专题五 物质循环和能量流动
●复习建议
生态系统的重要功能就是能量流动和物质循环。能量流动以绿色植物固定太阳能开始，以食物链(网)为流动渠道，使生态系统中的各种消费者和分解者都可以得到赖以生存的能量，与此同时，生产者利用环境中的无机物合成的糖类等化合物也以各种形式进入各级消费者和分解者体内，为它们提供了各种必需的化学元素，各营养级生物最终再将这些化学元素释放回无机环境中去。能量逐级消耗，故具有单向流动、逐级递减的特点，而物质经过各消费者及分解者，最终又会进入无机环境供绿色植物再次利用，故具有可再利用的显著特点。
本部分内容要求深入理解能量流动和物质环境的概念，以及具体过程，明确二者之间相辅相成的关系，并能与其他相关知识点联系起来，灵活运用到具体实践中去，提高综合能力。
本专题内容在2000年广东卷、2003年全国卷中均有考查，而且由于与生活实际及当前的粮食、资源、污染等问题密切相关，出大题的可能性较大。
根据本专题的特点和高考要求，要认识到：生命在于运动，生态系统的存在也在于运动，而这个运动的形式就是能量流动和物质循环，离开了能量流动和物质循环，生态系统就失去了其意义，也就不再称其为生态系统了。物质能量流动和物质循环包含的内容比较多，相关的知识点分布也较广，既要在宏观上有一个整体的概念，又要在微观上掌握各具体过程的进行，形成完整的知识体系。
●问题磁场
1.我国著名的香格里拉附近，有许多雪山，但近些年来，雪山上的雪线正以每年30米左右的速度向上推进，所以现在雪线已经不很明显。这说明了什么问题，又是什么原因引起的呢？
【解析】 本题的命题意图在于考查碳循环中由于化石燃料的燃烧引发的温室效应，本题还可以充分体现逻辑思维能力、知识的应用能力。雪线每年以30米左右的速度向上推进，对于香格里拉的风景造成了一定的破坏。但是其根本原因还在于气温的上升，即温室效应。导致温室效应的原因就在于千万年来所积累的碳以化石燃料的形式，在相对较短的时间内被燃烧，并以二氧化碳的形式释放到大气中去，导致大气中二氧化碳含量的增加，而二氧化碳含量的增加，又对从地表向外层空间辐射的热量起了更大的阻碍和吸收作用，导致热量的不断增加，从而导致全球性的气温升高。
【规范解答】 这说明环境中的温度正在不断升高。原因在于由于化石燃料的燃烧引发的温室效应。
2.澳洲草原广阔，天然牧草资源十分丰富。自1925年起，从印度和马来西亚引入了当地本来没有的牛
、羊等家畜，大力发展畜牧业。几年后，千万头牛的粪便覆盖了草场，牧草大量枯死，同时蝇子蔓延，成为澳洲牧区的一大公害。整个澳洲草原生态系统处于崩溃的边缘。后来从亚洲引进蜣螂，它们把牛粪滚成团推运到地下，既消除了牛粪又肥沃了土壤，还控制了蝇子，有效地解决了生态危机，使澳洲草原又呈现出生机勃勃的景象。
(1)上述事实表明，在引进牛、羊前，澳洲草原各种生物之间的关系呈现__状态。
(2)从生态学的角度看，人们引进牛、羊的目的是__。
(3)引进牛羊后导致生态危机的主要原因是__。
(4)蜣螂是这个草原生态系统的__功能类群的重要组成部分。
(5)以上事实说明，生态系统的自动调节能力是__。
(6)引进牛、羊发生生态危机这一事实给人们的启示是什么？
【解析】 本题的命题意图在于考查物质循环和能量流动与生态平衡的关系。生态系统发展到一定阶段，其生产者、消费者、分解者之间能够较长时间地保持一种动态平衡，也就是说，它的能量流动和物质循环能够较长时间地保持一种动态平衡。在本题中，由于在已平衡的生态系统中增加了消费者的数量，导致分解者的相对短缺，使消费者的排泄物不能及时分解，污染环境，反过来又影响了生产者的生存和发展，生产者数量的减少又进一步威胁到消费者的生存，形成了恶性循环。该问题的解决最终也只能从根本上增加分解者的数量，促进物质循环和能量流动的进行。
【规范解答】 (1)功能上的动态平衡 (2)调整生态系统的能量流动关系，使能量流向对人类最有益的部分 (3)破坏了原有的食物链导致生态平衡失调 (4)分解者 (5)有一定限度的，如果外来干扰超过了这个限度，生态平衡就会遭到破坏 (6)人类的生产及生活活动应当遵循生态系统的客观规律。
3.为了消灭苍蝇和蟑螂，某组织曾在婆罗洲的一个特定地区喷洒了DDT，结果，苍蝇和蟑螂被大量杀死了，该地区的四脚蛇吃掉了苍蝇和蟑螂，四脚蛇因为吃得太多而爬行速度太慢，因而被猫吃掉，最后，猫一个接一个地死掉了，老鼠成灾，鼠疫流行。同学，你知道决定该现象的生理学原理吗？由此我们可以联想到，人类的类似活动，对于处于金字塔塔塔尖的人类本身来说会有什么样的影响呢？
【解析】 本题的命题意图在于考查物质循环中，具有高度稳定性的有毒物质的传递特点，即生物富集作用，以及生物富集作用可能导致的后果。本题在考查相关知识点的同时，也在提醒对于人类活动对自身影响进行深入思考，引发他们爱护环境就是爱护人类自身的意识。生物富集作用是指环境中的一些污染物(如重金属、化学农
药等)，通过食物链在生物体内大量积聚的过程。如题中所说，四脚蛇营养级较高，所以体内积累的DDT也较多，当它们被更高营养级的猫吃掉的时候，猫体内的DDT也更多，达到了使猫死亡的程度。猫的大量死亡又直接导致老鼠数量的增加，在作物被大量消耗的同时，也导致鼠疫流行。从这里我们还可以看出，在大多数食物链中，位于最高营养级的往往是人，所以人类的类似活动，对于处于金字塔塔尖的人的危害最大。
【规范解答】 决定该现象的生物学原理是生物富集作用。由此我们可以想到，人类的类似活动，会使处于金字塔塔尖的人体内积累更多的有害物质，导致人类的多种疾病，甚至死亡。
●案例探究
［案例1］ 近年来，每当秋季收获季节来临的时候，农民们为了省力，常把玉米等作物的秸秆在田野里就地烧掉。这种做法给自然界的物质循环带来了哪些危害
A.污染了大气
B.使地球温度升高
C.浪费了资源
D.阻断了物质从生物群落向自然界的流动
【解题思路】 本题意在考查微生物在物质循环中的重要作用。解题的知识依托是物质循环的过程：无机环境中的物质流入生物群落，进入生产者和各级消费者体内，并最终在动植物遗体及残留物中通过微生物的分解作用被释放回大气。能力要求属C级。解答本题的关键在于：要细心审题，从物质循环的角度来考虑。选项C最容易排除，选项A最具迷惑性，但它是关于自然环境的保护，选项B地球温度的升高主要原因是温室效应。只有选项D才是关于物质循环的，农民焚烧秸秆，导致植物遗体及残留物中的元素不能通过微生物的分解回到大气中。
【正确答案】 D
【评点与探究】 本题体现了高考“与生活实践相结合”的考查趋势。当然还可以从具体的C循环或N循环过程中进行考查，尤其是N循环，因为N循环中生物固氮依靠的是固氮微生物。本题也可以从环境保护的角度来出，出题的难易选择空间也较大，比如说，本题可以简答题的形式出现，分析农民这样做的综合后果，可以更好地考查综合能力，但难度也会进一步加大。
变式： 要使一个生态系统长期存在，除了非生物的物质和能量外，至少必须具有
A.消费者和分解者
B.生产者和消费者
C.生产者和分解者
D.生产者和人
【变式解析】 本题意在考查生态系统的成分及各自的重要作用。解答本题需要具备以下知识基础：生产者能够将无机物及无机环境中的能量(光能和化学能)转变成化学能，流入生态系统中，生产者是生态系统的基础，是提供生态系统物质和能量的保证，缺少生产者，生态系统将不复存在，分解者是把动植物的尸体、排泄物
和残落物等所含有的复杂有机物分解成简单的无机物，归还到无机环境中。没有分解者，动植物遗体、残骸无法分解，终将堆积如山，生态系统崩溃。消费者直接或间接以生产者为食物，缺少消费者，也可以长期维持平衡。
【变式答案】 C
［案例2］ 如下图所示，如果以树叶为食的昆虫生活在一株大树上，树上的鸟又以昆虫为食，那么树、昆虫、鸟的生物数量金字塔塔形应当是
【解题思路】 本题意在考查生物金字塔中能量金字塔与数量金字塔的区别。能量金字塔呈下宽上窄的形状，数量金字塔一般也呈下宽上窄的形状，但有时数量金字塔也会出现特殊的情况，比如说本题。如果不认真审题，将数量金字塔误作能量金字塔，就比较容易选择A答案。此题要求问的是该食物链中，生物数量金字塔的塔形，这是与能量金字塔不同的。能量金字塔是指生态系统中(也可指食物链中)，各营养级生物所占流经该系统中总能量的百分数而言；而数量金字塔则表示相同情况下，各营养级生物体的个体数量关系。在本题的食物链中，树含有的能量是最多的，但就数量而言却是最少的，结合常识，不难选出正确答案。本题能力要求属C级。解答本题重在突破自身思维的跳跃，并与一般常识相结合。
【正确答案】 C
【评点与探究】 本题重在考查对易混概念的辨析能力。本题的可扩展性也较强，可以考查能量金字塔的知识，也可以从能量传递效率角度以计算题的形式出现，还可以从营养级之间的捕食关系出题，考查一种生物的数量变化对其他生物数量变化的影响。但难度一般不会太大。
变式： 假如在一个由草原、鹿和狼组成的相对封闭的生态系统中，把狼杀绝，鹿群的数量将会
A.迅速上升
B.相对稳定
C.缓慢上升
D.先上升后又下降
【变式解析】 本题主要考查生态系统的自动调节能力。由题干可知，在该相对封闭的生态系统中，已知的食物链为草——鹿——狼，若把狼杀绝，鹿由于没有了天敌的捕食，在一定时间内数量会有所上升，同时草的资源会随鹿的数量增加而开始减少，当鹿群的数量超出其食物来源时，激烈的种内斗争又会使鹿群数量下降。以后的发展是草和鹿交替上升下降，从而出现新的平衡，但这种平衡是建立在失去狼，鹿群出现增长的基础上的平衡，而不是原来的鹿群数量基础上的平衡。因此，D才是正确答案。解答本题关键是要考虑全面，深入分析种群数量的变化趋势。
【变式答案】 D