生态系统中能量流动与组成要素关联性的高考压轴题解析

一、能量流动的核心概念与过程

1. 起点与路径

能量流动的起点是生产者固定的太阳能（或化能合成作用固定的化学能），通过光合作用或化能合成作用转化为有机物中的化学能，进入生态系统。流动路径沿食物链（网）进行，依次传递至各营养级（生产者→初级消费者→次级消费者→分解者）。

典型题型：

示例：若生产者固定能量为 (A)，初级消费者摄入能量为 (B)，同化量为 (C)，则 (C = B

ext{粪便量})，而传递效率为 (C/A

imes 100%)（通常为10%~20%）。

陷阱点：分解者的能量来源仅限生产者和消费者的遗体残骸，不参与食物链能量传递。

2. 单向流动与逐级递减

单向性：能量只能从低营养级流向高营养级，不可逆（由热力学第二定律决定）。

递减原因：呼吸消耗（散失为热能）、未利用能量、分解者分解。

常见设问：

分析某生态系统能量金字塔的形态，如森林生态系统（乔木→昆虫）可能呈现倒置的数量金字塔，但能量金字塔始终正置。

二、能量流动与生态系统组成要素的关联性

1. 生产者

核心作用：通过光合作用固定能量，是生态系统能量输入的唯一来源（例外：深海热泉生态系统的化能合成细菌）。

关联考点：

生产者能量去向：自身呼吸消耗、流向分解者、流向初级消费者。

典型情境：若生产者总能量为 (M_1)，初级消费者总能量 (M_2)，需满足 (M_1 > 5M_2) 以维持能量传递效率。

2. 消费者

能量分配：摄入能量 = 同化量（用于生长、繁殖）+ 粪便量（未被同化）。同化量中部分通过呼吸散失，剩余传递至下一营养级或分解者。

压轴题示例：

若某食物链中甲（生产者）数量增加，乙（初级消费者）和丙（次级消费者）的种群数量可能同步增加，但丁（分解者）数量变化需结合具体情境。

3. 分解者

功能：将有机物分解为无机物，能量以热能形式散失，不参与食物链传递。

易错点：分解者不构成营养级，其能量来源是生产者和消费者的遗体残骸。

真题链接：

若某分解者（如微生物）呼吸消耗的能量为 (D)，则其来源于生产者和消费者的同化量之和。

三、高考压轴题常见题型与解题策略

1. 能量流动模型分析

模型解读：

如图示能量流动模型，需明确各字母含义（如 (C

B) 表示生产者净光合作用的放氧量，(A

B) 表示呼吸作用耗氧量）。

解题步骤：

① 确定各营养级能量输入与输出；

② 计算传递效率（不超过20%）；

③ 结合分解者能量来源排除干扰项。

2. 生态金字塔与能量流动关系

类型对比：

能量金字塔：始终正置，反映能量逐级递减。

数量金字塔：可能倒置（如一棵树→大量昆虫）。

生物量金字塔：通常正置，但海洋中浮游植物→浮游动物可能短暂倒置。

真题示例：

夏季草原（草→羊）数量金字塔正置，森林（乔木→昆虫）倒置，答案选A。

3. 综合应用题

情境设计：结合生态工程（如秸秆生产燃料乙醇）考查能量利用率提升的途径。

关键点：缩短食物链、增加分解者利用（如沼气池）。

示例：

若利用作物秸秆生产乙醇，需分析微生物分解作用的能量转化效率及生态意义。

四、解题误区与高分技巧

1. 误区警示：

错误：认为分解者属于某一营养级或参与能量传递。

正解：分解者仅分解有机物，能量以热能形式散失，不进入下一营养级。

2. 高分技巧：

灵活运用“同化量”公式：同化量 = 摄入量

粪便量（注意粪便量属于上一营养级的同化量）。

联系实际情境：如碳循环与能量流动结合，分析温室效应对生态系统的影响。

五、真题演练（模拟高考压轴题）

题目：某湖泊生态系统的能量流动如图所示（单位：百万千焦），回答以下问题：

1. 流经该生态系统的总能量为______，次级消费者的同化量为______。

2. 能量从生产者到次级消费者的传递效率为______%。

3. 若次级消费者数量骤减，短期内生产者数量将如何变化？说明理由。

解析：

1. 总能量为生产者固定的太阳能（111百万千焦）；次级消费者同化量为3.0百万千焦。

2. 传递效率为 (3.0/111

imes 100% ≈ 2.7%)（需判断是否符合10%~20%的规律）。

3. 生产者数量可能先增加（次级消费者减少导致初级消费者数量上升，后因过度摄食而下降），需结合具体模型分析。

总结：能量流动的压轴题需紧扣“单向流动、逐级递减”的特点，结合生产者-消费者-分解者的功能联系，灵活运用模型分析和计算技巧。特别注意分解者的作用边界及能量传递效率的隐含条件。