生态系统的结构与能量流动 专项训练-2025年高考生物一轮复习（新高考专用）

专题30生态系统的结构与能量流动

考点分布1重点难点备考指南

掌握生态系统的组成成分有哪些。

1.生态系统的组成成分1.生态系统的结构

理解掌握生态系统的营养结构。

2.生态系统的营养结构2.生态系统中物质循环和能量

掌握生态系统能量流动的特点

3.生态系统的能量流动流动的基本规律及应用

理解掌握生态系统能量流动的相关计算

考点一生态系统的结构

1、生态系统的概念：在一定的空间内，由生物群落与它的非生物环境相互作用而形成的整

体。

2、地球最大的生态系统是生物圈。

3、生态系统的结构由生态系统的组成成分和营养结构构成。

4、生态系统的功能有物质循环、能量流动、信息传递。

5、生态系统的组成成分有非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者。

6食物链：生态系统中各种生物之间由于捕食关系形成的一种联系。食物链中生产者属于第

一营养级，消费者所处营养级不固定；一般不会超过五个营养级。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。

7、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萱卷关系。

生态系统中，一种绿色植物可能是多种植食性动物的食物，而一种植食性动物既可能吃多种

植物，也可能被多种肉食性动物所食。食物网是生态系统能量流动和物质循环的渠道。

同一种消费者在不同的食物链中，可以占据不同的营养级。

1、生态系统的组成成分

(1)各成分的作用及地位

非生物的物质

项目生产者消费者分解者

和能量

阳光、热能、水、自养生物，主要是异养生物，主主要是营腐生生活的

实例

空气、无机盐等绿色植物要是动物细菌和真菌

生物群落中物将无机物转化为有

加速生态系统分解动植物的遗体和

作用质和能量的根机物，并将能量储

的物质循环动物的排遗物

本来源存在有机物中

生态系统最活

地位——生态系统的基石生态系统的关键成分

跃的成分

(2)相互关系

非生物的物质和能量

残枝败叶、遗体(祠氤)

生产者和分解者是联系生物群落和无机环境的两大“桥梁”。

对生态系统成分认识的4个误区

错误说法特例

硝化细菌是自养生物，属于生产者；

细菌都是分解者

寄生细菌如结核杆菌属于消费者

以动植物遗体为食的腐食性动物属于

动物都是消费者

分解者，如秃鹫、蚯蚓、蜕螂等

硝化细菌等自养生物也是生产者，正

生产者都是绿色植物

确的说法是生产者主要包括绿色植物

植物都是生产者菟丝子营寄生生活，属于消费者

1、构建食物链(网)的方法

(1)根据种群数量变化曲线图构建

图1

①分析依据：先上升、先下降者为被捕食者。

②食物链：乙一丙一甲（图1）。

（2）根据所含能量（生物量）构建

三2.

的28(.

.24(.

黑8

1.

察16(n

三2(

8(

「

fc4(中

乙丙丁生物种类

图2图3

①分析依据：根据相邻两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可形成一条食物链：丙一甲一乙一丁；

/甲\

丙乙

图3生物可形成食物网：、丁/o

（3）根据重金属、农药的含量构建食物网

某相对稳定的水域生态系统中食物网主要有甲、乙、丙、丁、戊5个种群，各种群生物体内

某重金属的含量如表所示。已知水中的该重金属被生物体吸收后难以通过代谢排出体外。假

设在这5个种群构成的食物网中，消费者只能以其前一个营养级的所有物种为食。

种群甲乙丙T戊

0.0030.0030.030.03

重金属含量（Ug/kg鲜重）0.34

7656

①信息：重金属（农药、一些难于降解的物质）随着食物链富集，营养级越高，含量越高，甲、

乙中重金属含量差别不大，所以处于同一营养级，同理，丙、丁处于同一营养级。

一/X戊

②食物网如图所示：乙一"To

2、食物链（网）中生物数量变动的分析方法

（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数量都

会减少，简单记为“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，其数量会先增加

后减少，最后趋于稳定，简单记为“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，则某种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。

典例1.（2020•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，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

【答案】A

【解析】有些动物属于分解者，如蜕螂等，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。

典例2.（2020•江苏南京六校联考）下图表示某生态系统中构成一条食物链的甲、乙、丙、

丁4个种群的数量变化，下列说法错误的是（）

A.甲种群在该食物链中是次级消费者，第三营养级

B.ab段甲种群数量下降的原因是乙减少，丙增多

C.甲、乙、丙、丁4个种群占据不同的位置，体现了群落的空间结构

D.由于丁种群在4个种群中相对数量最多，所以其丰富度最大

【答案】D

【解析】甲、乙、丙、丁4个种群之间是捕食关系，被捕食者先增加先减少，捕食者后增加

后减少，所以由这4个种群构成的食物链为丁一乙一甲一丙。甲种群在该食物链中是次级消

费者，第三营养级，A正确；ab段乙种群数量减少、丙种群数量增多，导致甲种群数量下降,

B正确；丰富度是指群落中物种数目的多少，D错误。

考点二生态系统的能量流动

知识梳理

1、能量流动是指生态系统中能量输入、传递、转化、散失的过程。

2、流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能总量。能量的源头是太阳能。

3、能量的输入是通过光合作用和化能合成作用。

4、能量在食物链和食物网中以有机物中的化学能的形式进行传递。

5、生态系统中的能量流动和转化遵循能量守恒定律。流入生态系统的能量一部分储存在生

物体有机物中,而另一部分通过生物的幽作用以热能的形式散失至无机环境中，两部分之

和与流入生态系统的能量相等。

6、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约为10%〜

20%)o

(3)研究意义

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

1、第一营养级能量流动

注：生产者固定的太阳能即第一营养级的同化量，一部分能量用于呼吸消耗，余下的用于自

身的生长、发育和繁殖，即积累有机物中的能量。

2.第二营养级及其后营养级能量流动

粪便初级消费

(c)者摄入(a)

初级消费

者同化(b)呼

吸

分

作

解

用

者遗体

利用于生长、发.

散

用育和繁殖(e)

⑺失

呼作次级消费

吸用者同化(i)

散失：

(1)由上图分析可知

①输入该营养级的总能量是指图中的灰填字母)。

②粪便中的能量(C)不属于该营养级同化的能量，应为上一个营养级同化的能量中流向分解

者的部分。

③初级消费者同化的能量(6)=呼吸消耗的能量(初十用于生长、发育和繁殖的能量(e)。

④生长、发育和繁殖的能量(e)=分解者利用的能量(f—c)+下一营养级同化的能量(/)+未

被利用的能量(力。

(2)总结：①摄入量=同化量+粪便量。

—a.通过呼吸作用以热能形式散失

②各营养—b.被下一营养级同化

级同化量一

的去路一c.被分解者利用

一d.未被利用

其中最高营养级无b(填字母序号)

(2)家兔粪便中的能量不属于家兔同化量，但尿液中(如尿素)所含能量属于家兔同化量的一

1.各营养级能量流动分析

(1)植物光合作用与同化量之间的关系：真光合作用量=同化量，净光合作用量=用于生长、

发育和繁殖的能量(因为：真光合作用量=净光合作用量+呼吸消耗量；同化量=呼吸消耗

量+用于生长、发育和繁殖的能量)。

(2)动物摄入量与同化量之间的关系：摄入量=动物的同化量+粪便量，即摄入的食物只有

一部分被同化。

(3)流入一个营养级的能量是指这个营养级的同化量。

⑷某营养级同化量的“2个”“3个”“4个”去路

①“2个”去路：同化量=呼吸消耗量+用于生长、发育和繁殖的能量。

②“3个”去路（定量不定时，在足够长的时间内能量的最终去路）：同化量=呼吸消耗量十

流向分解者的能量+下一营养级的同化量。

③“4个”去路（定量定时，即流入某营养级的一定量的能量在一定时间内的去路）：同化量

=呼吸消耗量+流向分解者的能量+下一营养级的同化量+未利用的能量。

注：最高营养级的生物去掉下一营养级的同化量。

（5）未利用的能量：包括生物每年的积累量和动植物遗体以化石燃料的形式被储存起来的能

量。

2.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

少高

高

、

<少△高息

生.

K.营

吕

物

养

形状养

量/

级

级

多

多

低

氐多低

每一阶每一营养级生物所含能每一营养级生物所含

每一营养级生物个体的数量

含义量的多少的有机物总量

一般情况下，生物个体数量在一般情况下，生物体内

象征能量沿食物链流动过程

食物链中随营养级升高而逐有机物的总量随营养

含义中具有逐级递减的特点

级递减级升高而逐级递减

一般为正金字塔形，但可能出

特征正金字塔形现“倒置”，如“树一昆虫一一般为正金字塔形

鸟”

3.能量流动相关计算

（1）能量流动中的最值计算

41n①求"最多"则能量按"最高”值20%流动（先知1

（匕知）②求“最少”则能量按“最低”值10%流动*）

较低营养级-=较高管养级

（未知）①求"最多"则能量按“最低”值10%流动（已知）

'②求"最少”则能量按“最高”值20%流动

（2）能量流动中的定值计算

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MXa%Xb%Xc%。

②如果是在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物获得能量，且各途径所获得

的生物量比例确定，则需按照各单独的食物链进行计算后合并。

典例1.（2020•山东聊城模拟）如图表示在某生态系统中，能量流经第二营养级的示意图。

对该图分析不合理的是（）

A.能量流动是伴随着物质利用进行的

B.图中甲为初级消费者同化的能量，即第二营养级所含有的能量

C.该图不够完善，缺少甲中因呼吸作用以热能形式散失的能量

D.乙比甲的能量少的原因主要是甲的遗体、残骸中的能量被分解者利用而未传递下去

【答案】D

【解析】在生态系统的能量流动过程中，物质是能量流动的载体，能量是物质循环的动力，

能量流动是伴随着物质利用而进行的，A正确；因为该图表示能量流经第二营养级示意图，

所以甲为初级消费者同化的能量，即第二营养级所含有的能量，B正确；该图不够完善，没

有标出甲中因呼吸作用散失的能量，C正确；乙比甲的能量少的原因是呼吸作用消耗了很多

的能量，D错误。

典例2.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()

甲------►丙

、乙/

A.1.375倍B.1.875倍

C.1.273倍D.0.575倍

【答案】A

【解析】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弓)a+10%+10%+(g)a+10%=55a；改变食物比例后的丙的能量

91

设为b,则需要甲提供的能量为(§)b+10%+(§)b+10%+10%=40b,根据题意可得：55a=

40b,b/a=1.375。

＜易混辨析＞

生态系统结构分析的3个易错点

(1)并非所有生态系统的成分都参与构成食物链或食物网。因为食物链起点是生产者，终

点是不被其他动物所食的动物(最高营养级)，所以非生物的物质和能量、分解者这两种成

分不参与构成食物链或食物网。

(2)同一种消费者在不同食物链中，可以占据不同的营养级。

(3)在食物网中，两种生物之间的种间关系可出现多种，如狼和狐之间既有捕食关系，又

有竞争关系。

<:真题速递:>

1.（2023•全国•统考高考真题）在生态系统中，生产者所固定的能量可以沿着食物链传递,

食物链中的每个环节即为一个营养级。下列关于营养级的叙述，错误的是（）

A.同种动物在不同食物链中可能属于不同营养级

B.作为生产者的绿色植物所固定的能量来源于太阳

C.作为次级消费者的肉食性动物属于食物链的第二营养级

D.能量从食物链第一营养级向第二营养级只能单向流动

【答案】C

【解析】A、杂食动物既会捕食植物，又会捕食动物，如果捕食植物，就是第二营养级，捕

食动物，就是第三营养级或更高营养级，所以不同食物链中的动物会处于不同的营养级，A

正确；

B、绿色植物进行的是光合作用，能量来源于太阳，B正确；

C、次级消费者是第三营养级，初级消费者是第二营养级，第一营养级是生产者，C错误；

D、因为第一营养级是植物，第二营养级是动物，食物链是单向的，能量流动也就是单向的，

D正确。

故选C。

2.（2023•山东•高考真题）某浅水泉微型生态系统中能量情况如表所示，该生态系统中的

初级消费者以生产者和来自陆地的植物残体为食。下列说法正确的是（）

生产者来自陆地的植初级消费初级消费者初级消费者呼

固定物残体者摄入同化吸消耗

90428413.53

A.流经该生态系统的总能量为90义IO,j/（加？.a）

B.该生态系统的生产者有15%的能量流入下一营养级

C.初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量为10.5X10]/（m'a）

D.初级消费者粪便中的能量为70.5X105j/（m：a）,该能量由初级消费者流向分解者

【答案】C

【解析】A、该生态系统中的初级消费者以生产者和来自陆地的植物残体为食，因此可知，

流经该生态系统的总能量为生产者固定的太阳能和来自陆地的植物残体中的能量，即

90+42=132X105J/（m2•a）,A错误；

B、表格中没有显示生产者流入到初级消费者的能量，因此无法计算有多少能量流入下一营

养级，B错误；

C、初级消费者同化量为13.5X1（）5J/（m2%），初级消费者呼吸消耗能量为3Xl（/j/（m2.

a）,因此初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量=同化量-呼吸消耗能量=10.5XlO'j/52

,a）,C正确；

D、初级消费者摄入量包括粪便量和次级消费者同化量，同化量又包括呼吸作用以热能形式

散失的量和用于生长、发育和繁殖的量，生长、发育和繁殖的量又分为流向下一营养级的量

和被分解者利用的量，因此初级消费者粪便中的能量不会由初级消费者流向分解者，D错误。

故选C。

3.（2022•江苏•统考高考真题）采用原位治理技术治理污染水体，相关叙述正确的是（）

A.应用无土栽培技术，种植的生态浮床植物可吸收水体营养和富集重金属

B.为了增加溶解氧，可以采取曝气、投放高效功能性菌剂及其促生剂等措施

C.重建食物链时放养蚌、螺等底栖动物作为初级消费者，摄食浮游动、植物

D.人为操纵生态系统营养结构有利于调整能量流动方向和提高能量传递效率

【答案】A

【解析】A、根据生态浮床的原理可知，以水生植物为主体，运用无土栽培技术原理，以高

分子材料等为载体和基质，应用物种间共生关系，充分利用水体空间生态位和营养生态位，

从而建立高效人工生态系统，通过吸收水中的N、P等植物生长所必须的营养元素，削减富

营养化水体中的N、P及有机物质，此外，植物还起富集水中重金属的作用，A正确；

B、采取曝气可以增加水体的溶氧量，但是投放高效功能性菌剂及其促生剂等措施会导致耗

氧量增加，B错误；

C、蚌、螺等底栖动物作为初级消费者，主要摄食有机碎屑和藻类等，有效降低水体中富营

养物质的含量，C错误；

D、根据生态系统的能量流动，调整生态系统营养结构有利于调整能量流动方向，使能量持

续高效地流向对人类有益的部分，提高能量的利用率，但是不能改变能量传递效率，D错误。

故选Ao

4.（2022•山东•高考真题）某地长期稳定运行稻田养鸭模式，运行过程中不投放鸭饲料，

鸭取食水稻老黄叶、害虫和杂草等，鸭粪可作为有机肥料还田。该稻田的水稻产量显著高于

普通稻田，且养鸭还会产生额外的经济效益。若该稻田与普通稻田的秸秆均还田且其他影响

因素相同，下列说法正确的是（）

A.与普通稻田相比，该稻田需要施加更多的肥料

B.与普通稻田相比，该稻田需要使用更多的农药

C.该稻田与普通稻田的群落空间结构完全相同

D.该稻田比普通稻田的能量的利用率低

【答案】A

【解析】A、该稻田生态系统的营养结构更复杂，其水稻产量还显著高于普通稻田，而运行

过程中不投放鸭饲料，因此与普通稻田相比，该稻田需要施加更多的肥料，A正确；

B、鸭取食害虫和杂草等，可以减少农药的使用，B错误；

C、该稻田增加了鸭子使得群落的物种组成不同，因此该稻田与普通稻田的群落空间结构不

完全相同，C错误；

D、该稻田的水稻产量显著高于普通稻田，且养鸭还会产生额外的经济效益，与普通稻田相

比，该稻田的能量利用率高，D错误。

故选Ao

5.（2022•浙江•高考真题）生态系统的营养结构是物质循环和能量流动的主要途径。下列

叙述错误的是（）

A.调查生物群落内各物种之间的取食与被取食关系，可构建食物链

B.整合调查所得的全部食物链，可构建营养关系更为复杂的食物网

C.归类各食物链中处于相同环节的所有物种，可构建相应的营养级

D.测算主要食物链各环节的能量值，可构建生态系统的能量金字塔

【答案】D

【解析】A、生物群落中各物种间通过捕食关系建立食物链，A正确；

B、错综复杂的食物链构成食物网，B正确；

C、营养级是指物种在食物链中的位置，C正确；

D、测算全部食物链各环节的能量值，可构建生态系统的能量金字塔，D错误。

故选Do

6.（2020•山东，24）与常规农业相比，有机农业、无公害农业通过禁止或减少化肥、农药的

使用，加大有机肥的应用，对土壤生物产生了积极的影响。某土壤中部分生物类群及食物关

系如图所示，三种农业模式土壤生物情况如表所示。

捕食性线虫

/、

植食性线虫食细菌线虫

I

植物的根系腐生细菌

取样深度（cm）农业模式生物组分（类）食物网复杂程度（相对值）

常规农业151.06

0-10有机农业191.23

无公害农业171.10

10〜20常规农业131.00

有机农业181.11

无公害农业161.07

(1)土壤中的线虫类群丰富，是土壤食物网的关键组分。若捕食性线虫为该土壤中的最高营

养级，与食细菌线虫相比，捕食性线虫同化能量的去向不包括O

某同学根据生态系统的概念认为土壤是一个生态系统，其判断依据是

(2)取样深度不同，土壤中生物种类不同，这体现了群落的结构。由表中数据可知，

土壤生态系统稳定性最高的农业模式为,依据是

(3)经测定该土壤中捕食性线虫体内的镉含量远远大于其他生物类群，从土壤生物食物关系

的角度分析，捕食性线虫体内镉含量高的原因是

⑷植食性线虫主要危害植物根系，研究表明，长期施用有机肥后土壤中植食性线虫的数量

减少，依据图中信息分析，主要原因是

【答案】(D流入下一个营养级土壤是由各类土壤生物组成的生物群落和无机环境相互作

用而形成的统一整体

(2)垂直有机农业生物组分多，食物网复杂程度高

(3)镉随着食物链的延长逐渐积累

(4)长期施用有机肥后腐生细菌增加使食细菌线虫增加，从而引起捕食性线虫增加，植食性

线虫因被大量捕食而减少，其减少量多于其因植物根系增长而增加的量

【解析】(1)捕食性线虫处于最高营养级，其捕食食细菌线虫，根据能量流动的过程分析,

捕食性线虫与食细菌线虫相比，捕食性线虫同化的能量不会流入下一营养级。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。土壤中各种生物组成的生物群落及其

生活的无机环境组成一个统一整体，所以土壤是一个生态系统。(2)取样深度不同，土壤中

生物种类不同，这体现了群落的垂直结构，土壤中生物种类和食物网的复杂程度决定了生态

系统的稳定性，生物组分越多，食物网越复杂，生态系统的抵抗力稳定性越高，表中数据说

明有机农业的生物组分多、食物网复杂，其稳定性最高。(3)生态系统中，一些有害物质如

铅、汞、铜等重金属和某些杀虫剂，可以通过食物链在生物体内不断积累，使其浓度随着营

养级级别的升高而逐渐增加，这种现象叫生物富集。镉等有害物质随食物链延长逐渐积累,

处于最高营养级的生物中镉含量最多。（4）长期施用有机肥后，土壤中的腐生细菌大量增加,

导致食细菌线虫数量增加，引起捕食性线虫大量增加，从而使植食性线虫因被大量捕食而数

量减少，其减少量多于其因植物根系增长而增加的量。

7.（2021•北京•统考高考真题）北大西洋沿岸某水域生活着多种海藻和以藻类为食的一

种水虱，以及水虱的天敌隆头鱼。柏核藻在上世纪末被引入，目前已在该水域广泛分布，数

量巨大，表现出明显的优势。为探究柏枝藻成功入侵的原因，研究者进行了系列实验。

⑴从生态系统的组成成分划分，柏枝藻属于。

⑵用三组水箱模拟该水域的环境。水箱中均放入柏核藻和甲、乙、丙3种本地藻各0.5

克，用纱网分区（见图1）；三组水箱中分别放入0、4、8只水虱/箱。10天后对海藻称重,

结果如图2,同时记录水虱的分布。

£

°无水虱组

口4只水虱组

S0..4■8只水虱组

进

1出2

60.

水

◊水S

T•>川

口

口Is

-s

.2

图1图2

①图2结果说明水虱对本地藻有更强的取食作用，作出判断的依据是：与没有水虱相比，在

有水虱的水箱中，o

②水虱分布情况记录结果显示，在有水虱的两组中，大部分水虱附着在柏枝藻上，说明水虱

对所栖息的海藻种类具有o

（3）为研究不同海藻对隆头鱼捕食水虱的影响，在盛有等量海水的水箱中分别放入相应的实

验材料，一段时间后检测，结果如图3（甲、乙、丙为上述本地藻）。

％(

)

柳

世

州

后

喃

郭

该实验的对照组放入的有。

（4）研究发现，柏枝藻