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第35讲　第一课时　生态系统的能量流动
素养目标
考点一 能量流动的过程、特点及意义
夯实基础 精研教材
1.能量流动的概念
(1)概念
生态系统中能量的　 　　　　　　　　的过程。
输入、传递、转化和散失
(2)对概念的理解
生产者固定的
总能量
光合作用和化能合成作用
食物链和食物网　
化学能
化学能
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
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)　
下一营养级摄入的能量(i)　
未被利用的能量(j)
3.能量流动的特点及意义
(1)模型
图中的生物类群分别是:①　　　　　　　　,②　　　　　　　　,③　　　　　　　　　,⑤　　　　　　　　。④表示的生理过程是　　　　　　　　　　　。
图示中的E2/E1表示　　　　　　　　　间的能量传递效率。
生产者
初级消费者
次级消费者
分解者
呼吸作用
第二、三营养级
(2)能量流动的特点及原因
①单向流动的原因
自然选择
②逐级递减的原因
呼吸作用
分解者
③计算公式
相邻两个营养级间的能量传递效率=×100%　
生物在
时间、空间上进行合理配置
总能量　
科学规划、设计人工生态系统
最有效
合理地调整生态系统中的能量流动关系
持续高效地流向对人类最有益的部分
4.生态金字塔
教材深挖
1.(选择性必修2 P56正文)生态系统的能量单向流动的原因:
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　。
2.(选择性必修2 P57正文)生态系统的能量流动一般不超过5个营养级的原因:在一个生态系统中, __________________________________________,流经5个营养级后所剩下的能量不足以再维持一个营养级生存的最小需要量。
3.(选择性必修2 P55思考·讨论2)流经某生态系统的能量不能再回到该生态系统,原因是 　。
食物链中的捕食关系是长期自然选择的结果,不可逆转;生物群落无法
利用呼吸作用散失的能量
营养级越多,在能量流动过程中消耗的能量就越多
能量流动是单向的
易错排查
1.越冬灰鹤粪便中的能量不属于其同化量的一部分。(　　)
2.利用茶树废枝栽培灵芝,可提高能量的传递效率。(　　)
3.狼从猎物获得的能量大于猎物从生产者获得的能量。(　　)
4.一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%。(　)
5.营养级数量越多,相邻营养级之间的能量传递效率就越低。(　　)
6.人为操纵生态系统营养结构有利于调整能量流动方向和提高能量传递效率。(2022·江苏卷)(　　)
7.生态金字塔显示了各营养级之间的数量关系,其中的每个营养级的生物均属于同一食物链。(　　)
√
×
×
×
×
×
×
思维探究 考教衔接
(根据2022·浙江卷、2020·山东卷、2019·全国Ⅱ卷情境设计)某个以玉米为主要农作物的农田生态系统中,有两条食物链:①玉米→野猪→豺;②玉米→玉米蝗→乌鸫→蝮蛇→鹰。
(1)从能量流动角度分析,由于能量　　　　的不同导致两条食物链的营养级数量不同;若豺、鹰为该农田生态系统中的最高营养级,与蝮蛇、野猪等生物相比,豺、鹰同化能量的去向不包括　　　　　　　　。食物链乃至食物网能否形成取决于哪一项 　　　　。(A.可利用太阳能　B.初级消费者可同化的能量　C.总初级生产量　D.净初级生产量)
传递效率
流入下一个营养级
B
(2)在该农田生态系统中,生产者的能量来自　　　,生产者的能量可以直接流向　　　　　 　　　　(答出2点即可);若昆虫与鸟类单位体重的同化量相等,昆虫比鸟类体重的净增长量要高,其原因是鸟类同化的能量中用于维持　　　　的部分较多。
(3)玉米秸秆自然分解,所含的能量最终流向大气圈,我们可以改变能量流动　　　　获得人类需要的物质和能量,如生产沼气等,客观上减少温室气体的排放,有助于我国提前达成“碳达峰”和“碳中和”的目标。
太阳能
初级消费者、分解者
体温
途径
考法练透 素养提升
考法一　能量流动的过程及特点
1.(2024·山东卷)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
D
解析 由于存在捕食关系,能量沿食物链和食物网单向流动,故能量不能由第二营养级流向第一营养级,A项正确;具有富集效应的金属沿食物链逐级在生物体内聚集,所以据其浓度可辅助判断不同物种所处营养级的高低,B项正确;能量是由第一营养级固定并流入生态系统的,所以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,C项正确;由于能量流动是逐级递减的,故第一营养级固定的能量大于第二营养级同化的能量,D项错误。
2.(2024·湘豫名校联考)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-e
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.棉花、棉铃虫和食虫鸟之间能进行能量流动和物质循环
D
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流向分解者的一部分,c是第二营养级生物棉铃虫的同化量,A项正确;用于棉铃虫生长、发育和繁殖的能量=同化量c-呼吸消耗量e=摄入量b-粪便量d-呼吸消耗量e,B项正确;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),C项正确;棉花、棉铃虫和食虫鸟之间能进行能量流动,但不能进行物质循环,物质循环发生在非生物环境与生物群落之间,D项错误。
考法二　生态金字塔
3.(2024·天津河西期中)生态金字塔包括能量金字塔、数量金字塔和生物量金字塔。某同学根据某湖泊的能量流动图解,绘制了如图所示的能量金字塔。下列叙述错误的是(　　)
A.该生态系统中处于Ⅳ营养级的生物体内重金属含量最高
B.若该金字塔表示生物量金字塔,则不会出现倒置情况
C.林中的昆虫和树的数量关系可能不符合该金字塔
D.图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ中不只包含一条食物链
B
解析 在生物富集作用过程中,营养级越高,有毒物质的含量越高,该生态系统中处于Ⅳ营养级的生物体内重金属含量最高;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,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;林中的昆虫和树的数量关系可能不符合该金字塔,如松树和松毛虫的关系,可能呈现倒金字塔形;图中能量金字塔中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表四个营养级,在每个营养级中都包含多种生物,因此图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ中不只包含一条食物链。
考法三　结合能量流动原理的应用,考查社会责任
4.下列关于生态系统能量流动的原理在实践中的应用的叙述,错误的是(　)
A.除虫除草可以让农田生态系统中的能量流向对人类更有益的部分
B.多途径利用农作物可以实现对生态系统中能量的多级利用
C.根据草场能量流动的特点,可以合理确定草场的载畜量,从而保持畜产品的持续高产
D.“桑基鱼塘”的生产方式,在桑、蚕、鱼之间形成良性循环,将提高能量传递效率
D
解析 “桑基鱼塘”的生产方式,在桑、蚕、鱼之间形成良性循环,使物质和能量得到多级利用,提高了整体的能量利用率,但不能提高能量传递效率。
考点二 能量流动相关的模型及计算
透析重难 精准突破
1.理解常考的两种能量流动模型
(1)第二营养级的能量流动过程模型
(2)“拼图法”分析能量流动过程
2.能量流动的计算
(1)能量传递效率的计算公式
(2)能量来源比例改变的计算
在具体计算时务必先弄清分配比例,再确定求解中应“顺推(用乘法)”还是“逆推(用除法)”,以如图食物网为例:
①若已知“植物同化量(A)”,并告知其“传向动物与直接传向人比例由1∶1调整为1∶2”,求解人最多增重变化量(M),计算时宜“顺推(用乘法)”。
调整前 A×1/2×20%+A×1/2×(20%)2=M1
调整后 A×2/3×20%+A×1/3×(20%)2=M2
②若已知“人同化量(M)”并告知人的食物来源“素食、肉食由1∶1调整为2∶1”,求解最少需要植物变化量(A),计算时应“逆推(用除法)”。
调整前 M×1/2÷20%+M×1/2÷20%÷20%=A1
调整后 M×2/3÷20%+M×1/3÷20%÷20%=A2
(3)具有人工能量输入的计算
人为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%。
考法练透 素养提升
考法一　能量流动的模型
1.(2024·华大新高考联盟)下图为某生态系统的能量流动图解(W1为生产者固定的太阳能),下列叙述中错误的是(　　)
A.生产者固定的总能量可表示为(A1+B1+C1+A2+B2+C2)
B.现存生产者个体数可小于初级消费者个体数
C.由生产者到初级消费者的能量传递效率为D1/W1
D.图解不仅能体现能量单向流动的特点,还能体现逐级递减的特点
A
解析 生产者固定的总能量可表示为(A1+B1+C1+D1),A1代表呼吸作用消耗的能量,B1代表未被利用的能量,C1代表流向分解者的能量,而D1=A2+B2+C2+D2,是生产者流入下一营养级的能量,故生产者固定的总能量可表示为(A1+B1+C1+A2+B2+C2+D2),A项错误。
2.(2024·广东名校联考)如图表示某草原生态系统中能量流动图解,①~④表示相关过程的能量流动量。下列有关叙述正确的是(　　)
A.①是指由草流入兔的能量
B.图中②/①的比代表草到兔的能量传递效率
C.③是草的同化量中流入分解者中的能量的一部分
D.草与兔之间的信息传递是单向的,而兔与狐之间是双向的
C
解析 ①是指兔的摄入量,③是指兔子粪便中的能量,没有被兔同化,属于草的同化量中流入分解者中的能量的一部分,A项错误,C项正确;图中②/①代表狐的摄入量与兔的摄入量的比值,B项错误;生物之间的信息传递往往是双向的,D项错误。
考法二　能量流动的相关计算
3.(2023·山东卷)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(　　)
项目 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/(105 J·m-2·a-1) 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
C
解析 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的能量,A项错误;初级消费者的同化量来自生产者固定的太阳能和陆地的植物残体的能量,无法计算来自生产者的能量,B项错误;同化量=呼吸消耗的能量+用于生长、发育和繁殖的能量,则初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量=13.5×105-3×105=10.5×105[J/(m2·a)],C项正确;粪便量为该营养级未能同化的能量,则初级消费者粪便中的能量为该系统生产者及陆地植物残体流向分解者的能量,D项错误。
4.(2025·八省联考内蒙古卷改编)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。下列叙述正确的是(　　)
平均 载畜量 生长季草 原植物光 能利用率 草原植 物供给能 (×104) 摄入能 (×104) 粪便中 的能量 (×104) 呼吸
代谢能
(×104)
1.3 0.27% 8.86 3.22 0.95 1.86
2.0 0.25% 5.28 2.62 0.92 1.39
3.0 0.17% 3.32 1.86 0.94 0.76
注:平均载畜量单位为只羊/(hm2·半年);能量单位为kJ/(只羊·d)。
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只羊/(hm2·半年)时,绵羊用于生长、发育和繁殖的能量约为2.27×104kJ/(只羊·d)
D.载畜量为2.0只羊/(hm2·半年)时,短花针茅草原的能量得到更充分的利用
答案 D　
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通过呼吸作用散失的能量,A项错误;绵羊粪便中的能量不属于绵羊的同化量,而是草流向分解者的能量,B项错误;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只羊/(hm2·半年)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(kJ·只羊-1·d-1),C项错误;由表格信息可知,载畜量为1.3只羊/(hm2·半年)时,动物的同化量÷草原植物供给能×100%=(3.22-0.95)÷8.86×100%≈25.6%,载畜量为2.0只羊/(hm2·半年)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只羊/(hm2·半年)时,动物的同化量÷草原植物供给能×100%=(1.86-0.94)÷3.32×100%≈27.7%,所以载畜量为2.0只羊/(hm2·半年)时,短花针茅草原的能量得到更充分的利用,D项正确。
聚焦表达 回扣落实
1.(选择性必修2 P54问题探讨)下图表示甲、乙两个特定生态系统的能量金字塔。
生态系统甲的能量金字塔
生态系统乙的能量金字塔
(1)(原因分析类)依生态学原理看,同样重量的玉米,生态系统　　　　可养活更多的人,理由是_____________________________________________
　 　。
(2)若土壤中含相同浓度的难降解污染物,则甲、乙两个生态系统中的人体内污染物浓度哪个较高 　　　 。
甲
生态系统甲中人处于第二营养级,与生态系统乙相比,能量在传递过程中损耗少
乙
(3)(原因分析类)一个吃玉米的人所获得的能量一定比一个吃鸡肉的人获得的能量多,对吗 为什么
　 。
不对。生态系统甲、乙中“人”代表的是相应营养级,并非“一个人”
2.(选择性必修2 P58正文)从能量流动的角度分析,建设“沼气池”的意义是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;合理确定草场载畜量的目的是_________________________________________
　 。
实现了对能量的多级利用,从而大大提高了能量的利用率
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
3.(原因分析类)下图为某草原生态系统中的食物网(只显示部分)。
牧民通过养羊获取该生态系统的能量,经测算发现羊的同化量远小于草同化量的1/10,其原因可能是_________________________________________
　。
能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%~20%,羊属于第二营养级,该营养级还有食草昆虫和鼠等多个种群
4.(原因分析类)溶解在水中的方糖不能变回原来的形状,原因是　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　。
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

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