資源簡介

人教生物學選擇性必修2教學案
3-2 生態系統的能量流動
學有目標——新課程標準必明 記在平時——核心語句必背
1.分析生態系統能量流動的過程和特點。 2.理解生態金字塔的類型和特點。 3.概述研究能量流動的實踐意義。 1.生態系統的能量流動包括能量的輸入、傳遞、轉化和散失的過程。 2.流入每個營養級中能量的去路一般有：通過呼吸作用以熱能的形式散失、流入下一營養級及遺體殘骸被分解者分解。 3.能量流動的特點是單向流動，逐級遞減。 4.生態金字塔包括能量金字塔、生物量金字塔和數量金字塔三種類型。
[理清主干知識]
一、能量流動的概念和過程
1．概念
生態系統中能量的輸入、傳遞、轉化和散失的過程。
2．過程
(1)能量的輸入：
(2)能量流經第二營養級的過程：
(3)能量流動示意圖：
①能量流動的方向(箭頭)：表示生態系統中能量流動是單向流動的。
②箭頭由粗變細：表示能量逐級遞減。
③菱形面積越來越小：表示隨營養級級別的增加，儲存在某營養級生物體內的能量越來越少。
二、能量流動的特點
1．單向流動
(1)方向：沿食物鏈由低營養級流向高營養級。
(2)特點：不可逆轉，也不能循環流動。
2．逐級遞減
(1)能量傳遞效率：相鄰兩個營養級的能量傳遞效率為10%～20%。
(2)營養級數量：生態系統中的能量流動一般不超過個營養級。
三、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形成的一個金字塔圖形，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。與能量金字塔相似，但有特例，如海洋中的某一時刻浮游植物的生物量可能低于浮游動物的生物量。
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。
四、研究能量流動的意義
(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、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。
[診斷自學效果]
1．判斷下列敘述的正誤
(1)生態系統的能量流動指能量的輸入和散失過程(×)
(2)太陽能只有通過生產者才能輸入生態系統中(√)
(3)每一營養級生物的同化量就是從上一營養級攝入的能量(×)
(4)生長、發育和繁殖的能量＝分解者分解利用的能量＋下一營養級同化的能量＋未被利用的能量(√)
(5)在“植物→鼠→鷹”這條食物鏈中，第三營養級含能量最少(√)
(6)相鄰兩個營養級的能量傳遞效率不會小于10%，也不會大于20%(×)
(7)沼渣、沼液作為肥料還田，使能量能夠循環利用(×)
(8)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(×)
(9)能量金字塔和生物量金字塔可以出現倒置現象(×)
2．將能量流動及相關內容連線
[在探究中學明]
下圖表示能量流入第二營養級后的去向，據圖回答有關問題。
(1)初級消費者攝入的能量是其同化量嗎？它們之間存在什么關系？
提示：初級消費者攝入的能量不等于其同化量，它們之間的關系：同化量＝攝入量－糞便量。
(2)初級消費者糞便中的能量是其同化量的一部分嗎？為什么？
提示：不是。初級消費者糞便中的能量不屬于其同化的能量，而是屬于生產者所同化的能量。
(3)第二營養級能量的去路有d、i、f(填圖中字母)三條。
(4)第二營養級的攝入量(a)，同化量(b)及凈同化量(e)分別可以如何計算(用圖中字母的表達式表示)
提示：攝入量(a)＝b＋c；同化量(b)＝a－c＝d＋e＝d＋i＋f；凈同化量(e)＝b－d＝i＋f。
[在深化中提能]
流入某一營養級能量的來源和去路
(1)能量來源
(2)能量去向
流入某一營養級的能量去向可從以下兩個角度分析：
①定量不定時(在足夠長的時間內能量的最終去路)：
a．自身呼吸消耗；b.流入下一營養級(最高營養級除外)；c.被分解者分解利用。
②定量定時：流入某一營養級的一定量的能量在一定時間內的去路可有四條：a.自身呼吸消耗；b.流入下一營養級；c.被分解者分解利用；d.未被自身呼吸消耗，也未被下一營養級和分解者利用，即“未利用”。如果是以年為單位研究，這部分的能量將保留到下一年。
[例1]　關于草原生態系統能量流動的敘述，錯誤的是(　 )
A．能量流動包括能量的輸入、傳遞、轉化和散失的過程
B．分解者所需的能量可來自各營養級生物所儲存的能量
C．生態系統維持正常功能需要不斷得到來自系統外的能量
D．生產者固定的能量除用于自身呼吸外，其余均流入下一營養級
[解析]　生態系統的能量流動包括能量的輸入、傳遞、轉化和散失的過程；分解者所需的能量可來自各營養級生物所儲存的能量；由于生物呼吸產生的能量不能再被利用，能量流動逐級遞減，因此生態系統維持正常功能需要不斷得到來自系統外的能量；生產者固定的能量除用于自身呼吸外，其余均流入下一營養級及分解者。
[答案]　D
[例2]　某生態系統中有a、b、c、d四種生物，構成食物鏈a→b→c，d為分解者，如圖是該生態系統中能量流入b處發生的一系列變化示意圖，下列說法錯誤的是(　 )
A．圖中的甲表示b的同化量，乙表示b用于生長、發育和繁殖的能量
B．參與丁過程的都是異養型生物，主要包括營腐生的細菌、真菌等
C．當生態系統處于相對穩定狀態時，b的種群數量一般處于K/2
D．圖中d的能量不全部來自b生物
[解析]　b攝入量為其同化量(甲)和糞便量之和，其同化量一部分用于呼吸消耗，一部分用于自身的生長、發育和繁殖(乙)；丁過程為分解者的分解作用，分解者主要是營腐生生活的細菌、真菌等，都是異養型生物；當生態系統處于相對穩定狀態時，b種群數量達到環境容納的最大值，一般處于K值；d的能量可來自b的糞便，而此部分屬于上一營養級a同化的能量。
[答案]　C
[易錯提醒]　分析能量流動時的兩個注意點
動物同化的能量不等于攝入的能量
說明 同化量為每一營養級通過攝食并轉化成自身有機物的能量，攝入量是消費者攝入的能量，同化量＝攝入量－糞便量
糞便量不是該營養級同化量的一部分
說明 消費者產生的糞便不屬于該營養級同化的能量，它實際上與上一營養級的遺體、殘骸一樣，屬于上一營養級的同化量的一部分
[在應用中落實]
1．運用生態系統能量流動規律分析，下列四項中，不利于能量流向對人類最有益的部分的是(　 )
A．在森林中，使能量多儲存在木材里
B．在草原牧場，使能量多流向牛和羊
C．能量流經初級消費者→次級消費者→三級消費者(人的食物)
D．在養魚池中，讓有機肥料以腐屑形式被魚類或餌料動物直接攝食
解析：選C　C項由于食物鏈的延長，增大了能量的損耗，不利于能量流向對人類最有益的部分。其他選項都有利于能量流向對人類最有益的部分。故選C。
2．如圖是該生態系統中能量流向物種甲后發生的一系列變化示意圖，下列有關敘述正確的是(　 )
A．B表示物種甲同化的能量
B．E表示物種甲呼吸散失的能量
C．C表示物種甲流向分解者的能量
D．A中的能量包括物種甲糞便中的能量
解析：選B　分析物種甲的能量去路可知，A表示物種甲同化的能量，B表示物種甲用于自身生長發育、繁殖等生命活動所需的能量，C中還包括物種甲糞便中的能量，D表示分解者通過呼吸作用散失的能量，E表示物種甲通過呼吸作用散失的能量。物種甲糞便中的能量屬于甲上一個營養級的同化量。
[在探究中學明]
1．能量流動的特點
生態學家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：J·cm－2·a－1)。
(1)據圖分析
①圖中生產者不能(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不能(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為10%～20%。
②能量流動的第二個特點是逐級遞減。
2．生態金字塔
分析比較三類金字塔
項目 能量金字塔 數量金字塔 生物量金字塔
形狀
特點 呈金字塔形 通常為正金字塔形，有時會出現金字塔形，如成千上萬的昆蟲以一棵樹為生 一般呈金字塔形，有時會出現倒金字塔形，如某一時間浮游植物的生物量(用質量來表示)可能低于浮游動物的生物量
[在深化中提能]
1．能量流動的特點及原因分析
(1)單向流動的原因
①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。
②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，因此能量流動無法循環。
(2)逐級遞減的原因
①各營養級生物都會因呼吸作用消耗大部分能量。
②各營養級的能量都會有一部分流入分解者。
③還有一部分能量未被利用。
2．能量傳遞效率與能量利用率的區別
(1)能量傳遞效率。
①含義：生態系統中兩個相鄰營養級的能量傳遞效率為10%～20%，即輸入某一營養級的能量中，只有10%～20%的能量流入到下一營養級(最高營養級除外)。
②計算公式：
能量傳遞效率＝×100%。
(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，使營養結構更復雜，以實現能量的多級利用，從而提高能量利用率。
[例1]　如圖為某生態系統中能量傳遞示意圖，以下敘述錯誤的是(　 )
A．能量流動是從甲固定的太陽能開始的，流入該生態系統的總能量為1 250 kJ
B．從乙到丙的能量傳遞效率為15%
C．將乙和丙的糞便作為有機肥還田，可以提高能量傳遞效率
D．食物鏈的營養關系一般不可逆，這決定了能量流動的單向性
[解析]　由圖分析可知，甲為生產者，乙為初級消費者，丙為次級消費者，丁為分解者。能量流動從生產者固定的太陽能開始，流入該生態系統的總能量是生產者固定的太陽能＝175＋200＋875＝1 250(kJ)；從乙到丙的能量傳遞效率為30÷200×100%＝15%；將乙和丙的糞便作為有機肥還田，經分解者的分解作用后能為植物提供無機鹽，但不能提高能量傳遞效率；食物鏈的營養關系一般不可逆，這決定了能量流動的單向性。
[答案]　C
[例2]　右圖為某一生態系統的能量金字塔，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別代表不同的營養級，E1、E2代表能量的形式。下列敘述正確的是(　 )
A．Ⅰ和Ⅳ是連接生物群落與無機環境的關鍵成分
B．該圖所示的食物網只有1條食物鏈：Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ
C．E1表示流入這一生態系統的總能量
D．能量可在食物鏈中循環利用
[解析]　圖中Ⅰ代表生產者，Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ都代表消費者，實現物質循環的關鍵生物成分是生產者和分解者；每一營養級的生物種類很多，各種生物之間會形成錯綜復雜的食物網；生產者固定的太陽能表示流入生態系統的總能量(E1)；生態系統中能量沿食物鏈單向流動，不能循環利用。
[答案]　C
[在應用中落實]
1．在某草原生態系統的能量流動過程中，若羊攝入體內的能量為n，羊糞便中的能量為36%n，呼吸作用散失的能量為48%n，則下列敘述正確的是(　 )
A．羊同化的能量為64%n
B．儲存在羊體內的能量為52%n
C．由羊流向分解者的能量為16%n
D．由羊流向下一營養級的能量為64%n
解析：選A　羊同化的能量為n－36%n＝64%n，A正確；儲存在羊體內的能量為n－36%n－48%n＝16%n，B錯誤；根據題意，由羊流向分解者的能量為其同化量中儲存在羊體內的能量的一部分，小于16%n，C錯誤；由羊流向下一營養級的能量為其同化量的10%～20%，D錯誤。
2．(2021·浙江6月選考)下列關于生態金字塔的敘述，正確的是(　 )
A．生態金字塔顯示了各營養級之間的數量關系
B．生態金字塔中每個營養級的生物均屬于同一食物鏈
C．生態金字塔中的營養級均按其所占的數值大小依次排列
D．生態金字塔可分別以個體數量、生產量和能量為指標繪制
解析：選A　生態金字塔是指各營養級之間的某種數量關系，可采用生物量單位、能量單位和個體數量單位，A正確，D錯誤；營養級是指處于食物鏈同一環節上的全部生物的總和，同一營養級的生物個體，可能處于不同的食物鏈的同一環節上，B錯誤；生態金字塔中營養級按營養關系排列，生產者處于金字塔的最底層，頂級消費者處于金字塔的頂端，C錯誤。
[在探究中學明]
1．能量傳遞效率的相關“最值”計算
下圖所示的食物網中，若人的體重增加1 kg，最少消耗水藻________kg，最多消耗水藻________kg。
[解析]　能量在相鄰兩個營養級間的傳遞效率是10%～20%。求最少消耗水藻時，選最短的食物鏈，即水藻→小魚→人，傳遞效率按20%計算，設最少消耗水藻為x，則x×20%×20%＝1，解得x＝25(kg)；求最多消耗水藻時，選最長的食物鏈，即水藻→水蚤→蝦→小魚→大魚→人，傳遞效率按10%計算，設最多消耗水藻為y，則y×10%×10%×10%×10%×10%＝1，得y＝105(kg)。
[答案]　25　105
2．能量傳遞效率的有關“定值”計算
如圖所示的食物網中，戊的食物有1/2來自乙，1/4來自丙，1/4來自丁，且能量從生產者到消費者的傳遞效率為10%，從消費者到消費者的能量傳遞效率為20%。若戊體重增加20 g，需要消耗植物________g。
[解析]　甲為生產者，戊共有以下食物鏈：①甲→乙→戊，戊增加20×1/2＝10(g)，需要乙10×5＝50(g)，需要甲50×10＝500(g)；②甲→丙→戊，戊增加20×1/4＝5(g)，需要丙5×5＝25(g)，需要甲25×10＝250(g)；③甲→丙→丁→戊，戊增加20×1/4＝5(g)，需要丁5×5＝25(g)，需要丙25×5＝125(g)，需要甲125×10＝1 250(g)，故共需要甲500＋250＋1 250＝2 000(g)。
[答案]　 2 000
3．具有人工能量輸入的能量傳遞效率計算
如圖是某人工魚塘生態系統能量流動過程中的部分環節，圖中所示數據為該環節中涉及的能量值(單位為103 kJ·m－2·a－1)，據圖分析：
(1)該生態系統中流入生物群落的總能量有哪些來源？
提示：一個來源是光能，另一個來源是輸入的有機物中的化學能。
(2)生產者、植食性動物和肉食性動物固定的總能量分別是多少？
提示：肉食性動物固定的總能量＝(0.25＋0.05＋2.1＋5.1)×103＝7.5×103 (kJ·m－2·a－1)；植食性動物固定的總能量＝[(7.5－5)＋0.5＋4＋9]×103＝16×103 (kJ·m－2·a－1)；生產者固定的總能量＝[(16－2)＋3＋70＋23]×103＝110×103( kJ·m－2·a－1)。
(3)生產者→植食性動物、植食性動物→肉食性動物的能量傳遞效率分別是多少？(計算結果精確到0.1%)
提示：生產者→植食性動物的能量傳遞效率為植食性動物固定的能量中來自生產者的能量/生產者固定的總能量×100%＝(16－2)/110×100%≈12.7%；植食性動物→肉食性動物的能量傳遞效率為肉食性動物固定的能量中來自植食性動物的能量/植食性動物固定的總能量×100%＝(7.5－5)/16×100%≈15.6%。
[在深化中提能]
1．能量傳遞效率的“最值”計算
(1)食物鏈越短，最高營養級獲得的能量越多。
(2)生物間的取食關系越簡單，生態系統的能量流動過程中消耗的能量越少。具體計算方法如下：
知低營養級求高營養級 知高營養級求低營養級
獲能量最多 選最短食物鏈按×20%計算 需最多能量 選最長食物鏈按÷10%計算
獲能量最少 選最長食物鏈按×10%計算 需最少能量 選最短食物鏈按÷20%計算
2．能量傳遞效率的“定值”計算
(1)已確定營養級間能量傳遞效率的，不能按“最值法”計算，而需按具體數值計數。例如，在食物鏈A→B→C→D中，能量傳遞效率分別為a%、b%、c%，若A的能量為M，則D獲得的能量為M×a%×b%×c%。
(2)如果是在食物網中，某一營養級同時從上一營養級多種生物獲得能量，且各途徑所獲得的生物量比例確定，則按照各單獨的食物鏈進行計算后合并。
3．具有人工能量輸入的能量傳遞效率計算
人為輸入某一營養級的能量是該營養級同化量的一部分，但不是從上一營養級流入的能量。如求第二營養級至第三營養級傳遞效率時，應為第三營養級從第二營養級同化的能量(不包括人工輸入到第三營養級的能量)/第二營養級的同化量(包括人工輸入到第二營養級的能量)×100%。
[在應用中落實]
1．有一食物網如圖所示。如果能量傳遞效率為10%，各條食物鏈傳遞到庚的能量相等，則庚增加1 kJ的能量，丙最少含(　 )
A．550 kJ　　　　　　　　 B．500 kJ
C．400 kJ D．100 kJ
解析：選A　設丙的能量為x，經丙→丁→己→庚傳遞到庚的能量為0.5 kJ，則需要丙0.5÷(10%)3＝500(kJ)；經丙→戊→庚傳遞到庚的能量為0.5 kJ，則
需要丙0.5÷(10%)2＝50(kJ)，即丙最少含500＋50＝550(kJ)的能量。
2.如圖是一個食物網，假如鷹的食物有2/5來自兔，2/5來自鼠，1/5來自蛇，那么鷹若要增加20 g體重，至少需要消耗植物(　 )
A．900 g B．500 g
C．200 g D．600 g
解析：選A　當能量傳遞效率為最大值即20%時，消耗的植物量最少。鷹經兔途徑消耗的植物量為20×2/5÷20%÷20%＝200(g)；鷹經鼠途徑消耗的植物量為20×2/5÷20%÷20%＝200(g)；鷹經蛇、鼠途徑消耗的植物量為20×1/5÷20%÷20%÷20%＝500(g)，共計消耗植物量為200＋200＋500＝900(g)。
3.某生態系統中存在如圖所示的食物網，如將丙的食物比例由甲∶乙＝1∶1調整為2∶1，能量傳遞效率按10%計算，該生態系統能承載丙的數量是原來的(　 )
A．1.375倍 B．1.875倍
C．1.273倍 D．0.575倍
解析：選A　由于生產者沒有改變，所以流向該生態系統的總能量沒有變化。設丙原來的能量為a，則需要甲提供的能量為1/2a×10×10＋1/2a×10；改變食物比例后丙的能量設為b，則需要甲提供的能量為2/3b×10＋1/3b×10×10，根據題意可得：1/2a×10×10＋1/2a×10＝2/3b×10＋1/3b×10×10，b/a＝1.375。
[課堂鞏固落實]
1．生態系統的能量流動是指(　 )
A．太陽能被綠色植物固定的過程
B．生態系統內生物體能量代謝的過程
C．生態系統中能量的輸入、傳遞、轉化和散失的過程
D．能量從生物體進入環境的過程
解析：選C　太陽能被綠色植物固定的過程僅是能量的輸入；生態系統內生物體能量代謝的過程主要包括的是能量的傳遞和轉化過程；由于能量蘊含在有機物中，所以在物質循環過程中伴隨著的能量轉移過程(包括輸入、傳遞、轉化和散失)，就是指生態系統的能量流動；能量從生物體進入環境的過程主要是指能量的散失。
2．生態學中常用能量金字塔來描述生態系統中各營養級所得到的能量數值。下列描述正確的是(　 )
A．在能量金字塔頂部的消費者獲得的能量最多
B．最多約有20%的能量從第一營養級流向次級消費者
C．生產者通過呼吸作用消耗的能量一般沒有流入初級消費者的能量多
D．生態系統中的營養級越多，在能量流動過程中損失的能量就越多
解析：選D　在能量金字塔頂部的消費者營養級最高，獲得的能量最少，A錯誤；最多約有20%×20%的能量從第一營養級流向次級消費者，B錯誤；生產者通過呼吸作用消耗的能量一般多于流入初級消費者的能量，C錯誤；生態系統中的營養級越多，在能量流動過程中損失的能量就越多，D正確。
3．(2022·浙江6月選考)生態系統的營養結構是物質循環和能量流動的主要途徑。下列敘述錯誤的是(　 )
A．調查生物群落內各物種之間的取食與被取食關系，可構建食物鏈
B．整合調查所得的全部食物鏈，可構建營養關系更為復雜的食物網
C．歸類各食物鏈中處于相同環節的所有物種，可構建相應的營養級
D．測算主要食物鏈各環節的能量值，可構建生態系統的能量金字塔
解析：選D　可通過調查生物群落中各物種間的捕食關系建立食物鏈，A正確；錯綜復雜的食物鏈構成食物網，B正確；營養級是指物種在食物鏈中的位置，C正確；測算全部食物鏈各環節的能量值，可構建生態系統的能量金字塔，D錯誤。
4．(2022·湖北高考)如圖為生態系統結構的一般模型，據圖回答下列問題：
(1)圖中A代表____________；肉食性動物1的數量____________(填“一定”或“不一定”)少于植食性動物的數量。
(2)如果②③④代表能量流動過程，④代表的能量一般是②的__________。
(3)如果圖中生產者是農作物棉花，為了提高棉花產量，從物質或能量的角度分析，針對②的調控措施及理由分別是__________________________________________________
____________________________________________；針對⑦的調控措施及理由分別是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)據題意可知，A能將遺體、糞便、碎屑等中的有機物分解形成無機物，返回無機環境中，因此A表示分解者。高營養級的生物數量可能會多于低營養級的生物數量，因此肉食性動物1的數量不一定少于植食性動物的數量。(2)能量在相鄰兩個營養級間的傳遞效率一般是10%～20%，②表示植食性動物的同化量，③表示肉食性動物1的同化量，是②的10%～20%，④表示肉食動物性2的同化量，是③的10%～20%，因此④代表的能量一般是②的1%～4%。(3)針對②和⑦的調控措施及理由見答案。
答案：(1)分解者　不一定　(2)1%～4%
(3)控制(或減少)植食性動物的數量，使棉花固定的能量盡可能保留在棉花植株中　合理密植，改善通風條件，滿足光合作用對CO2的需求；增施有機肥，分解者分解有機物可產生更多無機鹽、CO2，滿足棉花生長需要；噴淋降溫，緩解強光照和高溫導致的“午休”，滿足光合作用對CO2的需求，減弱呼吸作用
[課下綜合檢測]
一、選擇題
1．在生態系統的能量流動中，能量形式的轉變順序是(　 )
A．光能→化學能→熱能　 B．熱能→光能→化學能
C．化學能→光能→熱能 D．光能→熱能→化學能
解析：選A　綠色植物通過光合作用把光能轉化為有機物中的化學能，生物群落中的化學能最終以熱能的形式散失。
2．下列有關生態系統能量流動的敘述，錯誤的是(　 )
A．通過物質多級利用可以提高能量的利用率
B．處于穩定狀態的生態系統能量輸入與輸出相對穩定
C．太陽能只有通過生產者才能輸入流動渠道
D．通過兔子的糞便流入分解者體內的能量屬于兔子通過同化作用獲得的能量的一部分
解析：選D　通過物質多級利用可以提高能量的利用率，A正確；處于穩態時的生態系統能量輸入與輸出相對穩定，保持動態平衡，B正確；能量流動的起點是從生產者固定太陽能開始，太陽能只有通過生產者才能輸入到生態系統，C正確；兔子糞便中的能量不屬于兔子同化的能量，屬于上一營養級同化的能量，D錯誤。
3．在由“草→鼠→狐”組成的一條食物鏈中，鼠經同化作用所獲得的能量，其去向不包括(　 )
A．通過鼠呼吸作用釋放的能量
B．通過鼠的糞便流入分解者體內
C．通過狐的糞便流入分解者體內
D．流入狐體內并被同化的能量
解析：選B　鼠處于第二營養級，其同化的能量一部分通過呼吸作用以熱能的形式散失；其余的用于生長、發育和繁殖等生命活動，其中一部分以遺體殘骸的形式被分解者利用，一部分被狐攝入，被狐攝入的能量中一部分以糞便的形式被分解者利用，剩下的被狐所同化；由于鼠的同化量等于攝入的能量減去糞便中的能量，因此鼠的糞便中的能量屬于草的同化量。
4．我國清代思想家、文學家龔自珍在《己亥雜詩》中有一句詩曰：“落紅不是無情物，化作春泥更護花。”從生物學的角度來理解這句話，相關敘述正確的是(　 )
A．“落紅”指的是落花，落地后其中的有機物可以再次被植物吸收
B．“落紅”入地后需要分解者的分解作用才能化為“春泥”，重新作為植物生長的營養
C．從生物學的角度看，這句詩體現了自然界能量流動的單向性
D．“落紅”中有機物中的能量可以被植物重新利用
解析：選B　落花落地后，其中的有機物被分解者分解為無機物，這些化為“春泥”的無機物可被植物吸收重新利用，由此體現了生態系統的物質循環；落花中的有機物可以被分解者分解，其中的能量主要以熱能的形式散失，不能被植物重新利用。故選B。
5．清除田間雜草和魚塘中肉食性的黑魚，用生態學觀點分析，其目的是(　 )
A．保持生物群落的單一性
B．使物質和能量盡快地流動
C．保持生態平衡
D．調整能量在生態系統中的流動方向
解析：選D　清除田間雜草和魚塘中肉食性的黑魚，讓能量更多地流向農作物和魚塘中所養殖的魚類，即使能量持續高效地流向對人類最有益的部分。
6.如圖是生態系統中某兩個營養級(甲、乙)的能量流動示意圖，其中a～e表示能量值。下列相關敘述錯誤的是(　 )
A．乙可能是次級消費者，屬于第三營養級
B．乙糞便中食物殘渣的能量包含在d中
C．乙用于生長、發育及繁殖的能量可表示為a－b
D．甲、乙兩營養級之間的能量傳遞效率可以表示為a/(a＋c＋e)
解析：選B　分析題圖可知，甲中的能量可以流向乙，說明乙捕食甲，則乙可能是次級消費者，屬于第三營養級，A正確；乙糞便中食物殘渣的能量包含在c中，B錯誤；乙用于生長、發育及繁殖的能量＝乙同化的能量－乙呼吸作用散失的能量，可表示為a－b，C正確；甲、乙兩營養級之間的能量傳遞效率＝乙同化的能量/甲同化的能量，可以表示為a/(a＋c＋e)，D正確。
7．如圖所示為生態系統中能量流動圖解部分示意圖，①②③④⑤⑥⑦各代表一定的能量值，下列敘述正確的是(　 )
A．從能量關系看，②＝③＋④
B．農業生態系統中能量是可以循環利用的
C．次級消費者糞便中的能量去路包括在⑥途徑中
D．生產者固定的能量除用于自身呼吸外，其余均流入下一營養級
解析：選C　圖中①②③分別表示第二、第三、第四營養級的同化量，④⑤⑥⑦表示分解者利用的能量。各營養級生物同化量＝呼吸量＋下一營養級的同化量＋分解量，故②>③＋④；熱能不能被生物同化利用，故能量單向流動而不能循環利用；次級消費者以初級消費者為食，其糞便中含有未被利用的“初級消費者”的能量，糞便排出后將被分解者分解利用；生產者固定的能量除用于自身呼吸外，其余均流入下一營養級以及分解者。
8．下表是能量流經某種植食性動物時的情況，下列說法正確的是(　 )
項目 攝食量 糞便量 呼吸消耗量 用于生長發育和繁殖的能量
能量/ 530 330 X 80
A．流向第三營養級生物的能量最多為40 kJ
B．該植食性動物同化的能量中有25%以熱能的形式散失掉
C．生產者固定的能量傳遞給該植食性動物過程中的能量傳遞效率約為37.7%
D．X表示的能量大小不能確定
解析：選A　根據“攝食量＝糞便量＋同化量”這個公式可求出該動物種群的同化量＝530－330＝200(kJ)，故流向第三營養級的能量最多為200×20%＝40(kJ)；根據“同化量＝呼吸消耗量＋用于生長發育繁殖的能量”這個公式可知，呼吸消耗量＝200－80＝120(kJ)，呼吸消耗量占同化量的120/200×100%＝60%，呼吸作用產生的能量大約有40%儲存在ATP中，大約有60%以熱能的形式散失，故同化的能量中約有60%×60%＝36%以熱能的形式散失掉；從表格信息無法知道生產者的同化量，所以不能計算生產者到該動物的能量傳遞效率；由B項分析可知，X＝120(kJ)。
9．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：選A　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，則可能出現正金字塔形，也可能出現倒金字塔形。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)，則牧草的數量比羊多，繪制的數量金字塔為正金字塔形；森林生態系統(假設第一營養級是喬木，第二營養級是昆蟲)中，一棵樹上可以有很多昆蟲，因此，昆蟲的數目比喬木的數量多，繪制的數量金字塔為倒金字塔形。故選A。
10．某生態系統中存在食物鏈“馬尾松→松毛蟲→杜鵑”，下圖表示松毛蟲攝入能量的流動方向，圖中字母代表能量值，下列敘述正確的是(　 )
A．該食物鏈中的生物在數量上呈正金字塔形
B．松毛蟲和杜鵑之間的能量傳遞效率可用e/a×100%表示
C．由松毛蟲流入分解者的能量可用c＋d＋f表示
D．若遷走全部杜鵑，松毛蟲的種群數量將呈“J”形增長
解析：選B　該食物鏈中的生物在能量上呈正金字塔形，而數量上松毛蟲的數量多于馬尾松，數量上可呈倒金字塔模型，A錯誤；據題圖分析可知，松毛蟲的同化量是a，杜鵑的同化量是e，松毛蟲與杜鵑之間的能量傳遞效率可用e/a×100%表示，B正確；由松毛蟲流入分解者的能量為d＋f，c表示松毛蟲糞便中的能量，屬于上一營養級流入分解者的能量，C錯誤；若遷走全部杜鵑，在有限的資源和空間條件下，松毛蟲的種群數量將呈“S”形增長，D錯誤。
11．如圖是某生態系統中組成食物鏈的三個種群(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)一年內能量流動統計的部分數據(圖中數值單位是萬 kJ)。下列有關敘述錯誤的是(　 )
A．三個種群組成的食物鏈是Ⅱ→Ⅰ→Ⅲ
B．種群Ⅱ全部生物的呼吸消耗量約為69.50萬 kJ
C．不同營養級之間能量以有機物的形式流動
D．第二營養級到第三營養級的能量傳遞效率約為20%
解析：選B　由題圖中同化的能量的數據分析得出，三個種群組成的食物鏈是Ⅱ→Ⅰ→Ⅲ；種群Ⅱ生物同化的能量有四個去向：呼吸消耗、流向分解者、流入下一營養級和未利用，呼吸作用消耗的能量少于69.50萬 kJ；能量在營養級之間以有機物的形式流動；第二營養級到第三營養級的能量傳遞效率約為3.0÷15.0×100%＝20%。
12.如圖是某同學繪制的生態系統能量金字塔，其中a～d代表能量值。下列相關敘述正確的是(　 )
A．圖中所示的各種生物成分組成一條食物鏈
B．次級消費者、三級消費者分別屬于第二、第三營養級
C．能量c可代表生產者呼吸釋放的熱能及流向分解者的能量
D．在生態系統中，b的值不可能超過d的10倍
解析：選C　圖中各營養級的生物不是一種，所以圖示的各種生物可以構成多條食物鏈；次級消費者、三級消費者分別屬于第三、第四營養級；圖中c表示呼吸作用散失的能量及流向分解者的能量；生態系統中，b的值可能會超過d的10倍。
二、非選擇題
13．某自然保護區地震后，據不完全統計，植被毀損達到30%以上。如圖1為該地區人為干預下恢復過程的能量流動圖[單位為103 kJ/(m2·a)]，圖2為該地區恢復后部分食物網示意圖。請回答下列問題。
(1)如圖1所示，輸入該生態系統的能量包括____________________________________，第二營養級到第三營養級的能量傳遞效率為____________(保留一位小數)。
(2)圖1中A表示________________，除生產者外其他營養級需要補償能量輸入的原因是______________________________。計算可知，肉食性動物需補償輸入的能量值至少為________×103 kJ/(m2·a)。
(3)圖2所示食物網中，若鷹增重1 kg，則最多消耗植物________kg，最少消耗植物________kg。
(4)已知該生態系統恢復后，能量從生產者到消費者的傳遞效率為10%，從消費者到消費者的能量傳遞效率為20%，且各營養級流向下一營養級的能量平均分配給各不同的種群(舉例：草、樹流向下一營養級的能量中50%進入兔種群，50%進入鼠種群)。若該生態系統一段時間內生產者固定的太陽能為1.5×1012 kJ，理論上狐可獲得的能量為______________kJ，鷹可獲得的能量為________kJ。
解析：(1)題圖1中，流入該生態系統的能量包括生產者光合作用固定的太陽能和人為有機物輸入的能量。分析題圖1可知，第二營養級的同化量＝2×103＋14×103＝16×103[kJ/(m2·a)]，由第二營養級流向第三營養級的能量為16×103－0.5×103－9×103－4×103＝2.5×103[kJ/(m2·a)]，兩營養級間能量傳遞效率約為15.6%。(2)在一定時間段內，除最高營養級外，各營養級能量的去向包括呼吸消耗、傳遞到下一營養級、流向分解者、未被利用四個部分，故A表示呼吸作用。該地地震導致植被受損，生產者固定的太陽能(流入該生態系統的能量)減少，故需要對其他營養級補償能量輸入。根據題圖1中肉食性動物能量去向分析，肉食性動物的能量為2.1×103＋5.1×103＋0.25×103＋0.05×103＝7.5×103[kJ/(m2·a)]，其能量來自上一營養級和人為有機物輸入，其中，來自上一營養級的能量為2.5×103 kJ/(m2·a)，則需要補償輸入的能量值至少為5×103 kJ/(m2·a)。(3)題圖2所示食物網中，鷹所處的食物鏈有草(樹)→兔→鷹、草(樹)→鼠→鷹、草(樹)→鼠→蛇→鷹，計算鷹增重1 kg消耗植物的最大值時，應選擇最長的食物鏈且能量傳遞效率按10%進行計算，求得最多消耗植物1÷10%÷10%÷10%＝1 000(kg)；計算鷹增重1 kg消耗植物重量的最小值時，應選擇最短的食物鏈且能量傳遞效率按20%進行計算，求得最少消耗植物1÷20%÷20%＝25(kg)。(4)該生態系統中，各營養級流向下一營養級的能量平均分配給各不同的種群，從生產者到消費者的能量傳遞效率為10%，則流向第二營養級(兔和鼠)的能量為1.5×1012×10%＝1.5×1011(kJ)，兔、鼠種群獲得的能量均為7.5×1010 kJ。從消費者到消費者的能量傳遞效率為20%，則兔種群流向下一營養級(鷹和狐)的能量為7.5×1010×20%＝1.5×1010(kJ)，鷹和狐因捕食兔獲得的能量均為7.5×109 kJ；同理，鼠流向下一營養級(狐、蛇、鷹)的能量為1.5×1010 kJ，狐、蛇、鷹因捕食鼠獲得的能量均為5.0×109 kJ；蛇進一步被鷹捕食，則蛇種群流向鷹的能量為5.0×109×20%＝1.0×109(kJ)。最終狐可獲得的能量為7.5×109＋5.0×109＝12.5×109(kJ)，鷹最終可獲得的能量為7.5×109＋5.0×109＋1.0×109＝13.5×109(kJ)。
答案：(1)生產者光合作用固定的太陽能和人為有機物輸入的能量　15.6%　(2)細胞呼吸(或呼吸作用)　植被受損，流入該生態系統的能量減少(減輕植被恢復的壓力)　5　(3)1 000　25　(4)12.5×109　13.5×109
14．如表是對某水生生態系統營養級和能量流動情況的調查結果。表中A、B、C、D、E分別表示不同的營養級，F為分解者；Pg表示生物同化作用固定能量的總量；Pn表示生物儲存的能量；R表示生物呼吸消耗的能量；能量單位為102 kg·m－2·a－1。請分析回答下列問題。
營養級 A B C D E F
Pg 15.9 870.7 1.9 89.2 94.7 211.5
Pn 2.8 369.4 0.8 33.9 33.0 20.1
R 13.1 501.3 1.1 55.3 61.7 191.4
(1)流入該生態系統的總能量為______kg·m－2·a－1。
(2)寫出該生態系統中的食物鏈(或食物網)：__________________________。
(3)據表中數據推出Pg、Pn和R之間的關系是Pn＝________________。
(4)第三營養級到第四營養級的能量傳遞效率是______。
(5)能量流動的特點是______________________________________________。
(6)如果D作為該湖泊中的經濟魚類，生產上既要獲得最大捕撈量，又不破壞其種群穩定，通常將捕撈量控制在D的環境容納量一半的水平上，原因是此時種群的________________最大。
解析：(1)流入該生態系統的總能量為生產者B固定的全部太陽能，即870.7×102 kg·m－2·a－1。(2)(5)食物網中只有生產者和消費者，能量流動的特點是單向流動、逐級遞減，相鄰兩個營養級之間的能量傳遞效率是10%～20%。從Pg表示生物同化作用固定能量的總量分析可知，A、B、C、D、E構成了兩條食物鏈，分別是B→D→A→C、B→E→A→C，故該生態系統中的食物網見答案。(3)由于Pg表示生物同化作用固定能量的總量，Pn表示生物貯存的能量，R表示生物呼吸消耗的能量，因此Pg＝Pn＋R，即Pn＝Pg－R。(4)第三營養級到第四營養級的能量傳遞效率是1.9÷15.9×100%≈11.9%。(6)在種群的“S”形增長曲線中，種群數量為環境容納量一半時，種群的增長速率最大，最有利于種群的增長，所以在某湖泊生態系統中的經濟魚類的捕撈上，通常將捕撈量控制在環境容納量一半的水平上。
答案：(1)870.7×102　(2)BDACE
(3)Pg－R　(4)11.9%　(5)單向流動，逐級遞減　(6)增長速率
15．如圖1為某湖泊生態系統的能量金字塔簡圖，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別代表不同的營養級，m1、m2代表不同的能量形式。圖2為能量流經該生態系統某一營養級的變化示意圖，其中a～g表示能量。請據圖回答問題。
(1)圖1中，m1、m2表示的能量形式分別為________、________。位于營養級Ⅳ的生物個體數量一般遠遠少于營養級Ⅲ，主要原因是___________________________________。
(2)圖2中，若a表示圖1中營養級Ⅱ所攝入的全部能量，則b表示____________________，e表示________________________。若圖1中營養級Ⅰ所固定的太陽能總量為y，營養級Ⅰ、Ⅱ間的能量傳遞效率是____________(用圖中所給字母的表達式表示)。
(3)若圖1中營養級Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各有一種生物甲、乙、丙，它們構成的食物關系如圖3。其中，甲能量中比例為x的部分直接提供給丙，要使丙能量增加A kJ，至少需要消耗甲的能量為________kJ(用含所給字母的表達式表示)。
解析：(1)圖中m1表示植物利用的太陽能，m2為各級生物呼吸作用散失的熱能；由于能量流動逐級耗損，故流入營養級Ⅳ的能量很少，位于該營養級的個體數量一般也較少。(2)依據“攝入量－糞便量＝同化量，同化量－呼吸消耗量＝用于生長、發育和繁殖的量”公式可得，b表示營養級Ⅱ同化的能量，e表示營養級Ⅱ用于生長、發育和繁殖的能量。營養級Ⅱ同化的能量為b，營養級Ⅰ固定的能量為y，營養級Ⅰ、Ⅱ間的能量傳遞效率是b/y×100%。(3)設至少需要消耗甲的能量為m kJ，按傳遞效率20%計算，則m(1－x)×20%×20%＋mx×20%＝A，即m＝25A/(1＋4x)。
答案：(1)太陽能(或同化固定的能量)　熱能(或呼吸作用散失的熱量)　營養級越高，可利用的能量越少　(2)營養級Ⅱ同化的能量　營養級Ⅱ用于生長、發育和繁殖的能量　b/y×100%　(3)25A/(1＋4x)

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