2022版高考生物一轮复习第9单元生物与环境第29课生态系统的结构与能量流动学案新人教版

这是一份2022版高考生物一轮复习第9单元生物与环境第29课生态系统的结构与能量流动学案新人教版，共13页。学案主要包含了生态系统，食物链和食物网，生态系统的能量流动等内容，欢迎下载使用。


一、生态系统
1．(1)概念：在一定空间内，由生物群落与它的非生物环境相互作用而形成的统一整体。
(2)范围：有大有小，地球上最大的生态系统是生物圈。
2．生态系统的组成成分
二、食物链和食物网
1．食物链
(1)概念：生态系统中各生物之间由于食物关系形成的一种联系。
(2)特点
①起点是生产者，为第一营养级。
②终点是最高营养级，一般不会超过5个营养级。
(3)食物链中的生物在生态系统中的成分及其营养级级别(连线)
提示：①—b—Ⅱ ②—a—Ⅴ ③—d—Ⅲ ④—e—Ⅳ ⑤—c—Ⅰ
2．食物网
(1)概念：食物链彼此相互交错连接成的复杂营养关系。
(2)形成原因：在生态系统中，一种绿色植物可能是多种植食性动物的食物，而一种植食性动物既可能吃多种植物，也可能被多种肉食性动物所食。
(3)特点：一般认为，食物网越复杂，生态系统抵抗外界干扰的能力就越强。
3．食物链和食物网的作用：是生态系统的营养结构，是物质循环和能量流动的渠道。
三、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．过程
(1)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。
(2)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流入第二营养级(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、发育和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。
3．能量流动的特点及意义
(1)特点
①单向流动：只能从一个营养级流向下一个营养级，不可逆转，也不能循环流动。
②逐级递减：两相邻营养级间的能量传递效率一般为10%～20%。
(2)生态金字塔
(3)研究意义
①帮助人们将生物在时间、空间上进行合理配置，增大流入某个生态系统的总能量。
②帮助人们科学规划和设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。
③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。
1．生态系统组成成分包括生产者、消费者、分解者以及非生物的物质和能量
(1)生产者都是自养生物，但未必都是植物；消费者营异养生活，但未必都是动物。(√)
(2)生产者、分解者是联系非生物的物质和能量与生物群落的桥梁，其中生产者是生态系统的基石。(√)
(3)细菌在生态系统中可能是生产者，也可能是消费者或分解者。(√)
2．生产者和消费者通过食物链与食物网联系在一起形成复杂的营养关系
(1)在捕食食物链中，食物链的起点总是生产者，占据最高营养级的是不被其他动物捕食的动物。(√)
(2)食物网中两种生物间只能有一种种间关系。(×)
(3)食物网的复杂程度取决于该生态系统中生物的数量。(×)
3．生态系统中能量流动具有单向流动、逐级递减的特点
(1)能量金字塔和生物量金字塔可以出现倒置现象。(×)
(2)沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用。(×)
(3)拔去田地中的杂草是人为地调整能量流动的方向，提高生态系统的能量传递效率。(×)
生态系统的组成成分
1．生态系统成分的判断方法(根据生物类型判断)
(1)“自养型生物”＝“生产者”， 即包括光能自养生物(包括绿色植物和蓝细菌等)和化能自养生物(包括硝化细菌、硫细菌、铁细菌等)。
(2)“捕食异养或寄生异养型生物”＝“消费者”， 其不能直接把无机物合成有机物，而是以捕食或寄生方式获取现成的有机物来维持生活。
(3)“腐生异养型生物”＝“分解者”， 其是能把动植物的遗体、残枝败叶转变成无机物的腐生生物，也包括少数的动物(如蚯蚓等)。
2．生态系统中四种成分的联系图示
(1)由上图可知，非生物的物质和能量是生态系统中生物群落的物质和能量的最终来源。
(2)生产者通过光合作用把太阳能转化为化学能，固定在有机物中，从而可以被生物利用。
(3)从理论上讲，消费者的功能活动不会影响生态系统的根本性质。
(4)如果一个生态系统中没有分解者，动植物的遗体和动物的排遗物会堆积如山，生态系统就会崩溃。
(5)由上图可知四种成分的关系：①基础：非生物的物质和能量；②桥梁：生产者、分解者；③主导(基石)：生产者。
考向1| 生态系统组成成分的分析与判断
1．下图中的圆分别表示：a－生产者、b－分解者、c－原核生物、d－蓝细菌、e－腐生细菌。能正确表示它们之间相互关系的是( )

A B

C D
A 解析：a生产者包括d蓝细菌和其他自养原核生物，b分解者包含e腐生细菌，d蓝细菌和e腐生细菌都属于c原核生物，A正确。
考向2| 生态系统各成分的关系
2．下图表示某生态系统各成分(丁为非生物环境)之间的关系，有关分析错误的是( )
A．光能通过甲输入生态系统
B．参与构成食物链的成分有甲和乙
C．碳元素在乙与丙之间以CO2形式传递
D．丙主要是指营腐生生活的细菌和真菌
C 解析：依据题意和题图分析可知，甲为生产者，乙为消费者，丙为分解者。光能通过生产者的光合作用输入生态系统，A项正确；参与构成食物链的成分是生产者和消费者，即甲和乙，B项正确；碳元素在乙和丙之间以含碳有机物的形式传递，C项错误；分解者主要是指营腐生生活的细菌和真菌，D项正确。
食物链和食物网
观察下面图示，回答相关问题。
(1)图示食物网中包含8条食物链。
(2)写出图中含营养级最多的食物链：草→食草昆虫→蜘蛛→青蛙→蛇→猫头鹰。
(3)图中猫头鹰同时占有第三、四、五、六营养级。
(4)图中哪些生物属于次级消费者？狐、猫头鹰、吃虫的鸟、蜘蛛、青蛙、蛇。
(5)写出图示食物网中未包含的生态系统的成分：非生物的物质和能量、分解者。
(6)从图中可以看出，青蛙和蜘蛛之间的关系是捕食和种间竞争。
1．构建食物链(网)的方法
(1)根据图1构建食物链
①信息：营养级越低，生物数量往往越多；营养级较低者，先出现波峰。
②食物链：丁→乙→丙→甲。
(2)根据图2构建食物网
①信息：能量逐级递减；若两种生物能量差距过小(不在10%～20%内)，则很可能位于同一营养级。
②食物网如图所示：。
2．食物链(网)中各营养级生物数量的变动分析
(1)若处于食物链中第一营养级的生物(生产者)数量减少，整个食物链中的其他生物数量都会减少，简单记为“一级生物若减少，其他生物跟着跑”。
(2)“天敌”一方减少，短时间内被捕食者数量会增加，但从长时间来看，其数量会先增加后减少，最后趋于稳定，简单记为“如果天敌患了病，先增后减再稳定”。
(3)若处于中间营养级的生物数量减少，则这种生物数量的变化视具体食物链而定：“中间生物被捕杀，不同情况要分家”。大体遵循如下思路：
①生产者数量相对稳定原则，即消费者某一种群数量发生变化时，一般不考虑生产者数量的增加或减少。
②最高营养级的生物种群数量相对稳定原则，即当处于最高营养级的生物种群有多种食物来源时，若其中一条食物链中某种生物减少，该种群的数量不会发生较大变化。
③在食物网中，当某种生物因某种原因而数量减少时，对另一种生物数量的影响，沿不同的食物链分析结果不同时，应以中间环节少的为分析依据。
考向1| 食物网分析
1．(2020·山东模拟)豌豆蚜是利马豆的主要害虫，蝉大眼蝽可取食利马豆和豌豆蚜。研究人员施用蔬果剂处理去除部分豆荚后，检测两种动物密度的变化，结果见下表(单位：个/株，蔬果剂对以上动物无危害)。下列分析错误的是( )
A．用样方法对利马豆种群密度进行调查
B．施蔬果剂后豌豆蚜种群数量将呈“S”形增长
C．该生态系统蝉大眼蝽属于第二、三营养级
D．据表数据可知，蝉大眼蝽主要取食豌豆蚜
D 解析：利马豆是植物，调查利马豆的种群密度可以选择样方法，A正确；分析题表数据，由于环境资源的限制，施蔬果剂后豌豆蚜种群数量将呈“S”形增长，B正确；蝉大眼蝽可取食利马豆和豌豆蚜，取食利马豆时属于第二营养级，取食豌豆蚜时属于第三营养级，C正确；分析题表数据可以看出，施用蔬果剂后，豌豆蚜的数量增长，但是蝉大眼蝽数量下降，所以蝉大眼蝽主要取食利马豆，D错误。
考向2| 食物网中种群数量变化分析
2．(2021·山东青岛模拟)动物为保证食物等生存资源而占据的空间叫领域。下图表示各种鸟类的领域面积与体重、食性的关系，据图分析正确的是( )
A．图示中三种鸟类组成一条食物链
B．体重决定领域的大小
C．植食性鸟类能量同化效率高于主要食虫的鸟类
D．体重相等的鸟类领域面积越大，可能其营养级越高
D 解析：食物链的起点是生产者，所以题图中三种鸟类不能组成一条食物链，A错误；根据植食性鸟类的特点再结合题图可知，并不是体重决定领域的大小，B错误；在领域面积相同的情况下，植食性鸟类体重大，可能是因为植食性鸟类的营养级低，获得的能量多，而不是因为植食性鸟类能量同化效率高于主要食虫的鸟类，C错误；体重相等的鸟类领域面积越大，可能其营养级越高，D正确。
生态系统中能量流动的过程
1．能量流动的概念理解
2．流入各营养级的能量去向分析
(1)未被利用的能量：包括生物每年的积累量和动植物残体以化石燃料的形式被储存起来的能量。
(2)一个营养级所同化的能量＝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。
(3)动物同化的能量与摄入量之间的关系：动物同化的能量＝摄入量－粪便有机物中的能量，即摄入的食物只有一部分被同化。
(4)流入一个营养级的能量是指被这个营养级的生物所同化的全部能量。
考向1| 能量流动的概念理解
1．下列关于能量流动的叙述，错误的是( )
A．各营养级同化的能量一般都会分为两部分流向分解者
B．各营养级呼吸作用散失的能量都不能被其他生物所同化
C．消费者粪便中的能量应属于上一营养级同化的能量
D．每种肉食性消费者同化的能量都来自不同营养级
D 解析：各营养级同化的能量中流向分解者的能量常常分为两部分，即一部分形成尸体、残骸等，另一部分被下一营养级摄入后形成粪便，A正确；各营养级呼吸作用散失的能量一部分用于满足自身生命活动，一部分以热能的形式散失，其中散失的能量不能被其他生物所同化利用，B正确；消费者粪便中的能量由于没有被消费者同化，所以应属于上一营养级同化的能量，C正确；在特定的生态系统中，部分肉食性消费者同化的能量可能只来源于同一个营养级，D错误。
考向2| 能量流动应用分析
2．下图表示某草原生态系统中能量流动图解，①～④表示相关过程的能量流动。下列有关叙述正确的是( )
A．①②③④之和是流入该生态系统的总能量
B．③和④分别属于草和兔同化量的一部分
C．图中②与①的比值代表“草→兔”的能量传递效率
D．该生态系统中狐的营养级别最高，获得的能量最多
B 解析：流入该生态系统的总能量是草固定的太阳能的总量；③和④分别属于草和兔同化量的一部分；图中②与①的比值代表“兔→狐”的能量传递效率；该生态系统中狐的营养级别最高，获得的能量最少。
(1)一只兔子一生摄入的有机物的量远大于其体内有机物的含量，其原因有摄入的一部分有机物随粪便排出，未被兔子同化；同化的能量大部分在呼吸作用中以热能的形式散失，其余的能量才是用于生长、发育和繁殖的能量。
(2)一只狐捕食了一只兔子，该过程中狐获得的能量是否适用10%～20%的能量传递效率？为什么？不适用。能量传递效率是指两个营养级之间同化量的比值，而不是两个个体之间同化量的比值。
能量流动的特点分析及相关计算
1．能量流动的特点及原因
(1)单向流动的原因
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)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，包括未被下一营养级生物利用的部分。
2．能量传递效率与能量利用率的比较
(1)能量传递效率：能量在沿食物链流动的过程中，逐级递减，若以“营养级”为单位，能量在相邻两个营养级之间的传递效率为10%～20%。
(2)能量利用率：流向人类的能量或被人类所利用的能量占生产者所固定的能量的比值。合理调整能量流动，可提高能量的利用率，但不能提高能量传递效率。
考向1| 能量流动特点分析
1．下图所示为一个小型农场的结构模式图以及该小型农场中农作物和鸡的部分能量值(单位：×104 kJ)。请根据图和表格分析，下列说法不正确的是( )
A．流经该小型生态系统的总能量不等于此生态系统中的农作物所同化的能量
B．据表可知，该小型生态系统中通过食物网流向人的能量值应为1.7×105kJ
C．该小型生态系统的结构包括农作物、鸡、人、微生物等生物成分和阳光、空气、水等非生物成分
D．该小型生态系统中第一营养级到第二营养级的能量传递效率约为16.8%
C 解析：一般来说，养鸡场需人为提供饲料，且人会获取除鸡和农作物外的其他物质和能量，故流经该小型生态系统的总能量不等于此生态系统中的农作物所同化的能量，A正确；净同化量是指用于自身生长、发育和繁殖的能量，包括流向分解者的能量、流向下一营养级的能量(最高营养级无此部分)和未利用的能量，总同化量＝净同化量＋呼吸消耗量，故人从该系统中获取的能量是[110－21－58－(7＋10)＋(7－1－3)]×104kJ＝1.7×105kJ，B正确；该小型生态系统的结构包括生态系统的组成成分和营养结构，C错误；第一营养级与第二营养级的能量传递效率应为农作物流向鸡和人的能量值/农作物同化的能量值＝(110－21－58)/(110＋75)×100%≈16.8%，D正确。
考向2| 能量流动传递效率的计算
2．下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
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为30/200×100%＝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。
命题生长点1 能量的输入
该生态系统中流入生物群落的总能量有哪些来源？
答案：一个来源是光能，另一个来源是输入的有机物中的化学能。
命题生长点2 能量流动过程
生产者、植食性动物和肉食性动物固定的总能量分别是多少？
答案：肉食性动物固定的总能量为0.25＋0.05＋2.1＋5.1＝7.5[×103 kJ/(m2·a)]；植食性动物固定的总能量为(7.5－5)＋0.5＋4＋9＝16[×103 kJ/(m2·a)]；生产者固定的总能量为(16－2)＋3＋70＋23＝110[×103 kJ/(m2·a)]。
命题生长点3 能量传递效率的计算
(1)生产者→植食性动物、植食性动物→肉食性动物的能量传递效率分别是多少？
答案：生产者→植食性动物的能量传递效率为植食性动物固定的能量中来自生产者的能量/生产者固定的总能量×100%＝(16－2)/110×100%≈12.7%；植食性动物→肉食性动物的能量传递效率为肉食性动物固定的能量中来自植食性动物的能量/植食性动物固定的总能量×100%＝(7.5－5)/16×100%≈15.6%。
(2)假设能量全部来自生产者，按照图中的能量流动规律，肉食性动物要增加100 kg，则需要消耗多少千克生产者？
答案：肉食性动物要增加100 kg，则需要生产者的量为100÷15.6%÷12.7%≈5 047 kg。
能量传递的相关“最值”计算
(1)如食物链A→B→C→D
①已知D营养级的能量为M，则至少需要A营养级的能量为M÷(20%)3，最多需要A营养级的能量为M÷(10%)3。
②已知A营养级的能量为N，则D营养级获得的最多能量为N×(20%)3，D营养级获得的最少能量为N×(10%)3。
(2)在某食物网中，确定生物量变化的“最多”或“最少”时，应遵循以下原则：
课程标准要求
学业质量水平
2.2.1 阐明生态系统由生产者、消费者和分解者等生物因素以及阳光、空气、水等非生物因素组成，各组分紧密联系使生态系统成为具有一定结构和功能的统一体
2.2.2 讨论某一生态系统中生产者和消费者通过食物链和食物网联系在一起形成复杂的营养结构
2.2.3 分析生态系统中的能量在生物群落中单向流动并逐级递减的规律
2.2.4 举例说明利用能量流动规律，人们能够更加科学、有效地利用生态系统中的资源
2.2.5 解释生态金字塔表征了食物网各营养级之间在个体数量、生物量和能量方面的关系
2.2.8 分析特定生态系统的生物与非生物因素决定其营养结构
1.通过分析生态系统的成分与结构，理清各自的功能。(生命观念)
2.通过分析食物链(网)中各营养级生物的数量变动情况，培养运用逻辑思维分析问题的能力。(科学思维)
3.通过分析能量流动过程， 建立结构与功能相统一的观点及生命系统的能量观。(生命观念)
4.通过分析能量流动过程图解， 培养运用逻辑思维分析问题的能力。 (科学思维)
5.通过总结研究能量流动的实践意义， 形成学以致用、关注生产生活的态度。 (社会责任)
组成成分
实例
作用
非生物的物质和能量
光、热、水、空气、无机盐等
生物群落中物质和能量的根本来源
生产者
自养生物，主要是绿色植物
将无机物转化为有机物，并将能量储存在有机物中，是生态系统的基石
消费者
异养生物，主要是动物
加快生态系统的物质循环
分解者
主要是营腐生生活的细菌和真菌
将动植物遗体和动物的排遗物分解为无机物
金字塔
含义
形状
能量金字塔
直观反映各营养级间能量的关系
上窄下宽
生物量金字塔
表示各个营养级生物量(每个营养级所容纳的有机物总干重)之间的关系
大多为上窄下宽
数量金字塔
表示各个营养级的生物个体的数目比值关系
一般为上窄下宽，会出现倒置
物种
分组
第7天
第14天
第21天
蝉大眼蝽
对照组
0.20
0.62
0.67
实验组
0.20
0.10
0.13
豌豆蚜
对照组
2.00
4.00
2.90
实验组
2.00
8.70
22.90
项目
净同化量
呼吸消耗量
流向分解者
未利用
农作物
110
75
21
58
鸡
7
10
1
3
生活实践情境
人工鱼塘养鱼时为提高鱼的产量，需要补充鱼饲料。下图是某人工鱼塘生态系统能量流动过程中部分环节涉及的能量值[单位为×103 kJ/(m2·a)]。