高中生物第二节生态系统的稳态知识导航苏教版.doc

第二节生态系统的稳态知识梳理1.生态系统中的能量流动（1）生态系统中能量的输入、传递和散失的过程，称为生态系统中的能量流动。（2）生态系统中的能量流动具有单向流动和逐级递减的特点。在农业生产中推广生态农业，研究生态系统能量流动的规律，是为了使生态系统的能量最大限度地流向农作物，因此必须清除杂草。2.生态系统中的物质循环（1）生态系统中的物质循环又称为生物地球化学循环，是指在生态系统中，组成生物体的C、H、O、N、P等化学元素的循环。（2）物质循环依赖于生产者、消费者、分解者之间的相互作用，微生物的分解作用是物质循环的关键环节。能量流动和物质循环都是生态系统的基本功能。尽管能量流动和物质循环的特点不同，但是二者有着密切的联系，它们彼此相互依存，不可分割。能量的固定、储存、转移和释放，都离不开物质的合成和分解等过程。物质作为能量的载体，使能量以有机物中化学能的形式沿着食物链（网）流动；能量作为动力，促进了物质的循环。3.生态系统中的信息以物理信息和化学信息两种形式在种群之间、个体之间进行传递。4.生态系统是一个自我调节系统，一般通过负反馈调节机制来维持生态系统结构和功能的稳定性。生态系统的稳定性是生态系统发展到成熟稳定状态时而具有的一种自稳能力，一般用抵抗力和恢复力来表示这种自稳能力。任何一个生态系统对外界干扰的抵抗都有一定的限度或者阈值，一般来说，生态系统的结构和功能越复杂，其阈值就越高。5.现代生态学研究的主流是对生态系统的研究。当前全球所面临的环境问题和资源问题的解决往往都依赖于对生态系统结构、功能和稳定性的研究。每个生态系统都由生产者、消费者和分解者以及非生物环境组成。生产者固定的物质和能量，通过一系列取食和被食的关系在生态系统中传递。生态系统的能量流动具有两个明显的特点，即沿着食物链单向流动和逐级递减。生态系统中的各种化学元素和化合物沿着特定的途径在非生物环境与生物群落之间反复循环。生态系统的信息通常以物理信息、化学信息、行为信息和营养信息等形式传递。能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的基本功能。生态系统的稳定性一般包括抵抗力和恢复力两个方面。知识导学生态系统的功能是本章的学习重点，学习过程中尽可能利用教科书中的探究活动，在老师的指导下，通过小组讨论，并结合前面已学知识，构建新的知识体系。通过前面的学习我们已经知道生态系统中的生物通过食物关系而形成食物链和食物网。当某一种生物摄取了食物时就能获得生命活动所需的能量，与此同时能量就伴随着物质而流动到下一个营养级，物质循环和能量流动是生态系统的基本功能。在探究活动中注意思考以下几个问题：（1）各个营养级的能量去向有哪些？（2）能量的传递效率是多少？（3）生物间的营养关系能否颠倒？最后通过讨论归纳能量流动的特点，然后请老师斧正。关于物质循环也要通过探究活动“分析生态系统中的碳循环和氮循环”，根据老师提出的自主学习目标，分析插图，描述这两个循环过程。在此基础上进一步分析归纳简化了的模式图，这样便于记忆。生态系统的信息传递是新课程中新增内容，比较抽象，可以通过老师所列举的大量具体实例加以理解。本节还安排了“调查当地生态环境中的主要问题，提出保护建议或行动计划”的活动，目的是将理论知识与环境保护实际行动紧密地联系起来，使我们不仅加深对基础知识的理解，认识到由于人类活动而造成的各种污染对生物的危害，而且将这种认识积极地转变为参与意识和实际行动。疑难突破1.生态系统的能量流动过程有哪些特征？剖析：能量流动是生态系统的重要功能之一。生态系统中的能量流动是从生产者固定太阳能开始的，能量的变化情况是：太阳光能生物体中的化学能热能。因此热能是能量流动的最终归宿。能量是维持生态系统存在和发展的动力。（1）能量流动的起点：生产者，而不是太阳，是从绿色植物把太阳能固定在体内开始的。但生态系统能量的源头是光能。（2）能量流动的渠道：生态系统的营养结构食物链和食物网。（3）流入生态系统的总能量：太阳光能生物体中的化学能热能，及主要是通过食物关系进行，而热能是能量流动的最终点，分解者将流入生态系统的能量最终以热能的形式散失掉。（4）每个营养级的能量来源和能量去路：生产者的能量主要来自太阳光；各级消费者的能量来自上一个营养级，流入各级消费者的总能量是指各级消费者在进行同化作用过程中所同化的物质中含有的能量总和，消费者粪便中所含有的能量不能计入排便生物所同化物质中的能量；分解者的能量来自生产者和消费者。每个营养级的能量去路：一是通过呼吸作用分解一部分有机物，释放能量，供生命活动利用；二是随尸体、排泄物等流入分解者中去；三是有一小部分有机物中的能量流入到下一个营养级中（最后一个营养级除外），这是通过捕食关系进行的。（5）特点：逐级递减和单向流动。逐级递减的原因是：第一，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；第二，各营养级总有一部分生物未被下一个营养级的生物所利用。单向流动的原因是：第一，食物链中各营养级的顺序是不可逆转的，这是长期自然选择的结果；第二，各营养级的能量大部分以呼吸作用产生的热能的形式而散失掉，热能是能量流动的最终归宿。这些能量是不能重复利用的。（6）“林德曼效率”（即“十分之一定律”）：其含义是“在输入到一个营养级的能量中大约只有10%20%的能量流动到下一个营养级”。这里的能量指的是该营养级生物同化的能量。即：能量传递效率=下一个营养级的同化量/上一个营养级的同化量100%。2.生态金字塔有哪些？剖析：（1）能量金字塔生态系统中的能量流动要靠各种有机体来转化和传递。在顺着营养级序列传递时，大部分用于呼吸维持生命活动或被分解者利用，只有一小部分输送给下一营养级。这样便形成了逐渐递减图形，叫能量金字塔。（2）数量金字塔数量金字塔是在生态系统中，每个营养级用有机体的数目来表示。一般来说，向下一个营养级传递时，生物的体形增大，个体数目却减少。如植食动物的数量多，肉食动物少，依次类推。有时候数量金字塔会发生倒塔形。如成千上万的昆虫以一株树为生，数量金字塔就发生颠倒。（3）生物量金字塔生物量金字塔是以单位空间内各营养级的生物量为指标制作的金字塔。它也可能出现倒金字塔，这是因为在湖泊、海洋生态系统中生产者由于寿命较短，因此某一时间的量（干重）远远小于它的光合作用实际合成的有机物量。3.生态系统的能量流动与物质循环的关系剖析：见下表项目能量流动物质循环形式以有机物的形式流动以元素形式流动过程沿食物链（网）单向流动在无机环境生物群落间往复循环范围生态系统各营养级全球性特点单向流动、逐级递减反复出现、循环流动联系能量的固定、转移、释放离不开物质的合成和分解物质是能量沿食物链（网）流动的载体能量是物质在生态系统中往复循环的动力总之，二者互为因果、相辅相成，具有不可分割的联系生态系统中的各种组成成分非生物环境、生产者、消费者和分解者，正是通过能量流动和物质循环，才紧密地联系在一起，形成一个统一的整体的，图解如下：4.生态系统的信息传递是如何进行的？剖析：日常生活中，一般可以传播的消息、情报、指令、数据与信号等称作信息。类别概念传递形式实例物理信息生态系统中的光、声、温度、湿度、磁力等，通过物理过程传递的信息物理过程萤火虫的闪光、植物五颜六色的花化学信息生物在生命活动过程中，自身产生的可以传递信息的化学物质信息素昆虫的性外激素、狗利用其小便记录行为信息对于同种或异种生物能够通过其特殊行为特征传递的信息植物或动物的异常表现及行为昆虫的舞蹈5.生态系统的稳定性有什么特点？剖析：生态系统的稳定性是其结构与功能发展协调的重要标志。生态系统的稳定性是生态系统发展到一定阶段的产物，或者说生态系统发展到成熟稳定状态时而具有的一种自稳能力。要注意从五个方面进行理解：（1）生态系统的稳定状态只是相对的，因为其结构和功能总是处于动态变化中；（2）生态系统的稳定是系统发展的结果（发展到成熟状态）；（3）生态系统的结构是相对稳定的，生态系统中动植物种类及数量一般不会有太大的变化；（4）生态系统的功能是相对稳定的，生物群落的物质输入与物质输出相对平衡，能量输入与输出相对平衡；（5）生态系统的稳定性可以被打破和重建，在遵循生态系统规律的前提下，可依据人类的需要，打破原有平衡，建立更高效的生态平衡。典题精讲例1下图为某生态系统中能量传递示意图，请完成问题：（1）流经此生态系统的总能量是_kJ。（2）从A到B和从B到C的能量传递效率分别为_和_。（3）欲使C增加3 kg，至少需A_ kg。（4）能够保证此生态系统进行生物地化循环正常进行的是图中的_。思路解析：流经生态系统的总能量是该生态系统中生产者所固定的太阳能的总量，题中A是生产者，其固定的总能量为1 670 kJ。这部分能量通过生产者流向四个方向：一是生产者本身生命活动的消耗；二是枯枝败叶和死亡后的尸体被微生物分解而将其能量释放；三是被下一个营养级的生物所同化；四是储存在自身。在教材上能量沿食物链的传递效率为1020是一个平均效率，在不同的食物链和在同一条食物链的不同营养级之间的具体传递效率不一定是相同的，要用具体的数值来作具体的计算。在本题中能量从A传到B的传递效率为：100%=16%；从B传到C的传递效率为100%=15%。在计算C增3 kg至少需要消耗A多少千克时，应按实际的传递效率计算，即3 kg1516=125 kg。在一个生态系统中生产者是主要的成分，因为它能将光能转变成化学能并让其流入生态系统的生物群落中，并把无机物转变成有机物，使无机物进入生物群落。一个生态系统中的不可缺少的成分是分解者，因它能将动植物尸体、残落物和排泄物中复杂的有机物转变成简单的无机物重新回到无机环境中，从而使物质循环得以顺利进行。答案：（1）1 670（2）16%15%（3）125（4）D黑色陷阱：解决此类问题的关键是搞清楚每个营养级的能量到底是哪一部分，千万不要简单将“各去向”相加，当成总能量，实际上还有一部分是未利用的，储存在自身。变式训练 假设在一定时间内某个生态系统的全部生产者所固定的太阳能总值为A，全部消费者所利用的能量值为B，全部分解者所利用的能量总值为C，则A、B、C三者的关系是（A.ABCB.ABCC.ABCD.ABC答案：C例2一片树林中，树、昆虫和食虫鸟类的个体数比例关系如右图所示。下列选项能正确表示树、昆虫、食虫鸟之间的能量流动关系的是（选项方框面积表示能量的大小）（）思路解析：题目给出的是树、昆虫、食虫鸟三者的生物个体数量金字塔，要求从选项中选出树、昆虫和食虫鸟三者的能量金字塔。数量金字塔是以生态系统中每一营养级的生物个体数目为指标绘制的，有时会倒置，本题就是一个实例。而能量金字塔通常是不会倒置的，也就是说，生态系统中能量流动逐级递减的规律是普遍适用于各种生态系统的。本题中尽管昆虫的数目较多，但个体却很少，所含的能量也少。所以三者之间的能量流动关系应该是沿食物链树昆虫食虫鸟中营养级的顺序逐级递减。答案：C绿色通道：生态系统中能量流动逐级递减的规律是普遍适用于各种生态系统的，能量金字塔通常不会倒置。数量金字塔是以生态系统中每一营养级的生物个体数目为指标绘制的，有时会倒置，做此题时容易不假思索地错选为A，从而把数量金字塔和能量金字塔混为一谈。变式训练 倒置的生物种群数量金字塔适于描述（）放牧牛、羊的草原放养家鱼的池塘松毛虫成灾的松树鼠害泛滥的草地蚜虫聚集的果树A.B.C.D.答案：D例3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）所含有机物的含量如下图所示。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、丁的种群数量增加思路解析：本题考查的主要知识是对食物链、食物链中各营养级、各营养级之间的“能量金字塔”关系，种群数量及其制约因素的认识。从四种生物有机体含量的多少可以判断出此食物链为：丙甲乙丁。所以，如果生物乙数量增多，它要取食的生物甲的数量就会下降，但是以乙为生物的生物丁的数量会增加。同时，由于甲的数量减少，减少了对丙的取食，所以丙的数量会增多。D选项最合理。答案：D绿色通道：通过图示能将有关知识量变、质变以及内在联系表示出来。学习中要学会读懂模式图、示意图和图解，理解图、表的主要内容及特征，并对自然科学基础知识能够用适当的形式（文字、图或表）进行表达。如画出食物链、生物间的关系，补充完善物质循环图等。变式训练 狼在美国西部原来是一种常见的动物，后来由于农场为了安全而大量捕杀，于20世纪初基本灭绝。1996年，美国从欧洲重新引进狼，并放生于荒野。这主要是为了（）A.发展观光旅游业，吸引游客B.使本地的生态系统更加健康C.捕食那些对农业生产有害的动物D.防止草原鼠害思路解析：生态系统中各生物之间相互影响、相互制约，丰富的生物种类和复杂的营养结构是生态系统稳定和健康发展的前提。答案：B例4 下列能提高一个生态系统的稳定性的措施是（）A.减少捕食者和寄生物数量B.使生产者和消费者的数量保持平衡C.增加物种的数目D.限制一个演替过程思路解析：A项减少捕食者和寄生物数量不仅减少了生态系统的物种数目，而且干扰甚至破坏所有的生态系统，增加了生态系统的不稳定性。B项使生产者和消费者的数量保持平衡，只能保持生