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新高考生物一轮复习课件：第30讲 生态系统的结构、能量流动（含解析）
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这是一份新高考生物一轮复习课件：第30讲 生态系统的结构、能量流动（含解析），共60页。PPT课件主要包含了素养目标，生物群落，非生物环境，生物圈，全部生物，物质和能量，腐生细，菌和真菌，物质循环，生产者等内容，欢迎下载使用。
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:生态系统的范围有大有小。 是地球上最大的生态系统,它包括地球上的 及其 。 (3)类型
2.生态系统的组成成分(1)非生物的 :光、热、水、空气、无机盐等。 (2)生物群落:
(3)生态系统各组成成分的相互关系
3.食物链和食物网(1)食物链
旁栏边角(选择性必修2,第51页,“思考”改编)通常,生态系统的食物链不会很长,一般不超过五个营养级,其原因是什么?
提示 各个营养级的生物都会因呼吸作用消耗掉大部分能量,其余能量有一部分流入分解者,只有一小部分能够被下一营养级的生物利用。流到第五营养级时,余下的能量很少,甚至不足以养活一个种群,因此食物链上一般不超过五个营养级。
易错辨析1.基于对生态系统的理解,判断下列表述是否正确。(1)土壤微生物可作为生态系统的分解者。( )(2)土壤中的硝化细菌是异养生物,因而不属于生产者。( )(3)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。( )2.基于对食物链和食物网的理解,判断下列表述是否正确。(1)食物网中两种生物间只能有一种种间关系。( )(2)生态系统的食物链中营养级越高的生物,其体型必然越大。( )(3)食物链纵横交错形成的复杂营养关系就是食物网。食物网的复杂程度取决于该生态系统中生物的数量。( )
长句应答物质和能量是生命活动存在的 ,生命活动本质上也是 。非生物物质还是 。
二、生态系统的能量流动1.概念:生态系统中 。
能量的输入、传递、转化和散失的过程
生产者固定的太阳能的总量
2.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
呼吸消耗的能量(d)
用于生长、发育和繁殖的能量(c)
下一营养级同化的能量(i)
未被利用的能量(j)
3.能量流动的特点(1)图中的生物类群分别是:① ,② ,③ ,⑤ 。④表示的生理过程是 。 (2)图示中的E2/E1表示 间的能量传递效率。
(3)能量流动的特点及原因①单向流动的原因
4.生态金字塔(1)金字塔类型
(2)生态金字塔: 统称为生态金字塔。
能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔
5.研究能量流动的实践意义
将生物在时间、空间上进行合理配置
科学规划、设计人工生态系统
合理地调整生态系统中的能量流动关系
持续高效地流向对人类最有益的部分
旁栏边角1.(选择性必修2,第54页,“问题探讨”改编)如果你被困荒岛,要维持更长时间等待救援,要获得更多能量,究竟要采用以下哪种生存策略呢?A.先吃鸡,再吃玉米;B.先吃玉米,然后用一部分玉米喂鸡,吃鸡下的蛋,最后吃鸡。
提示 应选A方案。应该先吃鸡,因为从营养级角度来讲,鸡是初级消费者,玉米是生产者,根据能量流动递减法则,如果让鸡吃玉米,然后人再吃鸡或者鸡蛋,会有能量的消耗,人所获得的能量减少,维持时间较短。应选择先吃鸡,再吃玉米。
2.(选择性必修2,第58页,“沼气池”改编)人们在研究能量流动时,将秸秆作为牲畜的饲料,将粪便加入沼气池,生产燃料。此过程提高能量的传递效率了吗?
提示 没有。以上过程提高了能量的利用率,即人类充分利用了流向分解者的能量,实现了对能量的多级利用,减少了环境污染,但没有提高能量在不同营养级之间的传递效率。
易错辨析1.基于对能量流动过程的理解,判断下列表述是否正确。(1)生态系统中细菌产生的能量可流向生产者。( )(2)若人与自然和谐统一,生产者固定的能量便可反复利用。( )(3)一种蜣螂专以象粪为食,则该种蜣螂最多能获取大象所同化能量的20%。( )2.基于对生态金字塔和研究能量流动的实践意义的理解,判断下列表述是否正确。(1)能量金字塔和生物量金字塔可以出现倒置现象。( )(2)沼渣、沼液作为肥料还田,使能量能够循环利用。( )(3)研究能量流动,可帮助人们合理设计人工生态系统,提高能量的传递效率。( )
长句应答1.农业生态系统除草除虫的意义: 。
2.建立农业生态系统,延长腐生食物链的意义: ,并减少环境污染。3.人工生态系统往往需要不断有物质投入的原因是 。
提示 调整能量流动的关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部分
使能量多级利用,提高能量的利用率
提示 人工生态系统会不断有产品的输出,带走了部分物质,根据物质循环原理,需要不断投入物质
考向探究考向1生态系统的组成成分1.(2022辽宁模拟)下列关于生态系统结构的叙述,错误的是( )A.生态系统的结构包括生产者、消费者、分解者以及食物链和食物网B.在生态系统中,生产者全是自养生物,但不一定都是绿色植物C.在一个食物网中,以植食动物为食的肉食动物属于第三营养级、次级消费者D.尽管生态系统多种多样,但可用同一结构模型表示它们在结构上具有的共同点
答案 A 解析 生态系统的结构包括生态系统的组成成分(包括非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者)、食物链和食物网,A项错误;在生态系统中,生产者全是自养生物,但不一定都是绿色植物,如蓝细菌和硝化细菌是自养生物,但不是绿色植物,B项正确;在一个食物网中,生产者是起点,因此,以植食动物为食的肉食动物属于第三营养级、次级消费者,C项正确;不同的生态系统具有相同的结构,可用同一结构模型表示它们在结构上具有的共同点,即均包含生态系统的组成成分以及食物链和食物网,D项正确。
考向2食物链和食物网2.某研究小组最初在垃圾堆中发现了某种放射性元素,后来在周围的植物体内发现了该元素,接着在附近的动物体内也发现了该元素,放射性强度如图所示。下列叙述正确的是( )A.蚱蜢、蜘蛛和蚯蚓可构成食物链B.该放射性元素不属于该生态系统的组成成分C.蜘蛛属于该生态系统中的第三营养级D.蚯蚓体内最迟出现放射性元素的原因是蚯蚓所处的营养级较高
答案 C 解析 蚱蜢和蜘蛛均属于消费者,蚯蚓属于分解者,三者不能构成食物链,食物链是从生产者开始的,包括生产者和消费者,A项错误;该放射性元素属于该生态系统组成成分中的非生物成分,B项错误;该生态系统中植物属于第一营养级,蚱蜢属于第二营养级,蜘蛛属于该生态系统中的第三营养级,C项正确;食物链中只有生产者和消费者,蚯蚓属于分解者,食物链中不包括分解者,D项错误。
方法突破1.生态系统组成成分的3类“不一定”和两类“一定”
2.食物链和食物网的分析方法
考向探究考向1能量流动的过程1.(2022江苏模拟)某同学在分析羊食草的过程后绘制了如下能量流动模型。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应该属于羊同化的能量D.③中的能量应该来自羊“生长发育、繁殖”的能量
答案 D 解析 植物不能利用有机肥中的能量,分解者将有机物分解后,植物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项错误;据图可知,流经该生态系统的能量主要是过程①固定的光能,此外还有有机肥中的化学能,B项错误;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项错误;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项正确。
2.(2022山东)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 。
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)
解析 (1)由于海参活动范围小,活动能力弱,所以常用样方法测定其种群密度。(2)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垂直结构的特点,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。
考向2生态金字塔3.下图为某生态系统的能量金字塔简图,其中①②③④分别代表不同的营养级,该生态系统输入的总能量为m,各营养级输出的能量为n。下列叙述正确的是( )A.①为生产者,②③为消费者,④为分解者B.m和n的能量形式分别是太阳能和化学能C.②比③同化量少是因为②的能量要用于呼吸作用D.维持该生态系统的稳定需要外部能量的持续输入
答案 D 解析 ④为生产者,①②③为消费者,A项错误;生态系统输入的总能量为生产者固定的太阳能的总量,各营养级输出的能量是在呼吸作用中散失的热能,故m和n的能量形式分别是太阳能和热能,B项错误;③同化的能量,一部分在呼吸作用中以热能的形式散失,一部分随遗体、残骸被分解者利用,一部分未被利用,因此流入下一营养级②的能量只是很少的一部分,能量传递效率为10%~20%,C项错误;生态系统能量流动是单向流动、逐级递减的,维持该生态系统的稳定需要外部能量的持续输入,D项正确。
考向3研究能量流动的实践意义4.(2022河北期末)“小养殖、小种植、小加工、小工匠”四小农场是推进乡村振兴过程中的重要力量。下图为一个小型人工生态农场的模式图以及该小型人工生态农场中农作物和鸡的部分能量值(单位:104kJ),
请根据图和表格分析,下列说法正确的是( )A.该小型生态系统的结构包括生物成分及它们之间形成的营养结构B.该小型生态系统通过食物网流向人的能量值为1.7×105 kJC.该生态系统中第一营养级到第二营养级的能量传递效率约为17.2%D.与常规农业种植模式相比,人工生态农场实现能量的多级利用,提高了能量传递效率
答案 C 解析 生态系统的结构包括组成成分和营养结构,组成成分除了生物成分还有非生物成分,A项错误;据表分析,农作物流入下一营养级的能量为110-21-58=31(×104 kJ),鸡的同化量为10+8=18(×104 kJ),所以农作物流向人的能量是13×104 kJ,鸡流入下一营养级的能量为8-2-3=3(×104 kJ),所以人通过食物网获得的能量为1.6×105 kJ,B项错误;该生态系统中第一营养级到第二营养级的能量传递效率为(31×104kJ)÷[(110+70)×104kJ]×100%≈ 17.2%,C项正确;人工生态农场提高了能量利用率,不能提高能量的传递效率,D项错误。
方法突破1.“拼图法”分析能量流动过程(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:
2.流入某一营养级的能量去向可从以下两个角度分析
3.能量传递效率与能量利用率的区别(1)能量传递效率①含义:生态系统中能量传递效率为10%~20%,即输入某一营养级的能量中,只有10%~20%的能量流到下一营养级(最高营养级除外)。②计算公式
(2)能量利用率①一般指流入最高营养级(或人类)的能量占生产者固定总能量的比值。②一般来说,食物链越短,能量利用率越高。③有时考虑分解者的参与,使营养结构更复杂,以实现能量的多级利用,提高能量利用率。
1——食物链和食物网构建知识必备1.构建食物链的一般方法(1)根据种群数量变化曲线图构建①分析依据:先上升、先下降者为被捕食者。②食物链:乙→丙→甲(图1)。
(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结果:图2中生物可形成一条食物链,丙→甲→乙→丁。图3中生物可形成食物网,
(3)根据生物体内有害物质的浓度“由少到多”构建食物链(网)。
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,即营养级越高的生物体中含有有害物质的量越多,其含量往往是上一营养级生物体含量的5~10倍。②分析结果:
2.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,种内斗争加剧,种群密度会下降,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,从而导致兔、食草鸟减少,因鹰不只捕食蛇一种生物,还有其他食物来源,其数量基本不变。
专项突破典例.(2022重庆巴蜀中学模拟)(不定项选择)如下图是一个陆地生态系统食物链(网)的结构模式图,下列叙述正确的是( )A.在该食物网中,共有5条食物链B.在该食物网中,H占有3个不同的营养级C.若B种群中,各年龄段个体数目比例适中,则该种群密度在一段时间内会明显变大D.该食物网中,如果C种群数量下降10%,则H的数量不会发生明显变化
答案 ABD 解析 此食物网中,从生产者到最高级消费者,食物链有①A→B→H、②A→C→D→H、③A→C→F→G→H、④A→E→D→H、⑤A→E→F→G→H,共5条;在该食物网的5条食物链中,H分别处于第三(食物链①中)、第四(食物链②④中)和第五(食物链③⑤中)营养级;若B种群中各年龄段的个体数目比例适中,则该种群的年龄结构为稳定型,种群密度在一段时间内会保持相对稳定,而不会有明显变化;在该食物网中,若C种群的数量下降,H所获取的能量可由其他食物链的生物来弥补,通过食物网中生物这种相互补偿、相互制约的自动调节机制,生态系统可维持平衡状态,生物的种类和数量能保持相对稳定。
专项训练1.下图表示某生态系统的食物网,关于此食物网的叙述,错误的是( )A.该食物网共有6条食物链B.野兔、鹿及昆虫均为初级消费者C.狼和云豹在不同食物链上均属于同一营养级D.严禁过度捕杀鹰,是因为其对该食物网影响最大
答案 D 解析 该食物网中共有食物链6条,分别是①绿色植物→昆虫→蛇→鹰、②绿色植物→野兔→鹰、③绿色植物→野兔→狼、④绿色植物→野兔→云豹、⑤绿色植物→鹿→狼、⑥绿色植物→鹿→云豹,A项正确;从食物网中可看出,野兔、鹿及昆虫均以绿色植物为食,为初级消费者,B项正确;狼在食物链绿色植物→野兔(鹿)→狼中,云豹在食物链绿色植物→野兔(鹿)→云豹中,均属于第三营养级,C项正确;过度捕杀鹰,会破坏生态平衡,对该食物网影响最大的是绿色植物,因为生产者是生态系统的主要成分,D项错误。
2.(2022山东德州期末)下图为某草原生态系统部分生物构成的食物网简图,下列叙述错误的是( )A.蛇位于第三、四营养级,除去蛇后鹰的数量可能增加B.草原放牧过程中,要适当控制兔、鼠、蝗虫的数量C.该生态系统达到平衡时,各营养级的个体总数不再变化D.土壤中的铅、汞等重金属,随食物链在鹰、家畜体内富集
答案 C 解析 蛇位于第三、四营养级,除去蛇后,鹰所处的营养级降低,损耗的能量减少,数量可能增加,A项正确;草原放牧过程中,要适当控制兔、鼠、蝗虫的数量,它们都以第一营养级绿色植物为食,数量太多,容易造成生态系统崩溃,B项正确;该生态系统达到平衡时,各营养级的个体总数处于动态变化之中,C项错误;铅、汞等重金属在食物链中具有富集现象,营养级越高,体内含量越多,D项正确。
3.(2022北京顺义期末)下图是某海洋生态系统的部分生物,该生态系统中植物固定太阳能的量随水深增加而下降。下列叙述正确的是( )A.在海底没有进行光合作用的浮游植物B.鱼类在食物链中只是次级消费者,属于第三营养级C.影响植物固定太阳能的量的主要非生物因素是温度D.此生态系统中浮游植物、浮游动物、鱼类、腐食性生物构成一条食物链
答案 A 解析 海底缺乏光照,没有进行光合作用的浮游植物,A项正确;图中鱼类是杂食性的,在食物链中可以是初级消费者或次级消费者等,可属于第二营养级或第三营养级等,B项错误;该生态系统中植物固定太阳能的量随水深增加而下降,影响植物固定太阳能的量的主要非生物因素是光照,C项错误;此生态系统中浮游植物、浮游动物、鱼类构成食物网,腐食性生物、细菌和真菌是分解者,不参与构成捕食食物链,D项错误。
2——能量流动分析、计算知识必备1.能量传递效率的相关“最值”计算(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:
2.能量传递效率的有关“定值”计算(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,且各途径所获得的生物量比例确定,则按照各单独的食物链进行计算后合并。
专项突破典例.(2022福建期末)图甲为某生态系统中部分生物构成的食物网。图乙虚线方框内表示一个生态系统,箭头表示该生态系统能量流动的一般性模型。回答下列问题。
(1)图1中共有 条食物链,其中北极狐和雷鸟之间存在明显的种间关系是 。 (2)假如北极狐的食物1/2来自雷鸟,1/8来自植物,且该系统能量从生产者到消费者的传递效率为10%,从消费者到消费者的能量传递效率为20%,如果一定时期内,北极狐种群增加的能量为80 kJ,若不考虑其他变化的影响,则需要植物的能量是 kJ。 (3)图2中C代表生态系统成分中的 。在生态系统中它的作用是 。
(4)下表表示图乙生态系统在一年中的能量流动情况。
生态系统能量流动的特点是 ,分析上表可知,流入该生态系统的总能量为 J,从第二营养级到第三营养级的能量传递效率为 。从能量输入和输出来看,该生态系统中生物体内的总能量是否增加? 。
(5)对于湖泊生态系统,为有效地防止该淡水湖出现水华现象,生态学家建议在湖边浅水区适量种植挺水植物(如荷花等),请分析此建议的生态学依据。 。
答案 (1)5 捕食和种间竞争 (2)3 600 (3)分解者 能将动植物遗体和动物的排遗物分解成无机物 (4)单向流动、逐级递减 9×108 18% 增加 (5)由于挺水植物(荷花)较高,在竞争光能中占优势(争夺阳光、无机盐等),故能调整生态系统的能量流动关系,防止水华现象(或使能量最大限度流向对人类有益的方向)
解析 (1)每条食物链都是从生产者开始,一直到本食物链最高营养级结束。图1中共有5条食物链。图1有食物链:植物→雷鸟→北极狐、植物→北极狐,可知北极狐和雷鸟之间有明显的捕食和种间竞争关系。(2)假如北极狐的食物1/2来自雷鸟,1/8来自植物,则3/8来自雪兔,且该系统能量从生产者到消费者的传递效率为10%,从消费者到消费者的能量传递效率为20%,如果北极狐种群增加的能量为80 kJ,若不考虑其他变化的影响,北极狐通过各条食物链获得的能量所需植物的量依次为,植物→北极狐: 80×1/8÷10%=100(kJ),植物→雷鸟→北极狐:80×1/2÷20%÷10%=2 000(kJ),植物→雪兔→北极狐:80×3/8÷20%÷10%=1 500(kJ),则需要植物的能量是3 600 kJ。(3)A、B、D都有能量流向C,表示C能分解植物的残枝败叶和动物的遗体,故C为分解者。
(4)生态系统能量流动的特点是单向流动、逐级递减。分析表格可知流入生态系统的总能量为生产者所固定的太阳能,即植物的同化量,可判定流入该生态系统的总能量为9×108 J。15×106 J为分解者的同化量,那么18×106 J即为第三营养级的同化量,能量传递效率是上下两个营养级之间同化量之比,即(18×106)÷(100×106)×100%=18%。流入生态系统的总能量900×106 J大于所有生物呼吸所消耗的能量(700+75+13+12)×106 J,所以该生态系统中生物体内总能量增加。(5)由于挺水植物(荷花)较高,在竞争光能中占优势(争夺阳光、无机盐等),故能调整生态系统的能量流动关系,有效地防止该淡水湖出现水华现象。
专项训练1.(2022河南月考)某生态系统的能量流动过程简图如下图所示,图中标出了甲、乙、丙3个营养级生物能量的同化量、呼吸量(109 kJ/a)。回答下列问题。
(1)生物甲积累的有机物中的能量有两个去向:流入下一个营养级、 。生物乙、丙在该生态系统中的作用是 (答出两点)。 (2)在该生态系统中,人们往往进行除虫、除草、灭鼠等操作,从能量流动的角度来看,这样做的意义是 。 (3)从能量驱动的角度分析,该生态系统中第二、三营养级同化的能量传递效率为 (保留一位小数)。在生产者固定的太阳能不变的情况下,若甲的部分能量直接流入丙中,则丙的环境容纳量将 ,原因是 。 (4)图示过程体现了生态系统的能量流动具有 的特点。
答案 (1)被分解者利用(流向分解者) 加快生态系统的物质循环、有助于植物的传粉和种子的传播 (2)合理调整能量流动关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部位 (3)20.9% 增加 终级消费者的营养级降低,其获得的能量增多(或者食物链缩短,能量流动过程中损失减少,终级消费者获得的能量增多) (4)单向流动、逐级递减解析 (1)甲为生产者,其积累的有机物中的能量有两个去向:流入下一个营养级、被分解者利用(流向分解者)。生物乙、丙是消费者,在该生态系统中的作用是加快生态系统的物质循环,有助于植物的传粉和种子的传播。(2)在该生态系统中,人们往往进行除虫、除草、灭鼠等操作,从能量流动的角度来看,这样做的意义是合理调整能量流动关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部位。
(3)从能量驱动的角度分析,该生态系统中第二、三营养级的能量传递效率为第三营养级同化量/第二营养级同化量×100%=(90+122)÷1 015×100% ≈20.9%。在生产者固定的太阳能不变的情况下,若甲的部分能量直接流入丙中,则丙的环境容纳量将增加,原因是终级消费者的营养级降低,其获得的能量增多,或者食物链缩短,能量流动过程中损失减少,终级消费者获得的能量增多。(4)乙获得的能量只有1 015×109 kJ,丙获得的能量只有212×109 kJ,且不能反向流动,所以图示过程体现了生态系统的能量流动具有单向流动、逐级递减的特点。
2.某小型湖泊旁边有很多荒地,下图1表示某荒地在春季时主要生物之间的食物关系,图2是图1相应的能量金字塔。
(1)在图1中,鸟与昆虫的关系属于 ,蛇在图2中属于 (字母)营养级层次。
(2)由于新农村建设在此选址修建,部分荒地或被房屋、道路代替,或被用于种植、放牧,使群落结构发生显著变化,这种群落演替的类型是 。 (3)生态学家对图1中“植被→鼠→蛇”这条食物链能量流动进行了研究,结果如下表,单位是J/(hm2·a)。能量从鼠传递到蛇的效率是 。
(4)鼠同化的能量中只有3%~5%用于 ,其余在呼吸作用中以热能形式散失。
答案 (1)捕食和种间竞争 A、B (2)次生演替 (3)3% (4)自身生长发育、繁殖
解析 (1)鸟和昆虫都捕食生产者,二者为种间竞争关系,鸟还捕食昆虫,存在捕食关系。图1中蛇属于第三或第四营养级,对应图2中B、A营养级层次。(2)由于新农村建设在此选址修建,部分荒地或被房屋、道路代替,或被用于种植、放牧,使群落结构发生显著变化,原有植被虽已不存在,但原有土壤条件基本保留,甚至还留下了植物的种子或其他繁殖体(如能发芽的地下茎),这种群落演替的类型是次生演替。(3)据表中信息分析,能量从鼠传递到蛇的效率是二者同化量的比值,即(2.25×107)÷(7.50×108)×100%=3%。(4)同化量=呼吸散失的能量+用于自身生长、发育和繁殖的能量,用于自身生长、发育和繁殖的能量÷鼠同化的能量=(7.50×108-7.15×108) ÷(7.50×108)×100%≈4.7%,即鼠同化的能量中只有3%~5%用于自身生长发育、繁殖,其余在呼吸作用中以热能形式散失。
3.(2022湖北期中)生态系统是生物与无机环境之间进行连续的物质和能量交换的一个生态学功能单位。请回答下列相关问题。(1)从生态系统能量流动的角度分析,有关国家和机构全力合作进行灭蝗减灾的意义是 ,从而缓解可能出现的粮食短缺和人道主义危机。 (2)下图为东非某草原蝗灾期间的部分食物网示意图,若牧鸡的食物60%来自沙漠蝗虫,30%来自蜘蛛,其余来自蛙,那么牧鸡要增加10 g体重,最多消耗草和水稻 g。
(3)白头鹤是世界珍稀鸟类,上海崇明岛是我国境内白头鹤的重要迁徙栖息地。为更好地保护白头鹤,研究人员开展系列调查。①在调查白头鹤的种群密度时,常采用的方法是 ,采用该方法时要注意 (答出两点)。②近年来互花米草侵入该地区,由于其增长速率过快,已成为单优势种群,从种间关系分析,原因是 。互花米草的迅速扩散影响了当地的植被,进而影响了白头鹤的 ,对其生存造成威胁。对该地区实施互花米草治理,采用了人工拔除、药物治理等措施,以上措施属于 防治。
答案 (1)调整生态系统能量流动的方向,使能量更多地流向作物 (2)4 600 (3)①标记重捕法 标记不能过于醒目、标记物和标记方法必须对动物的身体不会产生寿命和行为的伤害、标记符号必须能够维持一段时间,在调查期间不能消失 ②互花米草在与水稻和草的竞争中处于优势地位,且没有天敌 食物和栖息空间 机械防治和化学解析 (1)从生态系统能量流动的角度分析,有关国家和机构全力合作进行灭蝗减灾的意义是调整生态系统能量流动的方向,使能量更多地流向作物。(2)题图为东非某草原蝗灾期间的部分食物网示意图,若牧鸡的食物60%来自沙漠蝗,30%来自蜘蛛,其余来自蛙,那么牧鸡要增加10 g体重,最多消耗草和水稻应按能量传递效率为10%计算,最多消耗草和水稻4 600 g。
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:生态系统的范围有大有小。 是地球上最大的生态系统,它包括地球上的 及其 。 (3)类型
2.生态系统的组成成分(1)非生物的 :光、热、水、空气、无机盐等。 (2)生物群落:
(3)生态系统各组成成分的相互关系
3.食物链和食物网(1)食物链
旁栏边角(选择性必修2,第51页,“思考”改编)通常,生态系统的食物链不会很长,一般不超过五个营养级,其原因是什么?
提示 各个营养级的生物都会因呼吸作用消耗掉大部分能量,其余能量有一部分流入分解者,只有一小部分能够被下一营养级的生物利用。流到第五营养级时,余下的能量很少,甚至不足以养活一个种群,因此食物链上一般不超过五个营养级。
易错辨析1.基于对生态系统的理解,判断下列表述是否正确。(1)土壤微生物可作为生态系统的分解者。( )(2)土壤中的硝化细菌是异养生物,因而不属于生产者。( )(3)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。( )2.基于对食物链和食物网的理解,判断下列表述是否正确。(1)食物网中两种生物间只能有一种种间关系。( )(2)生态系统的食物链中营养级越高的生物,其体型必然越大。( )(3)食物链纵横交错形成的复杂营养关系就是食物网。食物网的复杂程度取决于该生态系统中生物的数量。( )
长句应答物质和能量是生命活动存在的 ,生命活动本质上也是 。非生物物质还是 。
二、生态系统的能量流动1.概念:生态系统中 。
能量的输入、传递、转化和散失的过程
生产者固定的太阳能的总量
2.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
呼吸消耗的能量(d)
用于生长、发育和繁殖的能量(c)
下一营养级同化的能量(i)
未被利用的能量(j)
3.能量流动的特点(1)图中的生物类群分别是:① ,② ,③ ,⑤ 。④表示的生理过程是 。 (2)图示中的E2/E1表示 间的能量传递效率。
(3)能量流动的特点及原因①单向流动的原因
4.生态金字塔(1)金字塔类型
(2)生态金字塔: 统称为生态金字塔。
能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔
5.研究能量流动的实践意义
将生物在时间、空间上进行合理配置
科学规划、设计人工生态系统
合理地调整生态系统中的能量流动关系
持续高效地流向对人类最有益的部分
旁栏边角1.(选择性必修2,第54页,“问题探讨”改编)如果你被困荒岛,要维持更长时间等待救援,要获得更多能量,究竟要采用以下哪种生存策略呢?A.先吃鸡,再吃玉米;B.先吃玉米,然后用一部分玉米喂鸡,吃鸡下的蛋,最后吃鸡。
提示 应选A方案。应该先吃鸡,因为从营养级角度来讲,鸡是初级消费者,玉米是生产者,根据能量流动递减法则,如果让鸡吃玉米,然后人再吃鸡或者鸡蛋,会有能量的消耗,人所获得的能量减少,维持时间较短。应选择先吃鸡,再吃玉米。
2.(选择性必修2,第58页,“沼气池”改编)人们在研究能量流动时,将秸秆作为牲畜的饲料,将粪便加入沼气池,生产燃料。此过程提高能量的传递效率了吗?
提示 没有。以上过程提高了能量的利用率,即人类充分利用了流向分解者的能量,实现了对能量的多级利用,减少了环境污染,但没有提高能量在不同营养级之间的传递效率。
易错辨析1.基于对能量流动过程的理解,判断下列表述是否正确。(1)生态系统中细菌产生的能量可流向生产者。( )(2)若人与自然和谐统一,生产者固定的能量便可反复利用。( )(3)一种蜣螂专以象粪为食,则该种蜣螂最多能获取大象所同化能量的20%。( )2.基于对生态金字塔和研究能量流动的实践意义的理解,判断下列表述是否正确。(1)能量金字塔和生物量金字塔可以出现倒置现象。( )(2)沼渣、沼液作为肥料还田,使能量能够循环利用。( )(3)研究能量流动,可帮助人们合理设计人工生态系统,提高能量的传递效率。( )
长句应答1.农业生态系统除草除虫的意义: 。
2.建立农业生态系统,延长腐生食物链的意义: ,并减少环境污染。3.人工生态系统往往需要不断有物质投入的原因是 。
提示 调整能量流动的关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部分
使能量多级利用,提高能量的利用率
提示 人工生态系统会不断有产品的输出,带走了部分物质,根据物质循环原理,需要不断投入物质
考向探究考向1生态系统的组成成分1.(2022辽宁模拟)下列关于生态系统结构的叙述,错误的是( )A.生态系统的结构包括生产者、消费者、分解者以及食物链和食物网B.在生态系统中,生产者全是自养生物,但不一定都是绿色植物C.在一个食物网中,以植食动物为食的肉食动物属于第三营养级、次级消费者D.尽管生态系统多种多样,但可用同一结构模型表示它们在结构上具有的共同点
答案 A 解析 生态系统的结构包括生态系统的组成成分(包括非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者)、食物链和食物网,A项错误;在生态系统中,生产者全是自养生物,但不一定都是绿色植物,如蓝细菌和硝化细菌是自养生物,但不是绿色植物,B项正确;在一个食物网中,生产者是起点,因此,以植食动物为食的肉食动物属于第三营养级、次级消费者,C项正确;不同的生态系统具有相同的结构,可用同一结构模型表示它们在结构上具有的共同点,即均包含生态系统的组成成分以及食物链和食物网,D项正确。
考向2食物链和食物网2.某研究小组最初在垃圾堆中发现了某种放射性元素,后来在周围的植物体内发现了该元素,接着在附近的动物体内也发现了该元素,放射性强度如图所示。下列叙述正确的是( )A.蚱蜢、蜘蛛和蚯蚓可构成食物链B.该放射性元素不属于该生态系统的组成成分C.蜘蛛属于该生态系统中的第三营养级D.蚯蚓体内最迟出现放射性元素的原因是蚯蚓所处的营养级较高
答案 C 解析 蚱蜢和蜘蛛均属于消费者,蚯蚓属于分解者,三者不能构成食物链,食物链是从生产者开始的,包括生产者和消费者,A项错误;该放射性元素属于该生态系统组成成分中的非生物成分,B项错误;该生态系统中植物属于第一营养级,蚱蜢属于第二营养级,蜘蛛属于该生态系统中的第三营养级,C项正确;食物链中只有生产者和消费者,蚯蚓属于分解者,食物链中不包括分解者,D项错误。
方法突破1.生态系统组成成分的3类“不一定”和两类“一定”
2.食物链和食物网的分析方法
考向探究考向1能量流动的过程1.(2022江苏模拟)某同学在分析羊食草的过程后绘制了如下能量流动模型。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应该属于羊同化的能量D.③中的能量应该来自羊“生长发育、繁殖”的能量
答案 D 解析 植物不能利用有机肥中的能量,分解者将有机物分解后,植物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项错误;据图可知,流经该生态系统的能量主要是过程①固定的光能,此外还有有机肥中的化学能,B项错误;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项错误;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项正确。
2.(2022山东)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 。
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)
解析 (1)由于海参活动范围小,活动能力弱,所以常用样方法测定其种群密度。(2)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垂直结构的特点,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。
考向2生态金字塔3.下图为某生态系统的能量金字塔简图,其中①②③④分别代表不同的营养级,该生态系统输入的总能量为m,各营养级输出的能量为n。下列叙述正确的是( )A.①为生产者,②③为消费者,④为分解者B.m和n的能量形式分别是太阳能和化学能C.②比③同化量少是因为②的能量要用于呼吸作用D.维持该生态系统的稳定需要外部能量的持续输入
答案 D 解析 ④为生产者,①②③为消费者,A项错误;生态系统输入的总能量为生产者固定的太阳能的总量,各营养级输出的能量是在呼吸作用中散失的热能,故m和n的能量形式分别是太阳能和热能,B项错误;③同化的能量,一部分在呼吸作用中以热能的形式散失,一部分随遗体、残骸被分解者利用,一部分未被利用,因此流入下一营养级②的能量只是很少的一部分,能量传递效率为10%~20%,C项错误;生态系统能量流动是单向流动、逐级递减的,维持该生态系统的稳定需要外部能量的持续输入,D项正确。
考向3研究能量流动的实践意义4.(2022河北期末)“小养殖、小种植、小加工、小工匠”四小农场是推进乡村振兴过程中的重要力量。下图为一个小型人工生态农场的模式图以及该小型人工生态农场中农作物和鸡的部分能量值(单位:104kJ),
请根据图和表格分析,下列说法正确的是( )A.该小型生态系统的结构包括生物成分及它们之间形成的营养结构B.该小型生态系统通过食物网流向人的能量值为1.7×105 kJC.该生态系统中第一营养级到第二营养级的能量传递效率约为17.2%D.与常规农业种植模式相比,人工生态农场实现能量的多级利用,提高了能量传递效率
答案 C 解析 生态系统的结构包括组成成分和营养结构,组成成分除了生物成分还有非生物成分,A项错误;据表分析,农作物流入下一营养级的能量为110-21-58=31(×104 kJ),鸡的同化量为10+8=18(×104 kJ),所以农作物流向人的能量是13×104 kJ,鸡流入下一营养级的能量为8-2-3=3(×104 kJ),所以人通过食物网获得的能量为1.6×105 kJ,B项错误;该生态系统中第一营养级到第二营养级的能量传递效率为(31×104kJ)÷[(110+70)×104kJ]×100%≈ 17.2%,C项正确;人工生态农场提高了能量利用率,不能提高能量的传递效率,D项错误。
方法突破1.“拼图法”分析能量流动过程(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:
2.流入某一营养级的能量去向可从以下两个角度分析
3.能量传递效率与能量利用率的区别(1)能量传递效率①含义:生态系统中能量传递效率为10%~20%,即输入某一营养级的能量中,只有10%~20%的能量流到下一营养级(最高营养级除外)。②计算公式
(2)能量利用率①一般指流入最高营养级(或人类)的能量占生产者固定总能量的比值。②一般来说,食物链越短,能量利用率越高。③有时考虑分解者的参与,使营养结构更复杂,以实现能量的多级利用,提高能量利用率。
1——食物链和食物网构建知识必备1.构建食物链的一般方法(1)根据种群数量变化曲线图构建①分析依据:先上升、先下降者为被捕食者。②食物链:乙→丙→甲(图1)。
(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结果:图2中生物可形成一条食物链,丙→甲→乙→丁。图3中生物可形成食物网,
(3)根据生物体内有害物质的浓度“由少到多”构建食物链(网)。
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,即营养级越高的生物体中含有有害物质的量越多,其含量往往是上一营养级生物体含量的5~10倍。②分析结果:
2.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,种内斗争加剧,种群密度会下降,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,从而导致兔、食草鸟减少,因鹰不只捕食蛇一种生物,还有其他食物来源,其数量基本不变。
专项突破典例.(2022重庆巴蜀中学模拟)(不定项选择)如下图是一个陆地生态系统食物链(网)的结构模式图,下列叙述正确的是( )A.在该食物网中,共有5条食物链B.在该食物网中,H占有3个不同的营养级C.若B种群中,各年龄段个体数目比例适中,则该种群密度在一段时间内会明显变大D.该食物网中,如果C种群数量下降10%,则H的数量不会发生明显变化
答案 ABD 解析 此食物网中,从生产者到最高级消费者,食物链有①A→B→H、②A→C→D→H、③A→C→F→G→H、④A→E→D→H、⑤A→E→F→G→H,共5条;在该食物网的5条食物链中,H分别处于第三(食物链①中)、第四(食物链②④中)和第五(食物链③⑤中)营养级;若B种群中各年龄段的个体数目比例适中,则该种群的年龄结构为稳定型,种群密度在一段时间内会保持相对稳定,而不会有明显变化;在该食物网中,若C种群的数量下降,H所获取的能量可由其他食物链的生物来弥补,通过食物网中生物这种相互补偿、相互制约的自动调节机制,生态系统可维持平衡状态,生物的种类和数量能保持相对稳定。
专项训练1.下图表示某生态系统的食物网,关于此食物网的叙述,错误的是( )A.该食物网共有6条食物链B.野兔、鹿及昆虫均为初级消费者C.狼和云豹在不同食物链上均属于同一营养级D.严禁过度捕杀鹰,是因为其对该食物网影响最大
答案 D 解析 该食物网中共有食物链6条,分别是①绿色植物→昆虫→蛇→鹰、②绿色植物→野兔→鹰、③绿色植物→野兔→狼、④绿色植物→野兔→云豹、⑤绿色植物→鹿→狼、⑥绿色植物→鹿→云豹,A项正确;从食物网中可看出,野兔、鹿及昆虫均以绿色植物为食,为初级消费者,B项正确;狼在食物链绿色植物→野兔(鹿)→狼中,云豹在食物链绿色植物→野兔(鹿)→云豹中,均属于第三营养级,C项正确;过度捕杀鹰,会破坏生态平衡,对该食物网影响最大的是绿色植物,因为生产者是生态系统的主要成分,D项错误。
2.(2022山东德州期末)下图为某草原生态系统部分生物构成的食物网简图,下列叙述错误的是( )A.蛇位于第三、四营养级,除去蛇后鹰的数量可能增加B.草原放牧过程中,要适当控制兔、鼠、蝗虫的数量C.该生态系统达到平衡时,各营养级的个体总数不再变化D.土壤中的铅、汞等重金属,随食物链在鹰、家畜体内富集
答案 C 解析 蛇位于第三、四营养级,除去蛇后,鹰所处的营养级降低,损耗的能量减少,数量可能增加,A项正确;草原放牧过程中,要适当控制兔、鼠、蝗虫的数量,它们都以第一营养级绿色植物为食,数量太多,容易造成生态系统崩溃,B项正确;该生态系统达到平衡时,各营养级的个体总数处于动态变化之中,C项错误;铅、汞等重金属在食物链中具有富集现象,营养级越高,体内含量越多,D项正确。
3.(2022北京顺义期末)下图是某海洋生态系统的部分生物,该生态系统中植物固定太阳能的量随水深增加而下降。下列叙述正确的是( )A.在海底没有进行光合作用的浮游植物B.鱼类在食物链中只是次级消费者,属于第三营养级C.影响植物固定太阳能的量的主要非生物因素是温度D.此生态系统中浮游植物、浮游动物、鱼类、腐食性生物构成一条食物链
答案 A 解析 海底缺乏光照,没有进行光合作用的浮游植物,A项正确;图中鱼类是杂食性的,在食物链中可以是初级消费者或次级消费者等,可属于第二营养级或第三营养级等,B项错误;该生态系统中植物固定太阳能的量随水深增加而下降,影响植物固定太阳能的量的主要非生物因素是光照,C项错误;此生态系统中浮游植物、浮游动物、鱼类构成食物网,腐食性生物、细菌和真菌是分解者,不参与构成捕食食物链,D项错误。
2——能量流动分析、计算知识必备1.能量传递效率的相关“最值”计算(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:
2.能量传递效率的有关“定值”计算(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,且各途径所获得的生物量比例确定,则按照各单独的食物链进行计算后合并。
专项突破典例.(2022福建期末)图甲为某生态系统中部分生物构成的食物网。图乙虚线方框内表示一个生态系统,箭头表示该生态系统能量流动的一般性模型。回答下列问题。
(1)图1中共有 条食物链,其中北极狐和雷鸟之间存在明显的种间关系是 。 (2)假如北极狐的食物1/2来自雷鸟,1/8来自植物,且该系统能量从生产者到消费者的传递效率为10%,从消费者到消费者的能量传递效率为20%,如果一定时期内,北极狐种群增加的能量为80 kJ,若不考虑其他变化的影响,则需要植物的能量是 kJ。 (3)图2中C代表生态系统成分中的 。在生态系统中它的作用是 。
(4)下表表示图乙生态系统在一年中的能量流动情况。
生态系统能量流动的特点是 ,分析上表可知,流入该生态系统的总能量为 J,从第二营养级到第三营养级的能量传递效率为 。从能量输入和输出来看,该生态系统中生物体内的总能量是否增加? 。
(5)对于湖泊生态系统,为有效地防止该淡水湖出现水华现象,生态学家建议在湖边浅水区适量种植挺水植物(如荷花等),请分析此建议的生态学依据。 。
答案 (1)5 捕食和种间竞争 (2)3 600 (3)分解者 能将动植物遗体和动物的排遗物分解成无机物 (4)单向流动、逐级递减 9×108 18% 增加 (5)由于挺水植物(荷花)较高,在竞争光能中占优势(争夺阳光、无机盐等),故能调整生态系统的能量流动关系,防止水华现象(或使能量最大限度流向对人类有益的方向)
解析 (1)每条食物链都是从生产者开始,一直到本食物链最高营养级结束。图1中共有5条食物链。图1有食物链:植物→雷鸟→北极狐、植物→北极狐,可知北极狐和雷鸟之间有明显的捕食和种间竞争关系。(2)假如北极狐的食物1/2来自雷鸟,1/8来自植物,则3/8来自雪兔,且该系统能量从生产者到消费者的传递效率为10%,从消费者到消费者的能量传递效率为20%,如果北极狐种群增加的能量为80 kJ,若不考虑其他变化的影响,北极狐通过各条食物链获得的能量所需植物的量依次为,植物→北极狐: 80×1/8÷10%=100(kJ),植物→雷鸟→北极狐:80×1/2÷20%÷10%=2 000(kJ),植物→雪兔→北极狐:80×3/8÷20%÷10%=1 500(kJ),则需要植物的能量是3 600 kJ。(3)A、B、D都有能量流向C,表示C能分解植物的残枝败叶和动物的遗体,故C为分解者。
(4)生态系统能量流动的特点是单向流动、逐级递减。分析表格可知流入生态系统的总能量为生产者所固定的太阳能,即植物的同化量,可判定流入该生态系统的总能量为9×108 J。15×106 J为分解者的同化量,那么18×106 J即为第三营养级的同化量,能量传递效率是上下两个营养级之间同化量之比,即(18×106)÷(100×106)×100%=18%。流入生态系统的总能量900×106 J大于所有生物呼吸所消耗的能量(700+75+13+12)×106 J,所以该生态系统中生物体内总能量增加。(5)由于挺水植物(荷花)较高,在竞争光能中占优势(争夺阳光、无机盐等),故能调整生态系统的能量流动关系,有效地防止该淡水湖出现水华现象。
专项训练1.(2022河南月考)某生态系统的能量流动过程简图如下图所示,图中标出了甲、乙、丙3个营养级生物能量的同化量、呼吸量(109 kJ/a)。回答下列问题。
(1)生物甲积累的有机物中的能量有两个去向:流入下一个营养级、 。生物乙、丙在该生态系统中的作用是 (答出两点)。 (2)在该生态系统中,人们往往进行除虫、除草、灭鼠等操作,从能量流动的角度来看,这样做的意义是 。 (3)从能量驱动的角度分析,该生态系统中第二、三营养级同化的能量传递效率为 (保留一位小数)。在生产者固定的太阳能不变的情况下,若甲的部分能量直接流入丙中,则丙的环境容纳量将 ,原因是 。 (4)图示过程体现了生态系统的能量流动具有 的特点。
答案 (1)被分解者利用(流向分解者) 加快生态系统的物质循环、有助于植物的传粉和种子的传播 (2)合理调整能量流动关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部位 (3)20.9% 增加 终级消费者的营养级降低,其获得的能量增多(或者食物链缩短,能量流动过程中损失减少,终级消费者获得的能量增多) (4)单向流动、逐级递减解析 (1)甲为生产者,其积累的有机物中的能量有两个去向:流入下一个营养级、被分解者利用(流向分解者)。生物乙、丙是消费者,在该生态系统中的作用是加快生态系统的物质循环,有助于植物的传粉和种子的传播。(2)在该生态系统中,人们往往进行除虫、除草、灭鼠等操作,从能量流动的角度来看,这样做的意义是合理调整能量流动关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部位。
(3)从能量驱动的角度分析,该生态系统中第二、三营养级的能量传递效率为第三营养级同化量/第二营养级同化量×100%=(90+122)÷1 015×100% ≈20.9%。在生产者固定的太阳能不变的情况下,若甲的部分能量直接流入丙中,则丙的环境容纳量将增加,原因是终级消费者的营养级降低,其获得的能量增多,或者食物链缩短,能量流动过程中损失减少,终级消费者获得的能量增多。(4)乙获得的能量只有1 015×109 kJ,丙获得的能量只有212×109 kJ,且不能反向流动,所以图示过程体现了生态系统的能量流动具有单向流动、逐级递减的特点。
2.某小型湖泊旁边有很多荒地,下图1表示某荒地在春季时主要生物之间的食物关系,图2是图1相应的能量金字塔。
(1)在图1中,鸟与昆虫的关系属于 ,蛇在图2中属于 (字母)营养级层次。
(2)由于新农村建设在此选址修建,部分荒地或被房屋、道路代替,或被用于种植、放牧,使群落结构发生显著变化,这种群落演替的类型是 。 (3)生态学家对图1中“植被→鼠→蛇”这条食物链能量流动进行了研究,结果如下表,单位是J/(hm2·a)。能量从鼠传递到蛇的效率是 。
(4)鼠同化的能量中只有3%~5%用于 ,其余在呼吸作用中以热能形式散失。
答案 (1)捕食和种间竞争 A、B (2)次生演替 (3)3% (4)自身生长发育、繁殖
解析 (1)鸟和昆虫都捕食生产者,二者为种间竞争关系,鸟还捕食昆虫,存在捕食关系。图1中蛇属于第三或第四营养级,对应图2中B、A营养级层次。(2)由于新农村建设在此选址修建,部分荒地或被房屋、道路代替,或被用于种植、放牧,使群落结构发生显著变化,原有植被虽已不存在,但原有土壤条件基本保留,甚至还留下了植物的种子或其他繁殖体(如能发芽的地下茎),这种群落演替的类型是次生演替。(3)据表中信息分析,能量从鼠传递到蛇的效率是二者同化量的比值,即(2.25×107)÷(7.50×108)×100%=3%。(4)同化量=呼吸散失的能量+用于自身生长、发育和繁殖的能量,用于自身生长、发育和繁殖的能量÷鼠同化的能量=(7.50×108-7.15×108) ÷(7.50×108)×100%≈4.7%,即鼠同化的能量中只有3%~5%用于自身生长发育、繁殖,其余在呼吸作用中以热能形式散失。
3.(2022湖北期中)生态系统是生物与无机环境之间进行连续的物质和能量交换的一个生态学功能单位。请回答下列相关问题。(1)从生态系统能量流动的角度分析,有关国家和机构全力合作进行灭蝗减灾的意义是 ,从而缓解可能出现的粮食短缺和人道主义危机。 (2)下图为东非某草原蝗灾期间的部分食物网示意图,若牧鸡的食物60%来自沙漠蝗虫,30%来自蜘蛛,其余来自蛙,那么牧鸡要增加10 g体重,最多消耗草和水稻 g。
(3)白头鹤是世界珍稀鸟类,上海崇明岛是我国境内白头鹤的重要迁徙栖息地。为更好地保护白头鹤,研究人员开展系列调查。①在调查白头鹤的种群密度时,常采用的方法是 ,采用该方法时要注意 (答出两点)。②近年来互花米草侵入该地区,由于其增长速率过快,已成为单优势种群,从种间关系分析,原因是 。互花米草的迅速扩散影响了当地的植被,进而影响了白头鹤的 ,对其生存造成威胁。对该地区实施互花米草治理,采用了人工拔除、药物治理等措施,以上措施属于 防治。
答案 (1)调整生态系统能量流动的方向,使能量更多地流向作物 (2)4 600 (3)①标记重捕法 标记不能过于醒目、标记物和标记方法必须对动物的身体不会产生寿命和行为的伤害、标记符号必须能够维持一段时间,在调查期间不能消失 ②互花米草在与水稻和草的竞争中处于优势地位,且没有天敌 食物和栖息空间 机械防治和化学解析 (1)从生态系统能量流动的角度分析,有关国家和机构全力合作进行灭蝗减灾的意义是调整生态系统能量流动的方向,使能量更多地流向作物。(2)题图为东非某草原蝗灾期间的部分食物网示意图,若牧鸡的食物60%来自沙漠蝗,30%来自蜘蛛,其余来自蛙,那么牧鸡要增加10 g体重,最多消耗草和水稻应按能量传递效率为10%计算,最多消耗草和水稻4 600 g。
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