2020年高考生物一轮复习讲义:第32讲 生态系统的结构 生态系统的能量流动
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1、第 32 讲 生态系统的结构 生态系统的能量流动1生态系统的结构() 2.生态系统中能量流动的基本规律及应用 ()生态系统的结构分析1生态系统的概述 (1)概念: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。(2)范围:有大有小,地球上最大的生态系统是生物圈。(3)结构:由组成成分和营养结构( 食物链和食物网)构成。(4)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)各成分的作用及地位项目 非生物的物质和能量 生产者 消费者 分解者实例阳光、热能、水、空气、无机盐等自养生物,主要是绿色植物异养生物,主要是动物主要是营腐生生活的细菌和真菌作用生物群落中物质和能量
2、的根本来源将无机物转化为有机物,并将能量储存在有机物中加速生态系统的物质循环分解动植物的遗体和动物的排泄物地位 生态系统的基石生态系统最活跃的成分生态系统的关键成分(2)相互关系生产者和分解者是联系生物群落和无机环境的两大“桥梁”。3生态系统的营养结构(1)食物链概念:生态系统中各生物之间由于食物关系形成的一种联系。特点:生产者为第一营养级,消费者所处营养级不固定,一般不会超过 5 个营养级。生态系统的成分、食物链和营养级之间的关系连一连(2)食物网概念:在一个生态系统中,许多食物链彼此相互交错连接成的复杂营养结构。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
3、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。(必修 3 P88“旁栏思考题” 改编) 一个动物园中全部动物是一个系统吗?全部动物和植物呢?为什么?答案:动物园中的全部动物不能说是一个系统,因为不同种动物是分开饲养的,彼此之间没有内在联系和相互影响,不是一个有机的整体。同理,动物园中的全部动物和植物也不是一个系统。(必修 3 P92 拓展题改编 )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?答案:可以。农田和果园等人工生态系统食物链单一,自身
4、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。某岛屿居民与该岛上的植物、兔、鼠、鼬和鹰构成的食物网如下图,据图分析下列问题:(1)该食物网中,共有_条食物链。(2)鹰与鼬的种间关系是_。(3)此食物网没有表示出的生态系统成分是_ 。(4)通常情况下,寄生在鼠身上的跳蚤对鼠种群数量的影响_( 填“大于”“小于”或“相当于”)鼬对鼠种群数量的影响。答案:(1)6 (2)捕食和竞争 (3) 非生物的物质和能量、分解者 (4) 小于考向 1 生态系统的概念1下图是有关生态系统
5、的概念图,分别是( )A生态系统的结构、生态系统的种类、食物链和食物网B生态系统的结构、生态系统的成分、食物链和食物网C生态系统的种类、生态系统的成分、生态系统的稳定性D生态系统的成分、生态系统的结构、食物链和食物网解析:选 B。生态系统包括其结构 和功能,其结构又包括生态系统的成分和营养结构即食物链和食物网,而生态系统的成分包括生产者、消费者、分解者和非生物的物质和能量,B 项正确。生态系统各类成分关系图考向 2 生态系统的成分2(2019山东济宁一中高三质检) 下列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,
6、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。生产者可以是真核生物,也可以是原核生物,但都是自养型生物,A 正确;有些动物属于分解者,如蜣螂等,B 错误;有些细菌属于生产者,如硝化细菌等,C错误;在生态系统的成分中,消费者可加速生态系统的物质循环等,D 错误。3(2019山西孝义高三入学摸底) 下图表示生态系统中四种成分(甲、乙和丙、丁、戊所对应方框各代表一种成分) 之间的关系,以下相关叙述中正确的是( )A甲、乙和丙所包含的所有种群构成群落B戊不一定是微生物C图中存在竞争关系的只有乙 2 和丙
7、2D丁的含量增加将导致臭氧层被破坏解析:选 B。由题图可知甲、丁为双箭头关系,且乙、丙、甲均指向戊,由此推断甲为生产者,乙、丙为消费者,丁为非生物的物质和能量,戊为分解者,甲、乙、丙和戊包含的所有种群构成群落,A 错误;乙 1、丙 1 间也存在竞争关系,C 错误;大量的氟利昂会导致臭氧层的破坏,D 错误;分解者也可以是营腐生生活的蚯蚓、蜣螂等,B 正确。生态系统成分的判断方法(1)根据生物类型判断生态系统的成分“自养型生物”“生产者”,包括光能自养生物(如绿色植物和蓝藻等) 和化能自养生物( 如硝化细菌、硫细菌、铁细菌等 )。“捕食异养或寄生异养型生物”“消费者”,其不能直接把无机物合成有机物
8、,而是以捕食或寄生方式获取现成的有机物来维持生活。“腐生异养型生物”“分解者”,其是能把动植物的遗体、残枝败叶转变成无机物的腐生生物,也包括少数的动物(如蚯蚓等)。(2)根据结构图判断生态系统的成分如图所示,先根据双向箭头确定 D、C 为“非生物的物质和能量”和“生产者”,则A、B 为消费者和分解者;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“AB”“DB ”确定 A 为消费者、 B 为分解者。 考向 3 食物链和食物网的结构分析4(2019河北冀州中学期中) 如图曲线表示某生态系统中三个不同种群的生长
9、繁衍情况。已知种群 c 是自养生物,下列说法不正确的是( )A该生态系统简单食物链可表示为 cbaB种群 b 在第 37 年时间内个体数下降是由于 a 的增加和 c 的减少Cb 和 a 的存在能加快该生态系统的物质循环D一定自然区域内,a、b、c 三个种群中全部的生物构成生物群落解析:选 D。根据三个种群的个体数量变化关系,能量流动特点:单向流动、逐级递减,分析出该生态系统简单食物链可表示为 cba,A 正确;种群 b 在第 37 年时间内个体数下降是由于 a 捕食者数量的增加、c 食物来源的减少,B 正确;b 和 a 这些消费者的存在能加快该生态系统的物质循环,C 正确;一定自然区域内,全部
10、的生物构成生物群落,D 错误。5如果一个生态系统有四种生物,并构成一条食物链。在某一时间分别测得这四种生物(甲、乙、丙、丁)所含有机物的总量,如图所示。在一段时间内,如果乙的种群数量增加,则会引起( )A甲、丁的种群数量增加,丙的种群数量下降B甲、丙、丁的种群数量均增加C甲、丁的种群数量下降,丙的种群数量增加D甲的种群数量下降,丙、丁的种群数量增加解析:选 D。能量流动的特点:单向流动、逐级递减,所以题图所示甲、乙、丙、丁四种生物之间的食物关系为:丙甲乙丁。当乙的数量增加时,因乙是以甲为食的,所以甲由于天敌增加,数量就会相应下降;由于甲是以丙为食,甲是丙的天敌,丙的天敌数量减少其数量就增加;又
11、由于丁是以乙为食,乙的数量增加,导致丁因食物充足而数量增加。食物链变式模型的分析下图中,图 1 和图 2 都是以每个营养级中有机物多少为依据,图 1 中的食物链是丙甲乙丁;图 2 中的食物链是丙丁甲乙;图 3 表示甲和乙之间为捕食关系,甲是被捕食者,乙是捕食者,在食物链中,甲是低营养级,乙是高营养级;图 4 表示的是生态系统的物质循环图解,A 是生产者, B 是消费者,C 是分解者,D 是非生物的物质和能量,其中的食物链是 AB。考向 4 食物链和食物网的数量变化分析6(2019江苏盐城阜宁期中) 如图表示生态系统中的食物网,下列相关叙述正确的是( )A该食物网中共有 6 条食物链B该食物网中
12、的所有生物构成生物群落C蝗虫和老鼠在不同食物链中都属于同一营养级D若老鼠全部死亡消失,对狼的影响比对猫头鹰显著解析:选 C。食物链的起点是草,终点是不被其他营养级捕食的生物,则该食物链共有 5 条,故 A 项错误;食物网中只包括生产者和消费者,构成生物群落还应该包括分解者,故 B 项错误;蝗虫和老鼠都位于第二营养级,属于初级消费者,故 C 项正确;猫头鹰的食物来源只有老鼠,狼的食物来源有浣熊、鹿和老鼠,若老鼠全部死亡消失,对狼的影响比对猫头鹰小,故 D 项错误。7如图表示一个海滩湿地生态系统中部分生物的食物关系,下列有关分析错误的是( )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
13、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,沼蟹数量亦增加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。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减少,相关生物都减少。(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,种群密度还要下降,直到趋于稳定。(3)“中间”营
14、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。 生态系统能量流动的过程1能量流动的概念理解输 入 源 头 : 太 阳 能流 经 生 态 系 统 的 总 能 量 : 固 定 的 太 阳 能 总 量生 理 过 程 : 光 合 作 用 和 化 能 合 成 作 用 )传 递 途 径 : 食 物 链 和 食 物 网形 式 : 有 机 物 中 的 化 学 能 )太阳能有机物中的化学能热能转 化散 失 形 式 : 最 终 以 热 能 形 式 散 失过 程 : 自 身 呼 吸 作 用 )
15、2能量流动的过程(1)能量流经第二营养级的过程输入一个营养级的能量:指该营养级同化的能量,也就是摄入的能量(a) 粪便中的能量( c)。流入某一营养级(最高营养级除外 )的能量可存在的去向: a.自身呼吸消耗;b.流入下一营养级;c.被 分解者分解利用;d.未被利用的能量。(2)能量流经生态系统的过程能量流动的渠道是食物链和食物网。能量散失的途径是各种生物的呼吸作用(代谢过程) 。流动过程中能量的转化是太阳能有机物中的化学能热能。3能量流动的特点及意义(1)能量传递效率:指相邻两个营养级之间同化量的比值。(2)能量流动的特点:单向流动、逐级递减( 两相邻营养级间的能量传递效率一般为10%20%
16、) 。(3)研究意义帮助人们科学规划、设计人工生态系统,使能量得到最有效的利用。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最有益的部分。如图是某人工鱼塘生态系统能量流动示意图,该过程中部分环节涉及的能量值已标明单位为 103 kJ/(m2y)。请据图回答下列问题:(1)该生态系统中流入生物群落的总能量有哪些来源?_。(2)生产者、植食性动物和肉食性动物固定的总能量分别是多少?_(3)生产者植食性动物、植食性动物肉食性动物的能量传递效率分别是_。(结果保留一位有效数字 )(4)假设食物全部来自生产者,按照图中的能量流动规律,肉食性动物要增加 100 kg,则约需要消耗
17、_ kg 生产者。答案:(1)一个来源是光能,另一个来源是输入的有机物中的化学能(2)110103 kJ/(m2y)、1610 3 kJ/(m2y)、7.510 3 kJ/(m2y)(3)12.7%、15.6%(4)5 047考向 1 能量流动的过程和特点1(2019陕西西安长安一中月考) 如图是某草原生态系统的能量流动图解,N 代表能量值,下列有关叙述不正确的是( )A第一营养级与第二营养级之间的能量传递效率为 N5/N3100%B生物间的捕食关系一般不可逆转,所以能量流动具有单向性C蜣螂利用的能量 N6 属于草被分解者利用的能量的一部分D适量放牧牛、羊会增大 N2 与 N1 的比值解析:选
18、 A。能量由第一营养级传递给第二营养级的传递效率为第二营养级同化量与第一营养级同化量的比值,即 N5/N2100%;生态系统中能量流动是单向的;蜣螂利用的牛、羊粪便中的能量属于草同化量的一部分,因此蜣螂利用的能量 N6 属于草被分解者利用的能量的一部分;适量放牧,会减少因叶片相互遮挡以及竞争而造成的部分牧草死亡等,有利于草的生长,能增大其对光能的利用率,增大 N2 与 N1 的比值。2(2019山西沂州一中月考) 下图为“桑基鱼塘”农业生态系统的能量流动图解,据图分析,下列叙述错误的是( )A图中用于桑树生长、发育、繁殖的能量是 CB图中未利用的能量是指蚕粪便中的能量C桑树与蚕之间的能量传递效
19、率可以用(EFG H )/A 表示D桑树的总光合作用固定的能量可以用 BC 表示解析:选 B。B 表示桑树的呼吸作用消耗的能量、 C 表示用于桑树生长、发育、繁殖的能量。桑树的总光合作用固定的能量是 BC。桑树与蚕之间的能量传递效率可以用(E FGH)/ A 表示。未利用的能量是指既没有流向分解者,也没有流向下一营养级和用于呼吸的能量。利用“拼图法”巧解能量流动输入第一营养级的能量(W 1),即生产者的同化量被分为两部分:一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失( A1),一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖 (B1C 1D 1)。后一部分能量中包括现存的植物体 B1、流向分解者的 C1、流
20、向下一营养级的 D1。考向 2 能量流动的有关计算3(2019湖南衡阳四中月考) 如图所示的食物网中,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( )A150 kJ B125 kJC100 kJ D75 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,在草兔狐虎中虎从草中获取 11/220%20%20%62.5 kJ;在草 羊虎中虎从草中获取 11/220%20%12.5 kJ;故需要消耗草的能量为62.512.575 kJ。4(2019山西沂州一
21、中月考) 如图为生态系统食物网简图,若 E 生物种群的总能量为7.1109 kJ,B 生物种群的总能量为 2.3108 kJ。从理论上计算,A 储存的总能量最少为( )A7.110 8 kJ B4.810 7 kJC5.9510 7 kJ D2.310 7 kJ解析:选 B。由图可知,D 为生产者,要使 A 获得的能量最少,则必须保证三个条件:一是能量来源途径要最少,二是能量传递效率要最低,三是食物链要最长。故从理论上讲,与 A 储存的能量最少相关的食物链不可能是 DA,也不可能是 DA、D EC A 同时存在,只能是 DECA 。为此,E 的能量在传给 A 的途径中,只有确保:E 在传给 B
22、 时用去的能量最多,E 的总能量减去传给 B 的后再传给 C 时传递效率最低,C 在传给 A 时效率最低,结果才能使 A 获得的能量最少。所以据此计算得 A 储存的总能量最少为(7.1 109 kJ2.310 8 kJ10%)10%10%4.810 7 kJ。(1)在食物链中,若题干中未做具体说明,则一般认为能量传递的最低效率为 10%,最高效率为 20%,则:(2)在食物网中在能量分配比例未知时计算某一生物获得的最多(或最少) 的能量计算:知 低 营 养 级求 高 营 养 级 获 能 量 最 多 选 最 短 食 物 链按 20%计 算 )获 能 量 最 少 选 最 长 食 物 链按 10%计
23、 算 )知 高 营 养 级求 低 营 养 级 需 最 多 能 量 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 )在能量分配比例和能量传递效率已知时,对于食物网中能量流动的计算,先根据题意写出相应的食物链并根据各营养级之间的传递效率,按照从不同食物链获得的比例分别进行计算,再将各条食物链中的值相加即可。 考向 3 生态金字塔的识别与分析5.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。下列有关说法不正确的是( )A甲可能为绿色植物,甲固定的能
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