1、,穩(wěn)態(tài)與環(huán)境,第 30 講,生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán),必修3,生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的基本規(guī)律及其應(yīng)用。,1.(2009廣東理基)下圖為某一生態(tài)系統(tǒng)的能量金字塔，其中、分別代表不同的營養(yǎng)級(jí)，E1、E2代表能量的形式。下列敘述正確的是( ) A.是初級(jí)消費(fèi)者 B.為分解者 C.E1為太陽能，E2為熱能 D.能量可在食物鏈中循環(huán)利用,C,依題意是生產(chǎn)者，是初級(jí)消費(fèi)者，是次級(jí)消費(fèi)者，是三級(jí)消費(fèi)者，E1為生產(chǎn)者利用的能量，應(yīng)是太陽能，E2為各營養(yǎng)級(jí)的生物釋放出的能量，應(yīng)為熱能，故C正確。,2(2010廣東)氣候變化與生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)密切相關(guān)。下表為A、B兩個(gè)不同時(shí)期陸地生態(tài)系統(tǒng)與大氣環(huán)境的

2、碳交換情況。,(1)生態(tài)系統(tǒng)碳的吸收主要是通過 作用實(shí)現(xiàn)的，碳的釋放主要是通過 作用實(shí)現(xiàn)的。 (2)表中 時(shí)期的生態(tài)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，原因是 。 (3)由于過度的人工碳排放，破壞了生態(tài)系統(tǒng)的 ，導(dǎo)致大氣中 增加并引起全球氣候變化。 (4)人們正在積極開發(fā)新能源以減少碳排放。如“葉綠素太陽能電池”是模仿類囊體吸收光能的特征而制造的，類囊體吸收光能的過程發(fā)生在光合作用的 階段；又如經(jīng)改造的藍(lán)藻能在細(xì)胞內(nèi)將光合作用產(chǎn)生的 直接發(fā)酵轉(zhuǎn)化為燃料乙醇。,光合,呼吸,A,碳吸收量等于碳釋放量,碳平 衡,CO2濃度,光反應(yīng),有機(jī)物,本題主要考查學(xué)生的理解能力和獲取信息的能力。碳元素由無機(jī)環(huán)境進(jìn)入生物群落主要依

3、賴于綠色植物的光合作用，而由生物群落回歸無機(jī)環(huán)境則主要依賴于各類生物的呼吸作用。在一個(gè)處于穩(wěn)定狀態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)中，碳吸收量應(yīng)該基本上等于碳釋放量。過度的人工碳排放，破壞了生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)，導(dǎo)致大氣中CO2含量增加并引起全球氣候變暖。光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換發(fā)生在光合作用的光反應(yīng)階段。,一、生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng),生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng),過程:,：生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的能量只能從第一營養(yǎng)級(jí)流向第二營養(yǎng)級(jí)，再依次流向下一個(gè)營養(yǎng)級(jí)，不能逆向流動(dòng)，也不能循環(huán)流動(dòng) ：能量在沿食物鏈流動(dòng)的過程中，逐級(jí)減少，能量在相鄰兩個(gè)營養(yǎng)級(jí)間的傳遞效率是；可用能量金字塔表示 在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，營養(yǎng)級(jí)，能量流動(dòng)過程中消耗的能量越多,特點(diǎn),

4、單向流動(dòng),逐級(jí)遞減,10%20%,越多,(1)可以幫助人們科學(xué)規(guī)劃、設(shè)計(jì)人工生態(tài)系統(tǒng)，使能量得到最有效的利用 (2)可以幫助人們合理地調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)關(guān)系，使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠?。如農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，必須清除雜草、防治農(nóng)作物的病蟲害,研究能量流動(dòng)的意義,二、生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)碳循環(huán) 1.碳在無機(jī)環(huán)境中主要以和形式存在；碳在生物群落的各類生物體中 以的形式存在，并通過在生物群落中傳遞；碳的循環(huán)形式是。 2.碳從無機(jī)環(huán)境進(jìn)入生物群落的主要途徑是；碳從生物群落進(jìn)入無機(jī)環(huán)境的主要途徑有生產(chǎn)者和消費(fèi)者的、分解者的、產(chǎn)生CO2。,CO2,碳酸鹽,含碳有機(jī)物,食物鏈,CO2,光合作用

5、,呼吸作用,分解作用,化石燃料的燃燒,3.過程：,1.生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)。 (1)能量流動(dòng)的源頭是陽光(光能) (2)能量的輸入 相關(guān)生理過程：綠色植物的光合作用將光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能。 輸入的總值：綠色植物通過光合作用固定的光能的總量。,(3)能量的傳遞(如圖所示),途徑：能量是以有機(jī)物的形式沿著食物鏈或食物網(wǎng)這一主渠道而向前傳遞的。 能量的分流：每一營養(yǎng)級(jí)的生物獲得的能量的分配情況。 .被該營養(yǎng)級(jí)生物呼吸作用分解消耗一部分，其中ATP用于生命活動(dòng)，熱能從生物群落中散失到大氣中。對(duì)于生物群落而言，熱能是群落的能量輸出。 .進(jìn)入下一營養(yǎng)級(jí)生物(最高營養(yǎng)級(jí)生物除外)。 .動(dòng)植物遺體、枯枝落葉、糞便

6、等被分解者利用。,能量傳遞的特點(diǎn) .單向流動(dòng)：食物鏈相鄰營養(yǎng)級(jí)生物的吃和被吃關(guān)系不可逆轉(zhuǎn)，能量不能倒流。 .逐級(jí)遞減：每個(gè)營養(yǎng)級(jí)的生物總有一部分不能被下一營養(yǎng)級(jí)利用；每個(gè)營養(yǎng)級(jí)生物都經(jīng)自身呼吸而消耗一部分能量。,(4)能量的散失 散失能量的形式：熱能(對(duì)生物群落而言，相當(dāng)于能量輸出)。 散失能量的產(chǎn)生：通過生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者的呼吸作用分解有機(jī)物而產(chǎn)生的能量，一部分形成ATP被生物利用，另一部分以熱能形式散失到無機(jī)環(huán)境中。,2.生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)。 在生態(tài)系統(tǒng)中，物質(zhì)從非生物的物質(zhì)和能量開始，經(jīng)生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者，又回到非生物的物質(zhì)和能量，完成一個(gè)由簡單無機(jī)物到各種高能有機(jī)化合物，最終又

7、分解為簡單無機(jī)物的生態(tài)循環(huán)。通過該循環(huán)，生物得以生存和繁衍，非生物的物質(zhì)和能量得到更新并變得越來越適合生物生存的需要。在這個(gè)物質(zhì)的生態(tài)循環(huán)過程中，太陽能以化學(xué)能的形式被固定在有機(jī)物中，供食物鏈和食物網(wǎng)上的各級(jí)生物利用。,碳循環(huán) (1)碳的作用：糖、脂肪、蛋白質(zhì)、核酸都是構(gòu)成生物體的基本物質(zhì)，在它們的分子中都含有碳元素。碳元素大約占生物體干重的49%，是有機(jī)化合物的“骨架”，沒有碳就沒有生命。 (2)碳在無機(jī)自然環(huán)境中存在的形式：以CO2和碳酸鹽(石灰?guī)r、珊瑚礁)的形式存在。,(3)碳的循環(huán)形式：碳在無機(jī)環(huán)境與生物群落間是以CO2的形式進(jìn)行循環(huán)的。大氣中的CO2進(jìn)入生物群落，主要依賴于綠色植物的

8、光合作用，使CO2中的“C”變成為有機(jī)物中的“C”，再通過食物鏈進(jìn)入動(dòng)物和其他生物體中，因此從“C”的循環(huán)中可見綠色植物是生態(tài)系統(tǒng)的基石。除此之外，還有化能合成作用的微生物也能把CO2合成為有機(jī)物。生物群落中有機(jī)物中的碳再通過生物體的呼吸作用和微生物的分解作用回到大氣中。,還有一部分生物遺體沒有被分解者分解，轉(zhuǎn)變成為地下的石油和煤等，這部分“C”暫時(shí)脫離循環(huán)，一經(jīng)開采運(yùn)到地面燃燒，仍可產(chǎn)生CO2再返回碳循環(huán)。,在碳的循環(huán)中，森林生態(tài)系統(tǒng)是碳的主要吸收者，每年大約固定361012 kg碳。但是，近年來由于人類大量地采伐森林，再加上燃燒化石燃料以及環(huán)境污染，因而使大氣中的CO2濃度明顯增加，這種趨

9、勢(shì)如果繼續(xù)發(fā)展下去，世界的氣候就可能發(fā)生劇烈變化，后果令人擔(dān)憂。,碳循環(huán)的過程,3.利用有關(guān)碳循環(huán)的知識(shí)解釋“溫室效應(yīng)”的產(chǎn)生原因、危害，并提出一些防止或減緩的措施。 碳循環(huán)開始于綠色植物，通過光合作用使CO2從大氣中進(jìn)入生物群落。產(chǎn)生CO2的途徑有三條：一是微生物分解，二是動(dòng)植物的呼吸，三是化石燃料的燃燒。,由于現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，人類大量燃燒煤和石油等化石燃料，使地層中經(jīng)過千百萬年積存的碳元素在很短時(shí)間內(nèi)釋放出來。再加上人類亂砍濫伐，使森林等植被面積大幅度萎縮，打破了生物圈中碳循環(huán)的平衡，使大氣中二氧化碳的含量迅速增加。這樣，太陽短波輻射可以透過大氣射入地面，而地面產(chǎn)生的長波輻射卻被大氣中

10、的二氧化碳等物質(zhì)所吸收，從而引起大氣變暖的效應(yīng)，即“溫室效應(yīng)”。大氣中的二氧化碳像厚厚的玻璃，使地球變成了一個(gè)大暖房。,溫室效應(yīng)對(duì)生物圈和人類社會(huì)都有著不可忽視的影響?；哪畬U(kuò)大，土地侵蝕加重，旱澇災(zāi)害嚴(yán)重，雨量將增加7 %11 %，由于氣溫升高，會(huì)加快極地冰川的融化，導(dǎo)致海平面上升，進(jìn)而對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)和人類的生存，尤其對(duì)沿海發(fā)達(dá)城市構(gòu)成威脅。,要保持大氣中CO2濃度在0.03 %左右：可以大力推行植樹造林活動(dòng)，同化CO2(增加溫室氣體的去路)；還可以通過改善能源結(jié)構(gòu)，開發(fā)新能源(核能、水能等)，改造廠房、燃油工具等減少CO2的排放量(減少溫室氣體的來源)。,4.能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系 生態(tài)

11、系統(tǒng)的存在是靠物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)來維持的。但是，能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)有本質(zhì)上的區(qū)別：能量流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)各個(gè)營養(yǎng)級(jí)時(shí)是逐級(jí)遞減的，而且是單向的、不循環(huán)的，最終在環(huán)境中消失。物質(zhì)循環(huán)是帶有全球性的，在生物群落與無機(jī)環(huán)境間物質(zhì)可以反復(fù)出現(xiàn)，反復(fù)利用，循環(huán)運(yùn)動(dòng)，不會(huì)消失。,能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的相互關(guān)系,生態(tài)系統(tǒng)中流動(dòng)著的物質(zhì)有著雙重使命。物質(zhì)既是貯存化學(xué)能的運(yùn)輸工具，又是維持生物進(jìn)行新陳代謝活動(dòng)的基礎(chǔ)。可以設(shè)想，如果生態(tài)系統(tǒng)不能獲取并運(yùn)載能量，使能量從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式，能量就會(huì)自由散失，生態(tài)系統(tǒng)就將不復(fù)存在。因此，生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)是緊密聯(lián)系、不可分割的。,當(dāng)前，人類所面臨的許多環(huán)境問

12、題都和生物地化循環(huán)有密切的關(guān)系。例如海洋、湖泊等水域的富營養(yǎng)化問題主要與氮、磷的生物地化循環(huán)有關(guān)；微量元素過多或缺少引起的疾病往往具有明顯的地區(qū)性，如缺碘地區(qū)多出現(xiàn)地方性甲狀腺腫及地方克汀癥；含氟過多的地區(qū)，居民常有地方性氟中毒，出現(xiàn)斑釉齒及氟骨癥；土壤中含鈷量過低的地區(qū)，牲畜易患地區(qū)性干血癆癥。,根據(jù)能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)的不同特點(diǎn)，在應(yīng)用上應(yīng)有不同的側(cè)重。例如在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，提高生物能的利用率和廢物的循環(huán)轉(zhuǎn)化。所說的廢物是指作物秸稈、人畜糞便、雜草、菜屑等。對(duì)于這些廢物傳統(tǒng)的處理方法是直接燒掉或是作為肥料直接肥田，這實(shí)際上是一種浪費(fèi)?？梢园炎魑锝斩挼扔脕戆l(fā)展畜牧業(yè)，用牲畜糞便制沼氣，既為農(nóng)村

13、提供了飼料和能源，又為農(nóng)村增加了肥源。,食物鏈中能量傳遞 如圖所示的一個(gè)食物網(wǎng)(能量傳遞率按10%計(jì)算)，,則相關(guān)敘述正確的是(多選)() A.該食物網(wǎng)中初級(jí)消費(fèi)者是昆蟲，次級(jí)消費(fèi)者是鳥 B.昆蟲屬于第一營養(yǎng)級(jí)，鳥屬于第二營養(yǎng)級(jí) C.若植物固定的太陽能總量為M,昆蟲獲得的總能量為m1，鳥獲得的總能量為m2，則Mm1+m2 D.在鳥類的食物構(gòu)成中，若動(dòng)物性食物和植物性食物各占一半，則鳥類增加能量A時(shí)，生產(chǎn)者需提供能量為55A,CD,由圖可知該食物網(wǎng)有兩條食物鏈：植物鳥，植物昆蟲鳥。昆蟲處在第二營養(yǎng)級(jí)，鳥擁有第二、三兩個(gè)營養(yǎng)級(jí)。若鳥類能量增加A時(shí)，由題意中消耗植物中的能量為0.5A/10%=5A,

14、中消耗植物中的能量0.5A/(10%)2=50A，即共需要生產(chǎn)者提供5A+50A=55A的能量。綠色植物所固定的太陽能總量M是該系統(tǒng)所獲得的總能量，則必有Mm1+m2。,右圖是某生態(tài)系統(tǒng)的食物網(wǎng)簡圖，圖中甲庚代表各種不同的生物，已知各營養(yǎng)級(jí)之間的能量轉(zhuǎn)化效率均為10%，當(dāng)一種生物攝食兩種前一營養(yǎng)級(jí)的生物時(shí)它們被攝食的生物量相等，則丁每增加10千克生物量，需消耗生產(chǎn)者3250千克。,根據(jù)題中信息分析，本題可倒推。丁可通過三條食物鏈獲得能量： 在戊庚丁中消耗戊為：101/21010=500(千克)； 在戊甲丁中消耗戊為：101/2101/210=250(千克)； 在戊己甲丁中消耗戊為：101/21

15、01/21010=2500(千克)。則共消耗戊為:+=500+250+2500=3250(千克)。,碳循環(huán) 我國北方處于平衡狀態(tài)的某森林生態(tài)系統(tǒng)，其碳素循環(huán)如右圖，箭頭和字母分別表示碳素傳遞的方向和轉(zhuǎn)移量。下列選項(xiàng)正確的是() A.夏季，ab+c+e B.秋季，e+fc+f,A,碳素在無機(jī)環(huán)境和生物群落之間的循環(huán)，離不開生產(chǎn)者(主要是綠色植物)。碳素傳遞方向和轉(zhuǎn)移量與能量傳遞方向和轉(zhuǎn)移量是一致的，在題目給出的生態(tài)系統(tǒng)中，a代表綠色植物通過光合作用固定的太陽能，這是流經(jīng)該森林生態(tài)系統(tǒng)的總能量，數(shù)值最大；b代表植物呼吸作用散失到大氣中的能量；,c代表通過食物鏈流到動(dòng)物(各級(jí)消費(fèi)者)體內(nèi)的能量；d代

16、表動(dòng)物的呼吸作用散失到大氣中的能量；e代表植物的殘枝、落葉流到分解者的能量；f代表動(dòng)物流到分解者的能量；g代表分解者的呼吸作用散失到大氣中的能量。在一年中的不同季節(jié)，植物進(jìn)行光合作用的強(qiáng)度不同。,生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的效率10 %20 %。在夏季，處于平衡狀態(tài)的森林生態(tài)系統(tǒng)，植物光合作用所固定的總能量植物呼吸作用所消耗的能量+流到動(dòng)物體的能量+流到分解者的能量，所以A對(duì)，其他選項(xiàng)均錯(cuò)。解答本題的關(guān)鍵在于識(shí)圖，要弄清各個(gè)符號(hào)所代表的物質(zhì)和能量動(dòng)向。,本題在知識(shí)方面主要考查在生態(tài)系統(tǒng)中，碳素循環(huán)的有關(guān)知識(shí)。在能力方面，主要考查考生綜合分析問題的能力，即通過對(duì)北方森林生態(tài)系統(tǒng)的分析，綜合季節(jié)因素，解答碳

17、素在各種生物間傳遞的大致數(shù)量關(guān)系。解答該題不僅要理解生物群落與大氣之間以及生物群落內(nèi)各類生物之間的碳素傳遞關(guān)系，還應(yīng)考慮不同季節(jié)各種生物的生活狀態(tài)。,火災(zāi)常給森林帶來較大危害，但是在某些國家有時(shí)對(duì)寒帶地區(qū)森林中的殘枝落葉等進(jìn)行有限度的人工火燒，以對(duì)森林進(jìn)行資源管理，這種人工火燒的主要目的是() A.消滅森林病蟲害 B.刺激樹木種子萌發(fā) C.加速生態(tài)系統(tǒng)的分解過程 D.提高森林的蓄水能力,C,寒帶地區(qū)溫度低，微生物的代謝活動(dòng)弱，對(duì)有機(jī)物的分解能力低，致使殘枝落葉大量積累，而不能及時(shí)分解，使生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)出現(xiàn)了障礙。對(duì)殘枝落葉進(jìn)行有限度的人工火燒，可以加速殘枝落葉的分解，促進(jìn)了生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循

18、環(huán)。,如何根據(jù)給出的碳循環(huán)示意圖(各個(gè)成分用字母表示)來判斷生態(tài)系統(tǒng)的各種成分呢？如下圖表示碳循環(huán)示意圖：,首先，先找出兩者之間具有雙向箭頭的成分即A和E，一個(gè)為生產(chǎn)者，一個(gè)是大氣中的CO2庫。其中其他各種成分都有箭頭指向A，所以A為大氣中的CO2庫，E為生產(chǎn)者。然后觀察剩余的幾種成分，其中其他生物部分的箭頭都指向C，所以C是分解者，剩余的B、D、F則為消費(fèi)者。整個(gè)圖解中，食物鏈?zhǔn)荅FDB。,能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系 下圖表示一個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)中的食物網(wǎng)，圖中數(shù)字表示該生物的個(gè)體數(shù)量，括號(hào)內(nèi)的數(shù)字表示該生物的平均體重。據(jù)圖回答：,(1)該食物網(wǎng)中占據(jù)第三營養(yǎng)級(jí)的生物有A中的。 (2)若初級(jí)消費(fèi)者中，被除去，則對(duì)該生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的影響最大。 (3)若除去G后，在一定時(shí)間內(nèi)，生產(chǎn)者數(shù)量將。