生态系统的能量与物质循环
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生态系统的能量流动和物质循环
化量，同化量一部分用于呼吸散失，一 部分用于生长、发育和繁殖，B 错误；图中 b 等于呼吸散失的能量与 c 之 和，C 错误；c 表示生长、发育和繁殖所用能量，这一过程中一部分会被 下一营养级摄入，下一营养级的粪便属于 c，D 正确。 答案 D
5． (2016· 合肥二模)下面为能量流经某生态系统第二营养级的示意图[单 位 J/(cm2· a)]，据图分析，有关说法正确的是( )
[整合提升] 1. 同 一 食 物 链 不 同 环 节 能 量 传 递 效 率 往 往 不 完 全 相 同 ， 不 涉 及 “ 最 多”“最少”，计算时不能按 10%或 20%，而需按具体数值计算，如在食物 链 A→B→C→D 中，能量传递效率分别为 a%、b%、c%，若 A 的能量为 M， 则 D 的能量为 M×a%×b%×c%。 2．生态系统中不同营养级(或生物体)能量或重金属污染物调查结果设计 食物链(网) 表1 营养级 Pg A 15.9 B 870.7 C 1.9 D 141.0
7.下图所示是某生态系统的食物网， 若 E 种群的总能量为 5.8×109 kJ， B 种群的总能量为 1.6×108 kJ，从理论上分析， A 种群获得的总能量最多是
2×108 ________kJ 。
解析
E 是第一营养级，而 B、C、D 都是第二营养级，最多获得能量按
最大的传递效率 20%计算，E 传递给 B、C、D 的能量共有 5.8×109×20%＝ 1.16×109 kJ，C 和 D 获得的能量为 1.16×109－1.6×108＝1×109 kJ，故 A 最多获得 1×109×20%＝2×108 kJ 的能量。
题组二
能量流动的去向及计算 )
4.下图为部分能量流动图解，下列叙述正确的是(
5． (2016· 合肥二模)下面为能量流经某生态系统第二营养级的示意图[单 位 J/(cm2· a)]，据图分析，有关说法正确的是( )
[整合提升] 1. 同 一 食 物 链 不 同 环 节 能 量 传 递 效 率 往 往 不 完 全 相 同 ， 不 涉 及 “ 最 多”“最少”，计算时不能按 10%或 20%，而需按具体数值计算，如在食物 链 A→B→C→D 中，能量传递效率分别为 a%、b%、c%，若 A 的能量为 M， 则 D 的能量为 M×a%×b%×c%。 2．生态系统中不同营养级(或生物体)能量或重金属污染物调查结果设计 食物链(网) 表1 营养级 Pg A 15.9 B 870.7 C 1.9 D 141.0
7.下图所示是某生态系统的食物网， 若 E 种群的总能量为 5.8×109 kJ， B 种群的总能量为 1.6×108 kJ，从理论上分析， A 种群获得的总能量最多是
2×108 ________kJ 。
解析
E 是第一营养级，而 B、C、D 都是第二营养级，最多获得能量按
最大的传递效率 20%计算，E 传递给 B、C、D 的能量共有 5.8×109×20%＝ 1.16×109 kJ，C 和 D 获得的能量为 1.16×109－1.6×108＝1×109 kJ，故 A 最多获得 1×109×20%＝2×108 kJ 的能量。
题组二
能量流动的去向及计算 )
4.下图为部分能量流动图解，下列叙述正确的是(
生态系统的能量流动和物质循环.
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
(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 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。
养的人数将会
(增多、不变、减少)，理由
是
。
[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 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。
[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
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 损耗越大，欲减少能量损耗应缩短食物链。
9-4 生态系统能量流动和物质循环
高考一轮复习
第九单元 第四讲
生态系统的能量流动与物质循环
考点一：生态系统的能量流动
一、能量流动的概念
1.概念：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。 （1）输入 源头：太阳能。 起点：从 生产者固定太阳能 开始。 总能量： 生产者固定的全部太阳能。
（2）传递 传递渠道： 食物链和食物网。 形式：有机物中的化学能
①定量不定时(在足够长的时间内能量的最终去路) a．自身呼吸消耗；b.流入下一营养级(最高营养级 除外)；c.被分解者分解利用。 ②定量定时：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.未利用，即未被自身呼吸消耗，也未被下 一营养级和分解者利用，如果是以年为单位研究，这部 分的能量将保留到下一年，因此“未利用”是指在有限 的时间“还没来得及被利用的能量”。
能量传递效率与能量利用率的区别
下一个营养级同化的能量
1.能量传递效率=
上一个营养级同化的能量
（10％～20％）
2.能量利用率:通常考虑的是流入人体中的能量 占生产者能量的比值或流入最高营养级的能量 占生产者能量的比值。
考法二 能量流动效率复杂计算归类
1. 涉及一条食物链的能量流动的最值计算
设食物链为 A→B→C→D
能量流经第二营养级示意图
呼吸作用以热能形式散失
同化量
初级消费者 摄入量
用于生长、 发育、繁殖
粪便量
下一营养级 分解者分解 未利用
注意： ①入量=同化量＋粪便量
②消费者粪便中的能量不属于该营养级同化的能 量，属于上一营养级的能量
能 量 流 粪便
初级消费者 摄入
经
第九单元 第四讲
生态系统的能量流动与物质循环
考点一：生态系统的能量流动
一、能量流动的概念
1.概念：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。 （1）输入 源头：太阳能。 起点：从 生产者固定太阳能 开始。 总能量： 生产者固定的全部太阳能。
（2）传递 传递渠道： 食物链和食物网。 形式：有机物中的化学能
①定量不定时(在足够长的时间内能量的最终去路) a．自身呼吸消耗；b.流入下一营养级(最高营养级 除外)；c.被分解者分解利用。 ②定量定时：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.未利用，即未被自身呼吸消耗，也未被下 一营养级和分解者利用，如果是以年为单位研究，这部 分的能量将保留到下一年，因此“未利用”是指在有限 的时间“还没来得及被利用的能量”。
能量传递效率与能量利用率的区别
下一个营养级同化的能量
1.能量传递效率=
上一个营养级同化的能量
（10％～20％）
2.能量利用率:通常考虑的是流入人体中的能量 占生产者能量的比值或流入最高营养级的能量 占生产者能量的比值。
考法二 能量流动效率复杂计算归类
1. 涉及一条食物链的能量流动的最值计算
设食物链为 A→B→C→D
能量流经第二营养级示意图
呼吸作用以热能形式散失
同化量
初级消费者 摄入量
用于生长、 发育、繁殖
粪便量
下一营养级 分解者分解 未利用
注意： ①入量=同化量＋粪便量
②消费者粪便中的能量不属于该营养级同化的能 量，属于上一营养级的能量
能 量 流 粪便
初级消费者 摄入
经
生态系统的能量流动和物质循环
栏目 导引
第九单元 生物与环境
2.(必修 3 P96 图 5—9 改编)如图是某湖泊的能量金字塔，下列
相关描述不正确的是( B )
A．a、b、c、d 表示不同的营养级 B．a、b、c、d 之间形成一条 a 到 d 的食物链 C．a、b、c、d 的大小表示不同的营养级所得到的能量的多少 D．a、b、c、d 的大小变化体现了能量流动逐级递减的特点
栏目 导引
第九单元 生物与环境
1．(必修 3 P94 图 5—7 改编)如图为生态系统中能量流动示 意图，①②③④⑤⑥各代表一定能量，有关叙述正确的是 ( D)
A．从能量关系来看①＝②＋⑤ B．⑥都属于初级消费者的同化量 C．分解者获得的能量最少 D．③/②代表初级消费者流入次级消费者的能量传递效率
第九单元 生物与环境
第42讲 生态系统的能量流动和物质循环
[考纲点击] 应用(Ⅱ)
生态系统中物质循环和能量流动的基本规律及
一、生态系统的能量流动
第九单元 生物与环境
生态系统能量流动示意图
1．补充图中标号代表的内容
甲：__生__产_者__________，乙：___初__级_消__费_者______，
栏目 导引
第9章 生物与环境
3．生态金字塔——能量流动模型
类型 能量金字塔
项目
数量金字塔
生物量金字塔
形态
特点
正金字塔形
一般为正金字塔 一般为正金字塔
形,有时会出现 形,有时会出现
倒金字塔形
倒金字塔形
高考总复习 ·生物
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第9章 生物与环境
类型 能量金字塔
项目 能量沿食物链
象征含 流动过程中具 义 有逐级递减的 特性
第九单元 生物与环境
2.(必修 3 P96 图 5—9 改编)如图是某湖泊的能量金字塔，下列
相关描述不正确的是( B )
A．a、b、c、d 表示不同的营养级 B．a、b、c、d 之间形成一条 a 到 d 的食物链 C．a、b、c、d 的大小表示不同的营养级所得到的能量的多少 D．a、b、c、d 的大小变化体现了能量流动逐级递减的特点
栏目 导引
第九单元 生物与环境
1．(必修 3 P94 图 5—7 改编)如图为生态系统中能量流动示 意图，①②③④⑤⑥各代表一定能量，有关叙述正确的是 ( D)
A．从能量关系来看①＝②＋⑤ B．⑥都属于初级消费者的同化量 C．分解者获得的能量最少 D．③/②代表初级消费者流入次级消费者的能量传递效率
第九单元 生物与环境
第42讲 生态系统的能量流动和物质循环
[考纲点击] 应用(Ⅱ)
生态系统中物质循环和能量流动的基本规律及
一、生态系统的能量流动
第九单元 生物与环境
生态系统能量流动示意图
1．补充图中标号代表的内容
甲：__生__产_者__________，乙：___初__级_消__费_者______，
栏目 导引
第9章 生物与环境
3．生态金字塔——能量流动模型
类型 能量金字塔
项目
数量金字塔
生物量金字塔
形态
特点
正金字塔形
一般为正金字塔 一般为正金字塔
形,有时会出现 形,有时会出现
倒金字塔形
倒金字塔形
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第9章 生物与环境
类型 能量金字塔
项目 能量沿食物链
象征含 流动过程中具 义 有逐级递减的 特性
生态系统中的能量流动和物质循环
气体循环和沉积型循环虽然各有特点，但都能受能量的 驱动，并能依赖于水循环。生态系统中的物质循环，在自 然状态下，一般处于稳定的平衡状态。也就是说，对于某 一种物质，在各主要库中的输入和输出量基本相等。大多 数气体型循环物质如碳、氧和氮的循环，由于有很大的大 气蓄库，它们对于短暂的变化能够进行迅速的自我调节。 例如，由于燃烧化石燃料，使当地的二氧化碳浓度增加， 则通过空气的运动和绿色植物光合作用对二氧化碳吸收量 的增加，使其浓度迅速降低到原来水平，重新达到平衡。 硫、磷等元素的沉积物循环则易受人为活动的影响，这是 因为与大气相比，地壳中的硫、磷蓄库比较稳定和迟钝， 因此不易被调节。所以，如果在循环中这些物质流入蓄库 中，则它们将成为生物在很长时间内不能利用的物质。
能量金字塔
能量金字塔是指将单位时间内各个营养级所得到的能量 数值，按营养级由低到高绘制成的图形成金字塔形，称 为能量金字塔。从能量金字塔可以看出：在生态系统中， 营养级越多，在能量流动过程中损耗的能量也就越多； 营养级越高，得到的能量也就越少。在食物链中营养级 一般不超过5个，这是由能量流动规律决定的。 能量的研究意义 研究能量流动规律有利于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动向对人类 最有益的部分。在农业生态系统中，根据能量流动规律 建立的人工生态系统，就是在不破坏生态系统的前提下， 使能量更多地流向对人类有益的部分。
（4）水华:水华也叫水花、藻花，是湖泊、 池塘等淡水水体中某些蓝藻过度生长的水 污染现象。水华的发生，主要由于氮、磷 等植物营养元素过多所致。（5）赤潮：赤 潮也叫红潮，是因海水的富营养化，致使 某些微小的浮游生物突然大量繁殖和高度 密集而使海水变色的现象。（6 ）生物入侵： 生物入侵在自然界中是普遍存在的，它是 指一种生物进入到以往未曾分布过的地域 并且能够繁衍后代的现象。
第31讲 生态系统的能量流动与物质循环-考点二 能量流动的特点及研究意义
B
[解析] 流经害虫的总能量指的是害虫同化的能量,即 ,害虫呼吸散失的能量为 ,A正确;粪便中的能量属于上一营养级的能量,故图中粪便量 不属于害虫体内的能量,B错误;图中储存量-遗体、残骸等中的能量= , 可代表害虫流向下一营养级的能量,C正确;利用信息素防治害虫,控制害虫的数量,使能量更多地流向对人类有益的部分,说明生态系统中的信息传递与能量流动息息相关,D正确。
C
[解析] 生态系统的能量传递效率一般不能人为地改变,充分利用秸秆等作物中的能量,只能提高能量利用率而不能提高能量传递效率,C错误。
考向2 能量流动的计算
下图为某农田生态系统的局部能量流动示意图,字母表示能量值。据图回答下列问题：
（1） 流经该生态系统的总能量为____（填字母）。
[解析] 据图分析, 表示生产者固定的太阳能总量, 是初级消费者摄入的能量, 是初级消费者同化的能量, 是初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量, 是次级消费者摄入的能量, 是初级消费者呼吸作用散失的能量, 是流入分解者的能量, 是初级消费者的粪便流向分解者的能量。
（2） 表示_____________________, 表示生态系统中能量的输出部分,其形式为_______,初级消费者用于自身生长、发育和繁殖等生命活动的能量可用图中的____（填字母）表示。
C
[解析] 图中的各种生物可能构成多条食物链,A错误;次级消费者、三级消费者分别属于第三、四营养级,B错误;在生态系统中,能量传递效率一般为 ,但是也可能低于 ,因此 的值有可能超过 的10倍,D错误。
特征
正金字塔形
一般为正金字塔形
一般为正金字塔形
特殊形状
无
极少,如海洋中的浮游植物个体小,寿命短,又不断被浮游动物吃掉,所以某一时间可能出现倒置
[解析] 流经害虫的总能量指的是害虫同化的能量,即 ,害虫呼吸散失的能量为 ,A正确;粪便中的能量属于上一营养级的能量,故图中粪便量 不属于害虫体内的能量,B错误;图中储存量-遗体、残骸等中的能量= , 可代表害虫流向下一营养级的能量,C正确;利用信息素防治害虫,控制害虫的数量,使能量更多地流向对人类有益的部分,说明生态系统中的信息传递与能量流动息息相关,D正确。
C
[解析] 生态系统的能量传递效率一般不能人为地改变,充分利用秸秆等作物中的能量,只能提高能量利用率而不能提高能量传递效率,C错误。
考向2 能量流动的计算
下图为某农田生态系统的局部能量流动示意图,字母表示能量值。据图回答下列问题：
（1） 流经该生态系统的总能量为____（填字母）。
[解析] 据图分析, 表示生产者固定的太阳能总量, 是初级消费者摄入的能量, 是初级消费者同化的能量, 是初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量, 是次级消费者摄入的能量, 是初级消费者呼吸作用散失的能量, 是流入分解者的能量, 是初级消费者的粪便流向分解者的能量。
（2） 表示_____________________, 表示生态系统中能量的输出部分,其形式为_______,初级消费者用于自身生长、发育和繁殖等生命活动的能量可用图中的____（填字母）表示。
C
[解析] 图中的各种生物可能构成多条食物链,A错误;次级消费者、三级消费者分别属于第三、四营养级,B错误;在生态系统中,能量传递效率一般为 ,但是也可能低于 ,因此 的值有可能超过 的10倍,D错误。
特征
正金字塔形
一般为正金字塔形
一般为正金字塔形
特殊形状
无
极少,如海洋中的浮游植物个体小,寿命短,又不断被浮游动物吃掉,所以某一时间可能出现倒置
生态系统中的能量流动和物质循环
26
分类二：海陆间循环、陆地内循环、海上内循环（见图）。
27
水循环的基本环节和作用意义（见下表）
28
影响水循环的因素
1.自然因素：主要有气象条件（大气环流、风向、风 速、温度、湿度等）和地理条件（地形、地质、土壤、 植被等）。 2.人为因素：对水循环也有直接或间接的影响。人类 活动不断改变着自然环境，越来越强烈地影响水循环 的过程：人类构筑水库，开凿运河、渠道、河网，以 及大量开发利用地下水等，改变了水的原来径流路线， 引起水的分布和水的运动状况的变化（目前人类主要 通过对水循环中的地表径流环节施加影响，以改变水 的空间分布）；农业的发展，森林的破坏，引起蒸发、 径流、下渗等过程的变化；城市和工矿区的大气污染 和热岛效应也可改变本地区的水循环状况。
9
二、生态系统的能量流动
能量流动：
在生态系统中，各个营养级的生物都需要能量。 生态系统中能量的输入、传递和散失的过程，称为 生态系统的能量流动。
能量流动的意义：
研究生态系统的能量流动，可以帮助人们合理 地调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高 效地流向对人类最有益的部分。 生态系统中生物之间的最重要联系是通过食物 链和食物网联成一个整体，所以食物链和食物网是 生态系统中能量流动和物质循环的主渠道。
10
环境专栏—生态系统相互依存
非洲的毛里求斯，曾有两种特有的生物，一种是渡渡鸟，另一种是大颅 榄树。渡渡鸟是一种不会飞的鸟，它身体大，行动迟缓，样子有点丑陋。由 于没有天敌，它们在树林里建窝孵蛋，繁殖后代。 大颅榄树是一种珍贵的树木，树干挺拔，木质坚硬，树冠秀美。渡渡鸟 在其间生活。 十六七世纪，带着来福枪和猎犬的欧洲人来到毛里求斯。不会飞、跑不 快的渡渡鸟被枪打狗咬，鸟飞蛋打，没有多少年越来越少。1681年，最后一 只渡渡鸟也被人类杀死了！ 奇怪的事情发生了，自从渡渡鸟灭绝以后，大颅榄树也日渐稀少，似乎 患上了不育症。到20世纪80年代，毛里求斯只剩下13株大颅榄树了，眼看这 种树木就要从地球上消失了 1981年，美国生态学家坦普尔来到毛里求斯，他细心地测定了大颅榄树 的年轮，发现树龄正好是300年，也就是说，渡渡鸟灭绝之日，也正是大颅 榄树绝育之时。他终于在找到的一个渡渡鸟遗骸中发现了秘密：在渡渡鸟的 遗骸中发现了几颗大颅榄树的种子，原来渡渡鸟喜欢吃这种树木的果实。 他把大颅榄树的种子给与渡渡鸟比较相似的吐绶鸟吃下后，从粪便中排出种 子的外壳被消化了一层，种在苗圃后，终于发出了新芽。
生态系统的能量流动和物质循环
(4)下表表示图乙生态系统的能量流动情况。
同化总量(106 J) 储存能量(106 J) 呼吸消耗(106 J)
A
900
200
பைடு நூலகம்
700
B
100
15
85
C
15
2
13
D
18
60
12
分析上表可知，流入该生态系统的总能量为________(J)， 从第二营养级到第三营养级的能量传递效率为________。 从能量输入和输出来看，该生态系统的总能量是否增加？__ ______。
第 十第 八二 章讲
高考成功方案 第1步 高考成功方案 第2步 高考成功方案 第3步 高考成功方案 第4步
一、生态系统的能量流动 1．能量流动分析的基本思路(将种群作为整体来研究)
对于生产者来说，能量输入通过 植物的光合作用 ；对 于消费者来说，能量输入来自于 上一个营养级 。
2．能量流动的过程 (1)能量的输入：
(3) 大气中CO2的来源有三个：一是分解者的分解作用； 二是动植物的呼吸作用；三是化石燃料的燃烧。
(4) 实现碳在生物群落和无机环境之间进行循环的关键因 素是生产者和分解者。
2．物质循环与能量流动比较
项目 形式
过程 范围 特点
能量流动
物质循环
光能→化学能→热能 (一般形式)
化学元素
沿食物链(网)单向流 在无机环境和生物群落间
生态系统物质循环过程、特点及相关原理在生 考点二
产实践中的应用 此考点在高考中经常结合能量流动以食物网、 生态农业等形式进行考查，题型包括选择题和非 考情 选择题；在全球减排、发展低碳经济的背景下， 解读 与碳循环相关的原理和过程的考查预计会成为 2013年高考热点。
生态系统的能量流动和物质循环
生态系统的能量流动和物质循环生态系统是由生物群落和非生物环境组成的动态平衡系统，其中能量的流动和物质的循环是维持生态平衡的重要机制。
本文将着重介绍生态系统中能量流动和物质循环的过程，以及它们之间的相互关系和重要性。
一、能量流动能量是生态系统中的基本要素，它驱动着生态系统中各种生物活动的进行。
能量在生态系统中的转化和流动可以通过食物链来解释。
食物链是将生物按照它们在食物关系中的地位和相互间的相互作用关系组织起来的。
比如，一个典型的食物链可以由植物、草食动物、食肉动物构成。
在这个食物链中，能量从植物开始流动。
植物通过光合作用将太阳能转化为化学能，存储在其体内的有机物中。
当草食动物吃下植物时，植物体内的能量也被转移到了它们的体内。
随后，当食肉动物捕食草食动物时，能量又被传递给了食肉动物。
这样，能量就通过食物链逐级传递。
然而，能量在流动的过程中并不会完全转化。
根据生态学的能量流动规律，每个能量级之间只能保留约10%的能量，其余的能量会以热量的形式散失。
因此，由于能量转化效率的限制，食物链中的每个能量级数量都比前一个能量级少，从而形成生态系统中能量的流动和传递。
二、物质循环物质循环是生态系统中重要的生物地球化学过程，它包括了有机物和无机物的生物转化、迁移和再利用。
通常，物质循环可以通过碳循环、氮循环和水循环来说明。
碳循环是生态系统中最重要的物质循环之一。
通过光合作用，植物将大气中的二氧化碳转化为有机碳，然后通过呼吸作用释放出二氧化碳，使之再次进入大气。
这样，碳在大气和生物体之间持续循环。
此外，当植物和其他生物死亡后，它们的有机碳会通过分解或矿化的过程，再次回归到土壤中的无机碳汇中。
氮循环是生物体内氨基酸和蛋白质的形成和分解的过程。
在氮循环中，氮通过植物吸收后被转化为蛋白质，并且传递到其他生物体内。
当植物和动物死亡后，其体内的氮会被分解为氨气并释放到大气中，或被细菌转化为无机氮化合物并再次进入土壤。
这个过程使氮在大气、土壤和生物体之间循环。
生态系统物质循环和能量流动的关系
生态系统物质循环和能量流动的关系生态系统是指由生物群落、生物环境和非生物因素组成的一个综合体系，是一个相互作用、相互制约的整体。
生态系统中的物质循环和能量流动是生态系统中最为重要的两个过程，它们之间存在着密切的关系。
一、物质循环生态系统中的物质循环是指生物体内、生物体间和生物与非生物环境之间的物质转化和传递过程。
其中，碳、氮、磷等元素的循环是生态系统中最为重要的循环过程。
1.碳循环碳是生命体中的基本元素，是生态系统中最为重要的元素之一。
碳循环是指碳在大气、水、土壤和生物体之间的转化和传递过程。
碳循环的过程包括光合作用、呼吸作用、腐殖作用、化石燃料燃烧等。
在生态系统中，植物通过光合作用将二氧化碳和水转化成有机物质，同时释放出氧气。
而动物通过呼吸作用将有机物质转化成二氧化碳和水，同时释放出能量。
腐殖作用是指有机物质在土壤中被微生物分解的过程，产生的二氧化碳会被释放到大气中。
化石燃料燃烧是指化石燃料中的碳被氧化成二氧化碳和水，释放出能量。
2.氮循环氮是构成生命体的重要元素之一，也是生态系统中最为重要的元素之一。
氮循环是指氮在大气、土壤、水和生物体之间的转化和传递过程。
氮循环的过程包括固氮作用、氨化作用、硝化作用、脱氮作用等。
固氮作用是指将大气中的氮气转化成氨或有机氮的过程，这个过程主要由一些特殊的微生物完成。
氨化作用是指将氮气转化成氨的过程，这个过程主要在土壤中发生。
硝化作用是指将氨转化成亚硝酸和硝酸的过程，这个过程也在土壤中发生。
脱氮作用是指将土壤中的硝酸还原成氮气的过程，这个过程主要由一些特殊的微生物完成。
3.磷循环磷是生物体中的重要元素之一，也是生态系统中重要的元素之一。
磷循环是指磷在土壤、水和生物体之间的转化和传递过程。
磷循环的过程包括矿化作用、吸附作用、生物固定作用等。
矿化作用是指将有机磷转化成无机磷的过程，这个过程主要在土壤中发生。
吸附作用是指磷被土壤颗粒表面吸附的过程，这个过程可以减少磷的流失。
生态系统中的能量流动和物质循环.
10
环境专栏—生态系统相互依存
非洲的毛里求斯，曾有两种特有的生物，一种是渡渡鸟，另一种是大颅 榄树。渡渡鸟是一种不会飞的鸟，它身体大，行动迟缓，样子有点丑陋。由 于没有天敌，它们在树林里建窝孵蛋，繁殖后代。 大颅榄树是一种珍贵的树木，树干挺拔，木质坚硬，树冠秀美。渡渡鸟 在其间生活。 十六七世纪，带着来福枪和猎犬的欧洲人来到毛里求斯。不会飞、跑不 快的渡渡鸟被枪打狗咬，鸟飞蛋打，没有多少年越来越少。1681年，最后一 只渡渡鸟也被人类杀死了！ 奇怪的事情发生了，自从渡渡鸟灭绝以后，大颅榄树也日渐稀少，似乎 患上了不育症。到20世纪80年代，毛里求斯只剩下13株大颅榄树了，眼看这 种树木就要从地球上消失了 1981年，美国生态学家坦普尔来到毛里求斯，他细心地测定了大颅榄树 的年轮，发现树龄正好是300年，也就是说，渡渡鸟灭绝之日，也正是大颅 榄树绝育之时。他终于在找到的一个渡渡鸟遗骸中发现了秘密：在渡渡鸟的 遗骸中发现了几颗大颅榄树的种子，原来渡渡鸟喜欢吃这种树木的果实。 他把大颅榄树的种子给与渡渡鸟比较相似的吐绶鸟吃下后，从粪便中排出种 子的外壳被消化了一层，种在苗圃后，终于发出了新芽。
7
1993年9月26日，世人瞩目的美国“生物圈2号” 试验宣告结束。来自英、法、美和比利时的4男4女8 名科学家进入“生物圈2号”，成了首批居民。8名勇 士努力搜集各种科学数据，世界各地人们怀着极大热 情和兴趣关注着他们的事业。 “生物圈2号”的试验主要是为了人类未来向太空 移民而进行的，其目的是试验人类是否能够不用外界 的帮助而通过自身循环来达到生存的目的。 然而，在与世隔绝的人造“世外桃源”中度过了 两年封闭式的生活之后，8名科学家终于重返被称为 “生物圈1号”的地球上。
11
→生产者：主要是绿色植物，凡能进行 光合作用制造有机物的植物种类，包 括单细胞藻类，均属于生产者。还有 一些能利用化学能把无机物转化为有 机物的化能自养型微生物，也应列入 生产者之列。
环境专栏—生态系统相互依存
非洲的毛里求斯，曾有两种特有的生物，一种是渡渡鸟，另一种是大颅 榄树。渡渡鸟是一种不会飞的鸟，它身体大，行动迟缓，样子有点丑陋。由 于没有天敌，它们在树林里建窝孵蛋，繁殖后代。 大颅榄树是一种珍贵的树木，树干挺拔，木质坚硬，树冠秀美。渡渡鸟 在其间生活。 十六七世纪，带着来福枪和猎犬的欧洲人来到毛里求斯。不会飞、跑不 快的渡渡鸟被枪打狗咬，鸟飞蛋打，没有多少年越来越少。1681年，最后一 只渡渡鸟也被人类杀死了！ 奇怪的事情发生了，自从渡渡鸟灭绝以后，大颅榄树也日渐稀少，似乎 患上了不育症。到20世纪80年代，毛里求斯只剩下13株大颅榄树了，眼看这 种树木就要从地球上消失了 1981年，美国生态学家坦普尔来到毛里求斯，他细心地测定了大颅榄树 的年轮，发现树龄正好是300年，也就是说，渡渡鸟灭绝之日，也正是大颅 榄树绝育之时。他终于在找到的一个渡渡鸟遗骸中发现了秘密：在渡渡鸟的 遗骸中发现了几颗大颅榄树的种子，原来渡渡鸟喜欢吃这种树木的果实。 他把大颅榄树的种子给与渡渡鸟比较相似的吐绶鸟吃下后，从粪便中排出种 子的外壳被消化了一层，种在苗圃后，终于发出了新芽。
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1993年9月26日，世人瞩目的美国“生物圈2号” 试验宣告结束。来自英、法、美和比利时的4男4女8 名科学家进入“生物圈2号”，成了首批居民。8名勇 士努力搜集各种科学数据，世界各地人们怀着极大热 情和兴趣关注着他们的事业。 “生物圈2号”的试验主要是为了人类未来向太空 移民而进行的，其目的是试验人类是否能够不用外界 的帮助而通过自身循环来达到生存的目的。 然而，在与世隔绝的人造“世外桃源”中度过了 两年封闭式的生活之后，8名科学家终于重返被称为 “生物圈1号”的地球上。
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→生产者：主要是绿色植物，凡能进行 光合作用制造有机物的植物种类，包 括单细胞藻类，均属于生产者。还有 一些能利用化学能把无机物转化为有 机物的化能自养型微生物，也应列入 生产者之列。
生态系统的能量流动和物质循环
养级同化的能量+分解者利用的能量+未被利用的能量。
(2)粪便中能量的分析
消费者同化的能量=摄入量－粪便中有机物的能量，即摄
入的食物只有部分被同化。消费者粪便中含有的能量不能
计入排便生物所同化的能量，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
2.第一营养级固定的总能量是a，第一营养级呼吸消耗的能 量是b，第二营养级固定的能量是c。则第一营养级可提供
给生态系统中的其他生物利用的能量是
A.a B.a-b C.c D.b+c
B
3.如图1是人工设计的生态系统图，图2是人们绘制的在蚯蚓
养殖池中加入一定量食用菌杂屑后蚯蚓种群数量随时间的变
化示意图。下列叙述不符合生态学观点的是
量)－R(呼吸量)。
鼬 田鼠 (1)Ⅰ代表的生物是_______，Ⅱ代表的生物是_______。
根据能量传递效率，预测田鼠的变化趋势先增加，最后数目稳定 。 (3)表中R(呼吸量)主要用于_ 维持生物正常的生命活动 _
0.3% (2)该食物链中，第一营养级到第二营养级的能量传递效率为_____。
C.若本生态系统维持现在能量输入、输出水平，则有机物总量会减少
D.④同化作用所固定的能量中，未被利用的有一部分残留在其粪便中
9.F.B.Golley曾对一个荒
地中由植物、田鼠和鼬3个 环节组成的食物链进行了 定量的能量流动分析，得 到如下数据(单位：cal·hm
-2·a-1
)。
NP(净同化量)=GP(总同化
分类剖析。其中分析不正确的是(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)
(2)粪便中能量的分析
消费者同化的能量=摄入量－粪便中有机物的能量，即摄
入的食物只有部分被同化。消费者粪便中含有的能量不能
计入排便生物所同化的能量，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
2.第一营养级固定的总能量是a，第一营养级呼吸消耗的能 量是b，第二营养级固定的能量是c。则第一营养级可提供
给生态系统中的其他生物利用的能量是
A.a B.a-b C.c D.b+c
B
3.如图1是人工设计的生态系统图，图2是人们绘制的在蚯蚓
养殖池中加入一定量食用菌杂屑后蚯蚓种群数量随时间的变
化示意图。下列叙述不符合生态学观点的是
量)－R(呼吸量)。
鼬 田鼠 (1)Ⅰ代表的生物是_______，Ⅱ代表的生物是_______。
根据能量传递效率，预测田鼠的变化趋势先增加，最后数目稳定 。 (3)表中R(呼吸量)主要用于_ 维持生物正常的生命活动 _
0.3% (2)该食物链中，第一营养级到第二营养级的能量传递效率为_____。
C.若本生态系统维持现在能量输入、输出水平，则有机物总量会减少
D.④同化作用所固定的能量中，未被利用的有一部分残留在其粪便中
9.F.B.Golley曾对一个荒
地中由植物、田鼠和鼬3个 环节组成的食物链进行了 定量的能量流动分析，得 到如下数据(单位：cal·hm
-2·a-1
)。
NP(净同化量)=GP(总同化
分类剖析。其中分析不正确的是(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)
必修3 521生态系统的能量流动和物质循环
③①②能同物量时质是进是物行能质、量循相流环互动的依的动存载力、体，不，使可使物分能质割量能，沿够能着不量食断的物地固链在定（生、网物储）群存流落、 和转动无移。机和环释境放之，间都循离环不往开返物。质的合成和分解等过程。
物质循环和能量流动的区别和联系
项目
能量流动
物质循环
形式 含碳有机物
组成生物体的基本元素
土壤中是否含有微生物
A
A1 不变蓝 A2 产生砖红色沉淀
B
B1 变蓝 B2 不产生砖红色沉淀
【提醒生】态流入系各统级消的费能者的量总流能量动是指各级消费者在进行同化作用
过程中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1)能定计量入不排定便时生分物析所：同流化入物某质一中营的养能级量的。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。
研究能量流动的意义: 设法调整能量流动关系，使能量持续高效地流
向对人类有益的部分。
饲 料
秸秆
种植食 用菌
粪
燃 研究可能以量帮流助动沼人的渣们意科义学: 规划，设计气人工生态系统， 使能量得到最沼有液效的利沼用气池（实现对能量的多级利 用，大大提高能量的利用率）。
14:42:01
生态系统的能量流动
(1)能量来源 ①生产者的能量来自于太阳能。 ②各级消费者的能量一般来自上一个营养级(同化量＝摄入量－ 粪便中所含能量)。 (2)能量去路 ①每个营养级生物细胞呼吸产生的能量一部分用于生命活动，另 一部分以热能散失。 ②每个营养级生物的一部分能量流到后一个营养级中。 ③每个营养级生物的遗体、粪便、残枝败叶中的能量被分解者分 解而释放出来。 ④未利用能量(现存量：最终被分解者利用，也可归为③)。
物质循环和能量流动的区别和联系
项目
能量流动
物质循环
形式 含碳有机物
组成生物体的基本元素
土壤中是否含有微生物
A
A1 不变蓝 A2 产生砖红色沉淀
B
B1 变蓝 B2 不产生砖红色沉淀
【提醒生】态流入系各统级消的费能者的量总流能量动是指各级消费者在进行同化作用
过程中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1)能定计量入不排定便时生分物析所：同流化入物某质一中营的养能级量的。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。
研究能量流动的意义: 设法调整能量流动关系，使能量持续高效地流
向对人类有益的部分。
饲 料
秸秆
种植食 用菌
粪
燃 研究可能以量帮流助动沼人的渣们意科义学: 规划，设计气人工生态系统， 使能量得到最沼有液效的利沼用气池（实现对能量的多级利 用，大大提高能量的利用率）。
14:42:01
生态系统的能量流动
(1)能量来源 ①生产者的能量来自于太阳能。 ②各级消费者的能量一般来自上一个营养级(同化量＝摄入量－ 粪便中所含能量)。 (2)能量去路 ①每个营养级生物细胞呼吸产生的能量一部分用于生命活动，另 一部分以热能散失。 ②每个营养级生物的一部分能量流到后一个营养级中。 ③每个营养级生物的遗体、粪便、残枝败叶中的能量被分解者分 解而释放出来。 ④未利用能量(现存量：最终被分解者利用，也可归为③)。
7.19.2生态系统中的能量流动和物质循环-八年级生物上册
2023年12月12日星期二
第二节 生态系统中的能量流动和物质循环
二、 生态系统中的物质循环
1、碳循环
燃烧
分解 作用
呼吸 作用
呼吸 作用
光合 作用
动物 摄食
2023年12月12日星期二
第二节 生态系统中的能量流动和物质循环
二、 生态系统中的物质循环
人类活动对碳循环的影响
2023年12月12日星期二
第一营养级中的能量大于第二营养级；第二营养级 中的能量大于第三营养级，依此类推。
2023年12月12日星期二
第二节 生态系统中的能量流动和物质循环
二、 生态系统中的物质循环
自主学习：阅读109页-110页，完成下列问题 1.能量流动和物质循环的关系： 生态系统中的能量 流动伴随着 物质循环 而进行。 2.生态系统中的碳循环 (1)绿色植物通过 光合作用 ，利用二氧化碳和水 ，合成含碳的有机物，使大气中的碳进入生物体内。 (2)植物和动物通过 呼吸作用消耗有机物产生二氧 化碳，其遗体被微生物分解并释放出二氧化碳。 (3)有些动、植物的遗体在地层中形成了石油或煤， 再经过 燃烧 产生二氧化碳。 3.减少二氧化碳排放，倡导“ 低碳 生活”
2023年12月12日星期二
第二节 生态系统中的能量流动和物质循环
一、生态系统中的能量流动 1.营养级：
生态学上把处于食物链某一环节上的所有生物 的总和称为一个营养级。
2023年12月12日星期二
第二节 生态系统中的能量流动和物质循环
一、生态系统中的能量流动
1.营养级：
草 鼠 鹰3 草 鼠 蛇 鹰4
二、 生态系统中的物质循环
2.其他的物质循环——氧循环
2023年12月12日星期二
第二节 生态系统中的能量流动和物质循环
二、 生态系统中的物质循环
1、碳循环
燃烧
分解 作用
呼吸 作用
呼吸 作用
光合 作用
动物 摄食
2023年12月12日星期二
第二节 生态系统中的能量流动和物质循环
二、 生态系统中的物质循环
人类活动对碳循环的影响
2023年12月12日星期二
第一营养级中的能量大于第二营养级；第二营养级 中的能量大于第三营养级，依此类推。
2023年12月12日星期二
第二节 生态系统中的能量流动和物质循环
二、 生态系统中的物质循环
自主学习：阅读109页-110页，完成下列问题 1.能量流动和物质循环的关系： 生态系统中的能量 流动伴随着 物质循环 而进行。 2.生态系统中的碳循环 (1)绿色植物通过 光合作用 ，利用二氧化碳和水 ，合成含碳的有机物，使大气中的碳进入生物体内。 (2)植物和动物通过 呼吸作用消耗有机物产生二氧 化碳，其遗体被微生物分解并释放出二氧化碳。 (3)有些动、植物的遗体在地层中形成了石油或煤， 再经过 燃烧 产生二氧化碳。 3.减少二氧化碳排放，倡导“ 低碳 生活”
2023年12月12日星期二
第二节 生态系统中的能量流动和物质循环
一、生态系统中的能量流动 1.营养级：
生态学上把处于食物链某一环节上的所有生物 的总和称为一个营养级。
2023年12月12日星期二
第二节 生态系统中的能量流动和物质循环
一、生态系统中的能量流动
1.营养级：
草 鼠 鹰3 草 鼠 蛇 鹰4
二、 生态系统中的物质循环
2.其他的物质循环——氧循环
2023年12月12日星期二
生态系统内能量流和物质流的关系
生态系统内能量流和物质流的关系
生态系统内的能量流和物质流之间存在密切的关系。
能量流是指能量从一个生物体到另一个生物体或环境中的转移过程，而物质流则涉及物质的循环和转移。
能量流通过食物链或食物网的形式在生态系统中进行。
光能通过光合作用被植物转化为化学能，然后被食物链中的消费者所摄取和利用。
能量随着食物链的传递而逐渐减少，转化为生物体的生命活动、繁殖和运动等各种能量需求。
最后，能量以热量的形式散失到环境中。
物质流涉及生态系统中的物质循环和转移。
生物体通过摄取其他生物体或从环境中吸收的物质，将其转化为自身组织和代谢产物。
当这些生物体死亡或排泄时，这些物质又被释放到环境中。
这些被释放的物质可以被其他生物体重新吸收和利用，形成一个循环的物质流。
总的来说，能量和物质在生态系统中是密不可分的。
能量提供了生物体进行生命活动所需的动力，而物质则通过循环和转移，满足生物体的营养需求和维持生态系统的平衡。
两者相互作用，共同维持着整个生态系统的稳定和生物多样性。
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净初级生产(net primary production)，总 初级生产减去植物呼吸所消耗的能量。
总初级生产仅仅能利用总太阳能的3.6%， 减去呼吸作用所消耗的能量，仅有2.4%的 总太阳能用于净生产力，绝大部分太阳能 不为植物利用而被丢失。
能量输入
总太阳能
5000
植物色素不吸收
植物色素吸收
植物表面反射
（三）能量流动分析
Linderman 的“百分之十定 律”：从一 个营养级到另一个营养级的能量转化效率 为10%，则生产效率顺营养级逐级递减，也 就是说能量流动过程中有90%的能量是损 失了，这就是营养级不超过VI级的原因。
（见图2-7，2-8，2-9，2-11，2-12）
二、 物质循环
（一）物质循环的基本概念
生态系统的物质循环就是生物地球化学循环 （biogeochemical cycles）。
生物循环（biological circulation）：生命必要元素在 生态系统内进行的循环，称为闭路循环（closed cycle）。
地球化学循环（geochemical circulation）：元素在生态 系统外部进行的循环，称为开路循环（open cycle）。
而这两种循环最终必将连接在一起成为生物地球化学循 环。
（二）物质循环
1、碳循环 自然界中只有空气中的CO2，或溶解在水中的 CO2（呈各种碳酸盐状态）才能成为有机体制造 食物的碳源。
2、氮循环 地球上的氮库主要是空气，其体积的80%为分 子态的氮，氮最大的储存库是地壳的岩石圈，而 最大的交换库是土壤中的腐殖质。
第二节 生态系统的能量流动与物质循环
能量（energy）来源于太阳。 （1）热能，它温暖大地，推动水分循环，产
生空气和水的环流； （2）光化学能，为植物光合作用所利用和固
定，而形成有机化合物，成为生命活动的 能源。
一、能量流动
（一）能量的基础知识
能量的流动和转化，服从于热力学第一定律 和第二定律。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ非活性吸收
光合作用的有效能
能量不稳定状态
总生产力（Pg）
呼吸作用（R）
净生产力（Pn）
能量丢失
2780 2200
185 220 1815 1633 182 61 121
百分率 100 -55.8 44.2 -3.7 -4.4 36.1 -32.5 3.6 -1.2 2.4
水生生态系统的有效能量利用，能提供给净 生产的不过0.52%。荒地能量的估算指出，最 后用于生产力的只有1.2%。 （见图2-4）
3、磷循环 沉积型循环, 主要储存库是地壳中的磷酸盐等沉积物, 磷通过侵蚀和开采从岩石中移出而进入生态系统。磷 不进入大气，逐渐向海洋沉积。陆地上越来越少。
全世界每年大约消耗磷酸盐岩石940万吨，按此速度， 全球的蕴藏量只能维持100年，磷将成为人类和陆生生 物的限制因子。
4、水循环 水分从水面陆地蒸发，从植物蒸腾，以雨雪霜冰雹 等形式降落。一部分渗入土壤一部分流入河海。
热力学第一定律: “在自然界的一切现象中， 能量既不能创造，也不能消灭，而只能以严格 的当量比例，由一种形式转变为另一种形式。”
△E=Q—W，其中，△E是系统内能的改变；Q 是系统从外界吸收的热量；W是系统对外界所作 的功。
热力学第二定律：非生命的自然界发生的变 化，都不必借助于外力的帮助而能自动实现， 即自发过程或自动过程。热自发的从高温物体 传到低温物体，直到两者温度相等。
各种生态系统类型总生产力（Pn）的估算
生态系统类型 沙漠 海洋 大陆架 草地 冷气侯森林 一般的森林 农业 湿地 沼泽 珊瑚礁 热带农业
Pg（千卡/米2*日） 2 4 2-12
12-40
40-100
系统的初级生产力随发育年龄而改变
最大总光合量（%）
100 80 60 40 20 0 叶面积指数
总初 级生 产 净初 级生 产
（2） 次级生产（secondary production）：
除初级生产之外的其他有机体的生产，即消费者 和还原者利用初级生产量进行同化作用 （assimilation）。 消费者的次级生产仅仅利用初级生产能量的很小 部分。这样便产生了生态效率（ecology efficiency）。 生态效率：在一个营养级内，同化作用的能量和 可利用的能量之间的关系；一个食物链营养级上， 有多少能量供给下一营养级。
生态系统的能量流动和物质循环，都以 初级生产为基础，它又是生态系统能源的 基础。
初级生产就是植物光合作用过程。
6CO2+12H2O C6H12O6+6O2+6H2O 能量转变为112 kcal/mol。（见图2-3）
（2）总初级生产（gross primary production）:植物光合作用中固定的总太 阳能。
当顶级生态系统达到平衡时，即自由能最小 或等于零，熵值最大。系统能够自发地向顶级 方向发展，到自由能最小和熵值最大时为限度。
（二）生态系统的能量流动规律
(1)初级生产（primary production）：生 态系统通过光合作用进行能量积累的过程。
初级生产力（primary productivity）： 初级生产积累能量的速率。
总初级生产仅仅能利用总太阳能的3.6%， 减去呼吸作用所消耗的能量，仅有2.4%的 总太阳能用于净生产力，绝大部分太阳能 不为植物利用而被丢失。
能量输入
总太阳能
5000
植物色素不吸收
植物色素吸收
植物表面反射
（三）能量流动分析
Linderman 的“百分之十定 律”：从一 个营养级到另一个营养级的能量转化效率 为10%，则生产效率顺营养级逐级递减，也 就是说能量流动过程中有90%的能量是损 失了，这就是营养级不超过VI级的原因。
（见图2-7，2-8，2-9，2-11，2-12）
二、 物质循环
（一）物质循环的基本概念
生态系统的物质循环就是生物地球化学循环 （biogeochemical cycles）。
生物循环（biological circulation）：生命必要元素在 生态系统内进行的循环，称为闭路循环（closed cycle）。
地球化学循环（geochemical circulation）：元素在生态 系统外部进行的循环，称为开路循环（open cycle）。
而这两种循环最终必将连接在一起成为生物地球化学循 环。
（二）物质循环
1、碳循环 自然界中只有空气中的CO2，或溶解在水中的 CO2（呈各种碳酸盐状态）才能成为有机体制造 食物的碳源。
2、氮循环 地球上的氮库主要是空气，其体积的80%为分 子态的氮，氮最大的储存库是地壳的岩石圈，而 最大的交换库是土壤中的腐殖质。
第二节 生态系统的能量流动与物质循环
能量（energy）来源于太阳。 （1）热能，它温暖大地，推动水分循环，产
生空气和水的环流； （2）光化学能，为植物光合作用所利用和固
定，而形成有机化合物，成为生命活动的 能源。
一、能量流动
（一）能量的基础知识
能量的流动和转化，服从于热力学第一定律 和第二定律。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ非活性吸收
光合作用的有效能
能量不稳定状态
总生产力（Pg）
呼吸作用（R）
净生产力（Pn）
能量丢失
2780 2200
185 220 1815 1633 182 61 121
百分率 100 -55.8 44.2 -3.7 -4.4 36.1 -32.5 3.6 -1.2 2.4
水生生态系统的有效能量利用，能提供给净 生产的不过0.52%。荒地能量的估算指出，最 后用于生产力的只有1.2%。 （见图2-4）
3、磷循环 沉积型循环, 主要储存库是地壳中的磷酸盐等沉积物, 磷通过侵蚀和开采从岩石中移出而进入生态系统。磷 不进入大气，逐渐向海洋沉积。陆地上越来越少。
全世界每年大约消耗磷酸盐岩石940万吨，按此速度， 全球的蕴藏量只能维持100年，磷将成为人类和陆生生 物的限制因子。
4、水循环 水分从水面陆地蒸发，从植物蒸腾，以雨雪霜冰雹 等形式降落。一部分渗入土壤一部分流入河海。
热力学第一定律: “在自然界的一切现象中， 能量既不能创造，也不能消灭，而只能以严格 的当量比例，由一种形式转变为另一种形式。”
△E=Q—W，其中，△E是系统内能的改变；Q 是系统从外界吸收的热量；W是系统对外界所作 的功。
热力学第二定律：非生命的自然界发生的变 化，都不必借助于外力的帮助而能自动实现， 即自发过程或自动过程。热自发的从高温物体 传到低温物体，直到两者温度相等。
各种生态系统类型总生产力（Pn）的估算
生态系统类型 沙漠 海洋 大陆架 草地 冷气侯森林 一般的森林 农业 湿地 沼泽 珊瑚礁 热带农业
Pg（千卡/米2*日） 2 4 2-12
12-40
40-100
系统的初级生产力随发育年龄而改变
最大总光合量（%）
100 80 60 40 20 0 叶面积指数
总初 级生 产 净初 级生 产
（2） 次级生产（secondary production）：
除初级生产之外的其他有机体的生产，即消费者 和还原者利用初级生产量进行同化作用 （assimilation）。 消费者的次级生产仅仅利用初级生产能量的很小 部分。这样便产生了生态效率（ecology efficiency）。 生态效率：在一个营养级内，同化作用的能量和 可利用的能量之间的关系；一个食物链营养级上， 有多少能量供给下一营养级。
生态系统的能量流动和物质循环，都以 初级生产为基础，它又是生态系统能源的 基础。
初级生产就是植物光合作用过程。
6CO2+12H2O C6H12O6+6O2+6H2O 能量转变为112 kcal/mol。（见图2-3）
（2）总初级生产（gross primary production）:植物光合作用中固定的总太 阳能。
当顶级生态系统达到平衡时，即自由能最小 或等于零，熵值最大。系统能够自发地向顶级 方向发展，到自由能最小和熵值最大时为限度。
（二）生态系统的能量流动规律
(1)初级生产（primary production）：生 态系统通过光合作用进行能量积累的过程。
初级生产力（primary productivity）： 初级生产积累能量的速率。