第37讲 生态系统的能量流动和物质循环（原卷版）
本模块为生态系统的功能物质循环与能量流动的基本知识，通过本模块的学习，了解能量流动的过程，能量流动的特点及应用，碳循环过程及特点，物质循环和能量流动的关系及应用等。考纲对本模块内容的具体要求如下：
1．生态系统中物质循环的基本规律及应用（理解应用水平）
2．生态系统中能量流动的基本规律及应用（理解应用水平）
本部分内容命题多为通过某一具体的生态学事例，综合考查考生对生态学能量流动和物质循环的具体应用能力，且该部分曲线图、表、数据等试题信息源，对材料与信息处理能力要求很高。
一、生态系统的能量流动
1.能量流动概念理解
2.每一营养级能量来源与去路的分析
(1)能量来源 生产者的能量主要来自
消费者的能量来自于
(2)能量去向：流入某一营养级(最高营养级除外)的能量可存在如下去向：
①自身
②流入
③被 分解利用
④未被利用(最终也将被分解者利用)
3.能量流动的特点及意义
【巧学助记】界定三类生态金字塔
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。
能量金字塔
数量金字塔
生物量金字塔
形状
特点
正金字塔形即：能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性
一般为正金字塔形，但可能出现“倒置”，如“树→昆虫→鸟”
一般为正金字塔形即：一般生物有机物的总质量沿食物链升高逐级递减
二、生态系统的物质循环
1.概念
2.碳循环
(1)碳的存在形式与循环形式
①在生物群落和无机环境间：主要以 形式循环。
②在生物群落内部：以 形式传递。
③在无机环境中：主要 形式存在。
(2)碳进入生物群落的途径：生产者的 和 。
(3)碳返回无机环境的途径
① ；
② (实质是呼吸作用)；
③ 。
3.碳循环的破坏——温室效应
(1)形成原因：大量化石燃料的燃烧，导致大气中的 含量迅速增加，打破了生物圈中碳循环的平衡。
(2)影响：使 ，加快极地和高山冰川的融化，导致海平面上升，进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁。
【巧学助记】
1.在不同图解中快速确认碳循环各环节
据图示方法可快速推断各图各环节：
(1)大气CO2库——甲中b、乙中c、丙中a、丁中4；
(2)生产者——甲中a、乙中a、丙中e、丁中1；
(3)分解者——甲中d、乙中e、丙中c、丁中3；
(4)判定上述三环节后，消费者无论具有几个营养级都将迎刃而解。
2.物质循环与能量流动的关系
项目
能量流动
物质循环
形式
主要以有机物为载体
无机物、有机物
特点
单向流动，逐级递减
循环往复
范围
生态系统中的各营养级
生物圈(全球性)
联系
同时进行，相互依存，不可分割：①能量的输入、传递、转化和散失，离不开物质的合成和分解；②物质是能量沿食物链(网)流动的载体；③能量是物质在生态系统中循环往复的动力
图示
判断下列说法的对错：
1.食物链各营养级中10%～20%的能量会被分解者利用( )
2.防治稻田害虫，可提高生产者和消费者之间的能量传递效率( )
3.在如图所示的一个农业生态系统中，多途径利用农作物可提高该系统的能量利用效率，沼渣、沼液作为肥料还田，能够实现物质和能量的循环利用( )
4.假设将水稻田里的杂草全部清除掉，稻田生态系统中能量流动的营养级数减少( )
5.直接以低营养级的生物为食将消耗生态系统更多的能量( )
一、 能量流动的概念
例1：关于草原生态系统能量流动的叙述，错误的是( )
A．能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失的过程
B．分解者所需的能量可来自各营养级生物所储存的能量
C．生态系统维持正常功能需要不断得到来自系统外的能量
D．生产者固定的能量除用于自身呼吸外，其余均流入下一营养级
【答案】D
【解析】生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，称为生态系统的能量流动，A项正确；分解者能将动植物遗体和动物的排遗物分解成无机物，动物和植物构成食物链和食物网，所以分解者所需的能量可来自各营养级生物储存的能量，B项正确；地球上几乎所有的生态系统所需的能量都来源于太阳光能，通过生产者的固定使能量流入生态系统，经过食物链和食物网能量逐渐散失，不能重复利用，所以需要不断得到来自系统外的能量，C项正确；生产者固定的能量，去向有自身的呼吸、流入下一营养级、流向分解者，D项错误。
变式训练1：由草、兔、狐组成的食物链中，兔所获得的能量，其去向不包括( )
A．兔呼吸作用释放的能量
B．由兔的粪便流入分解者体内的能量
C．流入狐体内的能量
D．由狐的粪便流入分解者体内的能量
【答案】 B
【解析】 兔的同化能量去向有：一是呼吸作用散失的能量；二是流入下一营养级如狐体内的能量；三是形成的遗体、残骸和排出物等的能量被分解者利用。兔粪便中储藏的能量是没有被兔消化的草的能量，不属于兔同化的能量，因此B选项所述能量既不是兔所获得的能量，也不是兔体内能量的去向。
二、 能量流动的过程
例2：如图表示在某生态系统中，能量流经第二营养级的示意图。对该图分析不合理的是( )
A．能量流动是伴随着物质利用进行的
B．图中甲为初级消费者同化的能量，即第二营养级所含有的能量
C．该图不够完善，缺少甲中因呼吸以热能散失的能量
D．乙比甲的能量少的原因是甲的遗体、残骸中的能量被分解者利用而未传递下去
【答案】 D
【解析】能量是单向流动、逐级递减的，不能循环利用，是伴随着物质利用而进行的，故A项正确；图中甲是初级消费者的同化量，即第二营养级所含有的能量，故B项正确；该图不够完善是因为缺少甲中因呼吸以热能散失的能量，故C项正确；乙比甲的能量少的原因是因为呼吸散失了能量，故D项错误。
变式训练2：如图为某生态系统能量流动的示意图,数字代表能量值,单位是[kJ/(m2·a)]。下列叙述不正确的是( )
A.能量从甲到乙的传递效率为16%
B.甲、乙、丙之间只进行能量流动而不存在信息传递
C.甲通过光合作用将光能转化为化学能,太阳能就输入了第一营养级
D.丙摄入的能量大于同化的能量,多出部分的主要去向是被分解者利用
【答案】B
【解析】能量从甲到乙的传递效率为200/(875+175+200)×100%=16%;甲、乙、丙之间不仅进行能量流动,还进行信息传递;甲通过光合作用将光能转化为化学能,太阳能就输入了第一营养级;丙的摄入能量减去同化的能量,多出部分为丙的粪便量,主要去向是被分解者利用。
如图为某生态系统中能量传递示意图，以下叙述不正确的是( )
A．能量流动是从甲固定的太阳能开始的，流入该生态系统的总能量为1 250 kJ
B．从乙到丙的能量传递效率为15%
C．将乙和丙的粪便作为有机肥还田，可以提高能量传递效率
D．食物链的营养关系一般不可逆转，这决定了能量流动的单向性
【答案】 C
【解析】 能量流动是从甲(生产者)固定的太阳能开始的，流入该生态系统的总能量为175＋200＋875＝1 250 kJ，A项正确；从乙到丙的能量传递效率＝×100%＝15%，B项正确；将乙和丙的粪便作为有机肥还田，可以提高能量的利用率，但不能提高能量的传递效率，C项错误；食物链的营养关系一般不可逆转，这决定了能量流动的单向性，D项正确。
三、 碳循环的过程
例3：如图为某生态系统的碳循环示意图(Ⅰ～Ⅳ表示生态系统的成分，①～⑧表示相关过程)，下列叙述正确的是( )
A．图示的碳循环路径是完整的
B．流经该生态系统的总能量是通过①过程实现的
C．图中以CO2的形式进行的过程有①⑥⑦⑧过程，以含碳有机物的形式进行的过程有②③④⑤
D．图中由生产者、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ构成的食物链中，能量流动是单向、逐级递减的
【答案】 B
【解析】图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别为大气中CO2库、初级消费者、次级消费者和分解者。图中缺少Ⅱ、Ⅲ直接到Ⅰ的碳循环路径(第二营养级和第三营养级的呼吸作用)，故A项错误；流经该生态系统的总能量是生产者通过①(如光合作用)固定的，B项正确；图中①⑦⑧过程以CO2的形式进行，②③④⑤⑥过程以含碳有机物的形式进行，C项错误；食物链中不包括分解者Ⅳ，D项错误。
变式训练3：如图为生物圈循环过程示意图，甲～丁表示生态系统的成分，①～⑦表示过程。下列叙述正确的是( )
A．①、⑤、⑥表示呼吸作用
B．①和②的速率基本相等
C．甲→丙→丁构成捕食食物链
D．③、④、⑦过程中碳以有机物的形式传递
【答案】 D
【解析】①是碳元素进入生物群落的光合作用或化能合成作用，⑤、⑥表示呼吸作用，A项错误；若碳循环能保持平衡，则①和②⑤⑥的速率基本相等，B项错误；丁是分解者，不能和其他生物构成捕食食物链，C项错误；③、④、⑦是群落内部的碳的流动，以有机物的形式传递，D项正确。
四、 物质循环和能量流动的关系
例4：图1是某生态系统碳循环示意图，其中A、B、C、D是生态系统内各生物成分，1、2、3、4、5、6表示有关的生理过程；图2为该生态系统中某一食物链及部分能量流动情况。下列说法正确的是( )
A．在图1中，B、C分别属于初级消费者、生产者
B．图1中能表示细胞呼吸过程的只有2、4、5
C．如果A发生瘟疫，D的数量将先增加后减少最后趋于稳定
D．在图2的食物链中，②/①的比值代表兔与狼(生物之间)的能量传递效率
【答案】 C
【解析】
图1中C是生产者，B是分解者，D是初级消费者，A是次级消费者，A项错误；图中的过程3是分解者的分解作用，其实质也是细胞呼吸，B项错误；如果次级消费者A因发生瘟疫而数量减少，则初级消费者的数量会增加，增加后会导致生产者数量减少，D又会因食物减少而使其数量减少，最后趋于相对稳定状态，C项正确；图2中的①和②代表兔和狼的摄入量而不是同化量，所以②/①的比值不能代表兔与狼(生物之间)的能量传递效率，D项错误。
变式训练4：如图表示某生态系统(部分)的组成及物质和能量流向情况(秃鹫以动物尸体为食)，下列叙述正确的是( )
A．M代表光能，N代表热能，P代表无机盐、CO2
B．共有4条捕食食物链，秃鹫所占有的营养级最多
C．图中狼与秃鹫之间能量传递效率一般为10%～20%
D．群落内部的负反馈调节维持着该生态系统的稳定性
【答案】 D
【解析】依据题意可知，该图表示某生态系统的组成及物质和能量的流向情况，所以M应表示光能和CO2等无机物，N表示生产者、消费者通过细胞呼吸散失的热能和CO2，P表示由分解者分解释放的热能和CO2等，A项错误；秃鹫以动物尸体为食，说明秃鹫属于分解者，不参与捕食食物链的构成，因此图中只有1条捕食食物链，B项错误；能量在相邻两个营养级之间的传递效率一般为10%～20%，但秃鹫属于分解者，C项错误；群落内部的负反馈调节是生态系统自我调节能力的基础，维持着该生态系统的稳定性，D项正确。
1.在生态系统中,营养级越高的生物获得的总能量越少。下列解释错误的是( )
A.各营养级中总有一部分能量被分解者利用
B.能量金字塔顶层的生物数量少需要能量少
C.生物维持自身的生命活动消耗一部分能量
D.各营养级中的能量一部分以热能形式散失
2.用各营养级生物的能量、数量构建的金字塔分别称为能量金字塔、数量金字塔。在某一栎林中,第一营养级生物为栎树,第二营养级生物为昆虫,第三营养级生物为蛙、蜥蜴和鸟,第四营养级生物为蛇。该栎林数量金字塔的示意图是( )
3.生态系统中存在食物链“马尾松→松毛虫→杜鹃”,如图表示松毛虫摄入能量的流动方向,下列叙述正确的是( )
A.该食物链中的生物在数量上呈正金字塔模型
B.松毛虫和杜鹃之间的能量传递效率可用E/A表示
C.由松毛虫流入分解者的能量可用C+D+F表示
D.若迁走全部杜鹃,松毛虫的种群数量将呈“J”型增长
4.在漫长的历史时期内,我们的祖先通过自身的生产和生活实践,积累了对生态方面的感性认识和经验,并形成了一些生态学思想,如:自然与人和谐统一的思想。根据这一思想和生态学知识,下列说法错误的是( )
A.生态系统的物质循环和能量流动有其自身的运行规律
B.若人与自然和谐统一,生产者固定的能量便可反复利用
C.“退耕还林、还草”是体现自然与人和谐统一思想的实例
D.人类应以保持生态系统相对稳定为原则,确定自己的消耗标准
5. 如图为某生态系统中能量传递示意图，以下叙述不正确的是( )
A．能量流动是从甲固定的太阳能开始的，流入该生态系统的总能量为1 250 kJ
B．从乙到丙的能量传递效率为15%
C．将乙和丙的粪便作为有机肥还田，可以提高能量传递效率
D．食物链的营养关系一般不可逆转，这决定了能量流动的单向性
6.某地在建设池塘时,设计了如图所示的食物网,鲫鱼和鲢鱼生活在不同水层。关于该池塘生态系统的叙述,错误的是( )
A.鲫鱼既是初级消费者又是次级消费者
B.消耗等量藻类时,鳜鱼的生长量少于鲢鱼
C.通气可促进水体中生物残骸分解为无机物
D.藻类固定的能量小于流入次级消费者的能量
7.下列有关生态系统物质循环的叙述中,正确的是( )
A.物质循环发生在种群和无机环境之间
B.碳元素在生态系统内循环的主要形式是CO2和碳水化合物
C.物质循环与能量流动是两个相对独立的过程
D.生物圈在物质上不是一个自给自足的系统
8.下列有关碳循环的叙述中,错误的是( )
A.冬季北方人呼吸产生的CO2,能供给南方植物光合作用
B.大力开发和使用清洁能源,能减少CO2的释放量
C.碳元素和能量都能从植物传递给各种动物
D.倡导低碳生活方式的主要方法是提高人均绿地面积
9.下列有关生态系统能量流动的叙述,不正确的是( )
A.太阳能只有通过生产者才能输入生态系统
B.处于稳态时生态系统能量输入与输出相等
C.生态系统的能量最终将以热能的形式散失
D.通过物质多级利用可提高能量的传递效率
10.如图表示某生态系统的碳循环示意图,其中甲、乙、丙、丁为生态系统的组成成分,①～⑦表示生理过程。下列有关该图的分析错误的是( )
A.乙是该生态系统的基石
B.⑦过程中碳的传递形式是CO2
C.①过程主要是指绿色植物的光合作用
D.丙中的多种生物之间只存在竞争关系
11.下列关于生态系统中物质循环、能量流动、信息传递的叙述,正确的是( )
A.富营养化水体出现蓝藻水华的现象,可以说明能量流动的特点
B.信息传递并不都是双向的,生物间的信息传递是长期进化的结果
C.食物链各营养级中10%～20%的能量会被分解者利用
D.无机环境中的CO2可以在某生物群落中循环利用
12.科研人员在同温带草原中选择放牧、割草、围封三种不同利用方式的样地测定湿润年和干旱年的土壤呼吸总量(样地内土壤动物、植被根系和土壤微生物的呼吸总量),结果如图所示。据图分析正确的是( )
A.本实验的自变量只有降水量
B.割草样地的土壤呼吸对降水状况反应最不敏感
C.土壤呼吸是草原生态系统中碳输出的唯一途径
D.水分对草原生态系统的碳循环具有明显影响
13.如图表示某河流中的食物网及其能量流动示意图(图中数字为能量数值,单位是J·m-2·a-1)。回答下列有关问题:
(1)要构成一个完整的生态系统,除了图中含有的成分,还应包
括 等成分。?
(2)浮游植物在生态系统中的作用是? ,?其体内的能量 (填“大于”“等于”或“小于”)输入该营养级的能量,原因是 ? 。?
(3)该食物网中第二营养级与第三营养级之间的能量传递效率为 %(计算保留一位小数)。?
(4)根据图中数据能不能计算浮游植物呼吸作用散失的能量,为什么?? 。?
14.碳排放增加形成的温室效应导致北极海冰的覆盖面积减小,对北极当地物种造成严重威胁,如很多兽群之间彼此远离。如图为北极地区的部分生物形成的食物网,请回答下列问题。
(1)已知北极鳕鱼捕食10 kg浮游动物A可增加2.5 kg质量,捕食30 kg浮游动物B可增加2.5 kg质量,但不能推算出第二、三营养级之间的能量传递效率,原因是 。?
海冰消失造成浮游动物A的栖息地减少,其K值将 ,同时,科学家发现北极鳕鱼大量捕食浮游动物B,这体现了信息传递在该生态系统的功能是 ?
。?
(2)与一般生态系统相比,北极生态系统的抗干扰能力弱,原因是?
;?
碳排放的增加与化石燃料的大量使用有关,化石燃料中的能量在生态系统能量流动中属于 。?
15.图1是生态系统的碳循环部分示意图,其中甲、乙、丙、丁组成该生态系统的生物群落;图2是一个由5种生物组成的食物网;图3所示为桑基鱼塘农业生态系统局部的能量流动,图中字母代表相应能量。据图回答以下问题:
(1)物质循环与能量流动之间的相互内在关系是?
。?
(2)图1中缺少两个重要过程,请用文字和箭头的形式补充: 、 。?
(3)若图2中的乙大量减少,则短期内戊的数量会 。?
(4)若图2食物网中戊摄食丁和丙的比例为3∶1,丙摄食的两种生物所占比例相等,则戊每增加10 kg生物量,按10%的能量传递效率计算,需要消耗生产者 kg。?
(5)图3中的C和B1+C1+D1可表示桑树和蚕用于 的能量。蚕沙(粪便)投入鱼塘供给鱼食用,蚕沙中同化的能量属于第 营养级所含的能量。?
第37讲 生态系统的能量流动和物质循环（解析版）
本模块为生态系统的功能物质循环与能量流动的基本知识，通过本模块的学习，了解能量流动的过程，能量流动的特点及应用，碳循环过程及特点，物质循环和能量流动的关系及应用等。考纲对本模块内容的具体要求如下：
1．生态系统中物质循环的基本规律及应用（理解应用水平）
2．生态系统中能量流动的基本规律及应用（理解应用水平）
本部分内容命题多为通过某一具体的生态学事例，综合考查考生对生态学能量流动和物质循环的具体应用能力，且该部分曲线图、表、数据等试题信息源，对材料与信息处理能力要求很高。
一、生态系统的能量流动
1.能量流动概念理解
2.每一营养级能量来源与去路的分析
(1)能量来源 生产者的能量主要来自太阳能
消费者的能量来自于上一营养级同化的能量
(2)能量去向：流入某一营养级(最高营养级除外)的能量可存在如下去向：
①自身呼吸消耗
②流入下一营养级
③被分解者分解利用
④未被利用(最终也将被分解者利用)
3.能量流动的特点及意义
【巧学助记】界定三类生态金字塔
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。
能量金字塔
数量金字塔
生物量金字塔
形状
特点
正金字塔形即：能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性
一般为正金字塔形，但可能出现“倒置”，如“树→昆虫→鸟”
一般为正金字塔形即：一般生物有机物的总质量沿食物链升高逐级递减
二、生态系统的物质循环
1.概念
2.碳循环
(1)碳的存在形式与循环形式
①在生物群落和无机环境间：主要以CO2形式循环。
②在生物群落内部：以含碳有机物形式传递。
③在无机环境中：主要以CO2和碳酸盐形式存在。
(2)碳进入生物群落的途径：生产者的光合作用和化能合成作用。
(3)碳返回无机环境的途径
①生产者、消费者的呼吸作用；
②分解者的分解作用(实质是呼吸作用)；
③化石燃料的燃烧。
3.碳循环的破坏——温室效应
(1)形成原因：大量化石燃料的燃烧，导致大气中的CO2含量迅速增加，打破了生物圈中碳循环的平衡。
(2)影响：使气温升高，加快极地和高山冰川的融化，导致海平面上升，进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁。
【巧学助记】
1.在不同图解中快速确认碳循环各环节
据图示方法可快速推断各图各环节：
(1)大气CO2库——甲中b、乙中c、丙中a、丁中4；
(2)生产者——甲中a、乙中a、丙中e、丁中1；
(3)分解者——甲中d、乙中e、丙中c、丁中3；
(4)判定上述三环节后，消费者无论具有几个营养级都将迎刃而解。
2.物质循环与能量流动的关系
项目
能量流动
物质循环
形式
主要以有机物为载体
无机物、有机物
特点
单向流动，逐级递减
循环往复
范围
生态系统中的各营养级
生物圈(全球性)
联系
同时进行，相互依存，不可分割：①能量的输入、传递、转化和散失，离不开物质的合成和分解；②物质是能量沿食物链(网)流动的载体；③能量是物质在生态系统中循环往复的动力
图示
判断下列说法的对错：
1.食物链各营养级中10%～20%的能量会被分解者利用( )
【答案】×
【解析】食物链各营养级中10%～20%的能量会被下一营养级生物利用
2.防治稻田害虫，可提高生产者和消费者之间的能量传递效率( )
【答案】×
【解析】防治稻田害虫，目的是调整能量流动关系，使能量流向对人类最有益的部分，而不是提高生产者和消费者之间的能量传递效率。
3.在如图所示的一个农业生态系统中，多途径利用农作物可提高该系统的能量利用效率，沼渣、沼液作为肥料还田，能够实现物质和能量的循环利用( )
【答案】×
【解析】该生态农业充分利用了废弃物中的能量，提高了该系统的能量利用效率，但能量只能单向流动、逐级递减，而不能循环利用。
4.假设将水稻田里的杂草全部清除掉，稻田生态系统中能量流动的营养级数减少( )
【答案】×
【解析】假设将水稻田里的杂草全部清除掉，由于水稻和杂草都属于第一营养级，所以稻田生态系统中能量流动的营养级数不变
5.直接以低营养级的生物为食将消耗生态系统更多的能量( )
【答案】×
【解析】直接以低营养级的生物为食，减少了能量损耗，将获得生态系统更多的能量。
一、 能量流动的概念
例1：关于草原生态系统能量流动的叙述，错误的是( )
A．能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失的过程
B．分解者所需的能量可来自各营养级生物所储存的能量
C．生态系统维持正常功能需要不断得到来自系统外的能量
D．生产者固定的能量除用于自身呼吸外，其余均流入下一营养级
【答案】D
【解析】生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，称为生态系统的能量流动，A项正确；分解者能将动植物遗体和动物的排遗物分解成无机物，动物和植物构成食物链和食物网，所以分解者所需的能量可来自各营养级生物储存的能量，B项正确；地球上几乎所有的生态系统所需的能量都来源于太阳光能，通过生产者的固定使能量流入生态系统，经过食物链和食物网能量逐渐散失，不能重复利用，所以需要不断得到来自系统外的能量，C项正确；生产者固定的能量，去向有自身的呼吸、流入下一营养级、流向分解者，D项错误。
变式训练1：由草、兔、狐组成的食物链中，兔所获得的能量，其去向不包括( )
A．兔呼吸作用释放的能量
B．由兔的粪便流入分解者体内的能量
C．流入狐体内的能量
D．由狐的粪便流入分解者体内的能量
【答案】 B
【解析】 兔的同化能量去向有：一是呼吸作用散失的能量；二是流入下一营养级如狐体内的能量；三是形成的遗体、残骸和排出物等的能量被分解者利用。兔粪便中储藏的能量是没有被兔消化的草的能量，不属于兔同化的能量，因此B选项所述能量既不是兔所获得的能量，也不是兔体内能量的去向。
二、 能量流动的过程
例2：如图表示在某生态系统中，能量流经第二营养级的示意图。对该图分析不合理的是( )
A．能量流动是伴随着物质利用进行的
B．图中甲为初级消费者同化的能量，即第二营养级所含有的能量
C．该图不够完善，缺少甲中因呼吸以热能散失的能量
D．乙比甲的能量少的原因是甲的遗体、残骸中的能量被分解者利用而未传递下去
【答案】 D
【解析】能量是单向流动、逐级递减的，不能循环利用，是伴随着物质利用而进行的，故A项正确；图中甲是初级消费者的同化量，即第二营养级所含有的能量，故B项正确；该图不够完善是因为缺少甲中因呼吸以热能散失的能量，故C项正确；乙比甲的能量少的原因是因为呼吸散失了能量，故D项错误。
变式训练2：如图为某生态系统能量流动的示意图,数字代表能量值,单位是[kJ/(m2·a)]。下列叙述不正确的是( )
A.能量从甲到乙的传递效率为16%
B.甲、乙、丙之间只进行能量流动而不存在信息传递
C.甲通过光合作用将光能转化为化学能,太阳能就输入了第一营养级
D.丙摄入的能量大于同化的能量,多出部分的主要去向是被分解者利用
【答案】B
【解析】能量从甲到乙的传递效率为200/(875+175+200)×100%=16%;甲、乙、丙之间不仅进行能量流动,还进行信息传递;甲通过光合作用将光能转化为化学能,太阳能就输入了第一营养级;丙的摄入能量减去同化的能量,多出部分为丙的粪便量,主要去向是被分解者利用。
三、 碳循环的过程
例3：如图为某生态系统的碳循环示意图(Ⅰ～Ⅳ表示生态系统的成分，①～⑧表示相关过程)，下列叙述正确的是( )
A．图示的碳循环路径是完整的
B．流经该生态系统的总能量是通过①过程实现的
C．图中以CO2的形式进行的过程有①⑥⑦⑧过程，以含碳有机物的形式进行的过程有②③④⑤
D．图中由生产者、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ构成的食物链中，能量流动是单向、逐级递减的
【答案】 B
【解析】图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别为大气中CO2库、初级消费者、次级消费者和分解者。图中缺少Ⅱ、Ⅲ直接到Ⅰ的碳循环路径(第二营养级和第三营养级的呼吸作用)，故A项错误；流经该生态系统的总能量是生产者通过①(如光合作用)固定的，B项正确；图中①⑦⑧过程以CO2的形式进行，②③④⑤⑥过程以含碳有机物的形式进行，C项错误；食物链中不包括分解者Ⅳ，D项错误。
变式训练3：如图为生物圈循环过程示意图，甲～丁表示生态系统的成分，①～⑦表示过程。下列叙述正确的是( )
A．①、⑤、⑥表示呼吸作用
B．①和②的速率基本相等
C．甲→丙→丁构成捕食食物链
D．③、④、⑦过程中碳以有机物的形式传递
【答案】 D
【解析】①是碳元素进入生物群落的光合作用或化能合成作用，⑤、⑥表示呼吸作用，A项错误；若碳循环能保持平衡，则①和②⑤⑥的速率基本相等，B项错误；丁是分解者，不能和其他生物构成捕食食物链，C项错误；③、④、⑦是群落内部的碳的流动，以有机物的形式传递，D项正确。
四、 物质循环和能量流动的关系
例4：图1是某生态系统碳循环示意图，其中A、B、C、D是生态系统内各生物成分，1、2、3、4、5、6表示有关的生理过程；图2为该生态系统中某一食物链及部分能量流动情况。下列说法正确的是( )
A．在图1中，B、C分别属于初级消费者、生产者
B．图1中能表示细胞呼吸过程的只有2、4、5
C．如果A发生瘟疫，D的数量将先增加后减少最后趋于稳定
D．在图2的食物链中，②/①的比值代表兔与狼(生物之间)的能量传递效率
【答案】 C
【解析】
图1中C是生产者，B是分解者，D是初级消费者，A是次级消费者，A项错误；图中的过程3是分解者的分解作用，其实质也是细胞呼吸，B项错误；如果次级消费者A因发生瘟疫而数量减少，则初级消费者的数量会增加，增加后会导致生产者数量减少，D又会因食物减少而使其数量减少，最后趋于相对稳定状态，C项正确；图2中的①和②代表兔和狼的摄入量而不是同化量，所以②/①的比值不能代表兔与狼(生物之间)的能量传递效率，D项错误。
变式训练4：如图表示某生态系统(部分)的组成及物质和能量流向情况(秃鹫以动物尸体为食)，下列叙述正确的是( )
A．M代表光能，N代表热能，P代表无机盐、CO2
B．共有4条捕食食物链，秃鹫所占有的营养级最多
C．图中狼与秃鹫之间能量传递效率一般为10%～20%
D．群落内部的负反馈调节维持着该生态系统的稳定性
【答案】 D
【解析】依据题意可知，该图表示某生态系统的组成及物质和能量的流向情况，所以M应表示光能和CO2等无机物，N表示生产者、消费者通过细胞呼吸散失的热能和CO2，P表示由分解者分解释放的热能和CO2等，A项错误；秃鹫以动物尸体为食，说明秃鹫属于分解者，不参与捕食食物链的构成，因此图中只有1条捕食食物链，B项错误；能量在相邻两个营养级之间的传递效率一般为10%～20%，但秃鹫属于分解者，C项错误；群落内部的负反馈调节是生态系统自我调节能力的基础，维持着该生态系统的稳定性，D项正确。
1.在生态系统中,营养级越高的生物获得的总能量越少。下列解释错误的是( )
A.各营养级中总有一部分能量被分解者利用
B.能量金字塔顶层的生物数量少需要能量少
C.生物维持自身的生命活动消耗一部分能量
D.各营养级中的能量一部分以热能形式散失
【答案】B
【解析】营养级越高的生物,获得的能量就越少,不能满足太多数量的个体所需的能量。
2.用各营养级生物的能量、数量构建的金字塔分别称为能量金字塔、数量金字塔。在某一栎林中,第一营养级生物为栎树,第二营养级生物为昆虫,第三营养级生物为蛙、蜥蜴和鸟,第四营养级生物为蛇。该栎林数量金字塔的示意图是( )
【答案】B
【解析】分析生态系统的数量金字塔需要参考生物个体的大小。第一、二营养级分别是栎树(体型很大)和昆虫,所以第二营养级生物的数量多于第一营养级的;与第二营养级生物相比,第三营养级生物含有的能量少,并且生物个体较大,所以第三营养级生物的数量少于第二营养级的,同理可知蛇的数量会更少。
3.生态系统中存在食物链“马尾松→松毛虫→杜鹃”,如图表示松毛虫摄入能量的流动方向,下列叙述正确的是( )
A.该食物链中的生物在数量上呈正金字塔模型
B.松毛虫和杜鹃之间的能量传递效率可用E/A表示
C.由松毛虫流入分解者的能量可用C+D+F表示
D.若迁走全部杜鹃,松毛虫的种群数量将呈“J”型增长
【答案】B
【解析】该食物链中的生物在能量上呈正金字塔形,而数量上松毛虫的数量多于马尾松,不呈现正金字塔形;松毛虫的同化量是A,杜鹃的同化量是E,能量传递效率可用 E/A表示;由松毛虫流入分解者的能量可用D+F,C表示松毛虫粪便量,属于马尾松的能量;若迁走全部杜鹃,但由于资源和空间是有限的,松毛虫的种群数量将呈现“S”型曲线。
4.在漫长的历史时期内,我们的祖先通过自身的生产和生活实践,积累了对生态方面的感性认识和经验,并形成了一些生态学思想,如:自然与人和谐统一的思想。根据这一思想和生态学知识,下列说法错误的是( )
A.生态系统的物质循环和能量流动有其自身的运行规律
B.若人与自然和谐统一,生产者固定的能量便可反复利用
C.“退耕还林、还草”是体现自然与人和谐统一思想的实例
D.人类应以保持生态系统相对稳定为原则,确定自己的消耗标准
【答案】B
【解析】生产者固定的能量最终均以热能的形式散失,而不能被反复利用。
5. 如图为某生态系统中能量传递示意图，以下叙述不正确的是( )
A．能量流动是从甲固定的太阳能开始的，流入该生态系统的总能量为1 250 kJ
B．从乙到丙的能量传递效率为15%
C．将乙和丙的粪便作为有机肥还田，可以提高能量传递效率
D．食物链的营养关系一般不可逆转，这决定了能量流动的单向性
【答案】 C
【解析】 能量流动是从甲(生产者)固定的太阳能开始的，流入该生态系统的总能量为175＋200＋875＝1 250 kJ，A项正确；从乙到丙的能量传递效率＝×100%＝15%，B项正确；将乙和丙的粪便作为有机肥还田，可以提高能量的利用率，但不能提高能量的传递效率，C项错误；食物链的营养关系一般不可逆转，这决定了能量流动的单向性，D项正确。
6.某地在建设池塘时,设计了如图所示的食物网,鲫鱼和鲢鱼生活在不同水层。关于该池塘生态系统的叙述,错误的是( )
A.鲫鱼既是初级消费者又是次级消费者
B.消耗等量藻类时,鳜鱼的生长量少于鲢鱼
C.通气可促进水体中生物残骸分解为无机物
D.藻类固定的能量小于流入次级消费者的能量
【答案】D
【解析】藻类固定的能量大于流入次级消费者的能量。
7.下列有关生态系统物质循环的叙述中,正确的是( )
A.物质循环发生在种群和无机环境之间
B.碳元素在生态系统内循环的主要形式是CO2和碳水化合物
C.物质循环与能量流动是两个相对独立的过程
D.生物圈在物质上不是一个自给自足的系统
【答案】B
【解析】物质循环发生在生物群落和无机环境之间;物质是能量的载体,能量是物质循环的动力,物质循环与能量流动是相辅相成、不可分割的两个过程;生物圈在物质上是一个自给自足的系统,但是由于能量是逐级递减的,所以必须不断地从外界补充能量。
8.下列有关碳循环的叙述中,错误的是( )
A.冬季北方人呼吸产生的CO2,能供给南方植物光合作用
B.大力开发和使用清洁能源,能减少CO2的释放量
C.碳元素和能量都能从植物传递给各种动物
D.倡导低碳生活方式的主要方法是提高人均绿地面积
【答案】D
【解析】倡导低碳生活方式的主要方法是减少二氧化碳的排放,开发利用清洁能源。
9.下列有关生态系统能量流动的叙述,不正确的是( )
A.太阳能只有通过生产者才能输入生态系统
B.处于稳态时生态系统能量输入与输出相等
C.生态系统的能量最终将以热能的形式散失
D.通过物质多级利用可提高能量的传递效率
【答案】D
【解析】物质经过多级利用,提高了能量利用率,但不能提高能量的传递效率。
10.如图表示某生态系统的碳循环示意图,其中甲、乙、丙、丁为生态系统的组成成分,①～⑦表示生理过程。下列有关该图的分析错误的是( )
A.乙是该生态系统的基石
B.⑦过程中碳的传递形式是CO2
C.①过程主要是指绿色植物的光合作用
D.丙中的多种生物之间只存在竞争关系
【答案】D
【解析】由图可知,乙、丙、丁都指向甲,因此甲是非生物的物质和能量,根据双向箭头可判断出乙是生产者,生产者是生态系统的基石;⑦过程表示通过呼吸作用释放出CO2;①过程将CO2输入到生物群落中,主要是指绿色植物的光合作用;丙中多种生物之间可能存在捕食关系。
11.下列关于生态系统中物质循环、能量流动、信息传递的叙述,正确的是( )
A.富营养化水体出现蓝藻水华的现象,可以说明能量流动的特点
B.信息传递并不都是双向的,生物间的信息传递是长期进化的结果
C.食物链各营养级中10%～20%的能量会被分解者利用
D.无机环境中的CO2可以在某生物群落中循环利用
【答案】B
【解析】富营养化水体出现蓝藻水华是大量有机污物排到江湖中导致藻类大量繁殖,为物质循环的再生利用,说明物质循环反复性,而能量流动是单向的;食物链由生产者和消费者构成,分解者不是食物链的成分;物质循环指生物群落与无机环境之间循环。
12.科研人员在同温带草原中选择放牧、割草、围封三种不同利用方式的样地测定湿润年和干旱年的土壤呼吸总量(样地内土壤动物、植被根系和土壤微生物的呼吸总量),结果如图所示。据图分析正确的是( )
A.本实验的自变量只有降水量
B.割草样地的土壤呼吸对降水状况反应最不敏感
C.土壤呼吸是草原生态系统中碳输出的唯一途径
D.水分对草原生态系统的碳循环具有明显影响
【答案】D
【解析】本实验的自变量还有对样地的利用方式;由柱形图可以看出:割草样地湿润年土壤呼吸总量大于干旱年最明显,故割草样地的土壤呼吸对降水状况反应最敏感;土壤呼吸不是草原生态系统中碳输出的唯一途径;由图可知:无论哪种草原利用方式,湿润年土壤呼吸总量总是大于干旱年,故水分对草原生态系统的碳循环具有明显影响。
13.如图表示某河流中的食物网及其能量流动示意图(图中数字为能量数值,单位是J·m-2·a-1)。回答下列有关问题:
(1)要构成一个完整的生态系统,除了图中含有的成分,还应包
括 等成分。?
(2)浮游植物在生态系统中的作用是? ,?其体内的能量 (填“大于”“等于”或“小于”)输入该营养级的能量,原因是 ? 。?
(3)该食物网中第二营养级与第三营养级之间的能量传递效率为 %(计算保留一位小数)。?
(4)根据图中数据能不能计算浮游植物呼吸作用散失的能量,为什么?? 。?
【答案】(1)非生物的物质和能量、分解者
(2)将无机物制造成有机物,同时固定太阳能 小于 输入浮游植物的能量有一部分通过呼吸作用以热能的形式散失
(3)29.2
(4)不能,图中数据不含浮游植物流入分解者中的能量(和其未被利用的能量)
【解析】(1)图中的食物链(网)属于生态系统的营养结构,只涉及生态系统中生物成分中的生产者和消费者,而一个完整的生态系统除了营养结构外,还包括非生物的物质和能量、分解者。
(2)浮游植物属于生产者,它是生态系统中的基石。它通过光合作用将无机物制造成有机物,同时固定太阳能。输入该营养级的能量包括呼吸作用散失的能量,用于生长、发育和繁殖的能量,由此可知其体内的能量小于输入该营养级的能量。
(3)该食物网中第二营养级的同化量为3 700+4 200=7 900 (J·m-2·a-1),第三营养级的同化量为840+210+1 260=2 310 (J·m-2·a-1),该食物网中第二营养级与第三营养级之间的能量传递效率为(2 310÷7 900)×100%≈29.2%。
(4)图中数据没有体现浮游植物流入分解者中的能量,因此无法计算浮游植物呼吸作用散失的能量。
14.碳排放增加形成的温室效应导致北极海冰的覆盖面积减小,对北极当地物种造成严重威胁,如很多兽群之间彼此远离。如图为北极地区的部分生物形成的食物网,请回答下列问题。
(1)已知北极鳕鱼捕食10 kg浮游动物A可增加2.5 kg质量,捕食30 kg浮游动物B可增加2.5 kg质量,但不能推算出第二、三营养级之间的能量传递效率,原因是 。?
海冰消失造成浮游动物A的栖息地减少,其K值将 ,同时,科学家发现北极鳕鱼大量捕食浮游动物B,这体现了信息传递在该生态系统的功能是 ?
。?
(2)与一般生态系统相比,北极生态系统的抗干扰能力弱,原因是?
;?
碳排放的增加与化石燃料的大量使用有关,化石燃料中的能量在生态系统能量流动中属于 。?
【答案】(1)根据捕食情况无法得知北极鳕鱼呼吸作用消耗的能量,不能推出北极鳕鱼的同化量,且无法得知浮游动物A、B的同化量(合理即可) 降低 调节生物种间关系,以维持生态系统的稳定
(2)营养结构简单;温度低,分解者分解作用较弱(合理即可) 未被利用的能量
【解析】(1)北极鳕鱼捕食浮游动物A或浮游动物B,其增重的量为其用于生长发育繁殖的能量,而北极鳕鱼的同化量包括两个去向,即呼吸作用散失的能量和用于生长发育繁殖的能量,而题目中没有给定也无法推出北极鳕鱼呼吸作用消耗的能量,再者浮游动物A、B的同化量也无法推出,因此不能推算出第二、三营养级之间的能量传递效率。由北极鳕鱼和浮游动物B之间的捕食关系,可体现信息传递在该生态系统的功能是调节生物种间关系,以维持生态系统的稳定。
(2)由于北极生态系统的营养结构简单,温度低,分解者分解作用较弱,因此它与一般生态系统相比,北极生态系统的抗干扰能力较弱。化石燃料中的能量是未被分解者利用的能量。
15.图1是生态系统的碳循环部分示意图,其中甲、乙、丙、丁组成该生态系统的生物群落;图2是一个由5种生物组成的食物网;图3所示为桑基鱼塘农业生态系统局部的能量流动,图中字母代表相应能量。据图回答以下问题:
(1)物质循环与能量流动之间的相互内在关系是?
。?
(2)图1中缺少两个重要过程,请用文字和箭头的形式补充: 、 。?
(3)若图2中的乙大量减少,则短期内戊的数量会 。?
(4)若图2食物网中戊摄食丁和丙的比例为3∶1,丙摄食的两种生物所占比例相等,则戊每增加10 kg生物量,按10%的能量传递效率计算,需要消耗生产者 kg。?
(5)图3中的C和B1+C1+D1可表示桑树和蚕用于 的能量。蚕沙(粪便)投入鱼塘供给鱼食用,蚕沙中同化的能量属于第 营养级所含的能量。?
【答案】(1)物质循环以能量流动作为动力,能量流动以物质循环作为 载体
(2)无机环境→丁 甲→丙
(3)增加
(4)2 125
(5)自身生长、发育、繁殖等生命活动 一
【解析】(1)物质循环以能量流动作为动力,能量流动以物质循环作为 载体。
(2)图1中,丁是生产者,甲和乙是消费者,丙是分解者,因此图中还缺少无机环境→丁的光合作用过程和甲→丙的过程。
(3)图2中,若乙大量减少,则丙同化的能量增多、个体数量增加,进一步导致戊增多。
(4)若图2食物网中戊摄食丁和丙的比例为3∶1,丙摄食的两种生物所占比例相等,则戊每增加10 kg生物量,按10%的能量传递效率计算,由甲→丁→戊这条食物链需要消耗甲10×÷10%÷10%=750 (kg)。由甲→丙→戊这条食物链需要消耗甲10×÷10%×÷10%=125(kg)。由甲→乙→丙→戊这条食物链需要消耗甲10×÷10%×÷10%÷10%= 1 250(kg),因此共需要消耗生产者(甲)750+125+1 250=2 125(kg)。
(5)图3中,流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能总量,应是A;桑树呼吸作用所散失的热能可用B表示,图中的C表示净光合作用,是桑树生长、发育、繁殖等生命活动的所需的能量,B1+C1+D1属于蚕用于蚕生长、发育、繁殖等生命活动。蚕沙中所含的能量是蚕未同化的能量,仍属于其上一个营养级,即属于第一营养级所含的能量。
