必修③第四单元第二讲生态系统的能量流动与物质循环.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,1.,能量流动的特点,(1),生态系统中能量的源头是太阳能，生态系统的能量流动是,从绿色植物通过光合作用固定太阳能开始的。,(2),能量流动的途径是食物链和食物网。能量的变化情况是：,太阳光能,生物体中的化学能,热能。因此热能是能,量流动的最终归宿。能量以有机物为载体，以有机物中的,化学能形式沿食物链流动。,(3),流入生态系统的总能量是指全部生产者所固定下来的太,阳能的总量。,(4),流入各级消费者的总能量是指各级消费者在进行同化作,用时所同化的物质中含有的能量总量。,(5),能量流动是单向的原因：食物链各营养级的顺序是不可,逆转的，这是长期自然选择的结果。,(6),能量在流动中逐渐递减的原因是：第一，各营养级的生,物都会因细胞呼吸消耗相当大的一部分能量；第二，各,营养级总有一部分生物未被下一营养级的生物所利用。,(7),能量的传递效率约为,10%,的含义是指：,“,输入到一个营养,级的能量中大约只有,10%,流动到下一个营养级,”,。这里,“,输入到一个营养级的能量,”,应是指流入这个营养级的总,能量，,“,流动到下一个营养级,”,应是指下一个营养级的总,能量。,2.,能量流动的图解,能量流动的分析方法,(1),定量不定时分析：流入某一营养级的一定量的能量在足够,长的时间内的去路可有三条：,a.,自身呼吸消耗；,b.,流入下,一营养级；,c.,被分解者分解利用。,(2),定量定时分析：流入某一营养级的一定量的能量在一定时,间内的去路可有四条：,a.,自身呼吸消耗；,b.,流入下一营养,级；,c.,被分解者分解利用；,d.,未被自身呼吸消耗，也未被,下一营养级和分解者利用，即,“,未利用,”,。如果是以年为,单位研究，这部分的能量将保留到下一年。,类型,项目,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，有时会出现倒金字塔形，如树上昆虫与树的数量关系,正金,字塔形,3.,生态金字塔,能量流动模型,类型,项目,能量金字塔,数量金字塔,生物量金字塔,象征,含义,能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性,生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减,生物量,(,现存生物有机物的总质量,),沿食物链流动逐级递减,每一阶,含义,食物链中每一营养级生物所含能量的多少,每一营养级生物个体的数目,每一营养级生物的总生物量,能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔三者都是用,来说明食物链中能量流动情况的，三者统称为生态金,字塔。其原理是美国生态学家林德曼提出的,“,十分之,一定律,”,：输入到一个营养级的能量大约有,10%,20%,流动到下一营养级，该定律说明能量在沿着食物链流,动时，是逐级递减的。,不同的生态金字塔能形象地说明营养级与能量、生物,量、数量之间的关系，是定量研究生态系统的直观体现。,因能量传递效率为,10,20%,，传到第五营养级时，能量,已经很少了，再往下传递不足以维持一个营养级，所以,一条食物链中营养级一般不超过,5,个。,食物网中，能量传递效率是指某营养级流向各食物链下,一营养级的总能量占该营养级的比例。如 是指,流向,B,、,C,的总能量占,A,的,10,20%,。,根据能量流动的递减性原则，在建立与人类相关的食物,链时，应尽量缩短食物链。,1.(2010,通州模拟,),下表是一个相对封闭的生态系统中几个种群,(,存在着营养关系,),的能量调查。,种群,甲,乙,丙,丁,戊,能量,10,7,kJm,2,2.50,13.30,9.80,0.28,220.00,下图中,是根据该表数据作出的一些分析，其中不能与表中数据相符合的是,(,),A.,B.,C.,D.,解析：,结合表中能量的数值及能级传递效率,(10%),，可以发现：戊为生产者，乙与丙是初级消费者，甲是次级消费者，丁是三级消费者。由此可以判断出图和图是错误的。根据各生物的营养关系可以用能量金字塔来表示，乙与丙是竞争关系可用表示二者的数量变化。,答案：,A,1.,物质循环,(1),物质：组成生物体的,C,、,H,、,O,、,N,、,P,、,S,等化学元素。,(2),循环过程：无机环境 生物群落。,(3),循环特点：全球性、循环性。,(4),碳循环过程：,无机环境,生物群落,(,含碳有机物,),图解如下,(5),硫循环,(6),氮循环,2.,物质循环与能量流动的关系,项目,能量流动,物质循环,形式,以有机物为载体,无机物,特点,单向传递、逐级递减,往复循环,范围,生态系统各营养级,生物圈,(,全球性,),联,系,同时进行、相互依存，不可分割,能量的固定、储存、转移和释放，离不开物质的合成和分解,物质是能量沿食物链,(,网,),流动的载体,能量是物质在生态系统中往复循环的动力,项目,能量流动,物质循环,图,示,(1),任何一个生态系统中，能量流动和物质循环都保持着相对的,平衡，这是决定一个生态系统相对稳定的重要保证。,(2),物质循环的平衡打破，将造成生态环境问题：,碳循环失衡,温室效应。,硫循环失衡,酸雨。,生物富集：是指环境中的一些污染物,(,如重金属、化学农,药,),通过食物链在生物体内大量积累的过程。,a.,原因：化学性质稳定不易被分解；在生物体内积累而不易,排出。,b.,过程：随着食物链的延长而不断加强，即营养级越高，富,集物的浓度越高。,2.,根据下面的碳循环示意图回答问题：,(1),从微观上看，过程,主要是在细胞内,中进行。,(2),碳从无机环境进入生物群落的主要途径,是,；,碳主要以,的形式从无机环境进入生物群落。,(3),参与过程,的生物新陈代谢类型是,。,它们与同区域中的动、植物共同构成了,。,(4),能量流动和物质循环是生态系统的主要功能，其中物质作 为能量的,，使能量沿着食物链,(,网,),流动。能量作,为,，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间,循环往复。,(5),从上图可知，减少温室效应的最关键的措施是，,第一：,；,第二：,。,解析：,(1),从图中信息可知为动、植物的有氧呼吸作用产生,CO,2,的过程。该过程主要是在细胞的线粒体中进行的。,(2),大气中的,CO,2,主要通过生产者绿色植物的光合作用进入生物群落，又以,CO,2,形式返回到无机环境。,(3),过程为分解者的分解作用，代谢类型是异养需氧型或异养厌氧型，均为腐生。分解者与其他生物共同构成了生物群落。,(4),生态系统的能量流动与物质循环是同时进行、相互依存、不可分割的，前者以后者为载体，后者以前者为动力。,(5),要减轻温室效应，就要减少,CO,2,的释放或增加,CO,2,的利用，使大气中,CO,2,浓度维持相对稳定，其措施是多方面的。,答案：,(1),线粒体,(2),光合作用,CO,2,(3),异养需氧型或异养厌氧型生物群落,(4),载体动力,(5),保护植被、大力植树造林，提高森林覆盖率严格控制化石燃料燃烧，提高能量利用率，开发除化石燃料以外的能源诸如水能、太阳能等，切实减少,CO,2,的排放量,利用泥浆生物反应器处理污染土壤，原理是将污染土壤用水调成泥浆状，同时加入部分营养物质和菌种等，在有氧条件下剧烈搅拌，使污染物快速分解。由此推知，该反应器,(,),A.,能够实现物质循环,B.,主要处理有机污染,C.,可看作一个小型生态系统,D.,存在能量输入、传递、转化和散失,解析,菌种在有氧条件下，使污染物快速分解，所以主要分解的是有机物。物质循环发生在生物圈范围内，生态系统中必须有生产者，这样才有能量的输入。,答案,B,利用生态系统中物质循环和能量流动的原理，走,“,可持续发展,”,道路是人类的必然选择。下图是某人工鱼塘生态系统能量流动图解,(,能量单位为：,J/cm,2,a),。请回答：,(1),生态系统的结构包括,。,(2),图中,A,代表,，为保证各营养级都有较高的输出量，随营养级的升高，输入的有机物应增多，原因是,。,(3),该生态系统中生产者固定的总能量是,J/cm,2,a,，其中第一营养级到第二营养级的传递效率为,。,(4),由于某种因素使得生产者短时间内大量减少，一段时间后又恢复到原来水平，说明生态系统具有,能力，其基础为,。,(5),建立,“,桑基鱼塘,”,生态系统,主要遵循的生态工程基本原理有,。,(,答两项,),解析,(1),生态系统的结构包括生态系统的组成成分、食物链和食物网。,(2)A,为生产者、植食动物、肉食动物经呼吸作用释放的能量。由于能量流动是单向流动逐级递减的，随营养级的升高每级所得能量变少，所以为保证各营养级都有较高的输出量，随营养级的升高，需要输入的有机物要增多。,(3),第二营养级传递给第三营养级的能量为,0.25,5.1,0.05,2.1,5,2.5,，生产者传递给植食动物的能量为,0.5,2.5,4,9,2,14,，生产者固定的太阳能为,3,23,70,14,110,，第一营养级到第二营养级的传递效率为,14/110,12.7%,。,(4),生态系统内部存在的负反馈调节，使得生态系统具有一定,的自我调节能力。,(5),建立,“,桑基鱼塘,”,生态系统,主要遵循的,生态工程基本原理有：物质循环再生原理、物种多样性原理、协调平衡原理、整体性原理、系统学和工程学原理。,答案,(1),生态系统的组成成分、食物链和食物网,(2),呼吸作用释放的能量能量流动逐级递减,(3)110,12.7%,(4),自我调节负反馈调节,(5),物质循环再生原理、物种多样性原理、协调平衡原理、整体性原理、系统学和工程学原理,(,至少答出两点,),有关能量流动的极值计算,在解决有关能量传递的计算问题时，首先要确定食物链。,(1),设食物链,ABCD,，分情况讨论：,现实,问题,思路求解,D,营养级,净增重,M,至少需要,A,营养级多少,N,(20%),3,M,最多需要,A,营养级多少,N,(10%),3,M,现实,问题,思路求解,A,营养级,净增重,N,D,营养级最多增重多少,N,(20%),3,M,D,营养级至少增重多少,N,(10%),3,M,(2),在某一食物网中，一个消费者往往同时占有多条食物链，,当该消费者增加了某一值时，若要计算最少消耗生产者多,少时，应选最短的食物链和最大传递效率,20%,进行计算，,这样消费者获得的能量最多；若要计算最多消耗生产者多,少时，应选最长的食物链和最小传递效率,10%,进行计算，,这样消费者获得的最少。,某种植玉米的农场，其收获的玉米子粒既作为鸡的饲料，也作为人的粮食，玉米的秸秆则加工成饲料喂牛，生产的牛和鸡供人食用。人、牛、鸡的粪便经过沼气池发酵产生的沼气作为能源，沼渣、沼液作为种植玉米的肥料。据此回答,(,不考虑空间因素,),：,(1),请绘制由鸡、牛、玉米和人组成的食物网。,(2),牛与鸡之间,(,有、无,),竞争关系，理由是,。,人与鸡的种间关系是,，人与牛的种间关系是,。,(3),流经该农场生态系统的总能量来自,所固定,的,，无机环境中的碳以,形式进入该人工群落。,(4),假设该农场将所生产玉米的,1/3,作为饲料养鸡，,2/3,供人食用，生产出的鸡供人食用。现调整为,2/3,的玉米养鸡，,1/3,供人食用，生产出的鸡仍供人食用。理论上，该农场供养的人数将会,(,增多、不变、减少,),，理由是,。,解析,(1),由题干信息可知：玉米、鸡、牛、人之间的食物关系为：玉米,(2),因人与鸡均食用玉米子粒，而牛食用玉米秸杆，且人还食用鸡和牛，故人与鸡的种间关系为竞争和捕食，人与牛的种间关系为捕食，而牛与鸡之间无竞争关系。,(3),该农场生态系统中的生产者为玉米，生产者,(,玉米,),固定的太阳能为流经生态系统的总能量。,(4),食物链越长，能量沿食物链流动时损耗越多，高营养级获得的能量也就越少。改变用途的,1/3,玉米中的能量流入人体内所经过的食物链延长，故人获得的总能量将减少。,答案,(1),(2),无它们所需食物资源不同,(,或牛食玉米秸秆、鸡吃玉米子粒,),捕食与竞争捕食,(3),玉米太阳能,CO,2,(4),减少改变用途的,1/3,玉米被鸡食用后，在鸡这一环节散失了一部分能量，导致人获得的能量减少,(1),生态农业建设依据的原理,物质循环再生，能量多级利用。,种间关系。,(2),生态农业的设计原则,以提高整个系统的总体功能和综合效益为目标，局部的功,能和局部的效益都应当服从总体的功能和效益。,资源利用合理，注重物质和能量的多层分级利用，系统物,能转换率高。,减少对不可再生能源的依赖性，注重有机能的投入，保持,系统物能输入输出的动态平衡。,产品产出量大、质优、速稳。,系统抗逆力提高。,经济有效、生态可行、技术合理、社会效果好。,本讲实验,土壤微生物的分解作用,(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,解速度与环境中的温度、水分等生态因子相关。,案例,1,案例,2,实验假设,微生物能分解落叶使之腐烂,微生物能分解淀粉,实,验,设,计,实验组,对土壤高温处理,A,杯中加入,30 mL,土壤浸出液,对照组,对土壤不做任何处理,B,杯中加入,30 mL,蒸馏水,自变量,土壤中是否含微生物,是否含有微生物,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,A,A,1,不变蓝,A,2,产生砖,红色沉淀,B,B,1,变蓝,B,2,不变色,结论分析,微生物对落叶有分解作用,土壤浸出液中的微生物能分解淀粉,(1),探究活动最好在实验室中进行，以便控制变量，避免环境,中不可控制的因素的影响。,(2),各地气候与环境等因素不同，微生物的分解落叶功能也不,同，需要的时间有差异，一般需要温暖、湿润的条件。,同学们在课外活动中发现植物的落叶在土壤里会逐渐腐烂，形成腐殖质。他们猜测落叶的腐烂是由于土壤微生物的作用，不同生态系统的土壤微生物分解能力不同，并设计了实验进行验证。,(1),实验设计首先要遵循的是,原则和,原则。,(2),以带有同种落叶的土壤为实验材料，均分为,A,和,B,。实验时,A,不做处理,(,自然状态,),；,B,用塑料袋包好，放在,60,的恒温箱,中灭菌,1,小时。,B,处理的目的是,。,(3)(2),中实验的自变量是,，因变量 是,，无关变量是,(,至少写出两点,),。,(4),如果同学们的猜测是正确的，若干天后,(2),中,B,组的落叶,。,(5),如果同学们用带有相同量同种植,物落叶的冻土苔原和热带雨林的,等量土壤为实验材料，分别模拟,原生态系统的无机环境条件进行,C,组和,D,组的实验，定期抽样检测样品土壤中未腐烂的落叶,的含量，请根据预期结果在右图中绘出相应的曲线。,解析,由题意可知该实验的目的是验证落叶的腐烂是由于土壤微生物的作用，实验的自变量是土壤中微生物的有无，因变量是落叶的腐烂程度。为遵循生物实验设计的等量性原则和单一变量原则，所以应尽量减少无关变量对实验的影响，如土壤温度、湿度、,pH,、落叶的种类和大小等。在绘制曲线时，应注意以下几点：明确横坐标和纵坐标的意义，其中纵坐标为未腐烂的落叶量；两曲线的起点相同，注意纵坐标初始值不为,0,；由于微生物的分解作用，两曲线呈下降趋势，且,D,组下降速度较,C,组快；随时间延长，微生物的数量增多，故两曲线的下降趋势是由慢到快。,答案,(1),单一变量等量性,(2),杀死,土壤微生物，同时避免土壤理化性质的,改变,(3),土壤微生物,(,作用,),的有无落,叶的腐烂程度土壤温度、含水量、,pH,、落叶的种类和大小等,(,合理即可,),(4),腐烂程度小于,A,组,(5),如图,随堂高考,1.(2009,海南高考,),假设将水稻田里的杂草全部清除掉，稻田,生态系统中,(,),A.,水稻害虫密度将下降,B.,能量流动的营养级数减少,C.,水稻固定的太阳能增加,D.,物种多样性上升,解析：,水稻与杂草为竞争关系，二者争夺稻田中的光照、水分、矿质元素等，除去杂草，使能量更多地流向水稻，有利于水稻对太阳能的固定。水稻和杂草为同一营养级，除掉杂草，能量流动的营养级数不会减少。,答案：,C,2.(2009,江苏高考,),下列,4,种现象中，不适宜用生态系统中能,量流动规律进行合理分析的是,(,),A.,虎等大型肉食动物容易成为濒危物种,B.,蓝藻易在富营养化水体中爆发,C.,饲养牛、羊等动物，成本低、产量高,D.,巨大的蓝鲸以微小的浮游动物为食,解析：,水体富营养化导致蓝藻爆发是因为水体为蓝藻提供了大量的,N,、,P,等矿质元素，并未涉及能量流动问题。能量流动的渠道是食物链，且能量沿食物链传递时，具有单向性和逐级递减的特点，所以食物链越短，能量损失越少。,A,、,C,、,D,均可以利用能量流动规律分析。,答案：,B,3.(2009,广东理基,),右图为某一生态系,统的能量金字塔，其中,、,、,、,分别代表不同的营养级，,E,1,、,E,2,代,表能量的形式。下列叙述正确的是,(,),A.,是初级消费者,B.,为分解者,C.E,1,为太阳能，,E,2,为热能,D.,能量可在食物链中循环利用,解析：,能量流动始于生产者的光合作用，最终以热能形式散失，据题图知,为生产者，,为消费者，则,E,1,为太阳能。,答案：,C,4.(2009,重庆高考,),下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,CO,2,量与各,h,产生的,CO,2,总量相等,B.,生产者中,i,的量大于被初级消费者同化的有机物的量,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,解析：,h,是该营养级通过呼吸散失的能量，,i,及其它中的一部分是流入到下一营养级的能量，,k,是流向分解者体内的能量。进入该生态系统的,CO,2,量大于各,h,产生的,CO,2,总量；流向分解者体内的能量不能被生产者吸收利用；流经该生态系统的物质是循环的，而能量是单向流动，不可循环的。,答案：,B,5.(2008,江苏高考,),江苏某农户创建的冬季生态型种植养,殖模式如下图所示，请据图回答下列问题。,(1),牛棚内产生的,可扩散进入蔬菜大棚，提高蔬菜的光合效率；蔬菜光合作用产生的,可扩散进入牛棚。,(2),秸秆除了作为牛的饲料外，还可与牛粪混合堆放进行,，腐熟的产物肥效提高，这是因为,。这种肥料用于蔬菜栽培可以提高蔬菜产量。,(3),在牛的品系、饲料品种和用量不变的条件下，采用这,种养殖模式，牛的生长速率明显提高，其主要原因是,。,(4),牛棚保温所需的热能来源于牛自身散热、地热、,和,。,(5),从生态系统主要功能的角度分析，这种种植养殖模式,较好地实现了,。,解析：,牛棚内的牛和微生物呼吸作用产生的,CO,2,可扩散进入蔬菜大棚，提高光合效率，蔬菜光合作用产生的,O,2,扩散进入牛棚，秸秆的成分是纤维素，与牛粪混合堆放进行发酵作用，将有机物分解成无机物，才能够被蔬菜吸收，冬季生态型种植养殖模式中，因生物呼吸作用产热使牛棚内温度较高，牛维持体温消耗能量少，用于生长发育能量较多，生长速率显著提高。牛棚保温所需热量来自环境中的太阳光能和地热，还可来自生物的呼吸产热。生态系统的功能是物质循环和能量流动，冬季生态型养殖模式可实现物质的循环利用和能量的高效利用。,答案：,(1),二氧化碳氧气,(2),发酵微生物将有机物分解为无机物,(3),牛棚内温度较高因而牛维持体温消耗的能量较少,(4),太阳光能发酵产热,(5),物质的循环利用和能量的高效利用,6.(2007,天津高考,),下图为生态系统碳循环示意图，其中,甲、乙、丙表示生态系统中的三种成分。,请据图回答：,(1),生态系统的碳循环是指碳元素在,之间不断循环的过程。,(2)X,与甲中图示生物类群的能量来源不同，,X,代表的生物为,；,Y,的细胞结构与丙中图示生物不同，,Y,的细胞结构最主要的特点是,。,(3),大气中的,CO,2,在甲中图示的,处,(,在,a,d,中选择,),合成有机物；含碳有机物在甲中图示的,处,(,在,a,d,中选择,),可以分解为,CO,2,。,(4),化石燃料除燃烧外，还可以通过,途径产生,CO,2,。,解析：,(1),生态系统的物质循环是在无机环境中经生产者的同化作用进入生物群落，以有机物的形式在生物群落中流动，最后通过分解者的分解作用进入无机环境，这样周而复始的循环。,(2),图中甲中的植物利用的是光能，与其不同的是进行化能合成作用的硝化细菌等。图中丙为原核生物，与其不同的生物是具有细胞核的真核生物。,(3),二氧化,碳的固定在植物细胞的叶绿体的基质中进行，如图中,c,。葡萄糖等有机物在细胞质基质和线粒体中分解成二氧化碳，如图中的,a,和,b,。,(4),化石燃料可以通过微生物的分解作用产生二氧化碳。,答案：,(1),生物群落与无机环境,(2),化能自养细菌,(,或硝化细菌等,),有核膜包被的细胞核,(3)c,a,和,b,(4),微生物的分解,