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第51讲　生态系统的能量流动
[课标要求]
1.分析生态系统中的能量在生物群落中单向流动并逐级递减的规律。
2.举例说明利用能量流动规律,人们能够更加科学、有效地利用生态系统中的资源。
3.解释生态金字塔表征了食物网各营养级之间在个体数量、生物量和能量方面的关系。
考点一　能量流动的过程和模型分析
1.能量流动的概念理解(一般情况下)
生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程,称为生态系统的能量流动。
2.能量流动的过程
(1)第一营养级能量流动。
(2)第二营养级及其后营养级能量流动。
①输入该营养级的总能量是指图中的b(填字母)。
②粪便中的能量(c)不属于(填“属于”或“不属于”)该营养级同化的能量,应为上一个营养级同化的能量中流向分解者的部分。
③初级消费者同化的能量(b)=呼吸作用以热能的形式散失的能量(d)+用于生长、发育和繁殖的能量(e)。
④用于生长、发育和繁殖的能量(e)=分解者利用的能量(f-c)+下一营养级同化的能量(i)+未被利用的能量(j)。
提醒　 在足够长的时间内,流入某一营养级的能量最终去向=在呼吸作用中以热能形式散失+被下一营养级同化(最高营养级除外)+被分解者利用。
1.判断正误
(1)(选择性必修2 P55图3-5拓展)生态系统的能量流动是以种群作为一个整体来研究的。(　　)
【答案】 ×
【提示】 生态系统的能量流动是以营养级作为一个整体来研究的。
(2)(选择性必修2 P55正文)某营养级同化的能量包含呼吸作用产生的能量和用于生长、发育和繁殖等生命活动的能量。(　　)
【答案】 ×
【提示】 某营养级同化的能量包含呼吸作用中以热能的形式散失的能量和用于生长、发育和繁殖等生命活动的能量。
(3)(选择性必修2 P55图3-5拓展)家兔粪便中的能量与尿液中的能量都不属于家兔的同化量。(　　)
【答案】 ×
【提示】 家兔尿液中的能量属于家兔的同化量。
(4)(选择性必修2 P55图3-5)每一营养级生物的同化量就是从上一营养级摄入的能量。(　　)
【答案】 ×
【提示】 各级消费者的同化量等于摄入量减去粪便中的能量。
(5)(选择性必修2 P60概念检测1)太阳能只有通过生产者才能输入到生态系统中。(　　)
【答案】 √
2.规范表达
(1)(选择性必修2 P55思考·讨论)流经某生态系统的能量能否再回到这个生态系统中来 为什么
【提示】 不能。生态系统中所有生物通过呼吸作用散失的热能不能重新进入该生态系统。
(2)(选择性必修2 P55正文拓展)若捕食性线虫为某土壤中的最高营养级,则与食细菌线虫相比,捕食性线虫同化能量的去向有何不同
【提示】 与食细菌线虫相比,捕食性线虫同化的能量不会流入下一个营养级。
“拼图法”分析能量流动过程
(1)W1、D1指相应营养级的同化量,B1、B2指相应营养级中未被利用的能量。
(2)各营养级用于生长、发育和繁殖的能量为B1+C1+D1或B2+C2+D2。
(3)能量传递效率不会是100%。从上图可以看出,相邻两个营养级的传递效率等于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%。
(4)利用“拼图法”可得关系式:
能力1　围绕能量流动的过程,考查科学思维能力
1.(2024·湖南岳阳模拟)假设某棉田生态系统只存在“棉花→棉铃虫→食虫鸟”一条食物链,其能量流动关系部分如图所示(字母表示能量数值)。下列分析错误的是(　　)
[A] 食虫鸟粪便中的能量属于c中流入分解者的能量
[B] 用于棉铃虫生长、发育和繁殖的能量等于b-d
[C] 若食虫鸟增加1 kg ,则需要消耗棉花的生物量为a/g kg
[D] 图中c=f+g+e
【答案】 B
【解析】 食虫鸟属于第三营养级,其粪便中的能量属于第二营养级生物同化量(c)中流向分解者的能量;用于棉铃虫生长、发育和繁殖的能量=同化量c-呼吸作用中以热能形式散失的能量e=摄入量b-粪便中的能量d-呼吸作用中以热能形式散失的能量e;分析题图信息可知,第一到第二、第二到第三营养级的能量传递效率分别是c/a×100%、g/c×100%,若食虫鸟增加1 kg ,则需要消耗棉花的生物量=1÷(g/c×100%)÷(c/a×100%)=a/g(kg);棉铃虫的同化量c=呼吸作用中以热能形式散失的能量e+流向分解者的能量f+流入下一营养级的能量g。
考点二　能量流动的特点、生态金字塔及研究实践意义
1.能量流动的特点及原因
2.生态金字塔的类型及特点
3.研究能量流动的实践意义
1.判断正误
(1)(选择性必修2 P57正文拓展)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%。(　　)
【答案】 ×
【提示】 生态系统中相邻两营养级间的能量传递效率为10%～20%,而不是指两个生物之间。
(2)(选择性必修2 P57正文拓展)自然生态系统中能量金字塔和生物量金字塔可以出现上宽下窄的倒置现象。(　　)
【答案】 ×
【提示】 自然生态系统中能量金字塔不会倒置。
(3)(选择性必修2 P57正文)任何生态系统都需要不断得到来自系统外的能量补充,以便维持生态系统的正常功能。(　　)
【答案】 √
(4)(选择性必修2 P58正文拓展)拔去田地中的杂草是人为地调整能量流动的方向,可提高生态系统的能量传递效率。(　　)
【答案】 ×
【提示】 拔去田地中的杂草是人为地调整能量流动的方向,可提高生态系统的能量利用率,不能提高生态系统的能量传递效率。
(5)(选择性必修2 P60拓展应用1)沼渣、沼液作为肥料还田,使能量能够循环利用。(　　)
【答案】 ×
【提示】 生态系统中能量不能循环,只能单向流动。
2.规范表达
(选择性必修2 P56旁栏思考)能量在流动过程中逐级递减,与能量守恒定律矛盾吗 为什么
【提示】 不矛盾。能量在流动过程中逐级递减,指的是流入各个营养级的能量;而流入某个生态系统的总能量依然等于储存在生态系统(生物体的有机物)中的能量与在呼吸作用中以热能的形式散失到非生物环境中的能量的和,符合能量守恒定律。
能量流动的相关计算
(1)能量传递效率的计算公式。
(2)能量传递效率的相关“最值”计算。
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%。
①在食物链A→B→C→D中有
②在食物网中有
(3)具有人工输入能量的计算。
人工输入到某一营养级的能量是该营养级同化量的一部分,但却不是从上一营养级流入的能量。如求第二营养级至第三营养级传递效率时,应为第三营养级从第二营养级同化的能量(不包括人工输入到第三营养级的能量)/第二营养级的同化量(包括人工输入到第二营养级的能量)×100%。
能力2　围绕生态系统能量流动的特点以及研究能量流动的意义,考查理解能力
2.(2024·江苏卷,4)为了防治莲藕食根金花虫,研究者在藕田套养以莲藕食根金花虫为食的泥鳅、黄鳝,并开展相关研究,结果见下表。下列相关叙述错误的是(　　)
套养方式 莲藕食根金花 虫防治率/% 藕增产率/%
单独套养泥鳅 81.3 8.2
单独套养黄鳝 75.7 3.6
混合套养 泥鳅和黄鳝 94.2 13.9
[A] 混合套养更有利于防治莲藕食根金花虫、提高藕增产率
[B] 3种套养方式都显著提高了食物链相邻营养级的能量传递效率
[C] 混合套养中泥鳅和黄鳝因生态位重叠而存在竞争关系
[D] 生物防治优化了生态系统的能量流动方向,提高了经济效益和生态效益
【答案】 B
【解析】 由题表可知,混合套养泥鳅和黄鳝的莲藕食根金花虫防治率明显高于单独套养泥鳅或黄鳝的防治率,同时,混合套养的藕增产率也高于单独套养泥鳅和单独套养黄鳝,因此混合套养更有利于防治莲藕食根金花虫、提高藕增产率;虽然生物防治可以优化能量流动,但表格中的数据并没有直接显示能量传递效率的变化,能量传递效率通常是指能量从一个营养级传递到下一个营养级的效率,而题表中的数据只是防治率和增产率,并不能直接反映能量传递效率的提高;泥鳅和黄鳝都以莲藕食根金花虫为食,可能会在资源获取上存在竞争,因此混合套养中泥鳅和黄鳝因生态位重叠而存在竞争关系;生物防治通过利用天敌来控制害虫,优化了生态系统的能量流动方向,这有助于提高经济效益和生态效益。
能力3　围绕生态系统能量流动的计算分析,考查模型解读能力
3.(多选)(2024·河北保定二模)某人工鱼塘能量流动过程模式图如下,N1、N2、N3表示同化量,箭头表示能量流动的方向。下列叙述错误的是(　　)
[A] 流经该生态系统的总能量为N1
[B] 生产者到消费者的能量传递效率为(N2+N3)/N1×100%
[C] 图中A表示流向下一营养级的能量,这部分能量只在食物链中流动
[D] 图中生产者和消费者构成的能量金字塔不一定是上窄下宽的
【答案】 ABC
【解析】 流经该生态系统的总能量为N1+N3;能量传递效率为相邻营养级同化量之比,故生产者到消费者的能量传递效率为N2/N1×100%;图中A表示暂时未被利用的能量;由于图中存在人为输入能量到消费者,故图中生产者和消费者构成的能量金字塔不一定是上窄下宽的。
能力4　结合生态金字塔的特点,考查理解能力
4.生态金字塔包括能量金字塔、生物量金字塔、数量金字塔等。生态研究小组某时刻调查了不同地区的几种生态金字塔,结果如图所示。下列相关叙述错误的是(　　)
[A] 生态金字塔中的每一个层级均代表一个营养级,其中不包括分解者
[B] 海洋中某时刻可能出现如图甲所示的生物量金字塔
[C] 三种生态金字塔中均可能含有多条食物链
[D] 任意自然生态系统中,其能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔应均与图丙吻合
【答案】 D
【解析】 生态金字塔中的每一个层级均代表一个营养级,不包括分解者,每个营养级中可含有多个物种,因此三种生态金字塔中可能均含有多条食物链;海洋中浮游植物的个体小,生命周期短,在某时刻可能出现如图甲所示的生物量金字塔;任意自然生态系统中,其能量金字塔均与图丙吻合,但其生物量金字塔和数量金字塔可能会出现图甲或图乙的情况。
考向一　从生命观念的角度,考查能量流动的过程及特点
1.(2024·山东卷,12)某稳定的生态系统某时刻第一、第二营养级的生物量分别为6 g/m2和30 g/m2,据此形成上宽下窄的生物量金字塔。该生态系统无有机物的输入与输出,下列说法错误的是(　　)
[A] 能量不能由第二营养级流向第一营养级
[B] 根据生物体内具有富集效应的金属浓度可辅助判断不同物种所处营养级的高低
[C] 流入分解者的有机物中的能量都直接或间接来自第一营养级固定的能量
[D] 第一营养级固定的能量可能小于第二营养级同化的能量
【答案】 D
【解析】 能量流动的特点是单向流动、逐级递减,能量不能由第二营养级流向第一营养级;依据生物富集,金属浓度沿食物链不断升高,故可辅助判断不同物种所处营养级的高低;流入分解者的能量包括生产者的残枝败叶、消费者的遗体残骸等所含有的能量,这些有机物中的能量都直接或间接来自第一营养级固定的能量;能量流动的特点是单向流动、逐级递减,在该稳定的生态系统中,第一营养级固定的能量一定大于第二营养级同化的能量。
2.(2023·新课标卷,33节选)现发现一种水鸟主要在某湖区的浅水和泥滩中栖息,以湖区的某些植物为其主要的食物来源。回答下列问题。
湖区的植物、水鸟、细菌等生物成分和无机环境构成了一个生态系统。能量流经食物链上该种水鸟的示意图如下,①、②、③表示生物的生命活动过程,其中①是　 　　　;
②是　　　　　　　　;③是　　　　　　　。
【答案】 水鸟同化　水鸟呼吸作用　分解者利用
【解析】 水鸟摄入的能量,一部分流入其体内,即水鸟同化,另一部分未被同化,以粪便的形式排出。水鸟同化的能量一部分通过自身的呼吸作用以热能的形式散失,另一部分用于自身的生长、发育和繁殖。粪便和遗体残骸会被分解者利用。因此①表示水鸟同化,②表示水鸟呼吸作用,③表示分解者利用。
考向二　从科学思维的角度,考查能量流动的计算
3.(多选)(2024·黑吉辽卷,16)下图为某红松人工林能量流动的调查结果。此森林的初级生产量有很大部分是沿着碎屑食物链流动的,表现为枯枝落叶和倒木被分解者分解,剩余积累于土壤。据图分析,下列叙述正确的是(　　)
注:植物所固定的太阳能或所制造的有机物质称为初级生产量,其包括净初级生产量和自身呼吸消耗的能量。
[A] E是太阳照射到生态系统的能量
[B] E2属于未被利用的能量
[C] E3占净初级生产量的36%
[D] E3的产生过程是物质循环的必要环节
【答案】 CD
【解析】 E是生产者固定的太阳能;E2属于自身呼吸作用消耗的能量;E3占净初级生产量(E1)的比例为18×1010÷(50×1010)×100%=36%;E3的产生过程是依靠分解者的分解作用实现的,是物质循环的必要环节。
4.(2023·山东卷,13)某浅水泉微型生态系统中能量情况如表所示,该生态系统中的初级消费者以生产者和来自陆地的植物残体为食。下列说法正确的是(　　)
生产者 固定 来自陆 地的植 物残体 初级消 费者摄 入　　 初级消 费者同 化　　 初级消 费者呼 吸消耗
能量 [105J/ (m2·a)] 90 42 84 13.5 3
[A] 流经该生态系统的总能量为90×105 J/(m2·a)
[B] 该生态系统的生产者有15%的能量流入下一营养级
[C] 初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量为10.5×105 J/(m2·a)
[D] 初级消费者粪便中的能量为70.5×105 J/(m2·a),该能量由初级消费者流向分解者
【答案】 C
【解析】 该生态系统中的初级消费者以生产者和来自陆地的植物残体为食,因此可知,流经该生态系统的总能量为生产者固定的太阳能和来自陆地的植物残体中的能量,即90+42=132×105 J/(m2·a);表格中没有显示生产者单独流入到初级消费者的能量,因此无法计算有多少能量从生产者流入下一营养级;初级消费者同化量为13.5×105 J/(m2·a),初级消费者呼吸消耗能量为3×105 J/(m2·a),因此初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量=同化量-呼吸消耗量=10.5×105 J/(m2·a);初级消费者摄入的能量包括粪便中的能量和初级消费者同化量,同化量又包括呼吸作用以热能形式散失的能量和用于生长、发育和繁殖的能量,用于生长、发育和繁殖的能量又分为流向下一营养级的能量和被分解者利用的能量,因此初级消费者粪便中的能量不会由初级消费者流向分解者。
(时间:30分钟　满分:38分)
选择题:1～6题,每题2分。
1.(生态系统能量流动的特点|2024·哈尔滨模拟)下列关于生态系统能量流动的叙述,正确的是(　　)
[A] 营养级数量越多,相邻营养级之间的能量传递效率就越低
[B] 同化量一定的情况下,呼吸作用中以热能形式散失的能量越少,生物量增加就越多
[C] 生产者的净初级生产量越大,各级消费者的体型就越大
[D] 营养级所处的位置越高,该营养级所具有的总能量就越多
【答案】 B
【解析】 相邻营养级之间的能量传递效率的高低与营养级数量无关;生物用于生长、发育和繁殖的能量=同化量-呼吸作用中以热能形式散失的能量,所以,同化量一定的情况下,呼吸作用中以热能形式散失的能量越少,生物量增加就越多;生产者的净初级生产量越大,各级消费者的体型不一定越大,也可能仅数量增多;食物链越长,在能量流动中损失的能量就越多,所以营养级所处的位置越高,该营养级所具有的总能量就越少。
2.(生态金字塔|2024·滨州模拟)下列关于生态金字塔的叙述,正确的是(　　)
[A] 生态金字塔包含能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔
[B] 生态金字塔中每个营养级的生物均属于同一条食物链
[C] 生态金字塔中的营养级均按其所占的数值大小依次排列
[D] 生态金字塔可分别以个体数量、生产量或能量为指标绘制
【答案】 A
【解析】 生态金字塔包含能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔;生态金字塔中每个营养级的生物不一定属于同一条食物链;生态金字塔中的营养级按由低到高次序排列,而非按其所占数值大小依次排列;生态金字塔可分别以各营养级的生物个体数量、生物量或能量为指标绘制。
3.(能量流动的过程|2024·潍坊模拟)如图表示一般生态系统的能量流动模式图,在不考虑物质的输入和输出情况下,下列说法错误的是(　　)
[A] 输入生态系统的能量来自太阳能
[B] 组分1、2、3可分别代表生产者、分解者和消费者
[C] 在一个幼苗茁壮成长的农田生态系统中,能量的输出量小于输入量
[D] 如果组分1是生产者,那么组分1代表的是绿色植物
【答案】 D
【解析】 生态系统中能量的最终来源是太阳能,生产者主要通过光合作用将光能转变为化学能输入生态系统;生态系统的组成成分有生产者、消费者、分解者、非生物的物质和能量,据图可知,组分1、2、3可分别代表生产者、分解者和消费者;在一个幼苗茁壮成长的农田生态系统中,生物量在不断地积累,能量的输出量小于输入量;如果组分1是生产者,那么组分1代表的主要是绿色植物,此外还有自养型的微生物。
4.(能量流动的过程|2024·邯郸统考)如图表示在某生态系统中,能量流经第二营养级的示意图。下列对该图分析不合理的是(　　)
[A] 能量流动是伴随着物质利用进行的
[B] 图中甲为初级消费者同化的能量
[C] 该图不够完善,缺少甲中因呼吸作用以热能的形式散失的能量
[D] 乙比甲的能量少的原因主要是甲的遗体残骸中的能量被分解者利用而未传递下去
【答案】 D
【解析】 该图不够完善,缺少甲中因呼吸作用以热能的形式散失的能量,这也是乙比甲的能量少的主要原因。
5.(能量流动计算|2024·苏州联考)如图表示草原生态系统中,植物被植食性动物利用过程中能量流动的部分示意图,其中①～⑧代表能量值。下列说法错误的是(　　)
[A] 第一营养级到第二营养级的能量传递效率是③/(①+⑤)×100%
[B] ④中的能量用于植食性动物自身的生长、发育和繁殖,其中一部分被分解者利用
[C] ⑤⑥⑦的能量未流入第二营养级,导致第一营养级到第二营养级的能量流动是递减的
[D] 若该植食性动物为经济动物,采取适当的措施提高③/②、④/③的值可提高经济效益
【答案】 A
【解析】 能量传递效率是某一个营养级同化量/上一个营养级同化量×100%,图中①+⑤代表的是植物通过光合作用积累在有机物中的能量,不是第一营养级同化量。
6.(能量流动的意义|2024·湖南模拟)关于研究能量流动的实践意义,下列叙述错误的是(　　)
[A] 农田生态系统中的间作套种、蔬菜大棚中的多层育苗均可增大流入生态系统的总能量
[B] 科学地规划和设计人工生态系统可实现能量的多级利用和提高能量的传递效率
[C] 稻田除杂草、养蟹可合理调整生态系统中的能量流动关系
[D] 根据草场能量流动的特点可以合理确定草场的载畜量,保证畜产品的持续高产
【答案】 B
【解析】 流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能总量,因此农田生态系统中的间作套种、蔬菜大棚中的多层育苗均可增大流入生态系统的总能量;科学地规划和设计人工生态系统可实现能量的多级利用和提高能量利用率,但并不能提高能量的传递效率;稻田除杂草、养蟹可合理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;根据草场能量流动的特点,可以合理确定草场的载畜量,从而保证畜产品的持续高产。
选择题:7～9题,每题4分。
7.(模型构建与分析|2025·云南高考适应性考试)许多生态现象可以用下图模型表示,下列说法错误的是(　　)
[A] 若为某高山不同海拔的群落,Ⅲ为阔叶林,则Ⅱ可为针叶林
[B] 若为能量金字塔,则Ⅲ流向Ⅱ的能量大于Ⅱ流向Ⅰ的能量
[C] 若为某难降解化合物在生物体内的富集程度,则Ⅲ为最高营养级
[D] 若为种群增长型年龄结构,则Ⅰ为幼年个体数,Ⅲ为老年个体数
【答案】 D
【解析】 随着海拔的升高,温度下降,从而导致植被的不同,若为某高山不同海拔的群落,Ⅲ为阔叶林,则Ⅱ可为针叶林;能量流动具有单向流动、逐级递减的特点,因此Ⅲ为第一营养级(能量最多),Ⅱ为第二营养级(能量次之),Ⅰ为第三营养级(能量最少),能量在相邻两个营养级间的传递效率为10%～20%,因此Ⅲ流向Ⅱ的能量大于Ⅱ流向Ⅰ的能量;难降解的化合物沿食物链逐渐在生物体内聚集,最终积累在食物链的顶端,因此该物质在最高营养级的浓度最高,Ⅲ为最高营养级;增长型年龄结构中,幼年占比多,老年占比少,因此Ⅲ为幼年个体数,Ⅰ为老年个体数。
8.(多选)(能量流动的过程|2025·内蒙古高考适应性考试)下表是对短花针茅草原绵羊放牧系统能量流动的部分研究结果。下列叙述错误的是(　　)
平均载畜量 1.3 2.0 3.0
生长季草原植 物光能利用率 0.27% 0.25% 0.17%
草原植物供给能 (×104) 8.86 5.28 3.32
摄入能(×104) 3.22 2.62 1.86
粪便中的能量 (×104) 0.95 0.92 0.94
呼吸代谢能 (×104) 1.86 1.39 0.76
注:平均载畜量单位为只羊·公顷-1·半年-1;能量单位为千焦·只羊-1·天-1。
[A] 呼吸代谢能是未被绵羊利用的能量
[B] 绵羊粪便中的能量是绵羊流向草原的能量
[C] 载畜量为1.3时,绵羊用于生长、发育和繁殖的能量约为2.27×104
[D] 载畜量为2.0时,短花针茅草原的能量得到更充分的利用
【答案】 ABC
【解析】 未被利用的能量是指未被自身呼吸作用消耗、也未被下一个营养级和分解者利用的能量,呼吸代谢能是指被绵羊呼吸作用散失的能量,是被绵羊利用的能量;绵羊粪便中的能量不属于绵羊的同化量,而属于草的同化量,因此绵羊粪便中的能量不是绵羊流向草原的能量,而是草的同化量流向分解者的部分;摄入量-粪便量=同化量,同化量-呼吸作用散失的能量=用于生长、发育和繁殖的能量,因此载畜量为1.3时,绵羊用于生长、发育和繁殖的能量约为(3.22-0.95-1.86)×104=0.41×104;根据表格信息可知,载畜量为2.0时,动物的同化量÷草原植物供给能×100%=(2.62-0.92)÷5.28×100%≈32.2%,而载畜量为3.0时,动物的同化量÷草原植物供给能×100%=(1.86-0.94)÷3.32×100%≈27.7%,载畜量为1.3时,动物的同化量÷草原植物供给能×100%=(3.22-0.95)÷8.86×100%≈25.6%,所以载畜量为2.0时,短花针茅草原的能量得到更充分的利用。
9.(多选)(能量流动过程|2024·德州模拟)长江口生态系统结构复杂,是许多水生生物种群繁殖、育幼和栖息的场所,渔业资源丰富。如图表示长江口生态系统各营养级间的能量流动关系(单位:kJ·km-2·a-1)。下列叙述正确的是(　　)
[A] 该生态系统的结构由植物、虾类、鱼类以及有机碎屑等非生物的物质和能量组成
[B] 该生态系统需要得到系统外的能量补充,能量在食物链中单向流动、逐级递减
[C] 捕捞导致小型鱼、虾类流向食鱼性鱼类的能量传递效率不符合10%～20%
[D] 图中浮游动物流向分解者的能量包括遗体残骸和其产生的粪便中的能量
【答案】 BC
【解析】 生态系统的结构包括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)和营养结构(食物链和食物网);浮游动物粪便中的能量属于其上一营养级流向分解者的能量。
10.(14分)(生态金字塔|2024·临沂模拟)如图1为某湖泊生态系统的能量金字塔简图,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的营养级,m1、m2代表不同的能量形式。图2表示能量流经该生态系统某一营养级的变化示意图,其中a～g表示能量值。请据图回答下列问题。
(1)图1中,m1、m2表示的能量形式分别为　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　。通常情况下,位于营养级 Ⅳ的生物个体数量一般远远少于Ⅲ,主要原因是　　　　　　　
　　　　　　　　　。
(2)图2中,若A表示图1中营养级Ⅱ所摄入的全部能量,则B表示　　　　　　　　 ,C表示　　　　　　　　　　　　　　 。若图1中营养级Ⅰ所固定的太阳能总量为y,则营养级Ⅰ、Ⅱ间的能量传递效率是　　　　(用图中所给字母表示)。
(3)若图1中营养级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共含有三种生物甲、乙、丙,构成的食物关系如图3。其中,甲的能量中比例为X的部分直接提供给丙,则要使丙的能量增加A kJ/(m2·a),至少需要甲新增固定的能量为　　　　kJ/(m2·a)(用所给字母表示)。
【答案】 (每空2分)
(1)生产者固定的太阳能　呼吸作用中以热能形式散失的能量　能量在流动过程中逐级递减,营养级越高,获得的能量越少
(2)营养级Ⅱ同化的能量　营养级Ⅱ用于生长、发育和繁殖的能量　b/y×100%
(3)25A/(1+4X)
【解析】 (1)图1中m1表示流入该生态系统的总能量,这部分能量是生产者固定的太阳能,m2表示从该生态系统散失的能量,即呼吸作用中以热能形式散失的能量。能量在流动过程中是逐级递减的,因此营养级越高的生物,获得的能量越少,所以个体数量往往也越少。(2)图2中,若A表示图1中营养级Ⅱ所摄入的全部能量,则B表示营养级Ⅱ同化的能量,C表示营养级Ⅱ用于生长、发育和繁殖的能量;营养级Ⅰ、Ⅱ间的能量传递效率=(营养级Ⅱ同化量÷营养级Ⅰ同化量)×100%=b/y×100%。(3)分析题意,要使丙的能量增加A kJ/(m2·a),求至少需要甲新增固定多少能量,则应以能量传递效率的最大值(20%)计算。假设至少需要甲新增固定的能量为a,则丙从甲→丙途径获得的能量为a×X×20%,丙从甲→乙→丙途径获得的能量为a×(1-X)×20%×20%,根据题干中的条件可知,a×X×20%+a×(1-X)×20%×
20%=A,求得a=25A/(1+4X)[kJ/(m2·a)]。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)(共64张PPT)
第51讲
1.分析生态系统中的能量在生物群落中单向流动并逐级递减的规律。
2.举例说明利用能量流动规律,人们能够更加科学、有效地利用生态系统中的资源。
3.解释生态金字塔表征了食物网各营养级之间在个体数量、生物量和能量方面的关系。
1.能量流动的概念理解(一般情况下)
生态系统中能量的 的过程,称为生态系统的能量流动。
输入、传递、转化和散失
太阳能
生产者
食物链和食物网
化学能
热能
2.能量流动的过程
(1)第一营养级能量流动。
呼吸
热能
光合
生长、发
育和繁殖
分解者
(2)第二营养级及其后营养级能量流动。
①输入该营养级的总能量是指图中的 (填字母)。
②粪便中的能量(c) (填“属于”或“不属于”)该营养级同化的能量,应为
。
③初级消费者同化的能量(b)= +
。
④用于生长、发育和繁殖的能量(e)= + +
未被利用的能量(j)。
b
不属于
上一个营养级同化的能量中流向分解者的部分
呼吸作用以热能的形式散失的能量(d)
用于生长、发育和繁殖的能量(e)
分解者利用的能量(f-c)
下一营养级同化的能量(i)
呼吸作用
热能
下一营养级
分解者
提醒　在足够长的时间内,流入某一营养级的能量最终去向=在呼吸作用中以热能形式散失+被下一营养级同化(最高营养级除外)+被分解者利用。
深挖教材
1.判断正误
(1)(选择性必修2 P55图3-5拓展)生态系统的能量流动是以种群作为一个整体来研究的。(　　)
×
【提示】 生态系统的能量流动是以营养级作为一个整体来研究的。
(2)(选择性必修2 P55正文)某营养级同化的能量包含呼吸作用产生的能量和用于生长、发育和繁殖等生命活动的能量。(　　)
×
【提示】 某营养级同化的能量包含呼吸作用中以热能的形式散失的能量和用于生长、发育和繁殖等生命活动的能量。
(3)(选择性必修2 P55图3-5拓展)家兔粪便中的能量与尿液中的能量都不属于家兔的同化量。(　　)
×
【提示】 家兔尿液中的能量属于家兔的同化量。
(4)(选择性必修2 P55图3-5)每一营养级生物的同化量就是从上一营养级摄入的能量。(　　)
×
【提示】 各级消费者的同化量等于摄入量减去粪便中的能量。
(5)(选择性必修2 P60概念检测1)太阳能只有通过生产者才能输入到生态系统中。(　　)
√
2.规范表达
(1)(选择性必修2 P55思考·讨论)流经某生态系统的能量能否再回到这个生态系统中来 为什么
【提示】 不能。生态系统中所有生物通过呼吸作用散失的热能不能重新进入该生态系统。
(2)(选择性必修2 P55正文拓展)若捕食性线虫为某土壤中的最高营养级,则与食细菌线虫相比,捕食性线虫同化能量的去向有何不同
【提示】 与食细菌线虫相比,捕食性线虫同化的能量不会流入下一个营养级。
“拼图法”分析能量流动过程
(1)W1、D1指相应营养级的同化量,B1、B2指相应营养级中未被利用的能量。
(2)各营养级用于生长、发育和繁殖的能量为B1+C1+D1或B2+C2+D2。
(3)能量传递效率不会是100%。从上图可以看出,相邻两个营养级的传递效率等于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%。
(4)利用“拼图法”可得关系式:
能力1　围绕能量流动的过程,考查科学思维能力
1.(2024·湖南岳阳模拟)假设某棉田生态系统只存在“棉花→棉铃虫→食虫鸟”一条食物链,其能量流动关系部分如图所示(字母表示能量数值)。下列分析错误的是(　　)
[A] 食虫鸟粪便中的能量属于c中流入分解者的能量
[B] 用于棉铃虫生长、发育和繁殖的能量等于b-d
[C] 若食虫鸟增加1 kg ,则需要消耗棉花的生物量为a/g kg
[D] 图中c=f+g+e
B
【解析】 食虫鸟属于第三营养级,其粪便中的能量属于第二营养级生物同化量(c)中流向分解者的能量;用于棉铃虫生长、发育和繁殖的能量=同化量c-呼吸作用中以热能形式散失的能量e=摄入量b-粪便中的能量d-呼吸作用中以热能形式散失的能量e;分析题图信息可知,第一到第二、第二到第三营养级的能量传递效率分别是c/a×100%、g/c×100%,若食虫鸟增加1 kg ,则需要消耗棉花的生物量=1÷(g/c×100%)÷(c/a×100%)=a/g(kg);棉铃虫的同化量c=呼吸作用中以热能形式散失的能量e+流向分解者的能量f+流入下一营养级的能量g。
1.能量流动的特点及原因
低
营养级
高营养级
10%～20%
分解者
2.生态金字塔的类型及特点
逐级递减
3.研究能量流动的实践意义
空间
总能量
人工生态
系统
生态系统中的
能量流动关系
深挖教材
1.判断正误
(1)(选择性必修2 P57正文拓展)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%。(　　)
×
【提示】 生态系统中相邻两营养级间的能量传递效率为10%～20%,而不是指两个生物之间。
(2)(选择性必修2 P57正文拓展)自然生态系统中能量金字塔和生物量金字塔可以出现上宽下窄的倒置现象。(　　)
×
【提示】 自然生态系统中能量金字塔不会倒置。
(3)(选择性必修2 P57正文)任何生态系统都需要不断得到来自系统外的能量补充,以便维持生态系统的正常功能。(　　)
√
(4)(选择性必修2 P58正文拓展)拔去田地中的杂草是人为地调整能量流动的方向,可提高生态系统的能量传递效率。(　　)
×
【提示】 拔去田地中的杂草是人为地调整能量流动的方向,可提高生态系统的能量利用率,不能提高生态系统的能量传递效率。
(5)(选择性必修2 P60拓展应用1)沼渣、沼液作为肥料还田,使能量能够循环利用。(　　)
×
【提示】 生态系统中能量不能循环,只能单向流动。
2.规范表达
(选择性必修2 P56旁栏思考)能量在流动过程中逐级递减,与能量守恒定律矛盾吗 为什么
【提示】 不矛盾。能量在流动过程中逐级递减,指的是流入各个营养级的能量;而流入某个生态系统的总能量依然等于储存在生态系统(生物体的有机物)中的能量与在呼吸作用中以热能的形式散失到非生物环境中的能量的和,符合能量守恒定律。
能量流动的相关计算
(1)能量传递效率的计算公式。
(2)能量传递效率的相关“最值”计算。
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%。
①在食物链A→B→C→D中有
②在食物网中有
(3)具有人工输入能量的计算。
人工输入到某一营养级的能量是该营养级同化量的一部分,但却不是从上一营养级流入的能量。如求第二营养级至第三营养级传递效率时,应为第三营养级从第二营养级同化的能量(不包括人工输入到第三营养级的能量)/第二营养级的同化量(包括人工输入到第二营养级的能量)×100%。
能力2　围绕生态系统能量流动的特点以及研究能量流动的意义,考查理解能力
2.(2024·江苏卷,4)为了防治莲藕食根金花虫,研究者在藕田套养以莲藕食根金花虫为食的泥鳅、黄鳝,并开展相关研究,结果见下表。下列相关叙述错误的是(　　)
[A] 混合套养更有利于防治莲藕食根金花虫、提高藕增产率
[B] 3种套养方式都显著提高了食物链相邻营养级的能量传递效率
[C] 混合套养中泥鳅和黄鳝因生态位重叠而存在竞争关系
[D] 生物防治优化了生态系统的能量流动方向,提高了经济效益和生态效益
B
套养方式 莲藕食根金花虫防治率/% 藕增产率/%
单独套养泥鳅 81.3 8.2
单独套养黄鳝 75.7 3.6
混合套养泥鳅和黄鳝 94.2 13.9
【解析】 由题表可知,混合套养泥鳅和黄鳝的莲藕食根金花虫防治率明显高于单独套养泥鳅或黄鳝的防治率,同时,混合套养的藕增产率也高于单独套养泥鳅和单独套养黄鳝,因此混合套养更有利于防治莲藕食根金花虫、提高藕增产率;虽然生物防治可以优化能量流动,但表格中的数据并没有直接显示能量传递效率的变化,能量传递效率通常是指能量从一个营养级传递到下一个营养级的效率,而题表中的数据只是防治率和增产率,并不能直接反映能量传递效率的提高;泥鳅和黄鳝都以莲藕食根金花虫为食,可能会在资源获取上存在竞争,因此混合套养中泥鳅和黄鳝因生态位重叠而存在竞争关系;生物防治通过利用天敌来控制害虫,优化了生态系统的能量流动方向,这有助于提高经济效益和生态效益。
能力3　围绕生态系统能量流动的计算分析,考查模型解读能力
3.(多选)(2024·河北保定二模)某人工鱼塘能量流动过程模式图如下,N1、N2、N3表示同化量,箭头表示能量流动的方向。下列叙述错误的是(　 　)
[A] 流经该生态系统的总能量为N1
[B] 生产者到消费者的能量传递效率为(N2+N3)/N1×100%
[C] 图中A表示流向下一营养级的能量,这部分能量只在食物链中流动
[D] 图中生产者和消费者构成的能量金字塔不一定是上窄下宽的
ABC
【解析】 流经该生态系统的总能量为N1+N3;能量传递效率为相邻营养级同化量之比,故生产者到消费者的能量传递效率为N2/N1×100%;图中A表示暂时未被利用的能量;由于图中存在人为输入能量到消费者,故图中生产者和消费者构成的能量金字塔不一定是上窄下宽的。
能力4　结合生态金字塔的特点,考查理解能力
4.生态金字塔包括能量金字塔、生物量金字塔、数量金字塔等。生态研究小组某时刻调查了不同地区的几种生态金字塔,结果如图所示。下列相关叙述错误的是(　　)
[A] 生态金字塔中的每一个层级均代表一个营养级,其中不包括分解者
[B] 海洋中某时刻可能出现如图甲所示的生物量金字塔
[C] 三种生态金字塔中均可能含有多条食物链
[D] 任意自然生态系统中,其能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔应均与图丙吻合
D
【解析】 生态金字塔中的每一个层级均代表一个营养级,不包括分解者,每个营养级中可含有多个物种,因此三种生态金字塔中可能均含有多条食物
链;海洋中浮游植物的个体小,生命周期短,在某时刻可能出现如图甲所示的生物量金字塔;任意自然生态系统中,其能量金字塔均与图丙吻合,但其生物量金字塔和数量金字塔可能会出现图甲或图乙的情况。
考向一　从生命观念的角度,考查能量流动的过程及特点
1.(2024·山东卷,12)某稳定的生态系统某时刻第一、第二营养级的生物量分别为6 g/m2和30 g/m2,据此形成上宽下窄的生物量金字塔。该生态系统无有机物的输入与输出,下列说法错误的是(　　)
[A] 能量不能由第二营养级流向第一营养级
[B] 根据生物体内具有富集效应的金属浓度可辅助判断不同物种所处营养级的高低
[C] 流入分解者的有机物中的能量都直接或间接来自第一营养级固定的能量
[D] 第一营养级固定的能量可能小于第二营养级同化的能量
研练真题·感悟高考
D
【解析】 能量流动的特点是单向流动、逐级递减,能量不能由第二营养级流向第一营养级;依据生物富集,金属浓度沿食物链不断升高,故可辅助判断不同物种所处营养级的高低;流入分解者的能量包括生产者的残枝败叶、消费者的遗体残骸等所含有的能量,这些有机物中的能量都直接或间接来自第一营养级固定的能量;能量流动的特点是单向流动、逐级递减,在该稳定的生态系统中,第一营养级固定的能量一定大于第二营养级同化的能量。
2.(2023·新课标卷,33节选)现发现一种水鸟主要在某湖区的浅水和泥滩中栖息,以湖区的某些植物为其主要的食物来源。回答下列问题。
湖区的植物、水鸟、细菌等生物成分和无机环境构成了一个生态系统。能量流经食物链上该种水鸟的示意图如下,①、②、③表示生物的生命活动过程,其中①是　　 　　;②是　　　　　　　　;③是　　　　　　　。
水鸟同化
水鸟呼吸作用
分解者利用
【解析】 水鸟摄入的能量,一部分流入其体内,即水鸟同化,另一部分未被同化,以粪便的形式排出。水鸟同化的能量一部分通过自身的呼吸作用以热能的形式散失,另一部分用于自身的生长、发育和繁殖。粪便和遗体残骸会被分解者利用。因此①表示水鸟同化,②表示水鸟呼吸作用,③表示分解者利用。
考向二　从科学思维的角度,考查能量流动的计算
3.(多选)(2024·黑吉辽卷,16)下图为某红松人工林能量流动的调查结果。此森林的初级生产量有很大部分是沿着碎屑食物链流动的,表现为枯枝落叶和倒木被分解者分解,剩余积累于土壤。据图分析,下列叙述正确的是(　　 )
[A] E是太阳照射到生态系统的能量
[B] E2属于未被利用的能量
[C] E3占净初级生产量的36%
[D] E3的产生过程是物质循环的必要环节
注:植物所固定的太阳能或所制造的有机物质称为初级生产量,其包括净初级生产量和自身呼吸消耗的能量。
CD
【解析】 E是生产者固定的太阳能;E2属于自身呼吸作用消耗的能量;E3占净初级生产量(E1)的比例为18×1010÷(50×1010)×100%=36%;E3的产生过程是依靠分解者的分解作用实现的,是物质循环的必要环节。
C
4.(2023·山东卷,13)某浅水泉微型生态系统中能量情况如表所示,该生态系统中的初级消费者以生产者和来自陆地的植物残体为食。下列说法正确的是(　　)
[A] 流经该生态系统的总能量为90×105 J/(m2·a)
[B] 该生态系统的生产者有15%的能量流入下一营养级
[C] 初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量为10.5×105 J/(m2·a)
[D] 初级消费者粪便中的能量为70.5×105 J/(m2·a),该能量由初级消费者流向分解者
生产者
固定 来自陆地的植物残体 初级消费者摄入　　 初级消费者同化　　 初级消费者呼吸消耗
能量
[105J/(m2·a)] 90 42 84 13.5 3
【解析】 该生态系统中的初级消费者以生产者和来自陆地的植物残体为食,因此可知,流经该生态系统的总能量为生产者固定的太阳能和来自陆地的植物残体中的能量,即90+
42=132×105 J/(m2·a);表格中没有显示生产者单独流入到初级消费者的能量,因此无法计算有多少能量从生产者流入下一营养级;初级消费者同化量为13.5×105 J/(m2·a),初级消费者呼吸消耗能量为3×105 J/(m2·a),因此初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量=同化量-呼吸消耗量=10.5×105 J/(m2·a);初级消费者摄入的能量包括粪便中的能量和初级消费者同化量,同化量又包括呼吸作用以热能形式散失的能量和用于生长、发育和繁殖的能量,用于生长、发育和繁殖的能量又分为流向下一营养级的能量和被分解者利用的能量,因此初级消费者粪便中的能量不会由初级消费者流向分解者。
(时间:30分钟　满分:38分)
基础强化练
选择题:1～6题,每题2分。
1.(生态系统能量流动的特点|2024·哈尔滨模拟)下列关于生态系统能量流动的叙述,正确的是(　　)
[A] 营养级数量越多,相邻营养级之间的能量传递效率就越低
[B] 同化量一定的情况下,呼吸作用中以热能形式散失的能量越少,生物量增加就越多
[C] 生产者的净初级生产量越大,各级消费者的体型就越大
[D] 营养级所处的位置越高,该营养级所具有的总能量就越多
B
【解析】 相邻营养级之间的能量传递效率的高低与营养级数量无关;生物用于生长、发育和繁殖的能量=同化量-呼吸作用中以热能形式散失的能量,所以,同化量一定的情况下,呼吸作用中以热能形式散失的能量越少,生物量增加就越多;生产者的净初级生产量越大,各级消费者的体型不一定越大,也可能仅数量增多;食物链越长,在能量流动中损失的能量就越多,所以营养级所处的位置越高,该营养级所具有的总能量就越少。
2.(生态金字塔|2024·滨州模拟)下列关于生态金字塔的叙述,正确的是(　　)
[A] 生态金字塔包含能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔
[B] 生态金字塔中每个营养级的生物均属于同一条食物链
[C] 生态金字塔中的营养级均按其所占的数值大小依次排列
[D] 生态金字塔可分别以个体数量、生产量或能量为指标绘制
A
【解析】 生态金字塔包含能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔;生态金字塔中每个营养级的生物不一定属于同一条食物链;生态金字塔中的营养级按由低到高次序排列,而非按其所占数值大小依次排列;生态金字塔可分别以各营养级的生物个体数量、生物量或能量为指标绘制。
3.(能量流动的过程|2024·潍坊模拟)如图表示一般生态系统的能量流动模式图,在不考虑物质的输入和输出情况下,下列说法错误的是(　　)
[A] 输入生态系统的能量来自太阳能
[B] 组分1、2、3可分别代表生产者、分解者和消费者
[C] 在一个幼苗茁壮成长的农田生态系统中,能量的输出量小于输入量
[D] 如果组分1是生产者,那么组分1代表的是绿色植物
D
【解析】 生态系统中能量的最终来源是太阳能,生产者主要通过光合作用将光能转变为化学能输入生态系统;生态系统的组成成分有生产者、消费者、分解者、非生物的物质和能量,据图可知,组分1、2、3可分别代表生产者、分解者和消费者;在一个幼苗茁壮成长的农田生态系统中,生物量在不断地积累,能量的输出量小于输入量;如果组分1是生产者,那么组分1代表的主要是绿色植物,此外还有自养型的微生物。
4.(能量流动的过程|2024·邯郸统考)如图表示在某生态系统中,能量流经第二营养级的示意图。下列对该图分析不合理的是(　　)
[A] 能量流动是伴随着物质利用进行的
[B] 图中甲为初级消费者同化的能量
[C] 该图不够完善,缺少甲中因呼吸作用以热能的形式散失的能量
[D] 乙比甲的能量少的原因主要是甲的遗体残骸中的能量被分解者利用而未传递下去
D
【解析】 该图不够完善,缺少甲中因呼吸作用以热能的形式散失的能量,这也是乙比甲的能量少的主要原因。
5.(能量流动计算|2024·苏州联考)如图表示草原生态系统中,植物被植食性动物利用过程中能量流动的部分示意图,其中①～⑧代表能量值。下列说法错误的是(　　)
[A] 第一营养级到第二营养级的能量传递效率是③/(①+⑤)×100%
[B] ④中的能量用于植食性动物自身的生长、发育和繁殖,其中一部分被分解者利用
[C] ⑤⑥⑦的能量未流入第二营养级,导致第一营养级到第二营养级的能量流动是递减的
[D] 若该植食性动物为经济动物,采取适当的措施提高③/②、④/③的值可提高经济效益
A
【解析】能量传递效率是某一个营养级同化量/上一个营养级同化量×100%,图中①+⑤代表的是植物通过光合作用积累在有机物中的能量,不是第一营养级同化量。
6.(能量流动的意义|2024·湖南模拟)关于研究能量流动的实践意义,下列叙述错误的是(　　)
[A] 农田生态系统中的间作套种、蔬菜大棚中的多层育苗均可增大流入生态系统的总能量
[B] 科学地规划和设计人工生态系统可实现能量的多级利用和提高能量的传递效率
[C] 稻田除杂草、养蟹可合理调整生态系统中的能量流动关系
[D] 根据草场能量流动的特点可以合理确定草场的载畜量,保证畜产品的持续高产
B
【解析】 流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能总量,因此农田生态系统中的间作套种、蔬菜大棚中的多层育苗均可增大流入生态系统的总能量;科学地规划和设计人工生态系统可实现能量的多级利用和提高能量利用率,但并不能提高能量的传递效率;稻田除杂草、养蟹可合理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;根据草场能量流动的特点,可以合理确定草场的载畜量,从而保证畜产品的持续高产。
选择题:7～9题,每题4分。
7.(模型构建与分析|2025·云南高考适应性考试)许多生态现象可以用下图模型表示,下列说法错误的是(　　)
[A] 若为某高山不同海拔的群落,Ⅲ为阔叶林,则Ⅱ可为针叶林
[B] 若为能量金字塔,则Ⅲ流向Ⅱ的能量大于Ⅱ流向Ⅰ的能量
[C] 若为某难降解化合物在生物体内的富集程度,则Ⅲ为最高营养级
[D] 若为种群增长型年龄结构,则Ⅰ为幼年个体数,Ⅲ为老年个体数
D
能力提升练
【解析】 随着海拔的升高,温度下降,从而导致植被的不同,若为某高山不同海拔的群落,Ⅲ为阔叶林,则Ⅱ可为针叶林;能量流动具有单向流动、逐级递减的特点,因此Ⅲ为第一营养级(能量最多),Ⅱ为第二营养级(能量次之),Ⅰ为第三营养级(能量最少),能量在相邻两个营养级间的传递效率为10%～20%,因此Ⅲ流向Ⅱ的能量大于Ⅱ流向Ⅰ的能量;难降解的化合物沿食物链逐渐在生物体内聚集,最终积累在食物链的顶端,因此该物质在最高营养级的浓度最高,Ⅲ为最高营养级;增长型年龄结构中,幼年占比多,老年占比少,因此Ⅲ为幼年个体数,Ⅰ为老年个体数。
8.(多选)(能量流动的过程|2025·内蒙古高考适应性考试)下表是对短花针茅草原绵羊放牧系统能量流动的部分研究结果。
平均载畜量 1.3 2.0 3.0
生长季草原植
物光能利用率 0.27% 0.25% 0.17%
草原植物供给能
(×104) 8.86 5.28 3.32
摄入能(×104) 3.22 2.62 1.86
粪便中的能量
(×104) 0.95 0.92 0.94
呼吸代谢能
(×104) 1.86 1.39 0.76
注:平均载畜量单位为只羊·公顷-1·半年-1;能量单位为千焦·只羊-1·天-1。
下列叙述错误的是(　　 )
[A] 呼吸代谢能是未被绵羊利用的能量
[B] 绵羊粪便中的能量是绵羊流向草原的能量
[C] 载畜量为1.3时,绵羊用于生长、发育和繁殖的能量约为2.27×104
[D] 载畜量为2.0时,短花针茅草原的能量得到更充分的利用
ABC
【解析】 未被利用的能量是指未被自身呼吸作用消耗、也未被下一个营养级和分解者利用的能量,呼吸代谢能是指被绵羊呼吸作用散失的能量,是被绵羊利用的能量;绵羊粪便中的能量不属于绵羊的同化量,而属于草的同化量,因此绵羊粪便中的能量不是绵羊流向草原的能量,而是草的同化量流向分解者的部分;摄入量-粪便量=同化量,同化量-呼吸作用散失的能量=用于生长、发育和繁殖的能量,因此载畜量为1.3时,绵羊用于生长、发育和繁殖的能量约为(3.22-0.95-1.86)×104=0.41×104;根据表格信息可知,载畜量为2.0时,动物的同化量÷草原植物供给能×100%=(2.62-0.92)÷5.28×100%≈32.2%,而载畜量为3.0时,动物的同化量÷草原植物供给能×100%=(1.86-0.94)÷3.32×100%≈27.7%,载畜量为1.3时,动物的同化量÷草原植物供给能×100%=(3.22-0.95)÷8.86×100%≈25.6%,所以载畜量为2.0时,短花针茅草原的能量得到更充分的利用。
9.(多选)(能量流动过程|2024·德州模拟)长江口生态系统结构复杂,是许多水生生物种群繁殖、育幼和栖息的场所,渔业资源丰富。如图表示长江口生态系统各营养级间的能量流动关系(单位:kJ·km-2·a-1)。下列叙述正确的是(　　 )
[A] 该生态系统的结构由植物、虾类、鱼类以及有机碎屑等非生物的物质和能量组成
[B] 该生态系统需要得到系统外的能量补充,能量在食物链中单向流动、逐级递减
[C] 捕捞导致小型鱼、虾类流向食鱼性鱼类的能量传递效率不符合10%～20%
[D] 图中浮游动物流向分解者的能量包括遗体残骸和其产生的粪便中的能量
BC
【解析】 生态系统的结构包括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)和营养结构(食物链和食物网);浮游动物粪便中的能量属于其上一营养级流向分解者的能量。
10.(14分)(生态金字塔|2024·临沂模拟)如图1为某湖泊生态系统的能量金字塔简图,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的营养级,m1、m2代表不同的能量形式。图2表示能量流经该生态系统某一营养级的变化示意图,其中a～g表示能量值。请据图回答下列问题。
(1)图1中,m1、m2表示的能量形式分别为　　　　　　　　 　、
　　　　　 　　　　　　　　　。通常情况下,位于营养级 Ⅳ的生物个体数量一般远远少于Ⅲ,主要原因是　　　　　　　　　　　 　　　　　　。
生产者固定的太阳能
呼吸作用中以热能形式散失的能量
能量在流动过程中逐级递减,营养级越高,获得的能量越少
【解析】 (1)图1中m1表示流入该生态系统的总能量,这部分能量是生产者固定的太阳能,m2表示从该生态系统散失的能量,即呼吸作用中以热能形式散失的能量。能量在流动过程中是逐级递减的,因此营养级越高的生物,获得的能量越少,所以个体数量往往也越少。
(2)图2中,若A表示图1中营养级Ⅱ所摄入的全部能量,则B表示　　　　 　　　　 ,C表示　　　　　 　　　　　　　　　 。若图1中营养级Ⅰ所固定的太阳能总量为y,则营养级Ⅰ、Ⅱ间的能量传递效率是　　　 　(用图中所给字母表示)。
营养级Ⅱ同化的能量
营养级Ⅱ用于生长、发育和繁殖的能量
b/y×100%
【解析】 (2)图2中,若A表示图1中营养级Ⅱ所摄入的全部能量,则B表示营养级Ⅱ同化的能量,C表示营养级Ⅱ用于生长、发育和繁殖的能量;营养级Ⅰ、Ⅱ间的能量传递效率=
(营养级Ⅱ同化量÷营养级Ⅰ同化量)×100%=b/y×100%。
(3)若图1中营养级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共含有三种生物甲、乙、丙,构成的食物关系如图3。其中,甲的能量中比例为X的部分直接提供给丙,则要使丙的能量增加A kJ/(m2·a),至少需要甲新增固定的能量为　　 　　kJ/(m2·a)(用所给字母表示)。
25A/(1+4X)
【解析】 (3)分析题意,要使丙的能量增加A kJ/(m2·a),求至少需要甲新增固定多少能量,则应以能量传递效率的最大值(20%)计算。假设至少需要甲新增固定的能量为a,则丙从甲→丙途径获得的能量为a×X×20%,丙从甲→乙→丙途径获得的能量为a×(1-X)×
20%×20%,根据题干中的条件可知,a×X×20%+a×(1-X)×20%×20%=A,求得a=
25A/(1+4X)[kJ/(m2·a)]。

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