、2、3、4、5表示有关的生理过程;图2为该生态系统中某一食物链及部分能量流动情况。下列说法正确的是( )
A.在图1中,B、C分别属于初级消费者、生产者B.图1中能表示细胞呼吸过程的只有2、4、5C.如果A发生瘟疫,D的数量将先增加后减少最后趋于稳定D.在图2的食物链中,②/①的值代表兔与狼(生物之间)的能量传递效率
【解析】选C。图1中C是生产者,B是分解者,D是初级消费者,A是次级消费者,A错误;图1中的过程3是分解者的分解作用,其实质也是细胞呼吸,B错误;如果A发生瘟疫,D的数量将先增加后减少最后趋于稳定,C正确;图2中的①和②代表兔和狼的摄入量而不是同化量,所以②/①的值不能代表兔与狼(生物之间)的能量传递效率,D错误。
4.(2021年湖北适应性测试)陆地生态系统主要分为森林、草地、荒漠和苔原四种类型。热带雨林生态系统是森林生态系统中生产力最高的，其食物网极其复杂，物质循环速度快，能量流动渠道多。热带雨林是地球之肺，对地球氧气的生产及二氧化碳的平衡起着关键性作用，是全球气候的重要调节器。回答下列问题：(1)在森林、草地、荒漠和苔原四种生态系统类型中，物种丰富度最高的是______生态系统。 (2)热带雨林的绿色植物通过________作用将碳释放到大气中。 (3)热带雨林比苔原生态系统土壤中累积的有机质少，其原因是_____________。
(4)大气二氧化碳浓度增加引起全球气候变暖。若在适宜的生长条件下，大气二氧化碳浓度增加对植物的短期影响，主要表现为两个方面，一方面为______；另一方面为引起气孔的部分关闭，气孔部分关闭的生理意义是________。如果温度和降雨量因大气圈中二氧化碳浓度增加而发生变化，从长期影响来看，二氧化碳浓度的增加，可能会导致位于北半球的热带雨林生态系统的分布向北方移动，原因是___________。
【解析】本题主要考查生态系统的相关知识的综合运用。(1)生态系统营养结构越复杂，其丰富度越高，故森林、草地、荒漠和苔原四个生态系统中森林的丰富度最高。(2)绿色植物通过呼吸作用释放二氧化碳。(3)与苔原生态系统相比，热带雨林生态系统气候适宜，温度高，分解者分解能力强，有机物消耗多，故土壤中有机质积累减少。(4)二氧化碳浓度增大，可以提高植物光合作用速率；气孔部分关闭可以降低蒸腾作用，减少水分散失；二氧化碳浓度增加，导致全球气候变暖，南北分界线北移，热带北移。
答案： (1)森林 (2)呼吸(3)与苔原生态系统相比，热带雨林生态系统气候适宜，分解者分解能力强(4)提高植物光合作用速率 降低植物蒸腾作用，减少水分散失 二氧化碳浓度增加导致全球气候变暖，南北分界线北移，热带北移
【加固训练·拔高】1.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,箭头表示碳传递方向,字母表示碳传递途径。下列各项叙述正确的是( )
A.碳从植物体流入动物体、从动植物流向土壤中的生物的主要形式是含碳的有机物和二氧化碳B.若图中的字母表示碳元素传递的量,一年中若a>b+d+g,则该系统的抵抗力稳定性将会增强C.a途径是通过光合作用实现的,b、d、g、f途径是通过呼吸作用实现的D.碳在生物群落与无机环境之间的循环主要是以二氧化碳形式进行的,包括图中的a、b、c、d、g等过程
【解析】选B。碳元素以含碳有机物的形式被动物摄食,并使得能量流入动物体内,动植物流向土壤中生物的主要是遗体、粪便及枯枝败叶等含碳的有机物,A错误;据图分析可知,a表示植物的光合作用、b表示植物的呼吸作用、d表示动物的呼吸作用、g表示分解者的呼吸作用,一年中若a>b+d+g,说明固定的能量总量大于生物群落呼吸消耗的能量,物种会越来越丰富,该系统的抵抗力稳定性将会增强,B正确;a途径是通过光合作用实现的,b、d、g途径是通过呼吸作用实现的,f代表动物遗体和粪便流向分解者,C错误; a代表植物的光合作用,b、d、g代表生物的呼吸作用,c代表捕食,e、f代表动植物的残枝败叶、
遗体和粪便流向分解者,在生物群落和无机环境之间碳以CO2的形式循环,如图中的a、b、d、g等过程,在生物群落内部以含碳有机物的形式传递,如图中的c、f、e等过程,D错误。
2.科研人员在同温带草原中选择放牧、割草、围封三种不同利用方式的样地测定湿润年和干旱年的土壤呼吸总量(样地内土壤动物、植被根系和土壤微生物的呼吸总量),结果如图所示。据图分析正确的是( )A.本实验的自变量只有降水量B.割草样地的土壤呼吸对降水状况反应最不敏感C.土壤呼吸是草原生态系统中碳输出的唯一途径D.水分对草原生态系统的碳循环具有明显影响
【解析】选D。本实验的自变量还有对样地的利用方式,A错误;由柱形图可以看出:割草样地湿润年土壤呼吸总量大于干旱年最明显,故割草样地的土壤呼吸对降水状况反应最敏感,B错误;土壤呼吸不是草原生态系统中碳输出的唯一途径,如植被除根系外的其他部分,动物(除土壤动物)的呼吸作用等,C错误;由图可知:无论哪种草原利用方式,湿润年土壤呼吸总量总是大于干旱年,故水分对草原生态系统的碳循环具有明显影响,D正确。
3.(2018·天津高考)为研究森林生态系统的碳循环,对西黄松老龄(未砍伐50～250年)和幼龄(砍伐后22年)生态系统的有机碳库及年碳收支进行测定,结果见表,据表回答:※净初级生产力:生产者光合作用固定总碳的速率减去自身呼吸作用消耗碳的速率※※异养呼吸:消费者和分解者的呼吸作用
(1)西黄松群落被砍伐后,可逐渐形成自然幼龄群落,体现了生态系统的__________稳定性。(2)大气中的碳主要在叶绿体____________部位被固定,进入生物群落。幼龄西黄松群落每平方米有____________克碳用于生产者当年的生长、发育、繁殖,储存在生产者活生物量中;其中,部分通过生态系统中________________的呼吸作用,部分转变为死有机质和土壤有机碳后通过______________的分解作用,返回大气中的CO2库。(3)西黄松幼龄群落中每克生产者活生物量的净初级生产力____________(大于/等于/小于)老龄群落。根据年碳收支分析,幼龄西黄松群落____________(能/不能)降低大气碳总量。
【解析】本题以某生态系统碳循环为材料考查生态系统的稳定性、光合作用的场所、生态系统的物质循环等知识。(1)生态系统在受到外界干扰因素的破坏后恢复到原状的能力称为恢复力稳定性。(2)大气中的碳在光合作用的暗反应中被固定,此过程发生在叶绿体基质;生产者光合作用固定总碳的速率减去自身呼吸作用消耗碳的速率,即为生产者用于生长、发育、繁殖的量,即净初级生产力,对应表格中的数据为360 (g/m2·年);生态系统中各级消费者摄食后,通过呼吸作用供给生长、发育、繁殖等过程,动物死亡后其遗体变成土壤有机碳,再通过分解者的分解作用,返回大气。
(3)由表格中数据可知,西黄松老龄群落中每克生产者活生物量的净初级生产力为470/12 730≈0.04,而幼龄群落中的净初级生产力为360/1 460≈0.25,幼龄群落数值偏大;幼龄群落中净初级生产力为360(g/m2·年),小于异养呼吸消耗的390(g/m2·年),故幼龄西黄松群落不能降低大气碳总量。答案:(1)恢复力 (2)基质 360 消费者 分解者 (3)大于 不能
4.(2019·江苏高考)图1是某生态系统部分生物关系示意图。请回答下列问题:
(1)生态系统最基本的生物成分是 ________________________________。图1由乔木、草本植物、蝗虫、蜘蛛和杂食性鸟构成的食物网中,杂食性鸟分别处于第______________营养级。(2)从图1所示的营养关系分析,属于分解者的有__________。有机碎屑被彻底分解产生的__________________________(至少写出两类)等供生态系统循环利用。(3)由于乔木的遮挡程度不同,导致了不同区域地表的草本植物、真菌等生物种类和数量有一定差异,地表生物的这种区域差异分布体现了群落具有______________结构。
(4)下列属于该区域东亚飞蝗种群基本特征的有____________(填序号)。①空间分布 ②迁入率 ③互利共生 ④物种丰富度 ⑤种群密度(5)图2是图1生态系统中某两个营养级(甲、乙)的能量流动示意图,其中a～e表示能量值。乙粪便中食物残渣的能量包含在______________(填图2中字母)中,乙用于生长、发育及繁殖的能量值可表示为______________(用图2中字母和计算符号表示)。
【解析】(1)在生态系统中,生产者主要是绿色植物,可以通过光合作用把太阳能固定在它们所制造的有机物中,太阳能变成化学能从而可以被生物所利用,因此生产者是生态系统的最基本的成分。杂食性鸟以草本植物等生产者为食处于第二营养级,以蝗虫为食处于第三营养级,以蜘蛛为食处于第四营养级。(2)图1中的大型真菌和跳虫属于分解者,可以将有机碎屑分解成CO2、H2O和无机盐被生产者重新利用。(3)乔木的遮挡程度不同,造成了光照强度的不同,使不同地段上分布的生物种类和数量有一定差异,体现了群落具有水平结构。
(4)该区域东亚飞蝗种群具有基本的数量特征,如种群密度、出生率和死亡率、迁入率和迁出率、性别比例、年龄组成,还具有一定的空间特征,因此①②⑤属于东亚飞蝗种群的基本特征,而③④属于群落水平上研究的问题。(5)粪便中食物残渣的能量属于上一营养级被微生物分解的那部分,所以包含在c中。乙同化的能量一部分用于呼吸消耗,一部分用于自身生长、发育、繁殖,图中a为乙的同化量,b为乙呼吸作用消耗的能量,所以乙用于自身生长、发育、繁殖的能量为a-b。
答案:(1)生产者 二、三、四 (2)大型真菌、跳虫 无机盐、CO2、H2O (3)水平 (4)①②⑤ (5)c a-b
【命题新情境】1960年美国生态学家在密执安荒地对一个由植物、田鼠和鼬三个环节组成的食物链进行了能量流动分析。(GP表示总初级生产量,NP代表净初级生产量,R表示呼吸消耗量,单位:卡/顷·年)。
【命题新角度】1.生态学家研究的生态系统的组成成分中缺少的是 。 2.该生态系统的营养结构具体为________________ (用标号表示) 3.结合第二营养级的数据可以看出这是一个 (开放还是封闭)的生态系统,判断依据是__________________________________。 4.表中不同营养级的NP/GP不同,原因是 。
5.由该荒地可得出下列数据:①荒地接受的太阳辐射量:6.3×1010卡/顷·年; ②植物固定的能量:59.3×106卡/顷·年;③田鼠吃植物获得的能量为:176×103卡/顷·年;④田鼠吃掉植物摄入的能量为:38.5×106卡/顷·年;⑤鼬同化的能量为:55.6×103卡/顷·年。结合数据绘制了三个营养级的能量金字塔,请在能量金字塔中填上标号。
【解析】1.生态系统的组成为非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者。2.生态系统的营养结构是食物链和食物网,根据总初级生产量可以判断②为植物、①为田鼠、③为鼬,构成的食物链为②→①→③。3.由图中田鼠的NP+R之和远远大于GP,因而可判断该生态系统有迁入,是一个开放的生态系统。4.由表格可知,由于各营养级生物呼吸消耗量所占比例不同,所以不同营养级的NP/GP不同。5.能量金字塔是能量和营养级之间的关系,各营养级的能量是同化的能量,结合文字信息,植物同化量为②、田鼠同化量为③、鼬同化量为⑤。
答案:1.非生物的物质和能量、分解者2.②→①→③ 3.开放 田鼠的NP+R之和远远大于GP4.呼吸所消耗的能量不同5.
【拓展视野】 林德曼能量流动的研究过程 20世纪30年代末,美国生态学家林德曼在美国赛达伯格湖对该湖泊生态系统进行了开拓性的研究工作。 通过定位、定量的测定工作,对湖泊生态系统中各类生物有机体的生物量,各类生物有机体之间的营养关系以及与环境之间的能量关系进行了深入调查和研究,取得了从一个营养级到另一个营养级物质与能量移动的本质了解,创立了营养动态观点。
发现生态系统的能量流动具有单向流动、逐级递减两个特点,能量在相邻两个营养级间的传递效率大约为10%～20%。后一营养级只能是前一营养级能量的1/10左右,从而提出生态系统中能量传递的“十分之一定律”。 如果把这种关系表现在图上,用横坐标表示生物量,在纵坐标上把食物链中各级消费者的数量依次逐级标出,那么,整个图形就像一个金字塔,在生态学中称之为能量金字塔。
1942年,他将这一结论发表在《生态学的营养动态概说》,指出生态系统营养动态的基本过程就是能量在生态系统中的转化过程。生态系统内部的生物有机体都要依靠系统外部能量(太阳能)的输入,生态系统中的绿色植物,作为生产者首先通过光合作用吸收太阳能,因此生产者是生态系统的能量基础。 林德曼于1942年不幸死于肝炎,年仅27岁。
【概念导图】 一图知全局
【概念梳理】 闭书测基础一、能量流动的概念1.生态系统的能量流动:指生态系统中能量的_____、传递、转化和_____的过程。
二、能量流动的过程(1)写出图中甲、乙、丙、丁、戊代表的内容:甲._______,乙.___________,丙.___________,丁._________,戊._______。(2)据图分析食物链中甲营养级能量的去向:①通过自身_________以_____的形式散失。②被___________同化。③残枝败叶等被_______分解。④未被利用。
(3)上图食物链中乙营养级能量的去向:
三、能量流动的特点及研究意义1.特点:___________________。2.传递效率:相邻两个营养级之间_______的比值,大约为10%～20%。3.意义:(1)帮助人们科学规划、设计_____________,使能量得到最有效的利用。(2)帮助人们合理地调整生态系统中的_________关系,使能量持续高效地流向_____________的部分。
1.碳的存在形式与循环形式:(1)在生物群落和无机环境间:主要以___的形式。(2)在生物群落内部:以___________的形式。(3)在无机环境中:主要以___________的形式。2.碳进入生物群落的途径:生产者的_________和化能合成作用。3.碳返回无机环境的途径:(1)生产者和消费者的_________;(2)分解者的_________(主要是呼吸作用);(3)_________的燃烧。
【概念辨析】 全面清障碍1.判断下列有关能量流动叙述的正误:(1)生态系统中细菌产生的能量可流向生产者。( )分析:细菌一般是分解者,分解者从动植物遗体中获得的能量大部分通过分解作用以热能的形式散失,不会再被生产者利用。(2)生态系统相对稳定时无能量输入和散失。( )分析:生态系统相对稳定时,能量的输出和输入维持动态平衡。
(3)一只狼捕食了一只兔子,则该狼就获得了这只兔子能量的10%～20%。( )分析:能量传递效率发生在两个相邻营养级之间,而不是个体之间。(4)能量金字塔可以出现倒置现象。( )分析:因为生态系统中的能量一定是单向流动、逐级递减的,所以能量金字塔的下层一定大于上层,不会出现倒置现象。
(5)食物链各营养级中10%～20%的能量会被分解者利用。( )分析:食物链各营养级中10%～20%的能量会流向下一个营养级,而不是分解者。(6)若人与自然和谐统一,生产者固定的能量便可反复利用。( )分析:能量是单向流动,逐级递减的,任何时候不会反复利用。
2.判断下列有关物质循环以及与能量流动关系叙述的正误:(1)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。( )分析:物质循环是可以反复利用的,无机环境中的物质可以通过光合作用、化能合成作用等途径进入生物群落。(2)碳循环过程中能量需要以物质为载体,同时又驱动物质在生物群落和无机环境之间循环往返。( )分析:碳循环过程中物质是能量的载体,同时需要能量作为动力进行驱动。
(3)光合作用推动碳循环过程,促进了生物群落中的能量循环。( )分析:光合作用推动碳循环过程,但是生态系统中能量流动的特点是单向流动、逐级递减,是不能循环的。(4)植物可通过呼吸作用和光合作用参与生态系统的碳循环。( )分析:植物可通过光合作用将大气中的碳元素固定到生物群落中,同时也可以通过呼吸作用将碳以二氧化碳的形式释放到空气中去。
(5)低碳生活方式有助于维持生物圈中碳循环的平衡。( )分析:由于化石燃料的大量燃烧,打破了生物圈中碳循环的平衡,导致温室效应的发生,因此低碳生活方式有助于维持生物圈中碳循环的平衡。
【概念活用】教材命题源1.教材必修3 P93“问题探讨”改编:如图表示甲、乙两个特定生态系统的能量金字塔。
(1)依生态学原理看,同样重量的玉米,___可养活更多的人口,理由是甲中人处于第二营养级,与乙相比_____________________。(2)若土壤中含相同浓度的难降解污染物,则甲、乙中的人体内污染物浓度哪个较高?提示:乙中人体内污染物浓度较高。(3)一个吃玉米的人所获得的能量一定比一个吃鸡肉的人获得的能量多,对吗?为什么? 提示:不对;甲、乙中“人”代表的是相应营养级,并非“一个人”。
2.教材必修3 P101“与社会的联系”:在自然生态系统中,植物通过_________从大气中摄取碳的速率,与通过生物的___________________而把碳释放到大气中的速率_________。
3.教材必修3 P104“拓展题”改编:氮元素在生物群落与无机环境之间___(填“能”或“不能”)循环利用。农田是人工生态系统,是以提高农作物的产量和效益,使_____更多地流向人类,满足人类的需要为目的。需要不断向农田中施加氮肥,其原因是农田土壤中氮的含量往往不足以使作物高产,加之农产品源源不断地自农田生态系统输出,其中的氮元素并不能都归还土壤,所以需要施加_____。
考点一 生态系统的能量流动 【典例精研引领】某城市河流由于生活污水和工业废水的排入,水质逐渐恶化。经过治理后,河水又恢复了清澈。图1表示该河流的能量金字塔(甲、乙、丙为3种鱼,丁为1种水鸟,甲不摄食藻类,箭头表示能量流动方向),图2表示部分能量流动关系(图中数字表示同化的能量)。请回答下列问题:
(1)图1所示食物网中,遗漏了一条能量流动途径,该条途径是____________。 (2)图1所示食物网中,次级消费者是__________,丁与丙之间的种间关系是______________。 (3)根据图1分析,除了图2中已经标出的能量去向之外,乙的能量去向还有__________________。
(4)结合图2分析,图1所示食物网中第一营养级到第二营养级能量的传递效率 (填“大于”“小于”或“等于”)7.6%。 (5)经检测,水体中含有某种可被生物富集的农药,推测体内此农药含量最高的物种是______________。 (6)从生态学角度解释,污染物排放导致水质恶化的主要原因是__________。
【名师授法解题】 抓题眼练思维
【解析】(1)根据题意可知,图1中遗漏的能量流动途径是水草→甲→丁。(2)次级消费者属于第三营养级,故图1所示食物网中的次级消费者为丙和丁;丁可以捕食丙,而丁和丙又均以乙为食,故丁与丙之间的种间关系是捕食和竞争。(3)乙在图中所示食物链中不是最高营养级,所以乙的能量有三个去向:流向下一营养级(包括丁和丙);流向分解者;自身呼吸作用以热能形式散失。(4)因为乙同化的能量为1 900 kJ/(m2·a),生产者同化的能量为25 000 kJ/(m2·a),1 900/25 000×100%=7.6%,而生产者同化的能量除了流向乙外还流向了甲,所以第一营养级到第二营养级能量的传递效率大于7.6%。
(5)由题意可知,该农药可沿食物链或食物网富集,则该农药在处于最高营养级的生物体内含量最高。(6)从生态学角度分析,每个生态系统都有一定的自我调节能力,如果超过这个调节能力,则生态系统会崩溃。题中由于生活污水和工业废水的排入,水质逐渐恶化,说明污染物排放已经超过了河流生态系统的自我调节能力。答案:(1)水草→甲→丁 (2)丙和丁 捕食和竞争(3)传递给丙、自身呼吸作用以热能形式散失 (4)大于(5)丁 (6)河流生态系统自我调节(自我修复)能力有限
【母题变式延伸】核心素养新命题(1)此河水治理好后,因该水域有些渗漏,补水时曾不慎引入含除草剂的水,导致一些水草死亡。水草腐烂后,图中最先快速增殖的生物类群是什么?为什么?(科学思维:分析与综合)提示:藻类。原因是藻类与水草竞争,水草死亡,藻类失去大量竞争对象而快速繁殖。另外水草腐烂后被分解者分解产生的无机物被藻类吸收利用。(2)上题图2中能量流动是沿着食物链、食物网进行传递的,那么能量是如何传递给分解者的?(科学思维:综合与分析)提示:生物的遗体和动物的排出物是分解者能量的来源。
【知能素养提升】1.能量流动模型解读:(科学思维:概括、综合)(1)第一营养级的能量流动分析。
因为植物的真正光合作用=净光合作用+呼吸作用,同化量=用于生长、发育和繁殖的能量+呼吸作用散失的能量,所以生产者的同化量=真正光合作用量,生产者用于生长、发育和繁殖的能量=净光合作用量。
(2)第二营养级能量流动分析
①初级消费者摄入能量(a)=初级消费者同化能量(b)+粪便中的能量(c),即动物粪便中的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初级消费者同化能量(b)=呼吸消耗的能量(d)+用于生长、发育和繁殖的能量(e)。③生长、发育和繁殖的能量(e)=分解者利用的能量(f)+下一营养级同化的能量(i)+未被利用的能量(j)。
(3)某一个营养级同化能量的“2个”“3个”“4个”去路:①“2个”去路:同化量=呼吸消耗的能量+用于生长、发育和繁殖的能量②“3个”去路(定量不定时,即能量的最终去向):同化能量=呼吸消耗的能量+分解者利用的能量+下一营养级同化的能量③“4个”去路(定量定时,即一定时间段的能量去向):同化能量=呼吸消耗的能量+分解者利用的能量+下一营养级同化的能量+未被利用的能量。(注意:最高营养级的生物去除被下一营养级同化的能量。)
2.三种生态金字塔:(科学思维:比较、归纳)
3.能量流动的最值计算规律:(科学思维:建立模型)(1)计算某一生物获得的最多(至少)能量的规律。设食物链A→B→C→D,分情况讨论:
(2)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:
(3)能量分配比例或能量传递效率已知:先根据题意写出相应的食物链,根据各营养级之间的传递效率,按照从不同食物链获得的比例分别进行计算,再将各条食物链中的值相加即可。
【热点考向演练】考向一 通过生态系统的能量流动过程图解,考查模型分析能力1.如图为生态系统中能量流动图解部分示意图(字母表示能量的多少),下列选项中正确的是 ( )A.图中b=h+c+d+e+f+iB.生产者与初级消费者之间的能量传递效率为b/a×100%C.“草→兔→狼”这一食物链中,狼粪便中的能量属于dD.缩短食物链可以提高能量传递效率
【解析】选C。生产者固定的能量应该是流经生态系统的总能量,摄入量=同化量+粪便中的能量,因此c为同化量,h为粪便中的能量,同化量=呼吸作用中以热能形式散失的能量+用于生长、发育、繁殖的能量,因此d是初级消费者用于自身生长、发育、繁殖的能量,f是呼吸作用中以热能形式散失的能量,i是流入分解者的能量,e是下一营养级摄入的能量,所以b=h+c=h+f+d=f+e+g,A错误。能量传递效率是相邻营养级同化量之间的比值,生产者与初级消费者之间的能量传递效率为c/a×100%,B错误。狼粪便中的能量应该属于初级消费者兔的同化量中用于生长、发育、繁殖的能量,C正确。缩短食物链不能提高能量传递效率,D错误。
【易错警示】能量传递效率≠能量利用率(1)能量传递效率是指能量在相邻两个营养级之间的传递效率,只有10%～20%,计算公式:第(N+1)级营养级同化的能量/第N级营养级同化的能量×100%。(2)能量利用率: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。
2.如图表示某草原上植食动物所摄入能量的去路(字母表示相应能量)。请回答:
(1)生态系统各生物之间存在着取食和被食关系,传递着生产者所固定的能量,这种单方向的营养关系叫做____________。 (2)图中的生态系统成分有__________________。B表示__________________,A属于第__________营养级的能量。 (3)若B中能量为2.0×109 kJ,C中能量为0.8×109 kJ,肉食性动物同化的能量为5.4×107 kJ,则该生态系统从植食性动物到肉食性动物的能量传递效率为________________。 (4)草原上放养的牲畜过少,就不能充分利用牧草所能提供的能量;草原上放养的牲畜过多,就会造成草原的退化,这说明研究生态系统的能量流动的意义是 。
【解析】(1)因取食和被取食关系,不断传递着生产者所固定的能量,这种单方向的营养关系称为食物链。(2)图中的生态系统成分有消费者、分解者,无生产者;由题图分析可知,B表示植食性动物的同化量,A是植食性动物粪便中的能量,属于第一营养级的能量。(3)能量传递效率是两个相邻营养级同化量的比值,植食性动物的同化量为2.0×109 kJ,肉食性动物的同化量为5.4×107 kJ,故能量传递效率为5.4×107÷(2.0×109)×100%=2.7%。
(4)草原上放养的牲畜过少,就不能充分利用牧草所能提供的能量;草原上放养的牲畜过多,就会造成草原的退化,这说明研究生态系统的能量流动的意义是帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。答案:(1)食物链 (2)消费者、分解者 植食动物的同化量 一(3)2.7% (4)帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部分
考向二 围绕能量流动的特点和研究意义,考查科学思维能力,具备社会责任3.(2021·龙岩模拟)下列关于生态系统中能量流动的说法正确的是( )A.生态系统中能量的输入总是等于输出B.能量传递效率总是随着食物链的增加而减少C.太阳能只有通过生产者才能输入生态系统中D.初级消费者同化的能量储存于其体内增重的有机物中
【解析】选C。在处于相对稳定状态的生态系统中,能量的输入与输出处于动态平衡,A错误;能量在相邻两个营养级间的传递效率为10%～20%,不会随着食物链的增加而减少,B错误;能量流动是从生产者将太阳能固定在体内开始的,即太阳能只有通过生产者才能输入生态系统中,C正确;初级消费者同化的能量,一部分储存于其体内增重的有机物中,一部分通过呼吸作用以热能的形式散失,D错误。
4.为了研究水生生物对富营养化水体中磷的去除作用,研究人员从某城市内河中取水样分别设置水葫芦、鲢鱼、“水葫芦+鲢鱼”等不同处理组进行实验,分别取样检测水体中总磷浓度变化,结果如图。下列相关叙述错误的是( )A.对照处理的水体中不含水生生物,总磷浓度上升B.检测结果显示水葫芦单独处理能降低总磷浓度C.为保护内河生态环境稳定,需控制水葫芦和鲢鱼的投放数量D.“水葫芦+鲢鱼”的处理方法,对水体中磷去除效果要优于水葫芦单独处理
【解析】选A。对照处理的水体为从某城市内河中取水样,其中含有水生生物,A错误;从坐标图中来看,检测结果显示水葫芦单独处理能降低总磷浓度,B正确;生态系统具有一定的自我调节能力,为保护内河生态环境稳定,需控制水葫芦和鲢鱼的投放数量,C正确;从坐标图中可以看出“水葫芦+鲢鱼”的处理方法对水体中磷去除效果要优于水葫芦单独处理,D正确。
5.我国北方,每到秋末收获季节,农田中残留的大量农作物秸秆对下季作物的播种产生很大影响。对秸秆采取不同的处理方式,会获得不同的生态或经济效益。根据题意回答下列问题:(1)有些农民为了节约人力和物力,采用焚烧的办法处理秸秆。从生态系统的功能角度来看,这样处理可__________,但同时也会对环境造成污染。 (2)用大型农机具将秸秆粉碎还田后,对明年春夏季农作物的生长有利,原因是__________________________________________________。在秸秆还田的处理方式中,农作物用于生长、发育、繁殖的能量的去向有_______________。 (3)现代生态农业则将牲畜养殖、沼气生产、食用菌养殖等与农田生产相结合,大大提高了生态系统的生产力,从能量流动的角度来看,原因____________。
【解析】(1)相比自然降解,焚烧处理秸秆可加快物质循环。(2)将秸秆粉碎还田后,秸秆被微生物分解后能够增加土壤中的无机盐,并释放二氧化碳,能促进农作物的生长;农作物用于生长、发育、繁殖的能量的去向包括:流向下一营养级、流向分解者、未被利用。(3)将牲畜养殖、沼气生产、食用菌养殖等与农田生产相结合,从能量流动的角度来看,可实现能量的多级利用,提高了能量的利用率,提高了生态系统的生产力。
答案:(1)加快物质循环(2)秸秆被微生物分解后能够增加土壤中的无机盐,并释放二氧化碳,能促进农作物的生长 流向下一营养级、流向分解者以及未被利用(3)实现了能量的多级利用,提高了能量的利用率
【加固训练·拔高】1.(2020·河南六市联考)如图是生态系统的能量流动图解,N1～N6表示能量数值,下列有关叙述中正确的是( )A.蜣螂同化的能量属于第二营养级的能量B.最高营养级同化量的去向是呼吸作用散失、用于生长、发育和繁殖、流入分解者C.草食动物N5/N4的值大于肉食动物的这一比值D.高营养级生物呼吸散失量占自身同化量的比值通常大于低营养级的生物
【解析】选D。蜣螂同化的能量来自初级消费者的粪便,而初级消费者粪便中的能量是其没有同化的能量,属于第一营养级同化的能量,A错误;最高营养级同化量的去向是呼吸作用散失、用于生长、发育和繁殖,其中用于生长、发育和繁殖的能量包括分解者利用的能量和未被利用的能量,B错误;不同营养级的生物同化量与摄入量的比值无法判断,C错误;高营养级生物呼吸散失量占自身同化量的比值通常大于低营养级的生物,D正确。
2.(2020·茂名模拟)某农场中甲、乙、丙三种生物属于三个相邻的营养级,三者的数量变化曲线(甲是生产者)如图1所示;该农场中的能量流动简图如图2所示,其中a2和b3分别为第二、三营养级从上一营养级同化的能量。下列相关叙述,正确的是( )
A.流入该农场的总能量是现有生物拥有的总能量和人工饲料中的总能量B.图1中丙属于第二营养级,乙属于第三营养级,且乙和丙的种间关系为捕食C.图2中第二营养级粪便中的能量属于a3,第三营养级粪便中的能量属于b2D.该农场中第一和第二营养级之间的能量传递效率为(a2+d1)/(a1+a2+a3)×100%
【解析】选C。流入该农场的总能量是生产者固定的总能量和人工饲料中的总能量;图1中甲是生产者,乙为初级消费者,处于第二营养级,丙处于第三营养级,且乙和丙的种间关系为捕食;某营养级粪便中的能量是其没有同化的能量,属于上一营养级同化的能量,因此图2中第二营养级粪便中的能量属于a3,第三营养级粪便中的能量属于b2;图2中第一营养级固定的能量为a1+a2+a3,第一营养级传递给第二营养级的能量为a2,因此第一和第二营养级之间的能量传递效率为a2/(a1+a2+a3)×100%。
3.为提高农业产量,农民采取了如下手段:①人工除草;②使用农药消灭害虫;③温室种植时,适当降低夜间温度;④对农作物施肥。某同学根据能量流动的特点进行分析,其中叙述正确的是( )A.①是为了减少营养级,从而降低能量传递过程中能量的损失B.②是为了使能量尽可能多地流向对人类最有益的部分C.③是为了提高农田生态系统能量输入问题D.④是为了给农田生态系统额外补充能量,从而提高农作物产量
【解析】选B。①人工除草是调整能量流动关系,使得能量流向农作物,A错误;②使用农药消灭害虫是为了防止能量流向害虫,调整能量流动关系,使能量尽可能多地流向对人类最有益的部分,B正确;③温室种植时,适当降低夜间温度,可以减少有机物的消耗,提高产量,C错误;④对农作物施肥是为了给农田生态系统补充物质,从而提高农作物产量,D错误。
考点二 生态系统的物质循环及其与能量流动的关系碳元素是构成生物体的重要元素,在自然界中没有外来碳的供应,生物圈中碳供应却从未短缺,这与自然界中的碳循环密切相关。分析以下生态系统的碳循环和能量流动的关系简图,不能得到的结论是( )A.物质作为能量的载体,使能量沿着食物链(网)流动B.能量作为动力,使物质能够不断地在生物群落和非生物环境之间循环往返C.能量①②③④的总和是生产者所固定的太阳能总量D.碳在生物群落和非生物环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的
【解析】选C。物质作为能量的载体,使能量沿着食物链(网)流动;能量作为动力,使物质能够不断地在生物群落和非生物环境之间循环往返;生产者固定的太阳能的总量包括:生产者自身的呼吸作用散失的能量、生产者流向初级消费者的能量、被分解者利用的能量及未被利用的能量四部分;碳在生物群落和非生物环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的,在生物群落内部以有机物的形式传递。
【母题变式延伸】 核心素养新命题(1)上题图中各级消费者的能量总和一定小于生产者所固定的太阳能总量吗?(科学思维:分析与综合)提示:各级消费者的能量都是直接或者间接来自生产者所固定的太阳能,生产者固定的太阳能总量并不是完全传递给消费者,生产者自己也会通过呼吸作用消耗部分同化的能量,故各级消费者的能量总和一定小于生产者所固定的太阳能总量。
(2)生态系统的物质循环是全球性的,所以生物圈的物质和能量都是自给自足的,这种说法正确吗?(生命观念:物质与能量观)提示:对于生态系统的功能来讲,物质循环是可以自给自足的,而能量沿食物链流动是单向传递、逐级递减的,故能量是需要不断补充的。
【知能素养提升】1.碳循环失衡导致温室效应加剧:(科学思维:批判性思维)(1)温室效应形成的原因:太阳的短波辐射能透过大气到达地面,由于大气中___等温室气体具有吸热和隔热的功能,地面以长波辐射形式反射的热能无法向外层空间散发,地表与低层大气温度升高。 (2)温室效应的积极意义:若大气不存在这种效应,地表温度将会_____,不利于生物的生存与繁衍。
(3)温室效应加剧与气候变暖:大量_________的燃烧、植被的破坏等,导致大气中的CO2含量迅速增加,打破生物圈中的碳循环的平衡,导致温室效应加剧,气温上升,加快极地和高山冰川的融化,导致海平面上升,进而对人类和其他生物的生存构成威胁。
2.物质循环和能量流动的比较:(科学思维:比较与分析)
3.物质循环和能量流动的关系:(科学思维:比较与综合)
(1)生物群落中的物质和能量最终来自无机环境。(2)连接生物群落和无机环境的两大成分是生产者和分解者;图示中未标出某些生产者还可以利用化学能进行化能合成作用。(3)二者均开始于生产者,通过光合作用合成有机物、固定太阳能,然后沿共同的渠道——食物链(网)一起进行。(4)能量的固定、储存、转移和释放,都离不开物质的合成与分解等过程。(5)物质作为能量的载体,使能量沿着食物链(网)流动。(6)能量作为动力,使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。(7)总体上来说,二者之间是相互依存、不可分割,并且同时进行的关系。
【热点考向演练】考向一 结合物质循环的实例——碳循环,考查归纳与概括能力1.(2020·全国Ⅲ卷)生态系统的物质循环包括碳循环和氮循环等过程。下列有关碳循环的叙述,错误的是( )A.消费者没有参与碳循环的过程B.生产者的光合作用是碳循环的重要环节C.土壤中微生物的呼吸作用是碳循环的重要环节D.碳在无机环境与生物群落之间主要以CO2形式循环
【解析】选A。本题主要考查生态系统的功能——物质循环。消费者可以加快生态系统的物质循环,消费者通过呼吸作用可以将物质从生物群落释放到无机环境,A项错误;生产者的光合作用可以将无机环境中的碳固定到生物群落中,B项正确;土壤中微生物作为分解者可以通过呼吸作用将动植物遗体残骸和枯枝败叶中的有机物分解为二氧化碳释放到无机环境中,C项正确;碳在无机环境与生物群落之间可以通过光合作用和呼吸作用以CO2形式循环,D项正确。
2.(2021•淄博模拟)图甲为部分碳循环示意图,图乙为我国北方某地20年间CO2浓度变化的示意图。下列相关说法错误的是( )
A.图甲中成分a在碳循环中的主要作用是吸收大气中的CO2B.图甲中缺少a→CO2的过程,图甲中d为分解者C.每年的冬季CO2浓度变化,从碳循环角度分析主要原因是图甲中①过程大大减少,并且⑥过程增加D.每年夏季CO2浓度与前一年冬季相比下降,而每年的CO2浓度的平均值却逐年增加,原因是每年CO2的排放量都大于CO2的吸收量
【解析】选B。图甲中a为生产者,d为初级消费者,c为次级消费者,b为分解者,a在碳循环中的主要作用是吸收大气中的CO2,A正确;生产者也能通过自身的呼吸作用释放CO2,d为初级消费者,B错误;冬季由于植物光合作用减弱,植物吸收CO2的能力降低,且煤、石油的燃烧量增加,导致冬季CO2浓度升高,C正确;每年夏季CO2浓度与前一年冬季相比略有下降,而每年的CO2浓度的平均值却逐年增加,原因是每年CO2的排放量都大于CO2的吸收量,D正确。
考向二 分析物质循环和能量流动的关系,考查模型分析能力3.图1是某生态系统碳循环示意图,其中A、B、C、D是生态系统内各生物成分,1、2、3、4、5表示有关的生理过程;图2为该生态系统中某一食物链及部分能量流动情况。下列说法正确的是( )
A.在图1中,B、C分别属于初级消费者、生产者B.图1中能表示细胞呼吸过程的只有2、4、5C.如果A发生瘟疫,D的数量将先增加后减少最后趋于稳定D.在图2的食物链中,②/①的值代表兔与狼(生物之间)的能量传递效率
【解析】选C。图1中C是生产者,B是分解者,D是初级消费者,A是次级消费者,A错误;图1中的过程3是分解者的分解作用,其实质也是细胞呼吸,B错误;如果A发生瘟疫,D的数量将先增加后减少最后趋于稳定,C正确;图2中的①和②代表兔和狼的摄入量而不是同化量,所以②/①的值不能代表兔与狼(生物之间)的能量传递效率,D错误。
4.(2021年湖北适应性测试)陆地生态系统主要分为森林、草地、荒漠和苔原四种类型。热带雨林生态系统是森林生态系统中生产力最高的，其食物网极其复杂，物质循环速度快，能量流动渠道多。热带雨林是地球之肺，对地球氧气的生产及二氧化碳的平衡起着关键性作用，是全球气候的重要调节器。回答下列问题：(1)在森林、草地、荒漠和苔原四种生态系统类型中，物种丰富度最高的是______生态系统。 (2)热带雨林的绿色植物通过________作用将碳释放到大气中。 (3)热带雨林比苔原生态系统土壤中累积的有机质少，其原因是_____________。
(4)大气二氧化碳浓度增加引起全球气候变暖。若在适宜的生长条件下，大气二氧化碳浓度增加对植物的短期影响，主要表现为两个方面，一方面为______；另一方面为引起气孔的部分关闭，气孔部分关闭的生理意义是________。如果温度和降雨量因大气圈中二氧化碳浓度增加而发生变化，从长期影响来看，二氧化碳浓度的增加，可能会导致位于北半球的热带雨林生态系统的分布向北方移动，原因是___________。
【解析】本题主要考查生态系统的相关知识的综合运用。(1)生态系统营养结构越复杂，其丰富度越高，故森林、草地、荒漠和苔原四个生态系统中森林的丰富度最高。(2)绿色植物通过呼吸作用释放二氧化碳。(3)与苔原生态系统相比，热带雨林生态系统气候适宜，温度高，分解者分解能力强，有机物消耗多，故土壤中有机质积累减少。(4)二氧化碳浓度增大，可以提高植物光合作用速率；气孔部分关闭可以降低蒸腾作用，减少水分散失；二氧化碳浓度增加，导致全球气候变暖，南北分界线北移，热带北移。
答案： (1)森林 (2)呼吸(3)与苔原生态系统相比，热带雨林生态系统气候适宜，分解者分解能力强(4)提高植物光合作用速率 降低植物蒸腾作用，减少水分散失 二氧化碳浓度增加导致全球气候变暖，南北分界线北移，热带北移
【加固训练·拔高】1.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,箭头表示碳传递方向,字母表示碳传递途径。下列各项叙述正确的是( )
A.碳从植物体流入动物体、从动植物流向土壤中的生物的主要形式是含碳的有机物和二氧化碳B.若图中的字母表示碳元素传递的量,一年中若a>b+d+g,则该系统的抵抗力稳定性将会增强C.a途径是通过光合作用实现的,b、d、g、f途径是通过呼吸作用实现的D.碳在生物群落与无机环境之间的循环主要是以二氧化碳形式进行的,包括图中的a、b、c、d、g等过程
【解析】选B。碳元素以含碳有机物的形式被动物摄食,并使得能量流入动物体内,动植物流向土壤中生物的主要是遗体、粪便及枯枝败叶等含碳的有机物,A错误;据图分析可知,a表示植物的光合作用、b表示植物的呼吸作用、d表示动物的呼吸作用、g表示分解者的呼吸作用,一年中若a>b+d+g,说明固定的能量总量大于生物群落呼吸消耗的能量,物种会越来越丰富,该系统的抵抗力稳定性将会增强,B正确;a途径是通过光合作用实现的,b、d、g途径是通过呼吸作用实现的,f代表动物遗体和粪便流向分解者,C错误; a代表植物的光合作用,b、d、g代表生物的呼吸作用,c代表捕食,e、f代表动植物的残枝败叶、
遗体和粪便流向分解者,在生物群落和无机环境之间碳以CO2的形式循环,如图中的a、b、d、g等过程,在生物群落内部以含碳有机物的形式传递,如图中的c、f、e等过程,D错误。
2.科研人员在同温带草原中选择放牧、割草、围封三种不同利用方式的样地测定湿润年和干旱年的土壤呼吸总量(样地内土壤动物、植被根系和土壤微生物的呼吸总量),结果如图所示。据图分析正确的是( )A.本实验的自变量只有降水量B.割草样地的土壤呼吸对降水状况反应最不敏感C.土壤呼吸是草原生态系统中碳输出的唯一途径D.水分对草原生态系统的碳循环具有明显影响
【解析】选D。本实验的自变量还有对样地的利用方式,A错误;由柱形图可以看出:割草样地湿润年土壤呼吸总量大于干旱年最明显,故割草样地的土壤呼吸对降水状况反应最敏感,B错误;土壤呼吸不是草原生态系统中碳输出的唯一途径,如植被除根系外的其他部分,动物(除土壤动物)的呼吸作用等,C错误;由图可知:无论哪种草原利用方式,湿润年土壤呼吸总量总是大于干旱年,故水分对草原生态系统的碳循环具有明显影响,D正确。
3.(2018·天津高考)为研究森林生态系统的碳循环,对西黄松老龄(未砍伐50～250年)和幼龄(砍伐后22年)生态系统的有机碳库及年碳收支进行测定,结果见表,据表回答:※净初级生产力:生产者光合作用固定总碳的速率减去自身呼吸作用消耗碳的速率※※异养呼吸:消费者和分解者的呼吸作用
(1)西黄松群落被砍伐后,可逐渐形成自然幼龄群落,体现了生态系统的__________稳定性。(2)大气中的碳主要在叶绿体____________部位被固定,进入生物群落。幼龄西黄松群落每平方米有____________克碳用于生产者当年的生长、发育、繁殖,储存在生产者活生物量中;其中,部分通过生态系统中________________的呼吸作用,部分转变为死有机质和土壤有机碳后通过______________的分解作用,返回大气中的CO2库。(3)西黄松幼龄群落中每克生产者活生物量的净初级生产力____________(大于/等于/小于)老龄群落。根据年碳收支分析,幼龄西黄松群落____________(能/不能)降低大气碳总量。
【解析】本题以某生态系统碳循环为材料考查生态系统的稳定性、光合作用的场所、生态系统的物质循环等知识。(1)生态系统在受到外界干扰因素的破坏后恢复到原状的能力称为恢复力稳定性。(2)大气中的碳在光合作用的暗反应中被固定,此过程发生在叶绿体基质;生产者光合作用固定总碳的速率减去自身呼吸作用消耗碳的速率,即为生产者用于生长、发育、繁殖的量,即净初级生产力,对应表格中的数据为360 (g/m2·年);生态系统中各级消费者摄食后,通过呼吸作用供给生长、发育、繁殖等过程,动物死亡后其遗体变成土壤有机碳,再通过分解者的分解作用,返回大气。
(3)由表格中数据可知,西黄松老龄群落中每克生产者活生物量的净初级生产力为470/12 730≈0.04,而幼龄群落中的净初级生产力为360/1 460≈0.25,幼龄群落数值偏大;幼龄群落中净初级生产力为360(g/m2·年),小于异养呼吸消耗的390(g/m2·年),故幼龄西黄松群落不能降低大气碳总量。答案:(1)恢复力 (2)基质 360 消费者 分解者 (3)大于 不能
4.(2019·江苏高考)图1是某生态系统部分生物关系示意图。请回答下列问题:
(1)生态系统最基本的生物成分是 ________________________________。图1由乔木、草本植物、蝗虫、蜘蛛和杂食性鸟构成的食物网中,杂食性鸟分别处于第______________营养级。(2)从图1所示的营养关系分析,属于分解者的有__________。有机碎屑被彻底分解产生的__________________________(至少写出两类)等供生态系统循环利用。(3)由于乔木的遮挡程度不同,导致了不同区域地表的草本植物、真菌等生物种类和数量有一定差异,地表生物的这种区域差异分布体现了群落具有______________结构。
(4)下列属于该区域东亚飞蝗种群基本特征的有____________(填序号)。①空间分布 ②迁入率 ③互利共生 ④物种丰富度 ⑤种群密度(5)图2是图1生态系统中某两个营养级(甲、乙)的能量流动示意图,其中a～e表示能量值。乙粪便中食物残渣的能量包含在______________(填图2中字母)中,乙用于生长、发育及繁殖的能量值可表示为______________(用图2中字母和计算符号表示)。
【解析】(1)在生态系统中,生产者主要是绿色植物,可以通过光合作用把太阳能固定在它们所制造的有机物中,太阳能变成化学能从而可以被生物所利用,因此生产者是生态系统的最基本的成分。杂食性鸟以草本植物等生产者为食处于第二营养级,以蝗虫为食处于第三营养级,以蜘蛛为食处于第四营养级。(2)图1中的大型真菌和跳虫属于分解者,可以将有机碎屑分解成CO2、H2O和无机盐被生产者重新利用。(3)乔木的遮挡程度不同,造成了光照强度的不同,使不同地段上分布的生物种类和数量有一定差异,体现了群落具有水平结构。
(4)该区域东亚飞蝗种群具有基本的数量特征,如种群密度、出生率和死亡率、迁入率和迁出率、性别比例、年龄组成,还具有一定的空间特征,因此①②⑤属于东亚飞蝗种群的基本特征,而③④属于群落水平上研究的问题。(5)粪便中食物残渣的能量属于上一营养级被微生物分解的那部分,所以包含在c中。乙同化的能量一部分用于呼吸消耗,一部分用于自身生长、发育、繁殖,图中a为乙的同化量,b为乙呼吸作用消耗的能量,所以乙用于自身生长、发育、繁殖的能量为a-b。
答案:(1)生产者 二、三、四 (2)大型真菌、跳虫 无机盐、CO2、H2O (3)水平 (4)①②⑤ (5)c a-b
【命题新情境】1960年美国生态学家在密执安荒地对一个由植物、田鼠和鼬三个环节组成的食物链进行了能量流动分析。(GP表示总初级生产量,NP代表净初级生产量,R表示呼吸消耗量,单位:卡/顷·年)。
【命题新角度】1.生态学家研究的生态系统的组成成分中缺少的是 。 2.该生态系统的营养结构具体为________________ (用标号表示) 3.结合第二营养级的数据可以看出这是一个 (开放还是封闭)的生态系统,判断依据是__________________________________。 4.表中不同营养级的NP/GP不同,原因是 。
5.由该荒地可得出下列数据:①荒地接受的太阳辐射量:6.3×1010卡/顷·年; ②植物固定的能量:59.3×106卡/顷·年;③田鼠吃植物获得的能量为:176×103卡/顷·年;④田鼠吃掉植物摄入的能量为:38.5×106卡/顷·年;⑤鼬同化的能量为:55.6×103卡/顷·年。结合数据绘制了三个营养级的能量金字塔,请在能量金字塔中填上标号。
【解析】1.生态系统的组成为非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者。2.生态系统的营养结构是食物链和食物网,根据总初级生产量可以判断②为植物、①为田鼠、③为鼬,构成的食物链为②→①→③。3.由图中田鼠的NP+R之和远远大于GP,因而可判断该生态系统有迁入,是一个开放的生态系统。4.由表格可知,由于各营养级生物呼吸消耗量所占比例不同,所以不同营养级的NP/GP不同。5.能量金字塔是能量和营养级之间的关系,各营养级的能量是同化的能量,结合文字信息,植物同化量为②、田鼠同化量为③、鼬同化量为⑤。
答案:1.非生物的物质和能量、分解者2.②→①→③ 3.开放 田鼠的NP+R之和远远大于GP4.呼吸所消耗的能量不同5.
【拓展视野】 林德曼能量流动的研究过程 20世纪30年代末,美国生态学家林德曼在美国赛达伯格湖对该湖泊生态系统进行了开拓性的研究工作。 通过定位、定量的测定工作,对湖泊生态系统中各类生物有机体的生物量,各类生物有机体之间的营养关系以及与环境之间的能量关系进行了深入调查和研究,取得了从一个营养级到另一个营养级物质与能量移动的本质了解,创立了营养动态观点。
发现生态系统的能量流动具有单向流动、逐级递减两个特点,能量在相邻两个营养级间的传递效率大约为10%～20%。后一营养级只能是前一营养级能量的1/10左右,从而提出生态系统中能量传递的“十分之一定律”。 如果把这种关系表现在图上,用横坐标表示生物量,在纵坐标上把食物链中各级消费者的数量依次逐级标出,那么,整个图形就像一个金字塔,在生态学中称之为能量金字塔。
1942年,他将这一结论发表在《生态学的营养动态概说》,指出生态系统营养动态的基本过程就是能量在生态系统中的转化过程。生态系统内部的生物有机体都要依靠系统外部能量(太阳能)的输入,生态系统中的绿色植物,作为生产者首先通过光合作用吸收太阳能,因此生产者是生态系统的能量基础。 林德曼于1942年不幸死于肝炎,年仅27岁。
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