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第二节生态系统的稳态
第1课时 生态系统中的能量流动和物质循环
1.生态系统中的能量的输入、传递、转化和散失的过程称
为生态系统的能量流动。
2．生态系统的能量流动从生产者固定太阳能开始。
3．能量流动具有单向流动和逐级递减的特点。
4．生态系统中的物质循环是指在生态系统中组成生物体的
C、H、O、N、P、Ca等元素，从无机环境到生物群落，
再回到无机环境的循环过程。
5．在无机环境中，碳主要以CO2和碳酸盐的形式存在。
6．碳循环是指碳元素在生物圈中的循环过程。CO2在绿色
植物和大气之间循环往复的过程是碳循环最简单的途径。
7．大气中CO2浓度升高导致温室效应增强。
8．在生物圈中，物质循环与能量流动同时进行，两者相互
依存，不可分割。
一、生态系统中的能量流动
1．能量流动的概念
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。
2．能量流动的过程
(1)起点：太阳能被生产者通过光合作用转化为化学能固定在有机物中，从而输入到生态系统的第一营养级。
(2)各营养级的能量去向：
①在呼吸作用中以热能的形式散失。
②储存在各营养级生物体内，用于自身的生命活动。这部分能量又有两个去向：
a．通过下一营养级的取食而流入下一营养级。
b．流向分解者。
3．能量流动的特点
(1)单向流动：沿食物链的方向流动。
(2)逐级递减：传递效率为10%～20%。
4．研究能量流动的意义
(1)可以帮助人们在设计人工生态系统时充分考虑能量的有效利用。
(2)可以合理调整生态系统中的能量流动关系，使能量流向对人类最有益的部分。
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二、生态系统中的物质循环
1．物质循环的概念
(1)别称：生物地球化学循环。
(2)循环主体：组成生物体的C、H、O、N、P、Ca等元素。
(3)循环范围：无机环境和生物群落之间。
2．水循环
(1)概念：水以固态、液态和气态在陆地、海洋和大气之间不断循环的过程。
(2)主要环节：降水和蒸发。
(3)影响因素：太阳能和大气环流等因素。
3．碳循环
(1)概念：碳元素在生物圈中的循环过程。
(2)主要存在形式：CO2和碳酸盐。
(3)循环形式：CO2、碳水化合物。
(4)过程：
①光合作用：大气中CO2通过生产者的光合作用进入生物群落。
②呼吸作用：生产者、消费者、分解者的呼吸作用把生物群落中的碳以CO2形式返回大气中。
③燃烧：化石燃料的燃烧使非生物的有机物中的碳以CO2形式返回大气中。
1．判断下列叙述的正误
(1)生态系统中能量的初始来源只有太阳能(×)
(2)在“植物→鼠→鹰”这条食物链中，第三营养级含能量最少(√)
(3)生态系统中生产者固定的能量必然大于消费者得到的能量(√)
(4)沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用(×)
(5)光合作用推动碳循环过程，促进了生物群落中的能量循环(×)
(6)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(√)
(7)植物可通过呼吸作用和光合作用参与生态系统的碳循环(√)
(8)由于过度的人工碳排放，破坏了生态系统的碳平衡，导致大气中CO2浓度增加并引起全球气候变化(√)
2．假若在一个与外界隔绝、没有食物的荒岛上，给你3只鸡(其中2只为母鸡)和20 kg玉米，理论上分析，如何利用它们使你在此荒岛上生存的时间最长( )
A．先吃掉3只鸡，然后再吃玉米
B．先吃尽玉米，然后再吃鸡
C．用玉米喂养母鸡使之产蛋，再吃鸡蛋
解析：选A 先吃掉3只鸡，然后再吃玉米，可以减少能量的散失。
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3．下图为某生态系统能量流动的部分示意图，其中数字为能量值，单位是kJ/(m2·a)。能量在第二营养级和第三营养级间的传递效率为( )
A．16% B．15%
C．12% D．10%
解析：选B 传递效率为各营养级同化量之比，所以第二营养级和第三营养级间的传递效率为20.4/136＝15%。
4．在下列食物链中，假设初级消费者从生产者获得的能量数值相同，提供给猫头鹰能量最多的食物链是( )
A．绿色植物→蚱蜢→青蛙→蛇→猫头鹰
B．绿色植物→鼠→蛇→猫头鹰
C．绿色植物→鼠→猫头鹰
解析：选C 食物链越短，能量在流动过程中散失越少。
5．某河流生态系统的营养结构共有4个营养级，分别以a、b、c、d表示。一年内输入这4个营养级的能量数值如下表所示。该生态系统中初级消费者所属营养级是( )
营养级
a
b
c
d
能量(J·m－2)
141.10×105
15.91×105
0.88×105
871.27×105
A．a B．b
C．c D．d
解析：选A 在生态系统中含能量最多的是生产者，即d；其次是初级消费者，即a。
6．肉类和鸡蛋的价格比粮食和蔬菜高，从生态学的观点看，这是由于( )
A．动物饲养麻烦、花工夫、投资大
B．动物性食物营养价值高
C．食物链延长，能量流失多，动物性食品成本高
解析：选C 动物都是直接或间接以植物为食，相比吃粮食和蔬菜，食物链延长，导致能量散失增多，故在生产过程中成本也提高了。
7．生态系统物质循环的特点不包括下列的( )
A．带有全球性
B．物质是指组成生物体的元素
C．在群落的各营养级之间循环往复
解析：选C 组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素，都不断进行着从无机环境到生物群落的循环，而在生物群落的各营养级之间是单向流动的。
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8．从碳循环的角度看，人体内有机物中的碳元素究其根源是来自( )
A．食物中的碳
B．大气中CO2中的碳
C．非生物环境中的碳酸盐
解析：选B 人体内有机物直接或间接地来自植物，而植物的有机物是通过光合作用形成的，其来自大气中的CO2和水。
1．能量流动的过程
生态系统中的能量流动过程，可以表示为下图。
(1)来源：太阳能。
(2)起点： 从生产者(主要是植物)固定太阳能开始。
(3)渠道：食物链和食物网。
(4)能量变化：太阳光能→生物体中有机物的化学能→热能(最终散失)。
(5)能量在食物链中流动的形式：有机物(食物)中的化学能。
(6)能量散失的主要途径：细胞呼吸(包括各营养级生物本身及分解者的细胞呼吸)；能量散失的主要形式是热能。
2．每个营养级的能量来源和去向
(1)来源
(2)去向：
①自身呼吸消耗，转化为其他形式的能量和热能。
②流向下一营养级。
③残体、落叶等被分解者分解。
④未被利用：包括生物每年的积累量，也包括动植物残体以化石燃料形式被储存起来的能量。
即一个营养级同化的能量＝呼吸消耗的能量＋被下一营养级同化的能量＋分解者利用的能量＋未被利用的能量＝摄入量－粪便中所含能量。
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3．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)传递效率约为10%～20%。计算方法为：
能量传递效率＝×100%。
[思考探究]
1．(1)维持生态系统稳态的动力是什么？
提示：是能量。
(2)初级消费者取食摄入的能量就是其同化的能量吗？
提示：不是。同化量＝摄入量－粪便量。
(3)初级消费者粪便中的能量最终流向分解者，这部分能量包括在“初级消费者流向分解者”的能量中吗？
提示：不包括，这部分能量包括在“生产者流向分解者”的能量中。
(4)从能量流动的特点分析，为什么一条食物链的营养级一般不超过五个？
提示：能量通过四个左右的营养级传递，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。
[题组冲关]
1．下图为某生态系统的能量流动简图，下列叙述错误的是( )
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，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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解析：选D 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；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；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以热能的形式散失；输入该生态系统的总能量是生产者甲固定的太阳能总能量。
2．以下表示动物利用食物的过程，分析正确的是( )
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 恒温动物与变温动物消耗有机物的量在不同温度下是不同的，因此不能确定在不同温度条件下恒温动物的④/③一般高于变温动物。哺乳动物的③/①值应大于20%。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动物的同化量，有利于提高动物的生长量。
不同的生态金字塔能形象地说明营养级与能量、生物量、数量之间的关系，是定量研究生态系统的直观体现。归纳如下：
项目
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
一般为正金字塔形，有时会出现倒金字塔形，如树与树上昆虫的数量关系
正金字塔形
象征含义
能量沿食物链传递过程中具有逐级递减的特点
生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减
生物量(现存生物中有机物的总质量)沿食物链流动逐级递减
每一级含义
食物链中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
每一营养级生物的总生物量
[名师点拨] 能量金字塔也有倒置的
人工生态系统中因能量可人为补充，可能会使能量金字塔呈现倒置状况。如人工鱼塘中生产者的能量未必比消费者(鱼)的多。
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[题组冲关]
3.一片树林中，树、昆虫和食虫鸟的个体数比例关系如右图所示。下列选项能正确表示树、昆虫、食虫鸟之间能量关系的是(方框面积表示能量的大小)( )
解析：选C 从生物的个体数来看，一棵大树上可能有成百上千个昆虫生活着；但是从能量的角度来考虑，一棵大树的总能量要比成百上千个昆虫的总能量多很多。
4.右图表示某一生态系统的能量金字塔，其Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的营养级，E1、E2代表能量的形式。下列叙述正确的是( )
A．Ⅰ和Ⅳ是实现物质循环的关键生态成分
B．该图所示的食物网只有1条食物链：Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ
C．E1表示的能量主要是通过光合作用所固定的能量
D．能量可在食物链中循环利用
解析：选C 图中Ⅰ代表生产者，则E1表示的能量主要是生产者通过光合作用固定的能量。Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ都代表消费者，实现物质循环的关键生态成分是生产者和分解者。每一营养级的生物种类可能有很多，该图所示的食物网可能由很多条食物链组成。生态系统中能量流动是单向的，能量不能循环利用。
1．碳循环
(1)碳循环图示
(2)碳循环解读
①自然界中碳的存在形式：CO2和碳酸盐。碳在生物群落中的存在形式：含碳有机物。
②碳在生物群落和无机环境之间循环是以CO2的形式进行的。碳元素在生物群落中的传递，主要靠食物链和食物网，传递形式为含碳有机物。
③大气中的碳元素进入生物群落，是通过光合作用或化能合成作用而实现的。
④大气中CO2的主要来源
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⑤特点：具有全球性；反复循环利用。
⑥大气中CO2浓度升高，会导致温室效应的发生。
2．物质循环与能量流动的比较
项目
能量流动
物质循环(以碳循环为例)
形式
以有机物为载体
(CO2―→含碳有机物―→CO2)
特点
单向流动、逐级递减
全球性、循环性
范围
生态系统各营养级
生物圈(全球性)
联系
同时进行、相互依存，不可分割
①能量的固定、储存、转移和释放，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往复循环的动力
图示
[名师点拨] 有关碳循环示意图中生态系统成分的判断
(1)首先判断双箭头的两端是生产者和大气中的CO2库，除双箭头外生产者(A)只有发出箭头，大气(B)只有接受箭头。
(2)消费者(C)接受一个箭头而发出两个，分解者(D)则接受两个发出一个，两者之间物质流动方向是从消费者(C)到分解者(D)。
[思考探究]
2．(1)水循环为什么在一定程度上影响着物质在地球上的分布呢？
提示：水是良好溶剂，生态系统内的许多物质都能溶解其中。
(2)温室效应是由于CO2排放量的迅速增加所致，你认为控制温室效应应采取哪些措施？
提示：采取措施：①减少煤、石油等化石燃料的燃烧；②大力植树造林；③开发新能源。
(3)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。
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[题组冲关]
5．关于水循环的叙述，不正确的是( )
A．水在陆地、海洋和大气之间不断循环
B．降水和蒸发是水循环中的两个主要环节
C．水循环受太阳能、大气环流等因素的影响
D．水循环不影响其他物质的循环
解析：选D 水能溶解其他物质，水循环在一定程度上影响着其他物质在地球上的分布。
6.右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。相关叙述，不正确的是( )
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流动
解析：选A 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；生产者所含有机物最多，占有的碳元素也最多；碳元素在生物群落内部以有机物 的形式进行传递，在无机环境与生物群落间主要以CO2的形式进行传递；碳元素可以在生态系统中 反复流动。
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，理清生物在营养级上的差别，能量传递效率为10%～20%，解题时注意题目中是否有“最多”“最少”“至少”等特殊的字眼，从而确定使用10%或20%来解题。
(1)设食物链为A→B→C→D，分情况讨论如下：
已知D营养级的能量为M，则至少需要A营养级的能量等于M÷(20%)3；最多需要A营养级的能量＝M÷(10%)3。
已知A营养级的能量为N，则D营养级获得的最多能量等于N×(20%)3；最少能量＝N×(10%)3。
(2)如果是在食物网中，同一营养级同时从上一营养级多种生物获得能量，且各途径所获得的生物量相等，则按照各单独的食物链进行计算后合并。
(3)在食物网中分析，如 确定生物量变化的“最多”或“最少”时，还应遵循以下原则：
①食物链越短，最高营养级获得的能量越多；
②生物间的取食关系越简单，生态系统消耗的能量越少，如已知D营养级的能量为M，计算至少需要A营养级的能量时，应取最短食物链A→D，并以20%的效率进行传递，即等于M
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÷20%；计算最多需要A营养级的能量时，应取最长的食物链A→B→C→D，并以10%的效率进行传递，即等于M÷(10%)3。
(4)已知较低营养级生物的能量求解较高营养级生物的能量时，若求解“最多”值，则说明较低营养级的能量按“最高”效率传递；若求解“最(至)少”值，则说明较低营养级生物的能量按“最低”效率传递。具体规律如下：
生产者
消费者
[题组冲关]
1.右图所示为某生态系统中的食物网简图，若E种群中的总能量为5.8×109 kJ，B种群的总能量为1.6×108 kJ，从理论上分析，A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
解析：选A 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(5.8×109－1.6×108÷20%)×20%＝1×109 kJ，所以A获得的总能量最多为1×109×20%＝2.0×108 kJ。
2．某同学绘制了如下图所示的能量流动图解，下列叙述不正确的是( )
A．生产者固定的总能量可表示为(A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2)
B．由生产者到初级消费者的能量传递效率为D1/W1
C．初级消费者摄入的能量为(A2＋B2＋C2＋D2)
D．W1＞D1＋D2
解析：选C 由图可知，W1为生产者固定的太阳能，W1＝A1＋B1＋C1＋D1；D1为初级消费者同化的能量，D1＝A2＋B2＋C2＋D2；由于细胞呼吸消耗部分能量，所以W1＞D1＋D2。
3.在右图所示的食物网中，a表示动物性食物所占比例，若鸟要使体重增加x，至少需要生产者的量为y，那么x与y的关系可表示为( )
A．y≥90xa＋10x B．y≤20xa＋5x
C．y≥20xa＋5x D．y≥100xa＋10x
解析：选C 根据能量传递效率为10%～20%，如果能量传递效率为20%，则y为xa/(20%)2＋x(1－a)/20%＝20xa＋5x；如果能量传递效率为10%，则y为xa/(10%)2＋x(1－a)/10%＝90xa
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＋10x；所以20xa＋5x≤y≤90xa＋10x。
4.右图食物网中，假如猫头鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇，能量传递效率按10%计算，那么，猫头鹰若要增加5 g体重需要消耗的植物是( )
A．900 B．1 400
C．1 200 D．1 600
解析：选B 在植物、鼠、兔、猫头鹰食物网中，猫头鹰属第三营养级，可把此食物链简化为一条，即植物―→兔(鼠)猫头鹰，则消耗植物5×4/5÷10%÷10%＝400 g；另一条食物链中猫头鹰为第四营养级，则消耗植物为5×1/5÷10%÷10%÷10%＝1 000 g，所以总共消耗植物为1 400 g。
5.对右图所示的一个食物网(能量传递效率按10%计算)，相关叙述正确的是( )
A．昆虫属于第一营养级，鸟属于第二营养级
B．该食物网中初级消费者只有昆虫，次级消费者只有鸟
C．在鸟类的食物构成中，若动物性食物和植物性食物各占一半，则鸟类增加能量a时，生产者提供的能量为50a
D．若绿色植物固定的太阳能总量为M，昆虫获得的总能量为m1，鸟类获得的总能量为m2，则必有M＞m1＋m2
解析：选D 由图可知该食物网有两条食物链：①植物→鸟，②植物→昆虫→鸟。昆虫处在第二营养级，鸟占有第二、三两个营养级；若鸟类能量增加a时，由题意①中消耗植物的能量为0.5a÷10%＝5a，②中消耗植物的能量为0.5a÷10%÷10%＝50a，即共需生产者提供5a＋50a＝55a的能量；绿色植物所固定的太阳能M是系统所获得的总能量，必有M ＞m1＋m2。
6．有一食物网如下图所示。如果能量传递效率为10%，各条食物链传递到庚的能量相等，则庚增加1 kJ的能量，丙最少含多少能量( )
A．550 kJ B．500 kJ
C．400 kJ D．100 kJ
解析：选A 设丙的能量为x，根据题意，经丙→丁→己→庚传递到庚的能量为0.5 kJ，则需要丙0.5÷(10%)3＝500(kJ)，经丙→戌→庚传递到庚的能量为0.5 kJ，则需要丙0.5÷(10%)2＝50(kJ)，即丙最少含有500＋50＝550(kJ)的能量。
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一、选择题
1．生态系统能量流动主要是研究系统内各营养级及之间的( )
①能量输入 ②能量传递 ③能量转化 ④能量散失
A．①②③ B．①②④
C．①③④ D．①②③④
解析：选D 生态系统的能量流动是系统内各种群的能量输入、能量转化和能量散失，以及种群间的能量传递过程。
2．生态系统中，能量形式转变的顺序是( )
A．光能→化学能→热能 B．热能→光能→化学能
C．化学能→光能→热能 D．光能→热能→化学能
解析：选A 生态系统中的能量流动应从生产者固定太阳能开始，将光能转化为有机物中的化学能，然后依次再被各级消费者利用，最终以热能的形式散失于无机环境中。
3．在“水藻→小鱼→大鱼”组成的食物链中，小鱼不会吃大鱼，但大鱼可以吃小鱼，该食物链的不可逆性，说明在一个生态系统中( )
A．物质循环是单向的 B．能量流动是单向的
C．碳循环是单向的 D．水循环是单向的
解析：选B 在一条食物链中，大鱼吃小鱼，即意味着能量由一个营养级流向下一个营养级，这种流动方向是不可逆的，说明能量流动是单向的。
4．下图为某生态系统的能量流动过程，下列叙述错误的是( )
A．该生态系统中食草昆虫属于初级消费者
B．该生态系统中能量的最终来源是太阳光能
C．该生态系统中的能量在传递过程中是逐级递减的
D．该生态系统中的第一营养级是太阳能
解析：选D 该生态系统中的第一营养级是水稻等植物。
5．a→b→c→d是某生态系统的一条食物链，测得a、b、c、d四种生物所含能量分别为m1、m2、m3、m4。对这一食物链中能量流动的叙述，错误的是( )
A．a所固定的太阳能为流入食物链的总能量
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B．m1、m2、m3、m4之和为该食物链的总能量
C．四种生物所含能量的关系是a＞b＞c＞d
D．四种生物呼吸所消耗的能量的关系是a＞b＞c＞d
解析：选B 流经该生态系统的总能量是生产者a固定的太阳能总量。由于能量流动逐级递减，所以a、b、c、d同化的能量越来越少，其呼吸作用释放的能量也是逐级递减的。
6．大象是植食性动物，有一种蜣螂则专以象粪为食。设大象在某段时间所同化的能量为107 kJ，则这部分能量可流入蜣螂体内的约为( )
A．0 kJ B．106 kJ
C．2×106 kJ D．106～2×106 kJ
解析：选A 象粪中的能量，是大象取食植物后未消化的能量，属于生产者的同化能量的一部分，而大象同化的能量没有流入蜣螂体内。
7.右面是自然界碳循环的简图，对图中甲、乙、丙的分析正确的是( )
A．甲为生产者，乙为分解者，丙为消费者
B．甲为消费者，乙为分解者，丙为生产者
C．甲为分解者，乙为生产者，丙为消费者
D．甲为生产者，乙为消费者，丙为分解者
解析：选A 无机环境中的碳进入哪一营养级，哪一营养级即是生产者，则甲为生产者；生产者、消费者均有所指向的那一类生物应为分解者，则乙为分解者，丙为消费者；且分解者、生产者、消费者均有指向无机环境的箭头，即它们通过呼吸作用产生CO2。
8．下列关于生态系统能量流动和物质循环的关系的叙述，不正确的是( )
A．二者是密切联系的两个过程
B．在能量流动过程中，物质是能量的载体
C．能量是物质循环的动力
D．从能量流动和物质循环的角度来看，生态系统是一个自给自足的系统
解析：选D 组成生物体的各种元素不断进行着从无机环境到生物群落，再回到无机环境的循环，循环的动力来自能量，而物质又是能量的载体，以保证能量从一种形式转变为另一种形式；在全球范围(生物圈)内，物质是循环的，但能量是不循环的。生态系统的物质可以自给自足，但能量需来自系统外。
9．图示某生态系统中，四种生物所同化的有机物的量占该生态系统有机物总量的比例，则这四种生物之间的食物关系最可能的是( )
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A．甲乙丙丁 B．丁甲乙丙
C．甲乙丙乙 D．甲乙丙丁
解析：选A 图示中，甲含能量最多，丁含能量最少，乙、丙所含能量相近。所以甲处在第一营养级，丁处在最高营养级，乙、丙处在同一营养级。
二、非选择题
10．下面为测定某湖泊能量流动情况图解(单位：J/cm2·a)，据图回答问题：
(1)流经该生态系统的总能量是__________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)生态系统中的能量从第一营养级传递到第二营养级，从第二营养级传递到第三营养级，能量传递效率依次是_______，_______，其余的能量最终通过生物的_____________散失。由于生物不能在代谢中利用______，因此，能量流动具有________________的特点。
(3)从生态系统的成分看，D属于________，其分解方式是______________________。
(4)假如A为一片草原，那么最好使能量流向下列4种动物中的________。(填选项)
A．狼 B．羊
C．黄鼬 D．虎
解析：在生态系统中，流经生态系统的总能量是生产者所固定的太阳能总量。生态系统的能量流动过程中从上一个营养级传递给下一个营养级的能量，实际上等于下一个营养级生物同化能量，据此可以进行能量传递效率的计算。研究生态系统能量流动的意义就在于提高能量利用的效率，使能量更多地流向对人类最有益的部分。
答案：(1)生产者所固定的全部太阳能即464.6 J/(cm2·a)
(2)13.5% 20% 呼吸作用 热能 逐级递减、单向流动 (3)分解者 有氧呼吸和发酵 (4)B
一、选择题
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1．下列有关生态系统中能量流动的说法，正确的是( )
①能量的最终来源是太阳光能 ②能量主要通过生产者的光合作用输入生态系统 ③能量流动的主要渠道是食物链或食物网 ④能量散失的过程是“光→生产者→消费者→分解者” ⑤能量流动的特点是单向流动、逐级递减，传递效率一般是10%～20% ⑥位于第一营养级的生物个体数目应比位于第二营养级的生物个体数目多 ⑦研究生态系统能量流动，就是要让能量都进入人体内
A．①②③④ B．①②③⑤
C．①②⑥⑦ D．②③⑤⑦
解析：选B 输入生态系统的最终能量来源是太阳光能，主要是生产者通过光合作用将光能转化为化学能进入生物群落；食物链和食物网是能量流动的渠道；各营养级通过呼吸作用以热能的形式散失能量；能量的流动特点是单向流动、逐级递减，传递效率平均为10%～20%；位于第一营养级的生物量比第二营养级的多，但生物个体数量不一定多；研究生态系统能量流动是研究生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。
2．下列有关生态系统能量流动的叙述，错误的是( )
A．当狼捕食兔子并转化为自身的有机物时，能量就从第一营养级流入第二营养级
B．当狼吃掉一只兔子时，狼不可能获得兔子的全部能量
C．生产者通过光合作用合成有机物，能量就从非生物环境流入生物群落
D．生态系统的能量流动是单向的，逐级递减的
解析：选A 兔子为初级消费者，属于第二营养级，此时狼位于第三营养级，即狼捕食兔子，使能量由第二营养级流入第三营养级。
3．下列关于碳循环的叙述，不正确的是( )
A．生物群落中的碳元素主要是依靠光合作用固定的
B．温室效应主要是由化石燃料的燃烧造成的
C．光合作用固定的CO2与呼吸作用释放的CO2相等时，大气中的CO2即可维持稳定
D．碳循环过程中伴随着能量的流动
解析：选C 大气中CO2的来源除了生物的呼吸作用外，化石燃料的燃烧等也是重要的来源，所以光合作用固定的CO2与呼吸作用释放的CO2相等时，大气中的CO2也不一定能维持稳定。
4．下图表示某水生生态系统的能量金字塔，相关叙述正确的是( )
A．此水生生态系统的能量传递效率不足10%
B．该生态系统的全部食肉动物构成一个种群
C．该生态系统的浮游生物、食草动物、食肉动物构成群落
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D．该生态系统能量流动和物质循环彼此独立
解析：选A 据图中数据计算，可知能量传递效率不足10%；种群是同一种生物的所有个体，全部食肉动物应包括多个种群；群落是各种生物的总和，还包括微生物、植物；能量流动和物质循环是同时进行、相互依存的。
5．下图表示生态系统四种成分之间的关系，以下相关叙述，正确的是( )
A．甲和乙所包含的所有种群构成群落
B．丙代表的一定是原核生物
C．丁可以表示大气中的CO2
D．①代表光合作用，②代表呼吸作用
解析：选C 由图可知，甲是生产者，乙是消费者，丙是分解者，丁可以表示大气中的CO2；①表示捕食关系，②表示呼吸作用，③表示光合作用。
二、非选择题
6．下面为生物圈中碳循环示意图，请根据图回答问题：
(1)碳在大气圈中的主要存在形式是_____，在生物群落中的主要存在形式是________。
(2)碳从无机环境中进入生物群落的途径①表示__________过程，②表示的是_______关系，过程③表示的生理活动主要是在细胞内_______中完成的。④表示的是_______作用。
(3)若图示虚线框中的种群及相互间的关系如右图所示，假设E种群中的能量是5.8×109 kJ，其中有1.3×109 kJ的能量传递给B种群。若能量的传递效率为10%～20%，则A种群的能量至少是____________ kJ。
(4)碳循环的进行伴随着______________，但由于各营养级生物不能利用在代谢中产生的________能，因而能量流动具有____________________的特点。
(5)如果大气层中的CO2
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增多，则会加剧________效应。减缓此效应的措施有：_______________________________(答出一项即可)。
解析：碳在无机环境和生物群落之间以CO2的形式循环，通过光合作用转变为含碳有机物进入生物群落，通过生物的呼吸作用和分解者的分解作用又以CO2的形式进入大气圈。碳在生物群落内部主要通过食物链以含碳有机物的形式流动。由图可知，若E的能量中1.3×109 kJ传递给B，则E的能量中4.5×109 kJ传递给D和C，又因为E到A的两条食物链中，A都是第三营养级，所以A至少得到的是4.5×109×10%×10%＝4.5×107 kJ。物质的循环伴随着能量的流动，能量流动的特点是单向流动、逐级递减。
答案：(1)CO2 含碳有机物 (2)光合作用 捕食 线粒体 分解者的分解(或分解者的呼吸) (3)4.5×107
(4)能量流动 热 逐级递减(或单向流动逐级递减) (5)温室 保护植被，大力植树造林；提高森林覆盖率，严格控制化石燃料的燃烧，并提高能量利用率；开发除化石燃料以外的新能源，如水能、核能、太阳能等，减少CO2的排放量(答案合理或写出上述内容中的任意一项即可)
7．近年来，黄河中下游流域水质富营养化严重，水体发绿发臭时有发生，对渔业和居民生活用水构成严重威胁。请回答：
(1)黄河中下游流域水质恶化主要是由蓝藻、绿藻引起的，从生态系统的营养结构看，蓝藻属于____________。
(2)下表是对黄河中下游流域生态系统营养级和能量流动情况的调查结果，表中A、B、C、D分别表示不同的营养级，E为分解者。Pg表示生物同化作用固定能量的总量，Pn表示生物体贮存的能量(Pn＝Pg－R)，R表示生物呼吸消耗的能量[单位：102 kJ/(m2·a)]。该生态系统中能量从第二营养级传递到第三营养级的效率是________%(保留一位小数)。
A
B
C
D
E
Pg
15.9
870.7
0.9
141.0
211.5
Pn
2.8
369.4
0.3
61.9
20.1
R
13.1
501.3
0.6
79.1
191.4
(3)有人认为黄河中下游流域水体富营养化与水质中富含N、P等矿质元素有关。为了证明水体富营养化是由N和P引起的，因此设计了下面实验。从泛着绿色的池塘中取水，并进行如下处理：
A．静置4 h，倒去上清液，留下藻类，加清水。如此重复3次。
B．再加水至1 000 mL，混匀后分装于甲、乙、丙、丁四个烧杯中。
C．在甲烧杯中加0.3 g洗衣粉(含P)；在乙烧杯中____________；在丙烧杯中加0.15 g洗衣粉和0.15 g尿素；丁烧杯中________________。
D．将甲、乙、丙、丁四个烧杯置于向阳的窗台上培养5 d，取得水样。
①“A”步骤处理的目的是__________________________________________________。
②
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你预计甲、乙、丙、丁四个烧杯中藻类密度最大的是________，理由是______________________。
解析：(1)蓝藻为自养型生物，在生态系统中为生产者，处于第一营养级。(2)根据生态系统能量单向流动、逐级递减的特点可以得出，B、D、A、C分别处于第一、二、三、四营养级，再根据能量的传递效率＝一个营养级同化的能量/上一营养级同化的能量，可得出该生态系统中能量从第二营养级传递到第三营养级的效率是15.9/141.0×100%≈11.3%。(3)本实验的自变量为N和P的有无，可设置不含N也不含P，既含N又含P，含N不含P，含P不含N四种处理；在进行实验前，应除去原来水中的N和P，排除对实验结果的干扰。N、P都是蓝藻生长所必需的矿质元素，故含有N和P的烧杯中藻类生长最好。
答案：(1)第一营养级 (2)11.3% (3)加0.3 g尿素 不加任何物质(或加0.3 g蒸馏水)(注意乙和丁所加物质可互换) ①除去样品水体中原有的矿质元素 ②丙 藻类生长所需的矿质元素N、P等含量丰富
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