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【備考2023】高中生物新教材一輪復習學案
第30講　生態系統的結構與能量流動
[素養目標]
1．通過分析生態系統的結構和能量流動這一功能，建立生態系統是具有一定結構與功能的生命系統的觀念。(生命觀念)
2．通過建立模型，構建生態系統各成分之間的關系模型以及能量流動過程圖解，培養運用邏輯思維分析問題的能力。(科學思維)
3．通過研究能量流動的實踐意義，增強節約糧食、能源的責任感。(社會責任)
　生態系統的結構
1．生態系統的范圍
(1)概念：在一定空間內，由生物群落與它的非生物環境相互作用而形成的統一整體。
(2)空間范圍：有大有小，地球上最大的生態系統是生物圈。
(3)結構：由組成成分和營養結構(食物鏈和食物網)構成。
(4)功能：物質循環、能量流動、信息傳遞。
2．生態系統具有一定的結構
(1)生態系統的組成成分
①非生物的物質和能量：光、熱、水、空氣、無機鹽等。
②生物群落
(2)食物鏈和食物網
①食物鏈
②食物網
1．(選擇性必修2 P48正文)河流中所有生物和底泥共同組成河流生態系統。(×)
2．(選擇性必修2 P49～50正文)一個完整生態系統的結構應包括生物群落及其非生物環境。(×)
3．(選擇性必修2 P50正文)生產者都是自養生物。(√)
4．(選擇性必修2 P50正文)細菌都是分解者，但分解者并不都是細菌。(×)
5．(選擇性必修2 P51正文)在一條食物鏈中，生產者為第一營養級，消費者所處營養級不固定。(√)
6．(選擇性必修2 P52圖3 4)食物網中兩種生物之間都是捕食關系。(×)
1．選擇性必修2 P49～50“思考·討論”節選：每個生物體的生存都離不開物質和能量。這些生物是怎樣獲得物質和能量的？不同種類的生物獲取物質和能量的途徑一樣嗎？
提示：綠色植物通過光合作用將無機物轉化為有機物，將太陽能轉化為化學能。動物通過攝取其他生物獲得物質和能量。細菌、真菌等通過分解動植物遺體和動物的排遺物獲得物質和能量。不同種類的生物獲取物質和能量的途徑是不盡相同的。
2．選擇性必修2 P51“旁欄思考”：食物鏈上一般不超過五個營養級，想一想，這是為什么？
提示：各個營養級的生物都會因呼吸作用消耗掉大部分能量，其余能量有一部分流入分解者，只有一小部分能夠被下一營養級的生物利用。流到第五營養級時，余下的能量很少，甚至不足以養活一個種群，因此食物鏈上一般不超過五個營養級。
1．根據生態系統組成成分之間的關系判斷其成分[生命觀念]
(1)根據生物類型判斷生態系統的成分
①判斷生產者的主要依據：是否為自養型生物，若為自養型生物，則為生產者，包括綠色植物、藍細菌、光合細菌以及化能合成細菌等。
②判斷消費者時要特別注意“異養型”“非腐生”等關鍵詞，植物、微生物都有可能成為消費者。
③判斷分解者的主要依據是能否把動植物的遺體、殘枝敗葉轉變成無機物，分解者是腐生生物，也包括少數動物(如蚯蚓)。
(2)三看法判斷生態系統的組成成分
根據如圖所示的結構圖運用三看法判斷：
2．食物網中生物數量變化的分析與判斷[科學思維]
(1)食物鏈的第一營養級生物減少，相關生物都減少。
(2)“天敵”減少，被捕食者數量增多，但隨著數量增多，種內競爭加劇，種群密度下降，直到趨于穩定。
(3)“中間”營養級生物減少的情況，舉例如下：
若青蛙突然減少，則以它為食的蛇將減少，鷹過多捕食兔和食草鳥，從而導致兔、食草鳥減少，因鷹不只捕食蛇一種生物，它可以依靠其他食物來維持數量基本不變。
[探究意圖：以食物網簡圖為情境信息考查理解能力]
某島嶼居民與該島上的植物、兔、鼠、鼬和鷹構成的食物網如圖，據圖分析：
(1)該食物網中，共有多少條食物鏈？
提示：6條。
(2)說出鷹與鼬的種間關系。
提示：捕食和種間競爭。
(3)此食物網沒有表示出的生態系統成分是什么？
提示：非生物的物質和能量、分解者。
(4)通常情況下，寄生在鼠身上的跳蚤對鼠種群數量的影響與鼬對鼠種群數量的影響，哪種影響大一些？
提示：后者影響大些。
突破點1　
1．下列有關生態系統成分的敘述，正確的是(　　)
A．自養生物都屬于生產者，都可以進行光合作用，把無機物轉變成有機物
B．動物都是消費者，其中食草動物為初級消費者
C．分解者都是腐生生物，都是生態系統不可缺少的成分
D．非生物的物質和能量是指陽光、水分、空氣、細菌等
解析：生產者屬于自養型生物，是生態系統中最基本、最關鍵的生物成分，包括光能自養型生物(如綠色植物)和化能自養型生物(如硝化細菌)，A項錯誤；由于草屬于生產者，所以食草動物大都為初級消費者，但動物不都是消費者，如營腐生生活的蚯蚓屬于分解者，B項錯誤；分解者都是腐生生物，如果沒有分解者，動植物的遺體就會堆積如山，生態系統的物質不能循環，所以分解者是生態系統不可缺少的成分，C項正確；非生物的物質和能量是指生態系統的各種非生物的部分，包括水、空氣和陽光等，而細菌是生物，D項錯誤。
答案：C
2.如圖為某生態系統的組成成分圖，其中字母表示各組成成分，箭頭表示碳元素的流動方向，下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．圖中b→c→d→e構成多條食物鏈
B．a→b依靠植物的光合作用
C．圖中缺少b→a、c→a
D．f為分解者是生態系統必不可少的成分
解析：由于每個營養級都有多種生物，因此圖中b、c、d、e生物可以組成多條食物鏈，A正確；a→b表示碳從非生物環境進入生物群落，該過程主要依靠植物的光合作用，B正確；由于各生物都會呼吸釋放二氧化碳，因此圖中缺少b→a、c→a和d→a，C錯誤；f為分解者，主要是腐生的真菌和細菌，此外還有少數動物等，是生態系統必不可少的成分，D正確。
答案：C
辨析生態系統組成成分的三類“不一定”和兩類“一定”
(1)生產者不一定是植物(如藍細菌、硝化細菌)，植物不一定是生產者(如菟絲子營寄生生活，屬于消費者)。
(2)消費者不一定是動物(如營寄生生活的微生物等)，動物不一定是消費者(如禿鷲、蚯蚓、蜣螂等以動植物遺體或排泄物為食的腐生動物屬于分解者)。
(3)分解者不一定是微生物(如蚯蚓等動物)，微生物不一定是分解者(如硝化細菌、藍細菌屬于生產者，寄生細菌屬于消費者)。
(4)生產者一定是自養型生物，自養型生物一定是生產者。
(5)營腐生生活的生物一定是分解者，分解者一定是營腐生生活的生物。
突破點2　
3．如圖表示某生態系統中構成一條食物鏈的甲、乙、丙、丁4個種群的數量變化，下列說法錯誤的是(　　)
A．甲種群在該食物鏈中是次級消費者，第三營養級
B．ab段甲種群數量下降的原因是乙減少，丙增多
C．甲、乙、丙、丁4個種群占據不同的位置，體現了群落的空間結構
D．由于丁種群在4個種群中相對數量最多，所以其豐富度最大
解析：甲、乙、丙、丁4個種群之間是捕食關系，被捕食者先增加先減少，捕食者后增加后減少，所以由這4個種群構成的食物鏈為丁→乙→甲→丙。甲種群在該食物鏈中是次級消費者，第三營養級，A正確；ab段乙種群數量減少、丙種群數量增多，導致甲種群數量下降，B正確；豐富度是指群落中物種數目的多少，D錯誤。
答案：D
4．(多選)如圖表示一個海灘濕地生態系統中部分生物的食物關系，下列敘述錯誤的是(　　)
A．細菌既可作為分解者，又可作為消費者的食物
B．第三營養級的生物有食草蟲、線蟲、海螺
C．若大米草死亡，將導致藻類數量增加，沼蟹數量不變
D．若噴灑只殺滅食草蟲的殺蟲劑，則蜘蛛數量將減少
解析：食物鏈的起點是生產者，海螺、線蟲和食草蟲均能以生產者為食，故三者應為第二營養級；大米草與藻類之間存在競爭關系，大米草死亡會導致藻類數量增多，藻類數量增多會導致線蟲數量增多，進而導致以線蟲為食的沼蟹數量增多；殺蟲劑殺死食草蟲，會導致蜘蛛的食物減少，進而導致蜘蛛數量減少。
答案：BC
　生態系統的能量流動
1．能量流動的概念理解
2．能量流動的過程
(1)第一營養級能量流動
(2)第二營養級能量流動過程分析
①輸入該營養級的總能量是指圖中的b(填字母)。
②糞便中的能量(c)不屬于(填“屬于”或“不屬于”)該營養級同化的能量，應為上一個營養級同化的能量中流向分解者的部分。
③初級消費者同化的能量(b)＝呼吸消耗的能量(d)＋用于生長、發育和繁殖的能量(e)。
④生長、發育和繁殖的能量(e)＝分解者利用的能量(f)＋下一營養級同化的能量(i)＋未被利用的能量(j)。
3．能量流動的特點
(1)圖中的生物類群分別是：①生產者，②初級消費者，③次級消費者，⑤分解者。④表示的生理過程是呼吸作用。
(2)圖示中的E2/E1表示第二、三營養級間的能量傳遞效率。
(3)能量流動的特點及原因
①單向流動的原因
a．能量流動是沿食物鏈進行的，食物鏈中各營養級之間的捕食關系是長期自然選擇的結果，是不可逆轉的。
b．各營養級通過呼吸作用所產生的熱能不能被生物群落重復利用，因此能量無法循環流動。
②逐級遞減的原因
a．各營養級生物都會因呼吸作用消耗大部分能量。
b．各營養級的能量都會有一部分流入分解者，還有一部分未被下一營養級生物利用，一般來說，在輸入到某一個營養級的能量中，只有10%～20%的能量能夠流到下一個營養級。
4．生態金字塔
(1)能量金字塔：將單位時間內各營養級所得到的能量數值轉換為相應面積(或體積)的圖形，并將圖形按照營養級的次序排列，可形成一個金字塔圖形，叫作能量金字塔。
(2)生物量金字塔：在金字塔中如果表示的是各個營養級生物量(每個營養級所容納的有機物的總干重)之間的關系，就形成生物量金字塔。
(3)數量金字塔：在金字塔中如果表示的是各個營養級的生物個體的數目比值關系，就形成數量金字塔。
5．研究能量流動的實踐意義
(1)幫助人們將生物在時間、空間上進行合理配置，增大流入某個生態系統的總能量。
(2)幫助人們科學地規劃和設計人工生態系統，使能量得到最有效的利用。
(3)幫助人們合理地調整生態系統中的能量流動關系，使能量持續高效地流向對人類最有益的部分。
1．(選擇性必修2 P54黑體)生態系統的能量流動指能量的輸入和散失過程。(×)
2．(選擇性必修2 P55圖3 5)每一營養級生物的同化量就是從上一營養級攝入的能量。(×)
3．(選擇性必修2 P57正文)能量金字塔通常都是上窄下寬的金字塔形。(√)
4．(選擇性必修2 P58正文)沼渣、沼液作為肥料還田，使能量能夠循環利用。(×)
5．(選擇性必修2 P58正文)研究能量流動，可合理設計人工生態系統，提高能量的傳遞效率。(×)
1．選擇性必修2 P55“思考·討論”節選：生態系統中的能量流動和轉化是否遵循能量守恒定律？為什么？
提示：遵循能量守恒定律。能量在生態系統中流動、轉化后，一部分儲存在生態系統(生物體有機物)中，而另一部分未被利用、散發至非生物環境中，兩者之和與流入生態系統的能量相等。
2．選擇性必修2 P57“旁欄思考”：人類位于食物鏈的頂端，從能量金字塔來看，人口數量日益增長，這會對地球上現有的生態系統造成什么影響？
提示：人口數量日益增長，會要求低營養級有更多的能量流入人類所處的營養級，也就是說人類所需要的食物會更多，將不得不種植或養殖更多的農畜產品，會給地球上現有的自然生態系統帶來更大的壓力。
3．選擇性必修2 P60“拓展應用2”：溶解在水中的方糖還能再自行變回原來的形狀嗎？為什么？
提示：不能。在一個封閉的系統中，物質總是由有序朝著無序的方向發展。
1．“拼圖法”分析能量流動過程[科學思維]
(1)W1、D1指相應營養級的同化量，B1、B2指相應營養級中未利用的能量。
(2)各營養級用于生長、發育和繁殖的能量為B1＋C1＋D1或B2＋C2＋D2。
(3)能量傳遞效率不會是100%。從上圖可以看出，相鄰兩個營養級的傳遞效率等于D1/W1×100%，一般情況下，能量在相鄰兩個營養級間的傳遞效率為10%～20%。
(4)利用“拼圖法”可得關系式：
2．對比分析三種生態金字塔的類型及特點[科學思維]
[探究意圖：以賽達伯格湖的能量流動的定量分析為情境信息考查問題解決能力]
美國生態學家林德曼對一個結構相對簡單的天然湖泊——賽達伯格湖的能量流動進行了定量分析，得出了如圖所示的數據[單位為J·cm－2·a－1]：
(1)據圖分析
①圖中生產者________(填“能”或“不能”)捕食肉食性動物來完成能量的循環。
②呼吸作用散失的能量________(填“能”或“不能”)再被生產者利用來合成有機物。
③能量流動的第一個特點是____________。
提示：①不能
②不能
③單向傳遞
(2)依圖完成表中內容并分析
項目 輸入 輸出到下一營養級 傳遞效率
第一營養級(生產者) 464.6 62.8 13.5%
第二營養級(植食性動物) 62.8 12.6 20.1%
①可以看出，能量在相鄰兩個營養級間的傳遞效率大約為____________。
②能量流動的第二個特點是____________。
提示：①10%～20%
②逐級遞減
突破點1　
1．如圖為能量流經生產者的過程圖解，下列分析正確的是(　　)
A．流入該生態系統的總能量為生產者固定的太陽能或abcde之和
B．初級消費者糞便中的能量不包括在d中
C．能量從第一營養級流入第二營養級的傳遞效率是(e/b)×100%
D．a＋b小于所有生物的呼吸量，說明這個生態系統正在衰退
解析：流入生態系統的總能量為生產者固定的太陽能，生產者固定的太陽能被自身呼吸作用利用后，其余部分用于自身生長、發育和繁殖，即為a、b之和，A錯誤；初級消費者糞便中的能量不屬于初級消費者同化的能量，屬于生產者同化的能量流向分解者的部分，因此包含在d中，B錯誤；能量從第一營養級流入第二營養級的傳遞效率是第二營養級同化的能量/第一營養級同化的能量，為e/(a＋b)×100%，C錯誤；a＋b為生產者固定的太陽能，即輸入生態系統的總能量，所有生物的呼吸量即生態系統的輸出量，輸入小于輸出，說明該生態系統正在衰退，D正確。
答案：D
2．(2022·廣東華南師大附中模擬)下表為某熱帶雨林生態系統在一段時間內的能量流動情況，A、B、C、D分別代表該生態系統各營養級的所有生物，GP代表各成分的同化量，X代表用于生長、發育和繁殖的能量。下列敘述正確的是(　　)
能量類型 成分　　　　 GP X R
A 25.2 6.7 18.5
B 3.9 0.8 3.1
C 214.3 78.5 135.8
D 1 678.6 635.7 1 042.9
分解者 369.8 50.1 319.7
注：表中能量數值單位為：108 kJ/(m2·a)
①R代表生物通過呼吸作用散失的能量　②D→C→A→B形成一條食鏈　③第三到第四營養級能量傳遞效率為11.9%　④該生態系統的有機物的總量會增加
A．①③　　　　　　　　 B．②④
C．②③ D．①④
解析：表中R代表各營養級生物呼吸作用散失的能量，①正確；根據表格數據分析，由于“A、B、C、D分別代表該生態系統各營養級的所有生物”，因此該生態系統中食物鏈不止一條，②錯誤；根據表格中同化量大小情況確定，D是生產者，C是初級消費者，A是次級消費者即第三營養級，B是三級消費者即第四營養級，故次級消費者流向三級消費者的能量傳遞效率約為3.9÷25.2×100%≈15.5%，③錯誤；根據表格數據分析，該生態系統固定的總能量為1 678.6×108kJ/(m2·a)，而生態系統所輸出的能量為各營養級消耗的能量與分解者呼吸消耗的能量之和(1 042.9＋135.8＋18.5＋3.1＋319.7)＝1 520×108kJ/(m2·a)，小于1 678.6×108kJ/(m2·a)，所以有機物的總量會增加，④正確。
答案：D
突破點2　
3．圖甲是草原生態系統中常見的能量金字塔，每層中的標號各代表一種生物。圖乙代表該生態系統中部分營養級的能量流動示意圖，其中的字母表示能量值(單位：kJ)。下列相關敘述錯誤的是(　　)
　
A．②③之間的種間關系是種間競爭和捕食
B．兔子與植物之間的能量傳遞效率是c/a
C．f所示能量散失的同時伴隨的碳形式的變化是含碳有機物轉變成CO2
D．兔子的能量h流入分解者g
解析：②③同為第二營養級時存在種間競爭關系，③為第三營養級時捕食②，因此②③之間的種間關系為種間競爭和捕食，A正確；兔子與植物之間的能量傳遞效率是兔子的同化量除以植物的同化量，即c/a，B正確；f是細胞呼吸消耗的能量，該過程中能量散失的同時伴隨的碳形式的變化是含碳有機物轉變成CO2，C正確；h所示的能量為兔子的糞便量，屬于兔子的上一個營養級的能量，即第一營養級的能量，不屬于兔子的能量，D錯誤。
答案：D
4．(多選)某草原上存在“草→野兔→蛇→鷹”一條食物鏈，下列相關敘述不正確的是(　　)
A．蛇處于第三營養級，屬于三級消費者
B．能量沿著這條食物鏈單向傳遞
C．野兔糞便中的能量屬于野兔同化的部分
D．鷹獲得野兔同化能量的10%～20%
解析：蛇處于第三營養級，屬于次級消費者，A錯誤；能量沿著食物鏈單向傳遞，B正確；野兔糞便中的能量不屬于兔同化的部分，屬于草同化的部分，C錯誤；相鄰營養級之間的能量傳遞效率為10%～20%，因此鷹獲得野兔同化能量的1%～4%，D錯誤。
答案：ACD
能量傳遞效率與能量利用率的區別
(1)能量傳遞效率
能量在沿食物鏈流動的過程中，逐級減少，若以“營養級”為單位，能量在相鄰兩個營養級之間的傳遞效率約為10%～20%。
(2)能量利用率
①一般指流入最高營養級(或人類)的能量占生產者固定總能量的比值。
②一般來說，食物鏈越短，能量利用率越高。
③有時考慮分解者的參與，使營養結構更加復雜，以實現能量的多級利用，從而提高能量利用率。
1．生態系統的能量流動逐級遞減的原因：____________________________________
________________________________________________________________________。
提示：某個營養級同化的能量自身呼吸要消耗一部分，還有一部分被分解者利用，所以不能將全部的能量流入下一個營養級
2．能量可以由生產者或消費者流向分解者，那么，分解者同化的能量能否被生產者或消費者利用？試舉例說明。
提示：分解者同化的能量不能被生產者利用，但可以被消費者利用，如人可以食用蘑菇。
[構建知識網絡]
[強化生命觀念]
1．生態系統的結構包括生態系統的組成成分和營養結構(食物鏈和食物網)。
2．生態系統的能量單向流動的原因：食物鏈中的捕食關系是長期自然選擇的結果，不可逆轉；生產者不能再利用散失的能量。
3．能量流動逐級遞減的原因：某個營養級同化的能量自身呼吸要消耗一部分，一部分被分解者分解利用，還有一部分未被利用，所以不能將全部的能量流入下一個營養級。
4．從能量流動的角度分析建設“沼氣池”的意義：實現了對能量的多級利用，從而大大提高了能量的利用率。
真題再現　感悟考情
1．(2021·廣東卷)“葛(葛藤)之覃兮，施與中谷(山谷)，維葉萋萋。黃鳥于飛，集于灌木，其鳴喈喈”(節選自《詩經·葛覃》)。詩句中描寫的美麗景象構成了一個(　　)
A．黃鳥種群　　　　　　　 B．生物群落
C．自然生態系統 D．農業生態系統
解析：題中詩句大概的意思是“葛藤是如此綿長啊，蔓延在山谷中，繁茂的葉子一片青青。山谷間飛起美麗的黃鶯，它輕輕地降落在灌木林叢，婉轉的鳴叫聲這般動聽”，可見詩中描述的是山谷中所見的美景，這構成了一個自然生態系統。故選C。
答案：C
2．(2020·浙江卷)下列關于營養級的敘述，正確的是(　　)
A．營養級的位置越高，歸屬于這個營養級的能量通常越多
B．自然生態系統中的所有綠色植物都屬于生產者營養級
C．營養級是指處于食物鏈同一環節上同種生物的總和
D．食物鏈中的各營養級之間能量傳遞效率是相同的
解析：營養級的位置越高，歸屬于這個營養級的能量通常越少，A項錯誤；自然生態系統中的所有綠色植物都是自養生物，都屬于生產者營養級，B項正確；處于食物鏈同一環節上的同種和不同種生物都屬于同一個營養級，C項錯誤；食物鏈中的各營養級之間的能量傳遞效率不一定相同，D項錯誤。
答案：B
3．(2019·全國Ⅱ卷)如果食物鏈上各營養級均以生物個體的數量來表示，并以食物鏈起點的生物個體數作底層來繪制數量金字塔，則只有兩個營養級的夏季草原生態系統(假設第一營養級是牧草，第二營養級是羊)和森林生態系統(假設第一營養級是喬木，第二營養級是昆蟲)數量金字塔的形狀最可能是(　　)
A．前者為金字塔形，后者為倒金字塔形
B．前者為倒金字塔形，后者為金字塔形
C．前者為金字塔形，后者為金字塔形
D．前者為倒金字塔形，后者為倒金字塔形
解析：夏季草原生態系統中牧草的數量遠多于羊的數量，該生態系統的數量金字塔呈金字塔形；森林生態系統中喬木的數量遠少于昆蟲的數量，該生態系統的數量金字塔呈倒金字塔形，A項正確。
答案：A
4．(2021·全國甲卷)捕食是一種生物以另一種生物為食的現象，能量在生態系統中是沿食物鏈流動的。回答下列問題：
(1)在自然界中，捕食者一般不會將所有的獵物都吃掉，這一現象對捕食者的意義是________________________________________________________________________
______________________________________________________(答出1點即可)。
(2)青草→羊→狼是一條食物鏈。根據林德曼對能量流動研究的成果分析，這條食物鏈上能量流動的特點是________________________________________________________。
(3)森林、草原、湖泊、海洋等生態系統是常見的生態系統，林德曼關于生態系統能量流動特點的研究成果是以________生態系統為研究對象得出的。
解析：(1)“精明的捕食者”策略內容之一：捕食者一般不能將所有的獵物都吃掉，否則自己也無法生存。(2)食物鏈中能量只能單向流動，不可逆轉，也不能循環流動。能量在沿著食物鏈流動的過程中是逐級遞減的，某個營養級一般只有10%～20%的能量能夠流向下一營養級。(3)林德曼對一個結構相對簡單的天然湖泊——賽達伯格湖的能量流動進行了定量分析，發現了生態系統的能量流動特點。
答案：(1)避免獵物被全部捕食后，捕食者自身因缺少食物而無法生存　(2)單向流動、逐級遞減　(3)湖泊

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