高考生物总复习第9单元第32课生态系统的结构与能量流动学案

第32课　生态系统的结构与能量流动

►学业质量水平要求◄

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及能量流动过程图解，培养运用逻辑思维分析问题的能力。(科学思维)

3．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)

考点一　生态系统的结构

1．生态系统的范围

(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)空间范围：有大有小，地球上最大的生态系统是生物圈。

2．生态系统具有一定的结构

(1)生态系统的组成成分及其作用

(2)食物链和食物网

①食物链

②食物网

1．生态系统中只有分解者能将有机物分解成无机物。 (　×　)

2．“大鱼吃小鱼，小鱼吃小虾，小虾吃泥巴”，泥巴中的藻类属于第一营养级。              (　√　)

3．食物网中两种生物间只能有一种种间关系。 (　×　)

4．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。              (　√　)

5．食物网的复杂程度取决于该生态系统中生物的数量。 (　×　)

1．生态系统组成成分的判断方法

(1)根据生物的新陈代谢类型判断

①“自养型生物”一定是“生产者”，包括光能自养生物(如绿色植物和蓝细菌等)和化能自养生物(如硝化细菌)。

②“捕食异养或寄生异养型生物”一定是“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”一定是“分解者”，是能把动植物的遗体和动物排遗物分解成无机物的腐生生物。

(2)牢记特例判断几个典型的错误说法

2．食物网中生物数量变化的分析与判断

(1)食物链的第一营养级生物数量减少，相关生物数量都减少，即出现连锁反应，因为第一营养级的生物是其他生物直接或间接的食物来源。

(2)“天敌”减少，被捕食者数量增加，但随着数量增加，种内竞争加剧，种群密度还要下降，最终趋于稳定。

(3)“中间”营养级生物数量减少的情况，举例如下：

若青蛙突然减少，则以它为食的蛇将减少，鹰增加捕食兔和食草鸟，从而导致兔、食草鸟减少，因鹰不只捕食蛇一种生物，它可以依靠其他食物来源维持数量基本不变。

考向1| 生态系统的成分

1．(2022·四川成都模拟)有一种植物叫列当，茎嫩而肉质化，直立伸出地面，偶有分枝，叶片退化为小鳞片，无叶绿素；无真正的根，只有吸盘吸附在豆科、菊科、葫芦科等植物的根表，以短须状次生吸器与该类植物根部的维管束相连。下列对该现象的叙述中，正确的是(　　)

A．在生态系统中，列当属于生产者，是生态系统的基石

B．列当与豆科、菊科、葫芦科等植物间为互利共生关系

C．列当的存在对豆科、菊科、葫芦科等植物的竞争者有利

D．列当进入一个新的群落后不会对该群落的演替产生影响

C　解析：分析题意可知，在生态系统中，列当属于消费者，A错误；列当与豆科、菊科、葫芦科等植物间为寄生关系，B错误；列当的存在对豆科、菊科、葫芦科等植物有害，故对豆科、菊科、葫芦科等植物的竞争者有利，C正确；列当进入一个新的群落后会影响豆科、菊科、葫芦科等植物的生长繁殖，会对该群落的演替产生影响，D错误。

考向2| 食物链和食物网

2．某研究小组最初在垃圾堆中发现了某种放射性元素，后来先在周围的植物体内发现了该元素，接着在附近的动物体内也发现了该元素，放射性强度如图所示。下列叙述正确的是(　　)

A．蚱蜢、蜘蛛和蚯蚓可构成食物链

B．该放射性元素不属于该生态系统的组成成分

C．蜘蛛属于该生态系统中的第三营养级

D．蚯蚓体内最迟出现放射性元素的原因是蚯蚓所处的营养级较高

C　解析：蚱蜢和蜘蛛均属于消费者，蚯蚓属于分解者，三者不能构成食物链，食物链是从生产者开始的，包括生产者和消费者，A错误；该放射性元素属于该生态系统中的非生物成分，B错误；该生态系统中植物属于第一营养级，蚱蜢属于第二营养级，蜘蛛属于第三营养级，C正确；食物链中只有生产者和消费者，蚯蚓属于分解者，食物链中不包括分解者，D错误。

3．下图为某食物网简图，其中苔类和物种C均生活于白杨树中层的树枝表面。据图分析下列说法中正确的是(　　)

A．图中共有6条食物链

B．物种C和苔类之间一定无竞争关系

C．若物种E突然大量减少，则A的数量可能无明显变化

D．图示的各种成分在生态学上可以构成一个生态系统

C　解析：题图中共有7条食物链，分别是白杨树→B→I，白杨树→C→A，白杨树→C→D→A，白杨树→G→D→A，白杨树→G→A，苔类→E→A，苔类→F→A，A错误；物种C和苔类均生活于白杨树中层的树枝表面，故它们之间有竞争关系，B错误；若物种E突然大量减少，物种A还可以以物种C、D、F、G为食，则一段时间内A的数量基本无明显变化，C正确；图示表示食物网，只包括生产者和消费者，不包括非生物的物质及能量及分解者，故不能构成一个生态系统，D错误。

【方法规律】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食物网如下图所示。

(3)根据重金属、农药的含量构建食物网

某相对稳定的水域生态系统中食物网主要有甲、乙、丙、丁、戊5个种群，各种群生物体内某重金属的含量如表所示。已知水中的该重金属被生物体吸收后难以通过代谢排出体外。假设在这5个种群构成的食物网中，消费者能以其前一个营养级的所有物种为食。

①信息：重金属(农药、一些难于降解的物质)随着食物链富集，营养级越高，含量越高，甲、乙中重金属含量差别不大，所以处于同一营养级，同理，丙、丁处于同一营养级。

②食物网如下图所示。

考点二　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：次级消费者摄入。

f：遗体、残骸。

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．生态系统中细菌同化的能量可流向生产者。 (　×　)

2．流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能。 (　×　)

3．一种蜣螂专以象粪为食，则该种蜣螂最多能获取大象所同化能量的20%。              (　×　)

4．能量金字塔和生物量金字塔可以出现倒置现象。 (　×　)

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散失的热能不能被生物群落重复利用，因此能量无法循环流动。

(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，还有一部分未被下一营养级生物利用，一般来说，在输入到某一个营养级的能量中，只有10%～20%的能量能够流到下一个营养级。

2．流入某一营养级能量的来源和去路

(1)能量来源

(2)能量去向：流入某一营养级(最高营养级除外)的能量去向可从以下两个角度分析：

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(最高营养级除外)；c．被分解者分解利用；d．未被自身呼吸消耗，也未被下一营养级和分解者利用，即“未利用”。如果是以年为单位研究，这部分的能量将保留到下一年。

考向1| 能量流动过程分析

1．下图为某草场生态系统的部分能量流动示意图，图中Q表示牧草在一年内固定的太阳能总量，Q1、Q2、Q3分别表示流入昆虫、牲畜、鼠体内的能量。下列有关叙述正确的是(　　)

A．Q为太阳能中的大部分能量

B．鹰既属于第四营养级又属于第五营养级

C．太阳能→牧草→牲畜→人构成一条食物链

D．保护鹰和食虫鸟有利于防治鼠害和虫害

D　解析：Q占太阳能中极少的一部分，A错误；该生态系统中，牧草是生产者，为第一营养级，鹰处于第三和第四营养级，B错误；食物链由生产者和消费者构成，不包括太阳能，C错误；保护鹰和食虫鸟，能有效控制昆虫和鼠的数量，使生态系统中的能量更多地流向对人类有益的部分，D正确。

2．大闸蟹是以植物为主的杂食性甲壳类，因其味道鲜美而被大量养殖。下图为养殖大闸蟹的阳澄湖某水域生态系统能量流动的部分图解，其中的英文字母表示能量(单位：kJ)。对该图的分析正确的是(　　)

A．流经阳澄湖该养殖区域的总能量为a

B．植物到大闸蟹的能量传递效率为c/(b＋2)×100%

C．图中d代表大闸蟹用于生长、发育和繁殖的能量

D．该区域由于有人工的管理，生态系统稳定性一定比自然区域高

C　解析：流经阳澄湖该养殖区域的总能量为a与输入的有机物中的能量之和，A错误；由题图可知，c为初级消费者的同化量，而b为初级消费者的摄入量，B错误；题图中d代表大闸蟹用于生长、发育和繁殖的能量，C正确；该区域由于有人工的管理，能提高生态系统的稳定性，但不一定比自然区域高，D错误。

考向2| 能量流动的特点分析

3．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正确；从乙到丙的能量传递效率为30/200×100%＝15%，B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正确。

4．初级生产量是指单位时间和单位面积上的绿色植物通过光合作用所固定的能量。次级生产量是消费者和分解者的生产量。某人工湖夏季的净初级生产量和次级生产量与水深的关系如下图所示，下列相关叙述错误的是(　　)

A．曲线中随水深增加，净初级生产量下降，主要原因是光照减弱

B．若该生态系统长期处于c点以下状态，则很难维持稳定状态

C．净初级生产量用于植物的生长、发育和繁殖，a处的植物长势最好

D．据图可知，水深8 m处次级生产量高于净初级生产量

D　解析：随水深增加，光照强度减弱，植物光合作用减弱，净初级生产量下降，A正确；由题图可知，c点时，净初级生产量和次级生产量均为0，而c点以下状态时，二者均为负值，因此该生态系统长期处于c点以下状态，则很难维持稳定状态，B正确；净初级生产量是初级生产量去掉呼吸消耗量，即用于植物生长、发育和繁殖的能量，a处净初级生产量最大，植物长势最好，C正确；据题图可知，水深8 m处次级生产量为0.2左右，而净初级生产量接近1，故水深8 m处次级生产量小于净初级生产量，D错误。

考向3| 能量流动相关计算

5．下表是某农田生态系统中田鼠种群摄食植物后能量流动情况，下列有关叙述错误的是(　　)

A．田鼠同化的能量中约有35%用于其生长、发育和繁殖

B．田鼠粪便量不属于其同化能量中流向分解者能量的一部分

C．以田鼠为食的天敌最多可获得的能量为1.4×109J·hm－2·a－1

D．田鼠的上一营养级同化的能量至少为7.0×109J·hm－2·a－1

D　解析：田鼠用于其生长、发育和繁殖的能量比例为(1.05×1010－3.5×109－4.55×109)÷(1.05×1010－3.5×109)×100%＝35%，A正确；田鼠粪便量属于生产者同化能量中流向分解者能量的一部分，不属于田鼠同化能量中流向分解者能量的一部分，B正确；以田鼠为食的天敌最多可获得的能量为(1.05×1010－3.5×109)×20%＝1.4×109(J·hm－2·a－1)，C正确；田鼠的同化量为1.05×1010－3.5×109＝7.0×109 (J·hm－2·a－1)，故田鼠的上一营养级同化的能量至少为7.0×109÷20%＝3.5×1010 (J·hm－2·a－1)，D错误。

6．下图所示的食物网中，戊的食物有1/2来自乙，1/4来自丙，1/4来自丁，且能量从生产者到消费者的传递效率为10%，从消费者到消费者的能量传递效率为20%。若戊体重增加20 g，需要消耗植物(　　)

A．1 125 g   B．1 600 g

C．2 000 g D．6 500 g

C　解析：甲为生产者，在食物链“甲→乙→戊”中，需要消耗植物1/2×20÷20%÷10%＝500(g)；在食物链“甲→丙→戊”中需要消耗甲1/4×20÷20%÷10%＝250(g)；在食物链“甲→丙→丁→戊”中，需要消耗甲1/4×20÷20%÷20%÷10%＝1 250(g)，故共需要甲500＋250＋1 250＝2 000(g)。

【方法规律】

(1)能量传递效率的计算方法

相邻两个营养级之间的能量传递效率＝×100%。

(2)能量流动中的最值计算

(3)能量流动中的定值计算

①已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算，而需按具体数值计算。例如，在食物链A→B→C→D中，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D获得的能量为M×a%×b%×c%。

②如果是在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物获得能量，且各途径所获得的生物量比例确定，则需按照各单独的食物链进行计算后合并。

【命题动态】本考点常结合食物链或食物网分析生态系统的结构与能量流动，分析能量流动规律在生态农业中的应用。题型为选择题或非选择题，难度较小。

1．(2021·山东卷)海水立体养殖中，表层养殖海带等大型藻类，海带下面挂笼养殖滤食小型浮游植物的牡蛎，底层养殖以底栖微藻、生物遗体残骸等为食的海参。某海水立体养殖生态系统的能量流动示意图如下，M、N表示营养级。

(1)估算海参种群密度时常用样方法，原因是________________

_________________________________________________________。

(2)图中M用于生长、发育和繁殖的能量为________kJ/(m2·a)。由M到N的能量传递效率为________%(保留一位小数)，该生态系统中的能量________(填“能”或“不能”)在M和遗体残骸间循环流动。

(3)养殖的海带数量过多，造成牡蛎减产，从生物群落的角度分析，原因是_______________________________________________。

(4)海水立体养殖模式运用了群落的空间结构原理，依据这一原理进行海水立体养殖的优点是__________________。在构建海水立体养殖生态系统时，需考虑所养殖生物的环境容纳量、种间关系等因素，从而确定每种生物之间的合适比例，这样做的目的是___________________________________________________________________

_________________________________________________________。

[思维培养]

解析：(1)海参由于活动范围小，活动能力弱，所以常用样方法测定种群密度。(2)用于生长、发育和繁殖的能量＝同化的能量－呼吸作用消耗的能量＝3 281＋2 826－3 619＝2 488 kJ/(m2·a)；由M到N的能量传递效率为386÷(3 281＋2 826)×100%≈6.3%，能量流动的方向是单向的，不能循环。(3)牡蛎以浮游植物为食，由于海带的竞争，浮游植物数量下降，牡蛎的食物减少，所以产量降低。(4)海水立体养殖利用了群落结构的特点，优点是能充分利用空间和资源；由于空间和资源是有限的，所以在构建海水立体养殖生态系统时，需考虑所养殖生物的环境容纳量、种间关系等因素，从而确定每种生物之间的合适比例，维持生态系统的稳定性，保持养殖产品的持续高产。

答案：(1)海参活动能力弱，活动范围小　(2)2 488　6.3　不能　(3)由于海带的竞争，浮游植物数量下降，牡蛎的食物减少，产量降低　(4)能充分利用空间和资源　维持生态系统的稳定性，保持养殖产品的持续高产(实现生态效益和经济效益的可持续发展)

2．(2021·全国卷Ⅱ)捕食是一种生物以另一种生物为食的现象，能量在生态系统中是沿食物链流动的。回答下列问题：

(1)在自然界中，捕食者一般不会将所有的猎物都吃掉，这一现象对捕食者的意义是________________________(答出1点即可)。

(2)青草→羊→狼是一条食物链。根据林德曼对能量流动研究的成果分析，这条食物链上能量流动的特点是_________________。

(3)森林、草原、湖泊、海洋等生态系统是常见的生态系统，林德曼关于生态系统能量流动特点的研究成果是以____________生态系统为研究对象得出的。

[思维培养]

解析：(1)在自然界中，捕食者一般不会将所有的猎物都吃掉，捕食者所吃掉的大多是被捕食者中年老、病弱或年幼的个体，客观上起到了促进种群发展的作用，对捕食者而言，不会导致没有猎物可以捕食而无法生存下去。(2)能量在生态系统中是沿食物链流动的，能量流动是单向的，不可逆转，也不能循环流动，在流动过程中逐级递减，能量传递效率一般在10%～20%。(3)林德曼关于生态系统能量流动特点的研究成果是对一个结构相对简单的天然湖泊——赛达伯格湖的能量流动进行了定量分析，最终得出能量流动特点。

答案：(1)避免自己没有食物，无法生存下去　(2)单向流动，逐级递减　(3)(赛达伯格湖)湖泊

1．(生活、学习和实践情境)下表为某热带雨林生态系统在一段时间内的能量流动情况，A、B、C、D分别代表该生态系统各营养级的所有生物，GP代表各成分的同化量，X代表用于生长发育和繁殖的能量。下列叙述正确的是(　　)

注：表中能量数值单位为×108kJ/(m2·a)

①R代表生物通过呼吸作用散失的能量

②D→C→A→B形成一条食物链

③第三到第四营养级能量传递效率为11.9%

④该生态系统的有机物的总量增加

A．①③  B．②④  C．②③  D．①④

D　解析：题表中R代表各营养级生物呼吸作用散失的能量，①正确；根据表格数据分析，由于“A、B、C、D分别代表该生态系统各营养级的所有生物”，因此该生态系统中食物链不止一条，②错误；根据表格中同化量大小情况确定，D是生产者，C是初级消费者，A是次级消费者即第三营养级，B是三级消费者即第四营养级，故第三营养级流向第四营养级的能量传递效率约为3.9÷25.2×100%≈15.5%，③错误；根据表格数据分析，该生态系统固定的总能量为1 678.6×108kJ/(m2·a)，而生态系统所输出的能量为各营养级消耗的能量与分解者呼吸消耗的能量之和，即1 042.9＋135.8＋18.5＋3.1＋319.7＝1 520[×108kJ/(m2·a)]，小于1 678.6×108kJ/(m2·a)，所以有机物的总量会增加，④正确。

2．(生活、学习和实践情境)某淡水湖泊生态系统因为N、P元素等无机污染引起了藻类的大量繁殖，研究人员拟采用生物控制技术进行防治，对该生态系统的有机碳生产率及能量流动进行了研究，结果如图所示。下列有关叙述错误的是(　　)

A．测定物种丰富度是群落调查的基本内容，在湖泊中，随着水深的变化，不同水层分布着不同类群的生物，这体现了群落的垂直结构

B．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可表示为e/b×100%

C．5、7月份水深0.2 m处有机碳的生产量很高，但0.6 m以下水深有机碳生产率较低，主要原因是藻类大量生长，堆积在表层，使下层水体中光照强度明显减弱

D．图乙中①表示初级消费者的呼吸作用，分解者获得的h、i依次来源于第二、第三营养级

D　解析：丰富度是群落水平的研究内容，不同的群落有不同的物种组成，在湖泊中，随着水深的变化，不同水层分布着不同类群的生物，这体现了群落的垂直结构，A正确；传递效率是同化能量的比值，因此第二营养级传递到第三营养级的效率可表示为e/b×100%，B正确；有机碳的生产是生产者的光合作用的结果，图甲显示，5、7月份水深0.2 m处有机碳的生产量很高，但0.6 m以下水深有机碳生产率较低，主要原因是藻类大量生长，堆积在表层，使下层水体中光照强度明显减弱，光合作用减弱，C正确；①②③都表示呼吸作用，分解者获得的h、i(粪便中的能量是未同化的能量)都来源于第二营养级，D错误。

3．(生活、学习和实践情境)下图是湖泊生态系统存在捕食关系的三个鱼种群一年内能量流动统计的部分数据。下列有关叙述不正确的是(　　)

A．种群Ⅱ全部生物的呼吸消耗能量小于5.45×107kJ

B．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ种群和该湖泊其他动物及所有植物构成一个生物群落

C．种群Ⅰ储存在有机物的能量占流入能量的比例与种群Ⅲ相同

D．不同营养级之间的能量流动以有机物为载体

B　解析：种群Ⅱ同化的能量＝呼吸消耗的能量＋被种群Ⅰ同化的能量＋被分解者分解的能量＋未被利用的能量，根据题图中数据可知，种群Ⅱ全部生物的呼吸消耗的能量应小于(111.0－15.0－41.5)×106＝5.45×107(kJ)，A正确；一定区域中所有生物构成群落，题中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是存在捕食关系的三个鱼种群，其与该湖泊其他动物及所有植物不能构成一个生物群落，B错误；种群Ⅰ同化量为15.0×106 kJ，呼吸消耗量9.0×106 kJ，储存在有机物中的能量为15.0×106－9.0×106＝6.0×106(kJ)，占流入能量的百分比为6.0÷15.0×100%＝40%，而种群Ⅲ同化量为3.0×106 kJ，呼吸消耗的能量为1.8×106 kJ，则储存在有机物中的能量为3.0×106－1.8×106＝1.2×106(kJ)，占流入能量的百分比为1.2÷3.0×100%＝40%，即种群Ⅰ储存在有机物的能量占流入能量的比例与种群Ⅲ相同，C正确；物质是能量的载体，生态系统中的能量以有机物的形式在不同营养级之间流动，D正确。