人教(2019)生物选择性必修2（知识点+跟踪检测）第3讲 生态系统的结构与能量流动(含答案）
文档属性
| 名称 | 人教(2019)生物选择性必修2（知识点+跟踪检测）第3讲 生态系统的结构与能量流动(含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.4MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2022-11-22 22:43:16 | ||
图片预览
文档简介
中小学教育资源及组卷应用平台
人教(2019)生物选择性必修2（知识点+跟踪检测）
第3讲 生态系统的结构与能量流动
【课标导航】
2.2.1 阐明生态系统由生产者、消费者和分解者等生物因素以及阳光、空气、水等非生物因素组成，各组分紧密联系使生态系统成为具有一定结构和功能的统一体
2.2.2 讨论某一生态系统中生产者和消费者通过食物链和食物网联系在一起形成复杂的营养结构
2.2.3 分析生态系统中的物质在生物群落与无机环境之间不断循环、能量在生物群落中单向流动并逐级递减的规律
2.2.4 举例说明利用物质循环和能量流动规律，人们能够更加科学、有效地利用生态系统中的资源
2.2.5 解释生态金字塔表征了食物网各营养级之间在个体数量、生物量和能量方面的关系
2.2.8 分析特定生态系统的生物与非生物因素决定其营养结构
一、生态系统的概念及组成成分
二、生态系统的营养结构
三、生态系统的能量流动
1．过程理解
2．第一营养级的能量流动
3．消费者的能量流动
注：最高营养级消费者的能量没有流向下一营养级这条途径。
(1)从上述图解可以得到：摄入量＝同化量＋粪便量。
(2)在各营养级中，能量的几个去路：通过呼吸作用以热能的形式散失；被下一营养级生物利用；被分解者利用；未被利用。
4．能量流动的特点及意义
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目 每一营养级生物的有机物总量
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而逐级递减 一般生物有机物的总质量沿食物链升高逐级递减
特点 正金字塔形 一般为正金字塔形 一般为正金字塔形
分析 能量流动的过程中总是有能量的耗散，故能量流动逐级递减 成千上万只昆虫生活在一株大树上时，该数量金字塔的塔形也会发生变化 浮游植物的个体小，寿命短，又不断被浮游动物吃掉，所以某一时间浮游植物的生物量(用质量来表示)可能低于浮游动物的生物量
[基础微点练清]
1．判断正误
(1)趋光性昆虫是该农田生态系统的消费者(√)
(2)卷叶蛾、蚧虫、蚜虫等植食性动物是初级消费者(√)
[新人教版选择性必修2 P52“概念检测”T1(1)]
(3)太阳能只有通过生产者才能输入到生态系统中(√)
[新人教版选择性必修2 P60“概念检测”T1(1)]
(4)中性昆虫在果园生态系统中是多余的(×)
[新人教版选择性必修2 P52“概念检测”T1(3)]
(5)生态系统中细菌产生的能量可流向生产者(×)
(6)若人与自然和谐统一，生产者固定的能量便可反复利用 (×)
(7)植物→鼠→鹰这条食物链中，第三营养级含能量最少(√)
(8)硝化细菌虽不能进行光合作用，但是自养生物(√)
(9)河流中所有生物和底泥共同组成河流生态系统(×)
2．下列关于生态系统组成成分的叙述，错误的是( )
A．自然生态系统需要源源不断地输入太阳能
B．土壤微生物都可作为生态系统的分解者
C．消费者能加快生态系统的物质循环
D．菟丝子等寄生植物不属于生产者
解析：选B 土壤微生物可作为生态系统的分解者、消费者，B错误。
3．(新人教版选择性必修2 P60“概念检测”T3)在一定时间内，某生态系统中全部生产者固定的能量值为a，全部消费者所获得的能量值为b，全部分解者所获得的能量值为c，则a、b、c之间的关系是( )
A．a＝b＋c B．a＞b＋c
C．a＜b＋c D．c＝a＋b
解析：选B 生产者固定的能量是流经该生态系统的总能量，除了包括b和c外，还包括生产者呼吸散失的能量等，故a＞b＋c 。
4.根据图示判断，下列叙述正确的是( )
A．图示的各种成分在生态学上可以构成一个生态系统
B．图示生物可以形成的食物链：绿色植物→蝉→螳螂→黄雀→蛇→细菌
C．细菌与蝉之间的关系属于竞争
D．蛇属于三级消费者
解析：选A 图中既有生产者、消费者和分解者，又有非生物的物质和能量，能构成一个生态系统；细菌属于分解者，不占据营养级；细菌与蝉不存在共同食物资源，不属于竞争关系；蛇属于四级消费者，位于第五营养级。
5．有关生态系统结构的叙述，正确的是( )
A．不能进行光合作用的生物一定不是生产者
B．分解者只包括腐生细菌和真菌
C．生态系统的营养结构是指生态系统中由营养关系形成的食物链和食物网
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C 有些生物虽然不能进行光合作用，但是能进行化能合成作用，也属于生产者，如硝化细菌，A错误。分解者包括腐生细菌、真菌以及营腐生生活的动物(如秃鹫、蚯蚓等)，B错误。生态系统的结构包括：生态系统的组成成分、食物链和食物网，其中食物链和食物网构成生态系统的营养结构，C正确。生产者是生态系统的基石，能把无机物合成有机物；分解者能把有机物分解成无机物，是生态系统的必备成分；消费者只是加快生态系统的物质循环，如果没有消费者，生态系统的物质循环虽然变慢但是仍可以进行，所以消费者不是生态系统的必备成分，D错误。
6．(新人教版选择性必修2 P60“拓展应用”T2)将一块方糖放入水中，方糖很快就会溶解，消失得无影无踪。溶解在水中的方糖还能再自行变回原来的形状吗？为什么？
提示：不能。在一个封闭的系统中，物质总是由有序朝着无序(熵增加)的方向发展。
一、生态系统的结构
[试考题·查欠缺]
1．(2021年1月新高考8省联考·湖北卷)下图为某湖泊生态系统的食物网简图。下列叙述错误的是( )
A．浮游藻类属于生产者
B．该食物网有5条食物链
C．该食物网中，水生昆虫属于第二营养级
D．浮游动物与水生昆虫之间通过负反馈调节维持各自数量的相对稳定
解析：选C 浮游藻类是通过光合作用进行自养的生物，故属于生态系统的生产者，A正确；该食物网中共有5条食物链：浮游藻类→裸鲤→鸬鹚；浮游藻类→裸鲤→绿头鸭；浮游藻类→裸鲤→大天鹅；浮游藻类→浮游动物→水生昆虫→绿头鸭；浮游藻类→浮游动物→水生昆虫→大天鹅，B正确；在该食物网中，水生昆虫属于第三营养级，C错误；浮游动物与水生昆虫之间为捕食关系，二者之间能通过负反馈调节维持各自数量的相对稳定，D正确。
2．(浙江选考)下列关于营养级的叙述，正确的是( )
A．营养级的位置越高，归属于这个营养级的能量通常越多
B．自然生态系统中的所有绿色植物都属于生产者营养级
C．营养级是指处于食物链同一环节上同种生物的总和
D．食物链中的各营养级之间能量传递效率是相同的
解析：选B 生态系统中的能量流动是单方向的，逐级递减的。一般来说，营养级越高，该营养级获得的能量越少，A错误；绿色植物都能进行光合作用，属于生产者营养级，B正确；营养级是指处于食物链同一环节上的全部生物的总和，不是同种生物的总和，C错误；各个营养级之间的能量传递效率不一定相同，D错误。
3.如图所示某湖泊的食物网，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
解析：选A 鲈鱼与土著鱼之间是捕食关系，B错误；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再趋于稳定，相应地浮游植物锐减后再急升最后趋于稳定，C、D错误；鲈鱼以土著鱼为食，按能量传递逐级递减的特点，A正确。
[强知能·补欠缺]
1．生态系统的组成成分
(1)非生物的物质和能量：阳光、热能、水、空气、无机盐等。
(2)生物群落
生产者 消费者 分解者
营养方式 自养 异养 异养
生物类型 ①光合自养生物：绿色植物和蓝藻等 ②化能合成生物：硝化细菌等 大多数动物，寄生植物(如菟丝子) 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 ①合成有机物，储存能量 ②为消费者提供食物和栖息场所 ①加快物质循环 ②帮助植物传粉和传播种子 将有机物分解为无机物，供生产者重新利用
2．辨明生态系统组成成分的三类“不一定”和两类“一定”
三类“不一定” ①生产者不一定是植物(如蓝藻、硝化细菌)，植物不一定是生产者(如菟丝子营寄生生活，属于消费者)
②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、蜣螂等以动植物残体或排泄物为食的腐生动物属于分解者)
③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” ①生产者一定是自养型生物，自养型生物一定是生产者
②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
3．图解食物链(如图)
(1)表现形式：起点总是生产者，终点是不被其他动物所食的动物(最高营养级)。
(2)营养级：一般不超过5个
①植物(生产者)：第一营养级；
②动物所处营养级级别＝消费者级别＋1。
(3)食物链中的捕食关系是长期自然选择形成的，通常不会逆转。
(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，也不一定是一个物种。
4．构建食物链(网)的一般方法
(1)依据曲线图构建食物链(网)
解读：分析图1曲线走势，先上升先下降者为被捕食者。或以各营养级数量为依据，一般来说，营养级越低时，数量越多(看起点)，即该图中的食物链为C→B→A。
(2)依据柱形图或饼状图构建食物链(网)
解读：图2和图3都是以每个营养级中有机物的多少为依据，图2中的食物链是丙→甲→乙→丁；图3中的食物链是。
(3)依据生态系统物质循环模型图构建食物链(网)
解读：图4表示的是生态系统的物质循环图解，其中D是生产者、A是消费者、B是分解者、C是无机环境，包含的食物链是D→A。
(4)依据表格数据(能量值)直接构建食物链(网)
营养级 A B C D
能量(Pg) 15.9 870.7 1.9 141.0
解读：根据能量多少和传递效率10%～20%可以确定食物链为B→D→A→C。
(5)依据表格数据(重金属、DDT等浓度)间接构建食物链(网)
生物体 A B C D E
有机汞浓度(mg·L－1) 0.05 7 0.51 68 0.39
解读：注意本表直接呈现的是某生物体的有机汞浓度，并非能量值。有机汞存在“生物富集”现象，即随着营养级的增加，汞浓度增加，两者在数值上呈正相关，所以从表中有机汞浓度的大小可推知该生物营养级的高低，从而判断各生物能量值的大小。其食物链(网)如图所示。
5．食物链(网)中生物数量变化分析
(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都会减少，简记为：“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，会先增加后趋于稳定，简记为：“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。简记为：“食物网，食物链，生物数量好判断，首先你要有主见，环节少的最先看。”举例如下：
若青蛙突然减少，则以它为食的蛇将减少，鹰过多捕食兔和鸟，从而导致兔、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。
[练题点·全过关]
1．如图为某食物网简图，其中物种c和物种b均生活于白杨树中层的树枝表面。据图分析下列叙述正确的是( )
A．图中共有6条食物链
B．物种b和物种c之间无竞争关系
C．若物种e突然大量减少，则a的数量可能无明显变化
D．图示的各种成分在生态学上可以构成一个生态系统
解析：选C 图中共有7条食物链，即：白杨树→b→h，白杨树→c→d→a，白杨树→c→a，白杨树→g→d→a，白杨树→g→a，苔类→e→a，苔类→f→a，A错误；物种c和物种b均生活于白杨树中层的树枝表面，b、c均以白杨树为食，存在竞争关系，B错误；物种e突然大量减少，物种a以c、d、g、f为食，所以一段时间内a的数量可能无明显变化，C正确；图示的各种成分为食物网，只包括动物和植物，不包括无机环境和分解者，故不能构成一个生态系统，D错误。
2．(2021·南平模拟)如图表示某生态系统中三种类型的生物CO2消耗量(相对量)的曲线图，下列叙述正确的是( )
A．b曲线代表的生物可能是任何一种生产者
B．a、b、c都有可能是细菌
C．a曲线代表的生物一定是消费者
D．由a、b、c三种生物可组成一个生态系统
解析：选B b曲线CO2释放量随光照强度的变化而变化，可以代表进行光合作用的生产者，A错误；a可能是寄生细菌，b可能是光能自养型细菌，c可能是化能合成型细菌，如硝化细菌，B正确；a曲线代表的生物可能是消费者或分解者，C错误；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，D错误。
3．(2019·江苏高考，节选)下图是某生态系统部分生物关系示意图。请回答下列问题：
(1)生态系统最基本的生物成分是________。图示由乔木、草本植物、蝗虫、蜘蛛和杂食性鸟构成的食物网中，杂食性鸟分别处于第________营养级。
(2)从图所示的营养关系分析，属于分解者的有________________。有机碎屑被彻底分解产生的________________(至少写出两类)等供生态系统循环利用。
(3)由于乔木的遮挡程度不同，导致了不同区域地表的草本植物、真菌等生物种类和数量有一定差异，地表生物的这种区域差异分布体现了群落具有________结构。
解析：(1)生态系统最基本的生物成分是生产者，生产者通过光合作用把太阳能转化为储存在有机物中的化学能，是能量流动的起点，在生态系统中起主导作用。题图所示食物网中，杂食性鸟参与的食物链有乔木(或草本植物)→杂食性鸟，草本植物→蝗虫→杂食性鸟，草本植物→蝗虫→蜘蛛→杂食性鸟，因此，杂食性鸟分别处于第二、三、四营养级。(2)从图中可以看出大型真菌和跳虫以有机碎屑为营养物质，属于分解者。根据生态系统物质循环原理可知，有机碎屑被彻底分解产生的无机盐、CO2和H2O等，可供生态系统循环利用。(3)生物在不同区域地表的镶嵌式分布体现了生物群落的水平结构。
答案：(1)生产者 二、三、四 (2)大型真菌、跳虫 无机盐、CO2、H2O (3)水平
[方法技巧]
生态系统生物成分的判断方法
(1)判断生产者：主要依据为是否为自养型生物，若为自养型生物，则为生产者，包括绿色植物、蓝藻、光合细菌以及化能合成细菌等。
(2)判断消费者：特别注意“异养型、非腐生”等关键词，植物、微生物也有可能是消费者，但是必须排除腐生生物的可能性。
(3)判断分解者：主要依据是能否把动植物的遗体、残枝败叶转变成无机物，分解者是腐生生物，也包括少数的动物(如蚯蚓)。
二、生态系统的能量流动过程
[试考题·查欠缺]
1．(2020·全国卷Ⅲ)假设某种蓝藻(A)是某湖泊中唯一的生产者，其密度极大，使湖水能见度降低。某种动物(B)是该湖泊中唯一的消费者。回答下列问题：
(1)该湖泊水体中A种群密度极大的可能原因是____________________________
________________________________(答出2点即可)。
(2)画出该湖泊生态系统能量流动的示意图。
(3)假设该湖泊中引入一种仅以A为食的动物(C)后，C种群能够迅速壮大，则C和B的种间关系是________。
解析：(1)蓝藻(A)种群密度极大的原因可能是水体富营养化，没有其他生产者的竞争，捕食者数量少等。(2)流入某一营养级(最高营养级除外)的能量有三个去向：通过呼吸作用散失、被分解者分解利用、流向下一营养级。最高营养级的能量去向不包括流向下一营养级，由此可画出该湖泊生态系统能量流动的示意图，具体见答案。(3)竞争是指两种或两种以上生物相互争夺资源和空间等。竞争的结果常表现为相互抑制，有时表现为一方占优势，另一方处于劣势甚至灭亡。由于B以蓝藻(A)为食，C仅以A为食，且该湖泊中引入动物(C)后，C种群能够迅速壮大，说明该湖泊中缺乏C种群的天敌，即B不能捕食C，故C和B的种间关系为竞争。
答案：(1)水体富营养化，没有其他生产者的竞争
(3)竞争
2．(2018·江苏高考)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。图1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)，图2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)图1所示食物网中，遗漏了一条能量流动途径，该条途径是__________________。
(2)图1所示食物网中，次级消费者是________，丁与丙之间的种间关系是______________。
(3)根据图1分析，除了图2中已经标出的能量去向之外，乙的能量去向还有________________________________________________________________________。
(4)结合图2分析，图1所示食物网中第一营养级到第二营养级能量的传递效率________(在“大于”“小于”或“等于”中选择)7.6%。
(5)经检测，水体中含有某种可被生物富集的农药，推测此农药含量最高的物种是________。
(6)从生态学角度解释，污染物排放导致水质恶化的主要原因是________________________________________________________________________。
解析：(1)根据题中信息可知，甲不摄食藻类，水草、藻类是第一营养级，甲、乙是第二营养级，丁是第三、第四营养级，甲和丁未体现出食物联系，所以还可能有的一条食物链是水草→甲→丁。(2)图1中丙、丁都可以作为第三营养级即次级消费者。丁捕食丙，且丙、丁都捕食乙，所以丁与丙之间的种间关系是捕食和竞争。(3)图1中乙可以被丙和丁捕食，所以乙的能量去向除了流向分解者和丁之外，还可以传递给丙以及通过自身呼吸作用以热能形式散失。(4)根据图2可知，第一营养级到乙的能量传递效率是1 900/25 000×100%＝7.6%，但是因为第二营养级包括乙和其他鱼类，再加上其他鱼类的能量，第一营养级到第二营养级的能量传递效率大于7.6%。(5)有些农药不易被分解，营养级级别越高的生物，其体内积累的农药越多，因此体内农药含量最高的物种是丁。(6)生态系统的自我调节能力是有一定限度的，如果污染物排放超过该限度，生态系统的稳态就会遭到破坏。
答案：(1)水草→甲→丁 (2)丙和丁 捕食和竞争
(3)传递给丙、自身呼吸作用以热能形式散失 (4)大于
(5)丁 (6)河流生态系统自我调节(自我修复)能力有限
[强知能·补欠缺]
1．能量流经第二、第三……营养级的过程分析
图示
分析 ①摄入量(a)＝同化量(b)＋粪便量(c) ②同化量(b)＝摄入量(a)－粪便量(c) ＝呼吸消耗量(d)＋净同化量(e) ＝呼吸消耗量(d)＋流入下一营养级(g)＋被分解者利用(f) ③净同化量(e)＝同化量(b)－呼吸消耗量(d) ＝流入下一营养级(g)＋被分解者利用(f)
能量传递效率的计算公式 能量传递
效率＝×100%＝(10%～20%)
在解决有关能量传递的计算问题时，首先要确定相关的食物链，理清生物在营养级上的差别，能量传递效率为10%～20%。解题时注意题目中是否有“最多”“最少”“至少”等特殊的字眼，从而确定使用10%或20%来解题
2．流入某一营养级能量的来源和去路
除最高营养级外，能量流经每个营养级所发生的变化基本相同。图示如下：
3．生态系统中能量流动的分析方法
(1)定量不定时分析：流入某一营养级的一定量的能量在足够长的时间内的去路有三条：①自身呼吸消耗；②流入下一营养级(最高营养级除外)；③被分解者分解利用。但这一定量的能量不管如何传递，最终都以热能形式从生物群落中散失；生产者源源不断地固定太阳能，才能保证生态系统能量流动的正常进行。
(2)定量定时分析：流入某一营养级的一定量的能量在一定时间内的去路可有四条：①自身呼吸消耗；②流入下一营养级(最高营养级除外)；③被分解者分解利用；④未利用，即未被自身呼吸消耗，也未被下一营养级和分解者利用，如果是以年为单位研究，这部分的能量将保留到下一年。但从长远来看，“未利用”的能量最终会被自身呼吸消耗、流入下一营养级或被分解者利用。
[练题点·全过关]
1．下图为桑基鱼塘农业生态系统的能量流动图解，图中字母代表能量，相关说法正确的是( )
A．图中用于桑树生长发育繁殖的能量是a
B．图中未利用的能量是指蚕粪便中的能量
C．第一、二营养级间的能量传递效率用(e＋f＋g＋h)/a表示
D．桑基鱼塘具有较强的稳定性，不存在负反馈调节
解析：选C 图中用于桑树生长、发育和繁殖的能量是c；图中未利用的能量是指桑树同化的能量减去呼吸消耗的能量、流向蚕的能量及被分解者利用的能量；蚕同化的能量为e＋f＋g＋h，所以第一、二营养级间的能量传递效率＝(e＋f＋g＋h)/a；桑基鱼塘动植物种类少，稳定性较低，但也存在负反馈调节。
2．(2020·海南高考)在生态系统中，植物所固定的太阳能或所制造的有机物质称为初级生产量，其中一部分用于自身的呼吸消耗，余下部分称为净初级生产量。下表为4个生态系统的研究实例。下列有关叙述错误的是( )
类别 玉米地 荒地 湖泊Ⅰ 湖泊Ⅱ
太阳能利用率(初级生产量/入射太阳能) 1.6% 1.2% 0.4% 0.1%
呼吸消耗率(呼吸消耗/初级生产量) 23.4% 15.1% 22.3% 21.0%
净初级生产效率(净初级生产量/初级生产量) 76.6% 84.9% 77.7% 79.0%
A．与玉米地相比，荒地的太阳能利用率低，净初级生产效率也低
B．若入射太阳能相同，上述4个生态系统中，制造有机物质最多的是玉米地
C．两个湖泊中植物的呼吸消耗率与玉米地的大致相等，但明显高于荒地
D．两个湖泊的太阳能利用率低，与太阳光穿过水层时损失了部分能量有关
解析：选A 据表格分析可知，玉米地的太阳能利用率为1.6%，净初级生产效率为76.6%，荒地的太阳能利用率和净初级生产效率分别为1.2%和84.9%，荒地的太阳能利用率低于玉米地的，净初级生产效率高于玉米地的，A错误；在题中4个生态系统中，玉米地的太阳能利用率最高，若入射太阳能相同，则玉米地初级生产量最大，制造的有机物质最多，B正确；两个湖泊中植物的呼吸消耗率分别为22.3%和21.0%，与玉米地的呼吸消耗率(23.4%)大致相等，但明显高于荒地的呼吸消耗率(15.1%)，C正确；与玉米地和荒地相比，两个湖泊的太阳能利用率低，这与太阳光穿过水层时损失了部分能量有关，D正确。
科学思维——用演绎推理法解答能量传递效率的相关问题
能量流动计算类题目的主要考查形式有两大类，一是通过食物链(食物网)的展示，求某一条食物链的能量传递效率最大值或最小值的计算；二是通过提供食物网中某营养级的食物配比，求某一营养级的最值问题。解答此类问题时要注意理清每条食物链，然后再计算。
1．没有限制能量来源或分配比例的计算
[典例] 在如图所示食物网中，鹰要增加20 g体重，最多消耗植物______g，最少消耗植物______g。
[解析] 最多消耗应选取最长食物链，能量传递效率按10%计算；最少消耗应选取最短食物链，能量传递效率按20%计算。
[答案] 20 000 500
在没有限制能量来源或能量分配比例，当求最多或最小需求量时，按下表规律进行计算。
知低营养级求高营养级 知高营养级求低营养级
获能量最多 选最短食物链按×20%计算 需最多能量 选最长食物链按÷10%计算
获能量最少 选最长食物链按×10%计算 需最少能量 选最短食物链按÷20%计算
[素养训练]
1．如表所示是能量流经某种植食性动物时的情况，下列说法正确的是( )
项目 摄食量 粪便量 呼吸消耗量 用于生长发育和繁殖的能量
能量/ [J/(cm2·a)] 530 330 X 110
A．X表示的能量为200 J/(cm2·a)
B．流向第三营养级生物的能量至多为40 J/(cm2·a)
C．该植食性动物同化的能量中有20%通过呼吸作用散失掉
D．表中四个量之间没有一定的数量关系
解析：选B 同化量＝摄入量－粪便量＝530－330＝200[J/(cm2·a)]，同化量有两个去向，即同化量＝呼吸消耗量＋生物用于生长发育和繁殖的能量，即200＝X＋110，因此，X表示的能量为90 J/(cm2·a)，A错误；流经某种植食性动物(第二营养级)的能量为200 J/(cm2·a)，按最高的传递效率20%来计算，则流向第三营养级的能量至多为200×20%＝40[J/(cm2·a)]，B正确；该植食性动物同化的能量通过呼吸作用散失的百分比是90÷200×100%＝45%，C错误；表中四个量之间有一定的数量关系，D错误。
2．下图所示的食物网中，若人的体重增加1 kg，最少消耗水藻________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一般是10%～20%。求最少消耗水藻时，选最短的食物链，即水藻→小鱼→人，传递效率按20%计算，设最少消耗水藻为x，则x×20%×20%＝1，解得x＝25(kg)；求最多消耗水藻时，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，设最多消耗水藻为y，则y×10%×10%×10%×10%×10%＝1，y＝105(kg)。
答案：25 105
3．三江源自然保护区位于青藏高原腹地，是世界高海拔地区生物多样性最集中、生态最敏感的地区。高原鼠兔是保护区内的重要物种之一，如图是与高原鼠兔有关的部分食物网。请分析回答：
(1)为调查高原鼠兔种群密度，研究者在1公顷的范围内，第一次捕获并标记600只；第二次捕获500只，其中有标记的有150只，则该种群密度约为________只/公顷。上述调查方法称为____________。
(2)该食物网中有____条食物链，鹰获得能量最少的食物链是____________________________________。若鹰要增加1 kg体重，至少需要消耗草____kg。
(3)若去除鼬，则草原容纳鹰的数量会________(填“增加”“减少”或“不变”)。
解析：(1)鼠兔的活动能力强，活动范围广，应该采用标志重捕法调查其种群密度；根据标志重捕法计算公式：种群中个体数(N)÷标记总数＝重捕总数÷重捕中被标记的个体数，即N∶600＝500∶150，解得N＝2 000(只)。(2)分析题图可知，该食物网中有5条食物链；能量流动的特点是单向流动、逐级递减，因此鹰获得能量最少的食物链是草→昆虫→高原鼠兔→鼬→鹰。已知高营养级的能量，求低营养级能量时，若求所需最少能量，应选最短食物链，并按÷20%计算。若鹰要增加1 kg体重，至少(选最短食物链“草→高原鼠兔→鹰”)需要消耗草1÷20%÷20%＝25(kg)。(3)若去除鼬，则鹰的营养级降低，其获得的能量增加，因此草原容纳鹰的数量会增加。
答案：(1)2 000 标志重捕法 (2)5 草→昆虫→高原鼠兔→鼬→鹰 25 (3)增加
2．限制能量来源或分配比例的计算
[典例] 若某草原生态系统只存在右面的食物关系，尝试完成以下问题：
(1)假如猫头鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇，那么，猫头鹰若要增加20 g体重，最少需要消耗的植物为________。
(2)假如植物有2/5被兔所食，有3/5被鼠所食；鼠有2/3直接被猫头鹰捕食，有1/3被蛇捕食后流入猫头鹰体内。那么，猫头鹰若要增加20 g体重，最少需要消耗的植物为________。(精确到个位数)
[解析] (1)在生态系统中，能量传递效率为20%时，能量在流动过程中损失最小，可消耗最少的植物，为最高营养级提供最多的能量。因此，若计算使猫头鹰增加20 g体重至少消耗的植物质量，则能量按20%传递。设猫头鹰从不同食物链消耗的植物分别为a、b、c，可写出：
食物链①
食物链② 植物鼠猫头鹰 b 20×2/5 g
食物链③ 植物鼠蛇猫头鹰 c 20×1/5 g
列方程式得：a×20%×20%＝20×2/5，b×20%×20%＝20×2/5，c×20%×20%×20%＝20×1/5。解得：a＝200(g)、b＝200(g)、c＝500(g)，a＋b＋c＝900(g)。(2)设猫头鹰从三条食物链中获得的能量依次为e、f、g，植物固定的总能量为h。根据题意，可绘图如下：
食物链① 植物兔猫头鹰 2/5h e
食物链② 植物鼠猫头鹰 (3/5)×(2/3)h f
食物链③ 植物鼠蛇猫头鹰 (3/5)×(1/3)h g
列方程式得：2/5h×20%×20%＝e，(3/5)×(2/3)h×20%×20%＝f，(3/5)×(1/3)h×20%×20%×20%＝g，e＋f＋g＝20(g)。解得：h≈595(g)。
[答案] (1)900 g (2)595 g
(1)限制能量来源或能量分配比例，当求最多需求量时，在限制范围内的所有食物链中按最低能量传递效率计算；当求最少需求量时，在限制范围内的所有食物链中按最高能量传递效率计算。
(2)计算时注意当限制能量来源比例时，由高营养级向低营养级逐级递推。当限制能量分配比例时，假设出低营养级的需求量，由低营养级向高营养级逐级递推。同时要注意分配比例。
[素养训练]
1．有一食物网如下图所示。如果能量传递效率为10%，各条食物链传递到庚的能量相等，则庚增加1 kJ的能量，丙最少含多少能量( )
A．550 kJ B．500 kJ
C．400 kJ D．100 kJ
解析：选A 分析题图可知，由丙到庚有2条食物链。经食物链丙→丁→己→庚传递到庚的能量为0.5 kJ，则需要丙0.5÷(10%)3＝500(kJ)；经食物链丙→戊→庚传递到庚的能量为0.5 kJ，则需要丙0.5÷(10%)2＝50(kJ)，即丙最少含500＋50＝550(kJ)的能量。
2.右图所示是某生态系统的食物网，若E种群的总能量为5.8×109 kJ，B种群的总能量为1.6×108 kJ，从理论上分析，A种群获得的总能量最多是________ kJ。
解析：E处于第一营养级，而B、C、D都处于第二营养级，最多获得能量按最大的传递效率20%计算，E传递给B、C、D的能量共有5.8×109×20%＝1.16×109(kJ)，C和D获得的能量为1.16×109－1.6×108＝1×109(kJ)，故A最多获得1×109×20%＝2×108(kJ)的能量。
答案：2×108
题型二 能量传递效率的有关“定值”计算
[典例] 如图所示的食物网中，戊的食物有1/2来自乙，1/4来自丙，1/4来自丁，且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%。若戊体重增加20 g，需要消耗植物( )
A．1 125 g B．1 600 g
C．2 000 g D．6 500 g
[解析] 甲为生产者，戊共有以下食物链：①甲→乙→戊，戊增加20×1/2＝10(g)，需要乙10÷20%＝50(g)，需要甲50÷10%＝500(g)；②甲→丙→戊，戊增加20×1/4＝5(g)，需要丙5÷20%＝25(g)，需要甲25÷10%＝250(g)；③甲→丙→丁→戊，戊增加20×1/4＝5(g)，需要丁5÷20%＝25(g)，需要丙25÷20%＝125(g)，需要甲125÷10%＝1 250(g)，故共需要甲500＋250＋1 250＝2 000(g)。
[答案] C
有关能量传递效率的定值计算方法
(1)已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值法”计算，而需按具体数值计数。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。
[素养训练]
1.(2021·衡阳调研)右图所示的食物网中，如果每个营养级能量传递效率均为20%，且下一营养级从上一营养级各种生物中获得的能量相等。虎要获得1 kJ能量，则需要消耗草的能量为( )
A．150 kJ B．125 kJ
C．100 kJ D．75 kJ
解析：选D 每个营养级能量传递效率均为20%，且下一营养级从上一营养级各种生物中获得的能量相等，在食物链草→兔→狐→虎中，需要消耗的草的能量为1×1/2÷20%÷20%÷20%＝62.5(kJ)；在食物链草→羊→虎中，需要消耗的草的能量为1×1/2÷20%÷20%＝12.5(kJ)。故需要消耗的草的能量为62.5＋12.5＝75(kJ)。
2．(2021·泉州测评)某生态系统总面积为500 km2，假设该生态系统的食物关系如图所示，已知该兔群的K值为10 000只。下列有关说法错误的是( )
A．调查发现此生态系统中该兔种群数量为3 600只，则该生态系统中兔的种群密度为7.2只/km2
B．该生态系统中的细菌和真菌都属于分解者，它们在碳循环中的作用是将有机物分解成无机物
C．该食物网中共有三条食物链，其中鹰占有三个营养级，既是次级消费者，也是三级、四级消费者
D．假设鹰从每条食物链获得能量一样多，该生态系统中能量的传递效率均为10%，鹰要同化3千焦耳的能量，需要绿色植物固定11 100千焦耳的太阳能
解析：选B 调查发现此生态系统中该兔种群数量为3 600只，生态系统的面积为500 km2，则该生态系统中兔的种群密度为3 600÷500＝7.2(只/km2)，A正确；该生态系统中的细菌不一定是分解者，可能是生产者，若为分解者，则它们在碳循环中的作用是将有机物分解成无机物，B错误；该食物网中共有三条食物链，其中鹰占有三个营养级，既是次级消费者，也是三级、四级消费者，C正确；假设鹰从每条食物链获得能量一样多，该生态系统中能量的传递效率均为10%，鹰要同化3千焦耳的能量，需要绿色植物固定1×10×10＋1×10×10×10＋1×10×10×10×10＝11 100千焦耳的太阳能，D正确。
[典例] 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。
(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。
[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××10%＋M××(10%)2＝＋＝，调整后人所得能量为M××10%＋M××(10%)2＝＋＝，则调整后∶调整前比值为/≈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××＋A××2＝M1
调整后 A××＋A××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
[素养训练]
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。
题型四 具有人工能量输入的计算
[典例] 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] 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。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%。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
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，在求算该营养级与上一营养级间的传递效率时则不考虑人工输入的能量；而在求算该营养级与下一营养级间的传递效率时，则考虑人工输入的能量。
[素养训练]
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是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：选D 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)]
一、选择题
1．在美国西海岸的一个基岩质海岸的潮间带栖息着藤壶、贻贝、帽贝和石鳖等几种动物，这些动物被海星所捕食。科学家将海星从实验小区中移除一段时间后，调查小区中被捕食物种的数量，由15种迅速下降到8种，同时发现藤壶和贻贝种群数量明显增加。相关叙述错误的是( )
A．小区中藤壶、贻贝、帽贝和石鳖等动物构成一个生物群落
B．海星可以位于第三营养级
C．海星移除后，小区物种数量下降的原因是被捕食者之间竞争加剧
D．实验结果说明捕食者的存在有利于维持生态系统物种多样性
解析：选A 小区中所有的生物构成一个生物群落，A错误；贻贝等动物可以属于初级消费者，海星以这些动物为食，海星可以位于第三营养级，B正确；海星移除后，由于被捕食者数量增加，种间竞争加剧，导致部分物种被淘汰，物种数量下降，C正确；通过海星的捕食可以调节被捕食者之间的关系，有利于维持生态系统物种多样性，D正确。
2．(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。
3.如图表示某生态系统的营养结构，a～e代表各营养级的生物。下列叙述错误的是( )
A．共有3条食物链，a属于第三营养级
B．各营养级中，所含能量最多的是c
C．若该生态系统的水源受有机磷农药轻度污染，受害最严重的是a
D．图中的所有生物再加上非生物的物质和能量就构成了一个完整的生态系统
解析：选D 据图分析，图中食物链有c→b→a、c→e→a、c→d 3条，A正确；能量流动具有逐级递减的特点，所以第一营养级生物c含有的能量最多，B正确；若该生态系统的水源受有机磷农药轻度污染，由于食物链的富集作用，受害最严重的是a，C正确；生态系统的组成成分包括生产者、消费者、分解者、非生物的物质和能量，而图中只含有生产者和消费者，D错误。
4．(2020·浙江选考)下列关于生态系统能量流动的叙述，正确的是( )
A．营养级数量越多，相邻营养级之间的能量传递效率就越低
B．呼吸消耗量在同化量中所占比例越少，生物量增加就越多
C．生产者的净初级生产量越大，各级消费者的体型就越大
D．营养级所处的位置越高，该营养级所具有的总能量就越多
解析：选B 相邻营养级之间的能量传递效率的高低与营养级数量无关， A错误；净生产量＝同化量－呼吸消耗量，生物量实际是净生产量在某一调查时刻前的积累量，所以，呼吸消耗量在同化量中所占比例越少，生物量增加就越多，B正确；生产者的净初级生产量越大，各级消费者的体型不一定越大，C错误；食物链越长，在能量流动中损失的能量就越多，所以营养级所处的位置越高，该营养级所具有的总能量就越少，D错误。
5．下列有关农田生态系统结构与功能的叙述中，正确的是( )
A．非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者组成了农田生态系统的结构
B．除去田间杂草，有利于实现该生态系统中能量的多级利用
C．增施农家肥能提高作物产量，是因为其促进了该生态系统中物质和能量的循环利用
D．防治农业害虫，使能量尽量流向对人类最有益的部分
解析：选D 生态系统的结构包括生态系统的组成成分、食物链和食物网，其中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、分解者，A错误；农田中除去杂草，使能量尽可能多地流向对人类最有益的部分，没有实现能量的多级利用，B错误；能量不能循环利用，只能单向流动，C错误；除去农田中的害虫，是为了调整该生态系统中的能量流动关系，使能量尽可能多地流向对人类最有益的部分，D正确。
6．(2021年1月新高考8省联考·广东卷)1942年，美国生态学家林德曼对赛达伯格湖的能量流动分析，是生态系统能量流动定量研究的开创性工作。下图是赛达伯格湖的能量流动图解(图中数字为能量数值，单位是J·cm－2·a－1)。下列关于该生态系统能量利用和传递特征的叙述，错误的是( )
A．太阳能被生态系统固定的效率小于0.1%
B．流经生态系统的总能量为464.6 J·cm－2·a－1
C．呼吸作用消耗能量的比例随营养级的提高而降低
D．相邻营养级之间的能量传递效率范围是13%～20%
解析：选C 被生态系统固定的能量为464.6 J·cm－2·a－1，太阳辐射总量为497 693.2 J·cm－2·a－1，太阳能被生态系统固定的效率为464.6/497 693.2×100%≈0.09%，小于0.1%，A正确；生产者所固定下来的太阳能，就是流经该生态系统的总能量，因此流经生态系统的总能量为464.6 J·cm－2·a－1，B正确；第一营养级呼吸作用消耗能量的比例为96.3/464.6×100%≈20.7%，第二营养级呼吸作用消耗能量的比例为18.8/62.8×100%≈29.9%，第三营养级呼吸作用消耗能量的比例为7.5/12.6×100%≈59.5%，则呼吸作用消耗能量的比例随营养级的提高而提高，C错误；能量传递效率是相邻两个营养级同化量之比，第一营养级到第二营养级能量传递效率约为13.5%，第二营养级到第三营养级能量传递效率约为20.1%，相邻营养级之间的能量传递效率范围是13%～20%，D正确。
7．科学家对生活在某生态系统的一个蜘蛛种群的能量进行定量分析，得出了能量流经这种肉食动物的有关数据(能量以种群的质量表示)，如图所示。下列叙述错误的是( )
A．在食物链中，蜘蛛至少位于第三营养级
B．蜘蛛吃下的未被同化的能量属于上一营养级同化量中的一部分
C．图中X代表用于蜘蛛生长、发育和繁殖的能量
D．根据图中的数据可以计算出猎物种群与蜘蛛间的能量传递效率
解析：选D 蜘蛛是肉食动物，在食物链中，至少位于第三营养级，A正确；未同化的能量属于上一营养级同化量的一部分，B正确；同化的能量一部分用于生长、发育和繁殖，还有一部分被呼吸代谢消耗，C正确；分析图示，并不知道上一营养级的同化量，因此不能计算能量的传递效率，D错误。
8.某地土壤和水体中镉超标，镉进入生态系统后蓄积在动物肝、肾中引发“痛痛病”。某生态系统有甲、乙、丙、丁四个营养级，在某一时间测得所含镉的相对浓度如图所示。下列相关叙述中，正确的是( )
A．当地人预防“痛痛病”要少吃动物肝、肾等内脏
B．丙营养级所含能量最多
C．该生态系统肯定没有分解者
D．四个营养级所同化的能量值的关系可表示为：丁<甲＋乙＋丙
解析：选A 营养级越高，富集作用越强。由题意可知，镉进入生态系统后蓄积在动物肝、肾中引发“痛痛病”，所以人类要预防该病，应少吃动物肝、肾等内脏，A正确；丙所含镉浓度最高，说明其营养级最高，而能量是单向流动、逐级递减的，丙营养级所含能量最少，B错误；任何一个生态系统都必须有分解者，C错误；四个营养级所同化的能量值的关系可表示为丁>甲＋乙＋丙，D错误。
9．如图表示某池塘生态系统中饲养草鱼时的能量流动过程示意图，a～i表示能量值，关于该过程的叙述正确的是( )
A．流经该生态系统的总能量为a
B．第一、二营养级之间的能量传递效率为(g＋h)/a
C．第一、二营养级之间的能量传递效率为h/b
D．可通过投放消化酶提高第一、二营养级之间的能量传递效率
解析：选D 流经该生态系统的总能量是生产者所固定的太阳能加上人工输入的能量，A错误；第一营养级的同化量是a，第二营养级的同化量为h，故第一、二营养级之间的能量传递效率为h/a，B、C错误；投放消化酶可提高动物的消化吸收量，从而提高从第一营养级到第二营养级的能量传递效率，D正确。
10．如表所示为有机物从植物传递到植食动物鳞翅目幼虫过程中部分能量流动的情况，根据表中数据不能得出的结论是( )
项目 被鳞翅目幼虫吃掉的植物 鳞翅目幼虫粪便含有的能量 鳞翅目幼虫呼吸消耗的能量 用于鳞翅目幼虫生长的能量
能量(J) 419.00 209.50 146.65 62.85
A．鳞翅目幼虫的同化量为209.50 J
B．食物中的能量只有15%用于幼虫自身的生长
C．鳞翅目幼虫从第一营养级获取的能量有一部分以热能的形式散失，因此能量在生态系统中的流动是不可循环的
D．能量由植物传递到植食动物鳞翅目幼虫的效率为50%
解析：选D 鳞翅目幼虫的同化量＝摄入量－粪便量＝419.00－209.50＝209.50(J)，A正确。用于幼虫自身生长的能量＝209.50－146.65＝62.85(J)，占食物中的能量比例为62.85/419.00＝0.15，B正确。鳞翅目幼虫从第一营养级获取的能量有一部分以热能的形式散失，因此能量在生态系统中的流动是不可循环的，即能量单向流动，C正确。由于不知道植物固定的太阳能有多少，因此无法计算能量由植物传递到植食动物鳞翅目幼虫的效率，而且能量传递效率一般为10%～20%，D错误。
二、非选择题
11．生态环境的改变与生态农业有关。“桑基鱼塘”是我国古代发展的简单的生态农业生产方式：桑叶喂蚕，蚕沙(蚕粪)养鱼，鱼塘泥肥桑，在桑、蚕、鱼之间形成良性循环。回答下列问题：
(1)蚕摄食桑叶后，桑叶中的能量去向：一是____________，二是________________，其中前者除用于呼吸消耗以热能形式散失外，其余用于______________________。有同学认为“鱼塘泥肥桑”的道理是鱼塘泥中含有大量的有机物和能量可以被桑树直接吸收利用，你认为这种说法对吗？__________。请简述理由_________________________________________
____________________________________。
(2)某兴趣小组对某地桑基鱼塘的能量流动进行了调查，调查结果如下表，能量单位：J/(cm2·a)。
同化能量 呼吸消耗 分解者利用
桑 7.5×105 4.25×105 2.84×105
蚕 2.25×104 1.3×104 5.5×103
鱼 1.8×104 1.1×104 1.4×103
根据上述调查结果分析，能量流动逐级递减的原因是生物同化的能量大部分用于自身呼吸消耗，还有一部分因未被吸收而被________利用。从提高经济效益和维持生态平衡的角度分析，该生态系统需改进的做法是______________________________________________
________________________。
解析：(1)蚕摄食桑叶后，桑叶中的能量大部分被蚕吸收同化，少部分以粪便形式排出，被蚕同化的能量除用于呼吸消耗以热能形式散失外，其余用于生长发育和繁殖；植物不能直接利用有机物，鱼塘泥中的有机物被分解为无机物后被桑吸收利用，同时能量以热能形式散失，散失的热能不能被利用。(2)根据调查结果分析，能量流动逐级递减的原因是生物同化的能量大部分用于自身呼吸消耗，还有一部分被分解者利用。从提高经济效益和维持生态平衡的角度分析，该生态系统需适量增加蚕和鱼的养殖量。
答案：(1)被蚕吸收同化 随蚕的粪便排出 生长发育和繁殖 不对 植物不能直接利用有机物，鱼塘泥中的有机物被分解为无机物后被桑吸收利用，同时能量以热能形式散失，植物不能利用热能 (2)分解者 适量增加蚕和鱼的养殖量
12．如图是某天然湖泊中能量流动的简图(单位：×103 kJ)。请回答下列问题：
(1)该湖泊的不同水层分布不同的生物，这属于群落的________结构，该结构的意义是________________________________________________________________________。
(2)浮游植物等生产者在该湖泊生态系统中的功能主要是__________________________________。
(3)由图可知，能量由第二营养级到第三营养级的传递效率是________。已知每一营养级的生物都有部分能量未被利用，若由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为20%，则浮游植物中未被利用的能量是________kJ。
(4)与天然湖泊相比，人工养殖的高产鱼塘中，鱼类所同化的能量可能大于生产者固定的能量，分析其原因是__________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)湖泊的不同水层分布不同的生物，这是群落在垂直方向上具有的分层现象的体现，属于群落的垂直结构。群落中植物的垂直结构明显提高了植物利用阳光等环境资源的能力，而植物的垂直结构又为动物创造了多种多样的栖息空间和食物条件，因此垂直结构的意义在于充分利用空间和资源。(2)浮游植物等生产者可以通过光合作用固定太阳能，合成有机物。(3)分析图示可知：第二营养级即浮游动物的同化量为160×103 kJ，第三营养级的同化量为30×103 kJ，因此能量由第二营养级到第三营养级的传递效率＝(第三营养级的同化量÷第二营养级的同化量)×100%＝(30×103)÷(160×103)×100%＝18.75%。若由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为20%，则浮游植物的同化量＝(160×103)÷20%＝800×103 (kJ)，所以浮游植物中未被利用的能量＝800×103－(200＋420＋160)×103＝2×104 (kJ)。(4)与天然湖泊相比，人工养殖的高产鱼塘中，生产者较少，需适时不断投放饵料才能获得持续的产量，即鱼类同化的能量大部分来自人工投放的饵料，因此同化的能量可能大于生产者固定的能量。
答案：(1)垂直 充分利用空间和资源 (2)固定太阳能，合成有机物 (3)18.75% 2×104 (4)鱼类同化的能量大部分来自人工投放的饵料
13．图甲是某草原生态系统中碳循环模式图，图中A、B、C、D表示生态系统的成分，①②③为特定的生理过程，图乙表示该系统中部分生物间的食物关系。而图丙表示该生态系统中三个物种1、2、3的环境容纳量和某时刻的实际大小。请据图分析回答：
(1)该生态系统中每种生物在生长发育过程中不断地与其他生物进行着信息交流，其作用在于调节生物的________(填“种内”或“种间”)关系，以维持生态系统的稳定。
(2)在图甲①③过程中碳主要以________形式进行循环。图乙中的生物对应图甲中的________(用字母表示)。
(3)图乙中，若鼠和昆虫被分解者分解的能量为a，呼吸作用消耗的能量为b，用于自身生长、发育和繁殖等生命活动的能量为c，则图中第二营养级的同化量可表示为________。
(4)假设蛇从鼠处直接获得的食物占其食物总量的60%。则蛇增加10 kg，至少需要植物______kg。
(5)从图丙中可知，________物种的种内斗争最剧烈，1、2、3三个物种的环境容纳量不同是因为______________________________________(从营养级或能量流动角度分析)。
解析：图甲中，根据A与D之间的双箭头和指向A的箭头最多，可知A是二氧化碳库，D是生产者，由B、C、D的箭头关系可知，B是消费者，C是分解者。图乙食物网中有两条食物链：植物→鼠→蛇；植物→昆虫→蛙→蛇。图丙中物种2的种群数量远高于环境容纳量，种内斗争激烈。(1)生态系统的信息交流功能，可以调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定。(2)图甲中①③分别表示植物的光合作用和分解者的分解作用，两个过程中碳主要以CO2的形式进行循环。图乙中只有生产者和消费者，对应图甲中的D和B。(3)某一个营养级的同化量＝其用于生长、发育和繁殖的能量＋呼吸散失的能量，因此图乙中第二营养级的同化量＝b＋c。(4)已知蛇从鼠处直接获得的食物占其食物总量的60%，则蛇增加10 kg，至少需要植物的质量＝10×60%÷20%÷20%＋10×(1－60%)÷20%÷20%÷20%＝650(kg)。(5)图丙中物种2的种群数量远高于环境容纳量，种内斗争最剧烈；1、2、3三个物种的环境容纳量不同，是因为三个物种的营养级不同，营养级越高，能量越少，环境容纳量越小。
答案：(1)种间 (2)CO2 B、D (3)b＋c (4)650
(5)2 1、2、3三个物种的营养级不同，营养级越高，能量越少，环境容纳量越小
14．如图表示某生态系统食物网，表中是食物链A→B→C中，各种群一年内能量[单位：109 J/(m2·a)]的同化、利用和传递等的统计数据。请分析回答下列问题：
种群 输入的总能量 生长发育和繁殖的能量 呼吸消耗 传递给分解者 传递给下一营养级 未被利用的能量
A 65.5 3.0 15.0 41.5
B 15.0 5 0.5 2.5
C 2 0.6 1.4 微量 (不计) 无
(1)研究小组要估算该生态系统中某种双子叶植物的种群密度，常采取________法；取样的关键是____________。
(2)图中食物网有________条食物链；在整个食物网中，猫头鹰占有________个营养级；此图缺少生态系统组成成分中的______________和______________两种成分。
(3)当看到青草明显减少时，鸟和田鼠会另觅食地，这体现了信息传递在生态系统中的作用是____________________________________________。
(4)由表可知，输入到种群A的总能量为____________________________，种群B呼吸消耗的能量为__________，能量从种群B到种群C的传递效率约为________。
解析：(1)调查双子叶植物种群密度的常用方法是样方法，取样的关键是随机取样。(2)题图食物网中有5条食物链；在整个食物网中，猫头鹰占有第三、四、五3个营养级。食物网包括生产者和消费者，缺少生态系统组成成分中的分解者以及非生物的物质和能量两种成分。(3)当看到青草明显减少时，鸟和田鼠会另觅食地，这体现了信息传递可以调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定。(4)由表可知，输入的总能量＝生长发育和繁殖的能量＋呼吸消耗的能量，种群A用于生长发育和繁殖的能量＝(3.0＋15.0＋41.5)×109＝5.95×1010[J/(m2·a)]，呼吸消耗的能量＝6.55×1010 J/(m2·a)，所以输入到种群A的总能量为1.25×1011 J/(m2·a)；种群B呼吸消耗的能量＝(15.0－5)×109＝1.0×1010[J/(m2·a)]；能量从种群B到种群C的传递效率＝2/15.0×100%≈13.3%。
答案：(1)样方 随机取样 (2)5 3 分解者 非生物的物质和能量 (3)调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定 (4)1.25×1011 J/(m2·a) 1.0×1010 J/(m2·a) 13.3%
人教(2019)生物选择性必修2（知识点+跟踪检测）
第3讲 生态系统的结构与能量流动
【课标导航】
2.2.1 阐明生态系统由生产者、消费者和分解者等生物因素以及阳光、空气、水等非生物因素组成，各组分紧密联系使生态系统成为具有一定结构和功能的统一体
2.2.2 讨论某一生态系统中生产者和消费者通过食物链和食物网联系在一起形成复杂的营养结构
2.2.3 分析生态系统中的物质在生物群落与无机环境之间不断循环、能量在生物群落中单向流动并逐级递减的规律
2.2.4 举例说明利用物质循环和能量流动规律，人们能够更加科学、有效地利用生态系统中的资源
2.2.5 解释生态金字塔表征了食物网各营养级之间在个体数量、生物量和能量方面的关系
2.2.8 分析特定生态系统的生物与非生物因素决定其营养结构
一、生态系统的概念及组成成分
二、生态系统的营养结构
三、生态系统的能量流动
1．过程理解
2．第一营养级的能量流动
3．消费者的能量流动
注：最高营养级消费者的能量没有流向下一营养级这条途径。
(1)从上述图解可以得到：摄入量＝同化量＋粪便量。
(2)在各营养级中，能量的几个去路：通过呼吸作用以热能的形式散失；被下一营养级生物利用；被分解者利用；未被利用。
4．能量流动的特点及意义
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目 每一营养级生物的有机物总量
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而逐级递减 一般生物有机物的总质量沿食物链升高逐级递减
特点 正金字塔形 一般为正金字塔形 一般为正金字塔形
分析 能量流动的过程中总是有能量的耗散，故能量流动逐级递减 成千上万只昆虫生活在一株大树上时，该数量金字塔的塔形也会发生变化 浮游植物的个体小，寿命短，又不断被浮游动物吃掉，所以某一时间浮游植物的生物量(用质量来表示)可能低于浮游动物的生物量
[基础微点练清]
1．判断正误
(1)趋光性昆虫是该农田生态系统的消费者(√)
(2)卷叶蛾、蚧虫、蚜虫等植食性动物是初级消费者(√)
[新人教版选择性必修2 P52“概念检测”T1(1)]
(3)太阳能只有通过生产者才能输入到生态系统中(√)
[新人教版选择性必修2 P60“概念检测”T1(1)]
(4)中性昆虫在果园生态系统中是多余的(×)
[新人教版选择性必修2 P52“概念检测”T1(3)]
(5)生态系统中细菌产生的能量可流向生产者(×)
(6)若人与自然和谐统一，生产者固定的能量便可反复利用 (×)
(7)植物→鼠→鹰这条食物链中，第三营养级含能量最少(√)
(8)硝化细菌虽不能进行光合作用，但是自养生物(√)
(9)河流中所有生物和底泥共同组成河流生态系统(×)
2．下列关于生态系统组成成分的叙述，错误的是( )
A．自然生态系统需要源源不断地输入太阳能
B．土壤微生物都可作为生态系统的分解者
C．消费者能加快生态系统的物质循环
D．菟丝子等寄生植物不属于生产者
解析：选B 土壤微生物可作为生态系统的分解者、消费者，B错误。
3．(新人教版选择性必修2 P60“概念检测”T3)在一定时间内，某生态系统中全部生产者固定的能量值为a，全部消费者所获得的能量值为b，全部分解者所获得的能量值为c，则a、b、c之间的关系是( )
A．a＝b＋c B．a＞b＋c
C．a＜b＋c D．c＝a＋b
解析：选B 生产者固定的能量是流经该生态系统的总能量，除了包括b和c外，还包括生产者呼吸散失的能量等，故a＞b＋c 。
4.根据图示判断，下列叙述正确的是( )
A．图示的各种成分在生态学上可以构成一个生态系统
B．图示生物可以形成的食物链：绿色植物→蝉→螳螂→黄雀→蛇→细菌
C．细菌与蝉之间的关系属于竞争
D．蛇属于三级消费者
解析：选A 图中既有生产者、消费者和分解者，又有非生物的物质和能量，能构成一个生态系统；细菌属于分解者，不占据营养级；细菌与蝉不存在共同食物资源，不属于竞争关系；蛇属于四级消费者，位于第五营养级。
5．有关生态系统结构的叙述，正确的是( )
A．不能进行光合作用的生物一定不是生产者
B．分解者只包括腐生细菌和真菌
C．生态系统的营养结构是指生态系统中由营养关系形成的食物链和食物网
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C 有些生物虽然不能进行光合作用，但是能进行化能合成作用，也属于生产者，如硝化细菌，A错误。分解者包括腐生细菌、真菌以及营腐生生活的动物(如秃鹫、蚯蚓等)，B错误。生态系统的结构包括：生态系统的组成成分、食物链和食物网，其中食物链和食物网构成生态系统的营养结构，C正确。生产者是生态系统的基石，能把无机物合成有机物；分解者能把有机物分解成无机物，是生态系统的必备成分；消费者只是加快生态系统的物质循环，如果没有消费者，生态系统的物质循环虽然变慢但是仍可以进行，所以消费者不是生态系统的必备成分，D错误。
6．(新人教版选择性必修2 P60“拓展应用”T2)将一块方糖放入水中，方糖很快就会溶解，消失得无影无踪。溶解在水中的方糖还能再自行变回原来的形状吗？为什么？
提示：不能。在一个封闭的系统中，物质总是由有序朝着无序(熵增加)的方向发展。
一、生态系统的结构
[试考题·查欠缺]
1．(2021年1月新高考8省联考·湖北卷)下图为某湖泊生态系统的食物网简图。下列叙述错误的是( )
A．浮游藻类属于生产者
B．该食物网有5条食物链
C．该食物网中，水生昆虫属于第二营养级
D．浮游动物与水生昆虫之间通过负反馈调节维持各自数量的相对稳定
解析：选C 浮游藻类是通过光合作用进行自养的生物，故属于生态系统的生产者，A正确；该食物网中共有5条食物链：浮游藻类→裸鲤→鸬鹚；浮游藻类→裸鲤→绿头鸭；浮游藻类→裸鲤→大天鹅；浮游藻类→浮游动物→水生昆虫→绿头鸭；浮游藻类→浮游动物→水生昆虫→大天鹅，B正确；在该食物网中，水生昆虫属于第三营养级，C错误；浮游动物与水生昆虫之间为捕食关系，二者之间能通过负反馈调节维持各自数量的相对稳定，D正确。
2．(浙江选考)下列关于营养级的叙述，正确的是( )
A．营养级的位置越高，归属于这个营养级的能量通常越多
B．自然生态系统中的所有绿色植物都属于生产者营养级
C．营养级是指处于食物链同一环节上同种生物的总和
D．食物链中的各营养级之间能量传递效率是相同的
解析：选B 生态系统中的能量流动是单方向的，逐级递减的。一般来说，营养级越高，该营养级获得的能量越少，A错误；绿色植物都能进行光合作用，属于生产者营养级，B正确；营养级是指处于食物链同一环节上的全部生物的总和，不是同种生物的总和，C错误；各个营养级之间的能量传递效率不一定相同，D错误。
3.如图所示某湖泊的食物网，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
解析：选A 鲈鱼与土著鱼之间是捕食关系，B错误；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再趋于稳定，相应地浮游植物锐减后再急升最后趋于稳定，C、D错误；鲈鱼以土著鱼为食，按能量传递逐级递减的特点，A正确。
[强知能·补欠缺]
1．生态系统的组成成分
(1)非生物的物质和能量：阳光、热能、水、空气、无机盐等。
(2)生物群落
生产者 消费者 分解者
营养方式 自养 异养 异养
生物类型 ①光合自养生物：绿色植物和蓝藻等 ②化能合成生物：硝化细菌等 大多数动物，寄生植物(如菟丝子) 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 ①合成有机物，储存能量 ②为消费者提供食物和栖息场所 ①加快物质循环 ②帮助植物传粉和传播种子 将有机物分解为无机物，供生产者重新利用
2．辨明生态系统组成成分的三类“不一定”和两类“一定”
三类“不一定” ①生产者不一定是植物(如蓝藻、硝化细菌)，植物不一定是生产者(如菟丝子营寄生生活，属于消费者)
②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、蜣螂等以动植物残体或排泄物为食的腐生动物属于分解者)
③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” ①生产者一定是自养型生物，自养型生物一定是生产者
②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
3．图解食物链(如图)
(1)表现形式：起点总是生产者，终点是不被其他动物所食的动物(最高营养级)。
(2)营养级：一般不超过5个
①植物(生产者)：第一营养级；
②动物所处营养级级别＝消费者级别＋1。
(3)食物链中的捕食关系是长期自然选择形成的，通常不会逆转。
(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，也不一定是一个物种。
4．构建食物链(网)的一般方法
(1)依据曲线图构建食物链(网)
解读：分析图1曲线走势，先上升先下降者为被捕食者。或以各营养级数量为依据，一般来说，营养级越低时，数量越多(看起点)，即该图中的食物链为C→B→A。
(2)依据柱形图或饼状图构建食物链(网)
解读：图2和图3都是以每个营养级中有机物的多少为依据，图2中的食物链是丙→甲→乙→丁；图3中的食物链是。
(3)依据生态系统物质循环模型图构建食物链(网)
解读：图4表示的是生态系统的物质循环图解，其中D是生产者、A是消费者、B是分解者、C是无机环境，包含的食物链是D→A。
(4)依据表格数据(能量值)直接构建食物链(网)
营养级 A B C D
能量(Pg) 15.9 870.7 1.9 141.0
解读：根据能量多少和传递效率10%～20%可以确定食物链为B→D→A→C。
(5)依据表格数据(重金属、DDT等浓度)间接构建食物链(网)
生物体 A B C D E
有机汞浓度(mg·L－1) 0.05 7 0.51 68 0.39
解读：注意本表直接呈现的是某生物体的有机汞浓度，并非能量值。有机汞存在“生物富集”现象，即随着营养级的增加，汞浓度增加，两者在数值上呈正相关，所以从表中有机汞浓度的大小可推知该生物营养级的高低，从而判断各生物能量值的大小。其食物链(网)如图所示。
5．食物链(网)中生物数量变化分析
(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都会减少，简记为：“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，会先增加后趋于稳定，简记为：“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。简记为：“食物网，食物链，生物数量好判断，首先你要有主见，环节少的最先看。”举例如下：
若青蛙突然减少，则以它为食的蛇将减少，鹰过多捕食兔和鸟，从而导致兔、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。
[练题点·全过关]
1．如图为某食物网简图，其中物种c和物种b均生活于白杨树中层的树枝表面。据图分析下列叙述正确的是( )
A．图中共有6条食物链
B．物种b和物种c之间无竞争关系
C．若物种e突然大量减少，则a的数量可能无明显变化
D．图示的各种成分在生态学上可以构成一个生态系统
解析：选C 图中共有7条食物链，即：白杨树→b→h，白杨树→c→d→a，白杨树→c→a，白杨树→g→d→a，白杨树→g→a，苔类→e→a，苔类→f→a，A错误；物种c和物种b均生活于白杨树中层的树枝表面，b、c均以白杨树为食，存在竞争关系，B错误；物种e突然大量减少，物种a以c、d、g、f为食，所以一段时间内a的数量可能无明显变化，C正确；图示的各种成分为食物网，只包括动物和植物，不包括无机环境和分解者，故不能构成一个生态系统，D错误。
2．(2021·南平模拟)如图表示某生态系统中三种类型的生物CO2消耗量(相对量)的曲线图，下列叙述正确的是( )
A．b曲线代表的生物可能是任何一种生产者
B．a、b、c都有可能是细菌
C．a曲线代表的生物一定是消费者
D．由a、b、c三种生物可组成一个生态系统
解析：选B b曲线CO2释放量随光照强度的变化而变化，可以代表进行光合作用的生产者，A错误；a可能是寄生细菌，b可能是光能自养型细菌，c可能是化能合成型细菌，如硝化细菌，B正确；a曲线代表的生物可能是消费者或分解者，C错误；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，D错误。
3．(2019·江苏高考，节选)下图是某生态系统部分生物关系示意图。请回答下列问题：
(1)生态系统最基本的生物成分是________。图示由乔木、草本植物、蝗虫、蜘蛛和杂食性鸟构成的食物网中，杂食性鸟分别处于第________营养级。
(2)从图所示的营养关系分析，属于分解者的有________________。有机碎屑被彻底分解产生的________________(至少写出两类)等供生态系统循环利用。
(3)由于乔木的遮挡程度不同，导致了不同区域地表的草本植物、真菌等生物种类和数量有一定差异，地表生物的这种区域差异分布体现了群落具有________结构。
解析：(1)生态系统最基本的生物成分是生产者，生产者通过光合作用把太阳能转化为储存在有机物中的化学能，是能量流动的起点，在生态系统中起主导作用。题图所示食物网中，杂食性鸟参与的食物链有乔木(或草本植物)→杂食性鸟，草本植物→蝗虫→杂食性鸟，草本植物→蝗虫→蜘蛛→杂食性鸟，因此，杂食性鸟分别处于第二、三、四营养级。(2)从图中可以看出大型真菌和跳虫以有机碎屑为营养物质，属于分解者。根据生态系统物质循环原理可知，有机碎屑被彻底分解产生的无机盐、CO2和H2O等，可供生态系统循环利用。(3)生物在不同区域地表的镶嵌式分布体现了生物群落的水平结构。
答案：(1)生产者 二、三、四 (2)大型真菌、跳虫 无机盐、CO2、H2O (3)水平
[方法技巧]
生态系统生物成分的判断方法
(1)判断生产者：主要依据为是否为自养型生物，若为自养型生物，则为生产者，包括绿色植物、蓝藻、光合细菌以及化能合成细菌等。
(2)判断消费者：特别注意“异养型、非腐生”等关键词，植物、微生物也有可能是消费者，但是必须排除腐生生物的可能性。
(3)判断分解者：主要依据是能否把动植物的遗体、残枝败叶转变成无机物，分解者是腐生生物，也包括少数的动物(如蚯蚓)。
二、生态系统的能量流动过程
[试考题·查欠缺]
1．(2020·全国卷Ⅲ)假设某种蓝藻(A)是某湖泊中唯一的生产者，其密度极大，使湖水能见度降低。某种动物(B)是该湖泊中唯一的消费者。回答下列问题：
(1)该湖泊水体中A种群密度极大的可能原因是____________________________
________________________________(答出2点即可)。
(2)画出该湖泊生态系统能量流动的示意图。
(3)假设该湖泊中引入一种仅以A为食的动物(C)后，C种群能够迅速壮大，则C和B的种间关系是________。
解析：(1)蓝藻(A)种群密度极大的原因可能是水体富营养化，没有其他生产者的竞争，捕食者数量少等。(2)流入某一营养级(最高营养级除外)的能量有三个去向：通过呼吸作用散失、被分解者分解利用、流向下一营养级。最高营养级的能量去向不包括流向下一营养级，由此可画出该湖泊生态系统能量流动的示意图，具体见答案。(3)竞争是指两种或两种以上生物相互争夺资源和空间等。竞争的结果常表现为相互抑制，有时表现为一方占优势，另一方处于劣势甚至灭亡。由于B以蓝藻(A)为食，C仅以A为食，且该湖泊中引入动物(C)后，C种群能够迅速壮大，说明该湖泊中缺乏C种群的天敌，即B不能捕食C，故C和B的种间关系为竞争。
答案：(1)水体富营养化，没有其他生产者的竞争
(3)竞争
2．(2018·江苏高考)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。图1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)，图2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)图1所示食物网中，遗漏了一条能量流动途径，该条途径是__________________。
(2)图1所示食物网中，次级消费者是________，丁与丙之间的种间关系是______________。
(3)根据图1分析，除了图2中已经标出的能量去向之外，乙的能量去向还有________________________________________________________________________。
(4)结合图2分析，图1所示食物网中第一营养级到第二营养级能量的传递效率________(在“大于”“小于”或“等于”中选择)7.6%。
(5)经检测，水体中含有某种可被生物富集的农药，推测此农药含量最高的物种是________。
(6)从生态学角度解释，污染物排放导致水质恶化的主要原因是________________________________________________________________________。
解析：(1)根据题中信息可知，甲不摄食藻类，水草、藻类是第一营养级，甲、乙是第二营养级，丁是第三、第四营养级，甲和丁未体现出食物联系，所以还可能有的一条食物链是水草→甲→丁。(2)图1中丙、丁都可以作为第三营养级即次级消费者。丁捕食丙，且丙、丁都捕食乙，所以丁与丙之间的种间关系是捕食和竞争。(3)图1中乙可以被丙和丁捕食，所以乙的能量去向除了流向分解者和丁之外，还可以传递给丙以及通过自身呼吸作用以热能形式散失。(4)根据图2可知，第一营养级到乙的能量传递效率是1 900/25 000×100%＝7.6%，但是因为第二营养级包括乙和其他鱼类，再加上其他鱼类的能量，第一营养级到第二营养级的能量传递效率大于7.6%。(5)有些农药不易被分解，营养级级别越高的生物，其体内积累的农药越多，因此体内农药含量最高的物种是丁。(6)生态系统的自我调节能力是有一定限度的，如果污染物排放超过该限度，生态系统的稳态就会遭到破坏。
答案：(1)水草→甲→丁 (2)丙和丁 捕食和竞争
(3)传递给丙、自身呼吸作用以热能形式散失 (4)大于
(5)丁 (6)河流生态系统自我调节(自我修复)能力有限
[强知能·补欠缺]
1．能量流经第二、第三……营养级的过程分析
图示
分析 ①摄入量(a)＝同化量(b)＋粪便量(c) ②同化量(b)＝摄入量(a)－粪便量(c) ＝呼吸消耗量(d)＋净同化量(e) ＝呼吸消耗量(d)＋流入下一营养级(g)＋被分解者利用(f) ③净同化量(e)＝同化量(b)－呼吸消耗量(d) ＝流入下一营养级(g)＋被分解者利用(f)
能量传递效率的计算公式 能量传递
效率＝×100%＝(10%～20%)
在解决有关能量传递的计算问题时，首先要确定相关的食物链，理清生物在营养级上的差别，能量传递效率为10%～20%。解题时注意题目中是否有“最多”“最少”“至少”等特殊的字眼，从而确定使用10%或20%来解题
2．流入某一营养级能量的来源和去路
除最高营养级外，能量流经每个营养级所发生的变化基本相同。图示如下：
3．生态系统中能量流动的分析方法
(1)定量不定时分析：流入某一营养级的一定量的能量在足够长的时间内的去路有三条：①自身呼吸消耗；②流入下一营养级(最高营养级除外)；③被分解者分解利用。但这一定量的能量不管如何传递，最终都以热能形式从生物群落中散失；生产者源源不断地固定太阳能，才能保证生态系统能量流动的正常进行。
(2)定量定时分析：流入某一营养级的一定量的能量在一定时间内的去路可有四条：①自身呼吸消耗；②流入下一营养级(最高营养级除外)；③被分解者分解利用；④未利用，即未被自身呼吸消耗，也未被下一营养级和分解者利用，如果是以年为单位研究，这部分的能量将保留到下一年。但从长远来看，“未利用”的能量最终会被自身呼吸消耗、流入下一营养级或被分解者利用。
[练题点·全过关]
1．下图为桑基鱼塘农业生态系统的能量流动图解，图中字母代表能量，相关说法正确的是( )
A．图中用于桑树生长发育繁殖的能量是a
B．图中未利用的能量是指蚕粪便中的能量
C．第一、二营养级间的能量传递效率用(e＋f＋g＋h)/a表示
D．桑基鱼塘具有较强的稳定性，不存在负反馈调节
解析：选C 图中用于桑树生长、发育和繁殖的能量是c；图中未利用的能量是指桑树同化的能量减去呼吸消耗的能量、流向蚕的能量及被分解者利用的能量；蚕同化的能量为e＋f＋g＋h，所以第一、二营养级间的能量传递效率＝(e＋f＋g＋h)/a；桑基鱼塘动植物种类少，稳定性较低，但也存在负反馈调节。
2．(2020·海南高考)在生态系统中，植物所固定的太阳能或所制造的有机物质称为初级生产量，其中一部分用于自身的呼吸消耗，余下部分称为净初级生产量。下表为4个生态系统的研究实例。下列有关叙述错误的是( )
类别 玉米地 荒地 湖泊Ⅰ 湖泊Ⅱ
太阳能利用率(初级生产量/入射太阳能) 1.6% 1.2% 0.4% 0.1%
呼吸消耗率(呼吸消耗/初级生产量) 23.4% 15.1% 22.3% 21.0%
净初级生产效率(净初级生产量/初级生产量) 76.6% 84.9% 77.7% 79.0%
A．与玉米地相比，荒地的太阳能利用率低，净初级生产效率也低
B．若入射太阳能相同，上述4个生态系统中，制造有机物质最多的是玉米地
C．两个湖泊中植物的呼吸消耗率与玉米地的大致相等，但明显高于荒地
D．两个湖泊的太阳能利用率低，与太阳光穿过水层时损失了部分能量有关
解析：选A 据表格分析可知，玉米地的太阳能利用率为1.6%，净初级生产效率为76.6%，荒地的太阳能利用率和净初级生产效率分别为1.2%和84.9%，荒地的太阳能利用率低于玉米地的，净初级生产效率高于玉米地的，A错误；在题中4个生态系统中，玉米地的太阳能利用率最高，若入射太阳能相同，则玉米地初级生产量最大，制造的有机物质最多，B正确；两个湖泊中植物的呼吸消耗率分别为22.3%和21.0%，与玉米地的呼吸消耗率(23.4%)大致相等，但明显高于荒地的呼吸消耗率(15.1%)，C正确；与玉米地和荒地相比，两个湖泊的太阳能利用率低，这与太阳光穿过水层时损失了部分能量有关，D正确。
科学思维——用演绎推理法解答能量传递效率的相关问题
能量流动计算类题目的主要考查形式有两大类，一是通过食物链(食物网)的展示，求某一条食物链的能量传递效率最大值或最小值的计算；二是通过提供食物网中某营养级的食物配比，求某一营养级的最值问题。解答此类问题时要注意理清每条食物链，然后再计算。
1．没有限制能量来源或分配比例的计算
[典例] 在如图所示食物网中，鹰要增加20 g体重，最多消耗植物______g，最少消耗植物______g。
[解析] 最多消耗应选取最长食物链，能量传递效率按10%计算；最少消耗应选取最短食物链，能量传递效率按20%计算。
[答案] 20 000 500
在没有限制能量来源或能量分配比例，当求最多或最小需求量时，按下表规律进行计算。
知低营养级求高营养级 知高营养级求低营养级
获能量最多 选最短食物链按×20%计算 需最多能量 选最长食物链按÷10%计算
获能量最少 选最长食物链按×10%计算 需最少能量 选最短食物链按÷20%计算
[素养训练]
1．如表所示是能量流经某种植食性动物时的情况，下列说法正确的是( )
项目 摄食量 粪便量 呼吸消耗量 用于生长发育和繁殖的能量
能量/ [J/(cm2·a)] 530 330 X 110
A．X表示的能量为200 J/(cm2·a)
B．流向第三营养级生物的能量至多为40 J/(cm2·a)
C．该植食性动物同化的能量中有20%通过呼吸作用散失掉
D．表中四个量之间没有一定的数量关系
解析：选B 同化量＝摄入量－粪便量＝530－330＝200[J/(cm2·a)]，同化量有两个去向，即同化量＝呼吸消耗量＋生物用于生长发育和繁殖的能量，即200＝X＋110，因此，X表示的能量为90 J/(cm2·a)，A错误；流经某种植食性动物(第二营养级)的能量为200 J/(cm2·a)，按最高的传递效率20%来计算，则流向第三营养级的能量至多为200×20%＝40[J/(cm2·a)]，B正确；该植食性动物同化的能量通过呼吸作用散失的百分比是90÷200×100%＝45%，C错误；表中四个量之间有一定的数量关系，D错误。
2．下图所示的食物网中，若人的体重增加1 kg，最少消耗水藻________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一般是10%～20%。求最少消耗水藻时，选最短的食物链，即水藻→小鱼→人，传递效率按20%计算，设最少消耗水藻为x，则x×20%×20%＝1，解得x＝25(kg)；求最多消耗水藻时，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，设最多消耗水藻为y，则y×10%×10%×10%×10%×10%＝1，y＝105(kg)。
答案：25 105
3．三江源自然保护区位于青藏高原腹地，是世界高海拔地区生物多样性最集中、生态最敏感的地区。高原鼠兔是保护区内的重要物种之一，如图是与高原鼠兔有关的部分食物网。请分析回答：
(1)为调查高原鼠兔种群密度，研究者在1公顷的范围内，第一次捕获并标记600只；第二次捕获500只，其中有标记的有150只，则该种群密度约为________只/公顷。上述调查方法称为____________。
(2)该食物网中有____条食物链，鹰获得能量最少的食物链是____________________________________。若鹰要增加1 kg体重，至少需要消耗草____kg。
(3)若去除鼬，则草原容纳鹰的数量会________(填“增加”“减少”或“不变”)。
解析：(1)鼠兔的活动能力强，活动范围广，应该采用标志重捕法调查其种群密度；根据标志重捕法计算公式：种群中个体数(N)÷标记总数＝重捕总数÷重捕中被标记的个体数，即N∶600＝500∶150，解得N＝2 000(只)。(2)分析题图可知，该食物网中有5条食物链；能量流动的特点是单向流动、逐级递减，因此鹰获得能量最少的食物链是草→昆虫→高原鼠兔→鼬→鹰。已知高营养级的能量，求低营养级能量时，若求所需最少能量，应选最短食物链，并按÷20%计算。若鹰要增加1 kg体重，至少(选最短食物链“草→高原鼠兔→鹰”)需要消耗草1÷20%÷20%＝25(kg)。(3)若去除鼬，则鹰的营养级降低，其获得的能量增加，因此草原容纳鹰的数量会增加。
答案：(1)2 000 标志重捕法 (2)5 草→昆虫→高原鼠兔→鼬→鹰 25 (3)增加
2．限制能量来源或分配比例的计算
[典例] 若某草原生态系统只存在右面的食物关系，尝试完成以下问题：
(1)假如猫头鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇，那么，猫头鹰若要增加20 g体重，最少需要消耗的植物为________。
(2)假如植物有2/5被兔所食，有3/5被鼠所食；鼠有2/3直接被猫头鹰捕食，有1/3被蛇捕食后流入猫头鹰体内。那么，猫头鹰若要增加20 g体重，最少需要消耗的植物为________。(精确到个位数)
[解析] (1)在生态系统中，能量传递效率为20%时，能量在流动过程中损失最小，可消耗最少的植物，为最高营养级提供最多的能量。因此，若计算使猫头鹰增加20 g体重至少消耗的植物质量，则能量按20%传递。设猫头鹰从不同食物链消耗的植物分别为a、b、c，可写出：
食物链①
食物链② 植物鼠猫头鹰 b 20×2/5 g
食物链③ 植物鼠蛇猫头鹰 c 20×1/5 g
列方程式得：a×20%×20%＝20×2/5，b×20%×20%＝20×2/5，c×20%×20%×20%＝20×1/5。解得：a＝200(g)、b＝200(g)、c＝500(g)，a＋b＋c＝900(g)。(2)设猫头鹰从三条食物链中获得的能量依次为e、f、g，植物固定的总能量为h。根据题意，可绘图如下：
食物链① 植物兔猫头鹰 2/5h e
食物链② 植物鼠猫头鹰 (3/5)×(2/3)h f
食物链③ 植物鼠蛇猫头鹰 (3/5)×(1/3)h g
列方程式得：2/5h×20%×20%＝e，(3/5)×(2/3)h×20%×20%＝f，(3/5)×(1/3)h×20%×20%×20%＝g，e＋f＋g＝20(g)。解得：h≈595(g)。
[答案] (1)900 g (2)595 g
(1)限制能量来源或能量分配比例，当求最多需求量时，在限制范围内的所有食物链中按最低能量传递效率计算；当求最少需求量时，在限制范围内的所有食物链中按最高能量传递效率计算。
(2)计算时注意当限制能量来源比例时，由高营养级向低营养级逐级递推。当限制能量分配比例时，假设出低营养级的需求量，由低营养级向高营养级逐级递推。同时要注意分配比例。
[素养训练]
1．有一食物网如下图所示。如果能量传递效率为10%，各条食物链传递到庚的能量相等，则庚增加1 kJ的能量，丙最少含多少能量( )
A．550 kJ B．500 kJ
C．400 kJ D．100 kJ
解析：选A 分析题图可知，由丙到庚有2条食物链。经食物链丙→丁→己→庚传递到庚的能量为0.5 kJ，则需要丙0.5÷(10%)3＝500(kJ)；经食物链丙→戊→庚传递到庚的能量为0.5 kJ，则需要丙0.5÷(10%)2＝50(kJ)，即丙最少含500＋50＝550(kJ)的能量。
2.右图所示是某生态系统的食物网，若E种群的总能量为5.8×109 kJ，B种群的总能量为1.6×108 kJ，从理论上分析，A种群获得的总能量最多是________ kJ。
解析：E处于第一营养级，而B、C、D都处于第二营养级，最多获得能量按最大的传递效率20%计算，E传递给B、C、D的能量共有5.8×109×20%＝1.16×109(kJ)，C和D获得的能量为1.16×109－1.6×108＝1×109(kJ)，故A最多获得1×109×20%＝2×108(kJ)的能量。
答案：2×108
题型二 能量传递效率的有关“定值”计算
[典例] 如图所示的食物网中，戊的食物有1/2来自乙，1/4来自丙，1/4来自丁，且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%。若戊体重增加20 g，需要消耗植物( )
A．1 125 g B．1 600 g
C．2 000 g D．6 500 g
[解析] 甲为生产者，戊共有以下食物链：①甲→乙→戊，戊增加20×1/2＝10(g)，需要乙10÷20%＝50(g)，需要甲50÷10%＝500(g)；②甲→丙→戊，戊增加20×1/4＝5(g)，需要丙5÷20%＝25(g)，需要甲25÷10%＝250(g)；③甲→丙→丁→戊，戊增加20×1/4＝5(g)，需要丁5÷20%＝25(g)，需要丙25÷20%＝125(g)，需要甲125÷10%＝1 250(g)，故共需要甲500＋250＋1 250＝2 000(g)。
[答案] C
有关能量传递效率的定值计算方法
(1)已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值法”计算，而需按具体数值计数。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。
[素养训练]
1.(2021·衡阳调研)右图所示的食物网中，如果每个营养级能量传递效率均为20%，且下一营养级从上一营养级各种生物中获得的能量相等。虎要获得1 kJ能量，则需要消耗草的能量为( )
A．150 kJ B．125 kJ
C．100 kJ D．75 kJ
解析：选D 每个营养级能量传递效率均为20%，且下一营养级从上一营养级各种生物中获得的能量相等，在食物链草→兔→狐→虎中，需要消耗的草的能量为1×1/2÷20%÷20%÷20%＝62.5(kJ)；在食物链草→羊→虎中，需要消耗的草的能量为1×1/2÷20%÷20%＝12.5(kJ)。故需要消耗的草的能量为62.5＋12.5＝75(kJ)。
2．(2021·泉州测评)某生态系统总面积为500 km2，假设该生态系统的食物关系如图所示，已知该兔群的K值为10 000只。下列有关说法错误的是( )
A．调查发现此生态系统中该兔种群数量为3 600只，则该生态系统中兔的种群密度为7.2只/km2
B．该生态系统中的细菌和真菌都属于分解者，它们在碳循环中的作用是将有机物分解成无机物
C．该食物网中共有三条食物链，其中鹰占有三个营养级，既是次级消费者，也是三级、四级消费者
D．假设鹰从每条食物链获得能量一样多，该生态系统中能量的传递效率均为10%，鹰要同化3千焦耳的能量，需要绿色植物固定11 100千焦耳的太阳能
解析：选B 调查发现此生态系统中该兔种群数量为3 600只，生态系统的面积为500 km2，则该生态系统中兔的种群密度为3 600÷500＝7.2(只/km2)，A正确；该生态系统中的细菌不一定是分解者，可能是生产者，若为分解者，则它们在碳循环中的作用是将有机物分解成无机物，B错误；该食物网中共有三条食物链，其中鹰占有三个营养级，既是次级消费者，也是三级、四级消费者，C正确；假设鹰从每条食物链获得能量一样多，该生态系统中能量的传递效率均为10%，鹰要同化3千焦耳的能量，需要绿色植物固定1×10×10＋1×10×10×10＋1×10×10×10×10＝11 100千焦耳的太阳能，D正确。
[典例] 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。
(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。
[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××10%＋M××(10%)2＝＋＝，调整后人所得能量为M××10%＋M××(10%)2＝＋＝，则调整后∶调整前比值为/≈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××＋A××2＝M1
调整后 A××＋A××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
[素养训练]
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。
题型四 具有人工能量输入的计算
[典例] 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] 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。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%。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
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，在求算该营养级与上一营养级间的传递效率时则不考虑人工输入的能量；而在求算该营养级与下一营养级间的传递效率时，则考虑人工输入的能量。
[素养训练]
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是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：选D 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)]
一、选择题
1．在美国西海岸的一个基岩质海岸的潮间带栖息着藤壶、贻贝、帽贝和石鳖等几种动物，这些动物被海星所捕食。科学家将海星从实验小区中移除一段时间后，调查小区中被捕食物种的数量，由15种迅速下降到8种，同时发现藤壶和贻贝种群数量明显增加。相关叙述错误的是( )
A．小区中藤壶、贻贝、帽贝和石鳖等动物构成一个生物群落
B．海星可以位于第三营养级
C．海星移除后，小区物种数量下降的原因是被捕食者之间竞争加剧
D．实验结果说明捕食者的存在有利于维持生态系统物种多样性
解析：选A 小区中所有的生物构成一个生物群落，A错误；贻贝等动物可以属于初级消费者，海星以这些动物为食，海星可以位于第三营养级，B正确；海星移除后，由于被捕食者数量增加，种间竞争加剧，导致部分物种被淘汰，物种数量下降，C正确；通过海星的捕食可以调节被捕食者之间的关系，有利于维持生态系统物种多样性，D正确。
2．(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。
3.如图表示某生态系统的营养结构，a～e代表各营养级的生物。下列叙述错误的是( )
A．共有3条食物链，a属于第三营养级
B．各营养级中，所含能量最多的是c
C．若该生态系统的水源受有机磷农药轻度污染，受害最严重的是a
D．图中的所有生物再加上非生物的物质和能量就构成了一个完整的生态系统
解析：选D 据图分析，图中食物链有c→b→a、c→e→a、c→d 3条，A正确；能量流动具有逐级递减的特点，所以第一营养级生物c含有的能量最多，B正确；若该生态系统的水源受有机磷农药轻度污染，由于食物链的富集作用，受害最严重的是a，C正确；生态系统的组成成分包括生产者、消费者、分解者、非生物的物质和能量，而图中只含有生产者和消费者，D错误。
4．(2020·浙江选考)下列关于生态系统能量流动的叙述，正确的是( )
A．营养级数量越多，相邻营养级之间的能量传递效率就越低
B．呼吸消耗量在同化量中所占比例越少，生物量增加就越多
C．生产者的净初级生产量越大，各级消费者的体型就越大
D．营养级所处的位置越高，该营养级所具有的总能量就越多
解析：选B 相邻营养级之间的能量传递效率的高低与营养级数量无关， A错误；净生产量＝同化量－呼吸消耗量，生物量实际是净生产量在某一调查时刻前的积累量，所以，呼吸消耗量在同化量中所占比例越少，生物量增加就越多，B正确；生产者的净初级生产量越大，各级消费者的体型不一定越大，C错误；食物链越长，在能量流动中损失的能量就越多，所以营养级所处的位置越高，该营养级所具有的总能量就越少，D错误。
5．下列有关农田生态系统结构与功能的叙述中，正确的是( )
A．非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者组成了农田生态系统的结构
B．除去田间杂草，有利于实现该生态系统中能量的多级利用
C．增施农家肥能提高作物产量，是因为其促进了该生态系统中物质和能量的循环利用
D．防治农业害虫，使能量尽量流向对人类最有益的部分
解析：选D 生态系统的结构包括生态系统的组成成分、食物链和食物网，其中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、分解者，A错误；农田中除去杂草，使能量尽可能多地流向对人类最有益的部分，没有实现能量的多级利用，B错误；能量不能循环利用，只能单向流动，C错误；除去农田中的害虫，是为了调整该生态系统中的能量流动关系，使能量尽可能多地流向对人类最有益的部分，D正确。
6．(2021年1月新高考8省联考·广东卷)1942年，美国生态学家林德曼对赛达伯格湖的能量流动分析，是生态系统能量流动定量研究的开创性工作。下图是赛达伯格湖的能量流动图解(图中数字为能量数值，单位是J·cm－2·a－1)。下列关于该生态系统能量利用和传递特征的叙述，错误的是( )
A．太阳能被生态系统固定的效率小于0.1%
B．流经生态系统的总能量为464.6 J·cm－2·a－1
C．呼吸作用消耗能量的比例随营养级的提高而降低
D．相邻营养级之间的能量传递效率范围是13%～20%
解析：选C 被生态系统固定的能量为464.6 J·cm－2·a－1，太阳辐射总量为497 693.2 J·cm－2·a－1，太阳能被生态系统固定的效率为464.6/497 693.2×100%≈0.09%，小于0.1%，A正确；生产者所固定下来的太阳能，就是流经该生态系统的总能量，因此流经生态系统的总能量为464.6 J·cm－2·a－1，B正确；第一营养级呼吸作用消耗能量的比例为96.3/464.6×100%≈20.7%，第二营养级呼吸作用消耗能量的比例为18.8/62.8×100%≈29.9%，第三营养级呼吸作用消耗能量的比例为7.5/12.6×100%≈59.5%，则呼吸作用消耗能量的比例随营养级的提高而提高，C错误；能量传递效率是相邻两个营养级同化量之比，第一营养级到第二营养级能量传递效率约为13.5%，第二营养级到第三营养级能量传递效率约为20.1%，相邻营养级之间的能量传递效率范围是13%～20%，D正确。
7．科学家对生活在某生态系统的一个蜘蛛种群的能量进行定量分析，得出了能量流经这种肉食动物的有关数据(能量以种群的质量表示)，如图所示。下列叙述错误的是( )
A．在食物链中，蜘蛛至少位于第三营养级
B．蜘蛛吃下的未被同化的能量属于上一营养级同化量中的一部分
C．图中X代表用于蜘蛛生长、发育和繁殖的能量
D．根据图中的数据可以计算出猎物种群与蜘蛛间的能量传递效率
解析：选D 蜘蛛是肉食动物，在食物链中，至少位于第三营养级，A正确；未同化的能量属于上一营养级同化量的一部分，B正确；同化的能量一部分用于生长、发育和繁殖，还有一部分被呼吸代谢消耗，C正确；分析图示，并不知道上一营养级的同化量，因此不能计算能量的传递效率，D错误。
8.某地土壤和水体中镉超标，镉进入生态系统后蓄积在动物肝、肾中引发“痛痛病”。某生态系统有甲、乙、丙、丁四个营养级，在某一时间测得所含镉的相对浓度如图所示。下列相关叙述中，正确的是( )
A．当地人预防“痛痛病”要少吃动物肝、肾等内脏
B．丙营养级所含能量最多
C．该生态系统肯定没有分解者
D．四个营养级所同化的能量值的关系可表示为：丁<甲＋乙＋丙
解析：选A 营养级越高，富集作用越强。由题意可知，镉进入生态系统后蓄积在动物肝、肾中引发“痛痛病”，所以人类要预防该病，应少吃动物肝、肾等内脏，A正确；丙所含镉浓度最高，说明其营养级最高，而能量是单向流动、逐级递减的，丙营养级所含能量最少，B错误；任何一个生态系统都必须有分解者，C错误；四个营养级所同化的能量值的关系可表示为丁>甲＋乙＋丙，D错误。
9．如图表示某池塘生态系统中饲养草鱼时的能量流动过程示意图，a～i表示能量值，关于该过程的叙述正确的是( )
A．流经该生态系统的总能量为a
B．第一、二营养级之间的能量传递效率为(g＋h)/a
C．第一、二营养级之间的能量传递效率为h/b
D．可通过投放消化酶提高第一、二营养级之间的能量传递效率
解析：选D 流经该生态系统的总能量是生产者所固定的太阳能加上人工输入的能量，A错误；第一营养级的同化量是a，第二营养级的同化量为h，故第一、二营养级之间的能量传递效率为h/a，B、C错误；投放消化酶可提高动物的消化吸收量，从而提高从第一营养级到第二营养级的能量传递效率，D正确。
10．如表所示为有机物从植物传递到植食动物鳞翅目幼虫过程中部分能量流动的情况，根据表中数据不能得出的结论是( )
项目 被鳞翅目幼虫吃掉的植物 鳞翅目幼虫粪便含有的能量 鳞翅目幼虫呼吸消耗的能量 用于鳞翅目幼虫生长的能量
能量(J) 419.00 209.50 146.65 62.85
A．鳞翅目幼虫的同化量为209.50 J
B．食物中的能量只有15%用于幼虫自身的生长
C．鳞翅目幼虫从第一营养级获取的能量有一部分以热能的形式散失，因此能量在生态系统中的流动是不可循环的
D．能量由植物传递到植食动物鳞翅目幼虫的效率为50%
解析：选D 鳞翅目幼虫的同化量＝摄入量－粪便量＝419.00－209.50＝209.50(J)，A正确。用于幼虫自身生长的能量＝209.50－146.65＝62.85(J)，占食物中的能量比例为62.85/419.00＝0.15，B正确。鳞翅目幼虫从第一营养级获取的能量有一部分以热能的形式散失，因此能量在生态系统中的流动是不可循环的，即能量单向流动，C正确。由于不知道植物固定的太阳能有多少，因此无法计算能量由植物传递到植食动物鳞翅目幼虫的效率，而且能量传递效率一般为10%～20%，D错误。
二、非选择题
11．生态环境的改变与生态农业有关。“桑基鱼塘”是我国古代发展的简单的生态农业生产方式：桑叶喂蚕，蚕沙(蚕粪)养鱼，鱼塘泥肥桑，在桑、蚕、鱼之间形成良性循环。回答下列问题：
(1)蚕摄食桑叶后，桑叶中的能量去向：一是____________，二是________________，其中前者除用于呼吸消耗以热能形式散失外，其余用于______________________。有同学认为“鱼塘泥肥桑”的道理是鱼塘泥中含有大量的有机物和能量可以被桑树直接吸收利用，你认为这种说法对吗？__________。请简述理由_________________________________________
____________________________________。
(2)某兴趣小组对某地桑基鱼塘的能量流动进行了调查，调查结果如下表，能量单位：J/(cm2·a)。
同化能量 呼吸消耗 分解者利用
桑 7.5×105 4.25×105 2.84×105
蚕 2.25×104 1.3×104 5.5×103
鱼 1.8×104 1.1×104 1.4×103
根据上述调查结果分析，能量流动逐级递减的原因是生物同化的能量大部分用于自身呼吸消耗，还有一部分因未被吸收而被________利用。从提高经济效益和维持生态平衡的角度分析，该生态系统需改进的做法是______________________________________________
________________________。
解析：(1)蚕摄食桑叶后，桑叶中的能量大部分被蚕吸收同化，少部分以粪便形式排出，被蚕同化的能量除用于呼吸消耗以热能形式散失外，其余用于生长发育和繁殖；植物不能直接利用有机物，鱼塘泥中的有机物被分解为无机物后被桑吸收利用，同时能量以热能形式散失，散失的热能不能被利用。(2)根据调查结果分析，能量流动逐级递减的原因是生物同化的能量大部分用于自身呼吸消耗，还有一部分被分解者利用。从提高经济效益和维持生态平衡的角度分析，该生态系统需适量增加蚕和鱼的养殖量。
答案：(1)被蚕吸收同化 随蚕的粪便排出 生长发育和繁殖 不对 植物不能直接利用有机物，鱼塘泥中的有机物被分解为无机物后被桑吸收利用，同时能量以热能形式散失，植物不能利用热能 (2)分解者 适量增加蚕和鱼的养殖量
12．如图是某天然湖泊中能量流动的简图(单位：×103 kJ)。请回答下列问题：
(1)该湖泊的不同水层分布不同的生物，这属于群落的________结构，该结构的意义是________________________________________________________________________。
(2)浮游植物等生产者在该湖泊生态系统中的功能主要是__________________________________。
(3)由图可知，能量由第二营养级到第三营养级的传递效率是________。已知每一营养级的生物都有部分能量未被利用，若由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为20%，则浮游植物中未被利用的能量是________kJ。
(4)与天然湖泊相比，人工养殖的高产鱼塘中，鱼类所同化的能量可能大于生产者固定的能量，分析其原因是__________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)湖泊的不同水层分布不同的生物，这是群落在垂直方向上具有的分层现象的体现，属于群落的垂直结构。群落中植物的垂直结构明显提高了植物利用阳光等环境资源的能力，而植物的垂直结构又为动物创造了多种多样的栖息空间和食物条件，因此垂直结构的意义在于充分利用空间和资源。(2)浮游植物等生产者可以通过光合作用固定太阳能，合成有机物。(3)分析图示可知：第二营养级即浮游动物的同化量为160×103 kJ，第三营养级的同化量为30×103 kJ，因此能量由第二营养级到第三营养级的传递效率＝(第三营养级的同化量÷第二营养级的同化量)×100%＝(30×103)÷(160×103)×100%＝18.75%。若由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为20%，则浮游植物的同化量＝(160×103)÷20%＝800×103 (kJ)，所以浮游植物中未被利用的能量＝800×103－(200＋420＋160)×103＝2×104 (kJ)。(4)与天然湖泊相比，人工养殖的高产鱼塘中，生产者较少，需适时不断投放饵料才能获得持续的产量，即鱼类同化的能量大部分来自人工投放的饵料，因此同化的能量可能大于生产者固定的能量。
答案：(1)垂直 充分利用空间和资源 (2)固定太阳能，合成有机物 (3)18.75% 2×104 (4)鱼类同化的能量大部分来自人工投放的饵料
13．图甲是某草原生态系统中碳循环模式图，图中A、B、C、D表示生态系统的成分，①②③为特定的生理过程，图乙表示该系统中部分生物间的食物关系。而图丙表示该生态系统中三个物种1、2、3的环境容纳量和某时刻的实际大小。请据图分析回答：
(1)该生态系统中每种生物在生长发育过程中不断地与其他生物进行着信息交流，其作用在于调节生物的________(填“种内”或“种间”)关系，以维持生态系统的稳定。
(2)在图甲①③过程中碳主要以________形式进行循环。图乙中的生物对应图甲中的________(用字母表示)。
(3)图乙中，若鼠和昆虫被分解者分解的能量为a，呼吸作用消耗的能量为b，用于自身生长、发育和繁殖等生命活动的能量为c，则图中第二营养级的同化量可表示为________。
(4)假设蛇从鼠处直接获得的食物占其食物总量的60%。则蛇增加10 kg，至少需要植物______kg。
(5)从图丙中可知，________物种的种内斗争最剧烈，1、2、3三个物种的环境容纳量不同是因为______________________________________(从营养级或能量流动角度分析)。
解析：图甲中，根据A与D之间的双箭头和指向A的箭头最多，可知A是二氧化碳库，D是生产者，由B、C、D的箭头关系可知，B是消费者，C是分解者。图乙食物网中有两条食物链：植物→鼠→蛇；植物→昆虫→蛙→蛇。图丙中物种2的种群数量远高于环境容纳量，种内斗争激烈。(1)生态系统的信息交流功能，可以调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定。(2)图甲中①③分别表示植物的光合作用和分解者的分解作用，两个过程中碳主要以CO2的形式进行循环。图乙中只有生产者和消费者，对应图甲中的D和B。(3)某一个营养级的同化量＝其用于生长、发育和繁殖的能量＋呼吸散失的能量，因此图乙中第二营养级的同化量＝b＋c。(4)已知蛇从鼠处直接获得的食物占其食物总量的60%，则蛇增加10 kg，至少需要植物的质量＝10×60%÷20%÷20%＋10×(1－60%)÷20%÷20%÷20%＝650(kg)。(5)图丙中物种2的种群数量远高于环境容纳量，种内斗争最剧烈；1、2、3三个物种的环境容纳量不同，是因为三个物种的营养级不同，营养级越高，能量越少，环境容纳量越小。
答案：(1)种间 (2)CO2 B、D (3)b＋c (4)650
(5)2 1、2、3三个物种的营养级不同，营养级越高，能量越少，环境容纳量越小
14．如图表示某生态系统食物网，表中是食物链A→B→C中，各种群一年内能量[单位：109 J/(m2·a)]的同化、利用和传递等的统计数据。请分析回答下列问题：
种群 输入的总能量 生长发育和繁殖的能量 呼吸消耗 传递给分解者 传递给下一营养级 未被利用的能量
A 65.5 3.0 15.0 41.5
B 15.0 5 0.5 2.5
C 2 0.6 1.4 微量 (不计) 无
(1)研究小组要估算该生态系统中某种双子叶植物的种群密度，常采取________法；取样的关键是____________。
(2)图中食物网有________条食物链；在整个食物网中，猫头鹰占有________个营养级；此图缺少生态系统组成成分中的______________和______________两种成分。
(3)当看到青草明显减少时，鸟和田鼠会另觅食地，这体现了信息传递在生态系统中的作用是____________________________________________。
(4)由表可知，输入到种群A的总能量为____________________________，种群B呼吸消耗的能量为__________，能量从种群B到种群C的传递效率约为________。
解析：(1)调查双子叶植物种群密度的常用方法是样方法，取样的关键是随机取样。(2)题图食物网中有5条食物链；在整个食物网中，猫头鹰占有第三、四、五3个营养级。食物网包括生产者和消费者，缺少生态系统组成成分中的分解者以及非生物的物质和能量两种成分。(3)当看到青草明显减少时，鸟和田鼠会另觅食地，这体现了信息传递可以调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定。(4)由表可知，输入的总能量＝生长发育和繁殖的能量＋呼吸消耗的能量，种群A用于生长发育和繁殖的能量＝(3.0＋15.0＋41.5)×109＝5.95×1010[J/(m2·a)]，呼吸消耗的能量＝6.55×1010 J/(m2·a)，所以输入到种群A的总能量为1.25×1011 J/(m2·a)；种群B呼吸消耗的能量＝(15.0－5)×109＝1.0×1010[J/(m2·a)]；能量从种群B到种群C的传递效率＝2/15.0×100%≈13.3%。
答案：(1)样方 随机取样 (2)5 3 分解者 非生物的物质和能量 (3)调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定 (4)1.25×1011 J/(m2·a) 1.0×1010 J/(m2·a) 13.3%