2015高考生物必修3一轮第5章 第2、3节 生态系统的能量流动和物质循环

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。
①消费者产生的粪便，不属于该营养级同化的能 量，它实际与上一营养级的遗体、残骸一样，属
于上一营养级“进入分解者”的部分，但消费者
“尿液”中的能量，应属该营养级同化能量的一 部分。 ②由于能量流动是逐级递减的，能量流经每一营养 级时均有损耗，故食物链营养级环节越多，能量
2.分析以下生态系统的能量流动和物质循环的关系简
图，不能得到的结论是
(
)
C
A.物质作为能量的 载体，使能量沿着 食物链(网)流动 B.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
C.能量①②③④的总和便是生产者所固定的太阳能总量 D.碳在生物群落和无机环境之间循环主要是以CO2的 形式进行的
生物量金字
塔 生物量(现存 生物有机物 的总量)沿食 物链流动逐 级递减 每一营养级
能量沿食物
象征 含义 链流动过程 中具有逐级
递减的特性
食物链中每 每一阶 含义 一营养级生 物所含能量 的多少
生物个体的
数目
生物的总生
物量
(1)能量金字塔不会出现倒置现象。数量金字 塔在前一营养级的生物个体很大，而后一营 养级的生物个体很小时，会出现倒置现象。 如树林中，树、昆虫和食虫鸟个体数比例关系可形成如右
一、生态系统的能量流动 1.概念：生态系统中能量的 输入 、传递、 转化 和散失
的过程。
2.起点：生产者 固定太阳能 开始。 3.总量：生产者 固定的太阳能总量 。 4.流动渠道： 食物链和 食物网 。 5.特点：(1)单向流动：能量只能沿着食物链由 低营养级流 向高营养级。
(2)逐级递减 ①每个营养级生物都因 呼吸 而散失部分热能。 ②每个营养级生物总有一部分不能被 ③传递效率为 10%～20% (形象用
往返。
1.能量的输入
(1)几乎所有的生态系统，其能量来自太阳能。即
光能 有机物中的化学能
(2)特殊的生态系统—深海热泉生态系统
无机物氧化产生的能量 有机物中的化学能
2.能量的传递 (1)传递途径：食物链和食物网。 (2)传递形式：有机物中的化学能。 (3)传递过程(以能量流经第二营养级为例) 能量流经第二营养级时的分流情况总结如下：
3.能量流动特点 (1)单向流动 ①食物链中，相邻营养级生物的吃与被吃关系不可逆 转，因此能量不能倒流，这是长期自然选择的结果。 ②各营养级的能量总有一部分以细胞呼吸产生热能的形 式散失掉，这些能量是无法再利用的。
(2)逐级递减 ①每个营养级的生物总有一部分能量不能被下一营养
级利用。
②各个营养级的生物都会因细胞呼吸以热能形式散失 相当大的一部分能量。 ③各营养级中的能量都要有一部分流入分解者。 (3)能量传递效率：10%～20%，即输入某一营养级的能
是 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 。
[课堂笔记]
(1)玉米、鸡、牛、人之间的食物关系见答案。
(2)因人与鸡均食用玉米子粒，而牛食用玉米秸秆，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
[例2] (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CO2量与 各h产生的CO2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
图所示的数量金字塔。
(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。
[例1] (2009· 全国卷Ⅰ)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
案例2 不变蓝 产生砖红 色沉淀 变蓝 不变色
人与鸡的种间关系是 捕食与竞争 ，人与牛的种间关系 是 捕食 。 (3)流经该农场生态系统的总能量来自 玉米 所固定 的 太阳能 ，无机环境中的碳以 CO2 工群落。 形式进入该人
(4)假设该农场将生产玉米的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 减少 (增多、不变、减少)，理由
解析：能量是物质循环的动力，物质是能量的载体；生产 者固定的太阳能总量，等于流入初级消费者的能量、自身
呼吸消耗的能量、流入分解者的能量之和，故C错误。
答案：C
能量流动，物质循环是生态系统的主要功能， 瞻 望 考 向 相关内容在高考中占据重要地位，考查角度包括能 量流动的过程、特点、能量传递效率及相关计算、
能量流动规律在农业生产中的应用；物质循环过程、
特点及物质循环和能量流动的关系、碳循环过程等， 预计2011年高考相关内容仍可成为命题载体，复习 备考时，应予以关注。
命题设计
下图甲是生态系统的碳循环示意图，图中
“→”表示碳元素的流动方向。 ( )
(1)在图甲表示的生态系统中，分解者是 母表示)，C→A表示的生理过程是 (2)碳元素在生物群落中的主要存在形式是 元素在生物群落和无机环境之间的循环主要是以 的形式进行的。
②生态系统中各成分的确认
如图所示的生态系统成分判
断题在试题中经常出现，这
种试题先根据双向箭头A D确定两者肯定是非生物的物质和能量、 生产者，再根据箭头指向：A有三个指出，应为 生产者；D有三个指入，为非生物的物质和能量；
B和C，一个为消费者，另一个为分解者，A(生
产者)和B均指向C，则C为分解者。
微生物能分解落
叶使之腐烂 对土壤高
实验组 实 验 设 计 自变量 对照组
温处理
对土壤不做 任何处理 土壤中是 否含微生物
A杯中加入30 mL土壤浸出液
B杯中加入30 mL蒸馏水 土壤中是否含有分解淀粉 的微生物
案例1 A1 在相同时间内实验 实验现象 组落叶腐烂程度小 于对照组 微生物对落叶有分 结论分析 解作用 A
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 无 (有、无)竞争关系，理由
是 它们所需食物资源不同(或牛食玉米秸秆、 鸡吃玉米子粒) 。
量中，只有10%～20%的能量流入到下一个营养级。
计算方法为：能量传递率＝ ×100%。
4.生态金字塔类型
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
一般为正金字塔 形
类型
项目
能量金字塔
数量金字塔 生物个体数 目在食物链 中随营养级 升高而逐级 递减 每一营养级
总能量。则②/①的比值代表兔→狐的能量传递效率。兔
子粪便中的能量并不是兔子同化量的一部分，而是草同 化量的一部分；兔子遗体残骸中的能量属于兔子同化量 的一部分。 答案：D
1.对物质循环的理解
(1)参与循环的物质：不是指由C、H、O、N、P、S等这 些元素组成的糖类、脂肪和蛋白质等生物体内所特有 的物质，也不是单质，而是C、H、O、N、P、S等元素。 (2)物质循环的具体形式：是指组成生物体的基本元素在
生物群落与无机环境之间的往返运动，其中伴随着复
杂的物质变化和能量转化，并不是单纯物质的移动。 (3) 生物群落。
2.特点
(1)全球性：物质循环的范围是生物圈，因此把生态系统的
物质循环又叫生物地球化学循环。
(2)物质可被反复利用：物质循环，既然称为“循环”就不像 能量流动那样逐级递减、单向流动，而是可以在无机环 境与生物群落之间反复利用。
损耗越大，欲减少能量损耗应缩短食物链。
1.下图表示某草原生态系统中能量流动图解，①～④表 相关过程能量流动量。下列有关叙述正确的是( D ) 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的比值代表 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
解析：流入该生态系统的总能量应该是草同化的总能量。 ①代表的是兔同化的总能量，图中②代表的是狐同化的
(用字 。 ，碳
(3)如果用图乙表示该生态系统的能量金字塔，请将碳循 环示意图中相应的字母填在图乙对应的营养级中。
(4)若上述生态系统代表农田生态系统，农民下田拔草、 捕捉害虫、喷洒农药，目的是 。
(5)若上述生态系统代表弃耕的农田生态系统，若干年后 该农田中长出小灌木丛，以至演替出森林，这样的演替类 型称为 体现了植被对 。植被优势种群的演替，从根本上 的竞争能力不断增强。
生物地球化学循环 。 CO2和碳酸盐
行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的
循环过程，又称为
2.碳循环 (1)无机环境中存在形式：
。
(2)生物群落中主要存在形式： 有机物 。
(3)无机环境与生物群落之间的循环形式是 CO2 。 (4)特点：具 全球 性，可 循环 利用。
3.能量流动与物质循环的关系 (1)二者 同时进行 ，彼此相互依存，不可分割。 (2)物质作为 能量载体 ，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
【解题指导】生产者通过光合作用吸收无机环境中 的二氧化碳，通过呼吸作用释放二氧化碳，动物通过呼 吸作用释放二氧化碳，分解者通过分解作用释放二氧化
碳。由于能量流动的单向性和逐级递减特征，营养级越
高，能量越少，因此F在能量金字塔的最上层。
【答案】 (1)B (3)如图
光合作用
(2)有机物
CO2
(4)调整农田生态系统的能量流动方向，使能量更多地流
B)
[课堂笔记] 选 B h是该营养级通过呼吸散失的能量，i其
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CO2量大于各h产生的CO2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。
①伴随着物质循环过程，环境中一些污染物（如重 金属、化学农药）通过食物链在生物体内大量积累 而出现生物富集现象，而营养级越高，富集物浓度
3.实例——碳循环
4.比较能量流动与wk.baidu.com质循环 项目
形式 特点 范围
能量流动
以有机物为载体 单向流动、逐级递减 生态系统各营养级
物质循环
无机物 往复循环 生物圈(全球性)
项目
能量流动
物质循环
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图解 如下：
下一营养级 利用。
能量金字塔表示 )。
6.过程
7.研究意义 (1)帮助人们科学规划，设计 人工生态系统，使能量得到最
有效利用，实现能量的
多级利用 。
(2)帮助人们合理地 调整生态系统中能量流动关系，使能量 持续高效地流向 对人类最有益的部分 。
二、物质循环 1.概念：组成生物体的
C、H、O、N、P、等元素，不断进 S
向农作物(对人类有益的部分)
(5)次生演替
阳光
探究“土壤微生物的分解作用” 理论指导 1.提出问题 结合自己的生活经历，列举土壤微生物分解作用的实 例，提出想探究的问题。例如，落叶在土壤中能被分 解掉，这究竟主要是土壤的物理化学因素的作用，还 是土壤中微生物的作用呢？
2.作出假设 假设既可以是基于已有的知识或经验作出的解释，也可以是
想像或猜测。要大胆提出假设，通过讨论修正自己的假设。
3.制订计划 首先，要确定实验变量是什么？需要控制的变量有哪些？如 何控制这些变量？等等。 其次，要确定探究的地点或场所是在野外还是在实验室中？
第三，设计实验方案。教材中提供了两则案例，可供参考。
4.实施计划(探究过程、结果及结论)
案例1 实验假设 案例2 微生物能分解淀粉