第3章生态系统及其稳定性（原卷版）

第3章生态系统及其稳定性目录第一节生态系统的结构考点1生态系统各组成成分的功能及之间的关系考点2食物链和食物网第二节生态系统的能量流动考点1能量流动考点2分析“赛达伯格湖能量流动图解”考点3生态金字塔比较考点4有关能量流动第三节生态系统的物质循环考点1碳循环及温室效应考点2能量流动与物质循环的关系第四节生态系统的信息传递考点1生态系统中信息的种类、作用及应用第一节生态系统的结构考点1生态系统各组成成分的功能及之间的关系生态系统四种成分的联系如下图所示：由上图可知：非生物的物质和能量是生态系统中生物群落的物质和能量的最终来源。生产者是生态系统中唯一能把非生物的物质和能量转变成生物体内的物质和能量的成分。可以说，生产者是生态系统的基石。消费者的功能是加快生态系统的物质循环，对于植物的传粉和种子传播等有重要作用。从物质循环角度看，分解者在生态系统中起枢纽作用。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。其中生产者为主要成分。1.无机环境是生态系统的非生物组成部分，包含阳光以及其它所有构成生态系统的基础物质，如水、无机盐、空气、有机质、岩石等。（吴人坚[14]131）阳光是绝大多数生态系统直接的能量来源，水、空气、无机盐与有机质都是生物不可或缺的物质基础。（稳态与环境[15]第90页）2.生产者主要是绿色植物，还包括化能合成细菌与光合细菌，它们都是自养生物。植物与光合细菌利用太阳能进行光合作用将太阳能转变为化学能，将无机物转化为有机物，不仅供自身生长发育的需要，也是其他生物类群的食物和能源的提供者。化能合成细菌利用某些物质氧化还原反应释放的能量将无机物转化为有机物的，自养微生物也是生产者。3.分解者是异养生物。指生态系统中细菌、真菌等具有分解能力的生物，也包括某些原生动物和小型无脊椎动物、异养生物。它们能把动、植物残体中复杂的有机物，分解成简单的有机物，释放在环境中，供生产者再一次利用，完成物质的循环，其作用与生产者相反。4.消费者是以动植物为食的异养生物，消费者的范围非常广，包括几乎所有动物和部分微生物。它们通过捕食和寄生关系在生态系统中传递能量。以生产者为食的消费者被称为初级消费者，以初级消费者为食的被称为次级消费者，其后还有三级消费者与四级消费者。思考1：所有的植物都是生产者吗？多数为生产者，也有消费者思考2:动物是否就是消费者?多数为消费者，也有分解者(食腐动物)思考3：是不是所有的细菌、真菌都是分解者？既有生产者：硝化细菌、铁细菌等

也有消费者：肺炎双球菌、根瘤菌

还有分解者：枯草杆菌、蘑菇等【例1】下列有关生态系统成分的叙述，正确的是（）A.自养生物都是生产者，是生态系统的主要成分

B.动物都属于消费者，其中食草动物处于第三营养级

C.寄生在人和动物体内的细菌是异养生物，在生态系统中属于分解者

D.生物圈是最大的生态系统，组成生物圈的成分就是生活在地球上所有生物考点2食物链和食物网生态系统中的生物种类繁多，并且在生态系统分别扮演着不同的角色，根据它们在能量和物质运动中所起的作用，可以归纳为生产者、消费者和分解者三类。生产者所固定的能量通过一系列取集群被取食关系在生态系统中传递，生物之间存在的这种单向营养关系就是食物链。食物链又称营养链，生态系统中各种生物为维持其本身的生命活动，必须以其他生物为食物的这种由生物联结起来的链锁关系。这种摄食关系，实际上是太阳能从一种生物转到另一种生物的关系，也即物质能量通过食物链的方式流动和转换。由于能量传递过程中会损失大量能量，所以食物链通常由45个环节组成。食物链中不同环节的生物其数量相对恒定，以保持自然平衡。按照生物与生物之间的关系可将食物链分为捕食链、腐食链和寄生链。食草动物称为初级消费者，它们吞食植物而得到自己需要的食物和能量。食草动物又可被食肉动物所捕食，这些食肉动物称为次级消费者，一些捕食小型食肉动物的大型食肉动物称为三级消费者，以此类推，就是四级消费者。在生态系统中生物之间实际的取食和被取食关系并不象食物链所表达的那么简单，一个生态系统中常存在着许多条食物链，由这些食物链彼此相互交错连结成的复杂营养关系为食物网。食物网能直观地描述生态系统的营养结构，是进一步研究生态系统功能的基础。例如，DDT等农药对生态系统中可能波及的生物及DDT在系统中的转移，可通过食物网结构进行预估。一个复杂的食物网是使生态系统保持稳定的重要条件，一般认为，食物网越复杂，生态系统抵抗外力干扰的能力就越强，食物网越简单，生态系统就越容易发生波动和毁灭。因此，在一个具有复杂食物网的生态系统中，一般也不会由于一种生物的消失而引起整个生态系统的失调，但是任何一种生物的灭绝都会在不同程度上使生态系统的稳定性有所下降。当一个生态系统的食物网变得非常简单的时候，任何外力（环境的改变）都可能引起这个生态系统发生剧烈的波动。苔原生态系统是地球上食物网结构比较简单的生态系统，因而也是地球上比较脆弱和对外力干扰比较敏感的生态系统。虽然苔原生态系统中的生物能够忍受地球上最严寒的气候，但是苔原的动植物种类与草原和森林生态系统相比却少得多，食物网的结构也简单得多，因此，个别物种的兴衰都有可能导致整个苔原生态系统的失调或毁灭，例如，如果构成苔原生态系统食物链基础的地衣因大气中二氧化硫含量超标而导致生产力下降或毁灭，就会对整个生态系统产生灾难性影响。北极驯鹿主要以地衣为食，而爱斯基摩人主要以狩猎驯鹿为生。正是出于这样的考虑，自然保护专家们普遍认为，在开发和利用苔原生态系统的自然资源以前，必须对该系统的食物链、食物网结构、生物生产力、能量流动和物质循环规律进行深入的研究，以便尽可能减少对这一脆弱生态系统的损害。【例1】如图是某草原生态系统中部分食物网简图，下列说法错误的是（

）A.若在图中所有生物的基础上补充合适的非生物的物质和能量，则可以构成完整的生态系统

B.图示食物网中，鹰占有3个营养级，其中鹰属于四级消费者的食物链有2条

C.若将该生态系统中的蛇全部移除，理论上鹰的数量会增加

D.与草原生态系统相比,冻原生态系统的土壤更容易积累有机物质第二节生态系统的能量流动考点1能量流动能量流动的起点主要是生产者通过光合作用所固定的太阳能（还有化能自养型生物通过化学能改变生产的能量）。流入生态系统的总能量主要是生产者通过光合作用所固定的太阳能的总量。能量流动的渠道是食物链和食物网。流入一个营养级的能量是指被这个营养级的生物所同化的能量。一个营养级能量的来源和去路：能量在生态系统内的传递和转化规律服从热力学的两个定律。根据热力学第二定律，在能量的传递和转化过程中，除了一部分可以继续传递和作功的能量（自由能）外，总有一部分不能继续传递和作功而以热的形式消散的能量，这部分能量使熵和无序性增加。这就是为什么食物链的环节和营养级的级数一般不会多于5～6个以及能量金字塔必定呈尖塔形的热力学解释。在生产力生态学研究中，估计各个环节的能量传递效率是很有用的。能量流动过程中各个营养级上同化能量的比，可以称为能量传递效率。摄食量（I）：表示一个生物所摄取的能量；对植物来说，它代表光合作用所吸收的太阳光能；对于动物来说，它代表动物吃进的食物的能量。同化量（A）:对于动物来说，同化量表示消化道后吸收的能量（吃进的食物不一定都能吸收，如粪便中的能量）。对分解者来说是指细胞外的吸收能量；对植物来说是指在光合作用中所固定的太阳光能，即总初级生产量（GP）。呼吸量（R）：指生物在呼吸作用过程以热能形式散失的能量。生产量（P）：指生物在呼吸作用消耗后净同化能量，它以有机物质的形式累积在生物体内或生态系统中。对植物来说，它是净初级生产量（NP）；对动物来说，它是同化量扣除维持呼吸作用后的能量值，即P=AR。可利用以上这些参数可以计算生态系统中能量流动的各种效率。一般认为，生态效率（能量传递效率）为10%~20%。从对赛达伯格湖各营养级之间能量流动的定量分析可以看出：能量流动是单向的，所有能量迟早会通过呼吸作用被耗散掉。能量在流动过程中会逐级递减，因为资源利用率不高和生物呼吸消耗。因此，任何一个生态系统都要源源不断地来自外部能量的供应，才能正常维持，否则生态系统就会崩溃。【例1】下列关于生态系统能量流动的叙述，错误的是（

）A.生产者固定的能量是光能或化学能

B.自然生态系统中，能量金字塔呈正金字塔形，而数量金字塔不一定呈正金字塔形

C.与传统鱼塘相比，桑基鱼塘可显著提高不同营养级之间的能量传递效率

D.在农田中除草、捉虫可使能量持续高效地流向对人类最有益的部分考点2分析“赛达伯格湖能量流动图解”①定量不定时分析：流入某一营养级的一定量的能量在足哆长的时间内的去路可有三条：A.自身呼吸消耗；B.流入下一营养级；C.被分解者分解利和。但这一定量的能量不管如何传递，最终都以热能形式从生物群落中散失，生产者源源不断地固定太阳能，才能保证生态系统能量流动的正常进行。②定量定时分析：流入某一营养级的一定量的能量在一定时间内的去路可有四条：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.未被自身呼吸消耗，也未被后一营养级和分解者利用，即“未利用”。如果是以年为单位研究，第D部分的能量将保留给下一年。【例1】图示为某生态系统的能量流动图解（W1为生产者固定的太阳能），下列叙述中错误的是（

）A.生产者固定的总能量可表示为（A1+B1+C1+A2+B2+C2）

B.现存生产者个体数可小于初级消费者个体数

C.由生产者到初级消费者的能量传递效率为D１/W1

D.图解不仅能体现能量单向流动的特点，还能体现逐级递减的特点考点3生态金字塔比较【例1】如图表示某一生态系统的能量金字塔，其Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的营养级，E1、E2代表能量的形式。下列叙述正确的是（

）A.Ⅰ和Ⅳ是是生态系统的生产者和分解者

B.该图所示的食物网中只有1条食物链：Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ

C.E1表示的能量主要是通过光合作用所摄入的能量

D.能量可在食物链中循环利用​考点4有关能量流动1．有关能量流动的2个提示（1）能量传递效率≠能量利用率①能量传递效率：能量在沿食物链流动的过程中，逐级减少，若以“营养级”为单位，能量在相邻两个营养级之间的传递效率约为10%～20%。②能量利用率：通常考虑的是流入人体中的能量占生产者能量的比值，或流入最高营养级的能量占生产者能量的比值，或考虑分解者的参与，以实现能量的多级利用。在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物按一定比例获取能量，则按照单独的食物链进行计算后再合并。2.能量流动中的两个比较(1)生态系统中同化量和摄入量的比较同化量为每一营养级通过摄食并转化成自身有机物的能量，摄入量是消费者摄入的能量，同化量＝摄入量—粪便量。消费者产生的粪便中的能量，不属于该营养级同化的能量，它实际上与上一营养级的遗体、残骸一样，属于未被利用的那部分能量。(2)能量传递效率与能量利用效率的比较能量传递效率：能量在沿食物链流动的过程中，逐级减少，若以“营养级”为单位，能量在相邻两个营养级之间的传递效率约为10%～20%。其计算公式为能量传递效率＝(下一营养级同化量/上一营养级同化量)×100%。能量利用效率：通常考虑的是流入人体中的能量占生产者能量的比值，或流入最高营养级的能量占生产者能量的比值，或考虑分解者的参与，以实现能量的多级利用。在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多，因此食物链越短，能量利用效率越高；同时，生态系统中生物种类越多，营养结构越复杂，抵抗力稳定性越强，能量利用效率越高。3.生态系统中能量流动的相关计算原则(1)在类似A→B→C→D的食物网中，计算生物量变化的“最多”或“最少”时，还应遵循以下原则：①食物链越短，最高营养级获得的能量越多。②生物间的取食关系越简单，生态系统的能量流动过程中消耗的能量越少。(2)如果在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物中获得能量，计算某一生物获得的能量或需要某一生物提供的能量时，首先，要注意某一生物从不同食物链中获得能量的比例，或某一生物给不同生物提供能量的比例，然后按照各个单独的食物链分别计算后合并。【例1】下面为生态系统中能量流动图解部分示意图(字母表示能量的多少)，下列相关叙述正确的是(

)A.图中b＝h＋c＋d＋e＋f＋i

B.生产者与初级消费者之间的能量传递效率为b/a×100%

C.在“草→兔→狼”这一食物链中，兔粪便中的能量属于甲

D.通过圈养减少f可以提高初级消费者到次级消费者的能量传递效率第三节生态系统的物质循环考点1碳循环及温室效应碳对于生物和生态系统的重要性仅次于水，它构成生物体干重的49%。碳可以形成碳链，成为各种复杂有机物的基本骨架。碳还构成非生命物质。地球上最大量的碳被固定在岩石圈中，其次在化石燃料中，仅煤和石油中的含碳量就相当于全球生物含碳量的50倍。生物圈中主要的两个碳库是水圈和大气圈（主要以CO2形式），还有一个是海洋（对调节大气圈的含碳量有重要作用）。碳循环，是指碳元素在地球上的生物圈、岩石圈、水圈及大气圈中交换，并随地球的运动循环不止的现象。生物圈中的碳循环主要表现在绿色植物从大气中吸收二氧化碳，在水的参与下经光合作用转化为葡萄糖并释放出氧气，有机体再利用葡萄糖合成其他有机化合物。有机物经食物链传递，又成为动物和细菌等其他生物体的一部分。生物体内的碳水化合物一部分作为有机体代谢的能源经呼吸作用被氧化为二氧化碳和水，并释放出其中储存的能量。CO2在大气圈和水圈之间的界面上通过扩散作用而互相交换着，如果大气圈中的CO2发生局部短缺就会引起一系列的补偿效应，水圈里的CO2就会更多地进入大气圈。总之，碳在生态系统中的含量过高或过低，都能通过碳循环的自我调节而得到调整并恢复到原来的平衡状态。但是，自工业革命以来，人类向大气中排入的二氧化碳等吸热性强的温室气体逐年增加，大气的温室效应（又称“花房效应”）也随之增强，其引发了一系列问题已引起了世界各国的关注。温室效应主要是由于现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气，产生的和大量排放的汽车尾气中含有的二氧化碳气体进入大气造成的。温室效应对环境的影响表现在全球变暖、地球上的病虫害增加、海平面上升、土地沙漠化、缺氧等。如何应对温室效应，世界各国采取的基本措施是：①组织有关科学家进行研究和实验，以迎接这一重大环境变化的挑战。②制定全球气候变化研究规划，并开展海洋消除温室效应气体的研究。③探索海洋在全球变化中的作用。④研究全球气候变化对策并制定实施计划。总之，通过多种手段研究确定全球变暖的影响，进而采取相应对策，将其影响减缓和限制在可以接受的范围之内。【例1】下列有关生态系统碳循环的叙述，正确的是（）A.无机环境中的碳只能通过光合作用进入生物群落

B.在生物群落内部碳是以有机物的形式循环的

C.碳循环是在地球上最大的生态系统中进行的

D.碳循环是指含碳化合物在群落与无机环境间循环考点2能量流动与物质循环的关系能量流动和物质循环是生态系统的两大基本功能。能量流动是单向流动，逐级递减。而物质循环具有全球性，循环往复。因此，对于一个生态系统来说是一个物质上自给自足的生态系统。生态系统的物质循环可分为三大类型，即水循环，气体型循环和沉积型循环。生态系统中所有的物质循环都是在水循环的推动下完成的，因此，没有水的循环，也就没有生态系统的功能，生命也将难以维持。物质循环是能量流动的载体；能量流动是物质循环的动力。物质作为能量的载体，使能量沿着食物链或食物网流动；能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。能量流动和物质循环是生态系统的主要功能，二者彼此相互依存、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。【例1】下图是生物圈中碳循环示意图,下列相关分析错误的是()A.生物圈通过碳循环实现碳元素的自给自足

B.A是消费者,C是生产者,碳在各成分间以二氧化碳的形式传递

C.对E过度开发利用会打破生物圈中碳循环的平衡

D.碳循环过程需要能量驱动,同时又是能量的载体第四节生态系统的信息传递考点1生态系统中信息的种类、作用及应用生态系统具有物质循环、能量流动和信息传递的作用，其中，信息传递具有重要的