2020-2021学年人教版高二下学期生物学案：第30讲生态系统的结构与能量流动

第30讲 生态系统的结构与能量流动
[目标要求] 1.生态系统的结构。

2.生态系统中能量流动的基本规律及应用。

考点一 生态系统的结构
1．生态系统的概述
教材中的隐性知识 源于必修3P 88“旁栏思考题”：
一个动物园中的全部动物不是(填“是”或“不是”)一个系统；因为不同种动物是分开饲养的，彼此之间没有(填“有”或“没有”)内在联系和相互影响，不是(填“是”或“不是”)一个有机的整体。

同理，动物园中的全部动物和植物不是(填“是”或“不是”)一个系统。

2．生态系统的组成成分
(1)各成分的作用及地位
(2)相互关系
生产者和分解者是联系生物群落和无机环境的两大“桥梁”。

教材中的隐性知识(1)源于必修3P 90“概念图内容”
判断以下生物属于生态系统的什么成分？
①菟丝子②硝化细菌③玉米④噬菌体⑤秃鹫
⑥蜣螂⑦蓝藻⑧结核杆菌⑨蘑菇
生产者②③⑦；消费者①④⑧；分解者⑤⑥⑨。

3．生态系统的营养结构
(1)食物链
(2)食物网
教材中的隐性知识(1)源于必修3P 91：食物链一般不超过五个营养级的原因是能量在沿食
物链流动的过程中是逐级递减的。

(2)源于必修3P92“拓展题”：一般来说，一个生态系统的食物链越多，食物网越复杂，这个生态系统抵抗外界干扰的能力与保持自身稳定的能力越强。

农田和果园等人工生态系统可以通过增加或延长食物链，提高生态系统的稳定性，同时获得更多的产品。

例如，水田养鱼、果园养鸡等。

(1)生态系统的结构应包括非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者(×)
(2)生产者都是自养生物，但未必都是植物；消费者营异养生活，但未必都是动物(√)
(3)细菌都是分解者，但分解者并不都是细菌(×)
(4)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
(√)
(5)在生态系统的营养结构中，食物网中的每种生物都限定在同一营养级上(×)
(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)食物链纵横交错形成的复杂营养结构就是食物网，食物网的复杂程度取决于该生态系统中生物的数量(×)
如图表示生态系统中各成分之间的联系，试分析回答下列问题：
(1)指出图中生态系统的四种组成成分：E为生产者，B、D、F为消费者，C为分解者，A 为非生物的物质和能量。

(2)图中构成群落的是B、C、D、E、F(填字母)。

(3)在生态系统中F的作用是消费者加快生态系统物质循环；调节种间关系；维持群落和生态系统的稳定性。

(答出两点即可)
(4)生产者、消费者和分解者是紧密联系、缺一不可的，三者在生态系统的地位分别是生产者是生态系统的基石、主要成分；消费者是生态系统最活跃的成分；分解者是生态系统的关键成分、必要成分。

1．生态系统组成成分的判断方法(1)根据生物的新陈代谢类型判断
(2)根据模型图判断
如图所示，先根据双向箭头确定D、C为非生物的物质和能量或生产者，则A、B为消费者或分解者；再根据出入箭头数量的多少进一步判断，在D、C中指出箭头多的D为生产者，指入箭头多的C为非生物的物质和能量；最后根据A→B确定A为消费者，B为分解者。

2．构建食物链(网)的方法
(1)根据种群数量变化曲线图构建
图1
①分析依据：先上升、先下降者为被捕食者。

②食物链：乙→丙→甲(图1)。

(2)根据所含能量(生物量)构建
①分析依据：根据相邻两营养级间能量传递效率约为10%～20%，可推测能量相差在5倍以内，很可能为同一营养级。

②结果：图2可形成一条食物链：丙→甲→乙→丁；
图3生物可形成食物网：。

(3)根据重金属、农药的含量构建食物网
某相对稳定的水域生态系统中食物网主要有甲、乙、丙、丁、戊5个种群，各种群生物体内某重金属的含量如表所示。

已知水中的该重金属被生物体吸收后难以通过代谢排出体外。

假设在这5个种群构成的食物网中，消费者只能以其前一个营养级的所有物种为食。

①信息：重金属(农药、一些难于降解的物质)随着食物链富集，营养级越高，含量越高，甲、乙中重金属含量差别不大，所以处于同一营养级，同理，丙、丁处于同一营养级。

②食物网如图所示：。

3．食物链(网)中生物数量变动的分析方法
(1)若处于食物链中第一营养级的生物(生产者)数量减少，整个食物链中的其他生物数量都会减少，简单记为“一级生物若减少，其他生物跟着跑”。

(2)“天敌”一方减少，短时间内被捕食者数量会增加，但从长时间来看，其数量会先增加后减少，最后趋于稳定，简单记为“如果天敌患了病，先增后减再稳定”。

(3)若处于中间营养级的生物数量减少，则某种生物数量的变化视具体食物链而定：“中间生物被捕杀，不同情况要分家”。

大体遵循如下思路：
①生产者数量相对稳定原则，即消费者某一种群数量发生变化时，一般不考虑生产者数量的增加或减少。

②最高营养级的生物种群数量相对稳定原则，即当处于最高营养级的生物种群的食物有多种来源时，若其中一条食物链中某种生物减少，该种群的数量不会发生较大变化。

③在食物网中，当某种生物因某种原因而数量减少时，对另一种生物数量的影响，沿不同的食物链分析结果不同时，应以中间环节少的为分析依据。

考向一生态系统组成成分的判定及相互关系的分析
1．(2020·山东济宁一中高三质检)下列关于生态系统成分中生物部分的叙述，正确的是()
A．生产者可以是真核生物，也可以是原核生物，但都是自养型生物
B．动物都属于消费者，其中食草动物处于第二营养级
C．细菌都属于分解者，其异化作用类型有需氧型和厌氧型两类
D．生产者和分解者之间都是直接联系的，消费者可有可无
答案 A
解析有些动物属于分解者，如蜣螂等，B错误；有些细菌属于生产者，如硝化细菌等，C 错误；在生态系统的成分中，消费者可加速生态系统的物质循环等，D错误。

2．(2020·山西孝义摸底)下图表示生态系统中四种成分(甲、乙、丙、丁和戊所对应方框各代表一种成分)之间的关系，下列相关叙述正确的是()
A．甲、乙和丙所包含的所有种群构成群落
B．戊不一定是微生物
C．图中存在竞争关系的只有乙2和丙2
D．丁的含量增加将导致臭氧层被破坏
答案 B
解析由题图可知，甲、丁为双箭头关系，且乙、丙、甲均指向戊，由此推断甲为生产者，乙、丙为消费者，丁为非生物的物质和能量，戊为分解者，甲、乙、丙和戊包含的所有种群构成群落，A错误；分解者也可以是营腐生生活的蚯蚓、蜣螂等，B正确；乙1、丙1间也存在竞争关系，C错误；大量的氟利昂会导致臭氧层的破坏，D错误。

考向二食物链(网)的有关图文分析
3．(2020·江苏南京六校联考)下图表示某生态系统中构成一条食物链的甲、乙、丙、丁4个种群的数量变化，下列说法错误的是()
A．甲种群在该食物链中是次级消费者，第三营养级
B．ab段甲种群数量下降的原因是乙减少，丙增多
C．甲、乙、丙、丁4个种群占据不同的位置，体现了群落的空间结构
D．由于丁种群在4个种群中相对数量最多，所以其丰富度最大
答案 D
解析甲、乙、丙、丁4个种群之间是捕食关系，被捕食者先增加先减少，捕食者后增加后减少，所以由这4个种群构成的食物链为丁→乙→甲→丙。

甲种群在该食物链中是次级消费者，第三营养级，A正确；ab段乙种群数量减少、丙种群数量增多，导致甲种群数量下降，B正确；丰富度是指群落中物种数目的多少，D错误。

4．下图表示一个海滩湿地生态系统中部分生物的食物关系，下列叙述错误的是()
A．细菌既可作为分解者，又可作为消费者的食物
B．第三营养级的生物有食草虫、线虫、海螺
C．若大米草死亡，将导致藻类数量增加，沼蟹数量增加
D．若喷洒只杀灭食草虫的杀虫剂，则蜘蛛数量将减少
答案 B
解析食物链的起点是生产者，海螺、线虫和食草虫均能以生产者为食，故三者应为第二营养级；大米草与藻类之间存在竞争关系，大米草死亡会导致藻类数量增多，藻类数量增多会导致线虫数量增多，进而导致以线虫为食的沼蟹数量增多；杀虫剂杀死食草虫，会导致蜘蛛的食物减少，进而导致蜘蛛数量减少。

考点二生态系统的能量流动
1．能量流动的概念理解
教材中的隐性知识源于必修3P 94“思考与讨论”：生态系统中的能量流动和转化遵循能量守恒定律。

流入生态系统的能量一部分储存在生物体有机物中，而另一部分通过生物的呼吸作用以热能的形式散失至无机环境中，两部分之和与流入生态系统的能量相等(填“相等”或“不相等”)。

2．第一营养级能量流动
注：生产者固定的太阳能即第一营养级的同化量，一部分能量用于呼吸消耗，余下的用于自身的生长、发育和繁殖，即积累有机物中的能量。

3．第二营养级及其后营养级能量流动
(1)由上图分析可知
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)＝呼吸消耗的能量(d)＋用于生长、发育和繁殖的能量(e)。

④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)。

(2)总结：①摄入量＝同化量＋粪便量。

其中最高营养级无b(填字母序号)
教材中的隐性知识(1)源于必修3P 94“图5－6”：在一定时间内，某生态系统中全部生产者固定的能量值为a，全部消费者所获得的能量值为b，全部分解者所获得的能量值为c, 则a＞b＋c(填“＞”“＝”或“＜”)。

(2)源于必修3P98“基础题3”：家兔粪便中的能量不属于(填“属于”或“不属于”)家兔同化量，但尿液中(如尿素)所含能量属于(填“属于”或“不属于”)家兔同化量的一部分。

3．能量流动的特点
4．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。

教材中的隐性知识源于必修3P 97“调查”：(1)稻田中次级消费者对水稻生长利大于(填“大于”或“小于”)害。

农民通过禁捕或适量放养等措施，实现生态农业的目标。

(2)人们主要通过合理密植的方法提高作物的光能利用效率。

(1)生态系统的能量流动就是指能量的输入和散失过程(×)
(2)一只狼捕食了一只兔子，就完成了能量流动(×)
(3)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%(×)
(4)能量金字塔和生物量金字塔可以出现倒置现象(×)
(5)一种蜣螂专以象粪为食，则该种蜣螂最多能获取大象所同化能量的20%(×)
(6)营养级越高的生物获得的能量越少，体型也越小(×)
(7)“桑基鱼塘”实现了能量的多级利用，大大提高了能量的传递效率(×)
(8)生态系统中的能量可被多级循环利用，从而大大提高了能量的利用率(×)
(1)(源于必修3P95图5－8)如图是某人工鱼塘生态系统能量流动过程中部分环节涉及的能量值[单位为103kJ/(m2·y)]，据图分析：
该生态系统中流入生物群落的总能量来源有一个是生产者通过光合作用固定的太阳能，另一个是输入的有机物中的化学能。

(2)(源于必修3P99“科学·技术·社会”)生态农业所利用的生态学的一条基本原理是生态系统中能量多级利用和物质循环再生。

遵循这一原理的优点是使废物资源化，以便提高能量转化效率，减少环境污染。

(3)如果将顶级肉食性动物引入食物网只有三个营养级的某生态系统中，使得甲、乙两种植食性动物间的竞争结果发生了反转，即该生态系统中甲的数量优势地位丧失。

假定该反转不是由顶级肉食性动物的直接捕食造成的，那么根据“恐惧生态学”知识推测，甲的数量优势地位丧失的可能原因是甲对顶级肉食性动物的恐惧程度比乙高，顶级肉食性动物引入后甲逃离该生态系统的数量比乙多(答出一点即可)。

1．各营养级能量流动分析
(1)植物光合作用与同化量之间的关系：真光合作用量＝同化量，净光合作用量＝用于生长、发育和繁殖的能量(因为：真光合作用量＝净光合作用量＋呼吸消耗量；同化量＝呼吸消耗量＋用于生长、发育和繁殖的能量)。

(2)动物摄入量与同化量之间的关系：摄入量＝动物的同化量＋粪便量，即摄入的食物只有一部分被同化。

(3)流入一个营养级的能量是指这个营养级的同化量。

(4)某营养级同化量的“2个”“3个”“4个”去路
①“2个”去路：同化量＝呼吸消耗量＋用于生长、发育和繁殖的能量。

②“3个”去路(定量不定时，在足够长的时间内能量的最终去路)：同化量＝呼吸消耗量＋流向分解者的能量＋下一营养级的同化量。

③“4个”去路(定量定时，即流入某营养级的一定量的能量在一定时间内的去路)：同化量＝呼吸消耗量＋流向分解者的能量＋下一营养级的同化量＋未利用的能量。

注：最高营养级的生物去掉下一营养级的同化量。

(5)未利用的能量：包括生物每年的积累量和动植物遗体以化石燃料的形式被储存起来的能量。

2．生态金字塔的类型及特点
每一营养级生物所含能每一营养级生物所含
考向一能量流动的过程
5．(2020·山东聊城模拟)如图表示在某生态系统中，能量流经第二营养级的示意图。

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，即第二营养级所含有的能量
C．该图不够完善，缺少甲中因呼吸作用以热能形式散失的能量
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
答案 D
解析在生态系统的能量流动过程中，物质是能量流动的载体，能量是物质循环的动力，能量流动是伴随着物质利用而进行的，A正确；因为该图表示能量流经第二营养级示意图，所以甲为初级消费者同化的能量，即第二营养级所含有的能量，B正确；该图不够完善，没有标出甲中因呼吸作用散失的能量，C正确；乙比甲的能量少的原因是呼吸作用消耗了很多的能量，D错误。

6．(2021·湖南岳阳质检)下图为生态系统中能量流动部分示意图(字母表示能量)，下列叙述正确的是()
A．图中b＝h＋c＋d＋e＋f
B．缩短食物链可以提高能量传递效率
C．“草→兔→狼”这一食物链中，狼粪便中的能量属于d
D．生产者与初级消费者之间的能量传递效率为b/a×100%
答案 C
解析题图中b＝h＋c，A错误；缩短食物链可以减少能量的损耗，但无法提高能量传递效率，B错误；“草→兔→狼”这一食物链中，狼粪便中的能量属于上一个营养级(兔)的同化量中用于生长、发育和繁殖的能量d，C正确；生产者与初级消费者之间的能量传递效率为初级消费者同化的能量/生产者固定的能量＝(b－h)/a×100%，D错误。

考向二能量流动的特点及应用
7．如图为某生态系统中能量传递示意图，以下叙述不正确的是()
A．能量流动是从甲固定的太阳能开始的，流入该生态系统的总能量为1250kJ
B．从乙到丙的能量传递效率为15%
C．将乙和丙的粪便作为有机肥还田，可以提高能量传递效率
D．食物链的营养关系一般不可逆转，这决定了能量流动的单向性
答案 C
解析能量流动是从甲(生产者)固定的太阳能开始的，流入该生态系统的总能量为175＋200
＋875＝1250(kJ)，A项正确；从乙到丙的能量传递效率＝30
200×100%＝15%，B项正确；将乙和丙的粪便作为有机肥还田，可以提高能量的利用率，但不能提高能量的传递效率，C项错误。

8．某棉田生态系统中棉花的主要害虫之一是蚜虫，现引入蚜虫的天敌——草蛉。

下列有关叙述错误的是()
A．主要依据棉田中蚜虫的种群密度来预测其种群数量的变化趋势
B．引入草蛉能调整该生态系统中能量流动的关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分
C．蚜虫和草蛉之间能通过负反馈调节维持各自种群数量的相对稳定
D．由蚜虫流入分解者的能量包括蚜虫尸体残骸和草蛉粪便有机物中的能量
答案 A
解析年龄组成可预测蚜虫种群数量的变化趋势，种群密度不能预测种群数量的变化趋势，A错误；草蛉可捕食蚜虫，从而减少蚜虫对棉花的捕食，故引入草蛉能调整该生态系统中能量流动的关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分，B正确；草蛉和蚜虫之间为捕食关系，二者之间能通过负反馈调节维持各自种群数量的相对稳定，C正确；草蛉粪便有机物中的能量属于蚜虫的同化量，所以由蚜虫流入分解者的能量包括蚜虫尸体残骸和草蛉粪便有机物中的能量，D正确。

考向三能量流动的有关计算
9.如图是一个食物网，假如鹰的食物有2
5来自兔，
2
5来自鼠，
1
5来自蛇，那么鹰若要增加20g
体重，至少需要消耗植物( )
A ．900g
B ．500g
C ．200g
D ．600g 答案 A
解析 当能量传递效率为最大值即20%时，消耗的植物量最少。

鹰经兔途径消耗的植物量为20×25÷20%÷20%＝200(g)；鹰经鼠途径消耗的植物量为20×2
5÷20%÷20%＝200(g)；鹰经
蛇、鼠途径消耗的植物量为20×1
5÷20%÷20%÷20%＝500(g)，共计消耗植物量为200＋200
＋500＝900(g)。

10.某生态系统中存在如图所示的食物网，如将丙的食物比例由甲∶乙＝1∶1调整为2∶1，能量传递效率按10%计算，该生态系统能承载丙的数量是原来的( )
A ．1.375倍
B ．1.875倍
C ．1.273倍
D ．0.575倍
答案 A
解析 由于生产者没有改变，所以流向该生态系统的总能量没有变化，设丙原来的能量为a ，则需要甲提供的能量为(12)a÷10%÷10%＋(12)a÷10%＝55a ；改变食物比例后的丙的能量设为b ，
则需要甲提供的能量为(23)b÷10%＋(1
3)b÷10%÷10%＝40b ，根据题意可得：55a ＝40b ，b/a ＝
1.375。

归纳总结 (1)能量流动中的最值计算
(2)能量流动中的定值计算
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的多种生物获得能量，且各途径所获得的生物量比例确定，则需按照各单独的食物链进行计算后合并。

1．核心概念
(必修3P88)生态系统：由生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体。

2．教材结论性语句
(1)(必修3P89)生态系统的结构包括生态系统的组成成分和营养结构(食物链和食物网)。

(2)(必修3P90)生态系统的成分包括非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者。

(3) (必修3P91) 许多食物链彼此相互交错连接成的复杂营养结构就是食物网。

(4)(必修3P93)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。

(5)(必修3P94)太阳能经过生产者的固定进入生物群落，在食物链中以化学能的形式流动，以热能的形式散失。

(6)(必修3P95)生态系统的能量单向流动的原因：食物链中的捕食关系是长期自然选择的结果，不可逆转；生产者不能再利用散失的热能。

(7)(必修3P95)能量流动逐级递减的原因：某个营养级同化的能量自身呼吸要消耗一部分，还有一部分被分解者利用，所以不能将全部的能量流入下一个营养级。

(8)(必修3P96)生态系统能量流动是单向的、逐级递减的，一般来说，在相邻两个营养级间能量传递效率大约是10%～20%。

(9)(必修3P96)从能量流动角度分析农田除草、除虫的目的：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。

(10)(必修3P96)从生态系统能量流动特点出发，分析“桑基鱼塘”的设计理念是从人类所需出发，通过能量多级利用，提高能量的利用率。