第32讲 生态系统的结构 生态系统的能量流动.docx
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第32讲生态系统的结构生态系统的能量流动
第32讲 生态系统的结构 生态系统的能量流动
1．生态系统的结构（Ⅰ） 2.生态系统中能量流动的基本规律及应用（Ⅱ）
生态系统的结构分析
1．生态系统的范围
（1）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。
（2）范围：
有大有小。
（3）结构：
生态系统的组成成分和营养结构（食物链和食物网）。
2．生态系统的组成成分
（1）无机环境：
非生物的物质和能量。
（2）生物群落
生物
成分
项目
生产者
消费者
分解者
营养
方式
自养
异养
异养
主要
生物
绿色植物
动物
腐生动物、
细菌和真菌
作用
制造有机物，储存能量，为消费者提供食物和栖息场所
加快生态系统的物质循环，有利于植物的传粉和种子的传播等
分解有机物，供生产者重新利用
生态系统中各成分的快速判断
答案：
非生物的物质和能量 生产者 生产者 非生物的物质和能量 分解者
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特点：
生产者为第一营养级，消费者所处营养级不固定，一般不会超过5个营养级。
③生态系统的成分、食物链和营养级之间的关系[连一连]
（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。
③功能：
是生态系统物质循环和能量流动的渠道。
④特点：
同一种消费者在不同的食物链中，可以占据不同的营养级。
[助学巧记]
（1）生产者永远是第一营养级，第一营养级必须为生产者。
（2）消费者级别＝营养级级别－1。
（必修3P91“图5－5 某陆地生态系统的食物网”改编）
（1）写出该生态系统中最长的一条食物链。
（2）蛇在该食物网中占据哪几个营养级？
（3）蛇与食虫鸟之间具有哪种种间关系？
答案：
（1）植物（草）→蝗虫→蜘蛛→食虫鸟→猫头鹰。
（2）第三、第四、第五营养级。
（3）捕食。
考向1 生态系统的概念
1.
（高考天津卷）右图表示生态系统、群落、种群和个体的从属关系。
据图分析，下列叙述正确的是（ ）
A．甲是生物进化的基本单位
B．乙数量达到环境容纳量后不再发生波动
C．丙是由生产者和消费者构成的
D．丁多样性的形成受无机环境影响
解析：
选D。
由图分析可知，甲表示个体，乙表示种群，丙表示群落，丁表示生态系统。
A项，生物进化的基本单位应该是种群（乙）。
B项，种群数量达到环境容纳量（K值）后，种群数量会在K值附近上下波动。
C项，群落应包括生态系统中所有的生物成分，即生产者、消费者和分解者。
D项，生态系统多样性的形成是生物与生物之间、生物与无机环境之间共同进化的结果。
生态系统各类成分关系如图
考向2 生态系统的成分
2．（2018·河南洛阳模拟）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与能量，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。
3．如图中a、b、c、d代表生态系统的组成成分，其中代表生产者的是（ ）
A．a B．b
C．cD．d
答案：
C
生态系统成分的判断
（1）判断生产者的主要依据是是否为自养型生物，若为自养型生物，则为生产者，包括绿色植物、蓝藻、光合细菌以及化能合成细菌等。
（2）判断消费者时要特别注意“异养型”“非腐生”等关键词，植物、微生物都有可能成为消费者。
（3）判断分解者的主要依据是能否把动植物的遗体、残枝败叶转变成无机物，分解者是腐生生物，还包括少数的动物（如蚯蚓）。
考向3 食物链和食物网的结构分析
4．如图为某生态系统的食物网，下列相关说法错误的是（ ）
A．图中的所有生物构成一个群落
B．第二营养级的生物有甲、乙、戊，三者之间有竞争关系
C．戊与丙的种间关系是捕食
D．从图中可以看出，戊占有三个营养级
答案：
A
5．（高考新课标全国卷Ⅱ）某陆地生态系统中，除分解者外，仅有甲、乙、丙、丁、戊5个种群。
调查得知，该生态系统有4个营养级，营养级之间的能量传递效率为10%～20%，且每个种群只处于一个营养级。
一年内输入各种群的能量数值如下表所示，表中能量数值的单位相同。
种群
甲
乙
丙
丁
戊
能量
3.56
12.80
10.30
0.48
226.50
回答下列问题：
（1）请画出该生态系统中的食物网。
（2）甲和乙的种间关系是________；种群丁是该生态系统生物组分中的________。
（3）一般来说，生态系统的主要功能包括________、________，此外还具有信息传递等功能。
答案：
（1）
（2）捕食 消费者
（3）物质循环 能量流动
食物链变式模型的分析
下面图中，图1和图2都是以每个营养级中有机物多少为依据，图1中的食物链是丙→甲→乙→丁；图2中的食物链是丙→丁→甲→乙；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；图4表示的是生态系统的物质循环图解，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。
考向4 食物链和食物网的数量变化分析
6．如图是某池塘生态系统中的两条食物链，大量捕捞花鲢后，种群将有所变化。
绿藻和白鲢短期内种群数量变化趋势依次是（ ）
A．上升、上升B．上升、下降
C．下降、下降D．下降、上升
答案：
C
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。
[变式1]（2018·河南洛阳模拟）如果一个生态系统有四种生物，并构成一条食物链。
在某一时间分别测得这四种生物（甲、乙、丙、丁）所含有机物的总量，如图所示。
在一段时间内，如果乙的种群数量增加，则会引起（ ）
A．甲、丁的种群数量增加，丙的种群数量下降
B．甲、丙、丁的种群数量均增加
C．甲、丁的种群数量下降，丙的种群数量增加
D．甲的种群数量下降，丙、丁的种群数量增加
解析：
选D。
能量流动的特点：
单向流动，逐级递减，所以如图所示甲、乙、丙、丁四种生物之间的食物关系为：
丙→甲→乙→丁。
当乙的数量增加时，因乙是以甲为食的，所以甲由于天敌增加，数量就会相应下降；由于甲是以丙为食，也就是甲是丙的天敌，丙的天敌数量减少其数量就增加；又由于丁是以乙为食，乙的数量增加，导致丁因食物充足而数量增加。
[变式2]（2018·河北正定月考）图示为某湖泊中的食物网。
浮游植物急剧增加时不会引起（ ）
A．水华现象
B．a和b的数量增长
C．c、d和e的数量可能大量减少
D．c与d因食物丰富而竞争加剧
解析：
选D。
浮游植物急剧增加，可能是由于水体富营养化，会导致水华现象发生；a和b以浮游植物为食，浮游植物增加，a、b食物来源增加，数量增长；若发生水华，水体缺氧，导致水中鱼类大量死亡，数量减少；c和d摄取食物不同，不会因食物形成竞争关系。
生态系统能量流动的过程
1．能量流动的概念理解
2．能量流动的过程
（1）能量流经第二营养级的过程
①输入一个营养级的能量：
是指该营养级同化的能量，也就是摄入能量（a）－粪便中能量（c）。
②流入某一营养级（最高营养级除外）的能量可存在的去向：
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.未被利用的能量。
（2）能量流经生态系统的过程
①能量流动的渠道是食物链和食物网。
②能量散失的途径是各种生物的呼吸作用（代谢过程）。
③流动过程中能量的转化是太阳能→有机物中的化学能→热能。
（必修3P94图5—7改编）如图为生态系统中能量流动示意图，①②③④⑤⑥各代表一定能量，下列有关叙述正确的是（ ）
A．从能量关系来看①＝②＋⑤
B．⑥属于初级消费者的同化量
C．分解者获得的能量最少
D．③/②代表初级消费者流入次级消费者的能量传递效率
答案：
D
3．能量流动的特点及意义
（1）能量传递效率：
指相邻两个营养级之间同化量的比值。
（2）能量流动的特点：
单向流动、逐级递减（两相邻营养级间的能量传递效率一般为10%～20%）。
（3）研究意义
①帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。
②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。
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103kJ/（m2·y）]。
请据图回答下列问题：
（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____________。
（结果保留一位有效数字）
（4）假设食物全部来自于生产者，按照图中的能量流动规律，肉食性动物要增加100kg，则约需要消耗____________kg生产者。
答案：
（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）110×103kJ/（m2·y）、16×103kJ/（m2·y）、7.5×103kJ/（m2·y）
（3）12.7%、15.6%
（4）5047
考向1 能量流动过程
1．（2018·河北定州中学月考）如图为生态系统中能量流动图解部分示意图（字母表示能量的多少），下列选项中正确的是（ ）
A．图中b＝h＋c＋d＋e＋f＋i
B．生产者与初级消费者之间的能量传递效率为b/a×100%
C．“草→兔→狼”这一关系中，狼粪便中的能量属于d
D．缩短食物链可以提高能量传递效率
解析：
选C。
首先，生产者固定的能量应该是流经生态系统的总能量，摄入量＝同化量＋粪便中的能量，因此c为同化量，h为粪便中的能量，同化量＝呼吸作用中以热能形式散失的能量＋用于生长、发育、繁殖的能量，因此d是初级消费者用于自身生长、发育、繁殖的能量，f是呼吸作用中以热能形式散失的能量，i是流入分解者的能量，e是下一营养级摄入的能量，所以b＝h＋c＝f＋d＋h＝f＋e＋g，A错误。
能量传递效率是相邻营养级同化量之间的比值，生产者与初级消费者之间的能量传递效率为c/a×100%，B错误。
缩短食物链可以提高能量利用率，但不能提高能量传递效率，D错误。
狼粪便中的能量应该属于初级消费者兔子的同化量中用于生长、发育、繁殖的能量，C正确。
2．（2018·哈尔滨六中期初测试）如图为桑基鱼塘农业生态系统的能量流动图解，据图分析，错误的是（ ）
A．图中用于桑树生长、发育和繁殖的能量是C
B．图中未利用的能量是指蚕粪便中的能量
C．能量传递效率可以用（E＋F＋G＋H）/A表示
D．桑树的总光合速率可以用B＋C表示
解析：
选B。
B表示桑树的呼吸消耗的能量、C表示用于桑树生长、发育和繁殖的能量、F表示未利用的能量、G表示流向分解者的能量、H表示流向下一营养级的能量。
桑树的总光合速率是B＋C，能量传递效率可以用（E＋F＋G＋H）/A表示。
未利用的能量是指既没有流向分解者也没有流向下一营养级和用于呼吸的能量。
利用“拼图法”巧解能量流动
输入第一营养级的能量（W1），即生产者的同化量被分为两部分：
一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失（A1），一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖（B1＋C1＋D1）。
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。
考向2 能量流动的特点
3．（2018·湖北大冶一中月考）如图表示某生态系统食物网的图解，猫头鹰体重每增加1kg，至少消耗A约（ ）
A．100kg B．44.5kg
C．25kgD．15kg
解析：
选C。
图中有3条食物链，即A→B→猫头鹰、A→C→B→猫头鹰、A→C→D→猫头鹰。
题中所问猫头鹰体重每增加1kg，至少消耗的A量，已知高营养级的能量，求低营养级最少能量需选最短食物链，能量传递效率按20%计算，即为1÷20%÷20%＝25（kg），C正确。
1．在食物链中，若题干中未做具体说明，则一般认为能量传递的最低效率为10%，最高效率为20%，则：
2．在食物网中
（1）在能量分配比例未知时计算某一生物获得的最多（或最少）的能量计算：
（2）在能量分配比例和能量传递效率已知时，对于食物网中能量流动的计算，先根据题意写出相应的食物链并根据各营养级之间的传递效率，按照从不同食物链获得的比例分别进行计算，再将各条食物链中的值相加即可。
[变式1]（食物链最值类）下图为某生态系统能量流动示意图。
下列说法正确的是（ ）
A．图中A所固定的能量是B、C的能量之和
B．若C增加1kg，则需要消耗A约42kg
C．B营养级的个体数量一定多于C的个体数量
D．若B的数量越多，则C获得的能量越少
解析：
选B。
能量流动是逐级递减的，A所固定的能量大于B、C之和，A错误；由图可知，A、B之间的能量传递效率为200/（200＋175＋875）＝4/25，B、C之间的能量传递效率为30/200＝3/20，则C增加1kg，需消耗A为：
1÷4/25÷3/20≈42（kg），B正确；B营养级的个体数量不一定多于C的个体数量，数量金字塔有倒置现象，C错误；一定范围内，若B的数量越多，则C获得的能量越多，D错误。
[变式2]（食物网最值类）有一食物网如图所示。
如果能量传递效率为10%，各条食物链传递到庚的能量相等，则庚增加1kJ的能量，丙最少含多少能量（ ）
A．550kJ B．500kJ
C．400kJD．100kJ
解析：
选A。
设丙的能量为x，经丙→丁→己→庚传递到庚的能量为0.5kJ，则需要丙0.5÷（10%）3＝500（kJ），经丙→戊→庚传递到庚的能量为0.5kJ，则需要丙0.5÷（10%）2＝50（kJ），即丙最少含500＋50＝550（kJ）的能量。
[变式3]
（食物网比例类）如图为一食物网。
若要使丙体重增加x，已知其食用的动物性食物（乙）所占比例为a，至少需要的生产者（甲）的量为y，那么x与y的关系可表示为（ ）
A．y＝90ax＋10xB．y＝25ax＋5x
C．y＝20ax＋5xD．y＝10ax＋10x
解析：
选C。
由题干中的“至少”可知，应该按最大传递效率20%计算，a表示动物性食物（乙）所占比例，则1－a表示直接从生产者（甲）获得食物所占比例，故有（1－a）x÷20%＋ax÷20%÷20%＝y，即y＝20ax＋5x。
考向3 生态金字塔的识别与分析
4.
（2018·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。
下列有关说法不正确的是（ ）
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。
处于能量金字塔最底层的是生产者，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。
考向4 能量流动原理的应用
5．（2018·广东珠海摸底）
如图是一个农业生态系统模式图，关于该系统的叙述，错误的是（ ）
A．微生物也能利用农作物通过光合作用储存的能量
B．沼气池中的微生物也是该生态系统的分解者
C．沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用
D．多途径利用农作物可提高该系统的能量利用率
解析：
选C。
在生态系统中，能量流动是单向的，不能循环利用，选项C错误；该生态系统中，沼气池中的微生物能利用农作物固定的太阳能，属于分解者，选项A、B正确；物质和能量的多级利用，减少了能量的流失，提高了能量的利用率，选项D正确。
（1）调整能量流动的方向，使其流向对人类有益的部分。
①草原上放养一些牲畜：
由于人类不能直接利用牧草中的能量，因此放养一些草食性动物，使储存在牧草中的能量经草食性动物流向人类。
②农田除草、除虫：
田间杂草与农作物之间属于竞争关系，杂草会和农作物争夺空间和资源；作物害虫与农作物
之间属于捕食或寄生关系。
可见，田间杂草和作物害虫都将导致一部分能量流向对人类无益的部分，因此除草、除虫有助于调整能量的流向，使其流向对人类有益的部分。
（2）能量多级利用。
能量多级利用指的是使生态系统中的能量分层次多级利用，使生产一种产品时产生的有机废物，成为生产另一种产品的资源，使废物资源化，从而提高能量的利用效率。
[清一清]
易错点1 生态系统成分的几个误区
[点拨]
（1）植物≠生产者：
菟丝子属于植物，营寄生生活，是消费者。
（2）动物≠消费者：
秃鹫、蚯蚓、原生动物等以动植物残体为食的腐生动物属于分解者。
（3）细菌≠分解者：
硝化细菌和光合细菌是自养型，属于生产者；寄生细菌属于消费者。
易错点2 因混淆“摄入量”“同化量”“粪便中能量”“尿液中能量”而出错
[点拨]
（1）摄入量≠同化量：
摄入量－粪便中能量才是同化量，动物的粪便不曾被动物消化吸收而同化，不属于同化量，如兔吃草时，兔粪便中的能量应为草流向分解者的能量，而不属于兔同化量。
（2）粪便中能量≠尿液中能量：
粪便中能量不属于动物同化量，但尿液中尿素所含能量应属于动物同化量的一部分。
易错点3 错将“相邻两营养级”间的传递效率等同于“相邻两个生物个体”间的传递效率，从而出现“一只狼捕获一只狐时获得了其10%～20%能量”的错误结论
[点拨] 能量传递效率是指“相邻两营养级”间的传递效率，即下一营养级全部生物同化量/上一营养级全部生物同化量×100%，而不是相邻营养级中某个体间的传递效率，如“一只狼”捕获“一只狐”时，应获得了狐的“大部分能量”而不是获得“10%～20%”的能量，“所有狼”可获得“所有狐”的能量才是10%～20%。
易错点4 误认为能量金字塔中每一塔级只包含一种生物，或者认为能量金字塔中生物仅构成一条食物链
[点拨] 能量金字塔中每一塔级应代表一个营养级环节，由塔底到塔顶依次为生产者→初级消费者→次级消费者→三级消费者……等，每一塔级所包含的生物可为多个物种，如初级消费者环节中可包含所有植食性动物（如图示金字塔中乙内所有植食性动物），故能量金字塔中各环节可形成复杂的食物网，而不是只形成一条食物链。
易错点5 能量传递效率≠能量利用率
[点拨] 能量传递效率体现的是能量流动过程中所遵循的客观规律，不能随意改变；但能量利用率可以人为改变，例如充分利用作物秸秆就可以提高能量利用率。
[判一判]
（1）河流中所有生物和无机环境共同组成河流生态系统（ ）
（2）土壤中的硝化细菌是异养生物，因而不属于生产者（海南，16D）（ ）
（3）生态系统的食物链中营养级越高的生物，其体型必然越大（ ）
（4）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（ ）
（5）在生态系统的营养结构中，食物网可使每种生物都限定在一条食物链的固定位置上（ ）
（6）食物链和食物网是生态系统能量流动和物质循环的主渠道，是生态系统维持相对稳定的重要条件（ ）
（7）流经第三营养级的总能量是指三级消费者摄入到体内的能量（ ）
（8）生态系统中生产者得到的能量必然小于消费者得到的能量（ ）
（9）能量金字塔和生物量金字塔可以出现倒置现象（ ）
（10）一只狼捕食了一只兔子，则该狼就获得了这只兔子能量的10%～20%（ ）
（11）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（ ）
答案：
（1）√
（2）× （3）× （4）√ （5）× （6）√ （7）× （8）× （9）× （10）× （11）×
（2017·高考江苏卷改编）下列关于种群、群落和生态系统的叙述，正确的是（ ）
A．调查草地某种蜘蛛种群密度时，要选择草多的地方，否则结果偏低
B．西双版纳热带雨林生态系统的自我调节能力强于三北防护林
C．一只猛禽追逐另一只抓握着鼠的猛禽，这两只猛禽属于捕食关系
D．一棵树上不同高度的喜鹊巢，反映了动物群落的垂直结构
解析：
选B。
调查草地某种蜘蛛的种群密度可用样方法，要注意随机取样，不能选择草多的地方，A项错误；西双版纳热带雨林生态系统的物种丰富度要高于三北防护林，生态系统的自我调节能力较强，B项正确；若两只猛禽是不同物种，则两者之间可能存在着捕食关系，若其中一只猛禽追赶的目的是争夺另一只猛禽抓握着的鼠，则二者之间是竞争关系，C项错误；一棵树上不同高度的喜鹊巢属于同一种生物搭建的，不能反映不同物种在垂直结构上的分布，D项错误。
（2015·高考海南卷）俗话说：
“大鱼吃小鱼，小鱼吃小虾，小虾吃泥巴”。
某同学据此设计了一个水池生态系统。
下列属于该生态系统第一营养级的是（ ）
A．小鱼吃的小虾
B．吃小鱼的大鱼
C．泥巴中的藻类
D．泥巴中的大肠杆菌
解析：
选C。
属于生态系统第一营养级的是生产者，藻类可以进行光合作用，属于生产者，C正确；小虾和大鱼都属于消费者，大肠杆菌属于分解者，A、B、D错误。
（2016·高考全国卷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
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