[配套K12]2018版高考生物一轮复习 第九单元 生物与环境 第三讲 生态系统的结构及其能量流动学案 新人教版

第三讲 生态系统的结构及其能量流动
[考纲展示]
1．生态系统的结构(Ⅰ) 2.生态系统中能量流动的基本规律及应用(Ⅱ
)
授课提示：对应学生用书第214页 一、生态系统的概念及范围
1．概念：由生物群落与周围的无机环境相互作用而形成的统一整体。

2．范围：有大有小，地球上最大的生态系统是生物圈。

3．结构：组成成分和营养结构(食物链和食物网)。

二、生态系统的组成成分
1．非生物的物质和能量：阳光、热能、水、空气、无机盐等。

2．生物群落
三、生态系统的营养结构 1．食物链
(1)概念：生态系统中各生物之间由于食物关系形成的一种联系。

(2)实例
(3)表现形式：起点总是生产者，终点是不被其他动物所食的动物(最高营养级)。

(4)特点：生产者为第一营养级，消费者所处营养级不固定，一般不会超过5个营养级。

2．食物网
(1)概念：在一个生态系统中，许多食物链彼此相互交错连接成的复杂营养结构。

(2)形成原因：生态系统中，一种绿色植物可能是多种植食性动物的食物，而一种植食性动物既可能吃多种植物，也可能被多种肉食性动物所食。

(3)功能：是生态系统物质循环和能量流动的渠道。

(4)特点：同一种消费者在不同的食物链中，可以占据不同的营养级。

四、生态系统的能量流动 1．概念理解
输入—⎩⎪⎨⎪
⎧
源头：太阳能流经生态系统总能量：生产者固定的太阳
能总量
↓
传递—⎩
⎪⎨
⎪⎧
途径：食物链和食物网
形式：有机物中的化学能
↓
转化—太阳能→有机物中化学能→热能 ↓
散失—⎩
⎪⎨
⎪⎧
形式：最终以热能形式散失
过程：呼吸作用
2．第一营养级的能量流动
3．消费者的能量流动
注意：最高营养级消费者的能量没有流向下一营养级这条途径。

(1)从上述图解可以得到：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
5．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。

授课提示：对应学生用书第215页 考点一 生态系统的概念及组成成分分析 [核心考点通关]
1．生态系统中四种成分的联系
(1)非生物的物质和能量——生态系统的基础
如果没有非生物的物质和能量，生物群落根本不可能存在。

它是生态系统中生物群落的物质和能量的最终来源。

(2)生产者——生态系统的主要成分，是生态系统存在和发展的基础
①是沟通无机环境与生物群落的桥梁：唯一能把非生物的物质和能量转变成生物体内的物质和能量的成分。

②是形成食物链和食物网的基础。

③绿色植物的多样性和空间分布，决定一个生态系统的形成和结构的复杂程度，决定生态系统稳定性的大小。

(3)消费者——生态系统最活跃的生物成分
对维持生态系统的稳定性有重要作用。

单从物质循环的角度看，消费者不是生态系统的必要成分，但消费者的存在能加快生态系统的物质循环，因此在自然生态系统中，生产者、消费者和分解者都是紧密联系、缺一不可的。

(4)分解者——物质循环中的关键成分
将动植物遗体分解成无机物，归还给无机环境，是沟通生物群落到无机环境的桥梁。

植物同化的CO2等物质，大约90%需经分解者的分解作用归还无机环境，然后被生产者重新利用。

因此从物质循环角度看，分解者在生态系统中占有重要地位。

2．生态系统中各成分的判断
(1)根据双向箭头确定两者肯定是非生物的物质和能量、生产者；
(2)根据箭头指向判断各成分
①A有三个指出，应为生产者；
②D有三个指入，为非生物的物质和能量；
③B和C一个为消费者，另一个为分解者，A(生产者)和B均指向C，则C为分解者。

[易混易错]
对生态系统成分认识的误区
[题组突破演练]
题组一生态系统的组成成分分析
1．下列有关生态系统成分的叙述，正确的是( )
A．自养生物都属于生产者，都可以进行光合作用，把无机物转变成有机物
B．动物都是消费者，其中食草动物为初级消费者
C．分解者都是腐生生物，是生态系统不可缺少的成分
D．非生物的物质和能量是指阳光、水、空气、细菌等
解析：自养生物都属于生产者，但不一定都可以进行光合作用，如硝化细菌，其进行的是化能合成作用；动物不一定都是消费者，如蚯蚓属于分解者；分解者都是腐生生物，是生态系统不可缺少的成分，它们能将有机物分解成无机物，让有机物返回无机环境；非生物的物质和能量主要包括阳光、热能、水、空气、无机盐等，细菌是生物，不属于非生物的物质和能量。

答案：C
2．(2017·浙江杭州统考)下图是有关生态系统的概念图，①、②、③分别是( )
A．生态系统的结构、生态系统的种类、食物链和食物网
B．生态系统的结构、生态系统的成分、食物链和食物网
C．生态系统的种类、生态系统的成分、生态系统的稳定性
D．生态系统的成分、生态系统的结构、食物链和食物网
解析：生态系统包括其结构①和功能，其结构又包括②生态系统的成分和营养结构即③食物链和食物网，而生态系统的成分包括生产者、消费者、分解者和非生物的物质和能量，B 项正确。

答案：B
题组二生态系统的成分分析
3．如图表示某生态系统中四种成分之间的相互关系，以下相关叙述正确的是( )
A．甲是生产者，包括全部的植物和部分细菌
B．所有的动物在生态系统中都属于丙1或丙2
C．理论上，一个生态系统没有丙1和丙2也可以正常行使其功能
D．甲和乙是一个生态系统的基石
解析：分析题图，甲和丁之间具有双向箭头，且其他成分也都有箭头指向丁，所以丁为非生物的物质和能量，甲为生产者；甲和丙都有箭头指向乙，所以乙为分解者，丙1和丙2为消费者。

生产者除植物和部分细菌外，一些原核生物(如蓝藻)也属于生产者，且并非全部的植物都属于生产者，如营寄生生活的菟丝子属于消费者，A错误。

一些营腐生生活的动物属于分解者，如蚯蚓和蜣螂，B错误。

由于通过生产者和分解者可以实现生物群落与无机环境之间的物质循环，所以理论上没有消费者的生态系统也可以正常行使其功能，C正确。

生态系统中消费者和分解者的物质和能量来源于生产者，所以生产者才是一个生态系统的基石，D错误。

答案：C
4．湿地是天然的蓄水库，并能过滤和分解水中的污染物进而改善水质，被喻为“地球之肾”。

如图是处于平衡状态的某淡水湿地食物网简图，请据图回答：
(1)生态系统的结构包括________，此淡水湿地生态系统中，淡水虾与小鱼的关系是_______。

(2)与稻田生态系统比较，该淡水湿地生态系统的抵抗力稳定性________(填“高”“低”或“相同”)，原因是该生态系统__________________。

食物网中，若甲壳类数量明显减少，短期内小鱼的数量将________(填“增加”“减少”或“不变”)。

(3)图中未列出的该生态系统的成分是__________________。

解析：(1)生态系统的结构包括生态系统的组成成分：非生物的物质和能量、分解者、生
产者和消费者；营养结构：食物链和食物网。

淡水虾与小鱼共同竞争食物水蚤。

(2)淡水湿地生态系统的物种比稻田生态系统的物种丰富，营养结构复杂，抵抗力稳定性高。

若甲壳类数量明显减少，涉禽大量捕杀大鱼，大鱼的数量大量减少，短期内小鱼因天敌减少而数量增加。

(3)食物链由生产者和消费者组成，因此未列出的该生态系统的成分是非生物的物质和能量、分解者。

答案：(1)生态系统的组成成分和营养结构(食物链和食物网) 竞争
(2)高营养结构复杂(或生物种类多或物种丰富度高或自动调节能力强) 增加
(3)非生物的物质和能量、分解者
考点二对食物链和食物网的分析
[核心考点通关]
1．对食物链的分析
(1)食物链的起止点：每条食物链的起点总是生产者，终点是不被其他动物捕食的动物，即最高营养级，中间为多种动物，有任何间断都不算完整的食物链。

(2)某一营养级生物的含义：某一营养级的生物代表处于该营养级的所有生物，不代表单个生物个体，也不一定是某种群。

(3)食物链的不可逆性：食物链中的捕食关系是经长期自然选择形成的，不会倒转，因此箭头一定是由上一营养级指向下一营养级。

(4)不参与食物链组成的成分：分解者和非生物的物质和能量不参与食物链的组成。

2．对食物网的分析
(1)模型图示
(2)相关说明
①由于第一营养级一定是生产者，因此一种动物在某一食物链中的营养级＝消费者级别＋1，如兔是初级消费者，第二营养级。

②食物网越复杂，最高营养级生物就越能获得持续稳定的能量来源。

③同一消费者在不同食物链中，可以占有不同的营养级，如狼在该食物网中分别位于第
三、第四营养级。

④在食物网中，两种生物之间的种间关系可出现多种，如狼和狐既是捕食关系，又是竞争关系。

3．食物网中生物数量变化的分析与判断
(1)第一营养级的生物减少对其他物种的影响
第一营养级的生物(生产者)减少时，则将会连锁性地引发其后的各个营养级生物减少。

这是因为生产者是其他各种生物赖以生存的直接或间接的食物来源。

(2)“天敌”一方减少，对被捕食者数量变化的影响
一条食物链中处于“天敌”地位的生物数量减少，则被捕食者数量变化是先增加后减少，最后趋于稳定。

(3)复杂食物网中某种群数量变化引起的连锁反应分析
①以中间环节少的作为分析依据，考虑方向和顺序为：从高营养级依次到低营养级。

②生产者相对稳定，即生产者比消费者稳定得多，所以当某一种群数量发生变化时，一般不需考虑生产者数量的增加或减少。

③处于最高营养级的种群有多种食物来源时，若其中一条食物链中断，则该种群可通过多食其他食物而维持其数量基本不变。

(4)同时占有两个营养级的种群数量变化的连锁反应分析
食物链中某一种群的数量变化，导致另一种群的营养级连锁性发生变化，因为能量在食物链(网)中流动时只有10%～20%流到下一个营养级，且能量流动的环节越多损耗越多，所以该类连锁变化的规律是：当a种群的数量变化导致b种群的营养级降低时，则b种群的数量将增加；若导致b种群的营养级升高时，则b种群的数量将减少。

4．营养结构的确定方法
(1)根据能量传递逐级递减的特点，能量含量越高，营养级级别越低。

(2)根据能量传递效率10%～20%，可确定相邻两个营养级能量差别在5倍左右，若能量相差不多，则应列为同一营养级，如据图1四种生物同化的有机物的量的比例，可确定其营养结构如图2所示。

[题组突破演练]
题组一食物链和食物网的分析
5．如图是一个简化的食物网，据图分析正确的是( )
A．该食物网由4条食物链组成
B．其中的初级消费者是植食性鸟
C．处于第三营养级的生物有3种
D．生态系统的4种成分中，该图只体现了2种成分
解析：分析可知，该图由5条食物链组成；植食性鸟和食草昆虫都是初级消费者；处于第三营养级的生物有鹰、食虫鸟、蜘蛛和青蛙4种生物；该图只体现了生产者和消费者，缺少生态系统中的分解者和非生物的物质和能量。

答案：D
6．(2017·内蒙古赤峰月考)如图是某草原生态系统中的部分食物关系图。

请据图回答下列问题：
(1)该图是一个简单的________，共有________条食物链。

(2)从该生态系统的成分看，草属于________，狼属于________。

(3)图中的昆虫和鹿之间是________关系，而猫头鹰和蛇是______________关系。

(4)该生态系统中，含能量最多的生物是________；该生态系统能量的最终来源是
________。

(5)狼每增加1千克体重至少消耗绿色植物__________________千克。

解析：(1)图中的食物链组成有草→兔→狼；草→鹿→狼；草→鼠→狼；草→鼠→猫头鹰；草→鼠→蛇→猫头鹰；草→昆虫→猫头鹰；草→昆虫→蛇→猫头鹰，共有7条食物链。

(2)草属于生产者，狼属于消费者。

(3)图中的昆虫和鹿两者竞争食物草，是竞争关系；而猫头鹰和蛇争夺共同的食物昆虫和鼠，猫头鹰又以蛇为食，二者是捕食和竞争关系。

(4)含能量最多的生物是草类；该生态系统能量的最终来源是生产者固定的太阳能。

(5)狼每增加1千克体重至少消耗绿色植物的能量，按狼位于第三营养级且能量传递效率为20%计算：1÷20%÷20%＝25(千克)。

答案：(1)食物网7 (2)生产者消费者(3)竞争捕食和竞争(4)草类太阳能(5)25
题组二食物网中生物数量变化与营养结构的确定方法
7.以虫治虫是生态农业的重要内容，如图表示某一生态系统中四种生物
所含有机物的总量。

假设这四种生物只构成一条食物链。

请问在一段时间内，
如果甲的种群数量增加，其可能引起的后果是( )
A．乙和丁的种群数量都增加
B．乙和丁的种群数量都减少
C．乙和丙的种群数量都减少
D．乙和丙的种群数量都增加
解析：由图中信息可知四种生物的食物关系为丙→丁→甲→乙，如果甲种群数量增加，则乙的食物增加，乙会增加，丁的天敌增加，所以丁要下降，丁数量减少，即丙的天敌减少，故丙会有所增加。

答案：D
8.在草原生态系统中生活着多种动植物，其中由部分生物组成的
食物关系如图所示，请据图回答下列问题：
(1)根据生态系统的组成成分来划分，________属于生产者，蚯蚓
属于________。

(2)图中共有________条食物链，其中鹰占有第________营养级。

(3)若某种原因导致兔子全部死亡，则蚯蚓的数量将会如何变化？
________________________________________________________________________，
原
因
是
________________________________________________________________________。

(4)上述生物包括生产者、消费者和分解者，能否说上述生物共同组成一个群落，为什么？________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

解析：(1)题图中绿色植物属于生产者，蚯蚓属于分解者，其他生物属于消费者。

(2)题图中共有3条食物链，鹰占有第三、五营养级。

(3)兔子全部死亡，鹰捕食相思鸟的比例变大，导致蚯蚓的数量增加，随后由于反馈调节使蚯蚓的数量减少，最后趋于稳定。

(4)题图中的生物只是草原生态系统中的部分生物，不能构成一个群落。

答案：(1)绿色植物 分解者 (2)3 三、五
(3)先增加后减少，最后趋于稳定 兔子全部死亡，鹰捕食相思鸟的比例变大，相思鸟的数量减少，从而引起蚯蚓的数量增加，一段时间后减少，最后趋于稳定
(4)不能，因为这些生物只是草原生态系统中的部分生物，群落应包括这个区域的所有生物(答案合理即可
)
根据提供的信息正确书写食物链的规律总结
(1)表格数据形式直接呈现(能量值)构建食物链(网)：
下表是对某生态系统营养级和能量流动情况的调查结果，表中A 、B 、C 、D 分别表示不同的营养级，Pg 表示生物同化作用固定能量的总量。

所以根据能量多少和传递效率
10%～20%可以确定食物链为B→D→A→C。

(2)表格数据形式间接呈现(重金属、DDT 等浓度)构建食物链(网)： 如某生态系统中生物体内残留有机汞的情况如下表：
注意本表直接呈现的是某生物体的有机汞浓度，并非能量值。

有机汞存在生物富集现象，即随着营养级的增加，汞浓度增加，
两者在数值上呈正相关，所以从表中有机汞浓度的大小可推知该生物营养级的高低，从而判断各生物能量值的大小。

其食物链(网)如图：
(3)根据题干提供的各种图形信息构建食物链(网)
图1和图2都是以每个营养级中有机物多少为依据，图1中的食物链是丙→甲→乙→丁；
图2中的食物链是丙→丁→甲→乙；图3表示的是生态系统的物质循环图解，D 是生产者，A 是消费者，B 是分解者，C 是无机环境，其中的食物链是D→A。

考点三 生态系统中能量流动分析与计算 [核心考点通关]
1．能量在营养级之间流动过程图解
(1)能量来源⎩⎪
⎨⎪⎧
①生产者的能量主要来自太阳能②其余各营养级的能量来自上一营养级 所同化的能量
(2)能量去向分析
①消费者摄入能量＝消费者同化能量＋粪便中的能量，即动物粪便中的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＝呼吸消耗的能量＋生长、发育和繁殖的能量。

③生长、发育和繁殖的能量＝分解者分解利用的能量＋下一营养级同化的能量＋未被利用的能量。

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传递的，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——能量流动模型
4.能量流动原理的应用
人们根据生态系统的结构与功能，结合各地的自然条件、生产技术和社会需要，可以设
计出多种农业生态系统；建立生态农业的目的是设法调整能量流动关系，使能量流向对人类最有益的部分，最大限度地提高能量利用率(实质上是充分利用了流向分解者的能量，而不是提高了能量的传递效率)。

5．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)食物链中能量的最值计算
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
②已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算。

例如，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%。

(3)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
①知低营养级求高营养级
⎩⎨⎧ 获得能量最多⎩
⎪⎨
⎪⎧ 选最短食物链
按×20%计算获得能量最少⎩
⎪⎨⎪⎧
选最长食物链按×10%计算
②知高营养级求低营养级
⎩⎨⎧
需最少能量⎩
⎪⎨
⎪⎧ 选最短食物链
按÷20%计算需最多能量⎩
⎪⎨⎪⎧ 选最长食物链按÷10%计算
[易混易错]
能量流动中的3个易混易错点
(1)能量传递效率针对各营养级之间的能量传递。

(2)能量传递效率≠能量利用率。

能量传递效率：能量沿食物链流动，以营养级为“单位”，传递效率为10%～20%。

能量利用率：流入最高营养级的能量占生产者能量的比值；考虑分解者的参与，以实现能量的多级利用。

(3)摄入量≠同化量。

摄入量指动物取食的总量，可以理解为动物的食物总量。

同化量指动物经过消化和吸收后转化为自身的能量。

关系：同化量＝摄入量－粪便量。

同化量才是真正流经某营养级的总能量。

粪便中的能量不是该营养级同化的能量，而是上一个营养级同化量的一部分，例如羊吃草，羊粪便中的能量是草同化的能量，并不属于羊。

[题组突破演练]
题组一能量流动过程分析
9．下图所示桑基鱼塘生态系统局部的能量流动，图中字母代表相应的能量。

下列有关叙述中不正确的是( )
A．如果C1表示蚕传递给分解者的能量，则B1表示未被利用的能量
B．图中B表示桑树呼吸作用散失的能量
C．图中的C可表示桑树用于生长、发育、繁殖的能量
D．图中D1/D可以表示第一营养级到第二营养级的能量传递效率
解析：流经该生态系统的总能量为桑树通过光合作用所固定的太阳能总量，即A；生产者桑树所固定的太阳能总量中有一部分通过生产者的呼吸作用以热能的形式散失，即图中的B，另一部分则储存在生产者体内的有机物中，用于生产者的生长、发育和繁殖等生命活动，即图中的C；图中D表示蚕同化的能量，A1表示蚕通过呼吸作用散失的热能，如果C1表示蚕传递给分解者的能量，则B1表示未被利用的能量；D1/D可以表示第二营养级到第三营养级的能量传递效率。

答案：D
10．(2017·陕西西安质检)如图为温带草原食物网部分图解，请回答：
(1)该生态系统的能量最终来源是________，老鹰在该生态系统中属于________营养级。

(2)调查该生态系统中兔的种群密度，常用的方法是________。

(3)老鹰与蛇两个种群之间的关系为____________________。

(4)草原生态系统和森林生态系统相比抵抗力稳定性较________。

(5)生态系统能量流动的特点是_________________________。

(6)下表是五个种群(不包括分解者)在一个相对稳定的水域生态系统中所含有的总能量和污染物X的平均浓度。

若每一种生物都可被相邻的下一个营养级的所有生物捕食，请绘出这个生态系统的食物网。

解析：(1)流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能总量，能量的最终来源都是太阳能。

分析图中食物链：植物→老鼠→老鹰，植物→老鼠→蛇→老鹰，植物→兔子→老鹰。

老鹰在3条食物链中分别占有第三和第四两个营养级。

(2)兔子的活动能力强，活动范围大，所以可以用标志重捕法调查其种群密度。

(3)老鹰与蛇都以老鼠为食，所以是竞争关系，老鹰又以蛇为食，所以它们有捕食关系。

(4)草原生态系统和森林生态系统相比营养结构较简单，即食物链和食物网较简单，所以抵抗力稳定性较弱。

(5)生态系统能量流动的特点是单向流动、逐级递减。

(6)据题表分析，甲和乙的能量水平最高，且能量值相差不大，污染物含量最低，应该都是生产者，戊的能量最少，污染物含量最高，属于最高营养级的消费者，丙和丁的能量居于中间水平，且二者的能量相差不大，因此在同一营养级。

答案：(1)太阳能第三、第四(2)标志重捕法
(3)竞争、捕食(4)弱(5)单向流动和逐级递减
(6)如图所示：
题组二能量流动过程中的相关计算
11．(2017·浙江杭州模考)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( )
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
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呼吸作用消耗，B1未被利用，C1流向分解者，而D1＝A2＋B2＋C2＋D2，是流入下一营养级的能量，A正确；由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为D1/(A1＋B1＋C1＋D1)＝D1/W1，B正确；流入初级消费者的能量为D1＝A2＋B2＋C2＋D2，C错误；图解箭头为单向，且能量值在不断减少，表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减，D正确。

答案：C
12．如图甲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。

图乙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表示能量值的多少。

请据图作答：
(1)图甲中，m1、m2表示的能量形式分别为______________、______________，在生态系统的生物群落内部能量流动的载体是________。

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，主要原因是能量在各营养级之间的传递具有________的特点。