生态系统的能量流动和物质循环.
9-4 生态系统能量流动和物质循环
第九单元 第四讲
生态系统的能量流动与物质循环
考点一：生态系统的能量流动
一、能量流动的概念
1.概念：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。 （1）输入 源头：太阳能。 起点：从 生产者固定太阳能 开始。 总能量： 生产者固定的全部太阳能。
（2）传递 传递渠道： 食物链和食物网。 形式：有机物中的化学能
①定量不定时(在足够长的时间内能量的最终去路) a．自身呼吸消耗；b.流入下一营养级(最高营养级 除外)；c.被分解者分解利用。 ②定量定时：流入某一营养级的一定量的能量在一 定时间内的去路可有四条： a．自身呼吸消耗；b.流入下一营养级；c.被分解者 分解利用；d.未利用，即未被自身呼吸消耗，也未被下 一营养级和分解者利用，如果是以年为单位研究，这部 分的能量将保留到下一年，因此“未利用”是指在有限 的时间“还没来得及被利用的能量”。
能量传递效率与能量利用率的区别
下一个营养级同化的能量
1.能量传递效率=
上一个营养级同化的能量
（10％～20％）
2.能量利用率:通常考虑的是流入人体中的能量 占生产者能量的比值或流入最高营养级的能量 占生产者能量的比值。
考法二 能量流动效率复杂计算归类
1. 涉及一条食物链的能量流动的最值计算
设食物链为 A→B→C→D
能量流经第二营养级示意图
呼吸作用以热能形式散失
同化量
初级消费者 摄入量
用于生长、 发育、繁殖
粪便量
下一营养级 分解者分解 未利用
注意： ①入量=同化量＋粪便量
②消费者粪便中的能量不属于该营养级同化的能 量，属于上一营养级的能量
能 量 流 粪便
初级消费者 摄入
经
高中生物知识点总结之生态系统的能量流动和物质循环篇
高中生物知识点总结之生态系统的能量流动和物质循环篇生态系统的能量流动1．能量流动的概述(1)概念：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。
(2)能量流动的四个环节 输入—⎩⎨⎧ 源头：太阳能流经生态系统的总能量：生产者固定的太阳能⇩ 传递—⎩⎨⎧ 途径：食物链和食物网形式：有机物中的化学能 ⇩ 转化—太阳能→有机物中的化学能→热能⇩ 散失—⎩⎨⎧形式：最终以热能形式散失过程：自身呼吸作用2．能量流动的过程(1)能量流经第二营养级的过程①c代表初级消费者粪便中的能量。
②流入某一营养级(最高营养级除外)的能量的去向d：自身呼吸作用散失。
e：用于生长、发育、繁殖等生命活动的能量。
i：流入下一营养级。
f：被分解者分解利用。
j：未被利用的能量。
(2)能量流经生态系统的过程①流经生态系统的总能量：生产者固定的太阳能。
②能量流动渠道：食物链和食物网。
③能量传递形式：有机物中的化学能。
④能量散失途径：各种生物的呼吸作用(代谢过程)。
⑤能量散失形式：热能。
3．能量流动的特点及原因分析(1)能量流动是单向的，原因：①能量流动是沿食物链进行的，食物链中各营养级之间的捕食关系是长期自然选择的结果，是不可逆转的。
②各营养级通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落重复利用，因此能量流动无法循环。
(2)能量流动是逐级递减的原因：①各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。
②各营养级的能量都会有一部分流入分解者。
4．研究能量流动的意义(1)帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。
(2)帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。
(人教版必修3 P99“科学·技术·社会”)生态农业是指运用________原理，在环境与经济协调发展的思想指导下，应用现代生物科学技术建立起来的多层次、多功能的综合农业生产体系。
提示：生态学1．生态系统的能量流动是指能量的输入和散失过程。
生态系统中的能量流动和物质循环
气体循环和沉积型循环虽然各有特点，但都能受能量的 驱动，并能依赖于水循环。生态系统中的物质循环，在自 然状态下，一般处于稳定的平衡状态。也就是说，对于某 一种物质，在各主要库中的输入和输出量基本相等。大多 数气体型循环物质如碳、氧和氮的循环，由于有很大的大 气蓄库，它们对于短暂的变化能够进行迅速的自我调节。 例如，由于燃烧化石燃料，使当地的二氧化碳浓度增加， 则通过空气的运动和绿色植物光合作用对二氧化碳吸收量 的增加，使其浓度迅速降低到原来水平，重新达到平衡。 硫、磷等元素的沉积物循环则易受人为活动的影响，这是 因为与大气相比，地壳中的硫、磷蓄库比较稳定和迟钝， 因此不易被调节。所以，如果在循环中这些物质流入蓄库 中，则它们将成为生物在很长时间内不能利用的物质。
能量金字塔
能量金字塔是指将单位时间内各个营养级所得到的能量 数值，按营养级由低到高绘制成的图形成金字塔形，称 为能量金字塔。从能量金字塔可以看出：在生态系统中， 营养级越多，在能量流动过程中损耗的能量也就越多； 营养级越高，得到的能量也就越少。在食物链中营养级 一般不超过5个，这是由能量流动规律决定的。 能量的研究意义 研究能量流动规律有利于帮助人们合理地调整生态系 统中的能量流动关系，使能量持续高效地流动向对人类 最有益的部分。在农业生态系统中，根据能量流动规律 建立的人工生态系统，就是在不破坏生态系统的前提下， 使能量更多地流向对人类有益的部分。
（4）水华:水华也叫水花、藻花，是湖泊、 池塘等淡水水体中某些蓝藻过度生长的水 污染现象。水华的发生，主要由于氮、磷 等植物营养元素过多所致。（5）赤潮：赤 潮也叫红潮，是因海水的富营养化，致使 某些微小的浮游生物突然大量繁殖和高度 密集而使海水变色的现象。（6 ）生物入侵： 生物入侵在自然界中是普遍存在的，它是 指一种生物进入到以往未曾分布过的地域 并且能够繁衍后代的现象。
生态系统中的能量流动和物质循环
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分类二：海陆间循环、陆地内循环、海上内循环（见图）。
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水循环的基本环节和作用意义（见下表）
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影响水循环的因素
1.自然因素：主要有气象条件（大气环流、风向、风 速、温度、湿度等）和地理条件（地形、地质、土壤、 植被等）。 2.人为因素：对水循环也有直接或间接的影响。人类 活动不断改变着自然环境，越来越强烈地影响水循环 的过程：人类构筑水库，开凿运河、渠道、河网，以 及大量开发利用地下水等，改变了水的原来径流路线， 引起水的分布和水的运动状况的变化（目前人类主要 通过对水循环中的地表径流环节施加影响，以改变水 的空间分布）；农业的发展，森林的破坏，引起蒸发、 径流、下渗等过程的变化；城市和工矿区的大气污染 和热岛效应也可改变本地区的水循环状况。
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二、生态系统的能量流动
能量流动：
在生态系统中，各个营养级的生物都需要能量。 生态系统中能量的输入、传递和散失的过程，称为 生态系统的能量流动。
能量流动的意义：
研究生态系统的能量流动，可以帮助人们合理 地调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高 效地流向对人类最有益的部分。 生态系统中生物之间的最重要联系是通过食物 链和食物网联成一个整体，所以食物链和食物网是 生态系统中能量流动和物质循环的主渠道。
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环境专栏—生态系统相互依存
非洲的毛里求斯，曾有两种特有的生物，一种是渡渡鸟，另一种是大颅 榄树。渡渡鸟是一种不会飞的鸟，它身体大，行动迟缓，样子有点丑陋。由 于没有天敌，它们在树林里建窝孵蛋，繁殖后代。 大颅榄树是一种珍贵的树木，树干挺拔，木质坚硬，树冠秀美。渡渡鸟 在其间生活。 十六七世纪，带着来福枪和猎犬的欧洲人来到毛里求斯。不会飞、跑不 快的渡渡鸟被枪打狗咬，鸟飞蛋打，没有多少年越来越少。1681年，最后一 只渡渡鸟也被人类杀死了！ 奇怪的事情发生了，自从渡渡鸟灭绝以后，大颅榄树也日渐稀少，似乎 患上了不育症。到20世纪80年代，毛里求斯只剩下13株大颅榄树了，眼看这 种树木就要从地球上消失了 1981年，美国生态学家坦普尔来到毛里求斯，他细心地测定了大颅榄树 的年轮，发现树龄正好是300年，也就是说，渡渡鸟灭绝之日，也正是大颅 榄树绝育之时。他终于在找到的一个渡渡鸟遗骸中发现了秘密：在渡渡鸟的 遗骸中发现了几颗大颅榄树的种子，原来渡渡鸟喜欢吃这种树木的果实。 他把大颅榄树的种子给与渡渡鸟比较相似的吐绶鸟吃下后，从粪便中排出种 子的外壳被消化了一层，种在苗圃后，终于发出了新芽。
生态系统的能量流动和物质循环
(4)下表表示图乙生态系统的能量流动情况。
同化总量(106 J) 储存能量(106 J) 呼吸消耗(106 J)
A
900
200
பைடு நூலகம்
700
B
100
15
85
C
15
2
13
D
18
60
12
分析上表可知，流入该生态系统的总能量为________(J)， 从第二营养级到第三营养级的能量传递效率为________。 从能量输入和输出来看，该生态系统的总能量是否增加？__ ______。
第 十第 八二 章讲
高考成功方案 第1步 高考成功方案 第2步 高考成功方案 第3步 高考成功方案 第4步
一、生态系统的能量流动 1．能量流动分析的基本思路(将种群作为整体来研究)
对于生产者来说，能量输入通过 植物的光合作用 ；对 于消费者来说，能量输入来自于 上一个营养级 。
2．能量流动的过程 (1)能量的输入：
(3) 大气中CO2的来源有三个：一是分解者的分解作用； 二是动植物的呼吸作用；三是化石燃料的燃烧。
(4) 实现碳在生物群落和无机环境之间进行循环的关键因 素是生产者和分解者。
2．物质循环与能量流动比较
项目 形式
过程 范围 特点
能量流动
物质循环
光能→化学能→热能 (一般形式)
化学元素
沿食物链(网)单向流 在无机环境和生物群落间
生态系统物质循环过程、特点及相关原理在生 考点二
产实践中的应用 此考点在高考中经常结合能量流动以食物网、 生态农业等形式进行考查，题型包括选择题和非 考情 选择题；在全球减排、发展低碳经济的背景下， 解读 与碳循环相关的原理和过程的考查预计会成为 2013年高考热点。
生态系统的能量流动和物质循环
生态系统的能量流动和物质循环生态系统是由生物群落和非生物环境组成的动态平衡系统，其中能量的流动和物质的循环是维持生态平衡的重要机制。
本文将着重介绍生态系统中能量流动和物质循环的过程，以及它们之间的相互关系和重要性。
一、能量流动能量是生态系统中的基本要素，它驱动着生态系统中各种生物活动的进行。
能量在生态系统中的转化和流动可以通过食物链来解释。
食物链是将生物按照它们在食物关系中的地位和相互间的相互作用关系组织起来的。
比如，一个典型的食物链可以由植物、草食动物、食肉动物构成。
在这个食物链中，能量从植物开始流动。
植物通过光合作用将太阳能转化为化学能，存储在其体内的有机物中。
当草食动物吃下植物时，植物体内的能量也被转移到了它们的体内。
随后，当食肉动物捕食草食动物时，能量又被传递给了食肉动物。
这样，能量就通过食物链逐级传递。
然而，能量在流动的过程中并不会完全转化。
根据生态学的能量流动规律，每个能量级之间只能保留约10%的能量，其余的能量会以热量的形式散失。
因此，由于能量转化效率的限制，食物链中的每个能量级数量都比前一个能量级少，从而形成生态系统中能量的流动和传递。
二、物质循环物质循环是生态系统中重要的生物地球化学过程，它包括了有机物和无机物的生物转化、迁移和再利用。
通常，物质循环可以通过碳循环、氮循环和水循环来说明。
碳循环是生态系统中最重要的物质循环之一。
通过光合作用，植物将大气中的二氧化碳转化为有机碳，然后通过呼吸作用释放出二氧化碳，使之再次进入大气。
这样，碳在大气和生物体之间持续循环。
此外，当植物和其他生物死亡后，它们的有机碳会通过分解或矿化的过程，再次回归到土壤中的无机碳汇中。
氮循环是生物体内氨基酸和蛋白质的形成和分解的过程。
在氮循环中，氮通过植物吸收后被转化为蛋白质，并且传递到其他生物体内。
当植物和动物死亡后，其体内的氮会被分解为氨气并释放到大气中，或被细菌转化为无机氮化合物并再次进入土壤。
这个过程使氮在大气、土壤和生物体之间循环。
能量流动和物质循环的基本规律。
能量流动和物质循环是生态系统中的两个基本过程，它们有着自己的基本规律。
能量流动的基本规律：一方向性：能量在生态系统中呈现单向流动的趋势。
太阳是地球上生态系统能量的主要来源，通过光合作用被植物吸收，并向食物链中的其他生物传递。
能量在生态系统中从生产者向消费者逐级传递，最终以热能的形式散失。
能量逐级转化：能量在生态系统中通过食物链逐级转化。
能量从植物通过食物链传递给草食动物，再传递给肉食动物，形成食物链的级联结构。
每个级别的生物通过摄取其他生物来获取能量，同时将部分能量通过代谢消耗。
能量损失：能量在转化过程中存在损失。
每个级别的生物都会消耗一部分能量用于维持生命活动，如呼吸、运动和生长。
因此，能量在食物链中逐级减少，形成能量金字塔的结构。
物质循环的基本规律：循环性：物质在生态系统中呈现循环的趋势。
无论是无机物还是有机物，都会在生物和非生物之间不断循环和转化。
例如，水循环中的水分从地表蒸发成为水蒸气，形成云和降水，再流回地表水体。
碳、氮、磷等元素也在生物体内和环境之间进行循环和转化。
生物参与：生物是物质循环的重要参与者。
生物通过摄取、代谢和排泄等生命活动，参与了物质循环的各个过程。
例如，植物通过光合作用吸收二氧化碳，并将其转化为有机物质，最终在死亡或被消费后释放出来，进入分解和再循环的过程。
平衡与失衡：物质循环在生态系统中趋向于达到动态平衡。
物质的输入和输出保持相对平衡，使得生态系统内的物质组成相对稳定。
然而，人类活动的干扰可能导致物质循环的失衡，例如过度使用化肥导致氮和磷的过量输入，或者森林砍伐导致碳循环中的失衡。
能量流动和物质循环是生态系统中的重要过程，遵循一定的规律。
它们相互作用，共同维持着生态系统的稳定性和可持续性。
生态系统物质循环和能量流动的关系
生态系统物质循环和能量流动的关系生态系统是指由生物群落、生物环境和非生物因素组成的一个综合体系，是一个相互作用、相互制约的整体。
生态系统中的物质循环和能量流动是生态系统中最为重要的两个过程，它们之间存在着密切的关系。
一、物质循环生态系统中的物质循环是指生物体内、生物体间和生物与非生物环境之间的物质转化和传递过程。
其中，碳、氮、磷等元素的循环是生态系统中最为重要的循环过程。
1.碳循环碳是生命体中的基本元素，是生态系统中最为重要的元素之一。
碳循环是指碳在大气、水、土壤和生物体之间的转化和传递过程。
碳循环的过程包括光合作用、呼吸作用、腐殖作用、化石燃料燃烧等。
在生态系统中，植物通过光合作用将二氧化碳和水转化成有机物质，同时释放出氧气。
而动物通过呼吸作用将有机物质转化成二氧化碳和水，同时释放出能量。
腐殖作用是指有机物质在土壤中被微生物分解的过程，产生的二氧化碳会被释放到大气中。
化石燃料燃烧是指化石燃料中的碳被氧化成二氧化碳和水，释放出能量。
2.氮循环氮是构成生命体的重要元素之一，也是生态系统中最为重要的元素之一。
氮循环是指氮在大气、土壤、水和生物体之间的转化和传递过程。
氮循环的过程包括固氮作用、氨化作用、硝化作用、脱氮作用等。
固氮作用是指将大气中的氮气转化成氨或有机氮的过程，这个过程主要由一些特殊的微生物完成。
氨化作用是指将氮气转化成氨的过程，这个过程主要在土壤中发生。
硝化作用是指将氨转化成亚硝酸和硝酸的过程，这个过程也在土壤中发生。
脱氮作用是指将土壤中的硝酸还原成氮气的过程，这个过程主要由一些特殊的微生物完成。
3.磷循环磷是生物体中的重要元素之一，也是生态系统中重要的元素之一。
磷循环是指磷在土壤、水和生物体之间的转化和传递过程。
磷循环的过程包括矿化作用、吸附作用、生物固定作用等。
矿化作用是指将有机磷转化成无机磷的过程，这个过程主要在土壤中发生。
吸附作用是指磷被土壤颗粒表面吸附的过程，这个过程可以减少磷的流失。
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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
(1)能量金字塔不会出现倒置现象。数量金字 塔在前一营养级的生物个体很大，而后一营 养级的生物个体很小时，会出现倒置现象。 如树林中，树、昆虫和食虫鸟个体数比例关系可形成如右 图所示的数量金字塔。
(2)在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)多。天然生态系统则必须当能量状况表现为金字塔形 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。
养的人数将会
(增多、不变、减少)，理由
是
。
[课堂笔记] (1)玉米、鸡、牛、人之间的食物关系见答案。 (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。
[例1] (2009·全国卷Ⅰ)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由于能量流动是逐级递减的，能量流经每一营养 级时均有损耗，故食物链营养级环节越多，能量 损耗越大，欲减少能量损耗应缩短食物链。
1.下图表示某草原生态系统中能量流动图解，①～④表 相关过程能量流动量。下列有关叙述正确的是( )
A.①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②/①的比值代表草→兔的能量传递效率 D.③和④分别属于草和兔同化量的一部分
2.碳循环 (1)无机环境中存在形式： CO2和碳酸盐 。 (2)生物群落中主要存在形式： 有机物 。 (3)无机环境与生物群落之间的循环形式是 CO2 。 (4)特点：具 全球 性，可 循环 利用。
3.能量流动与物质循环的关系 (1)二者同时进行，彼此相互依存，不可分割。 (2)物质作为能量载体 ，使能量沿着食物链(网)流动；能量作
能量流经第二营养级时的分流情况总结如下：
3.能量流动特点 (1)单向流动
①食物链中，相邻营养级生物的吃与被吃关系不可逆 转，因此能量不能倒流，这是长期自然选择的结果。 ②各营养级的能量总有一部分以细胞呼吸产生热能的形 式散失掉，这些能量是无法再利用的。
(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细胞呼吸以热能形式散失
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)能量传递效率：10%～20%，即输入某一营养级的能
量中，只有10%～20%的能量流入到下一个营养级。
计算方法为：能量传递率＝
×100%。
4.生态金字塔类型
类型 项目
能量金字塔 数量金字塔
[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 CO2 (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
①消费者产生的粪便，不属于该营养级同化的能 量，它实际与上一营养级的遗体、残骸一样，属 于上一营养级“进入分解者”的部分，但消费者 “尿液”中的能量，应属该营养级同化能量的一 部分。
一、生态系统的能量流动 1.概念：生态系统中能量的 输入 、传递、 转化 和散失
的过程。 2.起点：生产者 固定太阳能开始。 3.总量：生产者 固定的太阳能总量 。 4.流动渠道： 食物链 和食物网 。 5.特点：(1)单向流动：能量只能沿着食物链由 低营养级流
向高营养级。
(2)逐级递减 ①每个营养级生物都因 呼吸而散失部分热能。 ②每个营养级生物总有一部分不能被 下一营养级 利用。 ③传递效率为 10%～20% (形象地用 能量金字塔表示 )。
6.过程
7.研究意义 (1)帮助人们科学规划，设计 人工生态系统，使能量得到最
有效利用，实现能量的多级利用 。 (2)帮助人们合理地 调整 生态系统中能量流动关系，使能量
持续高效地流向对人类最有益的部分。
二、物质循环
1.概念：组成生物体的 C、H、O、N、P、S 等元素，不断进
行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的 循环过程，又称为生物地球化学循环 。
解析：流入该生态系统的总能量应该是草同化的总能量。 ①代表的是兔同化的总能量，图中②代表的是狐同化的 总能量。则②/①的比值代表兔→狐的能量传递效率。兔 子粪便中的能量并不是兔子同化量的一部分，而是草同 化量的一部分；兔子遗体残骸中的能量属于兔子同化量 的一部分。
为动力 ，使物质能够不断地在生物群落和无机环境 之间循 环往返。
1.能量的输入
(1)几乎所有的生态系统，其能量来自太阳能。即
光能
有机物中的化学能
(2)特殊的生态系统—深海热泉生态系统
无机物氧化产生的能量
有机物中的化学能
2.能量的传递 (1)传递途径：食物链和食物网。 (2)传递形式：有机物中的化学能。 (3)传递过程(以能量流经第二营养级为例)
(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
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
一般为正金字 塔形
类型 项目
象征 含义
每一阶 含义
生物量金字 能量金字塔 数量金字塔
塔
能量沿食物 链流动过程 中具有逐级 递减的特性
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(