生态系统的物质循环和能量流动

学生用书1．如图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。请据图回答以下问题：(1)流经图中生态系统的总能量为________(填字母)，桑树呼吸作用所散失的热能可用图中的____________(填字母)来表示，图中的C和B1＋C1＋D1可分别表示桑树和蚕用于________________________________________________________________________的能量。(2)蚕同化的能量D＝________________(填字母)，正常情况下D/C的比值________(填“大于”、“小于”或“等于”)10%。将蚕沙(粪便)投入鱼塘供给鱼食用，蚕沙中所含的能量属于第________营养级所含的能量。(3)人工建立该生态系统的目的是实现对能量的____________________，从而提高能量的________。解析：(1)流经该生态系统的总能量为桑树通过光合作用所固定的太阳能总量，即A；生产者桑树所固定的太阳能总量有一部分通过生产者的呼吸作用以热能的形式散失，即图中的B，另一部分则储存在生产者体内的有机物中用于生产者的生长、发育和繁殖等生命活动，即图中的C；图中D表示蚕同化的能量，D＝A1＋(B1＋C1＋D1)，A1表示蚕以呼吸作用散失的热能，B1＋C1＋D1表示蚕用于自身生长、发育和繁殖等生命活动的能量。(2)能量从第一营养级桑树流向第二营养级蚕的传递效率为D/A，一般来说，D/A在10%～20%之间，而D/C的比值要大于D/A，因此，D/C大于10%；蚕粪便中的能量属于生产者(第一营养级)所含的能量。(3)桑树可以喂蚕，蚕沙可以喂鱼，蚕和鱼可以供人类利用，该人工生态系统实现了能量的多级利用，提高了能量的利用率。答案：(1)AB自身生长、发育、繁殖等生命活动(2)A1＋B1＋C1＋D1大于一(3)多级利用利用率2．2015年2月2日是第19个世界湿地日。湿地与海洋、森林一起并称为地球的三大生态系统，由于湿地独特的水文条件，使得湿地生态系统具有与其他生态系统不同的特点，对全球气候变化有重要影响。下表是湿地生态系统与其他部分生态系统碳(有机碳)储量的比较。请回答：生态系统面积/106hm2单位面积碳储量/t·hm－2植被土壤总计湿地35043643686热带森林1755121123244北方森林137264343407苔原9506128134农田160028082(1)碳循环是组成生物体的碳元素在________________之间不断循环的过程，生态系统的有机碳主要是通过__________________(过程)将大气中的无机碳固定下来的。(2)从表格数据看出，湿地生态系统将有助于缓解温室效应，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。目前，湿地生态系统面积正逐步缩小，退耕还湖、还湿地势在必行，还湿地过程中生物群落的演替类型为____________演替。(3)与热带森林相比，北方森林虽然植被碳储量较小，但土壤中碳储量较高，其主要原因是________________________________________。(4)生态学家对某湿地生态系统的营养结构和能量流动情况进行调查，得到如图1所示的食物网和图2中的能量数据，据图回答下列问题：①第一营养级的能量除了一部分流向下一营养级，别的去向有______________________________________________________(至少答两项)。②能量在第一营养级和第二营养级之间的传递效率为________。解析：本题以湿地生态系统的碳储量特点为背景，考查生态系统中碳循环的过程、能量流动的过程和特点、群落演替的类型等相关知识。第(1)题重在考查物质循环的概念、碳的固定途径。第(2)题从表格数据进行分析，结合初生演替和次生演替的概念来判断演替的类型。第(3)题相比热带森林，北方森林因温度低，分解者的分解能力弱。第(4)题中①从某营养级能量去向来分析，②计算时要特别注意第二营养级包括B和D两种生物，并根据图2中的能量值判断各种生物所处的营养级。答案：(1)无机环境与生物群落绿色植物的光合作用(2)湿地生态系统能将大量的碳储存在土壤中，有利于减少大气中的CO2含量次生(3)北方气温低，土壤中微生物的分解能力弱(4)①自身呼吸消耗、流向分解者、未利用②18.52%3．图甲是某草原生态系统中碳循环模式图，图中A、B、C、D表示生态系统的成分，①②③为特定的生理过程，图乙表示该系统中部分生物间的食物关系。请据图分析回答：(1)图乙中的生物对应图甲中的____________(用字母表示)。在①、③过程中碳以____________形式进行循环。(2)若植食性动物粪便中的能量为M，呼吸作用消耗的能量为R，用于自身生长、发育和繁殖等生命活动的能量为N，则该植食性动物的同化量可表示为____________。若杂食性动物的食物中草占1/3，则其体重增加30kg，需消耗草____________kg(能量传递效率按10%计算)。(3)该草原曾发生过火灾，但此后又慢慢恢复，这属于群落的____________演替。从生态系统的角度分析，这体现了生态系统的自我调节能力，这种能力的大小取决于____________，基础是____________。解析：(1)碳循环模式图中的生物成分有生产者、消费者和分解者，非生物成分是大气中的CO2。各种生物成分都通过呼吸作用产生CO2，所以都有箭头指向大气中的CO2，因此A是大气中的CO2；生产者和大气中的CO2之间是双箭头，因此D是生产者；由此可知B是消费者，C是分解者。①过程指生产者通过光合作用固定大气中的CO2，③过程指分解者通过呼吸作用将CO2释放到大气中，因此这两个过程中的碳都以CO2形式循环。(2)植食性动物同化量的去向包括呼吸作用散失的能量和用于自身生长、发育和繁殖等生命活动的能量，植食性动物粪便中的能量不属于植食性动物同化的能量，而属于植物固定的能量。杂食性动物体重增加30kg，需消耗草的量为30×(1/3)÷10%＋30×(2/3)÷10%÷10%＝2100(kg)。(3)群落演替分为初生演替和次生演替两种类型。火灾后的草原保留着原有的土壤条件，而且土壤中还保留了部分植物种子或地下茎等繁殖体，因此属于次生演替。生态系统的调节能力大小取决于生态系统组分的多少(如食物网的复杂程度、营养结构的复杂程度等)，生态系统自我调节能力的基础是负反馈调节。答案：(1)B、DCO2(2)N＋R2100(3)次生生态系统组分的多少(如食物网的复杂程度、营养结构的复杂程度等)负反馈调节4．甲图表示某草原生态系统的食物网简图，其中E(20000kJ)表示牧草一年固定的太阳能总量，E1、E2、E3(E1＋E2＋E3＝3000kJ)分别表示牲畜、昆虫和鼠三者同化的能量。牧草呼吸消耗的能量为2500kJ，牲畜、昆虫和鼠三者呼吸消耗的能量为600kJ，三者粪便中的能量为500kJ。乙图表示该草原中某一种群的λ随时间变化的曲线。据图回答相关问题：(1)甲图中鹰与狐狸的关系是________。该食物网中由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为________。(2)乙图曲线所示种群在前5年种群数量的变化类型是________增长，在1～20年中种群数量最多的是第________年，第20～30年中种群的增长率为________。解析：(1)据图甲分析，鹰以狐狸为食，同时鹰和狐狸又都以鼠为共同的食物，鹰和狐狸之间的关系表现为捕食和竞争。能量传递效率指的是相邻两个营养级同化能量的比值，由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为300020000×100%＝15%。(2)据图乙λ变化曲线可以看出，该种群在前5年的λ值不变(且大于1)，说明种群的数量每年以一定的倍数增长，所以该种群在前5年种群数量的变化类型是“J”型增长。只要λ大于1，种群数量就增长；只要λ小于1，种群数量就下降。1～20年中种群数量最多的是第10年。该种群在第20～30年中的λ＝1，所以种群的增长率为0。答案：(1)捕食和竞争15%(2)“J”型1005．某地为解决生活污水(以有机物为主)的净化问题，而建立了一个人工湿地，该人工湿地中的生物主要有芦苇、荷花、藻类、轮虫以及人工放养的鱼和鸭等。如图为该人工湿地生态系统的碳循环图解，请据图回答问题：(1)流经该人工湿地的总能量为______________________________________。(2)图中的A、B、D共同构成了____________，碳在①②两个过程中分别主要以________________________形式进行传递。(3)鱼类属于图中的________(填字母)，它们在生态系统的物质循环中具有________作用。我们常用________________________法调查鱼类的种群密度。(4)人工湿地中的芦苇、荷花属于挺水植物，绿藻属于浮游植物，黑藻属于沉水植物，这一现象体现了群落具有________结构。调查发现，在芦苇和荷花占种群优势的池塘中，不易发生水体富营养化现象，你认为原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)当人工湿地遭到生活污水的轻微污染时，主要通过________________、________________和微生物的降解作用消除污染，河流中的生物种类和数量不会受到明显的影响。解析：(1)输入该生态系统的能量有生产者固定的光能，另外，分解者还可以利用污水中有机物的化学能。(2)A、B、D分别代表生产者、分解者和消费者，它们共同组成了生物群落。①为消费者D呼吸作用释放的二氧化碳进入大气；②代表消费者遗体中的有机物被分解者分解利用。(3)调查动物种群密度的常用方法是标志重捕法。(4)植物的分层现象体现了群落的垂直结构。芦苇和荷花在生长过程中吸收水体中的N、P等矿质元素，使水体中的矿质元素大大减少，另外，其枝叶伸展在空中遮蔽投向水体的阳光，从而使藻类不能获得生长所需的足够的矿质元素和光照。(5)生活污水中有一些大分子颗粒状物质，首先通过物理沉降进入池底，其中的有机物主要是通过分解者的分解作用而降解的，对于一些不稳定的化合物，可通过化学分解的方式被分解掉。答案：(1)(生产者固定的)光能和生活污水中有机物的化学能(2)生物群落二氧化碳、有机物(3)D促进(物质循环的)标志重捕(4)垂直藻类不能获得生长所需的足够的矿质元素和光照(必须答出两方面，合理即可)(5)物理沉降化学分解6．(2015·江苏苏北四市模拟)某自然保护区地震后，据不完全统计，植被毁损达到30%以上。图1为该地区人为干预下恢复过程的能量流动图，图2表示恢复过程中某种群的种群密度对种群的出生率和死亡率的影响。请回答：图1图2(1)如图1所示，输入该生态系统的能量主要是________________________________________________________________________________。(2)图1中A表示________________，图中未利用部分的能量在生物体内的存在形式是____________________。(3)如图1所示，除生产者外其他营养级需要补偿能量输入的原因是______________________________________________________________________