课件30张PPT。第二节 生态系统的稳态
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(一)生态系统中的能量流动学习目标：1.举例说明生态系统中的能量流动
2．理解能量流动的特点及原因
3．明确研究能量流动的目的
能力目标：1.能运用能量流动的知识分析相关生态学问题
2．发展读图能力和概括能力
情感目标：1.通过学习培养可持续发展观
2．加深对STS相互关系的认识
3．提高环境保护的意识情景导引
假如某人流落在荒凉的孤岛上，只有少
量玉米和几只可供宰杀的公鸡。为了
生存更长时间，你会建议他先吃哪种食物呢？ 核心要点突破知能过关演练（一）基础自主梳理基础自主梳理一、能量流动的概念和作用
1．概念
生态系统中能量的_____、_____和_____的过程，称为生态系统中的能量流动。
2．作用
在生态系统中，各个营养级的生物都需要能量，能量是维持生态系统稳态的______。
二、能量流动的过程
1．输入生态系统的总能量：等于_______固定太阳能的总量。输入传递散失动力生产者2．起点：从_______固定太阳能开始。
3．能量流动的途径：________和________。
(1)生态系统能量流动中，能量以太阳光能→生物体内有机物中的_______→热能散失的形式变化。能量在食物链的各营养级中以_______中化学能的形式流动。
(2)生态系统能量流动中能量散失的主要途径是通过食物链中各营养级生物本身的细胞呼吸及分解者的_____作用，主要以_____形式散失。生产者食物链食物网化学能有机物分解热能4．能量流动的特点
(1)单向流动：能量只能从第一营养级流向____________，再依次流向_____________。
(2)逐级递减：能量在沿食物链传递的过程中，每个营养级的______________都会消耗相当多的能量，由一个营养级传递到下一个营养级的能量平均约为______。第二营养级下一个营养级生物代谢活动10%5．能量流动的模型：如果将单位时间内各个营养级所得的能量数值，由低到高绘制成图，可形成一个金字塔形，叫做___________。
三、研究能量流动的目的
在农业生产中推广生态农业，研究生态系统能量流动的规律，是为了提高生态系统的____________，使其朝向对人类最有益的方向进行。能量金字塔能量转化效率核心要点突破1．能量的输入
(1)生态系统的能量来源：太阳能。
(2)起点：生态系统的能量流动是从生产者通过光合作用固定太阳能开始的，因此生态系统能量流动的起点是生产者。
(3)输入生态系统的总能量：全部生产者经过光合作用固定的太阳能的总量。(4)能量流动的途径：食物链和食物网。能量的变化情况是：太阳能→生物体中的化学能→热能。因此热量是能量流动的最终归宿。
2．能量的散失
(1)形式：热能。
(2)过程4．能量流动的特点
(1)单向流动
①食物链中各营养级的顺序是不可逆转的，因为捕食关系不可逆转，这是长期自然选择的结果。
②各营养级的能量大部分以呼吸作用产生的热能的形式散失，这部分能量是不能被重复利用的。(2)逐级递减
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呼吸作用消耗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。
(3)传递效率平均约为10%。
特别提醒
能量通过四个左右的营养级，已减少到不足以维持下一个营养级的生命活动的程度，所以一条食物链中营养级一般不超过五个。A．图中方框的大小可表示该营养级生物所具有的能量多少
B．该图中C所具有的能量约为B的10%
C．该图中的A表示流经该生态系统的总能量
D．图中所示四个营养级的能量关系为：
A≥B＋C＋D
【尝试解答】 D【解析】 本题考查能量流动的起点、传递及特点等。【互动探究】 (1)图解中的能量流动过程中能量的转化形式是怎样的？B→C过程中又是怎样转化的？
(2)B营养级的生物个体数量一定比A少吗？举例说明。
【提示】 (1)光能→有机物中的化学能→热能，有机物中的化学能→热能和有机物中的化学能。
(2)不一定，如A为一棵树，B为树上植食性昆虫。跟踪训练 (2010年高考山东卷)以下表示动物利用食物的过程。
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解析：选C。恒温动物相对于变温动物来说，代谢强，所以呼吸代谢消耗量相对多，有机物积累少，④/③值一般低于变温动物；相邻两个营养级的能量传递效率是10%～20%，哺乳动物与其上一个营养级(食物)之间的传递效率应表示为③/(①＋未获取量)；提高圈养动物的生长量应该提高③/②值，这样才能促使有机物积累；食肉动物与食草动物的③/②值无法比较。1．计算某一个营养级一段时间的能量变化
输入＝输出＋未利用。
输入：该营养级全部个体同化的能量。
输出：呼吸消耗的能量＋被分解者分解释放的能量＋传递给下一营养级的能量。
2．计算某一个生物群落一段时间的能量变化
输入＝输出＋未利用。
输入：该生物群落中生产者固定的全部太阳能。
输出：该生物群落中所有生物(包括分解者)的呼吸作用释放的能量。3．温带地区一年四季中生物群落的能量波动
春末～秋初：生物群落总能量逐渐增加。
秋末～来年早春：生物群落总能量逐渐减少。
4．在一个动态平衡的生态系统中，长期来看，各营养级的能量输入基本等于能量输出，即生物群落内总能量基本稳定。
5．(1)若一食物网中，已知最高营养级增重为N：
①要求最多需第一营养级多少时，按最长食物链，最低传递效率计算。
②要求至少消耗第一营养级多少时，按最短食物链，最高传递效率计算。(2)若一食物网中，已知第一营养级重量M：
①要求最高营养级最多获得多少能量时，应按最短食物链，最高传递效率计算。
②要求最高营养级最少获得多少能量时，应按最长食物链，最低传递效率计算。
以上措施可表述为： 如图所示为某生态系统中的食物网简图，若E种群含有的总能量为5.8×109 kJ，B生物种群所含有的能量为1.6×108 kJ，从理论上分析，A生物种群获得的总能量最多是( )
A．2.0×108 kJ B．2.32×108 kJ
C．4.2×108 kJ D．2.26×108 kJ
【尝试解答】 A【解析】 本题考查能量流动的计算。从图中可以看出，E的能量传递有三条途径，但只有两条途径能传递到A。所以C和D获得的总能量为5.8×109 kJ×20%－1.6×108＝1×109 kJ，所以A获得的能量最多为1×109×20%＝2.0×108 kJ。
【规律方法】 有关生态系统的能量计算问题有食物链如下：A→B→C。
如果已知A求C，计算至少(至多)获得的能量，则用A的能量连续乘以10%(20%)；如果已知C求A，计算至少(至多)需要的能量，则用C的能量连续除以20%(10%)。跟踪训练 在如图所示的食物网中，假如猫头鹰的食物有2/5来自于兔子，2/5来自于鼠，1/5来自于蛇，那么猫头鹰若增加 20 g体重，最少需要消费植物( )
A．600 g B．900 g
C．1600 g D．5600 g解析：选B。通过食物链(植物→兔→猫头鹰)，猫头鹰增重20 g×2/5＝8 g，最少需要消费植物的量为8 g×5×5＝200 g；通过食物链(植物→鼠→猫头鹰)，猫头鹰增重20 g×2/5＝8 g，最少需要消费植物的量为8 g×5×5＝200 g；通过食物链(植物→鼠→蛇→猫头鹰)，猫头鹰增重20 g×1/5＝4 g，最少需要消费植物的量为4 g×5×5×5＝500 g。所以合计需要消费植物200 g＋200 g＋500 g＝900 g。 一片树林中，树、昆虫和食虫鸟的个体数比例关系如右图所示。下图中能正确表示树、昆虫、食虫鸟之间的能量流动关系的是(选项方框面积表示能量的多少)( )【尝试解答】 C
【解析】 从生物个体的数量看，一棵大树上可能生活着成百上千只昆虫，但从能量的角度来考虑，一棵大树要比成百上千只昆虫的能量多得多。跟踪训练 若许多昆虫生活在一棵大树上，鸟又以该树上的昆虫为食。则下图中能正确描述以上3种生物数量金字塔的是(上层代表鸟，中层代表昆虫，下层代表大树)( )
解析：选C。在“树→昆虫→鸟”这条食物链中，一棵大树上生活有成百上千只昆虫，鸟的数量肯定比昆虫少。课件45张PPT。(二)生态系统中的物质循环学习目标：1.举例说明生态系统的物质循环的过程及其特点
2．理解生态系统的碳循环
3．理解生态系统的物质循环和能量流动的关系
能力目标：1.学会分析生态系统中的碳循环的过程及其特点
2．能进行生态系统中的物质循环和能量流动的关系分析和应用
3．联系实际分析温室效应产生的原因及造成的危害，探讨避免温室效应的措施情感目标：1.通过探究活动学习，培养开拓创新精神和创新能力的意识
2．通过了解土壤微生物的分解作用，形成对自然和社会的责任感，树立人与自然和谐发展的观念，形成科学的价值观情景导引
秋天，勤劳的环卫工人清扫街道上,的落叶后运往垃圾场，落叶中的各种,营养被“运走了”，使得土壤中的含量,有所减少，说明人类的活动可以影响物质循环和不同库中物质的含量。你认为这种分析有道理吗？ 核心要点突破实验探究创新知能过关演练（二）基础自主梳理基础自主梳理一、生态系统中的物质循环
1．概念：又称为_______________，是指在生态系统中，组成生物体的C、H、O、N、P、Ca等元素，不断进行着从________到__________，再回到__________的循环。
2．与能量流动的关系
物质循环的_____来自能量，而物质又是能量的_____，保证能量从一种形式转变为另一种形式，物质循环与能量流动相伴随。生物地球化学循环无机环境生物群落无机环境动力载体思考感悟
1．既然物质是循环的，为什么人们还不断向农田中施加氮肥？
【提示】 物质在生物圈范围内是循环的。农田中不断有粮食产出，所以要不断施加氮肥。大气环流蒸发生命活动营养物质4．人类活动影响——水体富营养化
(1)原因：水体中______含量过多。
(2)结果：______等过度繁殖导致生态系统的稳态被破坏。
?思考感悟
2．碳在生物群落中以什么形式传递？
【提示】 碳水化合物。N、P藻类二、物质循环与能量流动的区别与联系
1．区别：物质循环的特点不同于能量流动，物质可以被生物群落_________，而能量流动是_____的、逐级递减的，是_______的。
2．联系：生态系统的主要功能是进行能量流动和物质循环，二者同时进行，彼此相互依存，不可分割。使生态系统的各组成成分紧密地联系在一起，形成一个统一的整体。物质循环的动力来自能量，而物质又是能量的______，以保证能量从一种形式转变为另一种形式。反复利用单向不循环载体核心要点突破1．碳循环过程(2)特点
①碳循环的形式：主要是CO2。
②碳在自然界中的存在形式：CO2和碳酸盐。
③碳在生物体内的存在形式：含碳有机物。
④碳进入生物体的主要途径：绿色植物的光合作用。
⑤碳在生物体之间传递的途径：食物链和食物网。
⑥碳进入大气的途径：
a．动、植物的呼吸作用；
b．分解者的分解作用；
c．化石燃料等的燃烧。2．氮循环的过程【规律总结】 两种物质循环的比较3.水循环
水是组成生物体的重要成分，约占体重的60%～95%，体内进行的一切生化反应都离不开水。地球上的水通过蒸发、降雨、植物的蒸腾、吸收等过程反复循环，如下图。特别提醒
(1)物质循环中的物质是指组成生物体的基本元素，而不是化合物。(2)物质循环的范围是生物圈，具有全球性、循环性的特点。 (2009年高考重庆卷)如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CO2量与各h产生的CO2总量相等
B．生产者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
【思路点拨】 本题考查某森林生态系统的物质循环和能量流动的相关问题。解答本题可从以下几个方面分析：
(1)明确每一营养级的能量来源和去路。
(2)明确碳循环的具体途径。
(3)正确分析示意图所提供的信息解答问题。【尝试解答】 B
【解析】 据图判断：h表示各营养级呼吸消耗的有机物；i表示被下一个营养级摄入的有机物；k表示通过生物的遗体、粪便等流入分解者的有机物。进入该系统的二氧化碳量，即生产者固定的二氧化碳量，大于各营养级的h分解产生的二氧化碳总量，故A错误；流向分解者的有机物(k)经分解者分解为二氧化碳和无机盐后才能被生产者利用，故C错误；在生态系统中，物质可循环利用，能量只能单向流动，不能循环利用，故D错误。跟踪训练 下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CO2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CO2。
(4)化石燃料除燃烧外，还可以通过____________________途径产生CO2。解析：通过绿色植物光合作用或某些化能自养型生物的合成作用(常见的有硝化细菌等)，把大气中的二氧化碳和水合成为糖类等有机物。生产者合成的含碳有机物被各级消费者所利用。生产者和消费者在生命活动过程中，通过呼吸作用，又把二氧化碳释放到大气中。生产者和消费者的遗体被分解者所利用，分解后产生的二氧化碳也返回到大气中。另外，由古代动植物遗体变成的煤和石油等，被人们开采出来后，通过燃烧把大量的二氧化碳排放到大气中，也加入到生态系统的碳循环中。由此可见，碳在生物群落与无机环境之间的循环主要是以二氧化碳的形式进行的。在植物细胞中，二氧化碳在叶绿体中被利用，又可通过呼吸作用在细胞质基质和线粒体中分解产生。
答案：(1)生物群落与无机环境
(2)化能自养型细菌(或硝化细菌等) 有核膜包围的细胞核 (3)c a和b (4)微生物的分解生态系统中的各种组成成分——非生物成分、生产者、消费者和分解者，正是通过能量流动和物质循环，才紧密地联系在一起，形成一个统一的整体，图解如下：特别提醒
任何一个生态系统的能量流动和物质循环都保持着相对的平衡，这是一个生态系统相对稳定的重要保证。 下图为某生态系统中，能量流动与物质循环关系示意图[图中△为有毒物质浓度百万分之一(即10－6)，能量单位：kJ·cm－2·a－1]。请回答：(1)从完成生态系统功能的角度，简要说明生产者的重要作用是___________________________________
_____________________________________________________________________________________。
(2)该生态系统的总能量是__________kJ·cm－2·a－1。
(3)用图中数值计算能量从A到B的传递效率是____________________，其余的能量最终通过生物的__________散失。由于生物在代谢中不能再利用__________，因此能量流动具有____________________的特点。(4)图中无机物箭头指__________、__________和CO2等物质的流动过程。图中D是__________，通过它们的__________和__________两种分解方式，将生物组织内的碳放回空气中。
(5)在生态系统中，碳循环始终与__________结合在一起进行。
(6)从生态因素的角度看，存在于__________中的有毒物质，经__________高度浓缩，在__________越高的生物体内浓度越大。【尝试解答】 (1)能量流动、物质循环的基础 (2)466 (3)13.5% 细胞呼吸 热能 单向流动、逐级递减
(4)水 无机盐 分解者 有氧呼吸 无氧呼吸(发酵) (5)能量流动 (6)无机环境 食物链 营养级【解析】 这是一道全面考查生态系统结构和功能知识的学科内综合题。首先要分析图中各符号所代表的含义，图中所示的是一个生态系统，箭头所示为这个生态系统的能量流动和物质循环的方向。我们知道流经该生态系统的总能量是来自生产者所固定的太阳能，能量在各营养级的传递过程中是单向流动、逐级递减的，其去路有三个方向：一是各营养级的生物在分解有机物用于生命活动时，总有一部分能量以热能的形式散失；二是大部分的能量未被下一个营养级所利用，其排泄物等流入分解者中；三是只有小部分流入下一个营养级。所以流经该生态系统的总能量应该是生产者中能量的三个去路之和：97＋306＋63＝466。
由A到B的能量传递效率＝63÷466×100%＝13.5%，依此类推。跟踪训练 (2011年江苏启东中学高二检测)在自然生态系统中，物质是能量的载体，下列叙述正确的是( )
A．能量可驱动物质循环
B．物质和能量可循环利用
C．能量只能沿捕食链流动
D．能量和生物数量金字塔均可倒置解析：选A。物质是能量的载体，物质循环伴随着能量流动，所以能量可驱动物质循环。在生态系统中，物质可循环利用，而能量是单向流动的，可沿捕食链流动，也可沿寄生、腐生链流动；一般情况下，随着食物链延长，能量越来越少，且不可逆。实验探究创新水体富营养化的实验探究
你面前有A、B、C三个水样，它们是通过如下处理获得的：
从泛着绿色的池塘取水，静置4小时，倒去上清液，留下藻类。再加清水，静置4小时，再倒去上清液，留下藻类。重复3次。最后加水至900 mL。
将900 mL藻液搅拌均匀，分别倒入3只300 mL烧杯中继续培养。A烧杯中加入0.3 g洗衣粉和0.3 g尿素，B烧杯加入0.3 g 尿素，C烧杯中不加其他物质。在向阳的窗台上培养5天，得到水样A、B、C。
根据上述处理过程回答如下问题。
(1)如何通过实验大致计算出3个水样中绿藻的密度哪个大哪个小？
________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)前处理中第一步处理的目的是什么？
____________________________________________________________________________________。(3)如果已知洗衣粉中含有一定量的磷，并且你的检测结果表明加入洗衣粉和尿素的烧杯中藻类生长得最好。这可以说明什么问题？
____________________________________________________________________________________。
(4)上述实验不能证实氮和磷在藻类大量繁殖和生长中谁更重要，如何完善上述实验过程来证实这一点？
____________________________________________________________________________________。(5)池塘中藻类大量繁殖和生长称为“水体富营养化”。大多数远离城市的天然池塘，施入一定的氮肥，常常不能引起池塘富营养化；而施入一定的磷肥后，很快引起池塘富营养化。上述实验的合理解释你认为可能是什么？
________________________________________________________________________________________________________________________________【解析】 氮、磷是植物的主要营养元素，人类过多地使用氮肥、磷肥等会使水体和土壤中氮、磷的含量增多，过多的氮、磷流入水体会造成水体的富营养化，使藻类等过度繁殖，进而破坏生态系统的稳态。天然水体中往往缺少磷，从而磷元素成为制约藻类过度繁殖的因素。【答案】 (1)可分别检测3个水样，即随机各检测5个样品，平均藻类个体数多的样品密度大，反之密度小
(2)使水质贫营养化，以便进行后面的实验
(3)协调的营养(一定的N、P比)可促进藻类的生长发育，也是水质富营养化的原因之一
(4)加设一个烧杯，其中只加入洗衣粉而不加尿素
(5)天然池塘可能富含固氮细菌，因而磷元素成为制约因素【实验链接】 水体富营养化的危害
(1)水体的富营养化是指湖泊、河流、水库等水体中氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。
(2)水体富营养化的危害：过多的氮磷流入水体可能造成水体富营养化，使水生植物(藻类等)过度繁殖，在淡水体中形成“水华”，在海洋中形成“赤潮”，进而导致生态系统的稳态被破坏。
具体分析如下：水体中N、P增加→藻类等浮游植物过度繁殖→大量植物死亡，被好氧细菌分解→消耗水中溶氧，水体缺氧→水生生物死亡
