2020版高考新创新一轮复习生物新课改省份专用学案：选修模块I-2第二单元第2讲生态系统的物质循环、信息传递和稳定性

第1讲 生态系统的结构与能量流动

一、生态系统的概念及组成成分

二、生态系统的营养结构

三、生态系统的能量流动
1．过程理解




2．第一营养级的能量流动

3．消费者的能量流动

注：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)从上述图解可以得到：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。
4．能量流动的特点及意义

[基础微点全练]
1．判断正误
(1)趋光性昆虫是该农田生态系统的消费者(√)
(2018·全国卷Ⅲ，T6A)
(2)生态系统中细菌产生的能量可流向生产者(×)
(2016·全国卷Ⅲ，T5B)
(3)若人与自然和谐统一，生产者固定的能量便可反复利用
(2016·全国卷Ⅰ，T5B)(×)
(4)土壤微生物可作为生态系统的分解者(√)
(2014·海南卷，T16B)
(5)土壤中的硝化细菌是异养生物，因而不属于生产者(2014·海南卷，T16D)(×)
(6)植物→鼠→鹰这条食物链中，第三营养级含能量最少(√)
(2013·全国卷Ⅰ，T5D)
(7)硝化细菌虽不能进行光合作用，但是自养生物(√)
(8)河流中所有生物和底泥共同组成河流生态系统(×)
2．下列关于生态系统组成成分的叙述，错误的是(　　)
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．菟丝子等寄生植物不属于生产者
解析：选B　土壤微生物可作为生态系统的分解者、消费者，B错误。
3．(2017·浙江11月选考单科卷)下列关于能量流动的叙述，正确的是(　　)
A．动物同化的能量中包括其粪便中的能量
B．生产者能将约10%的太阳能转化为化学能
C．相同条件下恒温动物的体重净增长低于变温动物
D．消费者营养级具有的能量与该级消费者的平均体重成正相关
解析：选C　动物粪便中的能量属于上一个营养级同化的能量；生产者只能将所接受到的太阳能的1%～2%转化为化学能；消费者营养级具有的能量与其营养级的级别有关，与平均体重无关。
4．(2015·海南高考)关于草原生态系统能量流动的叙述，错误的是(　　)
A．能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失的过程
B．分解者所需的能量可来自各营养级生物所储存的能量
C．生态系统维持正常功能需要不断得到来自系统外的能量
D．生产者固定的能量除用于自身呼吸外，其余均流入下一营养级
解析：选D　生产者固定的能量除用于自身呼吸外，还有流入下一营养级和分解者的能量，另外还有未被利用的能量。
5．根据图示判断，下列叙述正确的是(　　)

A．图示的各种成分在生态学上可以构成一个生态系统
B．图示生物可以形成的食物链：绿色植物→蝉→螳螂→黄雀→蛇→细菌
C．细菌与蝉之间的关系属于竞争
D．蛇属于三级消费者
解析：选A　图中既有生产者、消费者和分解者，又有非生物的物质和能量，能构成一个生态系统；细菌属于分解者，不占据营养级；细菌与蝉不存在共同食物资源，不属于竞争关系；蛇属于四级消费者，位于第五营养级。
6．有关生态系统结构的叙述，正确的是(　　)
A．不能进行光合作用的生物一定不是生产者
B．分解者只包括腐生细菌和真菌
C．生态系统的营养结构是指生态系统中由营养关系形成的食物链和食物网
D．生产者和分解者是生态系统的基石，消费者不是生态系统的必备成分
解析：选C　有些生物虽然不能进行光合作用，但是能进行化能合成作用，也属于生产者，如硝化细菌，A错误。分解者包括腐生细菌、真菌以及营腐生生活的动物(如秃鹫、蚯蚓等)，B错误。生态系统的结构包括：生态系统的组成成分、食物链和食物网，其中食物链和食物网构成生态系统的营养结构，C正确。生产者是生态系统的基石，能把无机物合成有机物；分解者能把有机物分解成无机物，是生态系统的必备成分；消费者只是加快生态系统的物质循环，如果没有消费者，生态系统的物质循环虽然变慢但是仍可以进行，所以消费者不是生态系统的必备成分，D错误。

一、生态系统的结构
[试考题·查欠缺]
1．(2018·海南高考)某地在建设池塘时，设计了如图所示的食物网，鲫鱼和鲢鱼生活在不同水层。关于该池塘生态系统的叙述，错误的是(　　)

A．鲫鱼既是初级消费者又是次级消费者
B．消耗等量藻类时，鳜鱼的生长量少于鲢鱼
C．通气可促进水体中生物残骸分解为无机物
D．藻类固定的能量小于流入次级消费者的能量
解析：选D　鲫鱼在不同的食物链中分别处于第二和第三营养级，既是初级消费者又是次级消费者，A正确；能量流动是逐级递减的，由于鳜鱼所处的营养级高于鲢鱼，所以消耗等量藻类时，鳜鱼的生长量少于鲢鱼，B正确；水中的需氧微生物能够分解有机物，通气可促进水体中生物残骸分解为无机物，促进物质的循环，C正确；由于能量的流动具有逐级递减的特点，藻类固定的能量并不是全部流入次级消费者体内，所以藻类固定的能量高于流入次级消费者的能量，D错误。
2．(2016·全国卷Ⅲ)我国谚语中的“螳螂捕蝉，黄雀在后”体现了食物链的原理。若鹰迁入了蝉、螳螂和黄雀所在的树林中，捕食黄雀并栖息于林中。下列叙述正确的是(　　)
A．鹰的迁入增加了该树林中蝉及其天敌的数量
B．该生态系统中细菌产生的能量可流向生产者
C．鹰的迁入增加了该生态系统能量消耗的环节
D．鹰的迁入改变了该生态系统能量流动的方向
解析：选C　根据文字信息写出食物链：植物→蝉→螳螂→黄雀→鹰，鹰的迁入会导致黄雀减少、螳螂增加、蝉减少等系列变化。细菌一般是生态系统的分解者，分解者从动植物遗体、遗物中获得的能量通过分解作用以热能的形式散失，不会再被生产者利用。鹰的迁入使该生态系统的食物链由4个营养级变为5个营养级，增加了该生态系统能量消耗的环节。鹰的迁入使该生态系统的食物链营养级增加，但食物链还是只有一条，所以能量流动的方向未改变。
[强知能·补欠缺]
1．生态系统的组成成分
(1)非生物的物质和能量：阳光、热能、水、空气、无机盐等。
(2)生物群落

生产者
消费者
分解者
营养方式
自养
异养
异养
生物类型
①光合自养生物：绿色植物和蓝藻等
②化能合成生物：硝化细菌等
大多数动物，寄生植物(如菟丝子)
腐生细菌和真菌，腐食动物
地位
生态系统的基石，主要成分
生态系统最活跃部分，但非必要成分
生态系统的关键成分，必要成分
作用
①合成有机物，储存能量
②为消费者提供食物和栖息场所
①加快物质循环
②帮助植物传粉和传播种子
将有机物分解为无机物，供生产者重新利用　

2．辨明生态系统组成成分的三类“不一定”和两类“一定”
三类“不一定”
①生产者不一定是植物(如蓝藻、硝化细菌)，植物不一定是生产者(如菟丝子营寄生生活，属于消费者)
②消费者不一定是动物(如营寄生生活的微生物等)，动物不一定是消费者(如秃鹫、蚯蚓、蜣螂等以动植物残体或排泄物为食的腐生动物属于分解者)
③分解者不一定是微生物(如蚯蚓等动物)，微生物不一定是分解者(如硝化细菌属于生产者，寄生细菌属于消费者)
两类“一定”
①生产者一定是自养型生物，自养型生物一定是生产者
②营腐生生活的生物一定是分解者，分解者一定是营腐生生活的生物


3．图解食物链(如图)

(1)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)。
(2)营养级：一般不超过5个
①植物(生产者)：第一营养级；
②动物所处营养级级别＝消费者级别＋1。
(3)食物链中的捕食关系是长期自然选择形成的，通常不会逆转。
(4)某一营养级的生物所代表的是该营养级的所有生物，不代表单个生物个体，也不一定是一个物种。
4．构建食物链(网)的一般方法
(1)依据曲线图构建食物链(网)

解读：分析图1曲线走势，先上升先下降者为被捕食者。或以各营养级数量为依据，一般来说，营养级越低时，数量越多(看起点)，即该图中的食物链为C→B→A。
(2)依据柱形图或饼状图构建食物链(网)

解读：图2和图3都是以每个营养级中有机物的多少为依据，图2中的食物链是丙→甲→乙→丁；图3中的食物链是。





(3)依据生态系统物质循环模型图构建食物链(网)

解读：图4表示的是生态系统的物质循环图解，其中D是生产者、A是消费者、B是分解者、C是无机环境，包含的食物链是D→A。
(4)依据表格数据(能量值)直接构建食物链(网)
营养级
A
B
C
D
能量(Pg)
15.9
870.7
1.9
141.0
解读：根据能量多少和传递效率10%～20%可以确定食物链为B→D→A→C。
(5)依据表格数据(重金属、DDT等浓度)间接构建食物链(网)
生物体
A
B
C
D
E
有机汞浓度(mg·L－1)
0.05
7
0.51
68
0.39

解读：注意本表直接呈现的是某生物体的有机汞浓度，并非能量值。有机汞存在“生物富集”现象，即随着营养级的增加，汞浓度增加，两者在数值上呈正相关，所以从表中有机汞浓度的大小可推知该生物营养级的高低，从而判断各生物能量值的大小。其食物链(网)如图所示。
[练题点·全过关]
1．(2019·湖南重点中学联考)下列有关生态系统组成成分的叙述，正确的是(　　)
A．太阳光来源于地球以外，不属于生态系统的成分
B．硝化细菌是原核生物，在生态系统中属于生产者
C．病毒是原核生物，在生态系统中属于分解者
D．蚯蚓是真核生物，在生态系统中属于消费者
解析：选B　太阳光属于生态系统成分中的非生物的物质和能量，A错误。硝化细菌是原核生物，可通过化能合成作用将无机物合成有机物，在生态系统中属于生产者，B正确。病毒无细胞结构，不是原核生物；由于病毒严格寄生在活细胞内，因此其在生态系统中属于消费者，C错误。蚯蚓是真核生物，从土壤中的残枝败叶中获得食物，在生态系统中属于分解者，D错误。
2.(2019·聊城模拟)如图表示生产者、消费者和分解者之间的关系，下列相关叙述错误的是(　　)
A．甲是生产者，乙是消费者
B．丙属于次级消费者
C．丙可以为甲提供无机盐
D．丙不属于食物链成分
解析：选B　由图可知甲为生产者，乙为消费者，丙为分解者。分解者将动植物残体中的有机物分解成无机物归还无机环境，为甲提供无机盐。分解者不能出现在食物链中。
[方法技巧]　生态系统中各成分的判断
1．根据生物类型巧判生态系统的成分

2．根据图示中的箭头判断
　
　 　　　　 图1　　　　 　 图2
(1)若有双箭头，如图1所示
①根据双向箭头AD，确定两者肯定是非生物的物质和能量、生产者。
②根据箭头指向判断各成分：
a．A有三个指出，应为生产者。
b．D有三个指入，为非生物的物质和能量。
c．B和C一个为消费者，另一个为分解者，A(生产者)和B均指向C，则C为分解者。
(2)若无双箭头，如图2所示
①箭头指向最多的是分解者(丙)。
②分解者指向生产者(甲)。
二、生态系统的能量流动过程　

[试考题·查欠缺]
1．(2018·全国卷Ⅱ)大型肉食性动物对低营养级肉食性动物与植食性动物有捕食和驱赶作用，这一建立在“威慑”与“恐惧”基础上的种间关系会对群落或生态系统产生影响，此方面的研究属于“恐惧生态学”范畴。回答下列问题：
(1)当某种大型肉食性动物迁入到一个新的生态系统时，原有食物链的营养级有可能增加。生态系统中食物链的营养级数量一般不会太多，原因是_________________________
________________________________________________________________________。
(2)如果将顶级肉食性动物引入食物网只有三个营养级的某生态系统中，使得甲、乙两种植食性动物间的竞争结果发生了反转，即该生态系统中甲的数量优势地位丧失。假定该反转不是由于顶级肉食性动物的直接捕食造成的，那么根据上述“恐惧生态学”知识推测，甲的数量优势地位丧失的可能原因是_______________________________
__________________________________________________________(答出一点即可)。
(3)若某种大型肉食性动物在某地区的森林中重新出现，会减轻该地区野猪对农作物的破坏程度。根据上述“恐惧生态学”知识推测，产生这一结果的可能原因有________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(答出两点即可)。
解析：(1)生态系统中能量沿食物链的传递特点是单向流动、逐级递减。食物链中生产者固定的能量在沿食物链流动过程中大部分都损失了，传递到下一营养级的能量较少，所以一条食物链的营养级数量一般不会太多。(2)根据题中信息可知，顶级肉食性动物对环境中的植食性动物有驱赶作用，这种作用是建立在“威慑”与“恐惧”基础上的。甲的数量优势地位丧失的原因可能是其对顶级肉食性动物的恐惧程度比乙高，导致甲逃离该生态系统的数量比乙多。(3)大型肉食性动物捕食野猪或野猪因恐惧减少了采食，从而减轻了野猪对该地区农作物的破坏。
答案：(1)生产者固定的能量在沿食物链流动过程中大部分都损失了，传递到下一营养级的能量较少
(2)甲对顶级肉食性动物的恐惧程度比乙高，顶级肉食性动物引入后甲逃离该生态系统的数量比乙多
(3)大型肉食性动物捕食野猪；野猪因恐惧减少了采食
2．(2018·江苏高考)某城市河流由于生活污水和工业废水的排入，水质逐渐恶化。经过治理后，河水又恢复了清澈。图1表示该河流的能量金字塔(甲、乙、丙为3种鱼，丁为1种水鸟，甲不摄食藻类，箭头指示能量流动方向)，图2表示部分能量流动关系(图中数字表示同化的能量)。请回答下列问题：


(1)图1所示食物网中，遗漏了一条能量流动途径，该条途径是__________________。
(2)图1所示食物网中，次级消费者是________，丁与丙之间的种间关系是______________。
(3)根据图1分析，除了图2中已经标出的能量去向之外，乙的能量去向还有________________________________________________________________________。
(4)结合图2分析，图1所示食物网中第一营养级到第二营养级能量的传递效率________(在“大于”“小于”或“等于”中选择)7.6%。
(5)经检测，水体中含有某种可被生物富集的农药，推测此农药含量最高的物种是________。
(6)从生态学角度解释，污染物排放导致水质恶化的主要原因是________________________________________________________________________。
解析：(1)根据题中信息可知，甲不摄食藻类，水草、藻类是第一营养级，甲、乙是第二营养级，丁是第三、第四营养级，甲和丁未体现出食物联系，所以还可能有的一条食物链是水草→甲→丁。(2)图1中丙、丁都可以作为第三营养级即次级消费者。丁捕食丙，且丙、丁都捕食乙，所以丁与丙之间的种间关系是捕食和竞争。(3)图1中乙可以被丙和丁捕食，所以乙的能量去向除了流向分解者和丁之外，还可以传递给丙以及通过自身呼吸作用以热能形式散失。(4)根据图2可知，第一营养级到乙的能量传递效率是1 900/25 000×100%＝7.6%，但是因为第二营养级包括乙和其他鱼类，再加上其他鱼类的能量，第一营养级到第二营养级的能量传递效率大于7.6%。(5)有些农药不易被分解，营养级级别越高的生物，其体内积累的农药越多，因此体内农药含量最高的物种是丁。(6)生态系统的自我调节能力是有一定限度的，如果污染物排放超过该限度，生态系统的稳态就会遭到破坏。
答案：(1)水草→甲→丁　(2)丙和丁　捕食和竞争
(3)传递给丙、自身呼吸作用以热能形式散失　(4)大于
(5)丁　(6)河流生态系统自我调节(自我修复)能力有限
[强知能·补欠缺]
1．能量流经第二、第……营养级的过程分析
图示

分析
①摄入量(a)＝同化量(b)＋粪便量(c)
②同化量(b)＝摄入量(a)－粪便量(c)
＝呼吸消耗量(d)＋净同化量(e)
＝呼吸消耗量(d)＋流入下一营养级(g)＋被分解者利用(f)
③净同化量(e)＝同化量(b)－呼吸消耗量(d)
＝流入下一营养级(g)＋被分解者利用(f)
能量传递效率的计算公式
能量传递效率＝×100%＝(10%～20%)
在解决有关能量传递的计算问题时，首先要确定相关的食物链，理清生物在营养级上的差别，能量传递效率为10%～20%。解题时注意题目中是否有“最多”“最少”“至少”等特殊的字眼，从而确定使用10%或20%来解题

2．流入某一营养级能量的来源和去路
除最高营养级外，能量流经每个营养级所发生的变化基本相同。图示如下：

3．生态系统中能量流动的分析方法
(1)定量不定时分析：流入某一营养级的一定量的能量在足够长的时间内的去路有三条：①自身呼吸消耗；②流入下一营养级(最高营养级除外)；③被分解者分解利用。但这一定量的能量不管如何传递，最终都以热能形式从生物群落中散失；生产者源源不断地固定太阳能，才能保证生态系统能量流动的正常进行。
(2)定量定时分析：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：①自身呼吸消耗；②流入下一营养级(最高营养级除外)；③被分解者分解利用；④未利用，即未被自身呼吸消耗，也未被下一营养级和分解者利用，如果是以年为单位研究，这部分的能量将保留到下一年。但从长远来看，“未利用”的能量最终会被自身呼吸消耗、流入下一营养级或被分解者利用。
[练题点·全过关]
1．下图为桑基鱼塘农业生态系统的能量流动图解，图中字母代表能量，相关说法正确的是(　　)

A．图中用于桑树生长发育繁殖的能量是a
B．图中未利用的能量是指蚕粪便中的能量
C．第一、二营养级间的能量传递效率用(e＋f＋g＋h)/a表示
D．桑基鱼塘具有较强的稳定性，不存在负反馈调节
解析：选C　图中用于桑树生长、发育和繁殖的能量是c；图中未利用的能量是指桑树同化的能量减去呼吸消耗的能量、流向蚕的能量及被分解者利用的能量；蚕同化的能量为e＋f＋g＋h，所以第一、二营养级间的能量传递效率＝(e＋f＋g＋h)/a；桑基鱼塘动植物种类少，稳定性较低，但也存在负反馈调节。
2.(2019·长沙模拟)某草原生态系统中能量金字塔由最下面一层到最上面一层共四层，分别为甲、乙、丙、丁(如图)，若有外来生物戊入侵，且会与丙竞争食物，但不会被丁所捕食。下列有关说法错误的是(　　)
A．甲可能为绿色植物，甲固定的能量大于乙、丙、丁同化的能量之和
B．甲、乙、丙、丁构成该生态系统的生物群落
C．丁生物的种群数量很可能会逐渐减少
D．戊在生态系统中处于第三营养级
解析：选B　处于能量金字塔底层的是生产者，所以甲可能为绿色植物，生产者甲固定的能量大于乙、丙、丁同化的能量之和；能量金字塔包含生产者和消费者，不包含分解者，而生物群落应该包含该生态系统中的所有生物，可见甲、乙、丙、丁尚不能构成该生态系统的生物群落；由于生物戊入侵，与丙(丁的食物)竞争食物，所以丙的数量会下降，又由于戊不会被丁所捕食，所以丁生物的种群数量很可能会因食物减少而逐渐减少；戊与丙竞争食物，所以在生态系统中处于第三营养级。




[深化拓展]　生态金字塔的类型及特点
项目
能量金字塔
数量金字塔
生物量金字塔
形状



每一阶含义
每一营养级生物所含能量的多少
每一营养级生物个体的数目
每一营养级生物的有机物总量
象征含义
能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性
一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐步递减
一般生物有机物的总质量沿食物链升高逐级递减
特点
正金字塔形
一般为正金字塔形
一般为正金字塔形
分析
能量流动的过程中总是有能量的耗散，故能量流动逐级递减
成千上万只昆虫生活在一株大树上时，该数量金字塔的塔形也会发生变化

浮游植物的个体小，寿命短，又不断被浮游动物吃掉，所以某一时间浮游植物的生物量(用质量来表示)可能低于浮游动物的生物量



理性思维(一)——能量流动的相关计算
1．(2015·福建高考)下图为某人工鱼塘食物网及其能量传递示意图(图中数字为能量数值，单位是J·m－2·a－1)。下列叙述正确的是(　　)

A．该食物网中最高营养级为第六营养级
B．该食物网中第一到第二营养级的能量传递效率为25%
C．太阳鱼呼吸作用消耗的能量为1 357 J·m－2·a－1
D．该食物网中的生物与无机环境共同构成一个生态系统
解析：选B　该食物网中最长的食物链为：浮游植物―→浮游动物―→幽蚊幼虫―→太阳鱼―→鲈鱼，食物网中最高营养级鲈鱼属于第五营养级。第二营养级包括浮游动物和摇蚊幼虫，二者共有的能量为3 780＋4 200＝7 980，因此从第一营养级到第二营养级的能量传递效率为：7 980÷31 920×100%＝25%。一个营养级所含有的能量，一部分流入下一个营养级，还有一部分用于自身呼吸消耗和流向分解者等，选项中1 357是1 483(太阳鱼总同化量)减去126(下一营养级摄入量)得到的，因此太阳鱼呼吸作用消耗的能量比1 357 J·m－2·a－1少。生态系统的组成成分包括生产者、消费者、分解者和无机环境，而食物网中只有生产者和消费者，无分解者，所以食物网与无机环境不能构成生态系统。
2．如图为生态系统能量流动示意图，请回答以下问题：

(1)流经该生态系统的总能量应该是图中的_____________________________________。
(2)图中第一和第二营养级之间的能量传递效率为_______________________________。
(3)蜣螂(N6)所利用的能量是直接来自生产者还是初级消费者所同化的？____________________________________________________________________________。
请说明理由___________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)生态系统能量流动的特点是单向流动和逐级递减。请据图分析能量流动逐级递减的原因有哪些？___________________________________________________________________
___________________________________________________(至少答出两点)。
解析：(1)流经生态系统的总能量就是生产者固定的太阳能，即为N2。(2)能量由第一营养级传递给第二营养级的传递效率为：第二营养级的同化量/第一营养级的同化量＝N5/N2。(3)N6为蜣螂从粪便中获取的能量，其能量来源是生产者而非初级消费者。(4)各营养级生物所获得的能量因呼吸作用而消耗相当大的一部分能量，且各营养级的生物中总有一部分能量不能被下一营养级利用，可能被分解者利用，也可能始终未被利用，导致能量逐级递减。
答案：(1)N2　(2)N5/N2　(3)生产者　　蜣螂(N6)所利用的能量是初级消费者粪便中的，并未被初级消费者同化，本质上应该属于生产者的部分　(4)呼吸消耗，被分解者分解，未被利用(至少答出两点)
3．(2019·韶关四校联考)我国的水稻生产从单纯追求高产向健康、安全、优质、高产开始转轨，由于鸭子喜食稗、鸭舌草、异型莎草、陌上菜等稻田杂草，不喜欢富含硅质的水稻，极大发挥了稻田的生产、养殖及生态调控功能，因而“稻鸭共作”稻田复合种养系统正在全国各地大力推广。如图为一稻田生态系统简易食物网，据图回答以下问题：

(1)按生态系统的组成成分分析，图中还缺少___________________________________。
(2)图中共有________条食物链，鸭与稻田害虫属于________关系。
(3)若田螺和稻田害虫获取水稻的食物比例分别占1/3，鸭从田螺、稻田害虫获取的食物比例各占1/4，则鸭增重1kg，至少需要水稻和稻田杂草共增重________kg才能满足。
解析：(1)图中食物网中只有生产者和消费者，还缺少分解者、非生物的物质和能量。(2)图中共有7条食物链，鸭与稻田害虫既存在捕食关系，又存在竞争关系。(3)由于田螺和稻田害虫获取水稻的比例分别占1/3，即田螺和稻田害虫分别从稻田杂草获取的食物比例为2/3，鸭从田螺、稻田害虫获取的食物比例各占1/4，则从稻田杂草获取的食物比例为1/2；又由于是已知最高营养级的能量，求第一营养级的能量，“至少”表明应按20%的能量传递效率计算，因此至少需要水稻和稻田杂草共增重1×1/2÷20%＋(1×1/4÷20%×1/3÷20%＋1×1/4÷20%×2/3÷20%)×2＝15(kg)。
答案：(1)非生物的物质和能量及分解者　(2)7　捕食和竞争　(3)15
[素养提升]
1．能量传递效率的相关“最值”计算
(1)食物链越短，最高营养级获得的能量越多。
(2)生物间的取食关系越简单，生态系统的能量流动过程中消耗的能量越少。具体计算方法如下：
知低营养级求高营养级
知高营养级求低营养级
获能量最多
选最短食物链
按×20%计算
需最多能量
选最长食物链
按÷10%计算
获能量最少
选最长食物链
按×10%计算
需最少能量
选最短食物链
按÷20%计算

2．能量传递效率的有关“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多种生物获得能量，且各途径所获得的生物量比例确定，则按照各单独的食物链进行计算，然后合并。
3．用拼图法进行能量流动计算
输入第一营养级的能量(W1)，被分为两部分：一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了(A1)，一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖(B1＋C1＋D1)。而后一部分能量中，包括现存的植物体B1、流向分解者的C1、流向下一营养级的D1，如图所示：

(1)流经整个生态系统的总能量是生产者固定的总能量，即W1。将图中第三营养级同化的总能量D2“拼回”第二营养级，则刚好等于D1，即第二营养级同化的总能量；再将D1“拼回”第一营养级，则刚好等于生产者固定的总能量W1。可见，在一个生态系统中，所有生物的总能量都来自W1，所有生物总能量之和都小于W1(呼吸作用消耗的缘故)。
(2)能量传递效率不会是100%。从上图可以看出，从第一营养级向第二营养级能量的传递效率等于D1/W1×100%，一般情况下，能量在相邻两个营养级间的传递效率为10%～20%。

理性思维(二)——食物链(网)中生物数量变动情况分析
4．如图为某食物网简图，其中物种c和物种b均生活于白杨树中层的树枝表面。据图分析下列叙述正确的是(　　)

A．图中共有6条食物链
B．物种b和物种c之间无竞争关系
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
解析：选C　图中共有7条食物链，即：白杨树→b→h，白杨树→c→d→a，白杨树→c→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和物种b均生活于白杨树中层的树枝表面，b、c均以白杨树为食，存在竞争关系，B错误；物种e突然大量减少，物种a以c、d、g、f为食，所以一段时间内a的数量可能无明显变化，C正确；图示的各种成分为食物网，只包括动物和植物，不包括无机环境和分解者，故不能构成一个生态系统，D错误。
5.(2013·广东高考)如图所示某湖泊的食物网，其中鱼a、鱼b为两种小型土著鱼，若引入一种以中小型鱼类为食的鲈鱼，将出现的情况是(　　)
A．鲈鱼的产量不能弥补土著鱼的减少量
B．土著鱼在与鲈鱼的竞争中处于劣势
C．浮游动物总量锐减后再急升
D．浮游植物总量急升后再锐减
解析：选A　鲈鱼与土著鱼之间是捕食关系，B错误；引入以中小型鱼类为食的鲈鱼后，土著鱼a、b的数量都下降，短期内浮游动物总量先急升后下降再趋于稳定，相应地浮游植物锐减后再急升最后趋于稳定，C、D错误；鲈鱼以土著鱼为食，按能量传递逐级递减的特点，A正确。
[素养提升]
食物链(网)中生物数量变化分析
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都会减少，简记为：“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，会先增加后趋于稳定，简记为：“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的食物有多种来源时，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。简记为：“食物网，食物链，生物数量好判断，首先你要有主见，环节少的最先看。”举例如下：

若青蛙突然减少，则以它为食的蛇将减少，鹰过多捕食兔和鸟，从而导致兔、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。


一、选择题
1．在美国西海岸的一个基岩质海岸的潮间带栖息着藤壶、贻贝、帽贝和石鳖等几种动物，这些动物被海星所捕食。科学家将海星从实验小区中移除一段时间后，调查小区中被捕食物种的数量，由15种迅速下降到8种，同时发现藤壶和贻贝种群数量明显增加。相关叙述错误的是(　　)
A．小区中藤壶、贻贝、帽贝和石鳖等动物构成一个生物群落
B．海星可以位于第三营养级
C．海星移除后，小区物种数量下降的原因是被捕食者之间竞争加剧
D．实验结果说明捕食者的存在有利于维持生态系统物种多样性
解析：选A　小区中所有的生物构成一个生物群落，A错误；贻贝等动物可以属于初级消费者，海星以这些动物为食，海星可以位于第三营养级，B正确；海星移除后，由于被捕食者数量增加，种间竞争加剧，导致部分物种被淘汰，物种数量下降，C正确；通过海星的捕食可以调节被捕食者之间的关系，有利于维持生态系统物种多样性，D正确。
2．(2019·怀化期末)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正确的是(　　)
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：选B　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，该兔子体内的能量并不是全部流向狐狸，因为有些不能被狐狸消化吸收，D错误。
3.如图表示某生态系统的营养结构，a～e代表各营养级的生物。下列叙述错误的是(　　)
A．共有3条食物链，a属于第三营养级
B．各营养级中，所含能量最多的是c
C．若该生态系统的水源受有机磷农药轻度污染，受害最严重的是a
D．图中的所有生物再加上非生物的物质和能量就构成了一个完整的生态系统
解析：选D　据图分析，图中食物链有c→b→a、c→e→a、c→d 3条，A正确；能量流动具有逐级递减的特点，所以第一营养级生物c含有的能量最多，B正确；若该生态系统的水源受有机磷农药轻度污染，由于食物链的富集作用，受害最严重的是a，C正确；生态系统的组成成分包括生产者、消费者、分解者、非生物的物质和能量，而图中只含有生产者和消费者，D错误。
4．(2019·泉州质检)某湿地生态系统食物网如图所示，下列有关分析错误的是(　　)

A．该食物网中有6条食物链，朱鹮位于第三营养级
B．该食物网中，朱鹮与鱼类的种间关系是竞争和捕食
C．流入朱鹮的总能量小于鱼类和贝类的总能量之和
D．大量捕捞鱼类将使该生态系统自我调节能力下降
解析：选A　食物链的起点是生产者藻类和水草，终点是不被其他营养级捕食的生物朱鹮，则该食物网中有6条食物链，朱鹮位于第三、四营养级，A错误；该食物网中，朱鹮与鱼类的种间关系是竞争和捕食，B正确；由于能量流动具有单向流动、逐级递减的特点，所以流入朱鹮的总能量小于鱼类和贝类的总能量之和，C正确；生态系统中的组分越多，食物网越复杂，其自我调节能力就越强，因此，大量捕捞鱼类将使该生态系统自我调节能力下降，D正确。
5．下列有关农田生态系统结构与功能的叙述中，正确的是(　　)
A．非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者组成了农田生态系统的结构
B．除去田间杂草，有利于实现该生态系统中能量的多级利用
C．增施农家肥能提高作物产量，是因为其促进了该生态系统中物质和能量的循环利用
D．防治农业害虫，使能量尽量流向对人类最有益的部分
解析：选D　生态系统的结构包括生态系统的组成成分、食物链和食物网，其中生态系统的组成成分包括非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者，A错误；农田中除去杂草，使能量尽可能多地流向对人类最有益的部分，没有实现能量的多级利用，B错误；能量不能循环利用，只能单向流动，C错误；除去农田中的害虫，是为了调整该生态系统中的能量流动关系，使能量尽可能多地流向对人类最有益的部分，D正确。
6．(2019·豫南六市一模)如图是生态系统的能量流动图解，N1～N6表示能量数值，下列有关叙述正确的是(　　)

A．蜣螂同化的能量属于第二营养级的能量
B．最高营养级同化量的去向是：呼吸作用散失、用于生长发育和繁殖、流入分解者
C．草食动物N5/N4的比值大于肉食动物的这一比值
D．高营养级生物呼吸散失量占自身同化量的比值通常大于低营养级的生物
解析：选D　蜣螂同化的能量来自初级消费者的粪便，而初级消费者粪便中的能量是其没有同化的能量，属于第一营养级同化的能量，A错误；最高营养级同化量的去向是：呼吸作用散失的能量、用于生长发育和繁殖的能量，其中用于生长发育和繁殖的能量包括分解者利用的能量、流向下一营养级的能量和未被利用的能量，B错误；不同营养级的生物同化量与摄入量的比值无法判断，C错误；高营养级生物呼吸散失量占自身同化量的比值通常大于低营养级的生物，D正确。
7．科学家对生活在某生态系统的一个蜘蛛种群的能量进行定量分析，得出了能量流经这种肉食动物的有关数据(能量以种群的质量表示)，如图所示。下列叙述错误的是(　　)

A．在食物链中，蜘蛛至少位于第三营养级
B．蜘蛛吃下的未被同化的能量属于上一营养级同化量中的一部分
C．图中X代表用于蜘蛛生长、发育和繁殖的能量
D．根据图中的数据可以计算出猎物种群与蜘蛛间的能量传递效率
解析：选D　蜘蛛是肉食动物，在食物链中，至少位于第三营养级，A正确；未同化的能量属于上一营养级同化量的一部分，B正确；同化的能量一部分用于生长、发育和繁殖，还有一部分被呼吸代谢消耗，C正确；分析图示，并不知道上一营养级的同化量，因此不能计算能量的传递效率，D错误。
8．(2019·西安模拟)某莲藕池塘中存在着如图所示的食物网，下列有关叙述正确的是(　　)

A．图中存在3条食物链，每条食物链都含有3个营养级
B．图中所有的生物可以共同构成一个生物群落
C．该池塘实施莲藕和鱼共同种养模式后，鱼粪便中的能量可以流入莲藕
D．若蜘蛛的同化量增加1 J，则莲藕的同化量至少需要增加25 J
解析：选D　图中存在“莲藕→斜纹夜蛾→蜘蛛”“莲藕→斜纹夜蛾→瓢虫→蜘蛛”“莲藕→莲缢管蚜→瓢虫→蜘蛛”3条食物链，其中后两条食物链都含有4个营养级，A错误。生产者、消费者和分解者共同构成一个生物群落，而图中没有分解者，B错误。该池塘实施莲藕和鱼共同种养模式后，鱼粪便中的物质可以为莲藕所用，但能量不能流入莲藕，C错误。若蜘蛛的同化量增加1 J，则莲藕的同化量至少需要增加(应按照最短食物链、能量传递效率为20%来计算)1÷20%÷20%＝25(J)，D正确。
9.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．当地人预防“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：选A　营养级越高，富集作用越强。由题意可知，镉进入生态系统后蓄积在动物肝、肾中引发“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；丙所含镉浓度最高，说明其营养级最高，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；任何一个生态系统都必须有分解者，C错误；四个营养级所同化的能量值的关系可表示为丁>甲＋乙＋丙，D错误。
10．如图表示某池塘生态系统中饲养草鱼时的能量流动过程示意图，a～i表示能量值，关于该过程的叙述正确的是(　　)

A．流经该生态系统的总能量为a
B．第一、二营养级之间的能量传递效率为(g＋h)/a
C．第一、二营养级之间的能量传递效率为h/b
D．可通过投放消化酶提高第一、二营养级之间的能量传递效率
解析：选D　流经该生态系统的总能量是生产者所固定的太阳能加上人工输入的能量，A错误；第一营养级的同化量是a，第二营养级的同化量为h，故第一、二营养级之间的能量传递效率为h/a，B、C错误；投放消化酶可提高动物的消化吸收量，从而提高从第一营养级到第二营养级的能量传递效率，D正确。
11．(2019·北京西城区校级期中)如图是某生态系统中能量流动的图解，能量单位为J/(cm2·a)，图中A、B、C、D代表该生态系统的组成成分。由图可知(　　)

A．流入该生态系统的总能量是太阳辐射到该生态系统的能量
B．流入该生态系统的总能量与流出该生态系统的总能量相等
C．能量从第二营养级到第三营养级的传递效率约为20%
D．该生态系统中共有4个营养级
解析：选C　流入该生态系统的总能量是生产者A固定的太阳能，A错误；图中有些能量是未被利用的能量，所以流入该生态系统的总能量大于流出该生态系统的总能量，B错误；能量从第二营养级到第三营养级的传递效率＝12.6÷62.8×100%≈20%，C正确；图示生态系统中只有三个营养级，分解者(D)不占营养级，D错误。
12．如表所示为有机物从植物传递到植食动物鳞翅目幼虫过程中部分能量流动的情况，根据表中数据不能得出的结论是(　　)
项目
被鳞翅目
幼虫吃掉
的植物
鳞翅目幼
虫粪便含
有的能量
鳞翅目幼
虫呼吸消
耗的能量
用于鳞翅
目幼虫生
长的能量
能量(J)
419.00
209.50
146.65
62.85
A.鳞翅目幼虫的同化量为209.50 J
B．食物中的能量只有15%用于幼虫自身的生长
C．鳞翅目幼虫从第一营养级获取的能量有一部分以热能的形式散失，因此能量在生态系统中的流动是不可循环的
D．能量由植物传递到植食动物鳞翅目幼虫的效率为50%
解析：选D　鳞翅目幼虫的同化量＝摄入量－粪便量＝419.00－209.50＝209.50(J)，A正确。用于幼虫自身生长的能量＝209.50－146.65＝62.85(J)，占食物中的能量比例为62.85/419.00＝0.15，B正确。鳞翅目幼虫从第一营养级获取的能量有一部分以热能的形式散失，因此能量在生态系统中的流动是不可循环的，即能量单向流动，C正确。由于不知道植物固定的太阳能有多少，因此无法计算能量由植物传递到植食动物鳞翅目幼虫的效率，而且能量传递效率一般为10%～20%，D错误。
二、非选择题
13．生态环境的改变与生态农业有关。“桑基鱼塘”是我国古代发展的简单的生态农业生产方式：桑叶喂蚕，蚕沙(蚕粪)养鱼，鱼塘泥肥桑，在桑、蚕、鱼之间形成良性循环。回答下列问题：
(1)蚕摄食桑叶后，桑叶中的能量去向：一是____________，二是________________，其中前者除用于呼吸消耗以热能形式散失外，其余用于______________________。有同学认为“鱼塘泥肥桑”的道理是鱼塘泥中含有大量的有机物和能量可以被桑树直接吸收利用，你认为这种说法对吗？__________。请简述理由_________________________。
(2)某兴趣小组对某地桑基鱼塘的能量流动进行了调查，调查结果如下表，能量单位：J/(cm2·a)。

同化能量
呼吸消耗
分解者利用
桑
7.5×105
4.25×105
2.84×105
蚕
2.25×104
1.3×104
5.5×103
鱼
1.8×104
1.1×104
1.4×103
根据上述调查结果分析，能量流动逐级递减的原因是生物同化的能量大部分用于自身呼吸消耗，还有一部分因未被吸收而被________利用。从提高经济效益和维持生态平衡的角度分析，该生态系统需改进的做法是_____________________________________。
解析：(1)蚕摄食桑叶后，桑叶中的能量大部分被蚕吸收同化，少部分以粪便形式排出，被蚕同化的能量除用于呼吸消耗以热能形式散失外，其余用于生长发育和繁殖；植物不能直接利用有机物，鱼塘泥中的有机物被分解为无机物后被桑吸收利用，同时能量以热能形式散失，散失的热能不能被利用。(2)根据调查结果分析，能量流动逐级递减的原因是生物同化的能量大部分用于自身呼吸消耗，还有一部分被分解者利用。从提高经济效益和维持生态平衡的角度分析，该生态系统需适量增加蚕和鱼的养殖量。
答案：(1)被蚕吸收同化　随蚕的粪便排出　生长发育和繁殖　不对　植物不能直接利用有机物，鱼塘泥中的有机物被分解为无机物后被桑吸收利用，同时能量以热能形式散失，植物不能利用热能　(2)分解者　适量增加蚕和鱼的养殖量
14．如图是某天然湖泊中能量流动的简图(数值单位为×103kJ)。请回答下列问题：

(1)该湖泊的不同水层分布不同的生物，这属于群落的________结构，该结构的意义是________________________________________________________________________。
(2)浮游植物等生产者在该湖泊生态系统中的功能主要是__________________________
____________________________________________________________。
(3)由图可知，能量由第二营养级到第三营养级的传递效率是________。已知每一营养级的生物都有部分能量未被利用，若由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为20%，则浮游植物中未被利用的能量是________kJ。
(4)与天然湖泊相比，人工养殖的高产鱼塘中，鱼类所同化的能量可能大于生产者固定的能量，分析其原因是______________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)湖泊的不同水层分布不同的生物，这是群落在垂直方向上具有的分层现象的体现，属于群落的垂直结构。群落中植物的垂直结构明显提高了植物利用阳光等环境资源的能力，而植物的垂直结构又为动物创造了多种多样的栖息空间和食物条件，因此垂直结构的意义在于充分利用空间和资源。(2)浮游植物等生产者可以通过光合作用固定太阳能，合成有机物。(3)分析图示可知：第二营养级即浮游动物的同化量为160×103 kJ，第三营养级的同化量为30×103 kJ，因此能量由第二营养级到第三营养级的传递效率＝(第三营养级的同化量÷第二营养级的同化量)×100%＝(30×103)÷(160×103)×100%＝18.75%。若由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为20%，则浮游植物的同化量＝(160×103)÷20%＝800×103 (kJ)，所以浮游植物中未被利用的能量＝800×103－(200＋420＋160)×103＝2×104 (kJ)。(4)与天然湖泊相比，人工养殖的高产鱼塘中，生产者较少，需适时不断投放饵料才能获得持续的产量，即鱼类同化的能量大部分来自人工投放的饵料，因此同化的能量可能大于生产者固定的能量。
答案：(1)垂直　充分利用空间和资源　(2)固定太阳能，合成有机物　(3)18.75%　2×104　(4)鱼类同化的能量大部分来自人工投放的饵料
15．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。而图丙表示该生态系统中三个物种1、2、3的环境容纳量和某时刻的实际大小。请据图分析回答：

(1)该生态系统中每种生物在生长发育过程中不断地与其他生物进行着信息交流，其作用在于调节生物的________(填“种内”或“种间”)关系，以维持生态系统的稳定。
(2)在图甲①③过程中碳主要以________形式进行循环。图乙中的生物对应图甲中的________(用字母表示)。
(3)图乙中，若鼠和昆虫被分解者分解的能量为a，呼吸作用消耗的能量为b，用于自身生长、发育和繁殖等生命活动的能量为c，则图中第二营养级的同化量可表示为________。
(4)假设蛇从鼠处直接获得的食物占其食物总量的60%。则蛇增加10 kg，至少需要植物______kg。
(5)从图丙中可知，________物种的种内斗争最剧烈，1、2、3三个物种的环境容纳量不同是因为______________________________________(从营养级或能量流动角度分析)。
解析：图甲中，根据A与D之间的双箭头和指向A的箭头最多，可知A是二氧化碳库，D是生产者，由B、C、D的箭头关系可知，B是消费者，C是分解者。图乙食物网中有两条食物链：植物→鼠→蛇；植物→昆虫→蛙→蛇。图丙中物种2的种群数量远高于环境容纳量，种内斗争激烈。(1)生态系统的信息交流功能，可以调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定。(2)图甲中①③分别表示植物的光合作用和分解者的分解作用，两个过程中碳主要以CO2的形式进行循环。图乙中只有生产者和消费者，对应图甲中的D和B。(3)某一个营养级的同化量＝其用于生长、发育和繁殖的能量＋呼吸散失的能量，因此图乙中第二营养级的同化量＝b＋c。(4)已知蛇从鼠处直接获得的食物占其食物总量的60%，则蛇增加10 kg，至少需要植物的质量＝10×60%÷20%÷20%＋10×(1－60%)÷20%÷20%÷20%＝650(kg)。(5)图丙中物种2的种群数量远高于环境容纳量，种内斗争最剧烈；1、2、3三个物种的环境容纳量不同，是因为三个物种的营养级不同，营养级越高，能量越少，环境容纳量越小。
答案：(1)种间　(2)CO2　B、D　(3)b＋c　(4)650　(5)2　1、2、3三个物种的营养级不同，营养级越高，能量越少，环境容纳量越小