第2、3节　 生态系统的能量流动 生态系统的物质循环

基础自主梳理 高频考点突破 实验专题探究 命题视角剖析 即时达标训练 第2、3节　生态系统的能量流动 生态系统的物质循环 高频考点突破 实验专题探究 命题视角剖析 即时达标训练

1．概念：生态系统中能量的______、传递、_______和散失的过程。 2．过程 (1)输入途径：主要是生产者的________。 基础自主梳理 一、能量流动 1．概念：生态系统中能量的______、传递、_______和散失的过程。 2．过程 (1)输入途径：主要是生产者的________。 (2)起点：从生产者固定太阳能开始。 (3)途径：________________。 输入 转化 光合作用 食物链和食物网

(4)过程：

3．特点 (1)单向流动：能量流动只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面的各个营养级，不可逆转，也不可______流动。 (2)逐级递减：能量在沿食物链流动的过程中是________的，传递效率大约为___________。 (3)能量金字塔：将单位时间内各个营养级所得到的________数值由低到高绘成图，可形成一个金字塔图形。 循环 逐级递减 10%～20% 能量

4．意义 (1)帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使_____得到最有效的利用。 (2)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_____________的部分。 思考感悟 1．消费者摄入的能量、同化的能量、输入的能量与粪便中的能量有什么关系？ 【提示】　同化的能量＝输入的能量＝摄入的能量－粪便中的能量。 能量 对人类最有益

二、物质循环 1．概念：组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素，都不断进行着从__________到生物群落，又从__________到无机环境的循环过程。这里所说的生态系统是指_______，因此又称为生物地球化学循环。 2．特点：全球性、物质可被____利用。 3．碳循环 (1)无机环境中的存在形式：_____和碳酸盐。 (2)生物群落中的主要存在形式：___________。 (3)无机环境与生物群落之间的循环形式：____。 (4)特点：具全球性，可______利用。 无机环境 生物群落 生物圈 反复 CO2 含碳有机物 CO2 循环

三、能量流动与物质循环的关系 1．二者__________，彼此相互依存，不可分割。 2．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________和__________之间循环往返。 同时进行 生物群落 无机环境

思考感悟 2．有人认为：“物质是能量的载体，物质是往复循环的，能量自然也应该伴随着物质的循环而循环。”你认为这句话对吗？如果有错误，请指出错因。 【提示】　不对。这句话很难从字面上挑出错误。实际上采用了“汉字(词)”的通用方法，偷换了概念。“物质是能量的载体”中的“物质”是指含有化学能的有机物质(如糖类、脂质、蛋白质)，而“物质是循环往复的”中的“物质”则是指基本元素(如C、H、O、N、P…)，二者本质含义根本不同。

高频考点突破 考点一 生态系统的能量流动 1．能量流动特点 (1)生态系统中能量流动是单向的。在生态系统中，能量流动只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面的各个营养级，不可逆转，也不能循环流动。

(2)能量在流动过程中是逐级递减的。输入到一个营养级的能量不可能百分之百地流入下一个营养级，能量在沿食物链流动的过程中是逐级减少的。一般来说，在输入到某一个营养级的能量中，只有10%～20%的能量能够流到下一个营养级，也就是说，能量在相邻两个营养级间的传递效率大约是10%～20%。

2．每一营养级具体的能量流动情况

理解流入每一营养级的能量去向可从以下两个角度分析： (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：①自身呼吸散热消耗；②流入下一营养级；③被分解者分解利用。但这一定量的能量不管如何传递，最终都以热能形式从生物群落中散失，生产者源源不断地固定太阳能，才能保证生态系统能量流动的正常进行。

(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：①自身呼吸散热消耗；②流入下一营养级；③被分解者分解利用；④未被自身呼吸消耗，也未被后一营养级和分解者利用，即“未利用”。如果是以年为单位研究，第④部分的能量将保留给下一年。 【易误警示】　(1)生产者的同化量就是生产者固定的太阳能总量。 (2)真正流入下一营养级的能量，应该是该生物的同化量，即同化量＝摄入量－粪便量。 (3)粪便实际上是上一营养级的未被利用的成分，通过分解者将其分解。

即时应用(随学随练，轻松夺冠) 1．如下图为生态系统中能量流动图解部分示意图，①②③④各代表一定的能量值，下列各项中正确的是(　　)

A．①表示流经生态系统内部的总能量 B．一般情况下，三级消费者增加1 kg，至少需要生产者100 kg C．生物与生物之间捕食关系一般不可逆转，所以能量流动具单向性 D．从能量关系看②≥③＋④

考点二 生态金字塔 如果将单位时间内各个营养级所得到的能量数值由低到高绘制成图，可形成一个能量金字塔。根据生态系统内各个营养级的生物的数量和生物量的数值，可绘制成数量金字塔和生物量金字塔。现在把它们比较如下：

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)沿食物链升高逐级递减 类型 项目　 能量金字塔 数量金字塔形 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 一般为正金字塔形 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)沿食物链升高逐级递减 每一级含义 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 每一营养级生物的有机物总量

即时应用(随学随练，轻松夺冠) 2．(2011年杭州第一次质检)下图表示A、B两个特殊生态系统的能量金字塔。有关解释正确的是(　　)

①一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　②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　③若A和B中玉米的数量相同，A若能养活10000人，则B可能只能养活1000人　④若土壤中含相同浓度的难降解污染物，则A中的人比B中的人体内污染物浓度低 A．①③④　　　　　　　　 B．①②③ C．①②③④ D．③④

解析：选D。生态系统的能量流动指的是种群间的能量流动，而非个体，故①错误。能量沿食物链单向流动，随着营养级的升高而逐级递减，能量传递效率并未随着营养级的升高而逐级递减，故②错误。

考点三 生态系统物质循环的实例——碳循环

1．大气中CO2的来源 (1)生产者、消费者的呼吸作用； (2)分解者的分解作用； (3)化学燃料的燃烧。 2.目前由于碳循环平衡被打破，对形成温室效应的分析 (1)大气中CO2含量持续增加的原因 ①工厂、汽车、飞机、轮船等对化学燃料的大量使用，向大气中释放大量的CO2。 ②森林、草原等植被大面积的破坏，大大降低了对大气中CO2的调节能力。 (2)危害 ①加快极地冰川融化，导致海平面上升，对陆地生态系统和人类的生存构成威胁。

②改变了降雨和蒸发机制，影响农业和粮食资源生产。 (3)缓解措施 ①植树造林，增加绿地面积。 ②开发清洁能源，减少化学燃料燃烧。 【易误警示】　(1)碳在无机环境与生物群落之间传递时，只有生产者与无机环境之间的传递是双向的，其他各成分间的传递均是单向的。 (2)大气中的碳元素进入生物群落，主要是绿色植物的光合作用，此外还有硝化细菌等的化能合成作用。

3．物质循环与能量流动的关系

即时应用(随学随练，轻松夺冠) 3．(2011年北京东城一模)如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．图中乙、丙、丁构成了该生态系统的生物群落 B．图中②③④过程均可表示不同生物的呼吸作用 C．缺少类群甲则生态系统的物质循环不能正常进行 D．由于呼吸作用的消耗，丁对食物的同化量远小于摄入量

解析：选C。由图示生态系统中不同成分在碳循环中的关系可知：甲、乙、丙、丁分别表示分解者、生产者、消费者、消费者，故甲乙丙丁共同组成了该生态系统的生物群落。分解者是生态系统中的重要成分，缺少分解者甲，能量流动、物质循环将不能正常进行。图中②表示生产者的呼吸作用，③④表示含碳的有机物沿食物链的传递过程。由于丁中的粪便没有被同化，导致丁同化的能量远小于其摄入量。

实验专题探究 探究土壤微生物的分解作用 1．实验假设 案例1　微生物能分解落叶使之腐烂 案例2　微生物能分解淀粉

2．实验设计与结论 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 烧杯中是否含微生物

实战演练(专项提能，小试牛刀) 探究“土壤微生物对淀粉的分解作用” ①将取自农田、林地或花盆等处的土壤放入里面垫有纱布的烧杯中，加水搅拌，然后将纱布连同土壤一起取出，将留在烧杯中的土壤浸出液静置一段时间备用。 实验步骤 试管A 试管B 一 加入2 mL淀粉糊 二 加入30 mL土壤浸出液 加入30 mL蒸馏水

②在室温(20 ℃左右)下，放置7 d后，分别取A、B两烧杯中的溶液 2 mL，各放入两支试管A1、A2、B1、B2中。 加入试剂 碘液 斐林试剂 现象

回答下列问题： (1)上述实验过程中实验组和对照组分别是什么？单一变量是什么？ (2)A、B两试管中加碘液的目的是什么？加斐林试剂是想验证哪种物质的存在，原理是什么？ (3)试管中加入斐林试剂后，能否得到预期结果，还需什么条件？ (4)在问题(3)改进的基础上，改进后实验过程中的实验现象是什么？

答案：(1)实验组是试管A，对照组是试管B，单一变量是土壤浸出液中的微生物。 (2)验证淀粉是否被水解完全；验证可溶性还原糖(葡萄糖)。原理是：斐林试剂可以与葡萄糖、麦芽糖、果糖等还原糖在50～60 ℃的水浴加热条件下呈现砖红色。 (3)不能，还需50～60 ℃的水浴加热2 min。 (4)A不变蓝，出现砖红色沉淀；B变蓝，不出现砖红色沉淀。

命题视角剖析 视角 1 紧扣教材重点 能量流动的相关分析 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和，消费者粪便中所含有的能量不能计入排便生物所同化的物质中的能量，它实际与上一个营养级的遗体残骸一样，属于未被下一个营养级利用的那一部分。

如图为某草原生态系统中能量流动图解，①～④表示相关过程能量流动量。下列有关叙述正确的是( ) 如图为某草原生态系统中能量流动图解，①～④表示相关过程能量流动量。下列有关叙述正确的是(　　) 例1

A．①是流入该生态系统的总能量 B．分解者获得的能量最少 C．图中②/①的值代表草→兔的能量传递效率 D．③和④分别属于草和兔同化量的一部分 【尝试解答】　__D__

【解析】　①表示草同化的能量流向下一营养级即兔的能量，草所固定的太阳能是流入该生态系统的总能量；图中②/①的值代表兔→狐的能量传递效率；兔粪便中的能量是草同化的能量的一部分；在一个生态系统中分解者获得的能量不一定是最少的。

变式训练　(2011年南通高三第一次模拟)在某草原生态系统能量流动过程中，假设羊摄入体内的能量为n，羊粪便中的能量为36%n，呼吸作用散失的能量为48%n，则(　　) A．羊同化的能量为64%n B．贮存在羊体内的能量为52%n C．由羊流向分解者的能量为16%n D．由羊流向下一营养级的能量为64%n 解析：选A。同化量＝摄入量－粪便量＝n－36%n＝64%n。呼吸作用散失的能量属于羊的同化量。

(2010年高考广东卷)气候变化与生态系统的碳循环密切相关。下表为A、B两个不同时期陆地生态系统与大气环境的碳交换情况。 时期 视角 2 洞察高考热点 生态系统的碳循环 (2010年高考广东卷)气候变化与生态系统的碳循环密切相关。下表为A、B两个不同时期陆地生态系统与大气环境的碳交换情况。 例2 时期 碳吸收量(kgC·a－1) 碳释放量(kgC·a－1) A 1.20×1014 B 1.26×1014

(1)生态系统碳的吸收主要是通过________作用实现的，碳的释放主要是通过________作用实现的。 (2)表中__________时期的生态系统处于稳定状态，原因是__________________________________________。 (3)由于过度的人工碳排放，破坏了生态系统的________，导致大气中________增加并引起全球气候变化。

(4)人们正在积极开发新能源以减少碳排放。如“叶绿素太阳能电池”是模仿类囊体吸收光能的特性而制造的，类囊体吸收光能的过程发生在光合作用的______阶段；又如经改造的蓝藻能在细胞内将光合作用产生的________直接发酵转化为燃料乙醇。 【尝试解答】　(1)光合　呼吸　(2)A　碳的吸收量等于碳的释放量　(3)碳平衡　CO2浓度　(4)光反应　有机物

【解析】　(1)光合作用吸收CO2，呼吸作用释放CO2，生态系统中的碳循环主要是通过光合作用和呼吸作用实现的。(2)生态系统中的碳吸收量等于释放量时，说明该生态系统处于相对稳定状态。(3)过度的人工碳排放使得碳释放量大大超过碳吸收量，从而破坏了生态系统的稳定性。向大气中排放大量的CO2会引起温室效应，导致全球气候变化。(4)光合作用的光反应阶段中，对光能的吸收和转化发生在叶绿体的类囊体薄膜上。蓝藻光合作用的产物是糖类(有机物)，经酒精发酵可生成乙醇。

互动探究　(1)上表中B内释放的CO2增多的主要原因是什么？ (2)碳元素在生物群落中主要以什么形式传递的？ 【提示】　(1)化石燃料燃烧　 (2)有机物

视角 3 突破易错疑点 对碳循环示意图辨析不清 (1)碳循环过程示意图弄清箭头的方向及代表含义。

(2)将上图换成字母，并尝试判断四种成分(找依据) 据图判断A、B、C、D各代表哪种成分？ 先根据双向箭头确定A和B应为生产者和非生物物质和能量，不能写“无机环境”，也不能写“生物类别”，再根据A→C确定C为消费者，剩下D为分解者。

解读右图 根据①与③之间的双向箭头判断：①是生产者，③是非生物物质和能量。根据①②④的碳都流向⑤，可进一步判断：②是初级消费者，④是次级消费者，⑤是分解者。

自我挑战如图为某生态系统碳循环示意图，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别为生态系统的成分，①～④代表发生在生物体内的生理作用。 下列相关叙述，正确的是(　　) A．图中Ⅰ→Ⅲ→Ⅱ是因捕食关系而形成的食物链 B．在这个生态系统中Ⅱ所含有的能量最多 C．碳元素沿图示箭头循环时，能量也随之循环流动 D．①③④的实质都是分解有机物，并将CO2释放到大气中

【尝试解答】　__D__ 【解析】　分析图解，Ⅰ和Ⅳ为双向箭头，所以一定是生产者和大气，Ⅱ、Ⅲ也分别指向Ⅳ，所以可以判定Ⅳ为大气，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示生产者、分解者、消费者。据以上分析可知，Ⅰ→Ⅲ→Ⅱ不能看作是食物链，A项错误；该生态系统的生物成分中生产者Ⅰ所含有的能量应该最多，B项错误；能量是单向流动、不循环的，C项错误。

高考热点集训（10） ——能量流动和物质循环

1．下图为生态系统中食物链所反映的能量流动情况，图中箭头表示能量移动的方向，单位为kcal/(m2·a)。下列说法错误的是(　　)

A．此生态系统中的分解者可利用图中A的所有能量 B．辐射的太阳能中仅有1%左右的能量被生产者利用 C．每一营养级的能量大部分用于呼吸和被分解者利用 D．食物链的营养关系一般不可逆，这决定了能量流动的单向性 解析：选A。A中的落叶、排泄物和尸体能被分解者利用，呼吸所消耗的能量主要是各个营养级自身消耗的能量。食物链上能量流动的特点是单向流动，逐级递减。

2．(2010年高考江苏卷)有人发起“多吃素食、少吃肉食”的运动，以支援粮食短缺地区的灾民。运用生态学知识对此的合理解释是(　　) A．多吃肉食会增加心血管病的发病率 B．直接以低营养级的生物为食将消耗生态系统更多的能量 C．多吃肉食比多吃素食消耗的粮食总量更多 D．节省的肉食可以帮助灾民提高营养水平 解析：选C。从食物链中的能量流动特点来看，营养级越高，在能量流动过程中损失的能量越多。多吃素食，是将人放在初级消费者的层次上，只经过一次能量传递，这样人获得的能量最多，消耗的粮食总量最少。

3．(2011年西安分科检测)图中甲、乙、丙分别代表热带雨林生态系统中的三大功能类群。下列说法正确的是(　　) A．丙处于两个营养级，是杂食性动物 B．图中表示出了两个食物链 C．图中的箭头可以表示物质和能量的传递方向 D．乙→丙的能量传递效率为10%～20% 解析：选C。本题的关键词为“三大功能类群”，所以指的是生产者、消费者与分解者，而分解者不属于食物链中的营养级。

4．在一个100 km2的草原上，猎豹的种群密度是0.1 头/km2，鬣狗的种群密度是10头 /km2，蝗虫的种群密度是10000只/km2。对此现象的解释，正确的是(　　) A．能量从鬣狗流向猎豹的效率为1% B．猎豹和鬣狗属于同一营养级，猎豹体型大于鬣狗 C．蝗虫属于第一营养级，在草原生态系统中含能量最多 D．猎豹与鬣狗存在捕食关系，所以两种生物种群密度不同 解析：选B。猎豹和鬣狗属于同一营养级，从题干信息中不能获得鬣狗流向猎豹的能量的效率。

5．生态系统是生物群落与它的无机环境相互作用形成的统一整体。生物圈这个最大的生态系统中，还可以分出很多个生态系统，例如一片森林、一块草地、一个池塘等。下列有关生态系统的结构和功能的叙述正确的是(　　) A．生态系统的结构包括非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者 B．流经某生态系统的总能量是生产者积累的有机物中的全部能量 C．生态农业的建立实现了物质和能量的多级循环利用，提高了能量的利用率 D．信息传递在农业生产中的应用可提高农产品和畜产品的产量，也可对有害动物进行控制

解析：选D。生态系统的结构包括生态系统的成分、食物链和食物网，生态系统的成分包括非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者；流经生态系统的总能量是生产者同化的有机物的量，包括积累的有机物中的全部能量和生产者呼吸消耗的能量；生态农业实现了物质循环利用、能量的多级利用，提高了能量的利用率。

6．(2010年高考全国卷Ⅰ)如图是一个农业生态系统模式图，关于该系统的叙述，错误的是(　　) A．微生物也能利用农作物通过光合作用储存的能量 B．沼气池中的微生物也是该生态系统的分解者 C．沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用 D．多途径利用农作物可提高该系统的能量利用效率

解析：选C。微生物能够利用农作物秸秆中有机物内储存的能量，A项对；沼气池中的微生物如产甲烷杆菌能将人畜粪便、农作物秸秆中的有机物分解产生甲烷(沼气的成分之一)，此时的微生物是分解者，B项对；能量流动的特点是单向流动、逐级递减，能量不能循环利用，C项错；农作物为人类提供食物，为家畜提供饲料，产生的秸秆可以用来生产沼气，这种多途径利用农作物的方式，大大提高了生态系统中的能量利用效率。

7．(2011年东北第一次联考)图一是某生态系统的碳循环示意图，其中A、B、C、D是生态系统内的各生物成分，1、2、3、4、5表示有关的生理过程；图二为该生态系统中某一食物链及部分能量流动情况。请分析回答：

(1)在图一中，C、B分别属于______________。碳元素在生物群落内部传递是沿______________实现的。 (2)图一中表示呼吸作用过程的是______(填序号)。A、C、D为B提供__________________。 (3)若图一中的C产生60 mol氧气，则流入D的能量一般不超过相当于______mol葡萄糖的能量。如果A发生瘟疫，D发生的变化是________________________________________________________________________。

(4)在图二的食物链中，②/①的比值代表______(生物之间)的能量传递效率，③和④分别属于______(生物)的同化量的一部分。 解析：(1)大气中的CO2通过绿色植物的光合作用进入生物群落，生产者、消费者、分解者通过呼吸作用把CO2释放到大气中，因此C属于生产者，A、D属于消费者，B属于分解者。

(2)1的生理过程是光合作用，2、3、4、5表示的生理过程是呼吸作用。A、C、D为B提供物质和能量。(3)图一表示的食物链是：C→D→A，C产生60 mol氧气，产生的葡萄糖为10 mol，因此流入D的能量一般不超过相当于10×20%＝2 mol葡萄糖的能量。A如果发生瘟疫，D的数量应该先增加，然后减少，最后稳定。(4)①为兔的同化量，②为狼的同化量，所以②/①的比值代表兔流入狼的能量传递效率；③表示的能量存在于兔的粪便中，而粪便主要是草未被兔消化的残渣，故③为草的同化量的一部分；④表示的能量存在于兔的遗体残骸中，故④为兔的同化量一部分。

答案：(1)生产者、分解者　食物链 (2)2、3、4、5　物质和能量 (3)2　数量先增加后减少最后稳定 (4)兔→狼　草和兔