高考生物总复习第9单元第33讲生态系统的能量流动学案.docx

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高考生物总复习第9单元第33讲生态系统的能量流动学案

生态系统的能量流动

[考纲点击]　生态系统中能量流动的基本规律及应用（Ⅱ）

生态系统的能量流动

1．概念理解

—

　↓

—

　↓

—太阳能→有机物中化学能→热能

　↓

—

2．第一营养级能量分析

3．消费者能量分析

（1）从图解可以得到：

摄入量＝同化量＋粪便量。

（2）在各营养级中，能量的几个去路：

通过呼吸作用以热能的形式散失；被下一营养级生物利用；被分解者利用；未被利用。

4．特点：

单向流动和逐级递减。

5．能量传递效率

相邻两个营养级的传递效率＝

×100%。

一般能量传递效率为10%～20%。

6．研究意义

（1）帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。

（2）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．能量流动的三个常考点

（1）起点：

从生产者固定太阳能开始（输入能量）。

（2）总能量：

流经生态系统的总能量＝生产者所固定的太阳能总量。

（3）渠道：

沿食物链和食物网传递（传递能量）。

2．生产者固定的太阳能的三个去向

（1）呼吸作用消耗。

（2）下一营养级同化。

（3）分解者分解。

3．能量流动的两个特点：

单向流动、逐级递减。

考法一　利用过程图分析生态系统的能量流动

1．流入某一营养级的能量来源和去路

（1）能量来源

（2）能量去向：

流入某一营养级（最高营养级除外）的能量去向可从以下两个角度分析：

①定量不定时能量的最终去路：

a.自身呼吸消耗；b.流入下一营养级；c.被分解者分解利用。

②定量定时：

流入某一营养级的一定量的能量在一定时间内的去路可有四条：

a.自身呼吸消耗；b.流入下一营养级；c.被分解者分解利用；d.未被自身呼吸消耗，也未被下一营养级和分解者利用，即“未利用”，如果是以年为单位研究，这部分的能量将保留到下一年。

2．能量流动特点及原因分析

（1）单向流动

①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。

②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，因此能量流动无法循环。

（2）逐级递减

①各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。

②各营养级的能量都会有一部分流入分解者，包括未被下一营养级生物利用的部分。

3．生态金字塔的类型及特点

项目

能量金字塔

数量金字塔

生物量金字塔

形状

每一阶含义

每一营养级生物所含能量的多少

每一营养级生物个体的数目

每一营养级生物的有机物总量

象征

含义

能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性

一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐步递减

一般生物有机物的总质量沿食物链升高逐级递减

特点

正金字塔形

一般为正金字塔形

一般为正金字塔形

分析

能量流动的过程中总是有能量的耗散，故能量流动逐级递减

成千上万只昆虫生活在一株大树上时，该数量金字塔的塔形也会发生变化

浮游植物的个体小，寿命短，又不断被浮游动物吃掉，所以某一时间浮游植物的生物量（用质量来表示）可能低于浮游动物的生物量

　利用“拼图法”巧解能量流动

（1）输入第一营养级的能量（W1），即生产者的同化量被分为两部分：

一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失（A1），一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖（B1＋C1＋D1）。

后一部分能量中包括现存的植物体B1、流向分解者的C1、流向下一营养级的D1。

（2）第一营养级向第二营养级的能量传递效率＝（D1/W1）×100%，第二营养级向第三营养级的能量传递效率＝（D2/D1）×100%。

视角►　以基础判断、案例分析或模式图分析的形式，考查能量流动的过程及特点

1．（概念模型类）（2016·黑龙江哈尔滨模拟）下图为桑基鱼塘农业生态系统的能量流动图解，据图分析错误的是（　　）

A．图中用于桑树生长发育繁殖的能量是C

B．图中未利用的能量是指蚕粪便中的能量

C．能量传递效率可以用（E＋F＋G＋H）/A表示

D．桑树的总光合速率可以用B＋C表示

解析：

选B。

B表示桑树的呼吸，C表示用于桑树生长、发育、繁殖的能量，F表示用于蚕生长、发育、繁殖的能量，G表示流向分解者、H表示流向下一营养级。

桑树的总光合速率是B＋C，能量传递效率可以用（E＋F＋G＋H）/A表示。

未利用的能量是指既没有流向分解者也没有流向下一营养级和用于呼吸的能量。

2．（表格信息类）（2016·江西于都模拟）科学家R.L.Smith研究了不同种类动物的能量变化情况，部分结果如表所示。

下列叙述不正确的是（　　）

能量数值

（千卡·m－2·a－1）

动物种类　　　　

摄取量（I）

同化量（A）

呼吸量（R）

生产量（P）

收割蚁（植食）

34.50

31.00

30.9

0.10

小蜘蛛（肉食）

12.60

11.90

10.00

1.90

盐沼蝗（植食）

3.71

1.37

0.86

0.51

黄鼠（植食）

5.60

3.80

3.69

0.11

A.收割蚁只有不到1%的同化量用于自身生长发育等生命活动

B．占盐沼蝗摄入食物63%的未同化量可被分解者所利用

C．黄鼠的生长效率（P/A）较低的原因是呼吸消耗的能量较多

D．表中几种动物同化效率（A/I）不同是因为能量传递效率不同

解析：

选D。

根据表格可知，收割蚁同化量为31，而用于自身生长发育等生命活动的能量只有0.10，不到1%的同化量，A正确；摄入量＝同化量＋粪便中能量，因而盐沼蝗摄入食物未同化量为3.71－1.37＝2.34，该部分的能量可被分解者所利用，B正确；黄鼠的同化量为3.80，而呼吸量为3.69，因而其生长效率（P/A）较低的原因是呼吸消耗的能量较多，C正确；表中几种动物同化效率（A/I）不同是因为未同化的能量不同，D错误。

3.（图示信息类）如图表示某一生态系统的能量金字塔，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的营养级，E1、E2代表能量的形式。

下列叙述正确的是（　　）

A．Ⅰ和Ⅳ是实现物质循环的关键生态成分

B．该图所示的食物网只有1条食物链：

Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ

C．E1表示的能量主要是通过光合作用所摄入的能量

D．能量可在食物链中循环利用

解析：

选C。

图中Ⅰ代表生产者，则E1表示的能量主要为生产者通过光合作用固定的能量，Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ都代表消费者，实现物质循环的关键生态成分是生产者和分解者，A错误，C正确。

每一营养级的生物种类可能有很多，该图所示的食物网可能由很多条食物链组成，B错误。

生态系统中能量流动是单向的，能量不能循环利用，D错误。

能量流动的概念和过程

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考法二　能量流动效率复杂计算归类

1.涉及一条食物链的能量流动的最值计算

设食物链为A→B→C→D

已知

问题

求解思路

D营养级

净增重M

至少需要A营养级

多少（设为N）

N＝M÷（20%）3

最多需要A营养级多少（设为N）

N＝M÷（10%）3

A营养级

净增重N

D营养级最多增重多少（设为M）

M＝N×（20%）3

D营养级至少增重多少（设为M）

M＝N×（10%）3

2.涉及多条食物链的能量流动计算

若根据要求只能选择食物网中的一条食物链，计算某一生物获得的最多（或最少）的能量。

其规律如下：

生产者

消费者

3．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，而需按具体数值计数。

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。

视角►　能量流动效率的计算

1．（食物链最值类）下图为某生态系统能量流动示意图。

下列说法正确的是（　　）

A．图中A所固定的能量是B、C的能量之和

B．若C增加1kg，则需要消耗A约42kg

C．B营养级的个体数量一定多于C的个体数量

D．若B的数量越多，则C获得的能量越少

解析：

选B。

能量流动是逐级递减的，A所固定的能量大于B、C之和，A错误；由图可知，A、B之间的传递效率为200/（200＋175＋875）＝4/25，B、C之间传递效率为30/200＝3/20，则C增加1kg，需消耗A为：

1÷4/25÷3/20≈42，B正确；B营养级的个体数量不一定多于C的个体数量，数量金字塔有倒置现象，C错误；一定范围内，若B的数量越多，则C获得的能量越多，D错误。

2．（食物网最值类）有一食物网如下图所示。

如果能量传递效率为10%，各条食物链传递到庚的能量相等，则庚增加1kJ的能量，丙最少含多少能量（　　）

A．550kJ　　　　　　　　　B．500kJ

C．400kJD．100kJ

解析：

选A。

设丙的能量为x，经丙→丁→己→庚传递到庚的能量为0.5kJ，则需要丙0.5÷（10%）3＝500（kJ），经丙→戊→庚传递到庚的能量为0.5kJ，则需要丙0.5÷（10%）2＝50（kJ），即丙最少含500＋50＝550（kJ）的能量。

3.（食物网比例类）右图为一食物网。

若要使丙体重增加x，已知其食用的动物性食物（乙）所占比例为a，至少需要的生产者（甲）的量为y，那么x与y的关系可表示为（　　）

A．y＝90ax＋10x　　　　　　　B．y＝25ax＋5x

C．y＝20ax＋5xD．y＝10ax＋10x

解析：

选C。

由题干中的“至少”可知，应该按最大传递效率20%计算，a表示动物性食物（乙）所占比例，则1—a表示直接从生产者（甲）获得食物所占比例，故有（1－a）x÷20%＋ax÷20%÷20%＝y，即y＝20ax＋5x。

[误区补短]

易错点1　同化量≠摄入量

[点拨]　同化量：

指被消费者消化吸收的物质所含有的能量。

摄入量：

指被消费者摄入的物质所含有的能量。

同化量＝摄入量－粪便量。

易错点2　能量传递效率≠能量利用效率

[点拨]　

（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）能量利用效率：

通常考虑的是流入人体中的能量占生产者能量的比值，或流入最高营养级的能量占生产者能量的比值，或考虑分解者的参与，以实现能量的多级利用。

易错点3　对能量传递效率的定义误解

[点拨]　食物网中，能量传递效率是指某营养级流向各食物链下一营养级的总能量占该营养级的比例。

►微观清障

判断下列有关生态系统能量流动的叙述

（1）（2015·四川卷T4C）森林中生产者积累有机物的能量总和，即为输入该生态系统的总能量。

（　　）

（2）多吃肉食比多吃素食消耗的粮食总量更多。

（　　）

（3）稻田生态系统中，防治稻田害虫可提高生产者和消费者之间的能量传递效率。

（　　）

（4）若在农田周围合理植树，可控制鼠害，从而帮助人们合理地调整该生态系统中的能量流动关系，使人们从中更多获益。

（　　）

（5）相邻两个营养级的能量传递效率不会小于10%，也不会大于20%。

（　　）

（6）生态系统的食物链中营养级越高的生物，其体型必然越大。

（　　）

（7）驱动整个生态系统运转的能量主要来源于绿色植物固定的太阳能。

（　　）

（8）生物圈的物质是自给自足的，能量不需要补充。

（　　）

（9）输入某一生态系统的能量可能是太阳能，也可能是现成有机物中的能量，如人工鱼塘、工厂排出的有机废物。

（　　）

（10）研究能量流动，可合理设计人工生态系统，高效利用能量。

（　　）

答案：

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）√　（5）×　（6）×　（7）√　（8）×　（9）√　（10）√

[能力培优]

用守恒的观点解决能量流动的计算

　[信息解读]

该图示表示的是人为干预的生态系统能量流动的情况，该图主要体现了能量守恒的观点，即对某一营养级而言：

能量输入＝能量输出。

例如：

上图的植食性动物：

能量来源为14＋2，能量去路为2.5＋0.5＋9＋4，能量的来源与能量的去路数值相等。

用守恒的观点解决问题时要注意以下问题：

（1）流经某生态系统的总能量

①对于自然生态系统来说，就是生产者固定的太阳能总量；

②对于一些人工生态系统来说，则是生产者固定的太阳能总量与人工输入的能量之和。

（2）消费者的同化量

①从来源分析，消费者的同化量＝摄入量－粪便量；

②从去路分析，可以是“两条”“三条”“四条”三种情况：

两条：

自身呼吸消耗（热能散失）＋用于生长、发育、繁殖的能量；

三条：

自身呼吸消耗（热能散失）＋流向下一营养级＋被分解者利用；

四条：

自身呼吸消耗（热能散失）＋流向下一营养级＋被分解者利用＋未被利用（限时情况下）。

如果是最高营养级的生物，则其能量去路中没有“流向下一营养级”这一部分。

►强化训练

1．（2016·湖南长沙月考）下图表示某农田生态系统的能量流动情况，其中箭头表示能量流动方向，数字为同化能量数值，单位为J/（cm2·a）。

下列叙述错误的是（　　）

A.流经该农田生态系统的总能量为900J/（cm2·a）

B．图中第一营养级到第二营养级的能量传递效率为15%

C．E生物在该食物网中处于最高营养级

D．图中B和C的种间关系为竞争

解析：

选C。

流经该农田生态系统的总能量为生产者固定的太阳能，即900J/（cm2·a），A正确；第一营养级为A，其能量为900J/（cm2·a），第二营养级为B和C，能量为65＋70＝135J/（cm2·a），故第一营养级到第二营养级的能量传递效率为135/900×100%＝15%，B正确；该食物网的最高营养级为D，E生物为分解者，C错误；B和C都以A为食，故它们的种间关系为竞争，D正确。

2．（2016·合肥模拟）如图为某人工松林18年间能量流动情况的调查统计（单位略），有关说法正确的是（　　）

A．“能量Q”是指生产者固定的太阳能总量

B．无需人工能量投入该松林就可维持其稳定性

C．18年间该松林中分解者获取总能量是285×1010

D．动物的存在加快了人工松林的物质循环

解析：

选D。

能量Q等于树木主干、枯枝落叶、动物中的能量之和，没有包括生产者的呼吸作用，因此不是生产者固定的太阳能总量，A项错误；18年后未伐树中的能量与能量Q相比差距很大，因此需人工能量投入才能维持松林的稳定性，B项错误；图中所示分解者的能量只是生产者流入分解者，没有包括其他生物流向分解者的能量，C项错误；作为消费者的动物对于植物的传粉和种子的传播有重要作用，能加快生态系统的物质循环，D项正确。

考点一　生态系统的能量流动过程

1．（2016·河北邯郸高三摸底）有关生态系统能量流动的叙述中，错误的是（　　）

A．生态系统中所接收的全部太阳能是流经这个生态系统的总能量

B．生态系统中的能量是沿着食物链和食物网流动的

C．能量流动的特点是单向的、不循环的

D．能量流动是逐级递减的，传递效率大约是10%～20%

[导学号29520564]　解析：

选A。

流经生态系统的总能量是生态系统中生产者所固定的全部太阳能，A错误；生态系统中能量的传递途径是食物链和食物网，B正确；能量流动的特点是单向流动、逐级递减，传递效率大约是10%～20%，C、D正确。

2．（2016·浙江衢州质检）如图表示一般生态系统的结构模式图，在不考虑物质的输入和输出的情况下，下列说法正确的是（　　）

A．能量主要以太阳能的形式输入生态系统

B．组分1、2、3分别代表生产者、消费者和分解者

C．在一个幼苗茁壮成长的农田生态系统中能量的输出量和输入量相等

D．如果组分1是生产者，那么组分1代表的是绿色植物

[导学号29520565]　解析：

选A。

地球上生态系统所需要的能量最终都来自太阳能，A正确；太阳能被生产者通过光合作用转化为化学能，生产者除了绿色植物之外，还有能进行化能合成作用的硝化细菌等生物；组分1、组分2、组分3分别代表生产者、分解者和消费者，B、D项错误；农田生态系统中由于部分能量被固定在植物的有机物中，因此，能量的输出量和输入量不相等，C错误。

3．（2015·高考海南卷）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

[导学号29520566]　解析：

选D。

本题主要考查生态系统的能量流动等相关知识。

能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失过程，A正确；分解者的作用就是将有机物分解成无机物，并从中获取生命活动所需的能量，B正确；生态系统维持正常功能需要不断地输入光能，C正确；生产者固定的能量除用于自身呼吸外，部分流向分解者，部分流向下一营养级，D错误。

考点二　能量传递效率的计算

4．（2016·江西五校联考）下表是某营养级昆虫摄食植物后能量流动的情况，下列说法不正确的是（　　）

项目

昆虫摄食量

昆虫粪便量

昆虫呼吸消耗量

昆虫储存在有机物中能量

能量（kJ）

410

210

130

70

A.昆虫同化的能量中约有35%用于其生长、发育和繁殖

B．昆虫粪便量属于植物流向分解者能量的一部分

C．昆虫储存在有机物中的能量属于未利用的能量

D．昆虫的前一营养级的能量至少有1000kJ

[导学号29520567]　解析：

选C。

昆虫的同化量等于其摄入量－粪便中所含能量，即410－210＝200（kJ），同化量－呼吸作用散失的能量即为用于生长、发育、繁殖的能量，所以用于生长、发育和繁殖的能量为200－130＝70（kJ），所占比例为70÷200×100%＝35%，A正确；昆虫粪便量中的能量属于植物中的能量，最终流向分解者，B正确；未利用的能量属于昆虫储存在有机物中的能量的一部分，C错误；根据能量传递效率，昆虫的前一个营养级的能量最小值是200÷20%＝1000（kJ），故D正确。

5．（2016·河南名校月考）下列有关生态系统能量流动的叙述，正确的是（　　）

A．兔子吃了1公斤的草，则这1公斤草中的能量就流入到了兔子体内

B．一只狼捕食了一只兔子，则这只兔子中约有10%～20%的能量流入到狼的体内

C．生产者通过光合作用合成有机物，能量就从无机环境流入到生物群落

D．生态系统的能量是伴随物质而循环利用的

[导学号29520568]　解析：

选C。

兔子吃了1公斤的草，即摄入1公斤草的能量，但摄入的能量并没有全部都流入兔子体内，其粪便的能量没有流入其体内，A错误；能量传递效率是指一个营养级中的能量只有10%～20%被下一个营养级所利用，每个营养级是以种群作为一个整体来研究的，不能以个体为单位来衡量，B错误；生产者通过光合作用合成有机物，能量就从无机环境流入到生物群落，C正确；生态系统的物质可循环，能量不可循环，并沿着食物链和食物网单向流动，逐级递减，D错误。

6．（2015·高考福建卷）下图为某人工鱼塘食物网及其能量传递示意图（图中数字为能量数值，单位是J·m－2·a－1）。

下列叙述正确的是（　　）

A．该食物网中最高营养级为第六营养级

B．该食物网中第一到第二营养级的能量传递效率为25%

C．太阳鱼呼吸作用消耗的能量为1357J·m－2·a－1

D．该食物网中的生物与无机环境共同构成一个生态系统

[导学号29520569]　解析：

选B。

A项，该食物网中最长的食物链为：

浮游植物→浮游动物→幽蚊幼虫→太阳鱼→鲈鱼，食物网中最高营养级鲈鱼属于第五营养级。

B项，第二营养级包括浮游动物和摇蚊幼虫，二者共有的能量为3780＋4200＝7980，因此从第一营养级到第二营养级的能量传递效率为：

7980÷31920×100%＝25%。

C项，一个营养级所含有的能量，一部分流入下一个营养级，还有一部分用于自身呼吸消耗和流向分解者等，题目中1357是1483（太阳鱼总同化量）减去126（下一营养级摄入量）得到的，因此太阳鱼呼吸作用消耗的能量比1357J·m－2·a－1要少。

D项，生态系统的组成成分包括生产者、消费者、分解者和无机环境，而食物网中只有生产者和消费者，无分解者，所以食物网与无机环境不能构成生态系统。

7．（2015·高考四川卷）在适宜温度和大气CO2浓度条件下，测得某森林中林冠层四种主要乔木的幼苗叶片的生理指标（见下表）。

下列分析正确的是（　　）

　物种

指标　　　

马尾松

苦槠

石栎

青冈

光补偿点（μmol·m－2·s－1）

140

66

37

22

光饱和点（μmol·m－2·s－1）

1425

1255

976

924

（光补偿点：

光合速率等于呼吸速率时的光强；光饱和点：

达到最大光合速率所需的最小光强）

A．光强大于140μmol·m－2·s－1，马尾松幼苗叶肉细胞中产生的O2全部进入线粒体

B．光强小于1255μmol·m－2·s－1，影响苦槠幼苗光合速率的环境因素是CO2浓度

C．森林中生产者积累有机物的能量总和，即为输入该生态系统的总能量

D．在群落演替过程中，随着林冠密集程度增大青冈的种群密度将会增加

[导学号29520570]　解析：

选D。

A项，光强大于140μmol·m－2·s－1，即光强大于马尾松幼苗的光补偿点，此时光合速率大于呼吸速率，故叶肉细胞产生的O2一部分进入线粒体，一部分释放到外界。

B项，光强小于1255μmol·m－2·s－1，即光强小于苦槠幼苗光饱和点，此时光合速率随着光强增大而增大，故影响苦槠幼苗光合速率的环境因素主要是光强。

C项，输入该生态系统的总能量是生产者固定的太阳能，而不是生产者积累有机物的能量总和。

D项，根据表格可知青冈的光补偿点较低，可判断青冈在弱光环境中具有优势，故随着林冠密集程度增大，森林中光照减弱，青冈的种群密度将增加。

8．（2016·山西太原模拟）在人为干预下，地震损毁的某自然保护区恢复过程中的能量流动关系如图（单位为103kJ/m2·a），据图分析下列说法正确的是（　　）

A．流经该生态系统的总能量为生产者固定的太阳能

B．在这场地震中，营养级越高的生物受到的影响越小

C．能量在第二营养级到第三营养级之间的传递效率为15.6%

D．各级消费者同化量中都有一小部分能量通过粪便流入分解者

[导学号29520571]　解析：

选C。

流经该生态系统的总能量不仅包括生产者固定的太阳能，还包括人为补偿输入的能量，A错误；由图可知营养级较高的生物，需要补偿输入的能量较多，在这场地震中受到的影响较大，B错误；图中食物链中第二营养级同化的能量是14×103kJ/（m2·a），加上补偿的能量2×103kJ/（m2·a），第二营养级的总能量是16×103kJ/（m2·a），第三营养级同化的能量是2.5×103kJ/（m2·a），所以能量在第二营养级到第三营养级之间的传递效率为2.5÷16＝15.6%，C正确；各级消费者同化的能量不包括其粪便的能量，其粪便的能量应属上一营养级的能量，D错误。

9．图甲表示某草原上仓鼠种群数量变化图（K0表示仓鼠种群在无天敌进入时的环境容纳量），图乙为图甲中仓鼠所摄入能量的去路（字母表示相应能量），据图分析，下列说法错误的是（　　）

A．