高三生物一轮复习优质学案：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

[考纲要求] 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)。

考点一生态系统的结构

1．生态系统的概述

(1)概念：生态系统是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)范围：有大有小，地球上最大的生态系统是生物圈。

(3)结构：由组成成分和营养结构(食物链和食物网)构成。

(4)功能：进行物质循环、能量流动、信息传递。

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”。

特别提醒

走出对生态系统成分认识的4个误区

3.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特点：起点是生产者，为第一营养级；终点是最高营养级，一般不会超过5个营养级。只包含生产者和消费者。

③营养级与消费者级别的关系：消费者级别＝营养级级别－1。

(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。

(3)食物链和食物网的作用：生态系统物质循环和能量流动的渠道。

1．有关生态系统成分的判断

(1)一个完整生态系统的结构应包括生物群落及其无机环境(×)

(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)生产者、分解者是联系非生物的物质和能量与生物群落的桥梁，其中生产者是生态系统的基石(√)

(5)理论上分析，只有消费者不是生态系统必需的基础成分(√)

2．有关食物链与食物网的判断

(1)在捕食食物链中，食物链的起点总是生产者，占据最高营养级的是不被其他动物捕食的动物(√)

(2)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(√)

(3)在生态系统的营养结构中，食物网可使每种生物都限定在同一营养级上(×)

(4)生态系统的食物链中营养级越高的生物，其体型必然越大(×)

(5)食物网中两种生物间只能有一种种间关系(×)

(6)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(×)

(7)食物链和食物网是生态系统能量流动和物质循环的主渠道，是生态系统维持相对稳定的重要条件(√)

某岛屿居民与该岛上的植物、兔、鼠、鼬和鹰构成的食物网如下图，据图分析：

(1)该食物网中，共有6条食物链，鹰与鼬的种间关系为捕食和竞争。

(2)此食物网没有表示出的生态系统成分是什么？

提示非生物的物质和能量、分解者。

(3)通常情况下，寄生在鼠身上的跳蚤对鼠种群数量的影响与鼬对鼠种群数量的影响，哪种影响大一些？

提示后者影响大些。

1．生态系统组成成分的判断方法

(1)根据生物类型判断生态系统的组成成分

①“自养型生物”＝“生产者”，包括光能自养生物(如绿色植物和蓝藻等)和化能自养生物(如硝化细菌、硫细菌、铁细菌等)。

②“捕食异养或寄生异养型生物”＝“消费者”，其不能直接把无机物合成有机物，而是以捕食或寄生方式获取现成的有机物来维持生活。

③“腐生异养型生物”＝“分解者”，其是能把动植物的遗体、残枝败叶转变成无机物的腐生生物，也包括少数的动物(如蚯蚓等)。

(2)根据结构图判断生态系统的组成成分

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”和“生产者”，则A、B 为“消费者”和“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D→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)根据图1构建食物链

①信息：营养级越低，生物数量往往越多；营养级较低者，先出现波峰。

②食物链：丁→乙→丙→甲。

(2)根据图2构建食物网

①信息：能量逐级递减；若两种生物能量差距过小(不在10%～20%内)，则很可能位于同一营养级。

②食物网如图所示：

(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。

种群甲乙丙丁戊

重金属含量

0.003 7 0.003 6 0.035 0.036 0.34

(μg/kg鲜重)

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：。

命题点一生态系统组成成分的判定及相互关系的分析

1．(2018·邢台二中高三模拟)生态系统的组成成分包括生产者、消费者、分解者及非生物的物质和能量。下列关于生态系统组成成分的叙述，正确的是()

A．动物都属于消费者，其中食草动物属于第二营养级

B．细菌都属于分解者，其异化作用类型主要是需氧型和厌氧型

C．生产者属于自养型生物，是生态系统中最基本、最关键的生物成分

D．一种生物只能属于生态系统中的一种生物成分

『答案』 C

『解析』在生态系统中，不是所有动物都是消费者，如蜣螂、蚯蚓为分解者，A错误；多数细菌是分解者，但硝化细菌、铁细菌、硫细菌和光合细菌等是生产者，B错误；生产者能将无机物合成有机物，属于自养型生物，是生态系统中最基本、最关键的成分，C正确；一种生物可能属于生态系统中的不同生物成分，如猪笼草在进行光合作用时是生产者，在捕食

虫子时为消费者，D错误。

2.如图表示某生态系统各成分(丁为非生物环境)之间的关系，有关分析错误的是()

A．光能通过甲输入生态系统

B．参与构成食物链的成分有甲和乙

C．碳元素在乙与丙之间以CO2形式传递

D．丙主要是指营腐生生活的细菌和真菌

『答案』 C

『解析』依据题意和图示分析可知，甲为生产者，乙为消费者，丙为分解者。光能通过生产者的光合作用输入生态系统，A项正确；参与构成食物链的成分是生产者和消费者，即甲和乙，B项正确；碳元素在乙和丙之间以含碳有机物的形式传递，C项错误；分解者主要是指营腐生生活的细菌和真菌，D项正确。

命题点二食物链(网)的有关图文分析

3．下图为某农田生态系统中的食物网简图，下列相关叙述错误的是()

A．图中共有3条食物链

B．生物体内DDT浓度可沿食物链不断增加

C．图示箭头也可表示能量在几种生物间的流动方向

D．当麻雀数量减少时，蛇捕食青蛙的量增加，这属于正反馈调节

『答案』 D

『解析』食物链是生产者与消费者之间以捕食与被捕食的关系形成的链状结构，以生产者为起点，以最高营养级结束。由图可知，图中的食物网有3条食物链，分别是水稻→昆虫→青蛙→蛇、水稻→昆虫→麻雀→蛇、水稻→麻雀→蛇，A项正确；一些有毒物质(如DDT)在生物体内是难以分解、无法排出的，所以会沿食物链流动并逐级富集，营养级越低，有毒物质积累越少，营养级越高，有毒物质积累越多，B项正确；生态系统的能量流动就是沿着食物链和食物网的渠道进行的，所以图示箭头也可表示能量在几种生物间的流动方向，C项正确；当麻雀数量减少时，蛇捕食青蛙的数量增加，这不属于反馈调节，D项错误。

4．下图所示为某湖泊的食物网，其中鱼a、鱼b为两种小型土著鱼，若引入一种以中小型鱼类为食的鲈鱼，将出现的情况是()

A．鲈鱼的产量不能弥补土著鱼的减少量

B．土著鱼在与鲈鱼的竞争中处于劣势

C．浮游动物总量锐减后再急升

D．浮游植物总量急升后再锐减

『答案』 A

『解析』鲈鱼与土著鱼之间是捕食关系；引入以中小型鱼类为食的鲈鱼后，土著鱼a、b 的数量都下降，短期内浮游动物总量先急升后下降最后趋于稳定，相应地浮游植物总量先锐减后急升最后趋于稳定；能量流动是沿食物链逐级递减的，A项正确。

科学思维

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，则这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。

考点二 生态系统的能量流动

1．能量流动的概念理解 输入—????? 源头：太阳能流经生态系统的总能量：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→有机物中的化学能→热能

? 散失—?????

形式：最终以热能形式散失过程：自身呼吸作用 2．能量流动的过程

(1)写出图中甲、乙、丙、丁、戊代表的内容：甲．生产者，乙．初级消费者，丙．次级消费者，丁．呼吸作用，戊．分解者。

(2)据图分析食物链中甲营养级能量的去向

①通过自身呼吸作用以热能的形式散失。

②被下一营养级同化。

③残枝败叶等被分解者分解。

④未被利用。

3．能量流动的特点及意义

(1)能量传递效率：指相邻两个营养级之间同化量的比值。

(2)能量流动的特点：单向流动、逐级递减(两相邻营养级间的能量传递效率一般约为10%～20%)。

(3)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．有关能量流动过程的判断

(1)生态系统的能量流动就是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)流经第三营养级的总能量是指三级消费者摄入到体内的能量(×)

(4)生产者通过光合作用合成有机物时，能量就从无机环境输入到了生物群落(√)

(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．有关能量流动特点、意义的判断

(1)生态系统中生产者得到的能量必然大于消费者得到的(×)

(2)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%(×)

(3)能量金字塔和生物量金字塔可以出现倒置现象(×)

(4)多吃肉食比多吃素食消耗的粮食总量更多(√)

(5)拔去田地中的杂草是人为地调整能量流动的方向，可以提高生态系统的能量传递效率(×)

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103 kJ/(m2·y)]，据图分析：

(1)该生态系统中流入生物群落的总能量有哪些来源？

提示一个来源是光能，另一个来源是输入的有机物中的化学能。

(2)生产者、植食性动物和肉食性动物固定的总能量分别是多少？

提示肉食性动物固定的总能量＝0.25＋0.05＋2.1＋5.1＝7.5×103 kJ/(m2·y)；植食性动物固定的总能量＝(7.5－5)＋0.5＋4＋9＝16×103kJ/(m2·y)；生产者固定的总能量＝(16－2)＋3＋70＋23＝110×103 kJ/(m2·y)。

(3)生产者→植食性动物、植食性动物→肉食性动物的能量传递效率分别是多少？(结果保留一位有效数字)

提示生产者→植食性动物的能量传递效率为植食性动物固定的能量中来自生产者的能量/生产者固定的总能量×100%＝(16－2)/110×100%≈12.7%；植食性动物→肉食性动物的能量传

递效率为肉食性动物固定的能量中来自植食性动物的能量/植食性动物固定的总能量×100%＝(7.5－5)/16×100%≈15.6%。

(4)假设能量全部来自于生产者，按照图中的能量流动规律，肉食性动物要增加100 kg，则需要消耗多少千克生产者？

提示肉食性动物要增加100 kg，则需要生产者的量为100÷15.6%÷12.7%≈5 047(kg)。

1．能量流动概念模型解读

(1)第二营养级能量流动的分析

①初级消费者摄入能量(a)＝初级消费者同化的能量(b)＋粪便中的能量(c)，即动物粪便中的能量不属于该营养级同化的能量，应为上一个营养级固定或同化的能量。

②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)。

③生长、发育和繁殖的能量(e)＝分解者利用的能量(f)＋下一营养级同化的能量(i)＋未被利用的能量(j)。

(2)各营养级能量流动分析

①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的形式被储存起来的能量。

②一个营养级所同化的能量＝呼吸消耗的能量＋被下一营养级同化的能量＋分解者利用的能量＋未被利用的能量。

③动物同化的能量与摄入量之间的关系：动物同化的能量＝摄入量－粪便有机物中的能量，即摄入的食物只有一部分被同化。

④流入一个营养级的能量：是指被这个营养级的生物所同化的全部能量。

2．能量流动的特点及原因

(1)单向流动的原因

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)逐级递减的原因

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

命题点一能量流动的过程分析

1．(2015·海南，25)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

『答案』 D

『解析』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，A项正确；分解者能将动植物遗体和动物的排遗物分解成无机物，动物和植物构成食物链和食物网，所以分解者所需的能量可来自各营养级生物储存的能量，B项正确；地球上几乎所有的生态系统所需的能量都来源于太阳能，通过生产者的固定使能量流入生态系统，经过食物链和食物网能量逐渐散失，不能重复利用，所以需要不断得到来自系统外的能量，C项正确；生产者固定的能量，去向有自身的呼吸消耗、流入下一营养级、流向分解者和未被利用的部分，D项错误。

2．(2018·安徽皖江名校联考)如图所示为某自然生态系统中能量流动图解，其中a、b、c、d 为相应营养级同化的能量，e、f、g、h为流向分解者的能量(单位略)。下列相关叙述，正确的是()