高中人教版生物必修3练习第5章 第2节 生态系统的能量流动 Word版含答案.docx

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高中人教版生物必修3练习第5章第2节生态系统的能量流动Word版含答案

第2节　生态系统的能量流动

目标导航

　1.结合概念图，描述能量在生态系统中的流动过程，概述能量流动的概念。

2.结合教材中的有关数据，分析总结能量流动特点。

3.结合实例，阐明研究能量流动的意义。

一、生态系统能量流动的过程（阅读P93－94）

1．能量流动的概念：

是指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。

2．能量流经第一营养级的过程

（1）输入：

生产者通过光合作用把太阳能转化为化学能，固定在有机物中。

（2）能量去向

①在生产者的呼吸作用中以热能形式散失。

②随着残枝败叶等被分解者分解而释放出来。

③被初级消费者摄食同化，流入第二营养级。

3．能量流经第二营养级的过程

（1）输入：

通过摄食生产者获得。

（2）去向

①通过呼吸作用以热能形式散失。

②随尸体、排泄物流向分解者。

③被次级消费者摄食同化，流入下一营养级。

4．能量在某个生态系统中流动过程图解

二、能量流动的特点（阅读P95－96）

1．能量流动的特点

2．能量金字塔：

将单位时间内各个营养级所得到的能量数值，由低到高绘制成图，可形成一个金字塔图形。

三、研究能量流动的实践意义

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。

判断正误：

（1）生态系统的能量流动指能量的输入和散失过程。

（　　）

（2）流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能。

（　　）

（3）散失的热能不可以被生产者固定再次进入生态系统。

（　　）

（4）流经第二营养级的总能量指次级消费者摄入到体内的能量。

（　　）

（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）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。

（　　）

（7）多吃肉食比多吃素食消耗的粮食总量更多。

（　　）

（8）研究能量流动，可调整能量流动关系，使生产者固定的能量全部流向人类。

（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）√　（4）×　（5）×　（6）×　（7）√　（8）×

解析　

（2）流经生态系统的总能量是生产者所固定的太阳能，而不是照射在生产者上的太阳能。

（4）第二营养级是指初级消费者，因此流经第二营养级的总能量是指被第二营养级所同化的能量，而不是被次级消费者摄入到体内的能量。

（7）生态系统的能量传递具有逐级递减的特点，吃肉时人的营养级比吃素食时的营养级高，因此能量消耗多，消耗的粮食多。

（8）由于在各营养级中都会有生物的细胞呼吸存在，通过细胞呼吸，部分能量会以热能的形式散失，因此研究能量流动，可调整能量流动关系，使生产者固定的能量尽可能多地流向对人类最有益的部分，但是做不到全部流向人类。

一、能量流动的概念和过程

1．研究能量流动的分析方法

（1）研究能量流动可以在个体水平上，也可以在群体水平上。

研究生态系统中能量流动一般在群体水平上，这种将群体视为一个整体进行研究是系统科学常用的研究方法。

（2）研究能量在沿着食物链从一个种群流动到另一种群时，需要考虑能量被利用和未被利用等多方面的能量值，以某动物种群捕食种群A为例，“能量流动的分析”过程为：

①未被捕食的是指没有被下一个营养级摄食，仍旧以上一个营养级的形式存在的。

②未食入的是指没有被摄食进去的，如食物的碎屑，动物的骨头、毛发等，植物的秸秆等。

其会被分解者利用。

③未同化的是指粪便，其会被分解者利用。

④在自然界中，对一个种群来说，其同化的能量去向还包括未被捕食的，也可以说是未利用的。

2．生态系统中能量的输入

（1）能量来源：

太阳光能（除极少数特殊空间外）。

（2）能量流动起点：

生产者的光合作用。

（3）输入的总能量：

是生产者通过光合作用固定的太阳能总量。

3．生态系统中能量的传递过程

（1）传递途径：

食物链和食物网。

（2）传递形式：

有机物中的化学能。

（3）传递过程（以初级消费者为例）：

4．能量的散失过程

（1）形式：

热能（热能是能量流动的最终归宿）。

（2）过程：

有机物（化学能）

能量

（3）特殊途径

动植物遗体、残落物等形成煤炭、石油等化石燃料热能。

1．某一营养级的生物是指生物个体还是指某个种群？

答案　某一营养级的生物代表处于该营养级的所有生物，不代表生物个体也不是某个种群。

2．判断分析“一只老虎捕食了一只野兔，则野兔的全部能量都流向了老虎”的对错，并思考消费者摄入的能量、同化的能量与粪便中的能量有什么关系？

答案　错，还有一部分未被老虎消化吸收的残渣、粪便中的能量存在；同化的能量＝消费者摄入的能量－粪便中的能量。

3．请分析每一营养级能量的来源。

答案　

（1）生产者的能量来自太阳能；各级消费者的能量一般来自上一个营养级（同化量＝摄入量－粪便中所含能量）。

（2）流入各级消费者的总能量是指各级消费者所同化的能量，排出的粪便中的能量不计入排便生物所同化的能量（粪便中的能量属于上一营养级所同化的能量的一部分）。

（3）分解者的能量来自生产者和消费者。

4．请分析某个营养级的能量去向。

输入到某个营养级的能量的去向都相似吗？

答案　某个营养级的能量去路一般有：

①该营养级生物呼吸消耗。

②流入到下一个营养级的生物中。

③以动植物遗体、残枝落叶等形式被分解者分解利用。

其中，输入最高营养级的能量的去向只有2个，即：

①该营养级生物呼吸消耗。

②被分解者分解利用。

1．下图为某生态系统的能量流动简图，下列叙述错误的是（　　）。

A．甲是生产者，乙是消费者

B．该生态系统是一个开放的系统

C．太阳光能通过光合作用固定并进入系统，可以热能形式输出

D．甲、乙和分解者所储存的能量之和是输入该生态系统的总能量

问题导析

（1）由图可知，甲能够固定太阳能，则甲为生产者，乙从甲获取能量，则乙为消费者。

（2）太阳光能通过光合作用固定并进入生态系统，经过生产者、消费者和分解者的呼吸作用后有一部分以热能的形式散失，因此说生态系统需要不断从外界获得能量的同时又不断将能量扩散到外界。

（3）输入该生态系统的总能量是生产者甲固定的太阳能总量。

答案　D

一题多变

判断正误：

（1）图甲中一定有叶绿体。

（　　）

（2）甲中每个个体的能量都多于乙中每个个体的能量。

（　　）

（3）甲中流向分解者的能量包含了乙的粪便中所含的能量。

（　　）

（4）能量输入至甲、乙中所发生的能量转化形式是相同的，而由甲、乙和分解者散失时的能量转化形式是不同的。

（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）×

二、能量流动的特点和意义

1．能量流动特点的成因分析

（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，也有未被下一营养级生物所利用的部分。

2．能量流动模型——生态金字塔

不同的生态金字塔能形象地说明营养级与能量、生物量、数量之间的关系，是定量研究能量流动的直观体现。

　　类型

项目

能量金字塔

数量金字塔

生物量金字塔

形状

特点

正金字塔形

一般为正金字塔形，有时会出现倒金字塔形，如树上昆虫与鸟的数量关系

一般为正金字塔形（特例：

如某一时间内，浮游植物的生物量可能低于浮游动物的生物量）

象征含义

能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特征

生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减

生物量（现存生物有机物的总质量）沿食物链流动逐级递减

每一级含义

食物链中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

每一营养级生物的总生物量

5．是不是所有的食物链都不会超过五个营养级？

答案　不一定。

对于某些低营养级由个体小、数量大的小生物构成的食物链，可以超过5个营养级。

6．下图为某城市生态系统能量金字塔，为什么呈倒置状况也能维持生态系统的正常运转？

答案　因为城市生态系统的能量基本是靠外部输入，所以其自身初级营养级能量很低，而次级营养级因为人口众多的缘故能量很高，从而能量体现出倒金字塔。

7．肉类和鸡蛋的价格比粮食和蔬菜高，从能量流动角度看，其道理何在？

答案　食物链延长，能量流失多，动物性食品成本高。

2．下图为生态系统中能量流动图解部分示意图，①②③④各代表一定的能量值，下列叙述中错误的是（　　）。

A．生态系统中能量流动具有单向性主要是因为食物链中生物之间吃与被吃的关系不可逆转

B．一般情况下，能量在相邻的两个营养级之间的传递效率大约是10%～20%

C．①表示流经此生态系统的总能量

D．从能量关系看②＞③＋④

问题导析

（1）食物链中的捕食关系是长期自然选择形成的，不会倒转，因此生态系统中能量流动具有单向性。

（2）一般情况下能量在相邻两个营养级之间的传递效率大约是10%～20%。

（3）流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能，即流入生产者的总能量。

（4）一个营养级的能量都可以包括三部分：

流向下一营养级、流向分解者、自身呼吸作用所消耗。

答案　C

一题多变

（1）上题中，三级消费者的能量流动途径是_____________________________________。

（2）除了图中所示，第二营养级同化的能量还有一部分__________________________。

（3）从图中可以总结出能量流动的特点是____________、____________。

（4）人类对生态系统的能量流动进行调查研究，其意义是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）流向分解者、自身呼吸作用所消耗　

（2）在细胞呼吸中以热能的形式散失　（3）单向流动　逐级递减　（4）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．在一个生态系统中，某草食动物同化的能量等于（　　）。

A．生产者固定的太阳能总量

B．生产者固定的太阳能总量减去生产者的呼吸量

C．被草食动物吃了的植物中所含的能量减去粪便中所含的能量

D．用于草食动物的生长、发育、繁殖等生命活动所需的能量

答案　C

解析　草食动物以草为食物，经消化吸收，真正进入体内的能量是食物中的能量减去粪便中包含的能量，即其同化的能量。

2.下图为生态系统能量流动的部分图解，①代表一定的能量值。

下列相关叙述中，正确的是（　　）。

A．生态系统的能量流动是循环进行的

B．能量在沿食物链流动时逐级递减

C．次级消费者属于第二营养级

D．图中①代表呼吸作用所消耗的能量

答案　B

解析　生态系统的能量流动是单向的、逐级递减的；次级消费者属于第三营养级；图中①代表生产者流向分解者的能量。

3.在社会主义新农村建设中，四川某地通过新建沼气池和植树造林，构建了新型农业生态系统（如图所示）。

下列有关叙述中，不正确的是（　　）。

A．该生态系统中，处于第二营养级的生物有人和家禽、家畜

B．该生态系统中，人的作用非常关键，植物是主要成分

C．该生态系统的建立，提高了各营养级间的能量传递效率

D．沼气池的建造，提高了该生态系统能量的利用率

答案　C

解析　在人工建立的生态系统中，人的作用非常关键，离开了人的作用，生态系统就会崩溃。

生产者是整个系统的能量来源和物质来源，是主要成分，人和家禽、家畜都可以农作物为食，属于第二营养级。

该生态系统的建立，实现能量的多级利用，从而提高了能量利用率，但不能提高各营养级的能量传递效率。

4.根据某生态系统的相关图示，分析回答有关问题。

（1）在此食物网中共有________条食物链，猫头鹰占有________个营养级。

如果猫头鹰的体重每增加1kg，则至少需要草________kg，至多需要草________kg。

（2）在此食物网中，种间关系为捕食和竞争的是____________、________。

（至少写出两组）

（3）根据能量流动的图示可知，初级消费者自身生命活动所消耗的能量是图中的箭头________；三级消费者排出的粪便中仍含有部分能量，这一部分能量被分解者所利用应属于图示中的箭头________。

（用图中的①～⑬来表示）

（4）从不同营养级间能量传递的多少来看，图中②③④的特点是_____________________。

答案　

（1）8　4　25　100000　

（2）蛇、猫头鹰　蜘蛛、蟾蜍（或蜘蛛、食虫鸟）　（3）⑤　⑨　（4）单向流动、逐级递减

解析　如题图所示，从左向右数，在此食物网中共有8条食物链，根据猫头鹰占据的位置，可以得出猫头鹰占有4个营养级。

如果猫头鹰的体重每增加1kg，至多需要多少草应该考虑能量传递效率为10%和食物链最长，至少需草量的能量传递效率为20%和食物链最短。

每一个营养级的能量都有三个去向，那就是呼吸消耗、被下一营养级同化和被分解者利用，由图可知，E为分解者，那么初级消费者自身生命活动所消耗的能量是图中的箭头⑤，同理可知，三级消费者排出的粪便中仍含有部分能量，这一部分能量被分解者所利用，应属于图示中的箭头⑨。

能量流动的特点是单向流动、逐级递减，所以从不同营养级间能量传递的多少来看，图中②③④的特点是单向流动、逐级递减。

基础巩固

1．生态系统的能量流动中，能量形式转变的顺序是（　　）。

A．光能→化学能→热能

B．热能→光能→化学能

C．化学能→光能→热能

D．光能→热能→化学能

答案　A

解析　生态系统中的能量流动应从生产者固定太阳能开始。

生产者将光能转化为有机物中的化学能，然后依次再被各级消费者利用，最终以热能的形式散失于无机环境中，故选A。

2．稻田里，农民要拔掉稗草；鱼塘中，人们不断清除肉食性的“黑鱼”，用生态学的观点看，这是为了（　　）。

A．保持生态平衡

B．保持生物群落的单一性

C．调整生态系统能量流动方向

D．使物质能够尽快地循环流动

答案　C

解析　稻田中水稻与稗草构成竞争关系，它们共同争夺同一环境中的阳光、CO2、生存空间。

除去杂草（稗草），可使水稻拥有更丰富的生活条件，提高水稻的光合作用强度，为人类提供更多稻谷。

鱼塘中清除更高营养级的肉食性“黑鱼”，可以减少能量在传递过程中的损失。

3.

右图为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是初级消费者

B．Ⅳ为分解者

C．E1为太阳能，E2为热能

D．能量可在食物链中循环利用

答案　C

解析　能量金字塔中Ⅰ表示生产者，Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ表示消费者，分别代表第二、三、四营养级，食物链可表示为Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ；该生态系统的全部能量为Ⅰ所固定的全部太阳能，用E1表示，E2表示各营养级由于呼吸作用产生的热能；能量在食物链中只能单向传递，并且随营养级的升高逐级递减。

4.

右图食物网中的猫头鹰每增加20kJ的能量，至少需要消耗的植物所含的能量为（　　）。

A．200kJB．250kJ

C．500kJD．1000kJ

答案　C

解析　至少消耗多少是按照最高传递效率计算的。

巩固提升

5．在食物链植物→昆虫→鸟的营养结构中，若能量传递效率为10%，以鸟类同化的总能量中昆虫获得的总能量为x轴，植物供能总量为y轴，下图中绘制的相关曲线正确的是（　　）。

答案　D

解析　设鸟获得的总能量为常数a，则鸟从昆虫获得能量为x，从植物直接获得能量为a－x，可列式为x×10×10＋（a－x）×10＝y，即y＝10a＋90x。

根据此方程式可知，D正确。

6．下图表示某农田生态系统一年中CO2的释放和消耗状况，其中各数字序号表达的含义分别为：

①生产者呼吸释放量；②分解者呼吸释放量；③消费者呼吸释放量；④生产者光合作用消耗总量。

有关叙述正确的是（　　）。

A．流经该农田生态系统的总能量可用④表示

B．②的量越小，说明该农田生态系统施用的有机肥料越多

C．消费者同化作用的大小可用③表示

D．该农田生态系统一年中CO2的释放量与消耗量相等

答案　A

解析　④表示生产者光合作用消耗的CO2量，可表示流经该生态系统的总能量；生态系统施用的有机肥料越多，分解者呼吸越旺盛，释放的CO2量越多；生态系统中消费者同化量大于③表示的呼吸量；该生态系统一年中CO2的释放量小于消耗量，这是因为还有一部分能量储存在生物体内。

7．根据生态系统的结构和功能，下列叙述错误的是（　　）。

A．“桑基鱼塘”生态系统与普通水稻田生态系统相比实现了能量的多级利用

B．人工鱼塘生态系统中消费者同化的能量往往大于生产者所固定的太阳能

C．水产养殖业，为充分利用生产者所固定的能量，应以食物链长的鱼类为养殖对象

D．营养级越高的生物种群体内积累的有毒物质越多，所获得的能量越少

答案　C

解析　“桑基鱼塘”生态系统实现了能量的多级利用。

人工鱼塘生态系统中由于投放饵料，消费者同化的能量往往大于生产者所固定的太阳能。

水产养殖业，应以食物链短的鱼类为养殖对象。

根据生物富集作用和能量逐级递减规律，营养级越高的生物种群体内积累的有毒物质越多，所获得的能量越少。

8．下表是某生态系统食物网中，甲、乙、丙、丁四种生物有机物同化量的比例关系。

下列关于该食物网推断最不可能的是（　　）。

生物种类

甲

乙

丙

丁

同化有机物所占比例

86

12

1.1

0.9

A.以上四个种群至少构成两条食物链

B．甲、乙两种群不可能处于同一营养级

C．第一营养级同化的能量不可能全部被第二营养级利用

D．乙、丙以甲为食物，丁以乙、丙为食物

答案　D

解析　根据生态系统的能量传递效率是10%～20%，则甲一定处于第一营养级，若只有甲为第一营养级，则第二营养级有机物的同化比例在8.6～17.2，若只有乙为第二营养级，则第三营养级有机物的同化比例在1.2～2.4，第三营养级有丙、丁，食物链有两条；若第一营养级不只有甲一种，则食物链也是至少两条，A正确。

若甲、乙为同一营养级，则第二营养级有机物的同化比例在9.8～19.6，而丙、丁的同化量只有2.0，故甲、乙不可能处于同一营养级，B正确。

第一营养级同化的能量一部分被自身呼吸作用消耗，还有一部分不能被下一营养级利用，第一营养级同化的能量不可能全部被第二营养级利用，C正确。

若乙、丙以甲为食物，丁以乙、丙为食物，乙、丙同化量的10%～20%是1.31～2.62，D不可能。

9．下图是对某湖泊的能量调查结果[单位：

千焦/（厘米2·年）]，请据图回答下列问题：

（1）流经该生态系统的总能量是指_______________________________________，

有________千焦/（厘米2·年）。

（2）能量从第一营养级到第二营养级的传递效率为______%，这说明了能量流动的特点是______________的，也就是说食物链越长，________________越多。

（3）D（热能）是通过________________产生的能量。

（4）能量流动具有单向、不循环的特点，主要原因是由于生物不能在代谢中利用________________________________________________________________________。

答案　

（1）生产者固定的太阳能的总量　0.46

（2）13.5　逐级递减　能量流失　（3）呼吸作用　（4）呼吸放出的热能

解析　解答本题容易出现的问题是：

①识图不准，分辨能力差，把487.28当成正确答案；②能量传递效率应该通过计算回答，不能填写10%～20%；③热能是通过各营养级生物的呼吸作用而释放出来的，这部分能量是不能再利用的，只能散失。

“呼吸作用”此时不能用“分解作用”或“代谢作用”来代替。

10．下图是一个人工生态系统的模式图，请据图回答下列问题：

（1）生态系统中，起决定作用的是________。

（2）通过农村实验证明，该生态系统较为理想，调整了能量流动关系，提高了经济效益，其原因是充分利用了________________中的能量。

（3）从开始在一段时间内，沼气池中微生物的代谢类型变化是__________________。

（4）若全部用粮食喂猪，人体从猪肉中获得100kJ能量，至少消耗约含________kJ能量的粮食。

答案　

（1）农作物　

（2）各营养级　（3）需氧型→兼性厌氧型→厌氧型　（4）2500

解析　

（1）生产者是生态系统的基石，是生物群落的能量来源，因此起决定性作用。

（2）通过调整能量流动的关系，实现能量的多级利用，充分利用了各营养级中的能量。

（3）沼气池中最初是有氧气存在的，随着氧气的消耗，最终只有厌氧型菌能生存。

（4）已知高营养级，求低营养级最少消耗，则能量的传递效率应按最高20%计算，且食物链按最短计算，即农作物→猪→人。

此食物链中人为第三营养级，而农作物为第一营养级，则有：

农作物含的能量×20%×20%＝100kJ，可求得农作物含的能量为2500kJ。

走进高考

11．（2013·福建卷，3）在两块条件相同的退化林地上进行森林人工恢复和自然恢复的研究，20年后两块林地的生物多样性均有不同程度提高，其中人工种植的马尾松人工恢复林植物种数为137种，无人工种植的自然恢复林植物种数为226种。

下列叙述错误的是（　　）。

A．可采用样方法调查林地上植物的种群密度

B．森林恢复提高了生产者固定的太阳能总量

C．人工恢复林比自然恢复林的植物丰富度低

D．自然恢复林的形成属于初生演替

答案　D

解析　样方法可以用来调查植物和活动能力弱的动物的种群密度，A正确；森林恢复扩大了植被面积和垂直高度，提高了生产者固定的太阳能总量，B正确；人工恢复林中植物种数为137种，无人工种植的自然恢复林植物种数为226种，自然前者的植物丰富度低，C正确；初生演替是发生在沙丘、火山岩、冰川泥上等从来没有被植物覆盖过的地面，或者原来存在过植物，但被彻底消灭了的地方发生的演替，退化林地显然不属此例，应属于次生演替，D错误。

12．（2013·新课标卷Ⅱ，31）回答与草原生态系统相关的问题：

（1）草原上鼠的天敌从鼠获得的能量最终来自于________固定的能量。

（2）草原上，某种鼠的种群密度除了受迁入率和迁出率的影响外，还受该鼠种群的________、________、年龄组成和性别比例等因素的影响。

（3）用样方法调查某种双子叶植物种群密度时，为避免调查者主观因素的影响，要做到________。

（4）草原生物群落的空间结构包括________和________。

答案　

（1）生产者　

（2）出生率　死亡率　（3）随机取样

（4）垂直结构　水平结构

解析　

（1）流入草原生态系统的能量是生产者固定的太阳能总能量，其他生物都直接或间接以该能量生存。

（2）鼠的种群密度受迁入率、迁出率、出生率和死亡率、年龄组成和性别比例等因素的影响。

（3