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第29讲 生态系统的结构和能量流动
考点一 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　　　　　　　　与它的　　　　　　　　相互作用而形成的统一整体。
(2)范围:生态系统的范围有大有小。　　　　　　是地球上最大的生态系统,它包括地球上的　　　　　　　　及其　　　　　　　　　　。
(3)类型
自然生态系统 人工生态系统
陆地生态系统 水域生态系统 森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统、冻原生态系统 海洋生态系统、淡水生态系统 农田生态系统、人工林生态系统、果园生态系统、城市生态系统
生物群落
非生物环境
生物圈
全部生物
非生物环境
包括两方面内容：
一是生态系统的组成成分；
二是营养结构:(食物链和食物网),是物质循环和能量流动的渠道。
2.生态系统具有一定的结构
蚯蚓、秃鹫、屎壳螂等
作用：将动植物的遗体、排遗物分解为无机物，供生产者重新利用。
一、生态系统的组成成分
1、非生物的物质和能量：
2、生产者
3、消费者
4、分解者
空气、水、阳光、矿物质、热能等
主要是绿色植物，还包括硝化细菌,蓝细菌等
作用：是生态系统的主要成分(基石)
捕食性动物、寄生生物。如寄生菌、寄生植物(菟丝子) — 异养生物
初级消费者：
次级消费者：
三级消费者：
植食性动物
以植食性动物为食的肉食性动物
以次级消费者为食的肉食性动物
营腐生生活的细菌、真菌(蘑菇)和腐生动物—异养生物
分类
=自养生物
作用：①加快生态系统的物质循环②帮助植物的传粉壳传播种子
思考与讨论：植物都是生产者吗？动物都是消费者吗？微生物都是分解者吗？
用线条将其中的联系表示出来
猪笼草
蘑菇
硝化细菌
屎壳郎
蚯蚓
秃鹫
猪笼草
蘑 菇
硝化细菌
蚯蚓
生产者
消费者
分解者
屎壳郎
秃鹫
菟丝子
菟丝子
生态系统各成分之间的相互联系
生产者
非生物的物质和能量
消费者
分解者
加快物质循环，传粉
分解为无机物
判断规律？
对于一个长期保持相对稳定的生态系统来说非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者都是相互依存 ， 缺一不可的成分。
二、生态系统的营养结构——食物链和食物网
1.食物链
生态系统中各种生物之间由于食物关系而形成的联系
图3-3 某食物链上的营养级
玉米
蝗虫
青蛙
蛇
老鹰
第一营养级
初级消费者
次级消费者
三级消费者
四级消费者
第二营养级
第三营养级
第四营养级
第五营养级
生产者
消费者
营养级：食物链中的一个个环节称营养级，它是指处于食物链同一环节上所有生物的总和。不代表个体，也不一定是某一个种群。
思考
谚语：“螳螂捕蝉，黄雀在后”可以看作一条食物链吗？如果可以，请写出。
植物
蝉
螳螂
黄雀
生产者
自然选择
五
2.食物网
二、生态系统的营养结构——食物链和食物网
相互交错
物质循环和能量流动
营养级？
生态系统
的结构
成分
营养结构
食物链食物网
非生物的物质和能量
生物群落
只包括生产者、消费者
生产者
:主要.是绿色植物
:主要是动物
:主要是真菌、细菌
消费者
分解者
自养型
异养型
总结
[易错辨析]
1.生态系统的食物链中营养级越高的生物,其体型必然越大。(　 　)
提示:生态系统的食物链中营养级越高的生物,其体型不一定越大,例如豹子比斑马体型小。
2.自养型生物一定都是生产者,腐生型生物一定都是分解者,生产者一定处于第一营养级。(　 　)
3.细菌都是分解者,但分解者并不都是细菌。(　 　)
提示:自养型细菌是生产者,寄生细菌是消费者,腐生细菌是分解者。
4.生产者是生态系统的基石,消费者和分解者是生态系统的必备成分。(　 　)
提示:生产者是生态系统的基石,生产者和分解者是生态系统的必备成分,消费者能加快生态系统的物质循环。
×
√
×
×
[链接教材·发展思维]
(选择性必修2 教材P51“图3-3”)通常,生态系统的食物链不会很长,一般不超过五个营养级,其原因是什么
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.下列关于生态系统结构的叙述,错误的是(　 　)
A.生态系统的结构包括生产者、消费者、分解者以及食物链和食物网
B.在生态系统中,生产者全是自养型生物,但不一定都是绿色植物
C.在一个食物网中,以植食动物为食的肉食动物属于第三营养级、次级消费者
D.尽管生态系统多种多样,但可用同一结构模型表示它们在结构上具有的共
同点
生态系统的结构
A
2.如图表示生态系统的结构模型,下列相关叙述错误的是(　 　)
A.图中既包含了生态系统的某些组成成分,又包含了生态系统的营养结构
B.错综复杂的食物网是使生态系统保持相对稳定的重要条件
C.图中食草动物和食肉动物的存在可以加快生态系统的物质循环
D.图中可以实现有机物转化为无机物的生物组分只有甲
D
3.(2022·广东卷)如图为某生态系统的食物网,其中字母表示不同的生物,箭头表示能量流动的方向。下列归类正确的是(　 　)
A.a、c是生产者
B.b、e是肉食动物
C.c、f是杂食动物
D.d、f是植食动物
分析食物链和食物网
C
解析:图中食物网包含的食物链有a→f、a→d→e→f、a→d→e→c、a→c、b→f、b→c。a、b处于第一营养级,是生产者;d处于第二营养级,是植食动物;e处于第三营养级,是肉食动物;c、f既可以处于第二营养级也可以处于第四营养级,是杂食动物。
4.(2023·广东惠州调研)如图是某草原生态系统中部分食物网简图,据图判断下列叙述不正确的是(　 　)
A.青蛙和蜘蛛之间既有竞争关系,也有捕食关系
B.图中未表示的生态系统的成分只有分解者
C.图中所示的食物网中共有4条食物链
D.蛇在此食物网中处于两个不同营养级
B
解析:生态系统的组成成分包括生产者、消费者、分解者和非生物的物质和能量。图中只有生产者和消费者,还缺少非生物的物质和能量、分解者。
方法突破
1.生态系统组成成分的三类“不一定”和两类“一定”
考点二 生态系统的能量流动
1.概念:生态系统中能量的 的过程。
一切生命活动都伴随着能量的变化。没有能量的输入，也就没有生命和生态系统。
输入、传递、转化和散失
生产者固定的太阳能的总量
食物链和食物网
生产者
初级消费者
次级消费者
第一营养级
第二营养级
第三营养级
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
：能被自身利用的能量
注：粪便中的能量属于上一营养级
b
呼吸消耗的能量(d)
用于生长、发育和繁殖的能量(c)
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)
(2)第二营养级能量流动过程分析
例.大象是植食型动物，有一种蜣螂则专以象粪为食。设大象在某段时间所同化的能量为107kJ，则这部分能量中可流到蜣螂体内的约为
A.0kJ B.106kJ
C.2×106kJ D. 106~2×106kJ
Raymond Lindeman
对能量流动做了定量分析
《生态学的营养动态概说》
林德曼（1915-1942）
优点：小、简单、稳定
思考 讨论：分析赛达伯格湖的能量流动
深1米，面积为14480平方米，湖岸线长500米 。湖底深度一致、性质均一，没有大的波浪。
3. 能量流动的特点
3. 能量流动的特点
营养级 流入能量 流出能量 出入比
（传递效率）
生产者
植食性动物
肉食性动物 —— ——
464.6
62.8
13.5%
62.8
12.6
20.1%
12.6
能量传递效率 =
下一营养级同化量
上一营养级同化量
×100%
(1.计算流入？流出？该营养级的能量）
2.流入某一营养级的能量，为什么不会百分之百地流到下一个营养级
流入某一营养级的能量除了流入下一营养级的之外，还有：
①一部分通过该营养级的呼吸作用散失；
②一部分作为排遗物、遗体或残枝败叶被分解者利用；
③一部分未被利用
3. 能量流动的特点
单向流动、逐级递减
能量传递效率：10%~20%
肉食性动物
12.6
植食性动物
62.8
生产者
464.6
4.生态金字塔
请同学们将赛达伯格湖的能量流动数据，用相应面积或体积的图形表示，并按营养级由低到高排列。
一般食物链不超过5个营养级，因为营养级越多，能量损耗 ，营养级高的生物获得的能量越少。
越多
4.生态金字塔
可直观的反映出生态系统各营养级间能量的关系。
通常都是上窄下宽的金字塔形。（永远呈正金字塔）
定义：
意义：
特点：
能量金字塔
如果将单位时间内各营养级所得的能量数值转换成相应面积或体积的图形表示，并将图形按营养级的次序排列，可形成一个金字塔图形。
4.生态金字塔
生物量金字塔
营养级
第四营养级
第三营养级
第二营养级
第一营养级
干重g/m2
1.5
11
37
809
营养级
第四营养级
第三营养级
可直观的反映出生态系统各营养级生物量的关系。
生物量：每个营养级所容纳的有机物的总干重
大多也是上窄下宽的正金字塔形
意义：
特点：
例如，在海洋生态系统中，由于生产者(浮游植物)的个体小，寿命短，又会不断地被浮游动物吃掉，所以某一时刻调查到的浮游植物的生物量可能低于浮游动物的生物量。当然，总的来看，一年中浮游植物的总的生物量还是比浮游动物的要多。
一般情况下，生物量金字塔是上窄下宽的金字塔形，但是有时候会出现倒置的金字塔形。
旁栏思考：生物量金字塔在什么情况下，可能是上宽下窄倒置的金字塔形呢？
可直观的反映生态系统各营养级的生物个体的数目比值关系。
可以是上窄下宽的正金字塔形，也可以是上宽下窄的倒置金字塔形。
意义：
特点：
营养级
第二营养级
第一营养级
个体数量
昆虫
树
营养级
第二营养级
第一营养级
个体数量
鼠
草
鼬
第三营养级
如果消费者的个体小而生产者的个体大，则会呈现倒置金字塔
数量金字塔
4.生态金字塔
能量金字塔 生物量金字塔 数量金字塔
形状
每一层含义
特点
象征意义
单位时间内，食物链中每一营养级生物所同化的能量的多少
自然生态系统一定为正金字塔
能量在流动过程中总是逐级递减
单位时间内，每一营养级生物的有机物的总干重
一般为正金字塔，有时会出现倒金字塔形
一般生物量(现存生物有机物的总干重)随食物链中营养级的升高而减少
每一营养级生物个体的数目
一般为正金字塔,有时会出现倒金字塔形
一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而减少
生态金字塔
（1）研究生态系统的能量流动，可以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。
如，间作、套种、多层育苗、稻—萍—蛙等立体农业生产方式。
多层育苗
稻—萍—蛙
5.研究能量流动的实践意义
间作
套种
都能充分地利用了空间和资源，获得更大的收益
（2）研究生态系统的能量流动，可以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；
例如，秸秆喂牲畜；粪便制作沼气；沼渣肥田，
实现了对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率
秸秆饲料
沼气池
沼渣
5.研究能量流动的实践意义
（3）研究生态系统的能量流动，还可以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。
划区轮牧 稻田除草、除虫
5.研究能量流动的实践意义
[易错辨析]
1.流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能。(　 　)
提示:流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能总量。
2.一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:能量的传递效率发生在两个营养级之间,而不是在两个生物之间,故一只狼捕食了一只兔子,该狼不一定获得兔子能量的10%～20%。
3.家兔粪便中的能量与尿液中的能量都属于同化量。(　 　)
提示:粪便中的能量不属于家兔同化量,但尿液中(如尿素)所含能量属于家兔同化量的一部分。
×
×
×
4.营养级数量越多,相邻营养级之间的能量传递效率就越低。(　 　)
提示:相邻营养级之间的能量传递效率一般不会随营养级数量的增多而降低。
5.营养级所处的位置越高,该营养级所具有的总能量就越多。(　 　)
提示:由于能量是单向流动、逐级递减的,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。
×
×
[链接教材·发展思维]
1.(选择性必修2 教材P57旁栏“思考题”)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:会要求低营养级有更多的能量流入人类所处的营养级,即人类所需的食物会更多,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。
2.(选择性必修2 教材P58“图3-9”拓展)人们在研究能量流动时,将秸秆作为牲畜的饲料,将粪便加入沼气池,生产燃料。此过程能量的传递效率提高了吗
提示:没有。题述过程提高了能量的利用率,即人类充分利用了流向分解者的能量,实现了对能量的多级利用,减少了环境污染,但没有提高能量在不同营养级之间的传递效率。
能量流动分析、计算
知识必备
1.能量传递效率的相关“最值”计算
(1)食物链越短,最高营养级获得的能量越多。
(2)生物间的取食关系越简单,生态系统的能量流动过程中消耗的能量越少。具体计算方法如下:
知低营养级求高营养级 知高营养级求低营养级 获能量最多 选最短食物链, 按×20%计算 需能量最多 选最长食物链,
按÷10%计算
获能量最少 选最长食物链, 按×10%计算 需能量最少 选最短食物链,
按÷20%计算
2.能量传递效率的有关“定值”计算
(1)已确定营养级间能量传递效率的,不能按“最值法”计算,而需按具体数值计算。例如,在食物链A→B→C→D中,能量传递效率分别为a%、b%、c%,若A的能量为M,则D获得的能量为M×a%×b%×c%。
(2)如果是在食物网中,某一营养级同时从上一营养级多种生物获得能量,且各途径所获得的生物量比例确定,则按照各单独的食物链进行计算后合并。
1.(2022·湖南岳阳三模)下列关于草原生态系统能量流动的叙述,错误的是
(　 　)
A.能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失的过程
B.分解者所需的能量可来自各营养级生物所储存的能量
C.生态系统维持正常功能需要不断得到来自系统外的能量
D.生产者固定的能量除用于自身呼吸外,其余均流入下一营养级
能量流动的过程、特点
D
解析:生产者固定的能量除用于自身呼吸外,还有一部分储存在自身的有机物中,用于生长、发育和繁殖等生命活动,这部分的能量又可以流入下一营养级和流向分解者。
2.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
3.(2022·浙江6月选考)生态系统的营养结构是物质循环和能量流动的主要途径。下列叙述错误的是(　 　)
A.调查生物群落内各物种之间的取食与被取食关系,可构建食物链
B.整合调查所得的全部食物链,可构建营养关系更为复杂的食物网
C.归类各食物链中处于相同环节的所有物种,可构建相应的营养级
D.测算主要食物链各环节的能量值,可构建生态系统的能量金字塔
能量流动的意义及生态金字塔的特点
D
解析:测算全部食物链各环节的能量值,可构建生态系统的能量金字塔。
4.(2022·湖南卷)稻—蟹共作是以水稻为主体、适量放养蟹的生态种养模式,常使用灯光诱虫杀虫。水稻为蟹提供遮蔽场所和氧气,蟹能摄食害虫、虫卵和杂草,其粪便可作为水稻的肥料。下列叙述正确的是(　 　)
A.该种养模式提高了营养级间的能量传递效率
B.采用灯光诱虫杀虫利用了物理信息的传递
C.硬壳蟹(非蜕壳)摄食软壳蟹(蜕壳)为捕食关系
D.该种养模式可实现物质和能量的循环利用
B
5.在如图所示的食物网中,假如猫头鹰的食物有2/5来自兔,2/5来自鼠,1/5来自蛇,那么猫头鹰若增加20 g体重,最少需要消耗植物(　 　)
A.600 g B.900 g C.1 600 g D.5 600 g
能量流动的计算
B
解析:根据题意,计算最高营养级至少消耗生产者的量应该按最大能量传递效率(20%)计算,所以最少需要消耗植物为20×2/5÷20%÷20%+20×2/5÷20%÷
20%+20×1/5÷20%÷20%÷20%=900(g)。
6.(2022·江苏南通期末)如图是某水生生态系统中部分能量流动示意图,图中数字为能量数值,单位是J/(cm2·a),Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ代表营养级,下列相关叙述错误的是(　 　)
A.输入该生态系统的总能量为890.0 J/(cm2·a)
B.该生态系统中第Ⅱ营养级到第Ⅲ营养级能量的传递效率约为14.6%
C.第Ⅱ营养级中某些生物既属于初级消费者又属于分解者
D.第 Ⅲ 营养级流向分解者的能量是42.5 J/(cm2·a)
A

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