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第46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。
考情 分析 1.能量流动的过程和模型分析 2025·湖南卷,13;2025·甘肃卷,14;2025·山东卷,12;2024·江西卷,9;2024·黑吉辽卷,16;2024·江苏卷,4;2024·山东卷,12;2023·新课标卷,33;2023·全国甲卷,5;2023·山东卷,13
2.生态金字塔及研究能量流动的意义 2025·甘肃卷,14;2025·浙江1月选考,21;2024·山东卷,12
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。
1.(选择性必修2 P55思考·讨论)流经某生态系统的能量不能全部再回到这个生态系统中的原因是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)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　a.摄入量≠同化量:摄入量-粪便中的能量才是同化量。
b.粪便中的能量≠尿液中的能量:粪便中的能量不属于动物同化量,但尿液中尿素所含能量应属于动物同化量的一部分。
c.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。
3.能量流动的特点及原因
2.(选择性必修2 P56旁栏思考)能量在流动过程中逐级递减,与能量守恒定律并不矛盾,理由是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+被各个营养级的生物利用、散发至非生物环境中的能量,即总能量依然遵循能量守恒定律。
【判断正误】
(1)(2025·江苏卷,17)岛屿生态系统的部分能量随候鸟的迁徙等途径流出。(　　)
【答案】 √
(2)(2024·海南卷,5)龟卵中的能量来自母龟同化的能量。(　　)
【答案】 √
(3)(2023·江苏卷,14)在江苏沿海湿地生态系统中, 植物a、b中的能量沿着食物链单向流动、逐级递减,最终以热能形式散失。(　　)
【答案】 √
(4)(2023·全国甲卷,5)作为生产者的绿色植物所固定的能量来源于太阳。(　　)
【答案】 √
(5)(2023·河北卷,11)蜜蜂采食花蜜过程中发生了生态系统的能量流动。(　　)
【答案】 √
【情境·思维·深析】
某淡水渔业研究所在附近小河中开辟了一块实验鱼塘,进行黑鱼养殖模式研究,研究人员根据鱼塘中部分生物之间的关系,绘制了如图所示的能量流动示意图,其中a～e分别表示流向不同种群的能量数值,单位是J/(cm2·a),部分营养级能量流动数据如下表。回答下列
问题。
营养级 同化量 呼吸消耗 的能量 流向分解 者的能量 未利用 的能量
一 700 390 90 115
二 105 ① 14 11
三 ② 9 5.8 2
(1)蓝细菌在该生态系统的组成成分中属于生产者,据图、表分析,流入该生态系统的总能量为700+e(用数字和字母表示)J/(cm2·a)。第一、第二营养级间的能量传递效率是15%。
(2)据表中数据推算,d能量的最大值约为4.2 J/(cm2·a),据此推算①的数值为59 J/(cm2·a),②的数值为21 J/(cm2·a)。
(3)研究人员在鱼塘中投放了以藻类为主要食物的某种鱼X,增加了黑鱼的食物来源。在不提高有机物输入的情况下这样做能(填“能”或“不能”)增加黑鱼的产量,原因是黑鱼从较短的食物链获取能量更多。据此可以看出,研究生态系统能量流动的意义是通过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。
(4)从能量流动角度分析,肉食性动物的生物数量一般少于植食性动物,原因是能量在传递过程中逐级递减,导致肉食性动物所获得的能量相对较少,所以肉食性动物的生物数量一般少于植食性动物。
考向1　围绕能量流动的过程,考查科学思维
1.(2025·山东卷,12)某时刻某动物种群所有个体的有机物中的总能量为①,一段时间后,此种群所有存活个体的有机物中的总能量为②,此种群在这段时间内通过呼吸作用散失的总能量为③,这段时间内死亡个体的有机物中的总能量为④。此种群在此期间无迁入迁出,无个体被捕食,估算这段时间内用于此种群生长、发育和繁殖的总能量时,应使用的表达式为(　　)
A.②-①+④ B.②-①+③
C.②-①-③+④ D.②-①+③+④
【答案】 A
【解析】 根据同化量=呼吸作用散失的能量+用于生长、发育和繁殖的能量,在不考虑迁入迁出且没有个体被捕食的情况下,该种群在这段时间内的同化量=现有的有机物总量(即②+④)+这段时间内呼吸作用散失的能量(③)-某时刻(统计的初始时刻)的有机物总量(①),因此这段时间内用于此种群生长、发育和繁殖的总能量=同化量(②+④+③-①)-这段时间呼吸作用散失的能量(③)=②+④-①。
“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:
考向2　围绕生态系统能量流动的计算分析,考查科学思维
2.(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90×105+42×105=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,因此无法计算生产者有多少能量流入下一营养级;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);初级消费者摄入量包括粪便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量和用于生长、发育和繁殖的量,用于生长、发育和繁殖的量又分为流向下一营养级的量和被分解者利用的量,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。
3.(2025·安徽合肥月考)稻—鱼—蛙种养结合是生态农场里常见的模式。某生态农场稻田生态系统的能量流动过程如图所示,箭头上数字表示能量值[单位:kJ/(m2·a]),①～④表示生态系统的生物成分。下列相关叙述错误的是(　　)
A.②可加快该生态系统的物质循环
B.②→③的能量传递效率为12.67%
C.流经该生态系统的总能量包括①固定的太阳能和有机物输入的化学能
D.去除田间杂草可调整能量流动的关系,使能量流向对人类最有益的部分
【答案】 B
【解析】 ②是消费者,消费者的存在能加快生态系统的物质循环;③的同化量为0.5+8.5+2=11 [kJ/(m2·a)],其中来自第二营养级②的能量为11-8=3 [kJ/(m2·a)],第二营养级②的同化量为1.5+4+9.5+(11-8)=18 [kJ/(m2·a)],故②→③的能量传递效率为3÷18×100%≈16.67%;流经该生态系统的总能量包括生产者(①)固定的太阳能,以及人工输入的有机物中的化学能;去除田间杂草,能减少杂草对光能等资源的竞争,调整能量流动关系,使更多的能量流向水稻等对人类最有益的部分。
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%。
考点二　生态金字塔及研究能量流动的意义
1.生态金字塔的类型及特点
2.研究能量流动的实践意义
(选择性必修2 P58正文)从能量流动角度分析,将秸秆作饲料喂牲畜,牲畜的粪便用来制沼气,沼渣再作为肥料还田的目的是实现对能量的多级利用,从而大大提高能量的利用率。
【判断正误】
(1)(2024·河北卷,12)人工林通常是在栽培某树种后,经多年持续去除自然长出的其他树木进行抚育,形成单种乔木的森林。人工林经过抚育,环境中的能量和物质更高效地流向栽培树种。(　　)
【答案】 √
(2)(2022·江苏卷,12)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。(　　)
【答案】 ×
【提示】 人为操纵生态系统的营养结构可调整能量流动方向,但不能改变能量传递效率。
(3)(2021·浙江6月选考,7)生态金字塔显示了各营养级之间的数量关系。(　　)
【答案】 √
(4)(2021·浙江6月选考,7)生态金字塔中每个营养级的生物均属于同一食物链。(　　)
【答案】 ×
【提示】 生态金字塔中每个营养级的生物不一定属于同一食物链。
(5)(2021·北京卷,11)菌渣作为农作物的肥料可实现能量的循环利用。(　　)
【答案】 ×
【提示】 能量不能循环利用。
考向3　围绕生态系统能量流动及生态金字塔的特点,考查科学思维
4.(2025·陕西西安期末)如图表示某生态系统的某种生态金字塔,Ⅰ～Ⅳ表示不同营养级,Ⅰ中含有生产者。下列相关叙述错误的是(　　)
A.图中Ⅱ、Ⅲ营养级中可能存在同种生物
B.生物量金字塔的每一层表示单位时间内每个营养级所容纳的有机物的总干重
C.能量金字塔通常是上窄下宽的金字塔,这主要体现了能量单向流动的特点
D.生态金字塔说明人类的活动必须遵循自然规律才能实现可持续发展
【答案】 C
【解析】 同种生物可能占据不同营养级,故图中Ⅱ、Ⅲ营养级中可能存在同种生物;生物量金字塔的每一层表示单位时间内每个营养级所容纳的有机物的总干重;能量金字塔通常是上窄下宽的,体现了能量流动具有逐级递减的特点;生态金字塔告诉人们,大自然的负载能力是有限的,不可能超过负载能力去供养金字塔顶端的消费者,人类的活动必须遵循自然规律,才能实现可持续发展。
考向4　围绕能量流动的意义,考查科学思维和社会责任
5.(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单独套养黄鳝的防治率,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;能量传递效率是相邻两个营养级同化量的比值,一般来说,能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%～20%,且据题表信息不能判断食物链相邻营养级的能量传递效率是否提高;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。
1.(2025·甘肃卷,14)正确认识与理解生态系统的能量流动规律,对合理保护与利用生态系统有重要意义。下列叙述正确的是(　　)
A.提高传递效率就能增加营养级的数量
B.呼吸作用越大,能量的传递效率就越大
C.生物量金字塔也可以出现上宽下窄的情形
D.能量流动的单向性决定了人类不能调整能量流动关系
【答案】 C
【解析】 能量传递效率一般是固定的,为10%～20%,不能提高,而且营养级的数量主要取决于生态系统中的能量总量等因素,而不是传递效率;能量传递效率等于相邻两营养级同化量之比,与呼吸作用无直接关系;生物量金字塔是按照各个营养级生物量之间的关系绘制而成的金字塔形,在一些特殊情况下,比如海洋生态系统中,由于浮游植物个体小、寿命短,且不断被浮游动物捕食,可能会出现生物量金字塔上宽下窄的情形;人类可以通过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,比如合理确定草场的载畜量等。
2.(2025·广西卷,10)某大型淡水湖入湖河口形成了碟形湖。丰水期碟形湖区与主湖区湖水相连,枯水期碟形湖与主湖水流隔断,见图。下列说法错误的是(　　)
A.枯水期时碟形湖与主湖之间存在物质交换
B.丰水期时碟形湖区和主湖区藻类密度通常相等
C.枯水期时碟形湖和主湖的能量金字塔均为正金字塔形
D.丰水期时相邻两个营养级之间的能量传递效率为10%～20%
【答案】 B
【解析】 枯水期虽水流隔断,但生物活动、物质扩散等仍能使碟形湖与主湖存在物质交换;丰水期碟形湖区(入湖河口形成)与主湖区的环境(如营养盐分布、水流速度等)存在差异,藻类密度通常不相等;能量沿食物链逐级递减,枯水期碟形湖和主湖的能量金字塔均为正金字塔形(底层生产者含能量最多,向上逐级减少);生态系统中,相邻两个营养级之间的能量传递效率通常为10%～20%,丰水期也遵循该规律。
3.(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。
4.(2024·黑吉辽卷,16改编)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的产生过程是能量循环的必要环节
【答案】 C
【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。
5.(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。
(时间:30分钟)
1.(2025·陕西西安一模)生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程,被称为生态系统的能量流动。初级消费者所同化的能量中,通过捕食进行传递的是(　　)
A.通过呼吸作用散失的能量
B.经遗体残骸流向分解者的能量
C.流入次级消费者的能量
D.未被利用的能量
【答案】 C
【解析】 初级消费者同化的能量中,通过捕食传递的能量是指初级消费者被次级消费者捕食后,流入次级消费者的能量。
2.(2025·河北秦皇岛一模)某稳定的生态系统某时刻形成了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.能量不能由初级消费者流向生产者
B.数量金字塔不会呈现上宽下窄倒置的金字塔形
C.流入分解者的能量都来自第一营养级固定的能量
D.生态金字塔中的每层级代表一个营养级,但不包括分解者
【答案】 B
【解析】 数量金字塔可能会呈现上宽下窄倒置的金字塔形,例如,一棵大树上可能有许多昆虫(第二营养级),此时昆虫的数量多于大树(第一营养级),数量金字塔倒置。
3.(2025·云南质检)生态金字塔的一般模式如图所示,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别代表第一、第二、第三营养级。下列说法错误的是(　　)
A.生态金字塔可分别以能量、生物量和个体数量为指标绘制
B.生态金字塔中最底层一般代表的是生产者,最顶层代表的是分解者
C.图中Ⅱ、Ⅲ营养级中可能存在同种生物
D.若Ⅰ的面积小于Ⅱ的面积,可能与生物个体的体型大小有关
【答案】 B
【解析】 生态金字塔最底层一般代表生产者,最顶层代表的是最高级消费者。
4.(2025·湖南长沙质检)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.营养级是指处于食物链同一环节上同种生物的总和
C.调查群落内各物种间的捕食与被捕食关系,可构建食物链
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
【答案】 C
【解析】 能量流动逐级递减,营养级越高,所获得的能量越少;营养级是同一环节上所有生物的总和,而非同种生物;食物链反映的是生物之间捕食与被捕食的关系,通过调查群落内各物种间的捕食与被捕食关系构建食物链;生态系统的能量金字塔,是依据单位时间内各营养级所获得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得到的,仅测算主要食物链各环节的能量值,无法全面构建整个生态系统的能量金字塔。
5.(2025·广东广州模拟)禽粮互作是北方农区有机玉米地散养柴鸡的创新模式。鸡群自由觅食自然资源并辅以人工补料,能控制“害虫”“杂草”,减少或避免农药使用,鸡粪还能提升土壤肥力,保障作物产量和品质。据此判断,以下说法正确的是(　　)
A.禽粮互作模式能使能量持续高效地流向对人类有益的方向
B.流入该生态系统的总能量为生产者所固定的太阳能
C.该模式充分利用了农田的空间资源,提高了能量传递效率
D.该种养殖模式可实现物质和能量的循环利用
【答案】 A
【解析】 禽粮互作调整了该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有益的方向;流经该农业生态系统的总能量是生产者所固定的太阳能和人工投入的有机物中的化学能;此种模式充分利用了农田空间,提高了能量利用率,但不能提高营养级间的能量传递效率;该种养殖模式可实现物质的循环利用,但生态系统中的能量流动是单向的、逐级递减的。
6.(2025·河北衡水二模)下图为某湖泊能量流动统计图。下列分析正确的是(　　)
A.生态系统的能量流动是指生态系统中能量的输入和传递两个过程
B.从图中可以看出,造成能量逐级递减的原因是呼吸消耗与分解者的分解作用
C.该湖泊生态系统中生产者用于自身生长、发育和繁殖的能量为342.1 J/(cm2·a)
D.初级消费者到次级消费者的能量传递效率约为20%
【答案】 D
【解析】 生态系统的能量流动是指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程;由题图可知,造成能量逐级递减的原因是呼吸消耗、分解者的分解作用,还有未被利用的能量;生产者用于生长、发育和繁殖的能量=生产者同化量-生产者呼吸作用散失的能量,为454.4-100.8=353.6[J/(cm2·a)];初级消费者到次级消费者的能量传递效率为11.8/(17.1+11.8+1.9+28.3)×100%≈20%。
7.(2025·陕西商洛二模)某生态果园中的一条食物链由3个种群组成,科研人员调查了三个种群一年内能量流动部分数据(数值单位为×104kJ),结果如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A.图中未利用的能量是指三个种群流向分解者的能量
B.该食物链为种群Ⅲ→种群Ⅱ→种群Ⅰ
C.种群Ⅰ用于生长、发育和繁殖的能量为6.0×104 kJ
D.种群Ⅱ全部个体用于呼吸消耗的能量为54.5×104 kJ
【答案】 C
【解析】 未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;据图可知,种群Ⅱ同化的能量最多,种群Ⅰ次之,种群Ⅲ最少,由于能量在流动过程中是随营养级逐级递减的,因此该食物链为种群Ⅱ→种群Ⅰ→种群Ⅲ;种群Ⅰ同化的能量减去呼吸消耗的能量等于用于自身生长、发育和繁殖的能量,即15.0×104-9.0×104= 6.0×104(kJ);种群Ⅱ同化的能量(111.0×104kJ)中除了包括未利用的能量(41.5×104kJ)及呼吸消耗的能量外,还有流向下一营养级的能量和流向分解者的能量,因此根据图中数值无法得出种群Ⅱ全部个体用于呼吸消耗的能量为54.5×104 kJ。
8.(2025·河南郑州联考)如图表示在一个生态系统中,植物光合作用积累的有机物被植食性动物利用的过程。下列说法错误的是(　　)
A.植食动物粪便中的能量属于②中能量的一部分
B.生产者到初级消费者的能量传递效率可表示为③/①×100%
C.⑧/③的数值较大时,不利于提高畜牧养殖的产量
D.④的能量是同化量中用于生长、发育和繁殖的能量
【答案】 B
【解析】 相邻两个营养级之间的能量传递效率指的是两个营养级同化量的比值,生产者植物光合作用固定的总能量不知道,故无法计算生产者到初级消费者的能量传递效率。
9.(2025·河北邢台期末)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】 (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)]。第46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。
考情 分析 1.能量流动的过程和模型分析 2025·湖南卷,13;2025·甘肃卷,14;2025·山东卷,12;2024·江西卷,9;2024·黑吉辽卷,16;2024·江苏卷,4;2024·山东卷,12;2023·新课标卷,33;2023·全国甲卷,5;2023·山东卷,13
2.生态金字塔及研究能量流动的意义 2025·甘肃卷,14;2025·浙江1月选考,21;2024·山东卷,12
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　　　　　　　　　　　　　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。
1.(选择性必修2 P55思考·讨论)流经某生态系统的能量不能全部再回到这个生态系统中的原因是 　。
(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)。
提醒　a.摄入量≠同化量:摄入量-粪便中的能量才是同化量。
b.粪便中的能量≠尿液中的能量:粪便中的能量不属于动物同化量,但尿液中尿素所含能量应属于动物同化量的一部分。
c.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。
3.能量流动的特点及原因
2.(选择性必修2 P56旁栏思考)能量在流动过程中逐级递减,与能量守恒定律并不矛盾,理由是

　。
【判断正误】
(1)(2025·江苏卷,17)岛屿生态系统的部分能量随候鸟的迁徙等途径流出。(　　)
(2)(2024·海南卷,5)龟卵中的能量来自母龟同化的能量。(　　)
(3)(2023·江苏卷,14)在江苏沿海湿地生态系统中, 植物a、b中的能量沿着食物链单向流动、逐级递减,最终以热能形式散失。(　　)
(4)(2023·全国甲卷,5)作为生产者的绿色植物所固定的能量来源于太阳。(　　)
(5)(2023·河北卷,11)蜜蜂采食花蜜过程中发生了生态系统的能量流动。(　　)
【情境·思维·深析】
　某淡水渔业研究所在附近小河中开辟了一块实验鱼塘,进行黑鱼养殖模式研究,研究人员根据鱼塘中部分生物之间的关系,绘制了如图所示的能量流动示意图,其中a~e分别表示流向不同种群的能量数值,单位是J/(cm2·a),部分营养级能量流动数据如下表。回答下列问题。
营养级 同化量 呼吸消耗 的能量 流向分解 者的能量 未利用 的能量
一 700 390 90 115
二 105 ① 14 11
三 ② 9 5.8 2
(1)蓝细菌在该生态系统的组成成分中属于　　　　,据图、表分析,流入该生态系统的总能量为　　　 　　(用数字和字母表示)J/(cm2·a)。第一、第二营养级间的能量传递效率是　　　 　。
(2)据表中数据推算,d能量的最大值约为　 　J/(cm2·a),据此推算①的数值为　　J/(cm2·a),
②的数值为　 　J/(cm2·a)。
(3)研究人员在鱼塘中投放了以藻类为主要食物的某种鱼X,增加了黑鱼的食物来源。在不提高有机物输入的情况下这样做　　 (填“能”或“不能”)增加黑鱼的产量,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。据此可以看出,研究生态系统能量流动的意义是　 　。
(4)从能量流动角度分析,肉食性动物的生物数量一般少于植食性动物,原因是
　　　　　　 　　。
考向1　围绕能量流动的过程,考查科学思维
1.(2025·山东卷,12)某时刻某动物种群所有个体的有机物中的总能量为①,一段时间后,此种群所有存活个体的有机物中的总能量为②,此种群在这段时间内通过呼吸作用散失的总能量为③,这段时间内死亡个体的有机物中的总能量为④。此种群在此期间无迁入迁出,无个体被捕食,估算这段时间内用于此种群生长、发育和繁殖的总能量时,应使用的表达式为(　　)
A.②-①+④ B.②-①+③
C.②-①-③+④ D.②-①+③+④
“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:
考向2　围绕生态系统能量流动的计算分析,考查科学思维
2.(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
3.(2025·安徽合肥月考)稻—鱼—蛙种养结合是生态农场里常见的模式。某生态农场稻田生态系统的能量流动过程如图所示,箭头上数字表示能量值[单位:kJ/(m2·a]),①~④表示生态系统的生物成分。下列相关叙述错误的是(　　)
A.②可加快该生态系统的物质循环
B.②→③的能量传递效率为12.67%
C.流经该生态系统的总能量包括①固定的太阳能和有机物输入的化学能
D.去除田间杂草可调整能量流动的关系,使能量流向对人类最有益的部分
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能量传递效率时,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%。
考点二　生态金字塔及研究能量流动的意义
1.生态金字塔的类型及特点
2.研究能量流动的实践意义
(选择性必修2 P58正文)从能量流动角度分析,将秸秆作饲料喂牲畜,牲畜的粪便用来制沼气,沼渣再作为肥料还田的目的是 　 。
【判断正误】
(1)(2024·河北卷,12)人工林通常是在栽培某树种后,经多年持续去除自然长出的其他树木进行抚育,形成单种乔木的森林。人工林经过抚育,环境中的能量和物质更高效地流向栽培树种。(　　)
(2)(2022·江苏卷,12)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。(　　)
(3)(2021·浙江6月选考,7)生态金字塔显示了各营养级之间的数量关系。(　　)
(4)(2021·浙江6月选考,7)生态金字塔中每个营养级的生物均属于同一食物链。(　　)
(5)(2021·北京卷,11)菌渣作为农作物的肥料可实现能量的循环利用。(　　)
考向3　围绕生态系统能量流动及生态金字塔的特点,考查科学思维
4.(2025·陕西西安期末)如图表示某生态系统的某种生态金字塔,Ⅰ~Ⅳ表示不同营养级,Ⅰ中含有生产者。下列相关叙述错误的是(　　)
A.图中Ⅱ、Ⅲ营养级中可能存在同种生物
B.生物量金字塔的每一层表示单位时间内每个营养级所容纳的有机物的总干重
C.能量金字塔通常是上窄下宽的金字塔,这主要体现了能量单向流动的特点
D.生态金字塔说明人类的活动必须遵循自然规律才能实现可持续发展
考向4　围绕能量流动的意义,考查科学思维和社会责任
5.(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
1.(2025·甘肃卷,14)正确认识与理解生态系统的能量流动规律,对合理保护与利用生态系统有重要意义。下列叙述正确的是(　　)
A.提高传递效率就能增加营养级的数量
B.呼吸作用越大,能量的传递效率就越大
C.生物量金字塔也可以出现上宽下窄的情形
D.能量流动的单向性决定了人类不能调整能量流动关系
2.(2025·广西卷,10)某大型淡水湖入湖河口形成了碟形湖。丰水期碟形湖区与主湖区湖水相连,枯水期碟形湖与主湖水流隔断,见图。下列说法错误的是(　　)
A.枯水期时碟形湖与主湖之间存在物质交换
B.丰水期时碟形湖区和主湖区藻类密度通常相等
C.枯水期时碟形湖和主湖的能量金字塔均为正金字塔形
D.丰水期时相邻两个营养级之间的能量传递效率为10%~20%
3.(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
4.(2024·黑吉辽卷,16改编)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的产生过程是能量循环的必要环节
5.(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　　　　　　　　　。 (共51张PPT)
第46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。
考情 分析 1.能量流动的过程和模型分析 2025·湖南卷,13;2025·甘肃卷,14;2025·山东卷,12;2024·江西卷,9;2024·黑吉辽卷, 16;2024·江苏卷,4;2024·山东卷,12;2023·新课标卷,33;2023·全国甲卷,5;2023·山东卷,13
2.生态金字塔及研究能量流动的意义 2025·甘肃卷,14;2025·浙江1月选考,21; 2024·山东卷,12
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 的过程,称为生态系统的能量流动。
必备知识·梳理
落实概念·夯实基础
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。
光合
呼吸
热能
生长、发
育和繁殖
分解者
1.(选择性必修2 P55思考·讨论)流经某生态系统的能量不能全部再回到这个生态系统中的原因是
。
细读教材
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)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　a.摄入量≠同化量:摄入量-粪便中的能量才是同化量。
b.粪便中的能量≠尿液中的能量:粪便中的能量不属于动物同化量,但尿液中尿素所含能量应属于动物同化量的一部分。
c.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。
3.能量流动的特点及原因
低
营养级
高营养级
10％～20％
分解者
2.(选择性必修2 P56旁栏思考)能量在流动过程中逐级递减,与能量守恒定律并不矛盾,理由是
。
细读教材
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+被各个营养级的生物利用、散发至非生物环境中的能量,即总能量依然遵循能量守恒定律
(1)(2025·江苏卷,17)岛屿生态系统的部分能量随候鸟的迁徙等途径流出。
(　　)
√
(2)(2024·海南卷,5)龟卵中的能量来自母龟同化的能量。(　　)
【判断正误】
√
(3)(2023·江苏卷,14)在江苏沿海湿地生态系统中, 植物a、b中的能量沿着食物链单向流动、逐级递减,最终以热能形式散失。(　　)
√
(4)(2023·全国甲卷,5)作为生产者的绿色植物所固定的能量来源于太阳。
(　　)
(5)(2023·河北卷,11)蜜蜂采食花蜜过程中发生了生态系统的能量流动。
(　　)
√
√
【情境·思维·深析】
某淡水渔业研究所在附近小河中开辟了一块实验鱼塘,进行黑鱼养殖模式研究,研究人员根据鱼塘中部分生物之间的关系,绘制了如图所示的能量流动示意图,其中a～e分别表示流向不同种群的能量数值,单位是J/(cm2·a),部分营养级能量流动数据如下表。回答下列问题。
营养级 同化量 呼吸消耗的能量 流向分解者的能量 未利用的能量
一 700 390 90 115
二 105 ① 14 11
三 ② 9 5.8 2
(1)蓝细菌在该生态系统的组成成分中属于 ,据图、表分析,流入该生态系统的总能量为 (用数字和字母表示)J/(cm2·a)。第一、第二营养级间的能量传递效率是 。
(2)据表中数据推算,d能量的最大值约为 J/(cm2·a),据此推算①的数值为 J/(cm2·a),②的数值为 J/(cm2·a)。
(3)研究人员在鱼塘中投放了以藻类为主要食物的某种鱼X,增加了黑鱼的食物来源。在不提高有机物输入的情况下这样做 (填“能”或“不能”)增加黑鱼的产量,原因是 。据此可以看出,研究生态系统能量流动的意义是
。
生产者
700+e
15%
4.2
59
21
能
黑鱼从较短的食物链获取能量更多
通过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
(4)从能量流动角度分析,肉食性动物的生物数量一般少于植食性动物,原因是
。
能量在传递过程中逐级递减,导致肉食性动物所获得的能量相对较少,
所以肉食性动物的生物数量一般少于植食性动物
考向1　围绕能量流动的过程,考查科学思维
1.(2025·山东卷,12)某时刻某动物种群所有个体的有机物中的总能量为①,一段时间后,此种群所有存活个体的有机物中的总能量为②,此种群在这段时间内通过呼吸作用散失的总能量为③,这段时间内死亡个体的有机物中的总能量为④。此种群在此期间无迁入迁出,无个体被捕食,估算这段时间内用于此种群生长、发育和繁殖的总能量时,应使用的表达式为(　　)
A.②-①+④ B.②-①+③
C.②-①-③+④ D.②-①+③+④
A
核心考向·突破
把握方向·训练到位
【解析】 根据同化量=呼吸作用散失的能量+用于生长、发育和繁殖的能量,在不考虑迁入迁出且没有个体被捕食的情况下,该种群在这段时间内的同化量=现有的有机物总量(即②+④)+这段时间内呼吸作用散失的能量
(③)-某时刻(统计的初始时刻)的有机物总量(①),因此这段时间内用于此种群生长、发育和繁殖的总能量=同化量(②+④+③-①)-这段时间呼吸作用散失的能量(③)=②+④-①。
“拼图法”分析能量流动过程
归纳总结
(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:
归纳总结
考向2　围绕生态系统能量流动的计算分析,考查科学思维
2.(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。
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
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
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90×105+42×105=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,因此无法计算生产者有多少能量流入下一营养级;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);初级消费者摄入量包括粪便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量和用于生长、发育和繁殖的量,用于生长、发育和繁殖的量又分为流向下一营养级的量和被分解者利用的量,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。
3.(2025·安徽合肥月考)稻—鱼—蛙种养结合是生态农场里常见的模式。某生态农场稻田生态系统的能量流动过程如图所示,箭头上数字表示能量值
[单位:kJ/(m2·a]),①～④表示生态系统的生物成分。下列相关叙述错误的是
(　　)
A.②可加快该生态系统的物质循环
B.②→③的能量传递效率为12.67%
C.流经该生态系统的总能量包括①固定的太阳能和有机物输入的化学能
D.去除田间杂草可调整能量流动的关系,使能量流向对人类最有益的部分
B
【解析】 ②是消费者,消费者的存在能加快生态系统的物质循环;③的同化量为0.5+8.5+2=11 [kJ/(m2·a)],其中来自第二营养级②的能量为11-8=
3 [kJ/(m2·a)],第二营养级②的同化量为1.5+4+9.5+(11-8)=18 [kJ/(m2·a)],故②→③的能量传递效率为3÷18×100%≈16.67%;流经该生态系统的总能量包括生产者(①)固定的太阳能,以及人工输入的有机物中的化学能;去除田间杂草,能减少杂草对光能等资源的竞争,调整能量流动关系,使更多的能量流向水稻等对人类最有益的部分。
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%。
归纳总结
考点二
生态金字塔及研究能量流动的意义
1.生态金字塔的类型及特点
必备知识·梳理
落实概念·夯实基础
逐级递减
2.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
(选择性必修2 P58正文)从能量流动角度分析,将秸秆作饲料喂牲畜,牲畜的粪便用来制沼气,沼渣再作为肥料还田的目的是
。
细读教材
实现对能量的多级利用,
从而大大提高能量的利用率
(1)(2024·河北卷,12)人工林通常是在栽培某树种后,经多年持续去除自然长出的其他树木进行抚育,形成单种乔木的森林。人工林经过抚育,环境中的能量和物质更高效地流向栽培树种。(　　)
(2)(2022·江苏卷,12)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。(　　)
【判断正误】
√
×
【提示】 人为操纵生态系统的营养结构可调整能量流动方向,但不能改变能量传递效率。
(3)(2021·浙江6月选考,7)生态金字塔显示了各营养级之间的数量关系。
(　　)
(4)(2021·浙江6月选考,7)生态金字塔中每个营养级的生物均属于同一食物链。
(　　)
√
×
【提示】 生态金字塔中每个营养级的生物不一定属于同一食物链。
(5)(2021·北京卷,11)菌渣作为农作物的肥料可实现能量的循环利用。(　　)
×
【提示】 能量不能循环利用。
考向3　围绕生态系统能量流动及生态金字塔的特点,考查科学思维
4.(2025·陕西西安期末)如图表示某生态系统的某种生态金字塔,Ⅰ～Ⅳ表示不同营养级,Ⅰ中含有生产者。下列相关叙述错误的是(　　)
A.图中Ⅱ、Ⅲ营养级中可能存在同种生物
B.生物量金字塔的每一层表示单位时间内每个营养级所容纳的有机物的总干重
C.能量金字塔通常是上窄下宽的金字塔,这主要体现了能量单向流动的特点
D.生态金字塔说明人类的活动必须遵循自然规律才能实现可持续发展
核心考向·突破
把握方向·训练到位
C
【解析】 同种生物可能占据不同营养级,故图中Ⅱ、Ⅲ营养级中可能存在同种生物;生物量金字塔的每一层表示单位时间内每个营养级所容纳的有机物的总干重;能量金字塔通常是上窄下宽的,体现了能量流动具有逐级递减的特点;生态金字塔告诉人们,大自然的负载能力是有限的,不可能超过负载能力去供养金字塔顶端的消费者,人类的活动必须遵循自然规律,才能实现可持续发展。
考向4　围绕能量流动的意义,考查科学思维和社会责任
5.(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。
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
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
【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单独套养黄鳝的防治率,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;能量传递效率是相邻两个营养级同化量的比值,一般来说,能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%～20%,且据题表信息不能判断食物链相邻营养级的能量传递效率是否提高;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。
演练真题·感悟高考
1.(2025·甘肃卷,14)正确认识与理解生态系统的能量流动规律,对合理保护与利用生态系统有重要意义。下列叙述正确的是(　　)
A.提高传递效率就能增加营养级的数量
B.呼吸作用越大,能量的传递效率就越大
C.生物量金字塔也可以出现上宽下窄的情形
D.能量流动的单向性决定了人类不能调整能量流动关系
C
【解析】 能量传递效率一般是固定的,为10%～20%,不能提高,而且营养级的数量主要取决于生态系统中的能量总量等因素,而不是传递效率;能量传递效率等于相邻两营养级同化量之比,与呼吸作用无直接关系;生物量金字塔是按照各个营养级生物量之间的关系绘制而成的金字塔形,在一些特殊情况下,比如海洋生态系统中,由于浮游植物个体小、寿命短,且不断被浮游动物捕食,可能会出现生物量金字塔上宽下窄的情形;人类可以通过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,比如合理确定草场的载畜量等。
2.(2025·广西卷,10)某大型淡水湖入湖河口形成了碟形湖。丰水期碟形湖区与主湖区湖水相连,枯水期碟形湖与主湖水流隔断,见图。下列说法错误的是(　　)
A.枯水期时碟形湖与主湖之间存在物质交换
B.丰水期时碟形湖区和主湖区藻类密度通常相等
C.枯水期时碟形湖和主湖的能量金字塔均为正金字塔形
D.丰水期时相邻两个营养级之间的能量传递效率为10%～20%
B
【解析】 枯水期虽水流隔断,但生物活动、物质扩散等仍能使碟形湖与主湖存在物质交换;丰水期碟形湖区(入湖河口形成)与主湖区的环境(如营养盐分布、水流速度等)存在差异,藻类密度通常不相等;能量沿食物链逐级递减,枯水期碟形湖和主湖的能量金字塔均为正金字塔形(底层生产者含能量最多,向上逐级减少);生态系统中,相邻两个营养级之间的能量传递效率通常为10%～20%,丰水期也遵循该规律。
3.(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
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。
4.(2024·黑吉辽卷,16改编)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的产生过程是能量循环的必要环节
C
【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。
5.(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。
谢谢观赏第46讲　生态系统的能量流动
(时间:30分钟)
1.(2025·陕西西安一模)生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程,被称为生态系统的能量流动。初级消费者所同化的能量中,通过捕食进行传递的是(　　)
A.通过呼吸作用散失的能量
B.经遗体残骸流向分解者的能量
C.流入次级消费者的能量
D.未被利用的能量
2.(2025·河北秦皇岛一模)某稳定的生态系统某时刻形成了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.能量不能由初级消费者流向生产者
B.数量金字塔不会呈现上宽下窄倒置的金字塔形
C.流入分解者的能量都来自第一营养级固定的能量
D.生态金字塔中的每层级代表一个营养级,但不包括分解者
3.(2025·云南质检)生态金字塔的一般模式如图所示,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别代表第一、第二、第三营养级。下列说法错误的是(　　)
A.生态金字塔可分别以能量、生物量和个体数量为指标绘制
B.生态金字塔中最底层一般代表的是生产者,最顶层代表的是分解者
C.图中Ⅱ、Ⅲ营养级中可能存在同种生物
D.若Ⅰ的面积小于Ⅱ的面积,可能与生物个体的体型大小有关
4.(2025·湖南长沙质检)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.营养级是指处于食物链同一环节上同种生物的总和
C.调查群落内各物种间的捕食与被捕食关系,可构建食物链
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
5.(2025·广东广州模拟)禽粮互作是北方农区有机玉米地散养柴鸡的创新模式。鸡群自由觅食自然资源并辅以人工补料,能控制“害虫”“杂草”,减少或避免农药使用,鸡粪还能提升土壤肥力,保障作物产量和品质。据此判断,以下说法正确的是(　　)
A.禽粮互作模式能使能量持续高效地流向对人类有益的方向
B.流入该生态系统的总能量为生产者所固定的太阳能
C.该模式充分利用了农田的空间资源,提高了能量传递效率
D.该种养殖模式可实现物质和能量的循环利用
6.(2025·河北衡水二模)下图为某湖泊能量流动统计图。下列分析正确的是(　　)
A.生态系统的能量流动是指生态系统中能量的输入和传递两个过程
B.从图中可以看出,造成能量逐级递减的原因是呼吸消耗与分解者的分解作用
C.该湖泊生态系统中生产者用于自身生长、发育和繁殖的能量为342.1 J/(cm2·a)
D.初级消费者到次级消费者的能量传递效率约为20%
7.(2025·陕西商洛二模)某生态果园中的一条食物链由3个种群组成,科研人员调查了三个种群一年内能量流动部分数据(数值单位为×104kJ),结果如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A.图中未利用的能量是指三个种群流向分解者的能量
B.该食物链为种群Ⅲ→种群Ⅱ→种群Ⅰ
C.种群Ⅰ用于生长、发育和繁殖的能量为6.0×104 kJ
D.种群Ⅱ全部个体用于呼吸消耗的能量为54.5×104 kJ
8.(2025·河南郑州联考)如图表示在一个生态系统中,植物光合作用积累的有机物被植食性动物利用的过程。下列说法错误的是(　　)
A.植食动物粪便中的能量属于②中能量的一部分
B.生产者到初级消费者的能量传递效率可表示为③/①×100%
C.⑧/③的数值较大时,不利于提高畜牧养殖的产量
D.④的能量是同化量中用于生长、发育和繁殖的能量
9.(2025·河北邢台期末)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)。 第46讲　生态系统的能量流动
(时间:30分钟)
1.(2025·陕西西安一模)生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程,被称为生态系统的能量流动。初级消费者所同化的能量中,通过捕食进行传递的是(　　)
A.通过呼吸作用散失的能量
B.经遗体残骸流向分解者的能量
C.流入次级消费者的能量
D.未被利用的能量
【答案】 C
【解析】 初级消费者同化的能量中,通过捕食传递的能量是指初级消费者被次级消费者捕食后,流入次级消费者的能量。
2.(2025·河北秦皇岛一模)某稳定的生态系统某时刻形成了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.能量不能由初级消费者流向生产者
B.数量金字塔不会呈现上宽下窄倒置的金字塔形
C.流入分解者的能量都来自第一营养级固定的能量
D.生态金字塔中的每层级代表一个营养级,但不包括分解者
【答案】 B
【解析】 数量金字塔可能会呈现上宽下窄倒置的金字塔形,例如,一棵大树上可能有许多昆虫(第二营养级),此时昆虫的数量多于大树(第一营养级),数量金字塔倒置。
3.(2025·云南质检)生态金字塔的一般模式如图所示,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别代表第一、第二、第三营养级。下列说法错误的是(　　)
A.生态金字塔可分别以能量、生物量和个体数量为指标绘制
B.生态金字塔中最底层一般代表的是生产者,最顶层代表的是分解者
C.图中Ⅱ、Ⅲ营养级中可能存在同种生物
D.若Ⅰ的面积小于Ⅱ的面积,可能与生物个体的体型大小有关
【答案】 B
【解析】 生态金字塔最底层一般代表生产者,最顶层代表的是最高级消费者。
4.(2025·湖南长沙质检)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.营养级是指处于食物链同一环节上同种生物的总和
C.调查群落内各物种间的捕食与被捕食关系,可构建食物链
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
【答案】 C
【解析】 能量流动逐级递减,营养级越高,所获得的能量越少;营养级是同一环节上所有生物的总和,而非同种生物;食物链反映的是生物之间捕食与被捕食的关系,通过调查群落内各物种间的捕食与被捕食关系构建食物链;生态系统的能量金字塔,是依据单位时间内各营养级所获得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得到的,仅测算主要食物链各环节的能量值,无法全面构建整个生态系统的能量金字塔。
5.(2025·广东广州模拟)禽粮互作是北方农区有机玉米地散养柴鸡的创新模式。鸡群自由觅食自然资源并辅以人工补料,能控制“害虫”“杂草”,减少或避免农药使用,鸡粪还能提升土壤肥力,保障作物产量和品质。据此判断,以下说法正确的是(　　)
A.禽粮互作模式能使能量持续高效地流向对人类有益的方向
B.流入该生态系统的总能量为生产者所固定的太阳能
C.该模式充分利用了农田的空间资源,提高了能量传递效率
D.该种养殖模式可实现物质和能量的循环利用
【答案】 A
【解析】 禽粮互作调整了该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有益的方向;流经该农业生态系统的总能量是生产者所固定的太阳能和人工投入的有机物中的化学能;此种模式充分利用了农田空间,提高了能量利用率,但不能提高营养级间的能量传递效率;该种养殖模式可实现物质的循环利用,但生态系统中的能量流动是单向的、逐级递减的。
6.(2025·河北衡水二模)下图为某湖泊能量流动统计图。下列分析正确的是(　　)
A.生态系统的能量流动是指生态系统中能量的输入和传递两个过程
B.从图中可以看出,造成能量逐级递减的原因是呼吸消耗与分解者的分解作用
C.该湖泊生态系统中生产者用于自身生长、发育和繁殖的能量为342.1 J/(cm2·a)
D.初级消费者到次级消费者的能量传递效率约为20%
【答案】 D
【解析】 生态系统的能量流动是指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程;由题图可知,造成能量逐级递减的原因是呼吸消耗、分解者的分解作用,还有未被利用的能量;生产者用于生长、发育和繁殖的能量=生产者同化量-生产者呼吸作用散失的能量,为454.4-100.8=353.6[J/(cm2·a)];初级消费者到次级消费者的能量传递效率为11.8/(17.1+11.8+1.9+28.3)×100%≈20%。
7.(2025·陕西商洛二模)某生态果园中的一条食物链由3个种群组成,科研人员调查了三个种群一年内能量流动部分数据(数值单位为×104kJ),结果如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A.图中未利用的能量是指三个种群流向分解者的能量
B.该食物链为种群Ⅲ→种群Ⅱ→种群Ⅰ
C.种群Ⅰ用于生长、发育和繁殖的能量为6.0×104 kJ
D.种群Ⅱ全部个体用于呼吸消耗的能量为54.5×104 kJ
【答案】 C
【解析】 未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;据图可知,种群Ⅱ同化的能量最多,种群Ⅰ次之,种群Ⅲ最少,由于能量在流动过程中是随营养级逐级递减的,因此该食物链为种群Ⅱ→种群Ⅰ→种群Ⅲ;种群Ⅰ同化的能量减去呼吸消耗的能量等于用于自身生长、发育和繁殖的能量,即15.0×104-9.0×104= 6.0×104(kJ);种群Ⅱ同化的能量(111.0×104kJ)中除了包括未利用的能量(41.5×104kJ)及呼吸消耗的能量外,还有流向下一营养级的能量和流向分解者的能量,因此根据图中数值无法得出种群Ⅱ全部个体用于呼吸消耗的能量为54.5×104 kJ。
8.(2025·河南郑州联考)如图表示在一个生态系统中,植物光合作用积累的有机物被植食性动物利用的过程。下列说法错误的是(　　)
A.植食动物粪便中的能量属于②中能量的一部分
B.生产者到初级消费者的能量传递效率可表示为③/①×100%
C.⑧/③的数值较大时,不利于提高畜牧养殖的产量
D.④的能量是同化量中用于生长、发育和繁殖的能量
【答案】 B
【解析】 相邻两个营养级之间的能量传递效率指的是两个营养级同化量的比值,生产者植物光合作用固定的总能量不知道,故无法计算生产者到初级消费者的能量传递效率。
9.(2025·河北邢台期末)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】 (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)]。

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