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【高考调研】2014届高考生物一轮复习课件:必修三 2-3 生态系统的能量流动 生态系统的物质循环


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第3课时 生态系统的能量流动 生态系统的物质循环
?课前落实 知识点一 能量流动的过程 1.能量流动过程

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(1)能量流动的源头——太阳能。 (2)能量转化:太阳能→有机物中的_

_______→热能 (最终散失)。 (3)流动形式:有机物中的________。 (4)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。 (5)能量散失的形式:________。 (6)箭头由粗到细表示流入下一营养级的能量________。 (7)随营养级的升高,储存在生物体内的能量越来越少。

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2.某营养级同化能量图解

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3.能量流动的特点和意义[判一判] (1)生态系统中的能量流动是单向的,且是逐级递减的。 ( ) (2)相邻两个营养级的能量传递效率不会小于10%,也 不会大于20%。 ( ) (3)能量金字塔可以出现倒置现象。 ( ) (4)研究能量流动,可合理设计人工生态系统,高效利 用能量。 ( ) (5)研究能量流动,可调整能量流动关系,使生产者固 定的能量全部流向人类。 ( )

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知识点二 物质循环的过程 1.物质循环及其与能量流动的关系[判一判] (1)参与循环的物质是组成生物体的各种化合物。 ( ) (2)物质循环的范围是生物圈。 ( ) (3)碳循环在生物群落和无机环境之间主要以有机物形 式循环。 ( ) (4)化学燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因。 ( ) (5)物质和能量都是往复循环,重复利用的。 ( ) (6)物质循环是能量流动的载体,能量流动是物质循环 的动力。 ( )

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2.碳循环过程

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图中①________;②________;③________; ④________;⑤________;⑥________。

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?教材解读 1.教材93页[问题探讨]分析解决问题。 2.教材93页最下面能量流动的分析。 3.教材94页图5-6和图5-7并结合[思考与讨论]理解能量 流动过程。 4.教材95页图5-8和[资料分析]理解能量流动的特点。 5.教材97页[调查]和[技能训练]提升能力。

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6.教材99页生态农业的有关知识。 7.结合教材101页图5-11,解决教材100页[思考与讨论] 几个问题。 8.教材101页温室效应问题。 9.教材102页[探究]土壤微生物的分解作用。 10.教材98页练习一中1,二中1;教材104页练习一中1和4。

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自我校对 知识点一 1.(2)化学能 (3)化学能 (5)热能 (6)逐 级递减 2.呼吸作用 3.(1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)× 知识点二 1.(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)√ 2.①光合作用 ②呼吸作用 ③摄食 ④呼吸作用 ⑤燃烧 ⑥ 分解

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?考点透析 考点一 能量流动过程 ?核心突破 1.对能量流动的理解 能量流动是生态系统的基本功能之一,能量是维持生态系 统存在和发展的动力。

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起点
源头 相关生理过程 总能量 传递形式:有机 物 相关生理过程 形式

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生产者
光能 光合作用、化能合成作用 生产者固定的太阳能总量 传递渠道:沿食物链和食物网 细胞呼吸 热能 ①逐级递减;②单向流动 10%~20%

能量输入
能量的传递 能量的散失 能量流动特点 能量传递效率

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2.每一营养级能量来源与去路的分析 (1)动物同化的能量=摄入量-粪便有机物中的能量, 即摄入的食物只有部分被同化。例如蜣螂利用大象的粪便获 得能量,就不能说蜣螂获得了大象的能量。 (2)流入一个营养级的能量是指被这个营养级的生物所 同化的全部能量。

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3.能量的来源与去路 生产者的能量主要来自太阳 (1)能量来源 能,消费者的能量来自于上 一营养级同化的能量

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(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: a.自身呼吸消耗 ①定量不定时 b.流入下一营养级 能量的最终去路 c.被分解者分解利用

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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。

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4.能量流动特点 (1)单向流动的原因: 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。

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(2)逐级递减的原因: 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。

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5.能量传递效率:10%~20%,即输入某一营养级的能量 中,只有10%~20%的能量流入到下一个营养级。计算方法 为: 能量传递效率= 下一营养级同化量 ×100% 上一营养级同化量

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6.计算能量传递效率易出现的误区 误以为能量传递效率为: 下一营养级有机物含有的能量 能量传递效率= ×100%或 本营养级有机物含有的能量 下一营养级摄取量 能量传递效率= ×100% 本营养级摄取量

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?知能拓展 流动模型——生态金字塔的类型、含义比较
能量金字塔
形 状

数量金字塔

生物量金字塔

特 点

正金字塔形

一般为正金字 塔形
一般生物个体 数目在食物链 中随营养级升 高而逐级递减

一般为正金字塔形

能量沿食物链流动 象征 过程中具有逐级递 含义 减的特性

一般生物有机物的 总质量沿食物链升 高逐级递减

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每一阶 含义

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 有机物总量

特殊 形状


树→昆虫→鸟

极少

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?针对训练 1.(2012·海南)下图为某生态系统的能量流动简图,下列 叙述错误的是 ( )

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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

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答案 D 解析 根据题中简图可知,甲能够固定太阳能,为生产者, 乙从甲获取能量,为消费者,A正确;该生态系统需要从外 界获得能量,同时能量也可以扩散到外界,是一个开放的生 态系统,B正确;能量通过光合作用进入生态系统,经过生 产者、消费者和分解者的呼吸作用后有一部分以热能的形式 散失,C正确;输入该生态系统的总能量是生产者甲固定的 太阳能总量,D不正确。

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2.(2012·浙江)下图为生态系统中能量流动图解的部分示 意图,①②③④⑤各代表一定的能量值,下列各项中正确的 是 ( )

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A.第三营养级流向第四营养级的能量传递效率为[(③+④) /②]×100% B.图中④包含了次级消费者粪便中的能量 C.在人工饲养的高密度鱼塘中初级消费者获得的总能量往往 大于① D.食物链中的各营养级获得能量的方式及能量的用途完全相 同

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答案 C 解析 第三营养级流向第四营养级的能量传递效率为(③/②) ×100%;粪便不属于次级消费者自身的同化量;在食物链 中各营养级获得能量的方式及能量的用途不完全相同,如第 一营养级与各消费者同化能量的方式不同;在人工饲养的高 密度鱼塘中,鱼所获得的能量不只是来自生产者,而可能更 多地来自人工投放的饲料。

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考点二 生态系统的物质循环 ?核心突破 1.碳循环过程图解及解读

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(1)大气中的碳元素进入生物群落,是通过植物的光合 作用(主要途径)或硝化细菌等的化能合成作用完成的。 (2)碳元素在生物群落与无机环境之间循环的主要形式 是 CO2;碳元素在生物群落中的传递主要沿食物链和食物网 进行,传递形式为有机物。

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分解者的分解作用生产 (3)大气中CO2的主要来源 者、消费者的细胞呼吸 化学燃料的燃烧

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(4)碳元素在无机环境与生物群落之间传递时,只有生 产者与无机环境之间的传递是双向的,其他成分都是单向的 (判断生态系统的成分的依据)。 2.温室效应的产生原因 (1)化学燃料的大量燃烧,产生大量CO2。 (2)植被破坏,降低了对大气中CO2的调节能力。

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3.物质循环与能量流动的关系 (1)图示:

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(2)析图: ①生物群落中物质和能量最终来自无机环境。 ②连接生物群落和无机环境的两大成分——生产者和分解 者;图示中未标出生产者还可以利用化学能进行化能合成作 用。 ③二者均开始于生产者,通过光合作用合成有机物、固定 太阳能,然后沿共同的渠道——食物链(网)一起进行。

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④能量的固定、储存、转移和释放,离不开物质的合成与 分解等过程。 ⑤物质作为能量的载体,使能量沿着食物链(网)流动。 ⑥能量作为动力,使物质在生物群落和无机环境之间不断 地循环往返。 ⑦上述关系,总体上体现了二者相互依存、不可分割,并 且同时进行。

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?针对训练 3.(2012·山东青岛一模)有关物质循环的叙述,正确的是 ( ) A.只有通过植物的光合作用才能进入生物群落 B.只能通过微生物的分解作用才能返回无机环境 C.物质循环与能量流动先后进行 D.无机环境的物质可以被生物群落反复利用

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答案 D 解析 硝化细菌的化能合成作用,也可以使无机环境中的物 质进入生物群落;消费者、分解者、生产者的呼吸作用都可 以产生CO2;生态系统的物质循环与能量流动同时进行,相 互依存,不可分割。

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4.(2013·杭州质检)下图表示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 ( )

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A.甲是绿色植物,丙是肉食动物 B.图中箭头可以表示碳元素的流动方向 C.①②③过程中伴随着能量的传递,其中丁所含的能量最少 D.无机环境中的CO2可以来自细胞呼吸

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答案 C 解析 根据题图中的双箭头的位置,可推知甲为生产者,乙 为初级消费者,丙为次级消费者,丁为分解者。由此可知丁 不在食物链上,故能量含量最少的应是丙。

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?方法技能 方法技能——利用“拼图法”解决能量流动中的难题 输入第一营养级的能量(W1)被分为两部分:一部分在 生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了(A1),一部分则 用于生产者的生长、发育和繁殖。而后一部分能量中,包括 现存的植物体B1、流向分解者的C1、流向下一营养级的D1。 参考图示,很容易理解以下问题:

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(1)流经整个生态系统的总能量是生产者固定的总能量, 即W1。将图中第三营养级同化的总能量D2“拼回”第二营养 级,则刚好等于D1,即第二营养级同化的总能量;再将 D1“拼回”第一营养级,则刚好等于生产者固定的总能量W1。 可见,在一个草原生态系统中,草原上所有生物的总能量都 来自W1,所有生物总能量之和都小于W1(因呼吸作用消耗 的缘故)。

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(2)能量传递效率不会是100%。从上图可以看出,从第 一营养级向第二营养级能量的传递效率等于D1/W1,因此不 会达到100%,一般情况下,能量传递效率为10%~20%。 (3)在解决有关能量传递的计算问题时,首先要确定相 关的食物链,理清生物与生物在营养级上的差值。

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【典例1】 如图表示某生态系统的能量锥体图,P为生产 者,Q1为初级消费者,Q2为次级消费者。对图中的各营养级 所含有的能量进行分类剖析。其中分析不正确的是 ( )

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(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) A.b+c+d+e为本年度流入该生态系统的总能量 B.c1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

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【课堂笔记】__________________________________ _______________________________________________ _______________________________________________ _______________________________________________

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【解析】 结合图形分析知,b+c+d+e为植物光合作用利 用的光能(固定的能量),即流入该生态系统的总能量;c1 代表初级消费者流入次级消费者的能量即被次级消费者所同 化的量;b和d可代表生产者传递给分解者的能量和未利用的 能量;初级消费者产生的粪便中所含的能量属于生产者同化 的能量,应在b或d中。 【答案】 D

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易错警示——对物质循环过程不理解,不会识别相关图解 【典例2】 (2011·东城区检测)如图为碳元素在生态 系统中循环的模式图,图中甲、乙、丙表示生态系统的生物 成分,箭头表示生理过程。下列相关叙述中,不正确的是 ( )

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A.d过程代表光合作用,b过程代表呼吸作用 B.甲所示的营养级在食物链中占有的碳元素最多 C.碳元素在甲、乙、丙之间以有机物的形式传递 D.碳元素可在无机环境和生物群落之间反复利用

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【课堂笔记】__________________________________ _______________________________________________ _______________________________________________ _______________________________________________

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【解析】 丁为无机环境,甲为生产者,乙为消费者,丙 为分解者;d过程为呼吸作用,b过程为光合作用;甲为生产 者,生产者在食物链中所含有机物中的能量最多,在食物链 中占有的碳元素最多;碳元素在生物群落内部主要以有机物 的形式进行传递,在无机环境与生物群落间主要以二氧化碳 的形式进行传递;碳元素可以在生态系统中反复利用。 【答案】 A

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【纠错笔记】 (1)碳循环过程示意图

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弄清箭头的方向及代表含义。 (2)将上图换成字母,并尝试判断四种成分(找依据), 如下面三种变式图

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据图判断A、B、C、D各代表哪种成分? ①图1——先根据双向箭头确定A和B应为生产者和非生物 的物质和能量,不能写“无机环境”,也不能写“生物类 别”,再根据A→D,确定D为分解者,剩下C为消费者。 ②图2——根据A与C之间的双向箭头判断:A和C一个是 生产者另一个是非生物的物质和能量。根据A、B、D的碳都 流向E,可进一步判断:A是生产者,B是初级消费者,C是 非生物的物质和能量,D是次级消费者,E是分解者。

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③图3——首先找出相互之间具有双向箭头的两个成分即A 和E,一个为生产者,另一个是大气中的CO2库。又因为其 他各个成分都有箭头指向A,所以A为大气中的CO2库,E为 生产者。然后观察剩余的几个成分,其中其他生物部分的箭 头都指向C,所以C是分解者,剩余的B、D、F则为消费者。 整个图解中,食物链是E→F→D→B。

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?实验精讲

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实验19 探究土壤微生物的分解作用 ?理论指导 1.实验原理 (1)土壤中存在种类、数目繁多的细菌、真菌等微生物, 它们在生态系统中的成分为分解者。 (2)分解者的作用是将环境中的有机物分解为无机物, 其分解速率与环境中的温度、水分等生态因子有关。

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2.实验流程
案例1 实验假设

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案例2 微生物能分解淀粉 A杯中加入30 mL土壤浸出液 B杯中加入30 mL蒸馏水 是否含有微生物 A B A1 A2 B1 B2 不变蓝 产生砖红色沉淀 变蓝 不变色

微生物能分解落叶使之 腐烂

实 实验组 对土壤高温处理 验 设 对照组 对土壤不做任何处理 计 自变量 土壤中是否含微生物 在相同时间内实验组落 叶腐烂程度小于对照组 微生物对落叶有分解作 用

实验现象

结论分析

土壤浸出液中的微生物能分解 淀粉

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(注:在A1、B1中加入碘液,在A2、B2中加入斐林试剂)

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?实战演练 【例】 同学们在课外活动中发现植物的落叶在土壤里会 逐渐腐烂,形成腐殖质。他们猜测落叶的腐烂是由于土壤微 生物的作用,不同生态系统的土壤微生物分解能力不同,并 设计了实验进行验证。 (1)实验设计首先要遵循的是_______原则和________ 原则。 (2)以带有同种落叶的土壤为实验材料,均分为A和B。 实验时A不做处理(自然状态);B用塑料袋包好,放在60 ℃的恒温箱中灭菌1 h。B处理的目的是________________ ______________________________________________。

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(3)(2)中实验的自变量是__________,因变量是__ ________,无关变量是________________(至少写出两 点)。 (4)如果同学们的猜测是正确的,若干天后(2)中B组 的落叶______________________________________。 (5)如果同学们用带有相同量同种植物落叶的冻土苔原 和热带雨林的等量土壤为实验材料,分别模拟原生态系统的 无机环境条件进行C组和D组的实验,定期抽样检测样品土壤 中未腐烂的落叶的含量,请根据预期结果在如图中绘出相应 的曲线。

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【解析】 由题意可知该实验的目的是验证落叶的腐烂是 由于土壤微生物的作用,实验的自变量是土壤中微生物的有 无,因变量是落叶的腐烂程度。为遵循生物实验设计的对照 原则和单一变量原则,所以应尽量减少无关变量对实验的影 响,如土壤温度、湿度、pH、落叶的种类和大小等。在绘制 曲线时,应注意以下几点:①明确横坐标和纵坐标的意义, 其中纵坐标为未腐烂的落叶量;②两曲线的起点相同,注意 纵坐标初始值不为0;③由于微生物的分解作用,两曲线呈 下降趋势,且D组下降速度较C组快;④随时间延长,微生物 的数量增多,故两曲线的下降趋势是由慢到快。

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【答案】 (1)单一变量 对照 (2)杀死土壤微生物,同时避免土壤理化性质的改变 (3)土壤微生物(作用)的有无 落叶的腐烂程度 土壤 温度、含水量、pH、落叶的种类和大小等(合理即可) (4)腐烂程度小于对照组 (5)如下图

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?高考随堂 考向一 生态系统的能量流动 1.(2011·海南)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

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答案 A 解析 流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能,能量 在各营养级之间的传递效率为10%~20%,故A正确;生态 系统的信息传递能够调节种间关系,以维持生态系统的稳定 性,不可能只对捕食者有利;生态系统的食物链中营养级的 高低与体型大小没有必然联系。

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2.(2010·山东)以下表示动物利用食物的过程。

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正确的分析是 A.恒温动物的④/③值一般高于变温动物 B.哺乳动物的③/①值一般为10%-20% C.提高圈养动物生长量一般需提高③/②值 D.食肉哺乳动物的③/②值一般低于食草哺乳动物





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答案 C 解析 恒温动物需要消耗更多的能量维持体温,所以有机物 的积累量(④)较少,其④/③一般低于变温动物;能量传递 效率是相邻营养级的同化量之比;肉食动物的③/②值一般高 于食草哺乳动物;③/②越高,说明有更多的食入量转变成饲 养动物的同化量,有利于提高动物的生长量。

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3.(2010·江苏)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

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答案 C 解析 “多吃素食,少吃肉食”能节约粮食,其生态学原理 在于降低人在食物链中的营养级,从而节约更多的粮食。故 正确答案为C。

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4.(2012·安徽)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了研究,结果如下 表,单位是J/(hm2·a)。
植物 固定的 太阳能 2.45?1011 摄入量 1.05?109 田鼠 同化量 7.50?108 呼吸量 7.15?108 摄入量 2.44?107 鼬 同化量 2.25?107 呼吸量 2.18?107

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(1)能量从田鼠传递到鼬的效率是________。 (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。

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答案 (1)3% (2)80 偏高 (3)生长、发育、繁殖等生命活动 (4)调节生物的种间关系

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解析 (1)能量从田鼠传递到鼬的效率是(2.25×107)÷ (7.50×108)=3%。 (2)40×30÷15=80只/hm2。该种群密度是80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偏 高。 (3)田鼠和鼬都是恒温动物,同化的能量中只有3%~5%用 于生长、发育、繁殖等生命活动,其余在呼吸作用中以热能 的形式散失。 (4)信息传递的功能:信息能够调节生物的种间关系,维 持生态系统的稳定。

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考向二 物质循环与能量流动的综合考查 5.(2010·大纲全国)下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 ( )

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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生态系统的能量利用效率

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答案 C 解析 在生态系统中,能量流动是单向的,不能循环利用, 故C项错误。该生态系统中,沼气池中的微生物能利用农作 物固定的太阳能,属于分解者,选项A、B正确;物质和能量 的多级利用,减少了能量的流失,提高了能量的利用效率, 选项D正确。

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6.(2010·广东)气候变化与生态系统的碳循环密切相关。 下表为A、B两个不同时期陆地生态系统与大气环境的碳交换 情况。
时期 A 碳吸收量/(kgC· -1) a 1.20×1014 碳释放量/(kgC· -1) a 1.20×1014

B

1.20×1014

1.26×1014

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请回答下列问题。 (1)生态系统碳的吸收主要是通过________作用实现的, 碳的释放主要是通过________作用实现的。 (2)表中________时期的生态系统处于稳定状态,原因是 ________________________________。 (3)由于过度的人工碳排放,破坏了生态系统的_______, 导致大气中________增加并引起全球气候变化。 (4)人们正在积极开发新能源以减少碳排放。如“叶绿素 太阳能电池”是模仿类囊体吸收光能的特性而制造的,类囊 体吸收光能的过程发生在光合作用的________阶段;又如经 改造的蓝藻能在细胞内将光合作用产生的________直接发酵 转化为燃料乙醇。

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答案 (1)光合 呼吸 (2)A 碳的释放量等于碳的吸收量 (3)碳循环平衡 CO2浓度 (4)光反应 葡萄糖

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解析 本题主要考查生态系统碳循环与气候变化的相关知识, 如:光合作用、呼吸作用、温室效应以及生态系统的稳定性 等知识。 (1)碳在生物群落与无机环境之间的循环主要以CO2的形式 进行,CO2的吸收主要依靠光合作用实现,其次还有化能合 成作用;CO2的释放主要依靠呼吸作用实现,其次还有化学 燃料的燃烧。 (2)表中A时期碳吸收量等于碳释放量,生态系统维持稳定, 而B时期碳吸收量小于碳释放量,生态系统的稳定性遭到破 坏。

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(3)过度的人工碳排放超过了生态系统的自我调节能力, 生态系统的稳定性遭到破坏。CO2排放的增加导致温室效应, 引起全球气候变化。 (4)光合作用的光反应阶段发生在类囊体薄膜上,光合作 用的产物是有机物和氧气,其中有机物(葡萄糖)可作为发 酵的直接原料。

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请做:限时规范训练 (三十二)


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