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【备考2023】高中生物新教材一轮复习学案
第30讲　生态系统的结构与能量流动
[素养目标]
1．通过分析生态系统的结构和能量流动这一功能，建立生态系统是具有一定结构与功能的生命系统的观念。(生命观念)
2．通过建立模型，构建生态系统各成分之间的关系模型以及能量流动过程图解，培养运用逻辑思维分析问题的能力。(科学思维)
3．通过研究能量流动的实践意义，增强节约粮食、能源的责任感。(社会责任)
　生态系统的结构
1．生态系统的范围
(1)概念：在一定空间内，由生物群落与它的非生物环境相互作用而形成的统一整体。
(2)空间范围：有大有小，地球上最大的生态系统是生物圈。
(3)结构：由组成成分和营养结构(食物链和食物网)构成。
(4)功能：物质循环、能量流动、信息传递。
2．生态系统具有一定的结构
(1)生态系统的组成成分
①非生物的物质和能量：光、热、水、空气、无机盐等。
②生物群落
(2)食物链和食物网
①食物链
②食物网
1．(选择性必修2 P48正文)河流中所有生物和底泥共同组成河流生态系统。(×)
2．(选择性必修2 P49～50正文)一个完整生态系统的结构应包括生物群落及其非生物环境。(×)
3．(选择性必修2 P50正文)生产者都是自养生物。(√)
4．(选择性必修2 P50正文)细菌都是分解者，但分解者并不都是细菌。(×)
5．(选择性必修2 P51正文)在一条食物链中，生产者为第一营养级，消费者所处营养级不固定。(√)
6．(选择性必修2 P52图3 4)食物网中两种生物之间都是捕食关系。(×)
1．选择性必修2 P49～50“思考·讨论”节选：每个生物体的生存都离不开物质和能量。这些生物是怎样获得物质和能量的？不同种类的生物获取物质和能量的途径一样吗？
提示：绿色植物通过光合作用将无机物转化为有机物，将太阳能转化为化学能。动物通过摄取其他生物获得物质和能量。细菌、真菌等通过分解动植物遗体和动物的排遗物获得物质和能量。不同种类的生物获取物质和能量的途径是不尽相同的。
2．选择性必修2 P51“旁栏思考”：食物链上一般不超过五个营养级，想一想，这是为什么？
提示：各个营养级的生物都会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，只有一小部分能够被下一营养级的生物利用。流到第五营养级时，余下的能量很少，甚至不足以养活一个种群，因此食物链上一般不超过五个营养级。
1．根据生态系统组成成分之间的关系判断其成分[生命观念]
(1)根据生物类型判断生态系统的成分
①判断生产者的主要依据：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、蓝细菌、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，也包括少数动物(如蚯蚓)。
(2)三看法判断生态系统的组成成分
根据如图所示的结构图运用三看法判断：
2．食物网中生物数量变化的分析与判断[科学思维]
(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，被捕食者数量增多，但随着数量增多，种内竞争加剧，种群密度下降，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，鹰过多捕食兔和食草鸟，从而导致兔、食草鸟减少，因鹰不只捕食蛇一种生物，它可以依靠其他食物来维持数量基本不变。
[探究意图：以食物网简图为情境信息考查理解能力]
某岛屿居民与该岛上的植物、兔、鼠、鼬和鹰构成的食物网如图，据图分析：
(1)该食物网中，共有多少条食物链？
提示：6条。
(2)说出鹰与鼬的种间关系。
提示：捕食和种间竞争。
(3)此食物网没有表示出的生态系统成分是什么？
提示：非生物的物质和能量、分解者。
(4)通常情况下，寄生在鼠身上的跳蚤对鼠种群数量的影响与鼬对鼠种群数量的影响，哪种影响大一些？
提示：后者影响大些。
突破点1　
1．下列有关生态系统成分的叙述，正确的是(　　)
A．自养生物都属于生产者，都可以进行光合作用，把无机物转变成有机物
B．动物都是消费者，其中食草动物为初级消费者
C．分解者都是腐生生物，都是生态系统不可缺少的成分
D．非生物的物质和能量是指阳光、水分、空气、细菌等
解析：生产者属于自养型生物，是生态系统中最基本、最关键的生物成分，包括光能自养型生物(如绿色植物)和化能自养型生物(如硝化细菌)，A项错误；由于草属于生产者，所以食草动物大都为初级消费者，但动物不都是消费者，如营腐生生活的蚯蚓属于分解者，B项错误；分解者都是腐生生物，如果没有分解者，动植物的遗体就会堆积如山，生态系统的物质不能循环，所以分解者是生态系统不可缺少的成分，C项正确；非生物的物质和能量是指生态系统的各种非生物的部分，包括水、空气和阳光等，而细菌是生物，D项错误。
答案：C
2.如图为某生态系统的组成成分图，其中字母表示各组成成分，箭头表示碳元素的流动方向，下列有关叙述错误的是(　　)
A．图中b→c→d→e构成多条食物链
B．a→b依靠植物的光合作用
C．图中缺少b→a、c→a
D．f为分解者是生态系统必不可少的成分
解析：由于每个营养级都有多种生物，因此图中b、c、d、e生物可以组成多条食物链，A正确；a→b表示碳从非生物环境进入生物群落，该过程主要依靠植物的光合作用，B正确；由于各生物都会呼吸释放二氧化碳，因此图中缺少b→a、c→a和d→a，C错误；f为分解者，主要是腐生的真菌和细菌，此外还有少数动物等，是生态系统必不可少的成分，D正确。
答案：C
辨析生态系统组成成分的三类“不一定”和两类“一定”
(1)生产者不一定是植物(如蓝细菌、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、蜣螂等以动植物遗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、蓝细菌属于生产者，寄生细菌属于消费者)。
(4)生产者一定是自养型生物，自养型生物一定是生产者。
(5)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。
突破点2　
3．如图表示某生态系统中构成一条食物链的甲、乙、丙、丁4个种群的数量变化，下列说法错误的是(　　)
A．甲种群在该食物链中是次级消费者，第三营养级
B．ab段甲种群数量下降的原因是乙减少，丙增多
C．甲、乙、丙、丁4个种群占据不同的位置，体现了群落的空间结构
D．由于丁种群在4个种群中相对数量最多，所以其丰富度最大
解析：甲、乙、丙、丁4个种群之间是捕食关系，被捕食者先增加先减少，捕食者后增加后减少，所以由这4个种群构成的食物链为丁→乙→甲→丙。甲种群在该食物链中是次级消费者，第三营养级，A正确；ab段乙种群数量减少、丙种群数量增多，导致甲种群数量下降，B正确；丰富度是指群落中物种数目的多少，D错误。
答案：D
4．(多选)如图表示一个海滩湿地生态系统中部分生物的食物关系，下列叙述错误的是(　　)
A．细菌既可作为分解者，又可作为消费者的食物
B．第三营养级的生物有食草虫、线虫、海螺
C．若大米草死亡，将导致藻类数量增加，沼蟹数量不变
D．若喷洒只杀灭食草虫的杀虫剂，则蜘蛛数量将减少
解析：食物链的起点是生产者，海螺、线虫和食草虫均能以生产者为食，故三者应为第二营养级；大米草与藻类之间存在竞争关系，大米草死亡会导致藻类数量增多，藻类数量增多会导致线虫数量增多，进而导致以线虫为食的沼蟹数量增多；杀虫剂杀死食草虫，会导致蜘蛛的食物减少，进而导致蜘蛛数量减少。
答案：BC
　生态系统的能量流动
1．能量流动的概念理解
2．能量流动的过程
(1)第一营养级能量流动
(2)第二营养级能量流动过程分析
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)＝呼吸消耗的能量(d)＋用于生长、发育和繁殖的能量(e)。
④生长、发育和繁殖的能量(e)＝分解者利用的能量(f)＋下一营养级同化的能量(i)＋未被利用的能量(j)。
3．能量流动的特点
(1)图中的生物类群分别是：①生产者，②初级消费者，③次级消费者，⑤分解者。④表示的生理过程是呼吸作用。
(2)图示中的E2/E1表示第二、三营养级间的能量传递效率。
(3)能量流动的特点及原因
①单向流动的原因
a．能量流动是沿食物链进行的，食物链中各营养级之间的捕食关系是长期自然选择的结果，是不可逆转的。
b．各营养级通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落重复利用，因此能量无法循环流动。
②逐级递减的原因
a．各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。
b．各营养级的能量都会有一部分流入分解者，还有一部分未被下一营养级生物利用，一般来说，在输入到某一个营养级的能量中，只有10%～20%的能量能够流到下一个营养级。
4．生态金字塔
(1)能量金字塔：将单位时间内各营养级所得到的能量数值转换为相应面积(或体积)的图形，并将图形按照营养级的次序排列，可形成一个金字塔图形，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个营养级生物量(每个营养级所容纳的有机物的总干重)之间的关系，就形成生物量金字塔。
(3)数量金字塔：在金字塔中如果表示的是各个营养级的生物个体的数目比值关系，就形成数量金字塔。
5．研究能量流动的实践意义
(1)帮助人们将生物在时间、空间上进行合理配置，增大流入某个生态系统的总能量。
(2)帮助人们科学地规划和设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。
(3)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。
1．(选择性必修2 P54黑体)生态系统的能量流动指能量的输入和散失过程。(×)
2．(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。(×)
3．(选择性必修2 P57正文)能量金字塔通常都是上窄下宽的金字塔形。(√)
4．(选择性必修2 P58正文)沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用。(×)
5．(选择性必修2 P58正文)研究能量流动，可合理设计人工生态系统，提高能量的传递效率。(×)
1．选择性必修2 P55“思考·讨论”节选：生态系统中的能量流动和转化是否遵循能量守恒定律？为什么？
提示：遵循能量守恒定律。能量在生态系统中流动、转化后，一部分储存在生态系统(生物体有机物)中，而另一部分未被利用、散发至非生物环境中，两者之和与流入生态系统的能量相等。
2．选择性必修2 P57“旁栏思考”：人类位于食物链的顶端，从能量金字塔来看，人口数量日益增长，这会对地球上现有的生态系统造成什么影响？
提示：人口数量日益增长，会要求低营养级有更多的能量流入人类所处的营养级，也就是说人类所需要的食物会更多，将不得不种植或养殖更多的农畜产品，会给地球上现有的自然生态系统带来更大的压力。
3．选择性必修2 P60“拓展应用2”：溶解在水中的方糖还能再自行变回原来的形状吗？为什么？
提示：不能。在一个封闭的系统中，物质总是由有序朝着无序的方向发展。
1．“拼图法”分析能量流动过程[科学思维]
(1)W1、D1指相应营养级的同化量，B1、B2指相应营养级中未利用的能量。
(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：
2．对比分析三种生态金字塔的类型及特点[科学思维]
[探究意图：以赛达伯格湖的能量流动的定量分析为情境信息考查问题解决能力]
美国生态学家林德曼对一个结构相对简单的天然湖泊——赛达伯格湖的能量流动进行了定量分析，得出了如图所示的数据[单位为J·cm－2·a－1]：
(1)据图分析
①图中生产者________(填“能”或“不能”)捕食肉食性动物来完成能量的循环。
②呼吸作用散失的能量________(填“能”或“不能”)再被生产者利用来合成有机物。
③能量流动的第一个特点是____________。
提示：①不能
②不能
③单向传递
(2)依图完成表中内容并分析
项目 输入 输出到下一营养级 传递效率
第一营养级(生产者) 464.6 62.8 13.5%
第二营养级(植食性动物) 62.8 12.6 20.1%
①可以看出，能量在相邻两个营养级间的传递效率大约为____________。
②能量流动的第二个特点是____________。
提示：①10%～20%
②逐级递减
突破点1　
1．如图为能量流经生产者的过程图解，下列分析正确的是(　　)
A．流入该生态系统的总能量为生产者固定的太阳能或abcde之和
B．初级消费者粪便中的能量不包括在d中
C．能量从第一营养级流入第二营养级的传递效率是(e/b)×100%
D．a＋b小于所有生物的呼吸量，说明这个生态系统正在衰退
解析：流入生态系统的总能量为生产者固定的太阳能，生产者固定的太阳能被自身呼吸作用利用后，其余部分用于自身生长、发育和繁殖，即为a、b之和，A错误；初级消费者粪便中的能量不属于初级消费者同化的能量，属于生产者同化的能量流向分解者的部分，因此包含在d中，B错误；能量从第一营养级流入第二营养级的传递效率是第二营养级同化的能量/第一营养级同化的能量，为e/(a＋b)×100%，C错误；a＋b为生产者固定的太阳能，即输入生态系统的总能量，所有生物的呼吸量即生态系统的输出量，输入小于输出，说明该生态系统正在衰退，D正确。
答案：D
2．(2022·广东华南师大附中模拟)下表为某热带雨林生态系统在一段时间内的能量流动情况，A、B、C、D分别代表该生态系统各营养级的所有生物，GP代表各成分的同化量，X代表用于生长、发育和繁殖的能量。下列叙述正确的是(　　)
能量类型 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：表中能量数值单位为：108 kJ/(m2·a)
①R代表生物通过呼吸作用散失的能量　②D→C→A→B形成一条食链　③第三到第四营养级能量传递效率为11.9%　④该生态系统的有机物的总量会增加
A．①③　　　　　　　　 B．②④
C．②③ D．①④
解析：表中R代表各营养级生物呼吸作用散失的能量，①正确；根据表格数据分析，由于“A、B、C、D分别代表该生态系统各营养级的所有生物”，因此该生态系统中食物链不止一条，②错误；根据表格中同化量大小情况确定，D是生产者，C是初级消费者，A是次级消费者即第三营养级，B是三级消费者即第四营养级，故次级消费者流向三级消费者的能量传递效率约为3.9÷25.2×100%≈15.5%，③错误；根据表格数据分析，该生态系统固定的总能量为1 678.6×108kJ/(m2·a)，而生态系统所输出的能量为各营养级消耗的能量与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)，所以有机物的总量会增加，④正确。
答案：D
突破点2　
3．图甲是草原生态系统中常见的能量金字塔，每层中的标号各代表一种生物。图乙代表该生态系统中部分营养级的能量流动示意图，其中的字母表示能量值(单位：kJ)。下列相关叙述错误的是(　　)
　
A．②③之间的种间关系是种间竞争和捕食
B．兔子与植物之间的能量传递效率是c/a
C．f所示能量散失的同时伴随的碳形式的变化是含碳有机物转变成CO2
D．兔子的能量h流入分解者g
解析：②③同为第二营养级时存在种间竞争关系，③为第三营养级时捕食②，因此②③之间的种间关系为种间竞争和捕食，A正确；兔子与植物之间的能量传递效率是兔子的同化量除以植物的同化量，即c/a，B正确；f是细胞呼吸消耗的能量，该过程中能量散失的同时伴随的碳形式的变化是含碳有机物转变成CO2，C正确；h所示的能量为兔子的粪便量，属于兔子的上一个营养级的能量，即第一营养级的能量，不属于兔子的能量，D错误。
答案：D
4．(多选)某草原上存在“草→野兔→蛇→鹰”一条食物链，下列相关叙述不正确的是(　　)
A．蛇处于第三营养级，属于三级消费者
B．能量沿着这条食物链单向传递
C．野兔粪便中的能量属于野兔同化的部分
D．鹰获得野兔同化能量的10%～20%
解析：蛇处于第三营养级，属于次级消费者，A错误；能量沿着食物链单向传递，B正确；野兔粪便中的能量不属于兔同化的部分，属于草同化的部分，C错误；相邻营养级之间的能量传递效率为10%～20%，因此鹰获得野兔同化能量的1%～4%，D错误。
答案：ACD
能量传递效率与能量利用率的区别
(1)能量传递效率
能量在沿食物链流动的过程中，逐级减少，若以“营养级”为单位，能量在相邻两个营养级之间的传递效率约为10%～20%。
(2)能量利用率
①一般指流入最高营养级(或人类)的能量占生产者固定总能量的比值。
②一般来说，食物链越短，能量利用率越高。
③有时考虑分解者的参与，使营养结构更加复杂，以实现能量的多级利用，从而提高能量利用率。
1．生态系统的能量流动逐级递减的原因：____________________________________
________________________________________________________________________。
提示：某个营养级同化的能量自身呼吸要消耗一部分，还有一部分被分解者利用，所以不能将全部的能量流入下一个营养级
2．能量可以由生产者或消费者流向分解者，那么，分解者同化的能量能否被生产者或消费者利用？试举例说明。
提示：分解者同化的能量不能被生产者利用，但可以被消费者利用，如人可以食用蘑菇。
[构建知识网络]
[强化生命观念]
1．生态系统的结构包括生态系统的组成成分和营养结构(食物链和食物网)。
2．生态系统的能量单向流动的原因：食物链中的捕食关系是长期自然选择的结果，不可逆转；生产者不能再利用散失的能量。
3．能量流动逐级递减的原因：某个营养级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，还有一部分未被利用，所以不能将全部的能量流入下一个营养级。
4．从能量流动的角度分析建设“沼气池”的意义：实现了对能量的多级利用，从而大大提高了能量的利用率。
真题再现　感悟考情
1．(2021·广东卷)“葛(葛藤)之覃兮，施与中谷(山谷)，维叶萋萋。黄鸟于飞，集于灌木，其鸣喈喈”(节选自《诗经·葛覃》)。诗句中描写的美丽景象构成了一个(　　)
A．黄鸟种群　　　　　　　 B．生物群落
C．自然生态系统 D．农业生态系统
解析：题中诗句大概的意思是“葛藤是如此绵长啊，蔓延在山谷中，繁茂的叶子一片青青。山谷间飞起美丽的黄莺，它轻轻地降落在灌木林丛，婉转的鸣叫声这般动听”，可见诗中描述的是山谷中所见的美景，这构成了一个自然生态系统。故选C。
答案：C
2．(2020·浙江卷)下列关于营养级的叙述，正确的是(　　)
A．营养级的位置越高，归属于这个营养级的能量通常越多
B．自然生态系统中的所有绿色植物都属于生产者营养级
C．营养级是指处于食物链同一环节上同种生物的总和
D．食物链中的各营养级之间能量传递效率是相同的
解析：营养级的位置越高，归属于这个营养级的能量通常越少，A项错误；自然生态系统中的所有绿色植物都是自养生物，都属于生产者营养级，B项正确；处于食物链同一环节上的同种和不同种生物都属于同一个营养级，C项错误；食物链中的各营养级之间的能量传递效率不一定相同，D项错误。
答案：B
3．(2019·全国Ⅱ卷)如果食物链上各营养级均以生物个体的数量来表示，并以食物链起点的生物个体数作底层来绘制数量金字塔，则只有两个营养级的夏季草原生态系统(假设第一营养级是牧草，第二营养级是羊)和森林生态系统(假设第一营养级是乔木，第二营养级是昆虫)数量金字塔的形状最可能是(　　)
A．前者为金字塔形，后者为倒金字塔形
B．前者为倒金字塔形，后者为金字塔形
C．前者为金字塔形，后者为金字塔形
D．前者为倒金字塔形，后者为倒金字塔形
解析：夏季草原生态系统中牧草的数量远多于羊的数量，该生态系统的数量金字塔呈金字塔形；森林生态系统中乔木的数量远少于昆虫的数量，该生态系统的数量金字塔呈倒金字塔形，A项正确。
答案：A
4．(2021·全国甲卷)捕食是一种生物以另一种生物为食的现象，能量在生态系统中是沿食物链流动的。回答下列问题：
(1)在自然界中，捕食者一般不会将所有的猎物都吃掉，这一现象对捕食者的意义是________________________________________________________________________
______________________________________________________(答出1点即可)。
(2)青草→羊→狼是一条食物链。根据林德曼对能量流动研究的成果分析，这条食物链上能量流动的特点是________________________________________________________。
(3)森林、草原、湖泊、海洋等生态系统是常见的生态系统，林德曼关于生态系统能量流动特点的研究成果是以________生态系统为研究对象得出的。
解析：(1)“精明的捕食者”策略内容之一：捕食者一般不能将所有的猎物都吃掉，否则自己也无法生存。(2)食物链中能量只能单向流动，不可逆转，也不能循环流动。能量在沿着食物链流动的过程中是逐级递减的，某个营养级一般只有10%～20%的能量能够流向下一营养级。(3)林德曼对一个结构相对简单的天然湖泊——赛达伯格湖的能量流动进行了定量分析，发现了生态系统的能量流动特点。
答案：(1)避免猎物被全部捕食后，捕食者自身因缺少食物而无法生存　(2)单向流动、逐级递减　(3)湖泊

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