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2014 届高考一轮生物复习课件:12.34生态系统的能量流动和物质循环(人教版安徽专用)


2014 届高考一轮生物复习课件

第34讲 生态系统的能量流动 和物质循环

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考纲要求
1.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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第34讲

生态系统的能量流动和物质循环

—— 知

识 梳 理 —— 一、生态系统的能量流动 1.概念:生态系统中能量的______、_____、______和 输入 传递 转化 散失 ______的过程。 2.过程 (1)输入途径:主要是生产者的__________。 光合作用 (2)起点:从________固定太阳能开始,总能量为生产者 生产者 所固定的全部太阳能。 食物链和食物网 (3)途径:_________________。

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生态系统的能量流动和物质循环

(4)特点 单向流动 ____________:沿食物链由低营养级流向高营养级,不能 循环流动 逆转 ________,也不能__________。 _________:输入到一个营养级的能量不可能百分之百地 逐级递减 流入下一个营养级,能量在沿食物链流动的过程中是 逐级减少 10%~20% __________的,传递效率大约为___________。 导思:动物粪便属于动物的同化量吗?(请翻阅教材必修3 P94“能量流动的过程”)

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生态系统的能量流动和物质循环

3.意义 人工生态系统 (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_______生态系统中的能量流动关系, 调整 使能量_________地流向对人类最有益的部分。 持续高效

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生态系统的能量流动和物质循环

二、生态系统的物质循环及实例 1.物质循环 (1)概念:组成生物体的各种元素在无机环境与生物群落 间不断地循环的过程。 循环流动 (2)特点:________、反复利用、________。 全球性 (3)与能量流动的关系:二者同时进行,相互依存,不可 分割。 (4)意义:通过能量流动和物质循环使生态系统中的 各种组成成分 ________________紧密地联系在一起,形成一个统一整体。

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生态系统的能量流动和物质循环

2. 碳循环 CO2 (1)无机环境中存在形式:________和碳酸盐。 含碳有机物 (2)生物群落中存在形式:____________(主要)。 光合 (3)循环过程:碳从无机环境到生物群落是通过________ 作用、________作用实现的;从生物群落到无机环境则是 化能合成 通过__________和______________实现。 呼吸作用 微生物的分解

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生态系统的能量流动和物质循环

—— 网 络 构 建 ——

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生态系统的能量流动和物质循环

—— 基 础 自 测 —— 判断正误,对的打“√”,错的打“×”。 1.[2012·山东卷] 处于食物链最高营养级的一物种数量 下降,且其他条件不变时,流向该营养级其他物种的能量 会不变。( ) × [解析] 该物种与该营养级其他物种间为竞争关系, 所以该物种数量下降,其他物种获得的能量会增加。 2.[2010·江苏卷] 直接以低营养级的生物为食将消耗生 态系统更多的能量。( ) × [解析] 直接以低营养级的生物为食减少能量流动过 程中呼吸作用散失的能量,生态系统能获得更多的能量。
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生态系统的能量流动和物质循环

3.[2009·海南卷] 设将水稻田里的杂草全部清除掉,稻 田生态系统中能量流动的营养级数减少。( ) × [解析] 杂草与水稻位于同一营养级,是竞争关系, 将杂草全部清除掉后能量更多地流向水稻,不会影响营养 级数。 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%。( ) × [解析] 相邻两个营养级的能量传递效率一般介于 10%~20%之间,也有特殊情况。

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生态系统的能量流动和物质循环

5.研究能量流动,可合理设计人工生态系统,高效利用 能量。( ) √ [解析] 研究能量流动,设计合理的人工生态系统, 如“桑基鱼塘”,实现对能量的多级利用,从而提高能量 利用率。 6.物质是能量流动的载体,能量流动是物质循环的动力。 ( ) √ [解析] 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无 机环境之间循环往返。

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生态系统的能量流动和物质循环

? 考点一 生态系统能量流动的过程及特点 1. 对能量流动过程的理解 (1)能量的输入:生产者固定的太阳能总量。 (2)能量的传递:以有机物形式,沿食物链和食物网。 (3)能量的转化和散失:光能→化学能→热能。 (4)能量流动的特点:①逐级递减;②单向流动。

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生态系统的能量流动和物质循环

2.初级消费者中能量的来源及去向图解

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生态系统的能量流动和物质循环

图中能量关系:①消费者摄入能量(a)=消费者同化能量 (b)+粪便中能量(c),即动物粪便中的能量不属于该营养 级同化的能量,应为上一个营养级固定或同化的能量。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。 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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生态系统的能量流动和物质循环

提醒:(1)能量的传递效率为10%~20%的含义:指一个营 养级的总能量大约只有10%~20%传到下一营养级。如果按 20%这一最高效率计算,若第一营养级的总能量为100%, 第二营养级所获得的能量为20%,第三营养级所获得的能 量为20%×20%=4%??第n营养级所获得的能量是第一营 养级能量的 (若按传递效率10%计算,公式为 ), 由此可知生态系统中的能量传递一般不超过4~5个营养级。 (2)确定食物链中的营养关系。据能量传递效率20%计算, 相邻两个营养级的能量差值也在5倍左右,若能量差值远 比五倍小,则应位于同一营养级。
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生态系统的能量流动和物质循环

(3)提高能量利用率的措施不能提高能量传递效率。 (4)能量传递效率的计算 设食物链A→B→C→D ①同一食物链中能量传递效率相同:若A营养级净增重N, 则D营养级最多增重的量为N×(20%)3,最少增重的量为 N×(10%)3。 ②同一食物链中能量传递效率不完全相同:能量传递效率 分别为a%、b%、c%,若A营养级净增重N,则D营养级增重 为N×a%×b%×c%。

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生态系统的能量流动和物质循环

例1 图11?34?1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。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 ( )

图11- 1 34(注:图中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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生态系统的能量流动和物质循环

A.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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生态系统的能量流动和物质循环

[答案]D [解析] 结合题干及图示,可知:图中a、a1、a2表示上一 年留下来的能量,e、e1、e2表示呼吸消耗量。则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。b和d(b1和d1、b2和d2)之一可代表粪便、残枝败 叶、遗体等传递给分解者的能量,另一个表示未利用的会 保留至下一年的能量。因此b+c+d+e为本年度流入该生 态系统的总能量。c1代表初级消费者流入次级消费者的能 量即被次级消费者所同化的量。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,应在b或d中,所以D 项不正确。
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[点评] 解答本题需明确:①锥体图中各部分的含义;② 各营养级能量的去路;③分解者分解部分的能量和上一年 留下来的能量的区别。

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生态系统的能量流动和物质循环

探究:(1)如果此生态系统每年的能量锥体图都与B图一样, 预测这个生态系统的生物量变化趋势。 (2)这一年, P和Q1之间的能量传递效率如何计算? (1)增加。B图中,每个营养级都有上年剩余的生物量,按 照这个趋势,这个生态系统的生物量会增加。 (2)P本年的同化量是b+c+d+e,Q1本年的同化量是c, 则能量传递效率是c/(b+c+d+e)。

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生态系统的能量流动和物质循环

变式题1 [2012·黄山三模] 图11?34?2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( )

图11- 2 34-

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生态系统的能量流动和物质循环

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 C. 该生态系统中生产者固定的总能量是9.6×104 kJ/m2·y D.捕食关系一般不可逆转,所以能量流动具有单向性

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生态系统的能量流动和物质循环

[答案]C [解析] 图中A代表的是各种生物通过细胞呼吸产生CO2, 消耗有机物的过程,A正确;分解者分解的是动物遗体或 残枝败叶中的有机物,B正确;该生态系统中生产者固定 的总能量为9.6×104 kJ/m2·y不正确,没有包含流入植食 性动物的能量。

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生态系统的能量流动和物质循环

变式题2 [2013·绍兴模拟] 图11-34-3是某生态系统物 质和能量流向示意图。下列有关叙述正确的是( )

图11- 3 34-

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生态系统的能量流动和物质循环

A.X1过程的完成必须依赖于一种具有双层膜结构的细胞 器 B.X1过程吸收的CO2总量与Y1、Y2、Y3、??及Z过程释放 的CO2总量相等 C.当该生态系统处于相对稳定的状态时,X3过程的能量 值约为X1过程的能量值的1%~4% D.X1、X2、X3??过程提供的有机物中的碳将全部转变为 Z过程释放的CO2中的碳

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生态系统的能量流动和物质循环

[答案]C [解析] X1过程是光合作用,双层膜结构代表叶绿体,蓝 藻是生产者,可以进行光合作用,但不含叶绿体,A项错 误;该生态系统中有有机物积累, X1过程吸收的CO2总量 大于Y1、Y2、Y3、??及Z过程释放的CO2总量,B项错误; 根据能量传递效率,X3过程的能量值约为X1过程的能量值 的1%~4%,C项正确;X1、X2、X3??过程提供的有机物中 的碳将部分转变为Z过程释放的CO2中的碳,D项错误。

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生态系统的能量流动和物质循环

? 考点二 生态系统中的“金字塔” 不同的“金字塔”能形象地说明营养级与能量、数量、生 物量之间的关系,是定量研究生态系统的直观体现。
能量金字塔 数量金字塔 生物量金字塔

形状

特点

正金字塔形

一般为正金字塔形 一般为正金字塔形

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生态系统的能量流动和物质循环

能量沿食物链 象征 流动过程中具有 含义 逐级递减的特性 每一 每一营养级生 阶含 物所含能量的多 义 少

一般生物个体数目 一般生物有机物 在食物链中随营养级 的总质量沿食物链 升高而逐级递减 升高逐级递减 每一营养级生物个 每一营养级生物 体的数目 的有机物总量

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生态系统的能量流动和物质循环
浮游植物的个 体小,寿命短, 又不断被浮游动 一株大树上,鸟、 物吃掉,所以某 虫、树的数量金字 一时间浮游植物 塔的塔形会发生倒 的生物量(用质量 置 来表示)可能低于 浮游动物的生物 量

能量流动的 分析 过程中总是有 能量的耗散

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生态系统的能量流动和物质循环

提醒:①在一条食物链中,由低营养级到高营养级推算, 前一营养级比后一营养级含量一定多的指标是“能量”, 而“数量”和“生物量”均可能出现反例。 ②在人工生态系统中,因能量可人为补充,可能会使能量 金字塔呈现倒置状况。如人工鱼塘中生产者的能量未必比 消费者(鱼)多。天然生态系统则必须当能量状况表现为正 金字塔形状时,方可维持生态系统的正常运转,从而维持 生态系统的稳定性。 ③某营养级的“粪便”中的能量不同于“尿液”中的能量。 前者应归于上一营养级,是未被该营养级利用的能量(含 在上一营养级同化能量的80%~90%中);后者则归于该营
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生态系统的能量流动和物质循环

养级,是该营养级所同化的能量中的一部分(含在上一营 养级传递来的10%~20%的能量中)。

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生态系统的能量流动和物质循环

例2 如图11?34?4表示甲、乙两个特定生态系统的能量金 字塔,有关解释正确的是( )

图11-34-4

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生态系统的能量流动和物质循环

A.一个吃玉米的人所获得的能量一定比一个吃牛肉的人 获得的能量多 B.能量沿食物链单向流动,传递效率随营养级的升高而 逐级递减 C.若甲和乙中玉米的数量相同,能量传递效率为10%,且 甲能养活10 000人,则乙能养活500人 D.若土壤中含相同浓度的DDT,则甲中的人比乙中的人体 内DDT低

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生态系统的能量流动和物质循环

[答案]D [解析] 对于一个个体来说,其从上一营养级获得能量的 多少取决于其摄入量及同化的比例,故A错误;在生态系 统中能量的传递效率在10%~20%之间,与营养级高低没有 联系,故B错误;假设每个人的能量为a,则甲图中玉米含 有的能量为10 000a÷10%=100 000a,那么乙能养活的人 数为100 000a×10%×10%÷a=1 000,故C错误;DDT在食 物链中具有富集现象,即营养级越高的生物体内含有的 DDT浓度越大,甲中人处于第二营养级,乙中人处于第三 营养级,故D正确。

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生态系统的能量流动和物质循环

[点评] 解答本题需明确:①食物链越短,散失的能量越 少,这是肉、蛋比粮食贵的原因。②食物链越长,生物的 营养级越高,富集的不能分解的有害物质越多,这也是毒 害作用越大的原因。

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生态系统的能量流动和物质循环

变式题1 [2013·皖南八校联考] 图11-34-5表示某草原 生态系统的能量流动示意图,其中a、b、c表示各营养级 同化的能量,d、e、f表示各营养级呼吸消耗的能量,g、 h、i表示各营养级流向分解者的能量,下列有关叙述正确 的是( )

图11- 5 34返回目录

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生态系统的能量流动和物质循环

A.能量在草与老鼠之间的传递效率为b/a×100% B.图示h内包含老鼠粪便中的能量 C.蛇用于生长、发育和繁殖的能量为c-f-i D.蛇增重1 kg需要间接消耗草1×c/a kg

[答案]A [解析] 能量传递效率为相邻营养级生物同化量之比,故A 项正确;老鼠粪便中的能量属于生产者固定的能量,包含 在g中;蛇用于生长、发育和繁殖的能量为同化量-呼吸 作用以热能形式散失的能量,即c-f;蛇增重1 kg需要间 接消耗草a/c kg。
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生态系统的能量流动和物质循环

变式题2 [2013·吉林模拟] 下面是一水域生态系统在一 年之内的能量流动情况,资料如图11-34-6所示(能量单位 kJ/m2·a),请分析回答:

图11- 6 34返回目录

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生态系统的能量流动和物质循环

(1)该系统的能量传递效率在________之间,能量传递效 率如此之低,是因为_______________________________ _________________________________________。 (2)上述能量流动情况以如下能量金字塔来表示:则A、B、 C、D所代表的数值分别是____________、____________、 ____________、____________。

图11- 7 34返回目录

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生态系统的能量流动和物质循环

(3)人类对生态系统的能量流动进行调查研究,其意义是 __________________________________________________ _____________________________________。 [答案](1)5.5%~16.2% 大部分能量被该营养级生物自身 呼吸作用消耗掉,另有一部分能量流向分解者 (2)21 383 3 368 20 810 (3)帮助人们合理地调整能量流动关系,使能量流向对人 类最有益的部分

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生态系统的能量流动和物质循环

[解析] (1)能量传递效率是下一营养级所同化的能量占其 上一营养级同化能量的比值。图中信息传递效率最高为 16.2%(由生产者→草食动物),最低为5.5%(肉食动物→终 级消费者)。能量传递效率低是由于两个营养级生物都会 因呼吸作用而消耗掉相当多的能量,并且总有一部分个体 未被下一营养级利用。(2)图中的食物链为D→C→B→A, 则对照能量流动资料可知,A代表的数值为21,B为383, C为3 368,D为20 810。(3)人类研究能量流动的目的是为 了更有效地利用能量。

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生态系统的能量流动和物质循环

? 考点三 1. 碳循环

生态系统的物质循环及实例

图11- 8 34返回目录

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生态系统的能量流动和物质循环

(1)碳在生物群落和无机环境之间的循环主要是以CO2的形 式进行的。 (2)过程 大气中的CO2进入生物群落:植物的光合作用(主要途径) 或硝化细菌等的化能合成作用。 大气中的CO2主要来源于分解者的分解及生产者、消费者 的细胞呼吸和化石燃料的燃烧。

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生态系统的能量流动和物质循环

巧学:四种成分的判断 ①先据双向箭头“? ?”确定“非生物 的物质和能量”和“生产者”,两者中 有“3”个指出箭头的D为“生产者”, 有“3”个指入箭头的C为“非生物的物 质和能量”,最后根据D→A,D→B,确 图11- 9 34定A为消费者、B为分解者。 ②若问D、A、B具体是什么生物,则D主要为绿色植物,A 为动物,B为腐生生活的细菌和真菌。 ③图示中D、A、B共同构成生物群落,食物链(网)中只包 括D和A生物。
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生态系统的能量流动和物质循环

2. 物质循环和能量流动的关系
项目 形式 特点 范围 能量流动 以有机物为载体 单向传递、逐级递减 生态系统各营养级 物质循环(以碳循环为例) CO2和含碳有机物 全球性、循环性 生物圈(全球性)

联 系

同时进行、相互依存、不可分割 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

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生态系统的能量流动和物质循环

图示

提醒:物质循环流动,能量单向流动不循环,所以不能说 能量伴随着物质循环而循环。
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生态系统的能量流动和物质循环

例3 如图11?34?10是生物圈中碳循环示意图,下列相关 分析不正确的是( ) A.生物圈通过碳循环实现碳元素 的自给自足 B.A是消费者,C是生产者,各成 分间以CO2的形式传递碳元素 图11- 10 34C.对E过度开发利用会打破生物 圈中碳循环的平衡 D.碳循环过程需要能量驱动,同时又是能量的载体

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生态系统的能量流动和物质循环

[答案]B [解析] 图中A为消费者,B为分解者,C为生产者,D为大 气中的CO2库,E为化石燃料;在生物群落与无机环境之间 以CO2的形式传递碳元素,在生物群落之间以有机物的形 式传递碳元素。 [点评] 解答本题需明确:①图中各字母所代表的生态系 统的成分;②碳循环的过程;③温室效应形成的原因。

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生态系统的能量流动和物质循环

探究:C项中,若E过度开发利用会导致什么现象?我们应 该怎么办? 温室效应。减少化石燃料(煤、石油等)的利用,倡导低碳 生活,减少二氧化碳的排放;另一方面积极植树造林,退 耕还林、还草。

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生态系统的能量流动和物质循环

变式题1 [2013·辽宁联考] 图甲是生态系统的碳循环示 意图,图乙表示一个长期有效的生态系统中的食物网,请 回答下列问题:

图11- 11 34-

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生态系统的能量流动和物质循环

(1)图甲生态系统中碳循环首先依赖于____________。图 中①②③④过程中碳流动形式的不同点是____________。 (2)图甲中分解者通过________和________两种方式将碳 放回大气中。 (3)图乙食物网中的肉食动物是________,若人们想通过 此生态系统更多地得到种群X,你认为达到目的的最有效 手段是______________________________。

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生态系统的能量流动和物质循环

[答案](1)生产者的光合作用 ①②④过程中以CO2的形式 流动、③过程中以含碳有机物的形式流动 (2)有氧呼吸 无氧呼吸 (3)X、H 除去此生态系统中的G、S种群 [解析] 生态系统中的碳循环是指生态系统中的碳元素在 生物群落与无机环境之间的循环,碳元素主要以二氧化碳 形式通过光合作用进入生物群落,即图中①,碳元素主要 以二氧化碳的形式返回到大气中,即图中的②④过程,碳 在生物群落间是以有机物的形式流动的,即图中的③过程。 分解者的分解将碳放回到大气中,包括有氧呼吸和无氧呼 吸两种方式。由图可知W为生产者,故X、H为肉食动物,
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生态系统的能量流动和物质循环

要想获得较多的X,应使W同化的能量消耗最少,故应除去 G、S种群。

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生态系统的能量流动和物质循环

变式题2 [2013·湖南联考] 如图图11-34-12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( )

图11- 11 34-

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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生态系统的能量流动和物质循环

[答案]A [解析] 生态系统物质循环图中必定包括分解者,生物群 落应是生态系统中所有生物的总和,A项叙述正确;c和d 不能表示细胞呼吸,而是表示同化量,B项叙述错误;丙 是消费者,缺少丙物质循环可能正常进行,C项叙述错误; 乙细胞呼吸消耗的能量包含在乙的同化量中,D项叙述错 误。

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生态系统的能量流动和物质循环

[备选理由] 本题涉及人工生态系统,鉴于在正文中涉及 较少,用此题补充这个知识点。 1.为做好灾后重建,青海省玉树县人们通过新建沼气池 和植树造林,构建了新型农业生态系统(如下图所示)。下 列有关叙述不正确的是( )

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生态系统的能量流动和物质循环

①该生态系统中,处于第二营养级的生物有人和家禽、家 畜 ②该生态系统中,人的作用非常关键,植物是主要成分 ③该生态系统的建立,提高了各营养级间的能量传递效率 ④沼气池的建造和植树造林,人为干扰了该生态系统的稳 定性 A.①② B.①③ C.②④ D.③④

[答案]D [解析]在一个生态系统中,生产者是主要成分,生产者越 多,生态系统越稳定;生态系统的能量传递效率一般为 10%~20%,不会因生态系统的改变而改变。
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生态系统的能量流动和物质循环

[备选理由] 本题主要考查能量流动的计算,鉴于这个知 识点较单一,我们在正文中没有涉及,可用此题补充这个 知识点 2.在下图所示的食物网中,假如猫头鹰的食物有2/5来自 于兔子,2/5来自于鼠,1/5来自于蛇,那么猫头鹰若增加 20 g体重,最少需要消费植物( )

A.600 g

B.900 g

C.1 600 g

D.5 600 g
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生态系统的能量流动和物质循环

[答案]B [解析]通过食物链(植物→兔→猫头鹰),猫头鹰增重 20 g×2/5=8 g,最少需要消费植物的量为8 g×5×5= 200 g;通过食物链(植物→鼠→猫头鹰),猫头鹰增重 20 g×2/5=8 g,最少需要消费植物的量为8 g×5×5= 200 g;通过食物链(植物→鼠→蛇→猫头鹰),猫头鹰增 重20 g×1/5=4 g,最少需要消费植物的量为4 g×5× 5×5=500 g。所以合计需要消费植物200 g+200 g+ 500 g=900 g。

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