2021新高考生物人教版一轮学案：选择性必修部分模块2第1单元第3讲　生态系统的结构和能量流动

第3讲　生态系统的结构和能量流动

考纲研读备考定位

考点一　生态系统的结构

1．生态系统的概念：

由_生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体。地球上最大的生态系统是生物圈。

2．生态系统的结构

3．生态系统的营养结构

(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实例

③表现形式：起点总是生产者，终点是不被其他动物所食的动物(最高营养级)。

④消费者级别＝营养级级别－1。

(2)食物网

①概念：在一个生态系统中，许多食物链彼此相互交错连接成的复杂营养结构。

②形成原因：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。

易错整合，判断正误。

(1)稻田生态系统中的分解者能将鸭的粪便分解成无机物以促进水稻的生长(　√　)

(2)所有的生产者都是植物，所有的动物都是消费者，所有的细菌和真菌都是分解者(　×　)

(3)生态系统的结构指的就是食物链和食物网(　×　)

(4)生态系统的食物链中营养级越高的生物，其体型必然越大(　×　)

(5)三级消费者在食物链中属于第四营养级(　√　)

(6)草、鹿、兔、狼、狐和土壤中微生物共同形成了一个生态系统(　×　)

1．(教材必修3P88旁栏思考题改编)一个动物园中全部动物是一个系统吗？全部动物和植物呢？为什么？

 [提示]动物园中的全部动物不能说是一个系统，因为不同种动物是分开饲养的，彼此之间没有内在联系和相互影响，不是一个有机的整体。同理，动物园中的全部动物和植物也不是一个系统。

2．(教材必修3P92“基础题T1”改编)如图是某海洋生态系统中，生产者固定太阳能和海洋水深关系的曲线，请思考：

①就远洋水域和近海水域而言，其生产者固定太阳能数量明显降低的水深深度分别为多少米？影响这一变化的主要非生物因素是什么？

②近海水域水深为多少时，生产者数量最多？在水深超过35米后，哪种水域还有较多生产者？

③从生态系统的组成成分角度看，生活在水深100 m以下的生物，主要属何种成分？是否还有生产者？

[提示]①近海水域10 m、远洋水域30 m，光照。②10～15 m。远洋水域。③主要为消费者、分解者，不再有光合自养型生产者，但还可能有化能合成作用类型的生产者。

1．各组成成分的比较

　　■

(1)生态系统成分的误区类型与特例分析

(2)生态系统组成成分关系图解分析

①先据双向箭头“”确定“非生物的物质和能量”和“生产者”，再判断两者中有“3”个指出箭头的D为“生产者”，有“3”个指入箭头的C为“非生物的物质和能量”，最后根据D→A→B，确定A为消费者、B为分解者。

②若问D、A、B具体是什么生物，则D主要为绿色植物，A为动物，B为营腐生生活的细菌和真菌。

③图示中D、A、B共同构成生物群落，食物链(网)中只包括D和A。

2．食物网中生物数量的变化分析

(1)食物链的第一营养级生物减少，相关生物都减少。

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

(3)“中间”营养级生物减少的情况，举例如下：

若青蛙突然减少，则以它为食的蛇将减少，鹰过多捕食兔和食草鸟，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。

　　■

(1)距离基本能源(如生产者)越近的生物，受到捕食或取食的压力越大，因而其种类和数量越多，生殖能力越强。

(2)食物网越复杂，最高营养级生物就越能获得持续稳定的能量。

(3)取食对象一般选取低营养级生物的原因：低营养级生物所含的能量多；富集有毒物质少。

考向一　生态系统的概念及成分

例1 (不定项选择题)(2020·山东省寿光市高三期末)下列关于生态系统组成成分的叙述，错误的是( BD )

A．自然生态系统需要源源不断地输入太阳能

B．土壤微生物都可作为生态系统的分解者

C．消费者能加快生态系统的物质循环

D．植物都属于生产者

[解析]　输入自然生态系统的总能量主要是生产者固定的太阳能，A正确；土壤中的硝化细菌是生产者，B错误；消费者的存在，能够加快生态系统的物质循环，C正确；寄生植物如菟丝子是消费者，不是生产者，D错误；答案选BD。

〔对应训练〕

1．(2019·云南省临沧市一中高三期末)生态系统的结构包括(　C　)

①各类生物　②非生物的物质和能量　③食物链和食物网　④物质循环　⑤能量流动　⑥信息传递

A．①②　 B．③④⑤⑥

C．①②③　 D．①②③④⑤⑥

[解析]　生态系统的结构包括生态系统的成分和营养结构，其中生态系统的成分包括：非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者。营养结构包括食物链和食物网。④物质循环、⑥能量流动、⑤信息传递三者为生态系统功能。所以C选项是正确的。

考向二　生态系统的营养结构——食物链、网

例2 (2019·湖南省怀化市高三期末)草→兔子→狐狸→狼为某草原上的一条食物链，下列关于该食物链的说法中正确的是(　B　)

A．该食物链中兔子是初级消费者、第一营养级

B．兔子产生的粪便不属于兔子的同化量，而是草的同化量

C．根据能量金字塔可知，处于塔尖的狼，其个体体内的能量少于兔子个体体内的能量

D．狐狸捕食一只兔子，则该兔子体内的能量全部流向狐狸

[解析]　在该食物链中草是第一营养级，兔子是第二营养级，是初级消费者，A错误。兔子产生的粪便中的能量是上一个营养级的同化量，即草的同化量，B正确。能量流动是单向流动逐级递减的，但这是在营养级之间，而狼个体体内的能量可能会大于兔子个体体内的能量，因为狼的个体较大，C错误。狐狸捕食一只兔子，该兔子体内的能量也不是全部流向狐狸的，因为有些是不能被狐狸消化吸收，D错误。

技巧点拨

食物链变式模型的分析

(1)下图中图1和图2都是以每个营养级中有机物多少为依据，图l中的食物链是丙→甲→乙→丁，图2中的食物链是丙→丁→甲→乙。

(2)图3表示甲和乙之间为捕食关系，甲是被捕食者，乙是捕食者，在食物链中，甲是低营养级，乙是高营养级。

(3)图4表示的是生态系统的组成成分图解，A是生产者，B是消费者，C是分解者，D是非生物的物质和能量，其中的食物链是A→B。

〔对应训练〕

2．(2019·湖南省长沙市高三理科综合模拟)某地土壤和水体中镉超标，镉进入生态系统后蓄积在动物肝、肾中引发“痛痛病”。某生态系统有甲、乙、丙、丁四个营养级，在某一时间测得所含镉的相对浓度如图所示。下列相关叙述中，正确的是(　A )

A．当地人要预防“痛痛病”要少吃动物肝、肾等内脏

B．丙营养级所含能量最多

C．该生态系统肯定没有分解者

D．四个营养级所同化的能量值的关系可表示为丁<甲＋乙＋丙

[解析]　富集作用是某些重金属或难降解的有机物随着营养级越高含量会越高，由题意可知镉进入生态系统后蓄积在动物肝、肾中而引发“痛痛病”，所以人类要预防该病应少吃动物肝、肾等内脏，A正确。丙营养级所含镉浓度最高，说明丙营养级最高，而能量是单向流动、逐级递减的，丙营养级所含能量最少，B错误。任何一个生态系统中都必须有分解者，C错误。四个营养级同化的能量值的关系可以表示为丁>甲＋乙＋丙，D错误。

考点二　生态系统的能量流动

1．生态系统的能量流动过程、特点及意义

2．消费者的能量流动

注意：最高营养级消费者的能量没有流向下一营养级这条途径。

(1)上述图解可以得到：摄入量＝同化量＋粪便量。

(2)在各营养级中，能量的几个去路：通过呼吸作用以热能的形式散失；被下一营养级生物利用；被分解者利用；未被利用。

易错整合，判断正误。

(1)生态系统相对稳定时无能量的输入和散失(　×　)

(2)生产者固定的能量除用于自身呼吸外，其余均流入下一个营养级(　×　)

(3)兔吃草后排出的粪便中的能量是兔同化量的一部分(　×　)

(4)一只狼捕食了一只兔子，该狼获得了兔子能量的10%～20%(　×　)

(5)能量流动规律可用“能量金字塔”表示，一个生态系统的营养级越多，在能量流动过程中散失的热能越多，所以能量流动一般不会超过4～5个营养级(　√　)

(6)拔去田地中的杂草是人为地调整能量流动的方向，可以提高生态系统的能量传递效率(　×　)

1．下图表示A、B两个特定生态系统的能量金字塔，请思考：

(1)依生态学原理看同样的玉米，上述哪种营养结构可养活更多的人口？为什么？

(2)一个吃玉米的人所获得的能量一定比一个吃牛肉的人获得的能量多，对吗？为什么？

(3)若土壤中含相同浓度的难降解污染物，则A中的人与B中的人体内污染物浓度哪个更高？

[提示](1)A种营养结构，因为B中人处于第三营养级，能量损耗加大，养活的人口更少。(2)不对。A、B营养结构中“牛”“人”代表的是相应的营养级环节，并非“一个人”。(3)B中更高。

2．如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·y)]，请据图分析：

(1)该生态系统中流入生物群落的总能量有哪些来源？

(2)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？

(3)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？(结果保留一位有效数字)

(4)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？

[提示](1)一个来源是光能，另一个来源是输入的有机物中的化学能。

(2)肉食性动物固定的总能量＝0.25＋0.05＋2.1＋5.1＝7.5×103 kJ/(m2·y)；植食性动物固定的总能量＝(7.5－5)＋0.5＋4＋9＝16×103 kJ/(m2·y)；生产者固定的总能量＝(16－2)＋3＋70＋23＝110×103 kJ/(m2·y)。

(3)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的能量/植食性动物固定的总能量×100%＝(7.5－5)/16×100%＝15.6%。

(4)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)。

1．流入某一营养级的能量来源和去路

(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；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。

2．能量流动特点及原因分析

(1)单向流动

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重复利用，因此能量流动无法循环。

(2)逐级递减

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。

3．流动模型——生态金字塔的类型、含义比较

　　■

能量流动中的三个易误点

(1)动物同化的能量不等于摄入的能量

动物同化的能量＝摄入量－粪便有机物中的能量，即摄入的食物只有部分被同化。例如蜣螂利用大象的粪便获得能量，就不能说蜣螂获得了大象的能量。

(2)粪便量不是该营养级同化量的一部分

消费者产生的粪便不属于该营养级同化的能量，它实际上与上一营养级的遗体、残骸一样，属于上一营养级被分解者利用的部分。

(3)能量传递效率与能量利用效率的区别

①能量传递效率：能量在沿食物链流动的过程中，逐级减少，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%。其计算公式为能量传递效率＝(一个营养级同化量/上一营养级同化量)×100%。

②能量利用效率：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。合理调整能量流动关系，可提高能量的利用效率。

考向一　生态系统能量流动的过程

例3 (2019·北京东城区高三期末)下图为某生态系统植物光合作用积累的有机物被植食动物利用过程中的能量流动示意图。有关叙述不正确的是 (　B　)

A．①④与植物的呼吸消耗量之和即为输入该生态系统的总能量

B．②占①④之和的百分比为这两个营养级间的能量传递效率

C．③用于植食性动物的生长、发育和繁殖

D．④⑤代表的能量可流向分解者

[解析]　①④之和为植物光合作用积累的有机物，①④与植物的呼吸消耗量之和即为生产者同化的总能量，等于输入该生态系统的总能量，A项正确；能量传递效率为两个营养级同化量的比值，①④之和不是生产者的同化量，B项错误；植食动物用于生长、发育和繁殖的能量即为有机物的积累量，C项正确；④⑤代表的能量一般流向分解者，D项正确。

〔对应训练〕

3．(2019·吉林长白山质量监测)下列有关生态系统能量流动的叙述中，正确的是(　D　)

A．生态系统能量流动从太阳光照射到植物体上开始

B．次级消费者摄取的食物中的能量即为流入次级消费者的总能量

C．生态系统的能量是伴随物质而循环利用的

D．生产者通过光合作用合成有机物，能量也就从无机环境输入到了生物群落

[解析]　生态系统能量流动从植物体固定太阳能开始，A错误；次级消费者摄取的食物中的能量包括流入次级消费者的总能量和其产生的粪便中的能量，B错误；能量是单向传递、逐级递减的，不能循环利用，C错误；生产者通过光合作用合成有机物，无机环境中的物质和能量便进入了生物群落，D正确。

考向二　能量流动的特点和应用

例4 (不定项选择题)生态系统中能量沿着食物链流动过程中逐级递减的原因包括( ACD )

A．每个营养级生命活动的维持总要消耗能量

B．照射到生产者上的太阳能没有被全部固定

C．每个营养级中总有一部分能量被分解者利用

D．上一个营养级中总有一部分个体未被下一个营养级捕食

[解析]　各营养级的能量都有一部分参与该生物呼吸作用，用于自身的生长发育和热能的形式散失，A正确；生态系统中能量是从生产者固定的太阳能开始的，而照射到生产者上的没有被固定的太阳能不属于流经生态系统的能量，B错误；每个营养级的能量有一部分被分解者利用，C正确；每个营养级中都有一部分未被利用的能量，D正确。

〔对应训练〕

4．(2019·河北省衡水一模)某鱼塘生态系统具有由5个种群构成的捕食食物网，这5个种群及其固定的能量(单位略) 如表所示。请回答下列问题：

(1)该鱼塘生态系统中共有4个营养级。表中未体现出的生物成分是分解者。

(2)表中乙和丙所示种群是该鱼塘的饲养对象，则根据表中数据不能计算出第一营养级与第二营养级之间的能量传递效率，理由是乙和丙种群固定的能量一部分来自饲料，但这部分能量值表中并未给出。为了使能量更多地流向人类，可采取的措施是人工捕捞一部分甲和丁。