内容正文:
生态系统
第三章
第二节 生态系统的能量流动
[目标导学] 1.分析生态系统能量流动的过程和特点。2.阐明三种生态金字塔。3.概述研究能量流动的实践意义。
内容索引
NEIRONGSUOYIN
学习任务二 能量流动的特点
学习任务一 能量流动过程
课时作业 素养达标
备选题库 教师独具
学习任务三 生态金字塔及能量流动规律在生产中的应用
能量流动过程
学习任务一
1.能量流动的概念:生态系统中 。
2.能量流经第一营养级的过程
(1)输入:生产者通过 将太阳光能转化为化学能,固定在有机物中。
(2)能量去向
①在生产者的呼吸作用中以 的形式散失。
②随着残枝败叶等被 分解而释放出来。
③被初级消费者摄入体内,流入 营养级。
梳理 归纳教材知识
能量的输入、传递、转化和散失的过程
光合作用
热能
分解者
第二
3.能量流经第二营养级的过程
(1)输入:通过 获得。
(2)去向
①通过 以热能的形式散失。
②以遗体残骸的形式被 利用。
③被 捕食,流入下一营养级。
摄食生产者
呼吸作用
分解者
次级消费者
4.能量流动过程图解
(1)补充图中标号代表的内容
甲: ;乙: ; 丙: ;丁: ; 戊: 。
生产者
初级消费者
次级消费者
呼吸作用散失热能
分解者
(2)据图总结流入每一营养级的能量最终去向
①通过自身呼吸作用以 的形式散失。
②被 同化。
③被 分解利用。
热能
下一营养级
分解者
[正误辨析]
1.生态系统的能量流动指能量的输入和散失过程。 ( )
2.第三营养级生物产生的粪便中的能量属于该营养级的同化量。
( )
3.每一营养级生物的同化量就是从上一营养级摄入的能量。( )
×
×
×
如图表示能量流经第二营养级示意图,请据图思考下列问题。
探究 要点合作突破
(1)摄入量(a)和粪便量(c)、初级消费者的同化量(b)之间具有怎样的等量关系?
提示:摄入量(a)=粪便量(c)+同化量(b)。
(2)初级消费者的粪便中的能量属于哪个营养级的能量?第三营养级的粪便中的能量呢?
提示:初级消费者的粪便中的能量属于第一营养级的能量。第三营养级的粪便中的能量属于第二营养级的能量。
(3)初级消费者同化的能量又有几个流向?
提示:三个流向:自身呼吸作用以热能的形式散失、被分解者利用和流向下一营养级。
[归纳深化]
(1)输入某一级消费者的能量是同化量还是摄入量,看该消费者是否有“→”指向粪便。
实例:图甲中箭头①指的是摄入量;若没有箭头③,则①代表的是同化量。
(2)某一营养级指向的能量去向
①图甲中能量①(摄入量)=②+③+④+⑤+兔体内现存的能量。
②图乙中能量W1、D1指相应营养级的同化量,B1、B2指相应营养级中未利用的能量。
(3)各营养级用于自身生命活动的能量为B1+C1+D1或B2+C2+D2。
(4)利用“拼图法”可得关系式:
1.如图表示草场上某种草和某种羊的能量流动关系,对该图的描述正确的是( )
A.a表示草光合作用固定的能量
B.b表示草同化的能量中未被利用的部分
C.c表示羊呼吸散失的热量
D.c属于羊流入分解者的能量
强化 题点对应训练
B
a表示草用于自身生命活动的能量,属于同化量的一部分,A错误;a的能量一部分被羊摄入,一部分随着遗体残骸流向分解者,还有一部分未被利用,B正确;c表示羊排出的粪便中的能量,C错误;c属于草流入分解者的能量,D错误。
2.(多选)如图为桑基鱼塘农业生态系统局部的能量流动图解,图中字母代表相应能量。下列叙述正确的是( )
A.流经该生态系统的总能量是桑树净光合作用储存的能量C
B.蚕用于自身生命活动的能量可表示为B1+C1+D1
C.图中B表示桑树呼吸作用以热能形式散失的能量
D.将蚕沙(粪便)投入鱼塘供给鱼食用,流入鱼体内的能量属于D1
BC
流经该生态系统的总能量是生产者固定的太阳能总量A,C为桑树用于自身生命活动的能量,A错误;蚕同化的能量一部分通过呼吸作用以热能的形式散失(A1),另一部分用于自身生命活动(B1+C1+D1),B正确;图中B表示桑树在呼吸作用中以热能形式散失的能量,C正确;蚕沙(粪便)中的能量属于上一营养级(桑树)同化的能量,不属于D1中的能量,D错误。
能量流动的特点
学习任务二
1.能量流动的特点
(1) :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。
(2) :①能量在沿食物链流动的过程中逐级减少。
②营养级越多,在能量流动过程中消耗的能量就 ,生态系统中的能量流动一般不超过5个营养级。
梳理 归纳教材知识
单向流动
逐级递减
越多
2.能量的传递效率
(1)一般来说,在输入到某一个营养级的能量中,只有 的能量能够流到下一个营养级,也就是说,能量在相邻两个营养级间的传递效率是 。
(2)计算公式
相邻两个营养级间的能量传递效率=×100%。
10%~20%
10%~20%
3.生态系统维持正常功能的条件
任何生态系统都需要不断得到来自系统外的能量补充,以便维持生态系统的正常功能。
[正误辨析]
1.流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能。 ( )
2.一个生态系统在较长时期内没有能量输入就会崩溃。 ( )
3.因能量是逐级递减的,所以一只狼所获得的能量必然小于一只兔子所获得的能量。 ( )
4.生态系统的能量流动是单向的,原因是一个营养级呼吸作用以热能形式散失的能量不能被生产者再同化,以及捕食关系是不可逆的。( )
×
√
×
√
1.根据赛达伯格湖的能量流动图解,回答以下问题。
注:图中数字为能量数值,单位是J·cm-2·a-1;为研究方便,将肉食性动物作为一个整体看待。
探究 要点合作突破
(1)图中生产者、植食性动物、肉食性动物之间由于存在 关系而形成食物链(网),而且这种关系是不可逆的,因而能量只能由 →植食性动物→ ,即能量流动是 的。
(2)据图分析,该生态系统中生产者、植食性动物、肉食性动物固定或同化的能量分别是 J·cm-2·a-1;即在生态系统中生物所处的营养级越高,获取的能量 ,说明能量流动具有 的特点。
捕食
生产者
肉食性动物
单向
464.7、62.8、12.6
越少
逐级递减
(3)第一营养级到第二营养级之间的能量传递效率约为 ,第二营养级到第三营养级之间的能量传递效率约为 。能量不能100%流入下一个营养级的原因是________________________________
。
13.5%
20.1%
一部分通过呼吸作用以热能的形式
散失,一部分被分解者分解利用,一部分未被利用
2.科学家对某草地的“草→田鼠→鼬 ”这一食物链及其能量流动进行了研究,结果如表所示(单位:J·hm-2·a-1)。
草 田鼠 鼬
固定的
太阳能 摄入量 同化量 呼吸量 摄入量 同化量 呼吸量
2.45×
1011 1.05×
1010 7.50×
108 7.15×
108 2.44×
108 2.25×
107 2.18×
107
(1)根据表格中的数据,比较表中两种动物能量代谢的特点。
提示:表中两种动物能量代谢的特点是田鼠的同化量小于草的同化量、鼬的同化量小于田鼠的同化量,能量流动呈逐级递减的趋势。另外两种动物的呼吸量都较高,占自身同化量的大部分。
(2)根据该食物链的相关数据,分别计算从草到田鼠和从田鼠到鼬的能量传递效率。
提示:草到田鼠的能量传递效率为7.50×108/(2.45×1011)×100%≈0.3%;田鼠到鼬的能量传递效率为2.25×107/(7.50×108)×100%=3%。
(3)上述计算结果说明生态系统中能量流动有什么特点?
提示:单向流动、逐级递减。
[归纳深化]
能量流动的两个特点的分析
(1)单向流动
①在生态系统中,能量流动只能从第一营养级流向第二营养级,再依次流向后面各个营养级,不可逆转,也不能循环流动。
②能量流动之所以是单向的,原因是食物链各营养级的顺序不可逆转,这是长期自然选择的结果。
(2)逐级递减
①指输入到一个营养级的能量不可能百分之百地流入下一个营养级,能量在沿食物链流动的过程中是逐级减少的。
②能量在流动中逐级递减的原因:各营养级的生物都会因呼吸作用消耗相当大的一部分能量;各营养级总有一部分能量未被下一营养级的生物利用;各营养级能量总有一部分流向分解者。
③能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%~20%,其含义是指“在输入到某一个营养级的能量中,大约只有10%~20%的能量流入到下一个营养级”。这里流入到下一个营养级的能量,应是指流入到下一个营养级的总能量。
1.(2024·江苏苏南八校高二联考)如图是
能量流经某生态系统第二营养级示意图
[单位J/(cm2·a)],据图分析,下列有关说法
正确的是( )
A.该生态系统第二营养级同化的能量是100 J/(cm2·a)
B.第二营养级流向分解者的能量为20 J/(cm2·a)
C.第二营养级的同化量有50%通过呼吸作用以热能形式散失
D.无法计算第二营养级和第三营养级之间的能量传递效率
强化 题点对应训练
D
据图可知,该生态系统中第二营养级同
化的能量=摄入量-粪便量,即100-20=
80 J/(cm2·a),A错误;图中流向分解者的
20 J/(cm2·a)属于第一营养级的同化量,
第二营养级流向分解者的能量应包括
遗体残骸中的能量等,B错误;第二营养级同化的能量是80 J/(cm2·a),通过呼吸作用散失的能量是50 J/(cm2·a),则第二营养级的同化量有62.5%(50/80×100%)通过呼吸作用以热能形式散失,C错误;能量传递效率是指相邻两个营养级之间同化量的比值,从图中不能确定第三营养级同化的能量是多少,因此不能计算出第二营养级到第三营养级的能量传递效率,D正确。
2.某一湿地生态系统中的初级消费者以生产者和部分来自陆地的植物残体为食,能量流经第二营养级的情况如表所示。下列分析错误的是( )
C
A.流经该湿地生态系统的总能量为125×105 J/(m2·a)
B.能量从第一到第二营养级的传递效率小于17.5%
C.初级消费者流向第三营养级的总能量是10.5×105 J/(m2·a)
D.生产者和分解者都会通过呼吸作用以热能的形式散失自身同化量的一部分
生产者
固定 来自陆地的植
物残体 初级消费者
摄入 初级消费者同化 初级消费者呼吸散失
能量/[105 J/
(m2·a)] 100 25 85 17.5 7
流经该湿地生态系统的总能量为100+25=125×105 J/(m2·a),A正确;如果不考虑初级消费者以来自陆地的植物残体为食,第一到第二营养级的能量传递效率是17.5÷100×100%=17.5%,所以第一到第二营养级的能量传递效率小于17.5%,B正确;初级消费者用于自身生命活动的能量是17.5-7=10.5×105 J/(m2·a),这些能量中只有一部分流向第三营养级,C错误;生产者和分解者都会通过呼吸作用以热能的形式散失自身同化量的一部分,D正确。
生态金字塔及能量流动规律在生产中的应用
学习任务三
1.生态金字塔
(1)概念:反映食物链和食物网 之间生物数量、质量和能量比例关系的图解模型。
(2)含义:生态金字塔的塔基宽,代表 ;塔基过宽,能量转化效率就 ,能量浪费 ;塔的层次多少,与 的消耗程度有密切关系,层次越多,塔顶贮存的能量就 。
梳理 归纳教材知识
各营养级
生态系统稳定
低
大
能量
越少
(3)数量金字塔
①概念:描述了某一时刻生态系统中 关系。
②特点:一般来说,能量沿营养级顺序向上逐级 ,生物体数量沿营养级顺序向上也越来 。但也有植食性动物的数量比生产者的数量大得多的情况。
各营养级的个体数量
递减
越少
(4)生物量金字塔
①概念:描述了某一时刻生态系统中 ,通常以生物的 表示营养级中生物的生物量,一般以g·m-2或kg·m-2为单位。
②特点:一般来说,植物的生物量要 植食性动物的生物量,而植食性动物的生物量又会 肉食性动物的生物量。因此,从低营养级到高营养级,生物的生物量是逐渐 的。
各营养级生物的质量关系
干重
大于
大于
减少
(5)能量金字塔
①概念:依据 所含能量值的多少来构建的生态金字塔,从能量的角度形象地描述其在生态系统中的转化,常用来描述单位时间生态系统中各营养级所 的能量,一般以 为单位。
②特点:能量金字塔一般不受生物 、组成成分和代谢速率的影响,因而可以比较准确地说明生态系统中能量传递的效率和特点,比较直观地表明各营养级之间的依赖关系。能量金字塔不会出现 现象。
各营养级
同化
J·m-2·a-1或kJ·m-2·a-1
个体大小
倒置
2.能量流动规律在生产中的应用
(1)研究生态系统的能量流动,可以帮助人们在设计人工生态系统时充分考虑能量的 。
(2)研究生态系统的能量流动,___________________________________
,可以使农业生产获得更大的效益。
合理地优化生态系统中的能量流动关
有效利用
系,使能量持续高效地流向对生产有益的部分
[正误辨析]
1.能量金字塔和生物量金字塔可以出现倒置现象。( )
2.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。 ( )
3.沼渣还田可以实现对能量的多级利用,从而提高生态系统的能量传递效率。 ( )
×
×
×
1.如图为某一生态农业系统模式图,据图回答下列问题。
(1)此生态系统的能量金字塔为 金字塔形。
探究 要点合作突破
上窄下宽的正
(2)流经此生态系统的总能量为 。
(3)每一级生产环节都获得产品,提高了生态经济效益,这是否意味着能量可循环利用?为什么?
提示:不是。每一级都获得产品,充分实现了能量的多级利用,但能量是逐级递减的,不能循环利用。
作物固定的太阳能
(4)与自然生态系统相比,食物链延长,能量逐级损耗,系统总能量利用率如何变化?能量传递效率如何变化?
提示:题中延长的食物链使原来作为废弃物的能量得到了利用,提高了能量的利用率。能量传递效率是相邻两个营养级之间同化量之比,一般为10%~20%,不能通过人为改变。
2.在农业生态系统中,如果把作物秸秆当燃料烧掉,人类就不能充分利用秸秆中的能量。如果将秸秆用作饲料喂牲畜,可获得肉、蛋、奶等;将牲畜的粪便作为沼气池发酵的原料,可以生产沼气提供能源,沼渣还可以作为肥料还田,这样做的目的是什么?
提示:实现对能量的多级利用,从而大大提高能量的利用率。
[归纳深化]
生态金字塔的类型和特点
类型 数量金字塔 生物量金字塔 能量金字塔
形状
特点 一般为上窄下宽的正金字塔形,有时会出现上宽下窄倒置的倒金字塔形 一般为上窄下宽的正金字塔形 天然生态系统一定为上窄下宽的正金字塔形
类型 数量金字塔 生物量金字塔 能量金字塔
象征
含义 一般生物个体数量在食物链中随营养级升高而逐级减少 一般生物量(每个营养级生物的干重)在食物链中随营养级的升高而逐渐减少 能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性
特殊
形状 如一棵树与树上昆虫及鸟的数量关系:
在海洋生态系统中,生产者浮游植物个体小、寿命短,又会不断被浮游动物吃掉,因而某一时刻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 自然生态系统不会出现倒置现象
1.(2024·江苏扬州月考)生态金字塔可以表示生态系统各营养级之间的某种数量关系。下列相关叙述错误的是( )
A.能量金字塔中第二营养级的能量不能回流到第一营养级
B.一般来说,自然生态系统中能量金字塔总是呈上窄下宽的正金字塔形
C.生态金字塔的最底层代表的是生产者,最顶层代表的是分解者
D.出现倒置数量金字塔可能与生物个体体型的大小有关
强化 题点对应训练
C
能量流动的特点是单向流动,故能量金字塔中第二营养级的能量不能回流到第一营养级,A正确;自然生态系统中能量金字塔总是呈上窄下宽的正金字塔形,B正确;生态金字塔的最顶层代表的是最高营养级,分解者不参与生态金字塔的构建,C错误;出现倒置数量金字塔可能与生物个体体型大小有关,如一棵大树上有很多昆虫,D正确。
2.“稻田养鱼”是一种新兴的生态养殖模式。该模式利用稻田水面养鱼,既可获得鱼产品,又可利用鱼吃掉稻田中的害虫和杂草。鱼排出粪肥,翻动泥土促进肥料分解,为水稻生长创造良好条件。下列有关叙述正确的是( )
A.稻田中鱼的数量增长不受食物和生存空间等因素的限制
B.鱼吃杂草,杂草同化能量中的 10%~20%流入鱼体内
C.粪便作为有机肥还田时,粪便中的能量流向了农作物
D.该模式提高了能量利用率,使能量流向对生产有益的部分
D
稻田中鱼的数量增长受食物和生存空间等因素的限制,A错误;10%~20%是营养级之间的能量传递效率,不是两种生物之间的能量传递效率,B错误;农作物不能利用粪便中的能量,粪便中的能量流向了分解者,C错误;该养殖模式使能量多级利用,提高了能量利用率,使能量流向对生产有益的部分,D正确。
备选题库 教师独具
1.下列关于生态系统能量流动的说法正确的是( )
A.病毒是异养生物,在生态系统中属于分解者
B.桑基鱼塘可显著提高不同营养级之间的能量传递效率
C.生产者通过呼吸作用消耗的能量一般没有流入初级消费者的能量多
D.生态系统中营养级越多,在能量流动的过程中损失的能量就越多
D
病毒是异养生物,营寄生生活,在生态系统中属于消费者,A错误;与传统鱼塘相比,桑基鱼塘可显著提高能量的利用率,但不能提高不同营养级之间的能量传递效率,B错误;生产者通过呼吸作用消耗的能量一般多于流入初级消费者的能量,C错误;能量流动是逐级递减的,相邻营养级之间的能量传递效率为10%~20%,所以生态系统中的营养级越多,在能量流动过程中损失的能量就越多,D正确。
2.(2024·江苏徐州高二检测)甲、乙是某同学绘制的生态金字塔示意图,下列相关叙述错误的是( )
A.图中1、2、3分别表示食物链或食物网中的一个营养级
B.甲和乙均可表示数量金字塔
C.天然生态系统的能量金字塔只能用乙来表示
D.乙中的1越宽,能量传递效率就越高
D
图中1、2、3分别属于不同的营养级,因而,1、2、3均可表示食物链或食物网中的一个营养级,A正确;数量金字塔一般是正金字塔形,但也可以出现倒金字塔形,即甲和乙均可表示数量金字塔, B正确;生态系统中的能量流动是逐级递减的,因此天然生态系统的能量金字塔通常都是上窄下宽的金字塔形,不可倒置,只能用乙来表示,C正确;乙中的1越宽,生态系统的稳定性越高,但能量传递效率未必越高, D错误。
3.秸秆的合理回收、利用具有重要的生态价值,下列相关叙述错误的是( )
A.秸秆青贮处理作为牛羊等的饲料,不能提高能量的利用效率
B.秸秆还田为土壤微生物提供物质和能量,并可改善土壤结构
C.秸秆放入沼气池中发酵生产沼气,可提高能量的利用率
D.秸秆作为培养基培育菌菇类食品,可使秸秆中能量更多的流向人类
A
利用秸秆青贮处理技术,经微生物发酵作用的秸秆能量可被牛羊充分利用,因此能提高能量的利用效率,A错误;秸秆还田是合理利用生物资源和促进农业可持续发展的重要途径,土壤微生物可通过分解秸秆获取物质和能量,同时秸秆还田能促进土壤有机质的积累,改善土壤结构,增加作物产量,B正确;秸秆放入沼气池中发酵生产沼气,可提高能量的利用率,C正确;秸秆作为培养基培育菌菇类食品,可使秸秆中能量更多地流向人类,提高了能量的利用率,D正确。
4.(多选)如图是某生态系统食物网示意图,下列相关叙述不正确的是
( )
A.图中乙和丙都处于第二营养级,为初级消费者
B.若由于某种原因乙的数量大量减少,则丙的数量在短期内将大量增加
C.该食物网包含6个生物种群,4个营养级,包含生产者和消费者,但缺少分解者
D.若戊摄食食物比例为乙∶丙∶丁 = 3∶1∶1,则戊增重1 kg至少要消耗生产者225 kg
ABC
由图可知,乙和丙都处于第三营养级,为次级消费者,A错误;若乙由于某种原因大量减少,则丁和戊对丙的捕食增多,丙的数量在短期内大量减少,B错误;生产者种群数量未知,因此该食物网包含多个生物种群,5个营养级,食物链和食物网中不包含分解者,C错误;若戊摄食食物比例为乙∶丙∶丁=3∶1∶1,则戊作为第五营养级获得的食物占1/5,作为第四营养级获得的食物占4/5,当能量传递效率为20%时,消耗生产者最少,应为1/5÷20%÷20%÷20%÷20%+4/5÷20%÷20%÷20%=225,戊增重1 kg至少消耗生产者225 kg,D正确。
5.生态学家对某大草原的成分进行了调查,图1表示该生态系统各成分的关系,其中字母表示各组成成分,箭头表示碳元素的流动方向;图2表示该生态系统能量流动部分示意图,①②代表途径,其他数字代表能量的数值[单位:J/(cm2·a)]。请回答下列问题。
(1)草原中的全部生物构成了一个 ,其中绿色植物通过光合作用吸收、利用CO2合成有机物储存在植物体内,并使其中的能量沿着
在群落内部流动,图1中f应为该生态系统组成成分中的 。
(2)据图1分析,其中缺少的碳元素流动环节有 (用字母和箭头表示)等。
(3)据图2分析,由c→d的能量传递效率是 ;c粪便中的能量属于 (从b~d中选填)同化的能量。若d同化的能量中一半来自①,一半来自②,则d用于自身生命活动的能量为 J/(cm2·a)。
群落
食物链(食物网)
分解者
b→a、c→a、d→a
8%
b
10
(4)若图2食物链中每个营养级间的能量传递效率均为20%,消耗等量的b,为使d获得更多的能量,调整d的食物来源比例,由原来途径①:途径②为1∶1,调整为1∶2,则调整后d获得的能量是调整前的 倍(保留2位小数)。
(5)草原退化问题已成为全世界的重大资源和环境问题之一,我国为治理草原的荒漠化,利用太阳能电池板首创了“板上发电、板下种植、板间养殖”的立体化新型产业模式,其优势有 (答2点即可)。
1.29
减少环境污染、提高土地利用率
(1)草原中的全部生物构成了一个生物群落。绿色植物(生产者)通过光合作用固定的能量沿着食物链(食物网)在群落内部流动。图1中b、c、d、e均存在碳元素流向f的箭头,说明f是分解者。
(2)生产者、消费者和分解者均会通过呼吸作用将碳元素流向无机环境,因此缺少的碳元素流动环节有b→a、c→a、d→a。
(3)据图2可知,c的同化量是200,c流入d的能量为16,因此c→d的能量传递效率为16/200×100%=8%。粪便中的能量属于上一个营养级的能量,因此c粪便中的能量属于b同化的能量。同化量-自身呼吸消耗的能量=用于自身生命活动的能量,据图2分析,d来自c的能量为16,而d同化的能量中一半来自①,一半来自②,因此d的同化量为32,呼吸消耗量为22,因此d用于自身生命活动的能量为10 J/(cm2·a)。
(4)图2中的食物链有b→c→d和b→d,b中的能量不变,将d的食物(能量)比例由b∶c=1∶1调整为2∶1(能量传递效率按20%计算),在d的食物比例改变前,设传递给d的能量为x,则1/2x来自b,1/2x来自c,能量传递效率按20%计算,需要b的能量为1/2x÷20%+1/2x÷20%÷20%=15x;在d的食物比例发生改变后,设传递给d的能量为y,则2/3y来自b,1/3y来自c,需要b的能量为2/3y÷20%+1/3y÷20%÷20%=35/3y;而b中的能量不变,则15x=35/3y,该生态系统传递给d的能量是原来的y÷x=15÷35/3≈1.29倍。
(5)我国利用太阳能电池板首创了“板上发电、板下种植、板间养殖”的立体化新型产业模式,其优势有减少环境污染、提高土地利用率等。
课时作业 素养达标
[基础巩固练]
1.某生态系统中有a、b、c、d四种
生物,构成食物链a→b→c,d为分解
者。如图是该生态系统中能量流
入b处发生的一系列变化的示意图,
下列说法错误的是( )
A.图中d的能量不全部来自b生物
B.参与丁过程的主要是营腐生生活的真菌和细菌
C.图中b的粪便中流向分解者的能量不属于b
D.第一营养级到第二营养级的能量传递效率可用(b/a)×100%表示
D
图中d的能量不全部来自b生物,还
来自a生物(b粪便中的能量是b未同
化的能量,仍属于其上一个营养级a),
A、C正确;参与丁过程的是分解者,
分解者主要是营腐生生活的真菌和
细菌,B正确;能量传递效率=第二营养级同化量/第一营养级同化量×100%,b为第二营养级的摄入量,D错误。
2.(2024·江苏扬州阶段练习)如图表示生态系统中某一营养级生物在一段时间内同化的能量的去向,下列相关叙述错误的是( )
C
A.若该营养级代表绿色植物,b+c+d为这一段时间内的净光合产量
B.c包括本营养级的遗体、残骸及下一营养级排出的粪便中的能量
C.d代表用于该营养级生物用于自身生命活动的能量
D.若该营养级代表圈养的肉牛,圈养使流入下一营养级能量增加
d.未被利用 a.通过呼吸作用以热能的形式散失
b.流入下一个营养级
c.流向分解者
总光合产量=净光合产量+呼吸作用消耗量,a表示通过呼吸作用以热能形式散失的能量,因此若该营养级代表绿色植物,b、c、d之和为这一段时间内的净光合产量,A正确;c是本营养级的同化量的一部分,因此包含本营养级的遗体、残骸及下一营养级排出的粪便中的能量,B正确;d代表未被利用能量,是指未被自身呼吸作用消耗、也未被后一营养级和分解者利用的能量,C错误;若该营养级代表圈养的肉牛,圈养使肉牛活动减少,其呼吸作用以热能形式散失的能量要少一些,因此流入下一营养级能量增加,D正确。
3.如图表示某生态系统能量在营养级Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ中的流动及其传递效率的部分数据(单位是J·cm-2·a-1),方框表示同化量。下列说法正确的是( )
A.营养级Ⅰ用于呼吸消耗的能量A是166.988 J·cm-2·a-1
B.营养级Ⅱ流向分解者的能量包含在25.13%中
C.营养级Ⅱ的粪便量包含在其获得的23.40%中
D.营养级Ⅲ用于自身生命活动的能量包含在12.82 J·cm-2·a-1中
D
从图中看出营养级Ⅰ同化的能量包括传递至下一个营养级中、流向分解者和呼吸消耗,所以呼吸消耗的能量小于218×(1-23.4%)=166.988 J·cm-2·a-1,A错误;营养级Ⅱ流向分解者的能量包含在同化量Ⅱ中,即包含在51.012 J·cm-2·a-1中,B错误;营养级Ⅱ的粪便量是营养级Ⅰ同化的能量,即包含在218 J·cm-2·a-1中,C错误;营养级Ⅲ用于自身生命活动的能量属于同化量Ⅲ,所以包含在12.82 J·cm-2·a-1中,D正确。
4.如图是某湖泊的能量流动图解
[单位:kJ/(m2·a)]。据图分析,下列
相关叙述正确的是( )
A.图中12.5 kJ/(m2·a)的能量仅包
括了生产者的枯枝败叶
B.植食性动物呼吸量与其同化量比值高于肉食性动物
C.流经该生态系统的总能量是各个营养级同化量之和
D.第二营养级用于自身生命活动的能量为44 kJ/(m2·a),第二营养级到第三营养级的能量传递效率约为20%
D
图中12.5 kJ/(m2·a)的数值是指生产者流
向分解者的能量,包括生产者的枯枝败叶
和植食性动物的粪便,A错误;植食性动物
呼吸量和同化量的比值是18.8/62.8≈0.3,肉
食性动物的为7.5/12.6≈0.6,植食性动物呼
吸量与其同化量比值低于肉食性动物,B错误;流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能,是第一营养级的同化量,不是各个营养级同化量之和,C错误;第二营养级用于自身生命活动的能量为62.8-18.8=44 kJ/(m2·a),第二营养级同化量为62.8 kJ/(m2·a),流入第三营养级的能量为12.6 kJ/(m2·a),则第二营养级到第三营养级的能量传递效率为12.6/62.8×100%≈20%,D正确。
5.科学家在研究银泉自然生态系统的能量流动时,统计了各营养级的同化量以及呼吸作用以热能散失的能量(kJ·m-2·a-l)结果如图所示。下列相关叙述正确的是( )
A.输入该生态系统的总能量为各营养级同化量的总和
B.第一营养级与第二营养级之间的能量传递效率为16.2%
C.第二营养级同化的能量的去向还包括其粪便和遗体残骸流向分解者的能量
D.第三营养级用于自身生命活动的能量为180 kJ·m-2·a-1
B
该系统是自然生态系统,所以输入
该生态系统的总能量为生产者固
定的太阳能,A错误;能量传递效率
为相邻两营养级同化量之比,第一营养级与第二营养级之间的能量传递效率为14 110/87 127×100%≈16.2%,B正确;第二营养级粪便中的能量来源于第一营养级同化量中流向分解者的能量,C错误;同化量=呼吸作用以热能散失的能量+用于自身生命活动的能量,所以第三营养级用于自身生命活动的能量为1 591-1 323=268 kJ·m-2·a-1,D错误。
6.研究表明桃园存在桃粉蚜、斑叶螨以及桃潜叶蛾等害虫,还有多种鸟类,各类动物数量保持相对稳定,下列关于桃园生态系统金字塔的叙述,正确的是( )
A.生态金字塔中,每一层代表一个营养级,每一种生物只能属于其中一层
B.数量金字塔呈倒置的金字塔形,塔基生物数量最多,顶部的生物数量最少
C.生物量金字塔为上窄下宽,桃树的生物量大于桃园所有害虫的生物量
D.能量金字塔中,塔基越窄,生态系统的稳定性越高
C
一种生物可能处于多个营养级,所以一种生物在生态金字塔中可能属于多层,A错误;在该桃园生态系统中,数量金字塔呈倒置的金字塔形,塔基生物数量不一定最多,顶部的生物数量不一定最少,例如在食物链桃树→害虫→鸟中,害虫比桃树多,鸟的数目比桃树的数目多,B错误;该生态系统中生产者生物量最多,所以生物量金字塔为上窄下宽,桃树的生物量大于桃园所有害虫的生物量,C正确;能量金字塔中,塔基越窄,表示生产者的能量越少,生态系统稳定性越低,D错误。
7.南方某村庄在插秧不久的稻田中,放养了草鱼和青蛙,形成了“稻—鱼—蛙”立体种养模式,实现了生态效益和经济效益的双赢。下列相关说法正确的是( )
A.鱼和蛙的粪便可为水稻生长提供肥料和能量
B.鱼和蛙不能降低稻田中的害虫、田间杂草的数量
C.鱼和蛙呼吸释放的CO2可供水稻进行光合作用
D.该种养模式可增大生态系统中的能量传递效率
C
鱼和蛙的粪便中的有机物被微生物(分解者)分解,产生二氧化碳和无机盐,可为水稻生长提供肥料,但不能为水稻提供能量,A错误;草鱼以田间杂草为食,青蛙取食田间害虫,故放养鱼和蛙能降低稻田中的害虫、田间杂草的数量,B错误;鱼和蛙呼吸释放的CO2可供水稻进行光合作用,进而提高水稻的光合速率,提高产量,C正确;该种养模式可增大生态系统中的能量利用率,但不能提高生态系统中的能量传递效率,D错误。
8.能量流动是生态系统的功能之一。如图1是生态系统中甲、乙两个营养级的能量流动示意图,图2是某生态系统能量流动过程图解,图3是被地震破坏的某自然保护区在人为干预下恢复的过程中的能量流动图解[能量单位:×103 kJ/(m2·a)]。请据图回答下列问题。
(1)生态系统的结构包括 ,生态系统最基本的生物成分是 。
(2)图1中a~e表示能量值。乙粪便中食物残渣的能量包含在 (填图中字母)中,乙用于自身生命活动的能量值可表示为 (用图中字母和计算符号表示)。
(3)图2中不应存在的箭头是 。图2中 为分解者,理由是
。
生态系统的组成成分和营养结构
生产者
c
a-b
⑦
E
从生产者到各级消费者都有能量流入
(4)图3中A代表 ,为保证各营养级都有较高的输出量,随营养级的升高,输入的有机物应增多,原因是 。
(5)计算可知,图3中肉食性动物需补偿输入的能量值为 ,
在人为干预下能量从第二营养级到第三营养级的传递效率为 。由此可知,图3中流经该生态系统的总能量是 。
呼吸作用以热能的形式散失的能量
能量在流动过程中逐级递减
5×103 kJ/(m2·a)
15.6%
1.17×105 kJ/(m2·a)
(6)由题图可知,下一个营养级不能得到其上一个营养级的全部能量的原因如下:
①各营养级生物体内的大部分能量被 ;②各营养级生物体内的部分能量 ;③还有部分能量被 利用。
呼吸作用消耗
未被利用
分解者
(1)生态系统的结构包括组成成分和营养结构,生态系统最基本的生物成分是生产者。
(2)乙粪便中食物残渣的能量属于甲生物的同化量,故包含在c中,乙用于自身生命活动的能量值等于乙的同化量减去呼吸作用以热能形式散失的能量,也就是a-b。
(3)图2中E为分解者,理由是从生产者到各级消费者都有能量流入E。图2中不应存在的箭头是⑦,因为分解者的能量不能被生产者利用。
(4)图3中A代表呼吸作用以热能的形式散失的能量,为保证各营养级都有较高的输出量,随营养级的升高,输入的有机物应增多,原因是能量在流动过程中逐级递减。
(5)图3中,由植食性动物输入到肉食性动物的能量=(14+2-4-9-0.5)×103 [kJ/(m2·a)]=2.5×103 [kJ/(m2·a)],而肉食性动物输出的能量=(2.1+5.1
+0.05+0.25)×103 [kJ/(m2·a)]=7.5×103 [kJ/(m2·a)],所以肉食性动物需补偿输入的能量值为(7.5-2.5)×103 [kJ/(m2·a)]=5×103 [kJ/(m2·a)]。在人为干预下输入到第二营养级的能量为(14+2)×103 [kJ/(m2·a)]=16×103 [kJ/(m2·a)],所以从第二营养级到第三营养级的传递效率为(2.5×103)÷
(16×103)×100%≈15.6%。流经该生态系统的总能量是生产者通过光合作用固定的太阳能与人为输入能量之和(3+14+70+23+2+5)×103=1.17×105 [kJ/(m2·a)]。
(6)能量在传递过程中逐级递减,主要是由于每一营养级的生物都会因呼吸作用而消耗掉大部分能量,并且各个营养级的生物中总有一部分能量未被利用,还有少部分能量随着动植物的遗体残骸等流向分解者。
[素能培优练]
9.如图表示生物体的同化量在三个主要生命活动间分配的四种情况:①用于与其他物种争夺相同资源所消耗的能量;②用于避免捕食者捕食所消耗的能量;③用于产生下一代所消耗的能量。下列说法错误的是( )
A.甲能量分配模式说明该物种的种群密度呈增大趋势
B.为防治农田鼠害,可引入天敌,使鼠的同化量分配向情况丙转变
C.乙能量分配模式说明该物种与其他物种的生态位有较大重叠
D.为降低某种群的环境容纳量,乙、丙、丁三种能量分配模式能起到相同的效果
答案:D
甲模式为低竞争低捕食,能量主要用于产生
下一代,则后代的数量会增加,甲能量分配模
式说明该物种的种群密度呈增大趋势,A正
确;为防治农田鼠害,可向农田引入其天敌进
行生物防治,营造高捕食的环境,促使鼠的能量分配向情况丙转变,进而降低鼠的环境容纳量,B正确;乙能量大部分都用于竞争,则说明乙生物与其他生物竞争激烈,乙能量分配模式说明该物种与其他物种的生态位有较大重叠,C正确;为降低某种群的环境容纳量,则分配给后代的能量应该较低,所以乙、丙两种能量分配模式能起到相同的效果,D错误。
10.“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,如图为一个小型人工生态农场的模式图,该小型人工生态农场中农作物和鸡的部分能量值如表所示(单位:×104 kJ)。下列说法正确的是( )
项目 净同化量(同化
量-呼吸消耗量) 呼吸
消耗量 流向
分解者 未利用
农作物 110 70 21 58
鸡 8 10 2 3
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1.0×105 kJ
C.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,该人工生态农场提高了能量传递效率
答案:C
生态系统的结构包括生产者、消费者、
分解者、非生物的环境因素及营养结
构(食物链和食物网),A错误;该小型生
态系统的食物链有两条,①农作物→人,②农作物→鸡→人,农作物流向下一营养级的能量为110-21-58=31(单位是×104 kJ,以下皆同),其中农作物流向鸡的能量为鸡的同化量=8+10=18,则农作物流向人的能量为31-18=13;鸡流向下一营养级即人的能量=8-2-3=3,因此,该小型生态系
统通过食物网流向人的能量值为13+3=16,即1.6×105 kJ,B错误;该生态系统中第一营养级(农作物)的同化量为110+70=180,农作物流向下一营养级的能量为110-21-58=31,第一营养级到第二营养级的能量传递效率=31÷180×100%≈17.2%,C正确;与常规农业种植模式相比,该人工生态农场提高了能量的利用率,但不能提高能量传递效率,D错误。
11.绿色植物通过光合作用所制造成的有机物质或固定的能量为生态系统的初级生产量。初级生产量中,有一部分被植物自身的呼吸所消耗(R),剩下的用于植物的生长和繁殖,这部分物质或能量叫净初级生产量(Pn),两者相加(R+Pn)等于总初级生产量(Pg)。如表是某生态系统营养级能量流动分析(单位:千卡/公顷·年),能量从初级消费者流入次级消费者的传递效率为( )
A.11.37%
B.15.15%
C.16.72%
D.4.52%
A
初级消费者是第二营养级,次级消费者
是第三营养级,能量从初级消费者流入
次级消费者的传递效率为第二营养级
所得到的总能量(Pg)与第三营养级得
到的总能量(Pg)的比值,即×100%≈
11.37%,A正确,B、C、D错误。
12.(多选)生态果园与传统果园最大的区别是增加了果园中生物的种类,例如利用果树下光照强度弱、空气湿度高、风速低等环境条件,在两行果树间种植喜湿、喜温、喜半阴的草菇(一种食用菌),或种植生草,还可以向果园中引入鸡、鸭等动物,甚至可以在果园中养殖蚯蚓,以此提高果园的稳定性。下列叙述不正确的是( )
A.光能输入到果树—草菇园的途径是果树和草菇等生产者的光合作用
B.果园中养殖鸡、鸭时,鸡、鸭粪便中的能量可以被果树利用
C.果树种植过程需要治虫,目的是使能量多级利用
D.果树固定的太阳能,一部分在呼吸作用中散失,一部分用于自身生命活动
ABC
草菇是一种食用菌,属于分解者,不能进行光合作用,A错误;鸡、鸭粪便中的有机物被分解者分解成无机物后,可以被果树利用,粪便中的能量最终以热能的形式散失,不能被果树利用,B错误;果树种植过程需要治虫,目的是使能量更多地流向对人类有益的部分,C错误;果树固定的太阳能有两个去路,一部分在呼吸作用中散失,一部分用于自身生命活动,D正确。
13.(多选)(2024·江苏无锡四校调研)某人对某一湖泊进行了生态系统营养级和能量流动情况的调查,调查结果如表所示,其中①②③④分别表示不同的营养级,⑤为分解者。GP表示生物同化作用所固定的能量,NP表示生物体储存的能量(NP=GP-R),R表示生物呼吸消耗的能量。下列叙述正确的是( )
项目 GP NP R
① 15.91 2.81 13.10
② 871.27 369.69 501.58
③ 0.88 0.34 0.54
④ 141.20 62.07 79.13
⑤ 211.85 19.26 192.59
A.该生态系统能量流动的渠道可能是②→④→①→③
B.能量在第三营养级和第四营养级间的传递效率约为5.5%
C.若本生态系统维持现在的能量输入、输出水平,则有机物的总量会减少
D.④营养级GP的去向中,未被利用的能量有一部分残留在该营养级的粪便中
答案:AB
根据食物链中各营养级同化量逐级递减以及传递效率为10%~20%的特点,可判断该生态系统能量流动的渠道可能是②→④→①→③,A正确;能量在第三营养级和第四营养级间的传递效率为0.88÷15.91×100%
≈5.5%,B正确;表中生态系统的能量输出为13.10+501.58+0.54+79.13+
192.59=786.94,小于能量的输入(871.27),故若本生态系统维持现在的能量输入、输出水平,则有机物的总量会增多,C错误;④粪便中的能量,属于上一营养级同化的能量,不属于该营养级同化的能量,D错误。
14.某生态系统主要物种之间的食物关系如图甲,而图乙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。请据图回答下列问题。
(1)图甲的食物网中存在竞争和捕食关系的是 (填图甲中字母)。除图中所示以外,该生态系统的组成成分还应该有_____________
。
(2)假设物种A从B处直接获得的食物占其食物总量的40%。则A增加
10 kg,至少需要B kg。
(3)物种A同化的能量一部分 ,另一部分则用于自身生命活动。
A和C
分解者和非
生物的环境因素
170
通过呼吸作用以热能的形式散失
(4)从图乙中可知,1、2、3三个物种的环境容纳量不同是因为________
(从营养结构或能量流动角度分析)。
(5)水鹿是国家Ⅱ级重点保护野生林栖动物,主要以各种禾草、树叶为食。水鹿在生态系统中属于 (填成分),其粪便中的有机物被分解时,能量从第 营养级流向分解者。采用粪堆现存量计数法对水鹿种群密度进行调查的优点是 。根据现存粪便密度计算水鹿种群密度还需要统计 和
。
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
(初级)消费者
一
对水鹿没有伤害、对其生活干扰小
水鹿平均日排便堆数
粪堆存留时长
(1)图甲中,A以C为食,所以A和C之间存在捕食关系;A和C都以B为食,所以A和C之间还存在竞争关系,即A和C之间同时存在竞争和捕食关系。图甲是某生态系统主要物种之间的食物关系,只包括生产者和消费者,生态系统的组成成分还应该有分解者和非生物的环境因素。
(2)相邻两个营养级之间能量传递效率为10%~20%,A的食物来源有B和C,C又以B为食物,若A增加10 kg,至少需要A的上一营养级10÷20%=50 kg;A从B处直接获得的食物占其食物总量的40%,所以至少需要B的量为50×40%=20 kg,至少需要C的量是50-20=30 kg;C要增加30 kg,则至少需要B的量为30÷20%=150 kg;所以A增加10 kg,至少需要B=20+150=
170 kg。
(3)生物的同化量=呼吸消耗的能量+用于自身生命活动的能量,故物种A同化的能量一部分通过呼吸作用以热能的形式散失,另一部分则用于自身生命活动。
(4)1、2、3三个物种的环境容纳量不同,从营养结构或能量流动角度分析,是因为1、2、3三个物种的营养级不同,营养级越高,获得的能量越少,环境容纳量越小。
(5)水鹿主要以各种禾草、树叶为食,是植食性动物,在生态系统中属于初级消费者,其粪便中的有机物为第一营养级即生产者所同化的能量,所以水鹿粪便中的有机物被分解时,能量从第一营养级流向分解者。水鹿是国家Ⅱ级重点保护野生林栖动物,在调查其种群密度时,可以采用粪堆现存量计数法,该方法对水鹿没有伤害、对其生活干扰小。由于粪堆可能会被微生物分解,根据现存粪便密度计算水鹿种群密度还需要统计水鹿平均日排便堆数和粪堆存留时长。
15.(2024·江苏苏州八校联考)红腹锦鸡是我国特有的鸟类。一般生活在秦岭地区,为山地雉种,主要取食植物的种子,偶尔也会以小型无脊椎动物为食。我国科研人员为研究气候变化对红腹锦鸡潜在地理分布的影响,在四川省及周边地区调查了红腹锦鸡的适宜分布区,并预测未来红腹锦鸡栖息地将向甘肃、陕西等山区不断迁移。回答下列问题。
(1)调查红腹锦鸡的种群密度适合用 法。研究人员发现在红腹锦鸡数量较多的区域,草地的物种多样性更高,试用“收割理论”解释出现该现象的原因:_______________________________________________
。
山区生物群落区别农田生物群落的重要特征为 。
(2)科研人员推测红腹锦鸡会向更高纬度地区迁徙,生境碎片化程度加剧。为更好地保护红腹锦鸡生境,可以在彼此孤立的生境间建立生态廊道,提高红腹锦鸡生境连通性,以利于红腹锦鸡种群间进行 。
标志重捕
红腹锦鸡取食了数量多的植物,避免一种或几种植物在生
态系统中占绝对优势,为其他植物的生长腾出了空间(合理即可)
(群落的)物种组成(不同)
基因交流
(3)研究人员为进一步探究保护红腹锦鸡的方式,对红腹锦鸡秋季繁殖期能量收支及采食量进行研究,结果如表(忽略性别差异,以下均为平均值)。
①红腹锦鸡平均每日同化量为 J,呼吸作用消耗量为 J。
②进一步研究表明,红腹锦鸡的呼吸作用耗散量明显小于以上计算量,推测计算量与实际量存在较大差异的原因可能是_________________
。
9 370
体重
/kg 每日摄
入能量/J 每日粪
便能量/J 每日体重增加
对应能量/J
0.66 62 300 52 930 400
8 970
雌性红腹锦鸡产出
的卵含有的能量未考虑在内
(4)由于资源有限,该区域的不同物种之间会争夺___________________
。山区中的红腹锦鸡和其他动物通过不同的生活方式和食物选择,占据了不同的 ,从而能在同一区域中共存。
食物、栖息地和繁殖
资源
生态位
(1)红腹锦鸡活动能力较强,活动范围较大,因此调查红腹锦鸡的种群密度适合用标志重捕法。在红腹锦鸡数量较多的区域,草地的物种多样性更高,可能是因为红腹锦鸡取食了数量多的植物,避免一种或几种植物在生态系统中占绝对优势,为其他植物的生长腾出了空间。山区生物群落区别农田生物群落的重要特征为物种组成不同。
(2)为更好地保护红腹锦鸡生境,可以在彼此孤立的生境间建立生态廊道,提高红腹锦鸡生境连通性,以利于红腹锦鸡种群间交配繁殖,进行基因交流。
(3)动物的同化量等于摄入量减去粪便中的能量,红腹锦鸡平均每日同化量=62 300-52 930=9 370 J。各级动物的同化量的去向包括呼吸作用的消耗和用于自身生命活动的能量,因此红腹锦鸡呼吸作用消耗量=9 370-400=8 970 J。进一步研究表明,红腹锦鸡的呼吸作用消耗量明显小于以上计算量,推测计算量与实际量存在较大差异的原因可能是没有考虑雌性红腹锦鸡产出的卵含有的能量。
(4)由于资源有限,该区域的不同物种之间会争夺食物、栖息地和繁殖资源。山区中的红腹锦鸡和其他动物通过不同的生活方式和食物选择,占据了不同的生态位,从而能在同一区域中共存。
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