【本讲教育信息】

一、教学内容

能量流动与物质循环

1. 能量流动的过程和特点。

2. 研究能量流动的意义。

3. 碳循环及物质循环的概念。

4. 能量流动和物质循环的关系。

二、重点导学

能量流动的过程 物质循环

三、全面突破

知识点1 能量流动的概念

在生态系统中，能量不断沿着太阳→植物→植食动物→肉食动物→顶位肉食动物的方向流动，这就是生态系统中的能量流动。

能量流动包括能量在生态系统中的输入、传递、转化和散失。

能量的输入：生态系统中的能量输入是指该生态系统的生产者所固定的全部太阳能。

能量的散失：生态系统中的各营养级生物通过呼吸作用所散失的能量及分解者分解各营养级的遗体等散失的能量。

能量的传递：各营养级固定得到的能量除去其呼吸作用散失的能量及被分解者分解时散失的能量、暂时未被利用的能量，即从一个营养级传递至下一个营养级的能量。

知识点2 能量流动的过程及特点

思考：生态系统的能量从哪里来？如何来？

1. 输入生态系统的总能量

参与生态系统能量流动的“能量”是通过植物的光合作用把光能转变为化学能储存在有机物中的。即：植物作为生产者所固定的太阳能就是流经这个生态系统的总能量。

思考：①能量流动的渠道是什么？

②生产者所固定的太阳能有哪些去处？

③每个营养级获得和传递能量的方式相同吗？

2. 生态系统的能量是沿食物链和食物网逐级流动的。即：食物链和食物网是能量流动的主渠道。

每个营养级均以同化的方式获得能量，传递方式基本相同。

思考：

①第二营养级获得第一营养级所同化能量的百分比是多少？

②第三营养级获得第二营养级所同化能量的百分比是多少？

③能量在相邻的营养级之间的传递效率在多大范围内？

3. 能量流动的特点：

（1）能量流动的特点是：单向流动，逐级递减。

（2）能量传递的效率是：10%～20%.

知识点3 研究能量流动的意义

1. 对能量进行多级利用，提高能量的利用率。

2. 合理调整能量流动方向，使能量流向对人类最有益的部分。

思考：（1）农田生态系统中人类的劳作对能量流动有什么影响？（考虑除草、治虫、合理密植等因素）。

（2）假如给你一个池塘，你会怎样经营，从而获得更大的收益？

知识点4 碳循环及物质循环的概念

1. 碳循环

回忆：（1）请你写出光合作用中C的转移途径？

（CO₂（无机物）C₃ C₆H₁₂O₆（有机物））

（2）请你写出需氧呼吸中C的转移途径？

（C₆H₁₂O₆（有机物）丙酮酸CO₂（无机物））

思考：

（1）碳在无机环境中主要以何种形式存在？在生物体内主要以何种形式存在？

（2）碳从无机环境进入生物群落主要是通过什么途径？

（3）碳在生物群落内部以何种形式，通过什么渠道进行传递？

（4）碳通过哪些途径从生物群落返回到无机环境？

2. 物质循环概念

在生态系统中，组成生物体的C、H、O、N、P、S等化学元素，不断地在生物群落和无机环境之间进行循环。

3. 能量流动与物质循环的关系

小结：

2. 碳循环及其概念

3. 物质循环与能量流动的区别与联系

【典型例题】

例1、我国北方处于平衡状态的某森林生态系统，其碳素循环如图所示，箭头和字母分别表示碳素传递的方向和转移量。下列选项正确的是 （ ）

A. 夏季，a＞b+c+e B. 秋季，e+f＜g C. 春季，g=b+e+f D. 冬季，d＞c+f

分析：碳在大气与生物群落之间是以二氧化碳的形式进行循环的。大气中的二氧化碳进入生物群落是通过植物的光合作用把二氧化碳合成含碳有机物，植物合成的含碳有机物为各级消费者和分解者所利用，所以从整体上说，a（转移量）应该大于b、c、d、e、f、g各种转移量的和。但北方森林生态系统在冬季，由于植物光合作用减弱，有的基本停止，仅从给出的碳素循环图还难以判断，但在夏季，题中供选答案A的内容无疑是正确的。

答案：A

例2、一个池塘有生产者（浮游植物）、初级消费者（植食性鱼类）、次级消费者（肉食性鱼类）和分解者（微生物）。其中生产者固定的全部能量为a，流入初级消费者、次级消费者和分解者的能量依次为b、c、d，下列表述正确的是 （ ）

A. a=b+d B. a＞b+d C. a＜b+d D. a＜c+d

分析：由于输入到某一个营养级的能量中，只有10％到20％的能量能够流动到后一个营养级。本题中生产者固定的全部能量为a，则能量b、c最大值应该分别是20％a和20％a×20％。在能量流动过程中，输入到一个营养级的能量中，有一部分由于被呼吸消耗，一部分被下一个营养级利用，一部分被分解者分解，还有一部分未被利用，且流入到分解者的能量非常少。选项A未考虑未被利用的能量以及呼吸消耗的能量。由于b、c最大值应该分别是20％a和20％a×20％，d又非常小，所以答案B正确。

答案：B

例3、某河流生态系统的营养结构共有四个营养级，分别以a、b、c、d表示。一年内输入这四个营养级的能量数值如下表所示。

营养级	a	b	c	d
能量/J·m^－^2	141.10×10^5	15.91×10^5	0.88×10^5	871.27×10^5

该生态系统中初级消费者所属营养级是 （ ）

A. a B. b C. c D. d

分析：在此生态系统里，共有四个营养级，根据一年内不同营养级输入能量数值的大小，考虑到生态系统中能量单向流动和逐级递减的特点，可以确定，d为生产者，属第一营养级，因为输入到这个营养级的能量数值最大；a为初级消费者，属第二营养级；b为次级消费者，属第三营养级；c为三级消费者，属第四营养级。

答案：A

例4、海洋水域占地表面积的70%以上，海洋中蕴藏着丰富的生物资源。随着世界人口的增加，人类加速了对海洋生物资源的开发利用。假如开发过度，将会导致海洋生物资源的枯竭。海洋生态系统中数量最多的生物是（ ）

A. 藻类 B. 虾类 C. 鱼类 D. 哺乳类

分析：从生态系统能量单向流动和逐级递减的特点出发，可以判断出：生产者所占有的能量要多于消费者如虾类、鱼类或哺乳类，因此生产者藻类所占有的能量最多。考虑到物质是能量的载体，加之海洋中浮游植物的个体都很小，显然藻类的数量是最多的。

答案：A

例5、为合理开发和保护海洋鱼类资源，可以采取的措施是（ ）

①全面禁止捕捞 ②实行休渔期，划分休渔区

③控制渔网网眼大小 ④制定相应的法律法规

A. ①②③ B.①②④ C. ①③④ D. ②③④

分析：“全面禁止捕捞”是不可取的，考虑到生态系统具有一定的自动调节能力，因此可以捕捞一定数量的鱼类，满足经济需要。

答案：D

例6、下表是对某水生生态系统营养级和能量流动情况的调查结果，表中A、B、C、D分别表示不同的营养级，E为分解者。P_g表示生物同化作用固定能量的总量，P_n表示生物体贮存的能量（P_n=P_g－R），R表示生物呼吸消耗的能量。

（单位：10²千焦/m²/年）

	Pg	Pn	R
A	15.9	2.8	13.1
B	870.7	369.4	501.3
C	0.9	0.3	0.6
D	141.0	61.9	79.1
E	211.5	20.1	191.4

分析回答：

（1）能量流动是从A、B、C、D中的哪个营养级开始的？为什么？

（2）该生态系统中能量从第三营养级传递到第四营养级的效率是多少？

（3）从能量输入和输出角度看，该生态系统的总能量是否增加？为什么？

分析：生物同化作用固定总能量（P_g）；一部分能量（R）通过呼吸作用而消耗掉，所剩下的部分就以有机物的形式贮存在生物体中（P_n）。三者关系式是：P_g=P_n+R。

能量在流动过程中，总是从生产者（第一营养级）到初级消费者（第二营养级），由初级消费者到次级消费者（第三营养级），如此依次传递。但能从上一个营养级传递到下一个营养级的能量，只能是该营养级生物中贮存的能量（P_n），而且这部分的能量，也难以全部传递到下一级。因此，能量传递必然逐级递减。一般生态系统中，能量流动是从生产者（第一营养级）开始的，该营养级所含能量最多（P_g最大）。

该生态系统中，食物链为B→D→A→C，能量从第三营养级（A）传递到第四营养级（C）的效率，就是第四营养级固定的能量与第三营养级固定的能量的比率，即：0.9/15.9×100%≈5.7%。

判断该生态系统的总能量是否增加，可以从能量的总输入和总消耗的比较中得出结论。在这里，总输入是生产者固定的总能量（P_g=870.7×10²千焦/m²/年），输出的总能量是所有生物呼吸消耗的能量（R=785.5×10²千焦/m²/年），输入大于输出，能量增加。

答案：（1）B；B营养级含能量最多，是生产者 （2）5.7% （3）增加 该生态系统输入的总能量大于所有生物消耗能量之和或P_g（生产者固定的总能量）＞R（所有生物的呼吸消耗）

【超前思维】

下一讲我们将进行《生态系统的稳态及其调节》的讲解，请大家从以下几方面做好预习。

1. 生态系统的稳态。

2. 生态系统的自我调节过程。

3. 提高生态系统稳定性的措施。

重点导学

1. 生态系统的稳态形成是 调节的结果，调节的结果都是抑制和减弱最初发生的变化，这种调节机制叫做 调节。它在生态系统中普遍存在，通过它的作用能使生态系统达到和保持稳定，因此我们说 调节是生态系统自我调节能力的基础。

2. 生态系统中某一成分的变化所引起的一系列变化会加速最初所发生的变化，这种调节称为 调节。当外力超过生态系统的 时，就可能造成生态系统稳定性的破坏。

【模拟试题】（答题时间：25分钟）

一、选择题

1. 下面有关生态系统能量流动的表述，不正确的是

A. 能量流动是单向流动，逐级递减的

B. 食物链越短，可供消费者的能量越多

C. 初级消费者越多，次级消费者获得的能量越少

D. 营养级越多，散失的能量越多

2. 在生态系统的能量金字塔中，贮存能量最多的成分是

A. 生产者 B. 初级消费者 C. 次级消费者 D. 分解者

3. 流经生态系统的总能量是指

A. 照射到该生态系统内所有植物体叶面上的全部太阳能

B. 射进该系统的全部太阳能

C. 该系统全部生产者所固定的太阳能的总量

D. 生产者传递给消费者的全部能量

4. 假设初级消费者从生产者那里获得的能量数值相等，则猫头鹰获得能量最多的食物链是

A. 绿色植物→蝗虫→蜘蛛→蜥蜴→蛇→猫头鹰

B. 绿色植物→鼠→猫头鹰

C. 绿色植物→蝗虫→青蛙→蛇→猫头鹰

D. 绿色植物→鼠→蛇→猫头鹰

5. 假设一个生态系统的总能量为100%，按最高传递效率计算，第三营养级和三级消费者所获得的能量应为

A. 4%和4% B. 0.8%和0.8% C. 4%和0.8% D. 10%和4%

6. 在生态系统中，全部初级消费者所消耗的能量与全部次级消费者所消耗的能量相比

A. 前者较多 B. 后者较多 C. 两者相等 D. 多少无法确定

7. 用生态系统中各个营养级的能量值可以绘制成一个能量金字塔，这是因为能量从上一个营养级输入到下一个营养级的传递率大约是

A. 5％～10％ B. 10％～20％ C. 50％～60％ D. 80％～90％

8. 研究生态系统中能量流动的主要目的是

A. 掌握能量流动中的传递规律

B. 了解能量流动的方向

C. 熟悉生态系统的营养结构

D. 设法调整生态系统中能量流动的关系，使能量流向对人类最有益的部分

9. 生物地球化学循环是指组成生物体的基本元素

A. 在陆地生态系统中的物质循环

B. 在生物圈内沿着食物链（网）反复循环的全过程

C. 在组成生态系统的生物群落的生物体内的反复循环过程

D. 在生物圈的生物群落与无机环境之间的反复循环过程

10. 在生态系统中，二氧化碳进入生物群落开始于

A. 煤和石油的形成

B. 绿色植物固定二氧化碳的光合作用

C. 各种动物对有机物的同化作用

D. 生物分解有机物的呼吸作用

11. 下列不属于生物群落中的二氧化碳返回大气的途径的是

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. 煤和石油的燃烧

12. 下列关于能量流动和物质循环的说法正确的是

A. 物质是能量的载体，生态系统中的能量都存在于有机物中

B. 能量的固定、储存、转移和释放离不开物质的合成与分解

C. 植物的光合作用是物质进入生物群落的唯一途径，因此我们要保护森林

D. 生态系统各种成分之间是通过能量流动紧密联系在一起的

二、非选择题

13. 下图是草原生态系统中的一条食物链及能量流动图解，读图回答问题。

（1）图中D表示______。

（2）能量在逐级递减过程中，传递率按20％计算，若狐获得的能量是8千焦，传递给狼的能量为______千焦，狼获得的能量中，草应供给这条食物链的能量为______千焦。

（3）图中各营养级通过A______作用被消耗，通过B______利用，而B又通过C______被消耗。

14. 下图表示生物圈中部分物质的某些循环途径。A、B、C、D构成生物群落，第①～⑨号箭头表示循环过程。请据图分析回答：

（1）若此图为碳循环的部分示意图，则完成①过程的主要场所是 。大气中的气体X的主要来源是 。

（2）图C占有 个营养级。

【试题答案】

一、选择题

1. C 2. A 3. C 4. B 5. C 6. A 7. B 8. D 9. D 10. B 11. B 12. B

二、非选择题

13. （1）太阳能 （2）1.6 200 （3）呼吸 分解者 呼吸作用

14. （1）叶绿体 化石燃料的燃烧、动植物的呼吸、微生物的分解 （2）2