高考生物一轮精品复习 5.2 生态系统的能量流动学案 新人教版必修3.doc
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高考生物一轮精品复习
5.2
生态系统的能量流动学案
新人教版必修3
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第2节 生态系统的能量流动
【高考新动向】
生态系统中能量流动的基本规律及应用
【考纲全景透析】
一、能量流动的概念和过程
1、概念：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。
2、能量流动的过程：
（1）输入
①源头：太阳能。
②起点与总值：生产者所固定的太阳能总量。
（2）传递
①途径：食物链和食物网。
②形式：有机物中的化学能。
③过程：
（3）转化
太阳能→有机物中的化学能→热能
（4）散失
①形式：热能
②过程：
二、能量流动的特点：单向流动、逐级递减
1、单向流动
能量流动只能沿食物链由低营养级流向高营养级，不可逆转，也不能循环流动；同时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
输入到某一营养级的能量中，只有10%～20%的能量能够传递到下一营养级。
三、研究能量流动的实践意义
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、帮助人们合理的调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效的流向对人类最有益的部分。
【热点难点全析】
一、能量流动过程分析
1、能量流动过程
生态系统的能量流动过程，可以概括为下图
（1）能量的来源：太阳光
（2）起点：从生产者固定的太阳能开始
(3)数量：流经生态系统的总能量，是生产者通过光合作用所固定的全部太阳能。
(4)渠道：食物链和食物网。
(5)能量转化：太阳能→有机物中的化学能→热能(最终散失)。
(6)流动形式：有机物中的化学能。
(7)散失途径：呼吸作用，包括各个营养级自身的呼吸消耗以及分解者的呼吸作用。
(8)能量散失的形式：以热能形式散失。
2、一个营养级的能量的来源和去路
（1）来源：生产者的能量主要来自太阳能
其余各营养级的能量来自上一营养级所同化的能量
（2）去路：自身呼吸消耗，转化为其他形式的能量和热量
流向下一营养级
遗体、残骸、粪便等中的能量被分解者利用
未被利用：包括生物每年的积累量，也包括动植物遗体、残骸以化学燃料形式被存储起来的能量。
二、能量流动的相关分析
1.能量流动特点
(1)单向流动的原因
①食物链中各个营养级的顺序是不可逆转的。生物之间的捕食关系是一定的，能量只能由被捕食者流向捕食者而不能逆流，这是长期自然选择的结果。
②各个营养级的能量总有一部分以呼吸作用产生的热能的形式散失掉，而该部分热能不能再被利用，因此能量不可循环。要维持生态系统的稳定，就需要不断补充太阳能。
(2)逐级递减的原因
①各营养级生物的呼吸消耗。
②生产者的遗体、残枝败叶，消费者的尸体、粪便中的能量被分解者利用，经微生物的呼吸作用消耗。
③各营养级生物中都有一部分能量未被下一营养级生物所利用。
2.能量传递效率
相邻营养级间传递效率= 100%。一般能量传递效率大约为10%～20%。
3、生态金字塔
能量金字塔
数量金字塔
生物量金字塔
形状
特点
一定为正金字塔形
一般为正金字塔形，又是会出现倒金字塔形
一般为正金字塔形
象征含义
能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性
一般生物个体数目在食物链中随营养级升高二逐渐递减
一般生物量（现存生物有机物的总质量）沿食物链升高逐渐递减
每一阶含义
食物链中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目
每一营养级生物的有机物总量
特殊形状
无（一定正立）
人工养殖的鱼塘，生产者的生物量可以小于消费者的生物量
【例】如下图为生态系统中能量流动图解部分示意图，①②③④各代表一定的能量值，下列各项中正确的是( )
a．①表示流经生态系统内部的总能量
b．一般情况下，三级消费者增加1 kg，至少需要生产者100 kg
c．生物与生物之间捕食关系一般不可逆转，所以能量流动具单向性
d．从能量关系看②≥③＋④
【析】选c。该生态系统的总能量应该是生产者固定的总能量。三级消费者增加1 kg，至少需要消耗生产者1()3＝125 kg，②＞③＋④，因初级消费者自身消耗部分能量。
【高考零距离】
1、（2012海南高考）下图为某生态系统的能量流动简图，下列叙述错误的是
a.甲是生产者，乙是消费者
b.该生态系统是一个开放的系统
c.能量通过光合作用固定并进入系统，可以热能形式输出
d.甲、乙和分解者所贮存的能量之和是输入该生态系统的总能量
【解析】根据题中简图可知，甲能够固定太阳能，为生产者，乙从甲获取能量，为消费者，a正确；该生态系统需要从外界获得能量，同时能量也可以扩散到外界，是一个开放的生态系统，b正确；能量通过光合作用进入生态系统，经过生产者、消费者和分解者的呼吸作用后有一部分以热能的形式散失，c正确；输入该生态系统的总能量是生产者甲固定的太阳能总量，d不正确。
【答案】d
2、（2012安徽高考）回答下列问题：
ii．（8分）某弃耕地的主要食物链由植物田鼠鼬构成。生态学家对此食物链能量流动进行了研究，结果如下表，单位是j/（hm2a）。
(1)能量从田鼠传递到鼬的效率是 。
(2)在研究能量流动时，可通过标重捕法调查田鼠种群密度。在1hm2范围内，第一次捕获标记40只田鼠，第二次捕获30只，其中有标记的15只。该种群密度是 只/hm2。若标记的田鼠有部分被鼬捕食，则会导致种群密度估算结果 。
（3）田鼠和鼬都是恒温动物，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。
（4）鼬能够依据田鼠留下的气味去猎捕后者，田鼠同样也能够依据鼬的气味或行为躲避猎捕。可见，信息能够 ，维持生态系统的稳定。
【解析】
Ⅱ.（1）能量从田鼠传递到鼬的效率是（2.25107）（7.50108）=3%
（2）403015=80只/hm2。该种群密度是80只/hm2。若标记的田鼠有部分被鼬捕食，则会导致种群密度估算结果偏高。
（3）田鼠和鼬都是恒温动物，同化的能量中只有3%~5%用于生长、发育、繁殖等生命活动，其余在呼吸作用中以热能的形式散失。
（4）信息传递的功能：信息能够调节生物的种间关系，维持生态系统的稳定。
【答案】（1）3%（2）80 偏高（3）生长、发育、繁殖等生命活动 （4）调节生物的种间关系
3、(2011海南高考)关于生态系统的叙述，正确的是 （）
a．生态系统中生产者得到的能量必然大于消费者得到的
b．生态系统中的信息传递对所有捕食者都必然是有利的
c．生态系统的食物链中营养级越高的生物，其体型必然越大
d．生态系统的食物链中营养级越高的生物，其体型必然越小
【解析】a项,生态系统的能量流动传递的效率是10%~20%，因此生产者得到的能量必然大于消费者得到的能量;b项,生态系统的信息传递具有双向性，不可能都对捕食者有利，有的对于被捕食者有利，如：鸟的叫声，提醒同伴有捕食者等;c、d项,生态系统的食物链中，动物的体型与营养级的高低关系不大，如大象比狮子体型大，但是它的营养级比狮子低。
【答案】a
4、（2010山东高考）以下表示动物利用食物的过程。
正确的分析是
a．恒温动物的④/③值一般高于变温动物
b．哺乳动物的③/①值一般为10%-20%
c．提高圈养动物生长量一般需提高③/②值
d．食肉哺乳动物的③/②值一般低于食草哺乳动物
【解析】恒温动物需要消耗更多的能量维持体温，所以有机物的积累量（④）较少，其④/③一般高于变温动物。哺乳动物与其食物之间的能量传递效率应为：③/（①+未获取量）。肉食动物与草食动物的③/②大小无法比较。③/②越高，说明有更多的食入量转变成饲养动物的同化量，有利于提高动物的生长量。
【答案】c
5、（2010江苏高考）有人发起“多吃素食、少吃肉食”的运动，以支援粮食短缺地区的灾民。运用生态学知识对此的合理解释是
a.多吃肉食会增加心血臂病的发病率
b.直接以低营养级的生物为食将消耗生态系统更多的能量
c.多吃肉食比多吃素食消耗的粮食总量更多
d.节省的肉食可以帮助灾民提高营养水平
【解析】本题借助食物结构改变考查生态系统的能量传递规律。生态系统能量传递具有逐级递减的特点，吃肉时人的营养级比吃素食时的营养级高，因此能量消耗多，消耗的粮食多。
【答案】c
【考点提升训练】
一、选择题
1、保护环境，减少温室气体co2的排放，需要世界各国的共同努力，是因为( )
a．物质循环具有全球性 b．物质循环具有单向性
c．能量流动具有循环性 d．能量流动是逐级递减的
【解析】温室气体co2参与生物地球化学循环，即具有物质循环的全球性特点，所以为了保护环境，减少温室气体co2的排放，需要世界各国的共同努力。
【答案】a
2、有关生态系统能量流动的叙述中，错误的一项是( )
a．生态系统中所接收的全部太阳能是流经这个生态系统的总能量
b．生态系统中的能量是沿着食物链和食物网流动的
c．能量流动的特点是单向的、不循环的
d．能量流动是逐级递减的，其传递效率是10%～20%
【解析】生态系统中生产者所固定的太阳能是流经这个生态系统的总能量，而不是所接收的全部太阳能。
【答案】a
3、(2012宁波质检)如图表示一般生态系统的结构模式图，在不考虑物质的输入和输出情况下，下列说法正确的是 ( )
a.能量主要是以太阳能的形式输入生态系统
b.组分1、2、3分别代表生产者、消费者和分解者
c.在一个幼苗茁壮成长的农田生态系统中能量的输出量和输入量相等
d.如果组分1是生产者，那么组分1代表的是绿色植物
【解析】地球上几乎所有的生态系统所需要的能量都来自太阳，a项正确。太阳能被生产者通过光合作用转化为化学能，生产者除了绿色植物之外，还有能进行化能合成作用的硝化细菌等生物；组分1、2、3分别代表生产者、分解者和消费者，b、d项错误；农田生态系统中由于部分能量被固定在植物的有机物中，因此输出量和输入量不相等，c项错误。
【答案】a
4、下表为某河流生态系统从生产者开始的四个营养级的年能量流量。其中属于次级消费者的是( )
营养级
a
b
c
d
能量(105jm－2)
141.10
15.91
871.27
0.88
a.a b．b
c．c d．d
【解析】根据能量多少推断，构成的食物链为c→a→b→d，所以b为次级消费者。
【答案】b
5、（2012莆田模拟）如图所示的一个食物网（能量传递效率按10%计算），则下列叙述正确的是 ( )
①该食物网中初级消费者只有昆虫，次级消费者只有鸟
②昆虫属于第一营养级，鸟属于第二营养级
③若绿色植物固定的太阳能总量为m，昆虫获得的总能量为m1,鸟获得的总能量为m2,则m>m1+m2
④在鸟类的食物构成中，若动物性食物和植物性食物各占一半，则鸟类增加能量a时，生产者需提供能量为55a
a.①② b.①③ c.②③ d.③④【解析】由食物网可知，初级消费者有昆虫和鸟，①错误；昆虫属于第二营养级，鸟属于第二、三营养级，②错误。
【答案】d
6、右图表示某生态系统的营养结构，a～e代表各营养
级的生物。下列说法错误的是( )
a．图中没有标出非生物的物质和能量、分解者
b．图中生物通过能量流动、物质循环和信息传递而相互联系c．种群b数量的增长会导致种群a的增长，而种群a数量的增长又会抑制b数量的增加，这是负反馈调节机制
d．若该系统中种群c固定的总能量为6.8109 kj，种群d含的能量为1.3108 kj，则种群a至少约含5.5106 kj
【解析】能量沿食物链cbae传递时，a获得的最少能量为(6.8109－1.310810%)10%10%＝5.5107(kj)。
【答案】d
7、下图为生态系统中食物链所反映出的能量流动情况，图中箭头符号为能量的流动方向，单位为kcal/(m3年)。下列说法正确的是( )
①在入射的太阳能中，生产者只利用了其中的1%左右
②分解者可利用来自各营养级转移到a中的所有能量
③消费者营养级别越高，可利用的总能量越多
④当人们把生产者当作食物时，可获得更多的能量
a．①② b．①④
c．②④ d．③④
【解析】入射的太阳能中生产者利用能量的比例为(1 500 900－1 485 000)/1 500 900≈1%。分解者能利用a中落叶、排泄物、尸体中的能量，a中呼吸主要是指生产者和消费者的呼吸作用，其释放的能量分解者不能利用。消费者营养级越高，可利用的总能量越少。
【答案】b
8、如图为某草原生态系统中能量流动图解，①～④表示相关过程能量流动量。下列有关叙述正确的是( )
a．①是流入该生态系统的总能量
b．分解者获得的能量最少
c．图中②/①的值代表草→兔的能量传递效率
d．③和④分别属于草和兔同化量的一部分
【解析】①表示草同化的能量流向下一营养级即兔的能量，草所固定的太阳能是流入该生态系统的总能量；图中②/①的值代表兔→狐的能量传递效率；兔粪便中的能量是草同化的能量的一部分；在一个生态系统中分解者获得的能量不一定是最少的。
【答案】d
9、对一个受到轻度农药污染的湖泊进行调查，测得该湖泊内具有食物链关系的甲、乙、丙、丁4个生物种群所同化的总能量如下表：
生物种群
甲
乙
丙
丁
能量(kj)
1.3108
2.8109
2.9107
9.1107
根据上表的信息，判断下列哪一项是正确的( )
a．从4个种群的营养关系上，它们之间只能形成一条食物链
b．除甲种群外，其他3个种群的同化作用方式都属于异养型
c．按照生物的富集原理，丁种群体内的农药残留量是最多的
d．因捕食引起的竞争关系，可能涉及乙、甲、丁三个种群
【解析】据表中数据可知，四个种群的关系为 。故因捕食引起的竞争关系，可能涉及乙、甲、丁这三个种群。
【答案】d
10、(2012南通高三第一次模拟)在某草原生态系统能量流动过程中，假设羊摄入体内的能量为n，羊粪便中的能量为36%n，呼吸作用散失的能量为48%n，则( )
a．羊同化的能量为64%n
b．贮存在羊体内的能量为52%n
c．由羊流向分解者的能量为16%n
d．由羊流向下一营养级的能量为64%n
【解析】同化量＝摄入量－粪便量＝n－36%n＝64%n。呼吸作用散失的能量属于羊的同化量。
【答案】a
11、下图表示某草原生态系统中能量流动图解，①～④表示相关过程的能量流动。下列有关叙述正确的是( )
a．①是流入该生态系统的总能量
b．分解者获得的能量最少
c．图中②与①的比值代表草→兔的能量传递效率
d．③和④分别属于草和兔同化量的一部分
【解析】流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能总量，等于草的呼吸作用消耗＋遗体残骸＋①；分解者可从各营养级获得能量，因此在生态系统中的数量不一定最少；①和②分别表示兔和狐的同化量，因此②/①表示兔传递给狐的能量传递效率；兔的同化量①＝摄入草的能量－兔的粪便量③＝②＋④＋兔的呼吸作用消耗，因此d正确。
【答案】d
12、(2012无锡调研)下图为植物所固定的太阳能的限制因素图解，有关分析正确的是 ( )
a.影响植物固定太阳能的因素除了光、水、co2、矿质营养外还有温度
b.对于所有生态系统的植物来说，水都是它们固定太阳能的一个重要限制因素
c.通过取食流入下一营养级的能量只有净生产量的10%～20%
d.图中的营养是指落叶和枯枝中能被植物再利用的有机营养
【解析】影响植物固定太阳能的因素即影响光合作用的因素有co2浓度、光照、温度、水、矿质营养等，a项正确。在海洋生态系统中，水分不是限制水生植物进行光合作用的因素，b项错误。通过取食流入下一营养级的能量是占本营养级同化能量(即总生产量)的10%～20%，c项错误。图中的营养是指植物从土壤中吸收的矿质元素，d项错误。
【答案】a
13、如图所示，下列有关生态系统的表述正确的是( )
a.若图中a、b、c依次表示同一个种群中老、中、幼年龄段个体数量，则此种群为增长型种群
b.若a、b、c为某生态系统中的三个营养级，则a、b、c构成该生态系统的生物群落
c.若a、b、c为某生态系统中的三个种群，并且形成a→b→c的食物链，那么a、b、c不一定符合能量金字塔
d.若a、b、c为某生态系统中的三个营养级，b、c中不会出现同一生物种群
【解析】若图中a、b、c依次表示同一个种群中老、中、幼年龄段个体数量，则此种群为衰退型种群；若a、b、c为某生态系统中的三个营养级(包括生产者、消费者)，则a、b、c与分解者共同构成该生态系统的生物群落；生态系统中，三个相邻营养级的能量关系符合能量金字塔，但每一营养级中不只有一个种群，故三个种群间不一定符合能量金字塔。在食物网中一种生物可能兼跨不同的营养级，即不同的营养级中可能出现同一种生物。
【答案】c
14、如图为某生态系统能量流动示意图［单位：j/(cm2a)］，以下分析不正确的是 （ ）
a.甲的数值是1 250 j/(cm2a)
b.乙到丙的能量传递效率为15%c.每一营养级的能量大部分用于呼吸作用和被丁利用
d.乙的个体数目一定比甲少
【解析】一般情况下,随着营养级的增加,动物个体的数量会减少,个体的体积会增大,但是也存在特殊情况,例如树上的昆虫与树之间的关系。
【答案】d
15、下图是某生态系统的食物网示意图，甲~庚代表不同的生物，箭头表示能量流动的方向和物种联系。下列叙述正确的是 （ ）
a.此食物网中有六条食物链，丁占有三个不同的营养级
b.戊接受的太阳能是流经此生态系统的总能量
c.丙可利用的总能量小于乙和丁可利用的总能量之和
d.向此生态系统大量引入外来物种，可增强该系统的稳定性
【解析】此食物网中有6条食物链,丁占有三个不同的营养级。戊所固定的太阳能是流经此生态系统的总能量。向此生态系统大量引入外来物种，很有可能会对该生态系统原有的物种构成威胁，影响生态系统的稳定性。由于能量流动具有逐级递减的特点，所以丙可利用的总能量小于乙和丁可利用的总能量之和，故c正确。
【答案】ac
二、非选择题
16、（2012海口质检）某研究性学习小组对某农田生态系统的各种生态因素进行了认真考察。下面是他们考察的有关内容和相关建议。
（1）夏季，农民经常在农田里除草、灭虫。从生态系统能量流动的角度看，这样做的目的是 。
(2)某同学经过分析蛇的食物，绘制了如图所示的食物关系：假如一条1 kg的蛇,4/5的食物来自鼠，1/5的食物来自蛙。按能量流动的最高效率计算，此蛇间接消耗的植物为 kg。
(3)收获季节，不少农民在田里焚烧作物秸秆，导致空气污染。针对这一现象，该小组的同学向有关部门建议，利用秸秆生产“再生纤维共混膜”，以减少塑料地膜带来的“白色污染”。“再生纤维共混膜”在土壤中1～2个月就会分解掉，分解该“地膜”的生物属于生态系统成分中的 。
（4）某农民不慎使用了假化肥导致农作物迅速死亡。研究小组的同学对农田中的植物数量进行了统计并画出了如图所示的曲线。请在图中画出该农田中初级消费者和次级消费者在数量上的变化趋势，并注明各曲线的名称。
【答案】（1）调整农田生态系统的能量流动方向，使能量更多地流向农作物
（2）45
（3）分解者
（4）
17、某种植玉米的农场，其收获的玉米子粒既作为鸡的饲料，也作为人的粮食，玉米的秸秆则加工成饲料喂牛，生产的牛和鸡供人食用，人、牛、鸡的粪便经过沼气池发酵产生的沼气作为能源，沼渣、沼液作为种植玉米的肥料。据此回答(不考虑空间因素)：
(1)请绘制由鸡、牛、玉米和人组成的食物网。
(2)牛与鸡之间________________(有、无)竞争关系，理由是______________。人与鸡的种间关系是__________________，人与牛的种间关系是______________。
(3)流经该农场生态系统的总能量来自______________所固定的________________，无机环境中的碳以________________形式进入该人工群落。
(4)假设该农场将生产玉米的1/3作为饲料养鸡，2/3供人食用，生产出的鸡供人食用。现调整为2/3的玉米养鸡，1/3供人食用，生产出的鸡仍供人食用。理论上，该农场供养的人数将________________(增多、不变、减少)，理由是______________________________。
【解析】(1)鸡、牛、玉米和人组成的食物网详见答案。(2)牛与鸡之间所需食物资源不同(牛食玉米秸秆、鸡食玉米子粒)，所以它们之间无竞争关系，人与鸡之间构成捕食与竞争的关系，人与牛之间构成捕食关系。
(3)流经一个生态系统的总能量是生产者固定的全部太阳能，因此，流经该农场生态系统的总能量来自玉米所固定的太阳能，无机环境中的碳以co2的形式通过绿色植物的光合作用进入该人工群落的。
(4)依题意，理论上该农场供养的人数将减少，因为改变用途的1/3玉米被鸡食用后，在鸡这一环节散失了一部分能量，导致人获得的能量减少。
【答案】(1)如右图所示。
(2)无 它们所需食物资源不同(或牛食玉米秸秆、
鸡吃玉米子粒) 捕食与竞争 捕食
(3)玉米(其他合理答案也可) 太阳能 co2
(4)减少 改变用途的1/3玉米被鸡食用后，在鸡这一环节散失了一部分能量，导致人获得的能量减少
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