2024届高考生物一轮总复习第十一单元生态系统及人类与环境第1讲生态系统的结构和能量流动教师用书

第 1 讲　生态系统的结构和能量流动




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．食物网的复杂程度取决于该生态系统中生物的数量。(×)
3．生态系统的能量流动就是指能量的输入和散失过程。(×)
4．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%。(×)
5．“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。(×)
系统学习(一)　生态系统的结构(释疑点)
　　　　　　基础知识·全面掌握
(一)生态系统及其组成成分
1．对生态系统的理解
概念
在一定空间内，由生物群落与它的非生物环境相互作用而形成的统一整体
范围
有大有小，地球上最大的生态系统是生物圈
结构
由组成成分和营养结构(食物链和食物网)构成
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)非生物的物质和能量：光、热、水、空气、无机盐等。
(2)生物群落。
项目
生产者
消费者
分解者
营养方式
自养
异养
异养
生物类型
光合自养生物：绿色植物和蓝细菌等；化能合成生物：硝化细菌等
大多数动物，寄生植物(如菟丝子)、寄生细菌(如结核杆菌)
腐生细菌和真菌，腐食动物
地位
生态系统的基石，主要成分
生态系统最活跃部分，但非必要成分
生态系统的关键成分，必要成分
作用
合成有机物，储存能量；为消费者提供食物和栖息场所
加快物质循环；帮助植物传粉和传播种子
将动植物遗体和动物的排遗物分解成无机物，供生产者重新利用
(二)生态系统的营养结构
1．食物链

特点解读
①食物链中的捕食关系是经长期自然选择形成的，通常不会逆转，具有单向性
②食物链起点是生产者，终点是不被其他动物所食的动物(最高营养级)
③食物链中的营养级一般不超过5个
④某一营养级的生物所代表的是该营养级的所有生物，不代表单个生物个体，也不一定是一个种群
2.食物网
概念
食物链彼此相互交错连接成的复杂营养关系
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
功能
是生态系统物质循环和能量流动的渠道
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
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1．(选择性必修2 P49“思考·讨论”发掘)不同生态系统中，除食物链之外还有哪些成分对生态系统来说是不可缺少的？为什么？
提示：还有非生物的物质和能量、分解者。非生物的物质和能量是生命活动存在的最基本条件，生命活动本质上也是物质与能量的变化。非生物物质还是生物赖以生存的环境。分解者能将动植物遗体残骸中的有机物分解成无机物，是生态系统的必要成分。
2．(选择性必修2 P51旁栏思考)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。
3．(选择性必修2 P52“练习与应用”延伸思考)在农田、果园等人工生态系统中，可否通过增加或延长食物链，提高生态系统稳定性并获得更多产品？为什么？
提示：可以。农田和果园等人工生态系统的食物链单一，自身稳定性差，易受病虫害破坏。通过研究生物之间的相互关系，增加或延长食物链，使之成为立体农田和立体果园，可以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。
4．(选择性必修2 P53“科学·技术·社会”发掘)
(1)黄石公园灭狼后生态系统恶化的原因说明了什么问题？
提示：生物之间相互作用，一种生物发生变化可导致多种生物发生改变。
(2)黄石公园灭狼与引狼入园的启示是什么？
提示：生态系统本身具有维持稳定的机制，人类不尊重生态规律的荒唐行为，得到的一定是教训。
　　　　　　重难盲点·讲练疏通
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生态系统的组成成分及相互关系
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1．辨析生态系统组成成分的三类“不一定”和两类“一定”
三类“不一定”
生产者不一定是植物(如蓝细菌、硝化细菌等是原核生物)，植物不一定是生产者(如菟丝子营寄生生活，属于消费者)
消费者不一定是动物(如营寄生生活的微生物等)，动物不一定是消费者(如秃鹫、蚯蚓、蜣螂等以动植物的遗体或动物排遗物为食的腐生动物属于分解者)
分解者不一定是微生物(如蚯蚓等动物)，微生物不一定是分解者(如硝化细菌属于生产者，寄生细菌属于消费者)
两类“一定”
生产者一定是自养型生物，自养型生物一定是生产者
营腐生生活的生物一定是分解者，分解者一定是营腐生生活的生物
2.生态系统各成分的相互关系图解

[典例1]　如图表示生态系统的结构模型，下列相关叙述错误的是(　 )

A．图中既包含了生态系统的某些组成成分，又包含了生态系统的营养结构
B．错综复杂的食物网是生态系统保持相对稳定的重要条件
C．图中食草动物和食肉动物的存在可以加快生态系统的物质循环
D．图中可以实现有机物转化为无机物的生物组分只有甲
[解析]　分析题图可知，甲表示生产者，乙表示分解者，该图中的非生物的物质(CO2)、生产者、消费者、分解者属于生态系统的组成成分，图中的食物链(网)属于生态系统的营养结构，A正确；错综复杂的食物网是生态系统保持相对稳定的重要条件，B正确；图中食草动物和食肉动物均属于消费者，消费者的存在，能够加快生态系统的物质循环，C正确；生产者可以将无机物转化为有机物，生产者、消费者、分解者均可以将有机物转化为无机物，D错误。
[答案]　D
[规律方法]
根据模型图判断生态系统的四种成分

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D→A→B确定A为消费者，B为分解者
[对点练习]
1．下列有关生态系统的组成成分及营养级的叙述，正确的是(　 )
A．有机肥可为绿色植物为主的生产者提供物质和能量
B．蜣螂是需氧异养型动物，属于生态系统中的消费者
C．细菌只能是生态系统组成成分中的消费者和分解者
D．消费者都属于异养生物，消费者的存在有利于生态系统的物质循环
解析：选D　绿色植物是自养型生物，不能直接利用有机肥中的物质和能量，A错误；蜣螂是营寄生生活的需氧异养型动物，属于分解者，B错误；细菌也可能是生产者，如硝化细菌，C错误。
2．下列与图示有关的叙述，错误的是(　 )

A．若该图表示一个群落，则丁为分解者
B．若甲为生产者，则甲一定是自养型生物
C．若该图表示食物网，则该食物网中共有3条食物链
D．若该图表示生态系统的四种组成成分，则应加上由丁到甲的箭头，并可确定甲是生产者
解析：选C　群落包括一定区域内的所有种群，若题图表示群落，甲、乙、丙均指向丁，说明丁是分解者，A正确；生产者都是自养型生物，B正确；若该图表示食物网，则该食物网中共有4条食物链，分别是甲→丁、甲→乙→丁、甲→乙→丙→丁、甲→丙→丁，C错误；若该图表示生态系统的四种组成成分，则丁是非生物的物质和能量，应加上由丁到甲的箭头，并可确定甲是生产者，乙是消费者，丙是分解者，D正确。

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食物链的构建及食物网中生物数量变化的分析
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(一)构建食物链的一般方法
1．根据种群数量变化曲线图构建

2．根据所含能量(生物量)构建

(1)分析依据：根据相邻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)分析结果：图1可形成一条食物链为丙→甲→乙→丁。
图2生物可形成食物网。
3．根据生物体内有害物质的浓度“由少到多”构建
生物体
A
B
C
D
E
有机汞浓度/(mg·kg－1)
0.06
7
0.51
68
0.39
(1)分析依据：生物的富集作用。重金属、农药等有害物质被生物体吸收后难以排出体外，所以此类物质会随着食物链逐级积累，即营养级越高的个体中含有有害物质的量越多，其含量往往是上一营养级个体含量的5～10倍。
(2)分析结果：表中生物构成的食物网为

(二)食物网中生物数量变化的分析与判断
1．食物链的第一营养级生物数量减少，相关生物数量都减少，即出现连锁反应，因为第一营养级的生物是其他生物直接或间接的食物来源。
2．天敌减少，被捕食者数量增加，但随着数量增加，种内竞争加剧，种群密度还会下降，直到趋于稳定。
3．中间营养级生物减少的情况，举例如下：

若青蛙突然减少，则以它为食的蛇将减少，鹰通过增加捕食兔和食草鸟来维持自身的能量和物质需求，从而导致兔、食草鸟减少，因鹰不只捕食蛇一种生物，它可以依靠其他食物来源维持数量基本不变。
[典例2]　如图表示一生态系统中生物种类间的相互关系。图中各种生物均生活在退潮后暴露出的岩石上，其中海藻、藤壶、贻贝和海葵固着于岩石表面，海星、石鳖和石槭则在岩石表面来回爬动找寻食物。图中的数字表示海星食物中各种类所占的比例(%)。以下分析错误的是(　 )

A．此食物网中属于次级消费者的生物有海星、荔枝螺、海葵
B．既有捕食关系又有种间竞争关系的种类是海星和荔枝螺
C．当除去全部海星一年后，石鳖、石槭数量增加
D．当除去全部海星一年后，藤壶成为优势种，进而导致石鳖、石槭数量减少
[解析]　据题图分析，海藻和浮游植物是第一营养级，处于第三营养级的生物有海星、荔枝螺、海葵，A正确。海星和荔枝螺都以藤壶为食，有种间竞争关系，海星又可以捕食荔枝螺，是捕食关系，B正确。图中数字表示海星食物中各种类生物所占比例，从图中看出，藤壶提供了海星食物的64%，当海星被全部除去后，这部分藤壶得以生存，并迅速繁殖，占据大量岩石表面，从而使海藻在竞争中处于劣势，石鳖和石槭因食物减少而减少。海星去除后，对其他生物也有影响，但不如对藤壶的影响大，因为藤壶为海星提供的食物最多。若没有图中数字比例，是不能作出上述判断的，C错误，D正确。
[答案]　C

在进行食物网中生物数量变化分析时，若确定了食物的来源或去向比例，在除去某种生物后，对食物的来源或去向比例大的影响较大，而不应该简单机械套用已有规律方法。　　
[对点练习]
3．如图表示甲、乙、丙三个种群的环境容纳量和某时刻三个种群的实际数量。下列叙述正确的是(　 )

A．种内竞争最激烈的是丙种群
B．最接近“J”形增长模型的是乙种群
C．甲、乙、丙环境容纳量不同的原因是它们对环境的适应能力依次降低
D．若上述三个物种可形成一条食物链，则该食物链可能是甲→乙→丙
解析：选D　由题图可知，乙种群的实际数量已远远超过环境容纳量，因此种内竞争最激烈，A错误；在食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等理想条件下，种群数量呈“J”形增长，结合题图可知，乙种群数量增长曲线最不可能接近“J”形，B错误；环境容纳量是指一定的环境条件所能维持的种群最大数量，环境容纳量是环境制约作用的具体体现，它取决于食物、天敌等因素，C错误；由图可知乙的实际数量大于环境容纳量，甲的实际数量小于环境容纳量，且甲的环境容纳量大于乙的，所以很可能是乙数量过多，过度捕食甲造成此种现象，再结合三种生物中丙的数量最少，可知可能的食物链是甲→乙→丙，D正确。
4．如图是某湖泊生态系统中食物网的部分结构示意图，下列叙述错误的是(　 )

A．双翅目幼虫和银鱼之间存在捕食和种间竞争关系
B．黑鱼在该生态系统中处于第四、五营养级
C．若大量捕捞黑鱼，则会导致两种幼虫的数量增加
D．若水体被重金属污染，则黑鱼体内重金属的浓度最高
解析：选C　若大量捕捞黑鱼，则银鱼的数量会增多，银鱼捕食两种幼虫的数量增加，导致两种幼虫的数量减少，C错误。
系统学习(二)　生态系统的能量流动(固基点)
　　　　　　主干知识·记准理清
(一)能量流动的概念理解(一般情况下)

(二)能量流动的过程
1．第一营养级能量流动

2．第二营养级能量流动过程分析

(1)输入该营养级的总能量是指图中的(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)＋下一营养级同化的能量(i)＋未被利用的能量(j)。
(三)能量流动的特点
单向流动
表现
能量只能沿着食物链由低营养级流向高营养级
原因
生物之间的捕食关系不可逆转，热能不能被再度利用
逐级递减
规律
相邻两个营养级间的能量传递效率一般为10%～20%
原因
各营养级生物的呼吸消耗；各营养级能量都会有一部分流入分解者(包括未被下一营养级利用部分)
(四)生态金字塔的类型及特点
项目
能量金字塔
数量金字塔
生物量金字塔
形状



每一阶含义
每一营养级生物所含能量的多少
每一营养级生物个体的数量
每一营养级生物所含的有机物的总干重
象征含义
能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特点
一般情况下，生物个体数量在食物链中随营养级升高而逐级递减
一般情况下，生物体的总干重随营养级升高而逐级递减
特征
上窄下宽的正金字塔形
一般为正金字塔形，但可能出现“倒置”，如“树→昆虫→鸟”
一般为正金字塔形
(五)研究能量流动的实践意义
1．帮助人们将生物在时间、空间上进行合理配置，增大流入某个生态系统的总能量。
2．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。
3．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有益的部分。
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1．(选择性必修2 P54“科学方法”延伸思考)
如果将一个营养级的所有种群作为一个整体来研究能量流动的情况，有什么优点？
提示：将一个营养级的所有种群作为一个整体来研究能量流动，可以比较精确地测量每一个营养级能量的输入值和输出值。
2．(选择性必修2 P57和P58旁栏问题发掘思考)
(1)人类位于食物链的顶端，从能量金字塔来看，人口数量日益增长，这会对地球上现有的生态系统造成什么影响？
提示：从能量金字塔来看，人类位于食物链的顶端，生存需要消耗大量能量，随着人口数量增长，对资源的消耗越来越多，地球的生态环境可能会越来越恶化，甚至会崩溃。
(2)生物量指的是在某一调查时刻前，该营养级积累的有机物的量(干重)，通常用g/m2表示。为什么在海洋中生物量金字塔可能是上宽下窄倒置的？
提示：在海洋生态系统中，浮游植物个体小，寿命短，又会不断被浮游动物吃掉，因而某一时间调查到的浮游植物的生物量可能要低于浮游动物的生物量，这时就出现了上宽下窄的倒置金字塔。
　　　　　　题点考法·练全练通
考法(一)　考查能量流动过程分析
1．某同学在分析羊食草的过程后绘制了如图能量流动模型。下列相关叙述，正确的是(　 )

A．有机肥中化学能的主要流向是被草吸收、同化、利用
B．流经该生态系统能量的唯一来源是过程①固定的光能
C．羊所排粪便中的能量属于羊同化的能量
D．③中的能量应该来自羊“生长发育、繁殖”的能量
解析：选D　植物不能利用有机肥中的能量，只有分解者将有机物分解后，植物才能利用其中的矿质元素，有机肥中的能量主要流向土壤微生物(分解者)，A错误；据图可知，流经该生态系统能量有固定的光能和有机肥中的化学能，B错误；羊所排粪便中的能量应属于上一营养级即草所同化的能量，C错误；③为羊遗体残骸流向分解者的部分，其中的能量应该来自羊“生长发育、繁殖”的能量，D正确。
2．如图表示在一个生态系统中，植物光合作用积累的有机物被植食性动物利用的过程。下列叙述正确的是(　 )

A．④占②的百分比为能量传递效率
B．⑤⑥⑦⑧之和为流向分解者的能量
C．植食性动物粪便中的能量包含在⑦中
D．①⑤之和为输入到生态系统的全部能量
解析：选C　能量传递效率是指相邻两个营养级之间的同化能量之比，④和②都不能表示植食动物的同化能量，且两者为同一营养级，A错误；⑤⑥⑦⑧中包括流向分解者的能量和散失的能量，B错误；由于植食动物粪便是指摄入后未被同化的部分，包含在⑦中，C正确；输入生态系统的总能量为生产者固定的太阳能，一部分用于植物呼吸消耗，一部分储存在植物体内的有机物中，因此①＋⑤不能表示输入到该生态系统的总能量，D错误。

　　
(1)W1、D1指相应营养级的同化量，B1、B2指相应营养级中未被利用的能量。
(2)各营养级用于生长、发育和繁殖的能量为B1＋C1＋D1或B2＋C2＋D2。
(3)能量传递效率不会是100%。从上图可以看出，相邻两个营养级的传递效率等于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%。
(4)利用“拼图法”可得关系式：
　　
考法(二)　结合生态金字塔的特点，考查能量流动的特点
3．(2019·全国卷Ⅱ)如果食物链上各营养级均以生物个体的数量来表示，并以食物链起点的生物个体数作底层来绘制数量金字塔，则只有两个营养级的夏季草原生态系统(假设第一营养级是牧草，第二营养级是羊)和森林生态系统(假设第一营养级是乔木，第二营养级是昆虫)数量金字塔的形状最可能是(　 )
A．前者为金字塔形，后者为倒金字塔形
B．前者为倒金字塔形，后者为金字塔形
C．前者为金字塔形，后者为金字塔形
D．前者为倒金字塔形，后者为倒金字塔形
解析：选A　夏季草原生态系统中牧草的数量远多于羊的数量，该生态系统的数量金字塔呈金字塔形；森林生态系统中乔木的数量远少于昆虫的数量，该生态系统的数量金字塔呈倒金字塔形，A正确。
4.某草原生态系统中能量金字塔由最下面一层到最上面一层共四层，分别为甲、乙、丙、丁(如图)，若有外来生物戊入侵，且会与丙竞争食物，但不会被丁所捕食。下列有关说法错误的是(　 )
A．甲可能为绿色植物，甲固定的能量大于乙、丙、丁同化的能量之和
B．甲、乙、丙、丁构成该生态系统的生物群落
C．丁生物的种群数量很可能会减少
D．戊在生态系统中处于第三营养级
解析：选B　处于能量金字塔底层的是生产者，所以甲可能为绿色植物，生产者甲固定的能量大于乙、丙、丁同化的能量之和，A正确；能量金字塔包含生产者和消费者，不包含分解者，而生物群落应该包含该生态系统中的所有生物，可见甲、乙、丙、丁尚不能构成该生态系统的生物群落，B错误；由于生物戊入侵，与丙(丁的食物)竞争食物，所以丙的数量会下降，又由于戊不会被丁所捕食，所以丁生物的种群数量很可能会因食物减少而逐渐减少，C正确；戊与丙竞争食物，所以在生态系统中处于第三营养级，D正确。
考法(三)　考查能量流动在实践中的应用
5．(2021·山东高考)海水立体养殖中，表层养殖海带等大型藻类，海带下面挂笼养殖滤食小型浮游植物的牡蛎，底层养殖以底栖微藻、生物遗体残骸等为食的海参。某海水立体养殖生态系统的能量流动示意图如下，M、N 表示营养级。

(1)估算海参种群密度时常用样方法，原因是____________________________________。
(2)图中 M 用于生长、发育和繁殖的能量为________kJ/(m2·a)。由M到N的能量传递效率为________%(保留一位小数)，该生态系统中的能量________(填“能”或 “不能”)在M和遗体残骸间循环流动。
(3)养殖的海带数量过多，造成牡蛎减产，从生物群落的角度分析，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)海水立体养殖模式运用了群落的空间结构原理，依据这一原理进行海水立体养殖的优点是______________________________。在构建海水立体养殖生态系统时，需考虑所养殖生物的环境容纳量、种间关系等因素，从而确定每种生物之间的合适比例，这样做的目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)海参由于活动范围小，活动能力弱，所以常用样方法测定种群密度。(2)用于生长、发育和繁殖的能量＝同化的能量－呼吸作用消耗的能量＝3 281＋2 826－3 619＝2 488 kJ/(m2·a)；由 M到N的能量传递效率为386÷(3 281＋2 826)×100%≈6.3%，能量流动的方向是单向的，不能循环。(3)牡蛎以浮游植物为食，由于海带的竞争，浮游植物数量下降，牡蛎的食物减少，所以产量降低。(4)海水立体养殖利用了群落结构的特点，优点是能充分利用空间和资源；由于空间和资源是有限的，所以在构建海水立体养殖生态系统时，需考虑所养殖生物的环境容纳量、种间关系等因素，从而确定每种生物之间的合适比例，维持生态系统的稳定性，保持养殖产品的持续高产。
答案：(1)海参活动能力弱，活动范围小　(2)2 488　6.3　不能　(3)由于海带的竞争，浮游植物数量下降，牡蛎的食物减少，产量降低　(4)能充分利用空间和资源　维持生态系统的稳定性，保持养殖产品的持续高产(实现生态效益和经济效益的可持续发展)

(1)动物的同化量不等于摄入量。
①同化量为每一营养级通过摄食并转化成自身有机物的能量。
②摄入量是消费者摄入的能量，同化量＝摄入量－粪便量。
(2)生态系统的能量传递效率不等于能量利用率。
①能量传递效率：能量在沿食物链流动的过程中，逐级减少，若以“营养级”为单位，能量在相邻两个营养级之间的传递效率为10%～20%。其计算公式为：能量传递效率＝(一个营养级同化量/上一营养级同化量)×100%。
②能量利用率：通常考虑的是流入人体中的能量占生产者能量的比值，或流入最高营养级的能量占生产者能量的比值。合理调整能量流动，可提高能量的利用率。　　
系统学习(三)　生态系统能量流动的相关计算(强化点)
　　　　　　　　　　　　　　　　

[典例1]　如图表示某生态系统食物网的图解，猫头鹰体重每增加1 kg，至少消耗A约(　 )

A．100 kg B．44.5 kg
C．25 kg D．15 kg
[解析]　分析题图可知，图中有3条食物链，即A→B→猫头鹰、A→C→B→猫头鹰、A→C→D→猫头鹰。题中所问为猫头鹰体重每增加1 kg，至少消耗的A的质量，已知高营养级的能量求低营养级能量时，需最少能量，选最短食物链(A→B→猫头鹰)，能量传递效率按20%计算，则至少消耗A的质量为1÷20%÷20%＝25 (kg)。
[答案]　C

(1)食物链越短，最高营养级获得的能量越多。
(2)生物间的取食关系越简单，生态系统的能量流动过程中消耗的能量越少。具体计算方法如下：

[对点练习]
1．下图所示的食物网中，若人的体重增加1 kg，最少需消耗水藻________kg，最多消耗水藻________kg。

解析：能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%～20%。求最少消耗水藻量时，应选最短的食物链，即水藻→小鱼→人，传递效率按20%计算，设最少消耗水藻量为x，则x×20%×20%＝1 kg，x＝25 kg；求最多消耗水藻量时，应选最长的食物链，即水藻→水蚤→虾→小鱼→大鱼→人，传递效率按10%计算，设最多消耗水藻量为y，则y×10%×10%×10%×10%×10%＝1 kg，y＝100 000 kg。
答案：25　100 000


[典例2]　由于“赤潮”的影响，一条6 kg重的杂食性海洋鱼死亡，假如该杂食性海洋鱼的食物有1/3来自植物，1/3来自食草鱼类，1/3来自以食草鱼类为食的小型肉食鱼类；那么按能量传递效率20%来计算，该杂食性鱼从出生到死亡共需海洋植物(　 )
A．310 kg B．240 kg
C．180 kg D．150 kg
[解析]　由题意可知，题干中存在3条食物链：①海洋植物→杂食性鱼，②海洋植物→食草鱼→杂食性鱼，③海洋植物→食草鱼→小型肉食鱼→杂食性鱼；杂食性鱼的食物1/3来自食物链①，1/3来自食物链②，1/3来自食物链③。该杂食性鱼从食物链①消耗的海洋植物为2÷20%＝10 kg，从食物链②消耗的海洋植物为2÷20%÷20%＝50 kg，从食物链③消耗的海洋植物为2÷20%÷20%÷20%＝250 kg，因此共需海洋植物10＋50＋250＝310 kg，A正确。
[答案]　A

(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多种生物获得能量，且各途径获得的能量比例确定，则按照各单独的食物链进行计算后合并。　　
[对点练习]
2．如图若黄雀的全部同化量来自两种动物——食草昆虫和螳螂，且它们各占一半，则当绿色植物增加G千克时，黄雀增加体重最多是多少千克(　 )

A．G/125 B．G/100
C．G/75 D．G/50
解析：选C　假设黄雀增加体重最多(能量传递效率为20%)为x，由题意可知，黄雀的全部同化量来自两种动物，食草昆虫和螳螂各占一半，所以黄雀要吃食草昆虫x÷20%÷2＝2.5x，同理黄雀要吃螳螂也是2.5x，而螳螂增重2.5x需要消耗食草昆虫2.5x÷20%＝12.5x，加起来相当于吃了食草昆虫15x，又相当于吃绿色植物15x÷20%＝75x。已知绿色植物增加G千克，所以75x＝G，x＝G/75，C正确。

[典例3]　回答以下有关能量计算的问题：
(1)若人类获取植物性食物与动物性食物的比例是1∶1，将此食物结构改为4∶1，能量流动效率按10%计算，则调整后可供养的人口是前者的________倍(保留两位小数)。
(2)若植物向动物及向人提供的能量比例由1∶1调整为1∶4，能量流动效率按10%计算，则调整后供养的人口是前者的________倍(保留两位小数)。
[解析]　(1)若人类获取植物性食物与动物性食物的比例是1∶1，如下左图，共需植物性食物的相对值为55；如果动物性食物与植物性食物的比例是1∶4，则共需植物性食物的相对值是28(如下右图)。前者对食物的消耗量是后者的1.96倍，这也就说明后者可供养的人数是前者的1.96倍。

(2)设植物能量为M，则调整前，人所得能量为M×1/2×10%＋M×1/2×(10%)2＝10M/200＋M/200＝11M/200，调整后人所得能量为M×4/5×10%＋M×1/5×(10%)2＝2M/25＋M/500＝41M/500，则调整后∶调整前比值约为1.49，即调整后供养的人口是调整前的1.49倍。
[答案]　(1)1.96　(2)1.49

在具体计算时务必先澄清分配比例，再确定求解中应“顺推(用乘法)”还是“逆推(用除法)”，以右图食物网为例：
(1)若已知“植物同化量(A)”，并告知其“传向动物与直接传向人比例由1∶1调整为1∶2”，求解人最多增重变化(M)，计算时宜“顺推(用乘法)”
调整前
A×1/2×1/5＋A×1/2×2＝M1
调整后
A×2/3×1/5＋A×1/3×2＝M2
(2)若已知“人同化量(M)”并告知人的食物来源“素食、肉食由1∶1调整为2∶1”，求解最少需要植物量(A)，计算时应“逆推(用除法)”
调整前
调整后
＋＝A1
＋＝A2
[对点练习]
3.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
解析：选A　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1/2a×10×10＋1/2a×10；改变食物比例后丙的能量设为b，则需要甲提供的能量为2/3b×10＋1/3b×10×10，根据题意可得：1/2a×10×10＋1/2a×10＝2/3b×10＋1/3b×10×10，b/a＝1.375。

[典例4]　如图为地震毁损的某自然保护区人为干预下恢复过程的能量流动图[单位为103 kJ/(m2·a)]。下列说法错误的是(　 )

A．流经城市生态系统的总能量包括了城市生态系统中的生产者固定的太阳能以及从外围的农田生态系统等补偿输入的能量
B．计算可知，肉食动物需补偿输入的能量值为5×103 kJ/(m2·a)
C．流经该生态系统的总能量为1.29×105 kJ/(m2·a)
D．在人为干预下，能量在第一营养级到第二营养级之间传递效率为14.6%
[解析]　城市生态系统虽然是人为建立的，但还是要依赖自然系统，其能量输入除生产者固定的太阳能外还有外围的其他系统补偿输入的能量，才能维持平衡。肉食动物同化量为16－4－9－0.5＝2.5，所以补偿输入量为(2.1＋5.1＋0.05＋0.25)－2.5＝5。流经该生态系统的总能量为23＋70＋3＋14＋2＋5＋12＝129。能量在第一营养级到第二营养级之间传递效率为14/(23＋70＋3＋14)×100%＝12.7%。[注：以上计算单位均为103 kJ/(m2·a)]
[答案]　D

人为输入到某一营养级的能量是该营养级同化量的一部分，但却不是从上一营养级流入的能量。如求第二营养级至第三营养级传递效率时，应为第三营养级从第二营养级同化的能量(不包括人工输入到第三营养级的能量)/第二营养级的同化量(包括人工输入到第二营养级的能量)×100%。　　
[对点练习]
4．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·a)]，请回答有关问题：

(1)图中A代表的生理过程是________。
(2)第二营养级到第三营养级的能量传递效率是________，第一营养级到第二营养级的传递效率是________。
(3)流入该生态系统的总能量是______kJ/(m2·a)。
解析：(1)每一营养级(最高营养级除外)的能量去向包括流向下一营养级、被分解者分解及呼吸作用中以热能形式散失三个途径。因此，图中A代表的是各种生物的呼吸作用。(2)肉食性动物从植食性动物获得的且同化的能量＝5.1＋2.1＋0.25＋0.05－5＝2.5×103 [kJ/(m2·a)]，植食性动物的同化量＝2.5＋4＋9＋0.5＝16×103 [kJ/(m2·a)]，因此第二营养级到第三营养级的能量传递效率＝2.5/16×100%＝15.625%。该生态系统中能量的来源有两个：生产者固定的能量和有机物输入，生产者固定的总能量＝96×103＋14×103(流入植食性动物的能量)＝110×103 [kJ/(m2·a)]。第一营养级到第二营养级的能量传递效率为14/110×100%＝12.7%。(3)流入该生态系统的总能量为110×103＋7×103＝1.17×105 [kJ/(m2·a)]。
答案：(1)呼吸作用　(2)15.625%　12.7%　(3)1.17×105
[课时验收评价]
1．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
解析：选A　生产者大多数是光能自养型的真核生物(绿色植物)，少数是光能自养型和化能自养型的原核生物(蓝细菌、硝化细菌等)；动物并不一定都是消费者，如蚯蚓是分解者；细菌可作为生产者、消费者和分解者；生产者与分解者之间不一定都是直接联系的，有时候生产者和分解者需要靠消费者来间接联系。
2．下列有关生态系统结构的说法，正确的是(　 )
A．生态系统的营养结构只包含生产者与消费者两种成分
B．不能进行光合作用的生物一定不是生产者
C．营腐生生活的细菌不一定是分解者
D．生产者和分解者是生态系统的基石，消费者不是生态系统的必备成分
解析：选A　食物链和食物网是生态系统的营养结构，而在食物链和食物网中只包含生产者和消费者，A正确；进行化能合成作用的生物也属于生产者，如硝化细菌，B错误；营腐生生活的细菌都属于分解者，C错误；生产者是生态系统的基石，消费者的存在，能够加快生态系统的物质循环，分解者是生态系统的必备成分，D错误。
3．下列有关食物链和食物网的叙述，正确的是(　 )
A．食物链和食物网是生态系统中物质循环和能量流动的主要渠道
B．食物链、食物网及其作用的无机环境构成了生态系统
C．若生态系统保持稳定，则其中的食物链和食物网就不会发生变化
D．生物的数量越多，构成的食物链和食物网就越复杂
解析：选A　食物链和食物网是生态系统中物质循环和能量流动的主要渠道，A正确；生态系统包括生物群落与它的非生物环境，食物网中没有分解者，B错误；在生态系统中，生物的迁入和迁出、群落演替等因素会导致食物链和食物网发生变化，C错误；生物的多样性越高，构成的食物链和食物网越复杂，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
解析：选B　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种间竞争关系，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。
5．科学家在深海中的火山口周围发现了热泉。经过对热泉生态系统的研究，科学家认为热泉口的环境与地球上早期生命所处的环境相似。热泉喷出的海水中富含硫化氢和硫酸盐，硫细菌通过氧化硫化物和还原CO2来制造有机物。管蠕虫吞入硫细菌形成细菌囊，并不断将从海水中吸收的硫化氢等物质输送给囊中硫细菌，同时也从硫细菌获取能量。下列说法错误的是(　 )
A．硫细菌是自养生物，硫细菌与管蠕虫的种间关系为寄生
B．研究深海热泉生态系统，有助于了解生命的起源
C．该生态系统的能量源头主要是硫化物氧化释放的化学能
D．硫细菌与硝化细菌同化作用类型相同，都属于生产者
解析：选A　硫细菌通过氧化硫化物和还原CO2来制造有机物，故同化作用类型是自养型；由题干信息可知，硫细菌与管蠕虫的种间关系为互利共生，A错误。
6．现有一森林生态系统中存在食物链“马尾松→松毛虫→杜鹃”。如图表示松毛虫摄入能量的流动方向，图中字母代表能量值。若图中松毛虫摄入能量为2.2×109 kJ，A中能量为1.6×109 kJ，B中能量为1.2×109 kJ，杜鹃同化能量为2.4×108 kJ。下列说法错误的是(　 )

A．图中B表示用于松毛虫生长发育繁殖(储存在体内)的能量
B．该生态系统中松毛虫到杜鹃的能量传递效率为10.9%
C．由松毛虫流入分解者的能量可用D＋F表示
D．该森林发生火灾后又慢慢恢复，这属于群落的次生演替
解析：选B　据图分析，松毛虫的同化量是A，杜鹃的同化量是E，能量传递效率可用E/A表示，E/A＝(2.4×108)/(1.6×109)＝15%，B错误。
7.某生态系统能量金字塔如图所示，图中字母代表不同生物。下列分析错误的是(　 )
A．图中A、B、C代表生产者，通常是绿色植物
B．图中E、F之间传递信息一定是单向的
C．碳以有机物的形式沿着箭头所示渠道流动
D．图中C→E→F这条食物链中，F属于第三营养级
解析：选B　生产者通常是绿色植物，A正确；图中E、F之间的信息传递往往是双向的，B错误；在食物链中碳以有机物的形式流动，C正确；图中C→E→F这条食物链中，F所代表的是第三营养级，D正确。
8．“虾稻共作”是一种稻田综合种养模式，稻田中的水草、藻类、害虫、腐殖质等为小龙虾提供了饵料，小龙虾取食天然饵料和人工饵料后产生的排泄物又为水稻生长提供了良好的生物肥。下列相关叙述正确的是(　 )
A．流经该生态系统的总能量是生产者固定的全部太阳能
B．小龙虾的摄食降低了水草与水稻的竞争从而更有利于水稻的生长
C．小龙虾在生态系统的组成成分中既是生产者，也是消费者和分解者
D．小龙虾的排泄物可为水稻提供能量，提高了该生态系统的能量利用率
解析：选B　由于该生态系统有人工投喂的饵料，所以流经该生态系统总能量包括生产者固定的全部太阳能和人工饵料中的化学能，A错误；小龙虾以杂草为食，可以降低水草与水稻的竞争从而更有利于水稻的生长，B正确；小龙虾以水草、藻类、害虫、腐殖质为食，所以可以作为消费者和分解者，但不能作为生产者，C错误；小龙虾的排泄物被分解者分解后可以为植物提供矿质元素，但不能为水稻提供能量，D错误。
9．图甲表示能量在生态系统中的流动过程，其中a、b、c表示不同类型的生物。图乙是b1中两个种群的数量变化。下列说法正确的是(　 )

A．图甲中a、b、c共同组成一个群落，三者都是生态系统重要的组成成分
B．图乙中两个种群之间的关系是种间竞争。种群②的数量会无限增加
C．b2中动物的食性会影响种群①、②的数量变化，若b2中的生物大量死亡，短时间内a中生物的数量增加
D．若要使b2储存的能量增加x，最多需要a固定太阳能的量为y，则x与y的关系式应为y＝100x
解析：选A　由图甲可知，a为生产者，c为分解者，b1为初级消费者，b2为次级消费者，因此，a、b、c共同组成一个生物群落；生产者、消费者、分解者是紧密联系，缺一不可的，A正确；对图乙分析可知，开始时两个种群的数量都增长，随后种群②数量继续增加，而种群①数量下降，说明两个种群之间的关系为种间竞争，由于受到资源、空间和天敌的限制，种群②的数量不会无限增加，B错误；b2是b1的天敌，故b2中动物的食性会影响种群①和种群②的数量变化，b2中的生物大量死亡，短时间内b1中生物的数量会增加，进而导致a中生物的数量减少，C错误；按照最低能量传递效率来计算，消耗的生产者最多。因为b2的同化量＝自身呼吸作用散失的能量＋b2生长、发育和繁殖的能量(储存能量x)，因此若要使b2储存的能量增加x，最多需要消耗a固定的能量＝b2的同化量÷10%÷10%＝100×b2的同化量。因此，x与y的关系式应y＞100x，D错误。
10．如图为某生态系统的能量流动模型，其中P代表生产者固定的太阳能，A代表呼吸作用释放的能量，B代表未被利用的能量，C代表流向分解者的能量。下列相关叙述错误的是(　 )

A．P大于A1、A2、A3之和
B．若该生态系统一年内干物质总量基本不变，则其抵抗力稳定性也不变
C．图中B1＋C1＋D1的总能量为生产者储存在植物体中用于生长、发育、繁殖的能量
D．生产者到植食性动物的能量传递效率可表示为D1/(A1＋B1＋C1＋D1)×100%
解析：选B　一般来说，生态系统中的组分越多，食物网越复杂，其自我调节能力就越强，抵抗力稳定性就越高，生态系统中干物质总量不变，无法体现出上述情况的变化，B错误；生态系统中相邻营养级能量的传递效率等于它们同化量的比值，因此生产者到植食性动物的能量传递效率可表示为：D1/P×100%[或D1/(A1＋B1＋C1＋D1)×100%]，D正确。
11．如图所示为某食物链中各个营养级共有的能量流动情况，其中a～d代表能量值。错误的是(　 )

A．d代表流向分解者的能量
B．若图示为第一营养级的能量流动情况，则图中缺少的能量流向是流向下一(第二)营养级的能量
C．若图示为第二营养级的能量流动情况且为恒温动物，在气温逐渐降低时，假设b保持不变，则b/a的值将增大
D．若图示为第三营养级的能量流动情况，假设该动物的摄入量为e，为了提高该动物的食物利用率，应提高b/e的值
解析：选C　据题图分析可知：因为图中的能量流动表示各个营养级共有的能量流动情况，图中a表示呼吸消耗；b表示同化量；c表示用于自身生长、发育和繁殖的能量；d代表流向分解者的能量，A正确；若图示为第一营养级的能量流动情况，则图中缺少的能量流向是流向第二营养级的能量，B正确；若图示为第二营养级的能量流动情况且为恒温动物，在气温逐渐降低时，恒温动物为了维持体温相对稳定，增强呼吸作用，则a值增大。假设b保持不变，a值增大，则b/a的值将减小，C错误；提高动物的食物利用率，需提高动物同化的能量，即提高b/e的值，D正确。
12．某海域生态系统渔业资源种类多样、数量众多，其中以乌贼、灯笼鱼和金枪鱼等资源最为丰富。以往深海环境一直被认为是生命的禁区，但是实际上，在这片深海的海底生命极度活跃，存在着不依赖光合作用、靠硫化氢等化学物质自养的硫细菌，另外还有大量的异养生物。
(1)该生态系统的结构包括____________________和____________。在海洋中，由浅入深分布着绿藻、褐藻和红藻，影响海洋藻类垂直分布的非生物因素主要是__________。
(2)不同的金枪鱼在体征上有一定的差别：鳍色有蓝色的、黄色的、胸鳍有长的、短的，体型有粗大的、瘦长的，这体现了金枪鱼的物种多样性和__________多样性。
(3)灯笼鱼在头部前边眼的附近、身体侧线的下方和尾柄上，有排列成行或成群的圆形发光器，该发光器发出的光能引诱异性。上述事实表明信息传递在生态系统中的作用是__________________________。
(4)流经该生态系统的总能量是__________________。如图是该生态系统中金枪鱼与它的食物——虾这两类生物的能量流动示意图，其中a～e表示能量值。金枪鱼粪便中的能量包含在________(填字母)中，金枪鱼用于生长、发育及繁殖的能量值可表示为________(用图中字母和计算符号表示)。
解析：(4)流经该生态系统的总能量是生产者固定的太阳能和化学能。金枪鱼粪便中的能量属于虾同化的能量中流向分解者的一部分，包含在c中。金枪鱼同化的能量一部分用于呼吸消耗，一部分用于自身生长、发育、繁殖，图中a为金枪鱼的同化量，b为金枪鱼呼吸作用消耗的能量，所以金枪鱼用于自身生长、发育、繁殖的能量为a－b。
答案：(1)生态系统的组成成分　营养结构(或“食物链和食物网”)　光质(或“光照”“光照强度”“光”)　(2)基因(或遗传)　(3)有利于生物种群的繁衍　(4)生产者固定的太阳能和化学能(或“生产者固定的能量”“绿色植物固定的太阳能和硫细菌固定的化学能”)　c　a－b
13．某城市河流由于生活污水和工业废水的排入，水质逐渐恶化。经过治理后，河水又恢复了清澈。如下图A表示该河流的能量金字塔(甲、乙、丙为3种鱼，丁为1种水鸟，甲不摄食藻类，箭头指示能量流动方向)，下图B表示部分能量流动关系(图中数字表示同化的能量)。请回答下列问题：

(1)该河流生态系统的结构包括_______________________________________________。图A所示食物网中，初级消费者是____________，它们的种间关系是________________。
(2)根据图A分析，除了图B中已经标出的能量去向之外，乙的能量去向还有________________________________________________________________________
______________________。
(3)结合图B分析，图A食物网中第一营养级到第二营养级能量的传递效率__________(填“＝”或“≠”)7.6%，原因是_______________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)从生态学角度解释，污染物排放导致水质恶化的原因主要是________________________________________________________________________。
解析：(1)生态系统的结构包括组成成分和营养结构；据图A可知初级消费者是第二营养级即甲和乙，它们之间存在种间竞争关系。(2)图B中已经标出的能量有流入丙和流入分解者的能量，乙的能量去向还有流入丁和自身呼吸作用消耗以热能的形式散失的能量。(3)由于第二营养级包括甲和乙，所以计算第一营养级到第二营养级能量的传递效率应为两营养级同化量的比值，而甲的同化量未知，只根据乙的同化量计算出的传递效率为7.6%，所以第一营养级到第二营养级能量的传递效率大于7.6%。(4)从生态学角度解释，污染物排放导致水质恶化的原因主要是河流生态系统的自我调节能力有限。
答案：(1)组成成分和营养结构(或组成成分、食物链和食物网)　甲、乙　种间竞争
(2)传递给丁、自身呼吸以热能的形式散失
(3)≠　乙的同化量并不等于第二营养级的同化量(或能量传递效率等于两相邻营养级的同化量的比值，第二营养级不只有乙；或甲和乙都是第二营养级)
(4)河流生态系统的自我调节能力有限