第2、3節生態系統的功能—— 能量流動和物質循環

答案：輸入傳遞轉化散失光合作用生產者食物鏈分解者

答案：單向流動逆轉循環流動逐級遞減由低到高人工生態系統最有效調整持續高效

想一想：一般的食物鏈為什么不超過五個營養級？答案：食物鏈中每一個營養級把從前面一個環節獲得的能量大部分用來維持自身的生存和繁殖，把一小部分傳給下一營養級。因此前一營養級的能量只能維持后一營養級少數生物的需要，一般傳遞效率為10～20%，傳到第五營養級時能量已經很少了，再往下傳遞已不足以維持一個營養級的能量需要，所以一個食物鏈一般不超過5個營養級。議一議：生態系統為何要不斷從系統外得到能量補充？答案：生態系統中各個營養級都會有部分能量以熱能的形式散失到大氣中，不能被任何生命活動所利用，能量在流動中越來越少。看一看：在生產上如何根據能量流動的原理提高產量？答案：盡量縮短食物鏈，提高能量利用率。1．生態系統中的氮循環(浙江科技版)(中國地圖版) 氮循環是指氮氣、無機氮化物、有機氮化物在自然界相互轉化過程的總稱。包括固氮作用、硝化作用、有機氮化物的合成、氨化作用、反硝化作用等。氮循環主要是通過生物來完成，其中微生物更具有十分重要的作用。1. 什么叫氨化作用和硝化作用？ 【提示】①氨化作用——微生物將動植物遺體、排出物、殘落物中的有機氮分解形成氨的過程。 ②硝化作用——在有氧條件下，土壤中的氨或銨鹽在硝化細菌的作用下最終氧化為硝酸鹽的過程。2．過多地使用氮肥、磷肥等會引起什么后果？ 【提示】過多地使用氮肥、磷肥等會使土壤中氮、磷的含量增多，過多的氮、磷流入水體可能造成水體富營養化，使藻類等過度繁殖，進而導致生態系統的穩態被破壞。3．硫循環與碳循環的相同點表現在哪些方面？ 【提示】相同點：①都是從無機環境到生物群落，又從生物群落到無機環境。 ②在生物群落內部進行傳遞時，均以有機物的形式傳遞。4．什么叫酸雨，它有什么危害？ 【提示】一般將pH小于5.6的雨水稱為酸雨。 它的危害有：①危害人體健康，引起肺水腫和肺硬化等，甚至導致死亡。②使水體酸化，造成魚、蝦死亡和滅絕，影響水生植物的生長。③破壞土壤、植被。2．能量的傳遞 (1)傳遞途徑：食物鏈和食物網。 (2)傳遞形式：有機物中的化學能。 (3)傳遞過程：流入某一營養級的一定量的能量在足夠長的時間內的去路可有三條：①自身呼吸作用散熱消耗；②流入下一營養級；③被分解者分解利用。但這一定量的能量不管如何傳遞，最終都以熱能形式從生物群落中散失，生產者源源不斷地固定有機物中的化學能，才能保證生態系統能量流動的正常進行。3．能量的轉化

有機物中的化學能→有機物中的化學能→熱能(最終散失)4．能量的散失 ①形式：熱能，熱能是能量流動的最后形式。 ②過程：有機物(化學能)

特別提醒：消費者攝入的能量等于消費者同化的能量加上糞便中的能量，糞便中的能量屬于上一營養級的同化量，消費者同化的能量即是上一營養級流向該消費者的能量，也就是該營養級的總能量。1．(2010·濱州期中)如圖是能量流動的圖解，對此圖理解不正確的是()A．圖中方框的大小可表示該營養級生物所具有能量的相對值B．圖中C所具有的能量為B的10%～20%C．圖中A表示流經該生態系統的總能量D．圖中A具有的能量是B、C、D的能量之和解析：在此能量流動的圖解中，方框的大小可表示該營養級生物所具有能量的相對值；能量的傳遞效率一般為10%～20%，所以C具有能量為B的10%～20%；生物群落中的總能量為生產者固定的有機物中的化學能，即A表示流經該生態系統的總能量；A具有的能量有三種去向；流向B、自身呼吸、流向分解者，B、C、D能量之和小于A具有的能量。答案：D(1)三種生態金字塔的比較類型項目能量金字塔數量金字塔生物量金字塔形狀特點正金字塔形一般為正金字塔形，有時會出現倒金字塔形一般為正金字塔形象征含義能量沿食物鏈流動過程中具有逐級遞減的特性生物個體數量在食物鏈中隨營養級升高而逐級遞減生物量(現存生物有機物的總量)沿食物鏈流動逐級遞減每一階含義食物鏈中每一營養級生物所含能量的多少每一營養級生物個體的數量每一營養級生物的總生物量(2)特殊實例及分析數量金字塔在前一營養級的生物個體很大，而后一營養級的生物個體很小時，會出現倒置現象。如樹林中，樹、昆蟲和食蟲鳥個體數比例關系可形成如圖所示的數量金字塔。生物量金字塔也有特殊形狀，如海洋生態系統中，生產者浮游植物個體小，壽命短，又會不斷被浮游動物吃掉，因而某一時間調查到的浮游植物生物量可能要低于其捕食者浮游動物的生物量。但這并不是說流經生產者這一環節的能量比流經浮游動物的要少。2．根據圖示的食物網，若黃雀的全部同化量來自兩種動物，蟬和螳螂各占一半，則當綠色植物增加G千克時，黃雀增加體重最多是()A．G/75千克 B．3G/125千克C．6G/125千克 D．G/550千克解析：根據生態系統能量流動的最高傳遞效率20%，設黃雀增加體重X千克，則根據題意可列出計算式：(5×X/2＋5×5×X/2)×5＝G，X＝G/75千克。答案：A1．物質循環 (1)物質：組成生物體的C、H、O、N、P、S等化學元素。 (2)循環過程：無機環境

生物群落。 (3)循環特點：全球性、循環性。 (4)碳循環過程： 無機環境 生物群落(含碳有機物)(5)實例圖解如下：①碳循環②硫循環③氮循環2．物質循環與能量流動的關系項目能量流動物質循環形式以有機物為載體無機物特點單向流動、逐級遞減往復循環范圍生態系統各營養級生物圈(全球性)聯系同時進行、相互依存，不可分割①能量的固定、儲存、轉移和釋放，離不開物質的合成和分解②物質是能量沿食物鏈(網)流動的載體③能量是物質在生態系統中往復循環的動力圖示(1)任何一個生態系統中，能量流動和物質循環都保持著相對的平衡，這是決定一個生態系統相對穩定的重要保證。(2)物質循環的平衡打破，將造成生態環境問題：①碳循環失衡——溫室效應②硫循環失衡——酸雨③生物富集作用：是指環境中的一些污染物(如重金屬、化學農藥)通過食物鏈在生物體內大量積累的過程。a．原因：化學性質穩定不易被分解；在生物體內積累而不易排出。b．過程：隨著食物鏈的延長而不斷加強，即營養級越高，富集物的濃度越高。3．下圖是生態系統中硫循環和碳循環及其相互關系的簡圖，請分析回答下列問題：(1)如果圖示是一個草原生態系統，圖中標號________所代表的內容能體現出這個生態系統自動調節能力的大小。(2)如果該生態系統中次級消費者增重2kg，至少需要生產者__________kg。(3)在硫循環中，除圖中所示過程外，大氣中二氧化硫的來源還應有________________________________________________________________________。(4)碳和硫在生物群落中流動形式依次為_____________________。(5)若短時間內大氣中二氧化碳和二氧化硫迅速增加，會造成的全球性環境問題依次是____________________________________。解析：(1)生態系統自動調節能力取決于生態系統營養結構(食物鏈和食物網)的復雜程度，而食物鏈和食物網主要是由捕食關系(生產者和消費者之間)而構成的，故④可反映系統自動調節能力的大小。(2)能量沿食物鏈傳遞的效率最高為20%(即)，則次級消費者(第三營養級)增重2kg，至少需要生產者＝50kg。(3)大氣中SO2的來源除了圖中微生物的分解作用以外，還有化石燃料的燃燒、火山爆發等。(3)大氣中SO2的來源除了圖中微生物的分解作用以外，還有化石燃料的燃燒、火山爆發等。(4)不論碳、硫還是氮，它們在生物群落內部都是以有機物的形式在生物群落中流動的。(5)短時間的CO2、SO2大量釋放，會超過生態系統的自動凈化能力，導致溫室效應、酸雨等全球性環境問題。答案：(1)④(2)50(3)石油等化石燃料的燃燒、火山爆發(4)有機物、有機物(5)溫室效應、酸雨【例1】(2009·江蘇，17)下列4種現象中，不適宜用生態系統中能量流動規律進行合理分析的是() A．虎等大型肉食動物容易成為瀕危物種 B．藍藻易在富營養化水體中爆發 C．飼養牛、羊等動物，成本低、產量高 D．巨大的藍鯨以微小的浮游動物為食思路點撥：藍藻爆發是因為水體中含有大量的N、P等元素，給藍藻提供營養物質，利于藍藻的生長，沒有能量流動。能量流動的另一特點是逐級遞減。虎等大型肉食動物處在最高營養級，獲得的能量最少，因此容易成為瀕危物種。飼養的牛、羊等動物屬于第二營養級，獲得的能量較多，因此成本低、產量高。藍鯨以浮游動物為食，能量便由浮游動物流向了藍鯨。答案：B【例2】(2009·重慶卷，5)如圖是某森林生態系統物質和能量流向示意圖，h、i、j、k表示不同用途的有機物(j是未利用部分)，方框大小表示使用量。下列敘述正確的是()A．進入該生態系統的CO2量與各h產生的CO2總量相等B．生產者中i的量大于被初級消費者同化的有機物的量C．流向分解者的k可被生產者直接吸收利用D．流經該生態系統的物質和能量可循環利用思路點撥：該能量一部分通過呼吸作用以熱能的形式散失，用h表示；一部分被初級消費者攝入，用i表示；一部分是未被利用、儲存起來的能量，用j表示；還有一部分是植物的殘枝、敗葉、遺體等被分解者分解，用k表示。攝入消費者體內的能量i，一部分被同化成為消費者自身的一部分，還有一部分沒有被消化吸收，以糞便的形式被分解者分解。

由于生態系統中有未被利用、儲存起來的能量j，所以進入該生態系統中的CO2量，大于生產者、消費者和分解者通過呼吸作用產生的CO2量。流向分解者的k是有機物，只有被分解者分解成無機鹽后才能被生產者吸收、利用。物質在生態系統中可循環利用，但能量流動是單向的，不能循環利用。答案：B(2009·全國卷Ⅰ)某種植玉米的農場，其收獲的玉米子粒既作為雞的飼料，也作為人的糧食，玉米的秸稈則加工成飼料喂牛，生產的牛和雞供人食用。人、牛、雞的糞便經過沼氣池發酵產生的沼氣作為能源，沼渣、沼液作為種植玉米的肥料。據此回答(不考慮空間因素)：(1)請繪制由雞、牛、玉米和人組成的食物網：__________________________________________________________(2)牛與雞之間________(有、無)競爭關系，理由是______________________________________________________。人與雞的種間關系是________，人與牛的種間關系是__________。(3)流經該農場生態系統的總能量來自________所固定的________，無機環境中的碳以________形式進入該人工群落。(4)假設該農場將生產玉米的1/3作為飼料養雞，2/3供人食用，生產出的雞供人食用。現調整為2/3的玉米養雞，1/3供人食用，生產出的雞仍供人食用。理論上，該農場供養的人數將會________(增多、不變、減少)，理由是________________________________。本題綜合考查了生態系統的結構和功能及應用，由于對所學知識與實際問題聯系脫節導致生物群落中的種間關系判斷失誤，導致(1)、(2)兩問錯答，食物網的繪制不全面，而對生態系統的功能描述不夠準確，導致錯答，應加強基礎知識的鞏固，對于語言再力求規范準確，正確思路應是：(1)由題干信息可知：玉米、雞、牛、人之間的食物關系為：(2)因人與雞均食用玉米子粒，而牛食用玉米秸稈，且人還食用雞和牛，因不考慮空間因素，故人與雞的種間關系為競爭和捕食，人與牛的種間關系為捕食，而牛與雞之間無競爭關系。(3)該農場生態系統中的生產者為玉米，生產者(玉米)固定的有機物中的化學能為流經生態系統的總能量。(4)食物鏈越長，能量沿食物鏈流動時損耗越多，高營養級獲得的能量也就越少，改變用途的1/3玉米中的能量流入人體內所經過的食物鏈延長，故人獲得的總能量將減少。(1)如圖所示：(2)無它們所需食物資源不同(或牛食玉米秸稈、雞吃玉米子粒)捕食與競爭捕食(3)玉米有機物中的化學能CO2(4)減少改變用途的1/3玉米被雞食用后，在雞這一環節散失了一部分能量，導致人獲得的能量減少實驗：土壤微生物的分解作用1．實驗原理 (1)土壤中存在種類、數目繁多的細菌、真菌等微生物，它們在生態系統中的成分為分解者。 (2)分解者的作用是將環境中的有機物分解為無機物，其分解速度與環境中的溫度、水分等生態因子相關。案例1案例2實驗假設微生物能分解落葉使之腐爛微生物能分解淀粉實驗設計實驗組對土壤高溫處理A杯中加入30mL土壤浸出液對照組對土壤不做任何處理B杯中加入30mL蒸餾水自變量土壤中是否含微生物是否含有微生物實驗現象在相同時間內實驗組落葉腐爛程度小于對照組AA1不變藍A2產生磚紅色沉淀BB1變藍B2不變色結論分析微生物對落葉有分解作用土壤浸出液中的微生物能分解淀粉2．實驗流程3.基本技術要求 (1)探究活動最好在實驗室中進行，以便控制變量，避免環境中不可控制的因素的影響。 (2)各地氣候與環境等因素不同，微生物分解落葉的功能也不同，需要的時間有差異，一般需要適宜的溫度、濕潤的條件。【例】同學們在課外活動中發現植物的落葉在土壤里會逐漸腐爛，形成腐殖質。他們猜測落葉的腐爛是由于土壤微生物的作用，不同生態系統的土壤微生物分解能力不同，并設計了實驗進行驗證。 (1)實驗設計首先要遵循的是________原則和________原則。 (2)以帶有同種落葉的土壤為實驗材料，均分為A和B。實驗時A不做處理(自然狀態)；B用塑料袋包好，放在60℃的恒溫箱中滅菌1小時。B處理的目的是___________________________________________________。

(3)(2)中實驗的自變量是____________，因變量是____________，無關變量是____________(至少寫出兩點)。(4)如果同學們的猜測是正確的