第38讲 生态系统的能量流动和物质循环 高考生物复习教案

  [解析] 此题是应用生态系统知识建立人工生态系统的实例。在这个人工生态系统中，有四种成分：非生物的物质和能量(水、土壤、阳光等)、生产者(蔗、桑、绿藻)、消费者(各种鱼、蚕等)、分解者(细菌)，它们共同组成了一个相互依存的整体，生产者和分解者是不可缺少的生物成分，各类生物只有保持相对稳定，才能长期稳定发展。建立这一生态系统的目的是使该生态系统朝着更有益于人类的方向发展。能量则是沿着食物链的渠道流动的，食物链越短，营养级越少，流向对人类有益的部分的能量就越多，对人类的生产和生活就越有意义。在这个生态系统  中，分解者(细菌)的作用很重要，蚕粪中的氨经过硝化细菌的作用，形成亚硝酸盐和硝酸盐，被甘蔗，桑树吸收利用。对人工生态系统的功能维持，取决于它的成员之间的物质循环和能量流动的动态平衡。对保持生态稳定有重大的意义。
[答案](1)生产者和分解者  能量  保持相对稳定(2)利用率  食物链短(3)分解者  硝化细菌的化能合成  亚硝酸盐和硝酸盐(4)使生产者所固定的能量流向对人类最有益的部分  生产者、消费者和分解者能量之间的流动和物质循环在较长时间内保持相对稳定性。
〖例3〗我国北 方处于平衡状态的某森林生态系统，其碳素循环如图，箭头和字母分别表示碳素传递方向和转移量。下列选项正确的是(    )
A.夏季，a＞b + c + e        B.秋季，e + f＜g
C.春季，g = b + e + f       D.冬季，d＞c+f
[解析]碳元素进入食物链参与碳素循环是从生产者通过光合作用固定C02开始的，即从植物处加入的。根据能量流动的特点，只有10—20％流到下一个营养级，能量流动的环节越多，损耗越大，同时还有大量的能量和物质滞留在本营养级，除自身消耗外，另有一部分以残体形式被分解者所分解。夏季光合作用强度大于呼吸作用和分解者的分解作用总和，因而A选项正确；作为离开生态系统的物质总量不可能超过它的输入总量，这是由物质不灭定律决定的。
[答案] A
[解题警示]本题容易出现的问题是将物质与能量转移混淆，同时受到季节的干扰。解题时注意：1．对一个生态系统而言，只要正常运转，则物质应循环而能量则输入要大于输出；2．读图时明确各符号及箭头的含义。
二、能力提升技巧
1.物质循环和能量流动的关系

2.初级生产量的测定方法
生态系统中的能量流动开始于绿色植物通过光合作用对太阳能的固定，植物所固定的太阳能或所制造的有机物质量称为初级生产量。其测定方法有：收获量测定法、氧气测定法（黑白瓶法）、CO2测定法、放射性标记物测定法、叶绿素测定法。
GP（总初级生产量）＝NP（净初级生产量）＋R（呼吸消耗量）
 Pg Pn R
A 15.9 2.8 13.1
B 870.7 369.4 501.3
C 0.9 0.3 0.6
D 141.0 61.9 79.1
E 211.5 20.1 191.4
 [例4]右表是对某水生生态系统营养级和能量流动情况的调查结果，表中A、B、C、D分别表示不同的营养级，E为分解者。Pg表示生物同化作用固定能量的总量，Pn表示生物体贮存的能量(Pn=Pg-R)，R表示生物呼吸消耗的能量。单位：10２kJ/m２/a
分析回答：
(1)能量流动是从A、B、C、D中的哪个营养级开始的____，为什么？_______                _____。
(2)若此生态系统受到重金属污染，那么在体内积累重金属污染物最多的生物是___________________。
(3)若D的种群数量下降，则种群数量增加的是__________。
(4)该生态系统中能量从第三营养级传递到第四营养级的效率是_______。
(5)从能量输入和输出角度看，该生态系统的总能量是否增加_____，_为什么                     。
[解析]本题考查的考点是生态系统中的能量流动情况，属理解层次试题。解答本题须从识图着手，并正确运用能量流动的有关知识进行计算。因为B营养级含有的能量最多，贮存的能量和呼吸消耗的能量也最多，故B是生产者；因为E为分解者，所以食物链为B→D→A→C；从第三营养级传递到第四营养级的效率是O.9/15.9＝5.7％。因为在该生态系统中，输入的总能量为生产者固定的总能量Pg(生产者)＝870.7，输出的总能量＝所有生物消耗能量之和＝13.1 + 501.3 + 0.6 + 79.1 + 191.4＝785.5，870.7＞785.5。所以生态系统输入的总能量大于所有生物消耗能量之和。
[答案](1)B  因为B营养级含能量最多，是生产者 (2)C (3)BC   (4)5.7% (5)增加  因为该生态系统输入的总能量大于所有生物消耗能量之和(或答Pg(生产者的呼吸消耗)>R(所有生物的呼吸消耗)。
　 [解题技巧]根据能量金字塔来判断生物的营养级；能量的传递效率不要以Pn来计算；在一个稳定的生态系统中，能量不断增加的根本原因是生产者在不断地制造有机物，且净积累有机物。
[例5]下图为某生态系统中，能量与物质流动关系示意图(图中△为有毒物质浓度百万分之一，即10-6，能量单位：kJ•cm2/年)：
(1)从完成生态系统功能的角度，简要说明生产者的重要作用是                      。  
(2)该生态系统的总能量是        kJ•cm2/年；
(3)图中数值计算能量从A到B的传递效率是      ％，其余的能量最终通过生物的       散失，由于生物在代谢中不能再利用     ，因此能量流动具有      特点；
(4)图中无机物箭头指   和CO2等物质的流动过程。图中D是     ，通过它们的        和       两种分解方式，将生物组织内的碳放回空气中。
(5)在生态系统中，碳循环始终与        结合在一起进行；
(6)从生态因素的角度看，存在     中的有毒物质，经        高度浓缩，因此          越高的生物受害越大。
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