第40讲生态系统的能量流动与物质循环

第40讲 生态系统的能量流动与物质循环考纲要求考情分析命题趋势1．概念：生态系统中能量的__输入__、传递、转化和__散失__的过程。

2．过程(1)能量的输入⎩⎪⎨⎪⎧源头：太阳能起点与总值：！！！ 生产者固定的全部太阳能 ###(2)能量的传递⎩⎪⎨⎪⎧传递渠道：！！！ 食物链和食物网 ###传递形式：！！！ 有机物 ###中的化学能传递过程答案 生产者 初级消费者 分解者 (3)能量的转化和散失太阳能――→光合作用有机物中的__化学能__3．能量流动的特点(1)__单向流动__：能量只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面的各个营养级，不可逆转，也不可循环流动。

(2)逐级递减：能量在相邻两个营养级间的传递效率大约是__10%～20%__。

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。

1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

(1)流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能。

( × ) (2)流经第二营养级的总能量指次级消费者摄入体内的能量。

( × ) (3)多吃肉食比多吃素食消耗的粮食总量更多。

( √ )(4)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。

( × )(5)除最高营养级外，某一营养级的总能量由四个部分组成：自身呼吸消耗的能量、流向下一个营养级的能量、被分解者利用的能量和未被利用的能量。

( √ )2．下图表示生态系统中处于第二营养级的生物其能量流动的过程图解，有关叙述正确的是( A )A ．图中粪便量属于生产者经光合作用所固定的太阳能B ．呼吸作用以热能形式散失的能量占同化量的比例较小C ．流入下一个营养级的能量占摄入量的10%～20%D ．从图示可知，能量在营养级之间不具有单向流动的特点解析 呼吸作用以热量形式散失的能量占同化量的比例较大；流入下一个营养级的能量占同化量的10%～20%，不是摄入量；从图示可知，能量在营养级之间具有单向流动的特点。

3．如图表示某生态系统的能量锥体图，P 为生产者，Q 1为初级消费者，Q 2为次级消费者。

对图中的各营养级所含有的能量进行分类剖析，其中分析正确的是( C )(注：图中a、a1、a2表示上一年留下来的能量，e、e1、e2表示呼吸消耗量。

)A．a＋b＋c＋d＋e为本年度流入该生态系统的总能量B．c1表示次级消费者中被三级消费者同化的能量C．初级消费者产生的粪便中所含的能量包含在b或d中D．c和e之一可代表生产者传递给分解者的能量解析结合图形分析知，b＋c＋d＋e为本年度植物光合作用利用的太阳能(固定的能量)，即流入该生态系统的总能量，A项错误；c1代表初级消费者流入次级消费者的能量，即被次级消费者同化的能量，B项错误；初级消费者产生的粪便中所含的能量属于生产者同化的能量，应包含在b或d中，C项正确；b和d可代表生产者传递给分解者的能量和未被利用的能量，D项错误。

一能量流动的过程及特点分析1．每一营养级的能量来源与去路分析(1)消费者摄入能量(a)＝消费者同化能量(b)＋粪便中能量(c)，即动物粪便中能量不属于该营养级同化能量，应为上一个营养级固定或同化能量。

(2)消费者同化能量(b)＝呼吸消耗(d)＋用于生长、发育和繁殖(e)。

(3)生长、发育和繁殖(e)＝分解者利用(g)＋下一营养级同化(i)＋未被利用(j)。

(4)未被利用的能量包括生物每年的积累量和动植物残体以化石燃料形式被储存起来的能量。

2．能量流动的特点及其原因(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。

3．三类生态金字塔不同的生态金字塔能形象地说明各营养级与能量、生物量、数量之间的关系，是定量研究生态系统的直观体现。

形正金字塔形，即能量一般为正金字塔形，一般为正金字塔形，[例1] 如图为人工鱼塘生态系统中能量流动图解部分示意图(字母表示能量的多少)，相关叙述错误的是(B)A．第一营养级与第二营养级之间的能量传递效率为c/a×100%B．第二营养级粪便中的能量属于c中的部分能量C．流经该生态系统的总能量a大于生产者所固定的太阳能D．图中d表示第二营养级用于生长发育和繁殖的能量解析第一营养级与第二营养级之间的能量传递效率＝第二营养级的同化量第一营养级的同化量×100%＝c/a×100%，A项正确；第二营养级粪便中的能量是其未同化的能量，仍属于其上一营养级，因此第二营养级粪便中的能量属于a中的部分能量，B项错误；流经该生态系统的总能量＝生产者固定的太阳能＋人工投入的有机物中的化学能，C项正确；由以上分析可知，图中d 表示第二营养级用于生长发育和繁殖的能量，D项正确。

二能量流动过程中的相关计算1．能量传递效率的计算(1)相邻营养级的能量传递效率：10%～20%。

计算方法如下：能量传递效率＝下一营养级同化量上一营养级同化量×100%2．能量流动的最值计算规律(1)设食物链A →B →C →D ，分情况讨论(如下表)： ①能量传递效率未知时：为a %、b %、c %，若A 的能量为M ，则D 获得的能量为M ×a %×b %×c %。

(2)在食物网中分析在解决有关能量传递的计算问题时，需要确定相关的食物链，能量传递效率约为10%～20%，一般从两个方面考虑：知低营养级求高营养级⎩⎨⎧ 获能量最多⎩⎪⎨⎪⎧ 选最短食物链按×20%计算获能量最少⎩⎪⎨⎪⎧选最长食物链按×10%计算知高营养级求低营养级⎩⎨⎧需最多能量⎩⎪⎨⎪⎧ 选最长食物链按÷10%计算需最少能量⎩⎪⎨⎪⎧ 选最短食物链按÷20%计算[例2] 如图是某生态系统的能量流动图解，图中数值的单位为kJ ，请分析并回答下列问题。

(1)该生态系统的结构包括__生态系统的组成成分和营养结构(或食物链、食物网)__。

(2)生态系统的能量流动指能量的__输入__、__传递__、转化、散失过程；第二营养级流入分解者的能量是__1_100__kJ 。

(3)能量流动逐级递减的原因有：①各营养级生物体内的大量能量被__呼吸作用消耗__；②上一营养级的部分能量__未被下一营养级利用__；③还有少量能量被__分解者__利用。

(4)该生态系统还处于发展阶段，从能量输入与输出的角度考虑，该生态系统的能量输入__大于__(填“大于”“等于”或“小于”)输出。

(5)如图所示是该生态系统的食物网，若E种群的总能量为5．8×109 kJ，B种群的总能量为1．6×108 kJ，从理论上分析，A种群获得的总能量最多是__2×108__kJ。

三利用“拼图法”解决能量的流动输入第一营养级的能量(W1)，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了(A1)，一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖(B1＋C1＋D1)。

而后一部分能量中，包括现存的植物体中的能量(B1)、流向分解者的能量(C1)、流向下一营养级的能量(D1)。

如下图所示：关于该图的两点说明：(1)流经整个生态系统的总能量是生产者固定的总能量，即W1。

将图中第三营养级同化的总能量D2“拼回”第二营养级，则A2＋B2＋C2＋D2，刚好等于D1，即第二营养级同化的总能量；再将D1“拼回”第一营养级，则A1＋B1＋C1＋D1刚好等于生产者固定的总能量W1。

可见，在一个生态系统中，所有生物的总能量都来自W1，所有生物总能量之和都小于W1(呼吸作用消耗的缘故)。

(2)能量传递效率不会是100%。

由图可以看出，第一营养级到第二营养级能量的传递效率为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%。

[例3] 某同学绘制了如图所示的能量流动图解(其中W1为生产者固定的太阳能)，下列叙述中不正确的是(C)A．生产者固定的总能量可表示为(A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2)B．由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为D1/W1×100%C．流入初级消费者体内的能量可表示为(A2＋B2＋C2)D．图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减解析生产者固定的总能量可表示为(A1＋B1＋C1＋D1)，A1表示呼吸作用消耗的能量，B1表示未被利用的能量，C1表示流向分解者的能量，而D1＝A2＋B2＋C2＋D2是流入下一营养级的能量，A项正确；第一营养级到第二营养级的能量传递效率为D1/W1×100%，B项正确；流入初级消费者的能量为D1＝(A2＋B2＋C2＋D2)，C项错误；图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减，单向流动表示能量沿着食物链向高营养级传递，而不能反过来流动，逐级递减表示前一营养级生物所包含的能量只有10%～20%能够传给下一营养级生物，D项正确。

生态系统的能量流动中的几点误区(1)误区1：生产者固定的能量只能是光能。

由于生产者固定能量的方式有光合作用和化能合成作用，光合作用利用的能量是光能，但化能合成作用利用的是化学能，所以生产者固定的能量是光能或化学能。

(2)误区2：生物数量金字塔与能量金字塔完全一致。

能量金字塔体现的是每个营养级所含总能量的关系，而生物数量金字塔体现的是营养级与个体数量的关系，所以生物数量金字塔有时会出现倒置的现象。

(3)误区3：能量传递效率＝能量利用率。

能量传递效率体现的是能量流动过程中所遵循的客观规律，不能随意改变；但能量利用率可以人为改变，例如充分利用作物秸秆就可以提高能量利用率。

[例1] (2015·福建卷)如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1 357 J·m－2·a－1D．该食物网中的生物与无机环境共同构成一个生态系统[答题送检]来自阅卷名师报告[解析] 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，最高营养级鲈鱼为第五营养级，A项错误；第二营养级同化量为3 780＋4 200＝7 980 J·m－2·a －1，第一营养级同化量为31 920 J·m－2·a－1，第一到第二营养级的能量传递效率为7 980÷31 920×100%＝25%，B项正确；太阳鱼的同化量一部分被自身呼吸作用消耗，其余用于自身生长、发育和繁殖，而后者中又有一部分流向下一营养级，一部分被分解者分解消耗，一部分未被利用，C项错误；一个完整的生态系统除了包括非生物的物质和能量(无机环境)、生产者、消费者之外，还包括分解者，而食物网中只包括生产者和消费者，D项错误。