能量流动与物质循环

一、生态系统的能量流动
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，丙：次级消费者，丁：呼吸作用，戊：分解者。

2．生态系统所需能量的最终来源：太阳能。

3．据图补充食物链中甲营养级能量的去向
(1)通过自身呼吸作用以热能的形式散失。

(2)被下一营养级同化。

(3)残枝败叶、遗体残骸等被分解者分解。

(4)未被利用。

4．特点：单向流动和逐级递减。

5．能量传递效率
相邻两个营养级的传递效率＝下一营养级同化量上一营养级同化量
×100%。

一般能量传递效率为10%～20%。

6．研究意义
(1)帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。

(2)帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。

解惑 相邻两营养级之间能量传递效率只有10%～20%，因此食物链中营养级一般不超过4～5个。

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。

二、生态系统的物质循环
1．物质循环
(1)概念：组成生物体的各种元素在生物群落与无机环境间不断地循环的过程。

(2)特点：全球性、反复利用、循环流动。

(3)与能量流动的关系：二者同时进行，相互依存，不可分割。

(4)意义：通过能量流动和物质循环使生态系统中的各种组成成分紧密地联系在一起，形成一个统一整体。

2．碳循环
(1)碳在无机环境中的存在形式：CO 2和碳酸盐。

(2)碳在无机环境与生物群落之间的循环形式：CO 2(主要)。

(3)循环过程：碳从无机环境到生物群落是通过光合作用、化能合成作用实现的；从生物群落到无机环境则是通过动植物的细胞呼吸和微生物的分解作用实现的。

3．温室效应
(1)形成原因：大量化学燃料的燃烧，大气中的CO 2含量迅速增加，打破了生物圈中碳循环的平衡。

(2)影响：导致气温升高，加快极地和高山冰川的融化，导致海平面上升，进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁。

1．从生态学角度分析，生态系统中流动的能量最初来源于( )
A ．光合作用
B ．高能化学键
C．绿色植物D．太阳光能
2．如图为生态系统能量流动的部分图解，①代表一定的能量值。

下列相关叙述中，正确的是()
A．生态系统的能量流动是循环进行的
B．能量在沿食物链流动时逐级递减
C．次级消费者属于第二营养级
D．图中①代表呼吸作用所消耗的能量
3．从生态系统物质循环的角度看，人体内碳元素的根本来源是()
A．大气中的CO2B．生产者
C．分解者D．消费者
4．目前地球大气中CO2浓度增高，形成温室效应，地球表面的温度也有所提高，这将造成土壤沙漠化等恶果，导致CO2浓度增高的主要原因是()
A．人口剧增，呼出CO2增多
B．工业污染和自然资源的不合理利用
C．大量生物遭灭绝
D．自然因素破坏了生态平衡
1．能量流动的过程图解
(1)能量的来源：太阳能。

(2)起点：从生产者固定太阳能开始。

(3)数量：流经生态系统的总能量，是生产者通过光合作用所固定的全部太阳能。

(4)渠道：食物链和食物网。

(5)能量转化：太阳能→有机物中的化学能→热能(最终散失)。

(6)流动形式：有机物中的化学能。

(7)散失途径：呼吸作用，包括各个营养级自身的呼吸消耗以及分解者的呼吸作用。

(8)能量散失的形式：以热能形式散失。

2．流入某一营养级的能量来源和去路
(1)能量 来源⎩⎪⎨⎪⎧
生产者的能量主要来自太阳能消费者的能量来自于上一营养级同化的能量
(2)能量去向：流入某一营养级(最高营养级除外)的能量去向可从以下两个角度分析： ①定量不定时(能量的最终去路)⎩⎪⎨⎪⎧ 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：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。

3．能量流动特点的原因分析
(1)单向流动
①能量流动是沿食物链进行的，食物链中各营养级之间的捕食关系是长期自然选择的结果，是不可逆转的。

②各营养级通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落重复利用，因此能量流动无法循环。

(2)逐渐递减
①各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。

②各营养级的能量都会有一部分未被下一营养级生物所利用。

如图A 表示某生态系统的能量锥体图，P 为生产者，Q 1为初级消费者，Q 2为次
级消费者。

图B 是将图A 中的各营养级所含有的能量进行分类剖析。

其中分析不．
正确的是( )
(注：B 图中a 、a 1、a 2表示上一年留下来的能量，假设它不被下一营养级利用，e 、e 1、e 2表示呼吸消耗量)
A ．b ＋c ＋d ＋e 为本年度流入该生态系统的总能量
B ．c 1表示初级消费者中被次级消费者所同化的量
C ．b 和d 之一，可代表生产者传递给分解者的能量
D ．初级消费者产生的粪便中所含的能量包含在c 中
生态金字塔的识别
1．图1表示能量金字塔，每一阶表示营养级所含能量的多少。

按能量流动逐级递减，
自下而上，营养级级别依次增高，不会倒置。

2．图2可表示数量金字塔，在特殊情况下可倒置，如一株大树上，鸟、虫、树的数量关系。

3．能量传递效率的应用
(1)确定食物链中的营养关系。

据能量传递效率10%～20%计算，相邻两个营养级的能量差值在5～10倍左右，若能量差值远比五倍小，则应位于同一营养级。

(2)能量传递效率的相关“最值”计算
能量在流经各个营养级时，上一营养级的能量大约有10%～20%传到下一营养级，营养
级越高，流入的能量越少。

因此食物链越长，能量损失越多。

为了充分利用能量，应尽量缩短食物链。

有关能量的“最值”计算方法总结如下： ①知低营养级求高营养级⎩⎨⎧ 获能量最多⎩⎪⎨⎪⎧ 选最短食物链按×20%计算获能量最少⎩⎪⎨⎪⎧ 选最长食物链按×10%计算 ②知高营养级求低营养级⎩⎨⎧ 需最多能量{ 选最长食物链按÷10%计算需最少能量⎩⎪⎨⎪⎧ 选最短食物链按÷20%计算
突破 下图1为生态系统中食物链所反映的能量流动情况，图中的箭头符号为能量的流动方向，单位为kcal/(m 2·年)；图2为某一生态系统的能量金字塔，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的营养级，E 1、E 2代表能量的形式；图3为某生态系统食物网的图解。

据图
分析不．
能得出的结论是( ) A ．据图1可知，在入射的太阳能中，生产者只利用了其中的1%左右
B ．据图2可知Ⅳ为分解者，相当于图1中的A ，能够利用各营养级转移来的能量
C ．图3中猫头鹰体重每增加1 kg ，至少消耗A 约25 kg
D ．据图可知，图1
中的生产者相当于图2
中的Ⅰ，相当于图3中的A
根据图，回答下列与生态有关的问题。

(1)若图1是碳循环示意图，则丁指的是生态系统中的________________________。

甲
代表的生态系统的成分是________。

若图1中的“→”仅表示二氧化碳的流动方向，则不会存在的过程有________。

(2)若生产者和消费者之间的食物关系如图2所示，设E 种群干物质中蕴藏的能量为
1×106 kJ；B种群干物质中蕴藏的能量为2×104 kJ，D种群干物质中蕴藏的能量是2.5×104 kJ，能量传递效率按20%计算，当A只捕食C时，则A的能量值是________________。

(3)图3是该生态系统中能量流向蛙类后发生的一系列变化示意图。

图中的D表示通过呼吸作用散失的能量，图中A、B、C表示的含义分别为A____________，B____________，C____________。

当生态系统处于相对稳定状态时，蛙的种群数量一般处于________(填“K”或“K/2”)值，此时蛙出生率和死亡率之间的关系是________________。

一基础达标
1．在生态系统中，营养级越高的生物获得的总能量越少。

下列解释错误的是() A．各营养级中总有一部分能量被分解者利用
B．各营养级中的能量一部分以热能形式散失
C．生物维持自身的生命活动消耗一部分能量
D．能量金字塔顶层的生物数量少，需要能量少
2．如图为某生态系统中能量传递示意图，以下叙述不．正确的是()
A．能量流动是从甲固定的太阳能开始的，流入该生态系的总能量为1 250 kJ
B．从乙到丙的能量传递效率为15%
C．将乙和丙的粪便作为有机肥还田，可以提高能量传递效率
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
3．(2014·辽宁大连双基测试)下图表示某生态系统中碳循环的部分过程，其中甲、乙、丙、丁组成生物群落。

下列分析错误的是()
A．④增多是温室效应产生的主要原因
B．图中箭头可以表示碳元素的循环方向
C．甲、乙种间关系的调节还需要信息传递的作用
D．无机环境中的CO2可以来自细胞呼吸
4．如图表示某草原生态系统中的两类动物(植食性动物和肉食性动物)利用食物的部分过程。

请分析回答下列问题。

①摄入量→②同化量→③储存量→④获取量→⑤摄入量→⑥同化量→⑦储存量
↓↓↓↓↓↓
B未获取量未摄入量未同化量呼吸消耗量
(1)植食性动物的粪便属于图解中的________部分，能量由植食性动物流向肉食性动物的传递效率可表示为________(用序号表示)。

(2)气温逐渐降低时，若⑥保持不变，青蛙的⑦/⑥的值将________，而狼的⑦/⑥的值将________。

人们在圈养某种植食性动物时，一般需要提高食物的利用率即______的比值(用序号表示)。

(3)如果将图中生物构建成一条食物链，需要添加上______，草原生物群落除图中生物所代表的成分外，还有________________。

(4)图中两类生物之间的捕食与被捕食过程，体现了生态系统有____________________功能。

二高考体验
5．(2012·海南单科，19)如图为某生态系统的能量流动简图，下列叙述错误的是()
A．甲是生产者，乙是消费者
B．该生态系统是一个开放的系统
C．能量通过光合作用固定并进入系统，可以热能形式输出
D．甲、乙和分解者所贮存的能量之和是输入该生态系统的总能量
6．(2011·海南单科，21)关于生态系统的叙述，正确的是()
A．生态系统中生产者得到的能量必然大于消费者得到的
B．生态系统中的信息传递对所有捕食者都必然是有利的
C．生态系统的食物链中营养级越高的生物，其体型必然越大
D．生态系统的食物链中营养级越高的生物，其体型必然越小
7．(2013·新课标Ⅱ理综，31)回答与草原生态系统相关的问题：
(1)草原上鼠的天敌从鼠获得的能量最终来自于______固定的能量。

(2)草原上，某种鼠的种群密度除了受迁入率和迁出率的影响外，还受该鼠种群的________、________、年龄组成和性别比例等因素的影响。

(3)用样方法调查某种双子叶植物种群密度时，为避免调查者主观因素的影响，要做到____________。

(4)草原生物群落的空间结构包括____________和____________。

[双基题]
1．如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，下列各项叙述中错误的是()
A．生物与生物之间捕食与被捕食的关系不能逆转，所以能量流动具有单向性
B．①表示流经生态系统内部的总能量
C．一般情况下，②为①的10%～20%
D．从能量关系看，②>③＋④
2．下图是某生态系统的物质和能量流向示意图(能量传递效率按10%计算)。

下列有关叙述正确的是()
A．X1过程的完成必须依赖一种具有双层膜结构的细胞器
B．X1过程吸收的CO2总量与Y1、Y2、Y3……及Z过程释放的CO2总量相等
C ．当该生态系统处于相对稳定状态时，X 3过程的能量值约为X 1过程能量值的1%
D ．Z 1、Z 2、Z 3……过程提供的有机物中的碳将全部转变为Z 过程释放的CO 2中的碳
3．下表是对某生态系统营养和能量流动情况的调查结果，表中甲、乙、丙、丁分别代表不同的营养级，戊为分解者[单位：102 kJ(m 2·年)]。

对该生态系统营养关系叙述正确的是
( )
A.B ．甲随丙的增加而增加
C ．乙是能量流动的起点
D ．戊是丁的前一营养级
4．如图为一个草原生态系统的食物链，E 1、E 2、E 3、E 4分别表示流入牧草、昆虫、鸟、鹰的能量，下列说法不．
正确的是( ) ――→E 1牧草――→E 2昆虫――→E 3鸟――→E 4
鹰
A ．这些生物形成的数量金字塔与能量金字塔基本一致
B ．(10%)3≤E 4/E 1≤(20%)3
C ．牧草的大部分能量传给了昆虫
D ．捕食关系对维持群落的稳定有重要作用
5．(2014·合肥教学质检)某生态系统中的四种生物构成一条食物链a →b →c →d ，通过测定得到这四种生物a 、b 、c 、d 所含的有机物总量分别为M 1、M 2、M 3和M 4。

下列叙述中错误的是( )
A ．M 1一定不是a 种群固定的太阳能总量
B ．若M 1＜5M 2，则生态系统稳态可能遭到破坏
C ．d 个体所含的有机物的质量应比c 个体的小
D ．若M 2大量增加，一般会导致M 1减少，M 3增加
6．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
7．下列不．
属于生物群落中的碳返回大气的途径是( ) A ．生物的呼吸作用
B ．某些细菌的化能合成作用
C ．分解者的分解作用
D ．森林火灾
8．下图是地球上各种水体相互转化的示意图。

请从生态系统的角度考虑，指出该图能体现的生态系统的功能是( )
A．能量流动B．物质循环
C．信息传递D．物质更新
9．某同学对一个受到轻度农药污染的湖泊进行调查，测得该湖泊内具有食物链关系的
)
A.
B．除甲种群外，其他3个种群的同化作用类型都属于异养型
C．在上述4个种群中，丁种群体内的农药残留量是最多的
D．因捕食引起的竞争关系，可能涉及到甲、丁两个种群
10．如图表示生物圈中碳元素的循环过程，下列有关叙述中错误的是()
A．图中B都是自养生物，光合生物细胞中不一定有叶绿体但都含有色素
B．适度松土不可以促进①过程
C．②过程的加剧是造成温室效应的主要原因
D．达到平衡状态的生态系统，③和④的量基本相等
11．如图所示为桑基鱼塘农业生态系统局部的能量流动，图中字母代表相应能量。

请据图回答以下问题：
(1)流经图中生态系统的总能量为________(填字母)，桑树呼吸作用所散失的热能可用图中的____________(填字母)来表示，图中的C和B1＋C1＋D1可分别表示桑树和蚕用于________________________________________________________________________的能量。

(2)蚕同化的能量D＝________________(填字母)，正常情况下D/C的比值________(填“大于”、“小于”或“等于”)10%。

将蚕沙(粪便)投入鱼塘供给鱼食用，蚕沙中所含的能量属于第________营养级所含的能量。

(3)人工建立该生态系统的目的是实现对能量的____________________，从而提高能量的________。

12．据图回答问题：
(1)与①⑥有关的生理过程是____________________；④⑤⑧共同表示的生理过程是____________________。

(2)②③共同表示的生理过程是在植物体细胞内的____________________________上进行的。

(3)大气中CO2的来源有动植物的细胞呼吸、_______________、________________等。

[提升题]
13．(2014·合肥模拟)如图为某人工松林18年间能量流动情况的调查统计(单位略)，有关说法正确的是()
A．“能量Q”是指生产者固定的太阳能总量
B．无需人工能量投入该松林就可维持其稳定性
C．18年间该松林中分解者获取总能量是285×1010
D．动物的存在加快了人工松林的物质循环
14．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
15．南极自然环境是地球仅有的人类干扰少的寒冷地带的生态系统。

Crooked湖是南极的淡水湖之一，该湖的主要食物以及这些食物的营养关系如下图所示。

Crooked湖的食物营养关系示意图
请回答：
(1)与太湖相比，Crooked湖的自我调节能力较低，原因是____________________________。

(2)图中所示生物之间的关系有________________。

占有两个营养级的生物是
_____________。

没有表示出的生态系统成分
____________________________________________________。

(3)鞭毛藻同化的能量最终有三个流向：①通过自身的呼吸作用散失一部分，②被下一营养级利用，③____________，鞭毛藻能感受光线的强弱，借助鞭毛移动到光线合适的位置进行光合作用，由此可见，生态系统的信息传递对生物的意义是
________________________________________________________________________。

(4)请在下图用箭头和文字补充该生态系统的碳循环途径。

鞭毛藻等生产者→变形虫等初级消费者→枝角类等次级消费者
(5)现阶段有人想利用Crooked湖来大力发展极地淡水养殖，请对这种想法进行评价并说明理由：______________________________ ___ __________。

1.
如图为某生态系统中生产者与初级消费者的能量流动图解，已知生产者的总能量为a，其中字母代表了能量，则下列叙述不．正确的是()
A．从生产者到下一营养级的能量传递效率为a′/a
B．c代表第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量
C．d代表用于呼吸作用消耗的能量
D．b代表第二营养级的同化量
2．某同学绘制了如图所示的能量流动图解(其中W1为生产者固定的太阳能)，下列叙述中不．正确的是()
A．生产者固定的总能量可表示为(A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2)
B．由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为D1/W1
C．流入初级消费者的能量为(A2＋B2＋C2)
D．图解表明能量流动的特点是单向流动、逐渐递减
3．科学家对某草原生态系统的能量流动进行研究，获得下表数据。

下列有关叙述不．正确的是()
A.
B．第一营养级固定的太阳能总量是863.9 kJ·m－2·a－1
C．营养级之间的信息交流是双向的
D．该生态系统遭受火灾后，发生的群落演替属于次生演替
4.
(2014·山东滨州模拟)如图为一个生态系统碳循环的模式图，则下列说法正确的是() A．碳通过光合作用和化能合成作用进入甲
B．乙只表示初级消费者
C．丙处于最高营养级
D．丁主要是微生物
5.
如图是生态系统中碳循环示意图，图中“→”表示碳的流动方向。

以下叙述正确的是()
A．碳元素以二氧化碳形式从D传到A和F
B．D→A→B→E构成了一条食物链
C．图中包含了7条食物链
D．B和F之间的关系为竞争和捕食
6．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()
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的循环主要是以CO2的形式进行的
7．(2014·江苏苏北四市模拟)某自然保护区地震后，据不完全统计，植被毁损达到30%以上。

图1为该地区人为干预下恢复过程的能量流动图[单位为103kJ/(m2·y)]，图2表示恢复过程中某种群的种群密度对种群的出生率和死亡率的影响。

请回答：
图1
图2
(1)如图1所示，输入该生态系统的能量主要是____________________。

(2)图1中A表示________________，图中未利用部分的能量在生物体内的存在形式是____________________。

(3)如图1所示，除生产者外其他营养级需要补偿能量输入的原因是
________________________________________________________________________ ________。

计算可知，肉食性动物需补偿输入的能量值至少为________×103 kJ/(m2·y)。

(4)由图2可知，种群密度在________点时，种群数量的增长速率最大；在________点时，表示该种群已达到环境容纳量(K值)。

(5)随着时间的推移，地震毁损的自然保护区内生物的种类和数量不断恢复的过程属于________演替。

8．甲图表示某草原生态系统的食物网简图，其中E(20 000 kJ)表示牧草一年固定的太阳能总量，E1、E2、E3(E1＋E2＋E3＝3 000 kJ)分别表示牲畜、昆虫和鼠三者同化的能量。

牧草呼吸消耗的能量为2 500 kJ，牲畜、昆虫和鼠三者呼吸消耗的能量为600 kJ，三者粪便中的能量为500 kJ。

乙图表示该草原中某一种群的λ随时间变化的曲线。

据图回答相关问题：
(1)甲图中鹰与狐狸的关系是________。

该食物网中由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为________。

(2)乙图曲线所示种群在前5年种群数量的变化类型是________增长，在1～20年中种群数量最多的是第________年，第20～30年中种群的增长率为________。

9．某弃耕地的主要食物链由植物→田鼠→鼬构成。

生态学家对此食物链能量流动进行
2·a)。

植物田鼠鼬
固定的太摄入量同化量呼吸量摄入量同化量呼吸量
(2)在研究能量流动时，可通过标志重捕法调查田鼠种群密度。

在1 hm2范围内，第一次捕获并标记40只田鼠，第二次捕获30只，其中有标记的15只。

该种群密度是________只/hm2。

若标记的田鼠有部分被鼬捕食，则会导致种群密度估算结果________。

(3)田鼠和鼬都是恒温动物，同化的能量中只有3%～5%用于________________________，其余在呼吸作用中以热能的形式散失。

(4)鼬能够依据田鼠留下的气味去猎捕后者，田鼠同样也能够依据鼬的气味或行为躲避猎捕。

可见，信息能够________________________，维持生态系统的稳定。