2022届高考生物一轮复习第9单元生物与环境第29讲生态系统的结构及其能量流动学案新人教版

第29讲　生态系统的结构及其能量流动

素养导读

必备知识固本夯基　

一、生态系统的结构

1.生态系统的范围

(1)概念:在一定空间内,由　　　　　　　　与它的　　　　　　　　　　　　相互作用而形成的统一整体。 

(2)范围:生态系统的空间范围有大有小。　　　　　是地球上最大的生态系统,它是地球上的全部生物及其无机环境的总和。 

(3)类型:一般可分为自然生态系统和人工生态系统两大类。自然生态系统又可分为水域生态系统和　　　　　　　　　　　　;人工生态系统又可分为农田生态系统、　　　　　　　　　　　　　　　、果园生态系统和　　　　　　　　　　　　等。 

2.生态系统的组成成分

(1)生态系统的组成成分包括　　　　　　　　　　　　　　　　　　　、　　　　　　、　　　　　　、　　　　　　。 

(2)非生物环境:即非生物的　　　　(空气、水、无机盐等)和　　　　(光、热)。 

(3)生物群落

名师点睛(1)生态系统两大组成部分:生物群落和非生物环境。四个基本成分:生产者、消费者、分解者和非生物的物质和能量。生态系统的基础:非生物的物质和能量。生态系统的桥梁:生产者、分解者。生态系统的最主要成分是生产者,物质循环中的关键成分是分解者。

(2)自养型生物一定是生产者,反之也成立;消费者一定异养,异养不一定是消费者,也可能是分解者。

(3)生态系统各成分的判断关键:判断生产者时要注意是否为自养型生物,若为自养型生物,则为生产者;判断消费者时要特别注意异养型、非腐生等关键词,植物、微生物都有可能成为消费者;判断分解者的主要依据是能否把动植物的遗体、残枝败叶等分解成无机物,即营腐生生活,如蚯蚓。

3.食物链和食物网

(1)食物链

①食物链的起点一定是　　　　　　,后面的都是消费者,不含　　　　　　和非生物的物质和能量。 

②营养级一般不超过5个,这是因为能量沿食物链是　　　　　　　　的。 

③食物链中体现的种间关系只有　　　　。 

④某一营养级生物的含义是该营养级的所有生物,不代表单个生物个体,也不一定是一个生物种群。

(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　　　　　　　　。 

②形成原因:在生态系统中,一种绿色植物可能是　　　　　　　　　　　　　　的食物,而一种植食性动物既可能吃　　　　　　　　,也可能被　　　　　　　　　　　　　　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　　　　　　;食物网中,两种生物之间的种间关系除了捕食,还有　　　　　　　　。 

(3)食物链和食物网的功能:是生态系统　　　　　　　　和　　　　　　　　的渠道。 

名师点睛食物链(网)中各营养级生物数量的变动

(1)处于食物链第一营养级的生物数量减少的情况:第一营养级生物数量的减少会导致其他生物数量都减少,即出现连锁反应,因为第一营养级生物是其他生物直接或间接的食物来源。

(2)“天敌”减少的情况:“天敌”减少,则被捕食者数量增加。但随着其数量的增加,种内斗争加剧,种群密度下降,直到趋于稳定,但最终数量比原有数量要大。

(3)“中间”营养级生物减少的情况:如下图所示食物网中,青蛙突然减少,则以它为食的蛇也将减少,鹰就要过多地捕食兔和食草鸟,从而导致兔、食草鸟减少。

(4)在食物网中,当某种生物大量减少时,对另一种生物的影响沿不同的路线分析得出的结果不同时,应以高营养级对低营养级的影响为主,以中间环节少的为分析依据。

二、生态系统的能量流动

1.能量流动的过程

(1)能量流动的源头——　　　　　　,但输入生态系统的总能量是指　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)能量转化:太阳能→有机物中的化学能→　　　　(最终散失)。在能量转化过程中,　　　　　　(填细胞器)把光能转化为有机物中的化学能储存起来;　　　　　　(填细胞器)把有机物中的化学能转化为ATP中的化学能和热能。 

(3)流动形式是有机物中的　　　　　　,而能量传递的途径是沿着　　　　　　　　　　　　进行的。 

(4)散失途径:呼吸作用,包括各个营养级自身的呼吸消耗以及　　　　　　的呼吸作用。 

(5)能量散失的形式:以　　　　　　形式散失。 

(6)图中箭头由粗到细表示流入下一营养级的能量逐级递减,随营养级的升高,储存在生物体内的能量越来越少。

(7)在生态系统中,能量流动的分析一般以种群为单位,能量的输入=能量的储存+能量的散失。

名师点睛某一营养级的能量流动图解

(1)由以上图解可得到下列等量关系

①动物同化的能量=摄入量-粪便有机物中的能量,即摄入的食物只有部分被同化。例如蜣螂利用大象的粪便获得能量,不能说蜣螂获得了大象的能量,蜣螂获得的是生产者的能量,大象与蜣螂之间的能量传递效率为0。

②同化量=自身呼吸以热能形式散失的能量+用于该营养级生物生长发育、繁殖等生命活动的能量。

③该营养级生物生长发育、繁殖的能量=被分解者分解的能量+流入下一营养级的能量(最高营养级的生物除外)(+未被利用的能量)

(2)某一营养级的能量去向分析

①定量不定时分析。流入某一营养级的一定能量在足够长的时间内去路可有三条:一部分通过呼吸作用以热能的形式散失;一部分能量随生物的遗体或残骸等被分解者分解利用;还有一部分流入下一营养级(最高营养级的生物除外)。

②定量定时分析。流入某一营养级的一定能量在一定的时间内去路可有四条:一部分通过呼吸作用以热能的形式散失;一部分能量随生物的遗体或残骸等被分解者分解利用;一部分流入下一营养级(最高营养级的生物除外);还有一部分未被利用,即未被自身呼吸消耗,也未被下一营养级和分解者利用。

2.能量流动的特点及产生原因

(1)能量单向流动的原因

①食物链中生物之间的捕食关系是　　　　　　　　的,这是长期　　　　　　　　的结果。 

②各营养级的大部分能量以呼吸作用中　　　　的形式散失掉,这些能量是生物无法利用的。 

(2)能量流动逐级递减的原因

①各营养级的生物都因　　　　　　　　消耗了大部分能量。 

②各营养级总有一部分能量未被下一营养级利用,而是流入了　　　　　　。 

(3)能量传递效率为10%~20%,是指　　　　　　　之间的同化量比值,而不是种群之间的同化量比值。当能量传递效率超过　　　时,生态系统就会遭到破坏。 

3.生态金字塔

生态金字塔是能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔的总称,这三者都是用来说明食物链中能量流动情况。

4.研究生态系统能量流动的意义

(1)研究生态系统的能量流动,可以帮助人们将生物在时间、　　　　上进行合理配置,增大流入某个生态系统的　　　　　　。 

(2)研究生态系统的能量流动,可以帮助人们科学地规划和设计人工生态系统,使能量得到　　　　　　的利用。 

(3)研究生态系统的能量流动,可以帮助人们合理地调整生态系统中的　　　　　　　　　　　　,使能量持续高效地流向　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

概念检测

1.基于生态系统组成成分与食物链和食物网的理解,判断下列表述是否正确。

(1)某池塘中所有的动物、植物、微生物和水共同组成池塘生态系统。(　　)

(2)黄河中所有的微生物都是分解者。(　　)

(3)稻田中只有杂草和水稻是生产者。(　　)

(4)细菌都是分解者,但分解者并不都是细菌。(　　)

(5)生态系统中以植食性动物为食的称为第二营养级和次级消费者。(　　)

(6)食物网中两种生物间只有一种种间关系。(　　)

(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。(　　)

2.基于生态系统能量流动的理解,判断下列表述是否正确。

(1)输入生态系统的能量就是照到植物的光能。(　　)

(2)生态系统相对稳定时无能量的输入和散失。(　　)

(3)某一营养级同化的能量除用于自身呼吸外,其余均流入下一个营养级。(　　)

(4)兔吃草后排出的粪便中的能量是兔同化量的一部分。(　　)

(5)一只狼捕食了一只兔子,该狼获得了兔子能量的10%~20%。(　　)

(6)生态系统中的能量可被多级循环利用,从而大大提高能量的利用率。(　　)

教材拓展

1.(人教版选择性必修2P52“拓展应用”改编)生态系统的结构不是一成不变的。哪些因素会影响其结构的变化?

2.(人教版选择性必修2P60“拓展应用”改编)对于一个人工池塘生态系统来说,能量来源只有太阳能吗?为什么?

核心考点能力提升　

考点一　生态系统的组成成分及营养级结构

合作探究

探究1生态系统各组成成分的功能及之间的关系

生态系统中四种成分的联系可用下图表示。

(1)由上图可知:　　　　　　　　　　　　　　是生态系统中生物群落的物质和能量的最终来源。 

(2)　　　　　　是生态系统中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(有机物及其贮存的化学能)的成分,因此,可以说　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)消费者的功能是 

　。 

(4)从物质循环角度看,　　　　　　在生态系统中起着枢纽的作用。 

(5)所有动物都属于消费者吗?　　　　　　。 

探究2分析食物链和食物网

下图为某生态系统的食物网。

(1)图示共有　　　条食物链,生产者是　　　。 

(2)图示中H所占的营养级是　　　　　　　　　　　　　,对某一动物而言,其营养级是固定的吗?　　　　。 

(3)图示中B和C的关系:　　　　　　　　　　。 

(4)多条食物链相互交错的原因: 

　。 

考向突破

考向　生态系统的组成成分及结构

1.(2020山东德州一模)单向性集团内捕食作用是指不同天敌共享同一猎物,其中一种天敌捕食共同猎物的同时还捕食另一种天敌,被称为集团内捕食者,另一种天敌被称为集团内猎物。某生态系统中瓢虫与寄生蜂、蚜虫三者之间存在单向性集团内捕食作用,其中寄生蜂既是猎物又是捕食者。下列有关说法正确的是(　　)

A.瓢虫与寄生蜂之间存在种间竞争和捕食关系

B.瓢虫属于集团内捕食者,蚜虫属于集团内猎物

C.瓢虫通过寄生蜂获得的能量要比蚜虫多

D.瓢虫在该生态系统中占据第二、三营养级

2.(2020山东淄博一模)下图表示某水生生态系统中4种成分(甲~丁各代表一种成分)之间的关系,相关叙述错误的是(　　)

A.甲代表生产者,不一定是绿色植物

B.丙中CO2含量增加会导致全球变暖

C.甲、乙、丁构成该生态系统的生物群落

D.图示捕食关系中,共有3条食物链,其最高营养级是第三营养级

易错辨析生态系统中相应成分与生物之间的对应关系辨析

考点二　生态系统的能量流动

合作探究

探究1能量流动的过程

某同学绘制了下图所示的能量流动图解,请据图回答下列问题。

(1)生产者固定的总能量可表示为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)初级消费者产生的粪便中所含的能量属于　　　　　　的能量。 

(3)生产者通过呼吸作用以热能的形式散失的能量可用图中　　　来表示。 

(4)初级消费者用于自身生长、发育、繁殖的能量可用图中　　　　　　　　来表示。 

探究2能量流动的特点

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:103 kJ/(m2·a)〕。请据图回答下列问题。

人工鱼塘生态系统能量流动图

(1)该生态系统中流入生物群落的总能量来源于　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)生产者、植食性动物同化的总能量分别是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)生产者→植食性动物的能量传递效率是　　　。(结果保留一位小数) 

(4)假设能量全部来自生产者,按照理论上最高的传递效率,肉食性动物的同化量增加100 kJ,则需要生产者同化量增加　　　　　 kJ。 

(5)能量流动逐级递减的原因是 

　。 

(6)从能量流动角度分析农田除草、除虫的目的是 

　。 

考向突破

考向1　能量流动的过程

1.(2020山东枣庄二模)在研究生态系统能量流动的过程中,同化量是核心概念之一。依据下列食物链,有关说法错误的是(　　)

草→兔→狐

A.草的同化量等于草光合作用积累的有机物中的能量

B.兔的同化量等于兔的呼吸量和兔用于生长发育和繁殖的能量

C.狐粪便中的能量属于兔同化量的一部分

D.生态系统中所有生物同化的能量最终以热能的形式散失

2.下图为某生态系统中流经第二营养级的能量示意图,其中a表示该营养级食物的摄入量,f表示流向第三营养级的能量。下列叙述正确的是(　　)

A.第二营养级同化的能量中流入分解者的能量有两部分

B.图中e表示生物体内储存的有机物中的能量

C.图中d蕴含的能量均未被第二营养级同化

D.图中b表示用于生长、发育和繁殖的能量

易错辨析(1)误认为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)动物同化的能量不等于摄入的能量,动物同化的能量=摄入量-粪便有机物中的能量,即摄入的食物只有部分被同化。例如蜣螂利用大象的粪便获得能量,就不能说蜣螂获得了大象的能量。

(3)粪便量不是该营养级同化量的一部分,消费者产生的粪便不属于该营养级同化的能量,它实际上与上一营养级的遗体、残骸一样,属于上一营养级的流向分解者的能量。

考向2　能量流动的特点及研究的意义

3.(2020山东滨州二模)生态学家研究了某草原生态系统的能量流动情况,其局部能量流动情况如图所示,字母代表能量。下列分析正确的是(　　)

A.能量D1的最终去向是流向下一营养级和分解者

B.生产者用于生长、发育和繁殖等生命活动的能量是C1+D1+E1

C.第一、二营养级间的能量传递效率为×100%

D.应尽可能多地增加草原牲畜的放牧量以提高能量传递效率

4.在社会主义新农村建设中,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(如下图所示)。下列有关叙述不正确的是(　　)

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

C.该生态系统的建立,提高了相邻两个营养级之间的能量传递效率

D.农田清除杂草可以调整能量流动关系,使能量流向对人类最有益的部分

易错辨析(1)误认为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营养级与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。

(2)误认为能量传递效率与能量利用率相同。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。

第29讲　生态系统的

结构及其能量流动

必备知识·固本夯基

一、1.(1)生物群落　非生物环境　(2)生物圈　(3)陆地生态系统　人工林生态系统　城市生态系统

2.(1)非生物的物质和能量　生产者　消费者　分解者　(2)物质　能量　(3)绿色植物　化能合成作用　植食性　寄生动物　细菌和真菌　化学能　基石　无机物　有机物

3.(1)生产者　分解者　逐级递减　捕食　(2)营养关系　多种植食性动物　多种植物　多种肉食性动物　营养级　种间竞争　(3)能量流动　物质循环

二、1.(1)太阳能　生产者固定的太阳能总量　(2)热能　叶绿体　线粒体　(3)化学能　食物链和食物网　(4)分解者　(5)热能

2.(1)不可逆转　自然选择　热能　(2)呼吸作用　分解者　(3)营养级　20%

3.倒金字塔　逐级递减　能量　数目　有机物

4.(1)空间　总能量　(2)最有效　(3)能量流动关系　对人类最有益的部分

【概念检测】

1.(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×　(7)√

2.(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×

【教材拓展】

1.提示生物因素和非生物因素都会影响生态系统的结构变化。

2.提示不是,对于一个人工池塘生态系统来说,能量来源除太阳能外,还有人工投放的饵料中的化学能。

核心考点·能力提升

考点一

【合作探究】

探究1

(1)提示非生物的物质和能量

(2)提示生产者　生产者是生态系统的基石

(3)提示加快生态系统的物质循环、对于植物的传粉和种子的传播等有重要作用

(4)提示分解者

(5)提示不都是

探究2

(1)提示6　A

(2)提示第三、四、五营养级　不是

(3)提示种间竞争和捕食

(4)提示一种绿色植物可以被多种植食性动物所食;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

【考向突破】

1.A　寄生蜂既是猎物又是捕食者,说明瓢虫可以捕食寄生蜂,瓢虫与寄生蜂之间存在种间竞争和捕食关系;瓢虫和寄生蜂都以蚜虫为食,同时寄生蜂被瓢虫捕食,所以瓢虫属于集团内捕食者,寄生蜂属于集团内猎物;瓢虫捕食寄生蜂是第四营养级,而捕食蚜虫是第三营养级,由于食物链越长,损失的能量越多,所以瓢虫通过寄生蜂获得的能量要比蚜虫少;根据食物链进行分析,植物为第一营养级,蚜虫属于第二营养级,瓢虫属于第三和第四营养级。

2.D　首先根据双向箭头可判断出,丙是非生物的物质和能量,甲是生产者;其次判断分解者,分解者除了一个箭头指向非生物的物质和能量外,其他箭头都指进来,因此丁为分解者;其余均为消费者,即乙为消费者。甲代表生产者,不一定是绿色植物,也可以是蓝细菌或硝化细菌等;丙中CO2含量增加会导致全球变暖;甲、乙、丁构成该生态系统的生物群落;图示捕食关系中,共有3条食物链,其最高营养级是第四营养级。

考点二

【合作探究】

探究1

(1)提示A1+B1+C1+D1(或A1+B1+C1+A2+B2+C2+D2)

(2)提示生产者

(3)提示A1

(4)提示B2+C2+D2

探究2

(1)提示光能和输入的有机物中的化学能

(2)提示110×103kJ/(m2·a)、16×103kJ/(m2·a)

(3)提示12.7%

(4)提示2500

(5)提示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向下一个营养级

(6)提示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

【考向突破】

1.A　草的同化量表示其进行光合作用合成的有机物总量,即真光合量,而草光合作用积累的有机物中的能量表示草真正光合作用合成的有机物总量减掉其自身呼吸作用消耗的有机物后剩余的部分,即净光合量。

2.A　第二营养级同化的能量中流入分解者的能量有两部分,一部分是第二营养级流向分解者的能量,一部分是下一营养级粪便中的能量;e表示呼吸作用中以热能的形式散失的能量;d表示分解者利用的能量,有一部分能量未被该营养级生物同化;b表示该营养级同化的能量。

3.B　能量D1的最终去向是流向分解者;生产者用于生长、发育和繁殖等生命活动的能量是同化量减去呼吸消耗,即C1+D1+E1;第一、二营养级间的能量传递效率为第二营养级的同化量/第一营养级的同化量=×100%;能量传递效率不能提高,只能提高能量的利用率。

4.C　该生态系统中,农作物为生产者,处于第一营养级,人和家禽、家畜以农作物为食,处于第二营养级;该生态系统中人的作用非常关键,其运转离不开人的管理;能量传递效率在10%~20%之间,构建新型农业生态系统,只能提高能量的利用率,但不能提高传递效率;农田清除杂草可以调整能量流动关系,使能量流向对人类最有益的部分。