必修部分 第八章 第三节 二生态系统的能量流动、物质循环和稳定性.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,一、生态系统的能量流动,1.,概念：,生态系统中能量的,的过程。,2.,起点：,从,开始。,3.,数量：,流经生态系统的总能量,是,。,输入、传递和散失,生产者固定太阳能,生产者固定太阳能的总量,4.,各营养级中能量流动的情况,(1),来源,(2),去路,生产者的能量来自,消费者的能量来自,太阳光,上一个营养级,消耗：生命活动消耗能量,遗体、残枝败叶等被,所利用,流入,呼吸,分解者,下一个营养级,5.,特点：,，传递效率约为,。,6.,研究目的：,可以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,。,7.,图解,单向流动、逐级递减,10%,20%,对人类最有益的部分,8.,研究能量流动的意义,(1),合理地调整生态系统中的,关系，使能量持续,高效地流向对,的部分。,(2),实现对能量的,利用，提高能量的,。,能量流动,人类最有益,多级,利用效率,二、生态系统的物质循环,1.,物质循环的概念,(1),物质：组成生物体的,等化学元素。,(2),循环：无机环境,。,(3),范围：,。,2.,特点：,具有,，又称生物地球化学循环；同时还,具有,的特点。,C,、,H,、,O,、,N,生物群落,生物圈,全球性,循环流动,3.,碳循环,(1),循环形式：主要是,。,(2),循环过程：,(3),二氧化碳,形成原因：,的大量燃烧,危害：加快极地冰川的融化，导致海平面,，,对,生态系统和人类生存构成威胁,化石燃料,上升,陆地,4.,能量流动和物质循环的关系,二者同时进行，彼此相互依存，不可分割；物质作,为能量的,使能量沿着食物链,(,网,),流动，能量作,为,使物质能够不断地在生物群落和,之,间循环往返。,载体,动力,无机环境,三、生物系统的稳定性,1.,生态系统稳定性概念,指生态系统所具有的,或,自身结构和功能,的能力。,保持,恢复,相对稳定,2.,生态系统稳定性类型,(1),抵抗力稳定性,概念：生态系统,并使自身结构和功能,的能力,原理：生态系统内部具有一定的,能力。生,态系统的成分越单纯，营养结构越简单，自动,调节能力就越,，抵抗力稳定性就越低，反之亦然,举例：河流受到轻微污染时，能通过,、,和,很快消除污染，从而使其中生,物种类与数量不会受到明显影响,稳定性遭破坏的原因：,抵抗外界干扰,保持原状,自动调节,小,物理沉降,化学分解,微生物的分解,自动调节能力有一定限度,(2),恢复力稳定性,概念：生态系统在遭到,的破坏以后,的能力,举例：草地发生火灾后，第二年又会长出茂密的,草本植物，动物种类和数量也能很快恢复,外界干扰因素,恢复到原状,1.,能量流动的内容,能量的输入、传递与散失,(1),生态系统中能量流动的源头是太阳能。,(2),能量的输入,(,太阳能 生物群落,),相关生理过程：绿色植物的光合作用将太阳能转换,为化学能,输入的总值：绿色植物通过光合作用固定的太阳能,的总值,(3),能量的传递,传递形式：以有机物为载体单向传递（凡传递,有机物时，均有能量传递）,传递渠道：食物链、食物网,传递特点,单向流动：食物链中，相邻营养级生物的捕,食和被捕食关系为长期自然选择所形,成，不可逆转，故能量不能倒流,逐级递减：每个营养级的能量总有一部分不,能被下一个营养级利用（最终被分解者,利用）；每个营养级的生物都经自身的,细胞呼吸而消耗一部分能量（,ATP,、热能）,传递效率：,10%20%,(4),能量的散失,散失形式：热能（对生物群落而言，相当于能量输出）,散失渠道：通过生产者、消费者、分解者的细胞呼吸,分解有机物而产生的能量，一部分形成,ATP,被,生物利用，另一部分以热能形式散失到无机,环境中,上述,(1),(4),可表示为：,即能量变化形式为：,太阳能,化学能,热能，而热能不能被生物群落重复利用，即能量流动无法循环。,2.,生态金字塔,不同的生态金字塔能形象地说明各营养级与能量、生,物量、数量之间的关系，是定量研究生态系统的直观,体现。,类型,项目,能量金字塔,数量金字塔,生物量金字塔,含义,各营养级,“,同化的总,能量,”,各营养级生物的,“,个,体数量,”,各营养级,“,现存生物的,总质量,”,类型,项目,能量金字塔,数量金字塔,生物量,金字塔,形状,图形特点,一般呈正金字塔形,一般呈正金字塔形,一般呈正金字塔形,类型,项目,能量,金字塔,数量金字塔,生物量金字塔,分析,能量流动的过程中总是有能量的消耗和散失，故能量流动逐级递减,成千上万只昆虫生活在一棵大树上时，该数量金字塔的图形也会发生变化,浮游植物的个体小，寿命短，又不断被浮游动物吃掉，所以某一时间浮游植物的生物量,(,用质量来表示,),可能低于浮游动物的生物量,类型,项目,能量金字塔,数量,金字塔,生物量,金字塔,特点,能较好地反映生态系统内能量流动的本质，更加客观、全面,易过高估计小型动物的作用,易过高估计大型动物的作用,在人工生态系统中因能量可以人为补充，可能会使能量金字塔呈现倒置情况。如人工鱼塘中生产者的能量未必比消费者,(,鱼,),多。自然生态系统则必须当能量状况表现为正金字塔形状时，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。,(2009,全国卷,),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),牛与鸡之间,(,有、无,),竞争关系，理由是,。,人与鸡的种间关系是,，人与牛的种间关系是,。,(3),流经该农场生态系统的总能量来自,所固定的,，无机环境中的碳以,形式进入该人工群落。,(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,(,增多、不变、减少,),，理由是,。,解题指导,(1),由题干信息可知：玉米、鸡、牛、人之间,的食物关系为：玉米鸡牛人,(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。,答案,(1),(2),无它们所需食物资源不同,(,或牛食玉米秸秆、鸡吃玉米子粒,),捕食与竞争捕食,(3),玉米太阳能,CO,2,(4),减少改变用途的,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,能量流经第二营养级时的分流情况,1.(2010,南通调研,),下图表示某草原生态系统中能量流动,图解，,表示相关过程能量流动量。下列有关,叙述正确的是,(,),A.,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,/,的比值代表草,兔的能量传递效率,D.,和,分别属于草和兔同化量的一部分,解析：,过程表示草同化的能量流向下一营养级,兔；图中,/,的比值代表兔,狐的能量传递效率；兔子粪便中的能量是草同化的能量；在一个生态系统中分解者获得的能量多少不能确定。,答案：,D,1.,对物质循环的分析,物质,是指组成生物体的化学元素，而不是由这些元素组成的单质或化合物,循环,过程,是指在生物群落和无机环境之间的反复运动,范围,生物圈,形式,生物群落与无机环境间：无机物,生物群落内：有机物,动力,能量,特点,全球性、循环性,关键生,物类群,生产者：物质、能量输入,分解者：物质、能量输出,2.,实例,碳循环,(1),过程,(2),图解说明,大气中的碳元素进入生物群落，是通过植物的光,合作用或微生物的化能合成作用完成的。,碳在生物群落与无机环境之间循环的主要形式是,CO,2,；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。,大气中,CO,2,的主要来源,煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧，使大气中的,CO,2,浓度增高，是形成,“,温室效应,”,的最主要原因。,分解者的分解作用,动植物的呼吸作用,化石燃料的燃烧,3.,物质循环和能量流动的关系,项目,能量流动,物质循环,形式,以有机物为载体,无机物,特点,单向流动、逐级递减,循环往复,范围,食物链中的各营养级之间,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,物质是能量沿食物链,(,网,),流动的载体,能量是物质在生态系统中循环往复的动力,大气中,CO,2,、,SO,2,通过物质循环过程进入生物群落时，均可直接进入生产者，而,N,2,不可直接被生产者利用，,N,2,需经以生物固氮为主的固氮作用形成固氮产物后，方可被生产者利用。,(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,CO,2,量与各,h,产生的,CO,2,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,解题指导,选,h,是该营养级通过呼吸散失的能量，,i,及其它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,CO,2,量大于各,h,产生的,CO,2,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。,B,绘制能量流动与物质循环图的要点,由于物质在生物群落内部可循环流动反复利用，而能量只能是单向流动，因而在生态系统内部绘制能量流动图时，生产者只有来自太阳能的箭头，不会有消费者及分解者或无机环境传来的能量，只有当论及物质循环时，才可能存在,“,相互传递,”,的,“,箭头,”,。另外，只要两者,之间有有机物传递，便伴随着能量的传递，若传递的是无机物则不包含能量,(,此时所需能量不在无机物中,),的传递，仅表示物质循环。,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,(,),.,A.,能量,的总和一定小于生产者所固定的太阳能,总量,B.,生物圈的物质是自给自足的；能量是需要不断补充的,C.D,中包含的生物可能处于食物链的最高营养级,D.,碳以,CO,2,形式进入生物群落又以,CO,2,的形式离开生物群,落返回无机环境,解析：,图中,A,是生产者，,B,、,C,是消费者，,D,是分解者；生产者固定的能量有四个去向：呼吸消耗、流向动物、被分解者利用、留在生产者的体内，图中的总和是呼吸消耗、流向动物、被分解者利用，因此小于生产者所固定的太阳能总量；,D,不是食物链的成员。,答案：,C,1.,稳定性的前提条件,(1),生态系统成分齐全。,(2),能量的输入保持稳定。,(3),物质的输入和输出相对平衡。,2.,稳定性的表现,(1),结构相对稳定：生态系统中动植物种类及数量一般不,会有太大的变化，一般相关种群数量呈现周期性变化，,可用如图曲线表示：,(2),功能相对稳定：生物群落的能量输入与输出相对平衡，,物质的输入与输出保持相对平衡。,3.,稳定性的两个方面,抵抗力稳定性与恢复力稳定性,抵抗力稳定性,恢复力稳定性,实质,保持自身结构功能相对稳定,恢复自身结构功能相对稳定,核心,抵抗干扰、保持原状,遭到破坏、恢复原状,抵抗力稳定性,恢复力稳定性,影响,因素,生态系统的成分越复杂，抵抗力稳定性越强，在遭受同等程度干扰时越容易保持原状,在受到较强程度干扰后，生态系统的成分越简单，则越容易恢复原状，反之，生态系统成分越复杂，遭到破坏后，恢复原状越困难，如黄土高原已很难恢复原状,抵抗力稳定性,恢复力稳定性,联系,图中两条虚线之间的部分表示生态系统功能的正常范围；,y,表示外来干扰使之偏离这一范围的大小，偏离的大小可以作为抵抗力稳定性的定量指标，偏离大说明抵抗力稳定性弱，反之，抵抗力稳定性强，如热带雨林与草原生态系统相比受到相同干扰，草原生态系统的,y,值要大于热带雨林的,y,值；,抵抗力稳定性,恢复力稳定性,联系,x,表示恢复到原状态所需的时间；,x,越大，表示恢复力稳定性越弱，反之，恢复力稳定性越强；,TS,表示曲线与正常范围之间所围成的面积，可作为总稳定性的定量指标，这一面积越大，即,x,与,y,越大，则说明这个生态系统的总稳定性越低,在受到较强程度干扰时，恢复力稳定性与抵抗力稳定性往往成相反的关系，但若受到同等程度干扰时，自动调节能力强的生态系统其恢复力稳定性也往往较高，如同等程度干扰下，草原生态系统比沙漠生态系统恢复原状的能力强。,(2009,福建高考,),下列有关生态系统稳定性的叙述，不正确的是,(,),A.,生态系统具有自我调节能力，这是生态系统稳定性的,基础,B.,生态系统内部结构与功能的协调，可以提高生态系统,稳定性,.,C.,生物多样性对维持生态系统稳定性具有重要作用，,体现了其间接价值,D.,生态系统中的组成成分越多，食物网越复杂，生态,系统恢复力稳定性就越高,解题指导,选 生态系统生物种类越多、营养结构越复杂，抵抗力稳定性就越强，恢复力稳定性就越弱。,D,提高生态系统稳定性的措施,对生态系统的利用要适度，减少对生态系统的干扰。,对人类利用强度较大的生态系统，实施相应的物质和能量的投入。,命题,思路,应用,“,生态系统的能量流动、物质循环及稳定性,”,等基础知识，分析解决现实生活中的实际问题及热点问题，是本考点命题的焦点。如：生态农业问题、合理开发和利用自然资源问题等,命题,角度,(1),常结合食物网综合考查生态系统的,能量,流动,特点及相关计算,(2),结合光合作用与细胞呼吸原理考查,生态,系统,物质循环,(,特别是碳循环,),(3),生态系统稳定性内涵及相关原理,如图为生态系统碳循环示意图，其中甲、乙、丙表示生态系统中的三种成分。,(,),请据图回答：,(1),生态系统的碳循环是指碳元素在,之间不断循环的过程。,(2)X,与甲中图示生物类群的能量来源不同，,X,代表的生物为,；,Y,的细胞结构与丙中图示生物不同，,Y,的细胞结构最主要的特点是,。,(3),大气中的,CO,2,在甲中图示的,处,(,在,a,d,中选择,),合成有机物；含碳有机物在甲中图示的,处,(,在,a,d,中选择,),可以分解为,CO,2,。,(4),化石燃料除燃烧外，还可以通过,途径产生,CO,2,。,解题指导,(1),组成生物体的,C,、,H,、,O,、,N,、,P,、,S,等化学元素，不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落回到无机环境的循环过程，为物质循环。,(2),甲图生物类群能从无机环境中获取二氧化碳，为自养型生物，所以,X,应为化能自养细菌，如硝化细菌。,Y,属于分解者，分解者为营腐生的细菌和真菌等，因此,Y,的细胞结构最主要的特点是有核膜。,(3),甲图中叶绿体基质是合成有机物的场所。有机物的分解发生在细胞质基质和线粒体中。,(4),化石燃料还可通过分解者的分解作用产生二氧化碳。,答案,(1),生物群落与无机环境,(2),化能自养细菌,(,或硝化细菌等,),有核膜包围的细胞核,(3)c,a,和,b,(4),微生物的分解,设计并制作小生态瓶,观察生态系统的稳定性,1.,实习目的：,探究生态系统保持相对稳定的条件。,2.,实习原理：,生态系统的物种组成、营养结构和非生物,因素与其稳定性密切相关。将少量植物、以这些植物,为食的动物和其他非生物物质放入一个密闭的广口瓶,中便制成一个小生态瓶。,3.,生态瓶设计要求及目的,要求,目的,生态瓶必须是密闭的,防止外界生物或非生物因素的干扰,生态瓶中投放的几种生物必须具有很强的生活力，成分齐全,(,具有生产者、消费者和分解者,),生态瓶中能够进行物质循环和能量流动，在一定时期内保持稳定,要求,目的,生态瓶的材料必须透明,为光合作用提供光能；保持生态瓶内温度；便于观察,生态瓶的采光用,较强的散射光,防止水温过高导致水生植物死亡,生态瓶宜小不宜大，瓶中的水量应占其容积的,4/5,，要留出一定的空间,便于操作；瓶内储备一定量的空气,选择生命力强的生物，动物不宜太多，个体不宜太大,减少对,O,2,的消耗，防止生产量,消耗量,4.,生态瓶的观察与结果分析,(1),观察稳定性，可通过观察动植物的生存情况和存活时,间的长短、水质变化等判断生态系统的稳定性。,(2),由于生态瓶中的生态系统极为简单，自动调节能力极,差，所以抵抗力稳定性极低，生态系统的稳定性极易,被破坏。因此，生态瓶内的生物只能保持一定时间的生存。,(3),如果生态瓶是一个开放的生态系统，则生态系统的,成分复杂，自动调节、自我修复和自我延续的能力,强，在没有巨大外界环境干扰的情况下会长期保持,相对稳定。,为观察生态系统稳定性，设计,4,个密闭、透明的生态瓶，各瓶内的组成和条件见下表。经过一段时间的培养和观测后，发现甲瓶是最稳定的生态系统。,(,),生态系统组成,光,水草,藻类,浮游动物,小鱼,泥沙,生态瓶编号,甲,乙,丙,丁,注：,“,”,表示有；,“,”,表示无。,请回答以下问题：,(1),乙瓶中，藻类的种群密度变化趋势为,，原因是,。,(2),丙瓶比甲瓶有较多的有机物，原因是,。,(3),丁瓶与甲瓶相比，氧气含量,，原因是,。,(4),根据观测结果，得出结论：,；,。,解题指导,据表格分析可知：乙瓶无光照，藻类因光合作用无法进行而死亡，种群密度下降。丙瓶与甲瓶相比，少泥沙，分解者很少，无法将该瓶中动植物遗体、动物的排泄物等中的有机物快速分解为无机物。丁瓶与甲瓶相比多小鱼，小鱼进行呼吸作用要消耗水中大量的氧气，因此丁瓶与甲瓶相比，氧气含量低。总结结论的方法：找出该组实验中的自变量与因变量，归纳出自变量与因变量之间的关系。据表格分析甲瓶为对照组，乙瓶、丙瓶、丁瓶都为实验组。,乙瓶与甲瓶相比少光，不久稳定性被破坏，说明光照是维持该生态系统长期稳定的必要条件；丙瓶与甲瓶相比少分解者，不久稳定性被破坏，说明分解者是生态系统中不可缺少的重要组成成分；丁瓶与甲瓶相比多小鱼，消费者过多，也造成稳定性被破坏，说明生态瓶中动物不能过多，过多会破坏食物链，造成生态系统崩溃。,答案,(1),下降缺乏光照情况下藻类不能进行光合作用，不能生长,(2),缺乏泥沙，分解者数量太少，有机物不能被快速分解而累积,(3),少消费者较多，消耗较多的氧气,(4),生态系统应该具有生产者、消费者和分解者以及非生物的物质和能量,(,太阳能,),生产者、消费者以及分解者之间应保持适宜比例，以维持生态系统的相对稳定,1.(2009,江苏高考,),下列,4,种现象中，不适宜用生态系统,中能量流动规律进行合理分析的是,(,),A.,虎等大型肉食动物容易成为濒危物种,B.,蓝藻易在富营养化水体中爆发,C.,饲养牛、羊等动物，成本低、产量高,D.,巨大的蓝鲸以微小的浮游动物为食,解析：,水体富营养化导致蓝藻爆发是因为水体为蓝藻提供了大量的,N,、,P,等矿质元素，并未涉及能量流动问题。能量流动的渠道是食物链，且能量沿食物链传递时，具有单向性和逐级递减的特点，所以食物链越短，能量损失越少。,A,、,C,、,D,均可以利用能量流动规律分析。,答案：,B,2.(2009,广东理基,),如图为某一生态系统的能量金字塔，,其中,、,、,、,分别代表不同的营养级，,E,1,、,E,2,代表能量的形式。下列叙述正确的是,(,),A.,是初级消费者,B.,为分解者,C.E,1,为太阳能，,E,2,为热能,D.,能量可在食物链中循环利用,解析：,能量金字塔反映食物链中各营养级所拥有能量值的大小。能量金字塔的最底层为第一营养级即生产者，,为本金字塔中最高营养级而非分解者。非生物的物质和能量中太阳能被生产者经光合作用固定而进入生物群落。最终被各营养级成分的呼吸作用以热能的形式散失到无机环境。,答案：,C,3.,如图表示生物圈中碳元素的循环过程，下列有关叙述,正确的是,(,),A.,过程代表绿色植物的光合作用,B.,图中,A,、,B,分别代表消费者和生产者,C.,温室效应主要是由,过程造成的,D.,农业生产中的中耕松土可以增大,过程,解析：,化石燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因。表示光合作用，,A,表示分解者，中耕松土对过,程有促进作用。,答案：,C,4.,如图是某生态农场的物质或能量流动图解，则相关叙述,正确的是,(,),A.,该图可表示完整的能量流动图解,B.,作为能量流动图解还应添加一个由太阳能指向农作物,的箭头，不必去掉其他箭头,C.,作为能量流动图解，该图需去掉,(11),、,(12),、,(13),三个,箭头，不必再添加其他箭头,D.,该图所示各箭头可代表物质循环过程，其中除,(11),、,(12),、,(13),外，其余箭头的指向均既包含物质又包含能,量，由此表明物质循环与能量流动同时进行，不可分割,答案：,D,5.,如图是生态系统中碳循环示意图，,“”,表示碳的流动方,向，下列说法正确的是,(,),A.,图中,A,是生产者，,B,、,D,、,E,是消费者，,C,是分解者,B.,该生态系统的成分包括,A,、,B,、,C,、,D,、非生物的物质和,能量,C.,该生态系统中食物网可表示为：,D.E,每增加,1 kg,的体重，至少需要,25 kg,的,A,解析：,从碳循环的过程分析，,A,是生产者，,D,、,E,是消,费者，,B,是分解者，,C,是无机环境中的,CO,2,库，故,A,、,B,两项的叙述是错误的；,C,项食物网表示的是生产者和,消费者之间的关系，不应该包含分解者,B,；根据能量,传递效率,20%,来计算，,E,每增加,1 kg,的体重，至少需要消耗,25 kg,的,A,。,答案：,D,