高考生物一轮复习 第36讲 生态系统的功能（讲义）（学生版）

第36讲生态系统的功能1.使学生理解能量流动是生态系统的三大功能之一。使学生了解生态系统能量流动的概念，掌握生态系统能量流动的过程和特点。使学生体会研究人员研究生态系统能量流动的意义。2.使学生理解物质循环是生态系统的两大功能之一。了解生态系统物质循环的概念，过程和特点，意义。3.使学生理解信息传递是生态系统的两大功能之一。了解生态系统信息传递的概念，过程和特点，意义。4.生态系统稳定性的概念，特点和意义。考点要求考题统计考情分析生态系统的功能（能量流动、物质循环、信息传递）2023，辽宁、江苏、北京、山东、湖南、湖北、广东、全国，2023，北京、浙江，填空,2022，天津、辽宁、北京、山东、湖南、浙江、广东2022，天津、江苏、北京、湖北，填空本专题知识难度较高、基础性强。考查学生对调节的整体性的认识,或结合一些情景信息或表格信息设置题目，考查学生的应变能力、获取信息和综合分析能力。生态系统的稳定性2023，浙江，选择2023，天津、全国、浙江，填空2022，江苏、河北，选择考点一生态系统的能量流动1.能量流动的概念生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。【教材拾遗】教材隐性知识:源于选择性必修2P55“思考·讨论”：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呼吸作用以热能的形式散失至非生物环境中，两部分之和与流入生态系统的能量相等(填“相等”或“不相等”)。2.第一营养级能量流动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。3.第二营养级及其后营养级能量流动(1)由右图分析可知①输入该营养级的总能量是指图中的b(填字母)。②粪便中的能量(c)不属于(填“属于”或“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(b)＝呼吸作用以热能的形式散失的能量(d)＋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(i)＋未被利用的能量(j)。(2)总结：①摄入量＝同化量＋粪便量。其中最高营养级无II。一种蜣螂专以大象粪为食，则该种蜣螂最多能获取多少大象的同化量？为什么？答案：某营养级“粪便”中能量应属其上一营养级的同化量或上一营养级被分解者分解的能量的一部分，如兔粪便中的能量不属于兔的同化量，而是草同化量的一部分。【教材拾遗】教材隐性知识:源于选择性必修2P55“图3－5”：在一定时间内，某生态系统中全部生产者固定的能量值为a，全部消费者所获得的能量值为b，全部分解者所获得的能量值为c，则a>b＋c(填“>”“＝”或“<”)。【归纳总结】总结1：(1)能量流动过程的“一来二去”模型说明：①A是初级消费者摄入量；B是初级消费者同化量；C是用于自身生长发育繁殖量；D是次级消费者摄入量。②初级消费者摄入量＝同化量＋粪便量。③同化量＝呼吸作用散失的能量＋用于生长发育繁殖量。④生长发育繁殖量＝遗体残骸＋次级消费者摄入量。(2)能量流动过程的“一来三去”模型说明：①D、E、F分别代表第一、第二、第三营养级同化量。②三条去路(最高营养级除外)：呼吸作用散失、流入下一个营养级、分解者利用。(3)能量流动过程的“一来四去”模型说明：①D、E、F分别代表第一、第二、第三营养级同化量。②四条去路(最高营养级除外)：呼吸作用散失、流入下一个营养级、分解者利用、未利用。未被利用的能量：包括生物每年的积累量和动植物残体以化石燃料形式被储存起来的能量，最终也将被分解者利用。最高营养级的能量流向中不存在“流入下一营养级的能量”总结2：填空标准：①流经自然生态系统的总能量是：生产者固定的太阳能②流经人工生态系统的总能量是：生产者固定的太阳能和人工输入的有机物中的化学能③自然生态系统的能量来源是：太阳能④人工生态系统的能量来源是：太阳能和人工输入的有机物中的化学能由于每一营养级和分解者都需要呼吸作用以热能的形式散失掉一部分能量，所以各个生态系统必须要有太阳能的补充。能量最后以热能的形式回到无机环境，包括各营养级自身的呼吸消耗和分解者的呼吸作用4.能量流经生态系统的过程①能量流动的渠道是食物链和食物网。②能量散失的途径是各种生物的呼吸作用(代谢过程)。③流动过程中能量的转化是太阳能→有机物中的化学能→ 热能。5.能量流经生态系统的过程【教材拾遗】源教材隐性知识：于选择性必修2P55“思考·讨论”：流经某生态系统的能量不能再回到该生态系统，原因是能量流动是单向的。1.下图为华北地区某果园生态系统的部分食物网及其中一条食物链上的能量流动关系,其中字母表示能量数值。相关分析正确的是()A.图中属于第三营养级的生物只有黄雀和瓢虫B.蚜虫用于生长、发育和繁殖的能量为(a-b-c)C.蚜虫粪便中的能量通过e途径被分解者利用D.d中的部分能量将来可能转变为瓢虫的同化量6.能量流动中的最值计算技法必备若题干中未做具体说明，则一般认为能量传递的最低效率为10%，最高效率为20%，则：(1)在食物链中(2)在食物网中例1.不是以个体或种群为单位，而是以营养级为单位。如图为某生态系统中的食物网简图，若E种群中的总能量为5.8×109kJ，B种群的总能量为1.6×108kJ，从理论上分析，A种群获得的总能量最多是（）A2.0×108kJB．2.32×108kJC．4.2×108kJD．2.26×108kJ答案：附1：调查结果显示,E种群同化的总能量为mkJ/(m2·a),B种群同化的总能量为nkJ/(m2·a),从理论上分析,A种群同化的能量最多有kJ/(m2·a)来自E种群,这是因为能量流动具有的特点。答案：附2：调研小组发现,A种群密度在调查的第3年显著上升,出现这种结果的决定性因素是A种群的。答案：例2.食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物中按比例获得能量，则按照单独的食物链进行计算后再合并。在如图食物网中，假如猫头鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇，那么，猫头鹰若要增加20g体重，最少需要消耗的植物为()A．80gB．900gC．800gD．600g答案：附1：若a表示海鸟食物中甲壳类食物所占的比例，若要使海鸟的体重增加x，至少需要生产者的量为y，那么x与y的关系式可表示为：____________。答案：附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（）A、1.875倍B、1.375倍C、1.273倍D、0.575倍附：丙的数量发生变化的理由是？答案：7.生态金字塔的类型及特点例4.(2019·全国卷Ⅱ)如果食物链上各营养级均以生物个体的数量来表示,并以食物链起点的生物个体数作底层来绘制数量金字塔,则只有两个营养级的夏季草原生态系统(假设第一营养级是牧草,第二营养级是羊)和森林生态系统(假设第一营养级是乔木,第二营养级是昆虫)数量金字塔的形状最可能()A.前者为金字塔形,后者为倒金字塔形B.前者为倒金字塔形,后者为金字塔形C.前者为金字塔形,后者为金字塔形D.前者为倒金字塔形,后者为倒金字塔形答案：【归纳总结】总结：生态系统的能量流动中的几点误区(1)误区一：生产者固定的能量只能是光能。由于生产者固定能量的方式有光合作用和化能合成作用，光合作用利用的能量是光能，但化能合成作用利用的是化学能，所以生产者固定的能量是光能或化学能。(2)误区二：生物数量金字塔与能量金字塔完全一致。能量金字塔体现的是营养级与营养级所含总能量的关系，而生物数量金字塔体现的是营养级与个体数量的关系，所以生物数量金字塔有时会出现倒置的现象。(3)误区三：能量传递效率＝能量利用率。能量传递效率体现的是能量流动过程中所遵循的客观规律，不能随意改变；但能量利用率可以人为改变，例如充分利用作物秸秆就可以提高能量利用率。8.研究能量流动的实践意义(1)帮助人们将生物在时间、空间上进行合理配置，增大流入某个生态系统的总能量。(2)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。(3)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部分。【教材拾遗】教材隐性知识：(1)源于选择性必修2P59“探究·实践”：人们主要通过合理密植的方法提高作物的光能利用效率。(2)源于选择性必修2P60“拓展应用2”：溶解在水中的方糖不能变回原来的形状，原因是在一个封闭的系统中，物质总是由有序朝着无序的方向发展。例5.《孟子·梁惠王上》提到:“数罟不入湾池,鱼鉴不可胜食也”(数罟:细密的渔网)。已知某池塘中某种鱼的环境容纳量为K。下列相关说法错误的是()A.环境容纳量K是指该种群在某一环境中的最大种群数量且随着环境条件的改变而改变B.“数罟不入湾池”的意义是为了保证该种鱼种群的年龄结构为增长型C.古代的“桑基鱼塘”实现了能量的多级利用,大大提高了能量的利用率D.鱼塘中不同的鱼占据不同的水层,出现的分层现象与各种鱼的食性有关例6.利用“拼图法”解决能量的流动输入第一营养级的能量(W1)，被分为两部分：一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了(A1)，一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖(B1＋C1＋D1)。而后一部分能量中，包括现存的植物体中的能量(B1)、流向分解者的能量(C1)、流向下一营养级的能量(D1)。如下图所示：流经整个生态系统的总能量是生产者固定的总能量，即W1。将图中第三营养级同化的总能量D2“拼回”第二营养级，则A2＋B2＋C2＋D2刚好等于D1，即第二营养级同化的总能量；再将D1“拼回”第一营养级，则A1＋B1＋C1＋D1刚好等于生产者固定的总能量W1。可见，在一个生态系统中，所有生物的总能量都来自W1，所有生物总能量之和都小于W1(呼吸作用消耗的缘故)。下图为某生态系统的能量流动模型,其中P代表生产者固定的太阳能,a代表呼吸作用释放的能量,b代表未被利用的能量,c代表流向分解者的能量。下列相关叙述错误的是()A.P大于a1、a2、a3之和B.植食性动物粪便中的能量属于c1C.图中b1+c1+d1为生产者用于生长、发育、繁殖的能量D.生产者到植食性动物的能量传递效率为(b2+c2+d2)/d1×100%考点二生态系统的物质循环1.物质循环概念模型：2.碳循环(1)碳循环及存在形式①在无机环境中：主要以CO2和碳酸盐的形式存在。②在生物群落内部：以含碳有机物的形式传递。③在生物群落和无机环境之间：以CO2的形式循环。(2)碳进入生物群落的途径：生产者的光合作用和化能合成作用。(3)碳返回非生物环境的途径：生产者、消费者的呼吸作用；分解者的分解作用(实质是呼吸作用)和化石燃料的燃烧。(4)温室效应【教材拾遗】教材隐性知识：(1)源于选择性必修2P63“与社会的联系”：温室效应①成因：世界范围内，化石燃料的开采和使用大大增加了二氧化碳的排放，加剧了温室效应，引起全球性的气候变化。②我国措施：一方面采取积极措施减少二氧化碳排放，另一方面大力植树种草，提高森林覆盖率，这在吸收和固定二氧化碳方面发挥了重要作用。③影响：导致气温升高，加快极地和高山冰川的融化，导致海平面上升，进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁。(2)源于选择性必修2P67“练习与应用·拓展应用2”：氮元素在生物群落与非生物环境间能(填“能”或“不能”)循环利用。请解释需不断向农田中施加氮肥的原因：农产品源源不断地从农田生态系统输出，其中的氮元素并不能全部归还土壤，所以需要施加氮肥。这与物质循环并不矛盾。3.生物富集4.能量流动、物质循环和生物富集的关系【教材拾遗】源于选择性必修2P67“练习与应用·拓展应用1”：生物圈是(填“是”或“不是”)一个在“物质”上自给自足的系统，不是(填“是”或“不是”)一个在“能量”上自给自足的系统，因为物质可以在生物圈内循环利用，而能量不能循环利用，它必须由生物圈外的太阳能源源不断地输入，方可维持正常运转。【归纳总结】总结：“三看法”快速确认碳循环的各环节图1：先根据双向箭头判断：A和B应分别为生产者和大气中CO2库，再根据A→C判断：C为消费者，D为分解者。图2：根据A与C之间的双向箭头判断：A是生产者，C是大气中CO2库。根据A、B、D的箭头都流向E可进一步判断：B是初级消费者，D是次级消费者，E是分解者。2.氮在自然界以多种形式存在,主要有氮气、氮氧化物、铵态氮、硝酸根离子、亚硝酸根离子,以及各种含氮有机化合物等。生物圈中的氮循环示意图如下,下列说法正确的是()A.植物从土壤中吸收含氮类无机盐,可用来合成蛋白质、脂质、纤维素等物质B.硝化细菌能通过硝化作用合成有机物,属于生态系统中的生产者C.硝酸盐或亚硝酸盐在生物群落与无机环境之间循环往复即为氮循环D.往农田中适当地施加氮肥与物质循环是不相矛盾的5.探究土壤微生物的分解作用例8.探究课题：土壤中农药的分解主要是依赖土壤的物理因素的作用，还是土壤中微生物的分解作用。探究准备：几种有代表性的土壤、较大的容器若干个、灭菌仪器、检测仪器、喷壶、敌草隆(一种除草剂)等。探究步骤：(1)选取几种有代表性的土壤混合均匀，等量地分装在一些相同的容器中。(2)容器分成两组，编号A、B，将A组进行高压蒸汽灭菌；B组________。(3)分别向A、B两组容器内的土壤上喷施等量的无菌农药敌草隆，测定A、B两组土壤中敌草隆的平均含量(M)，然后把两组容器放入恒温箱中培养。(4)六周以后，检测A、B两组容器中敌草隆的剩余量并计算各组农药剩余量的平均值(NA、NB)。结果预测：(1)________________________________________________________________________。(2)________________________________________________________________________。(3)________________________________________________________________________。探究结论：(1)该实验中________组为实验组，________组为对照组。(2)把A、B两组土壤放入温室中培养数周后，测得结果分别为图中的曲线A和B。①A曲线的形成原因是______________________________________________；②B曲线的形成原因是____________________________________________；③由该结果得到的结论是_________________________________________。考点三生态系统的信息传递1.信息：指日常生活中，可以传播的消息、情报、指令、数据与信号等。2.信息的种类、特点、来源及实例(连线)【归纳总结】信息传递的3要素3.信息传递在生态系统中的作用4.信息传递在农业生产中的应用(1)提高农畜产品的产量。如利用模拟的动物信息吸引大量的传粉动物，就可以提高果树的传粉效率和结实率。(2)对有害动物进行控制。如利用昆虫信息素诱捕或警示有害动物，降低害虫的种群密度。判断：1.利用人工合成的性引诱剂诱杀雄性害虫以干扰害虫繁殖,该防治方法属化学防治（×）2.利用音响设备发出信号诱捕有害动物属于机械防治（×）【归纳总结】总结1：巧判生态系统信息传递的类型(1)涉及声音、颜色、植物形状、磁力、温度、湿度这些信号，通过动物感觉器官皮肤、耳朵、眼或植物光敏色素、叶、芽等感觉上述信息，则判断为物理信息。(2)若涉及化学物质挥发性(如性外激素等)这一特点，则判断为化学信息。(3)凡涉及“肢体语言”者均属于行为信息。(4)若在影响视线的环境中(如深山密林)，生物间多依靠“声音”这种物理形式传递信息。(5)若在噪音嘈杂的环境(如洪水、瀑布旁)，生物多以“肢体语言”这种“行为”进行信息交流。总结2：能量流动、物质循环和信息传递的区别与联系例8.(多选)中科院对游隼迁徙行为研究发现:冰川消退而带动的繁殖地向北退缩以及越冬地变迁是游隼迁徙路线变化的主要原因;与记忆能力相关的基因ADCY8在长距离迁徙的游隼种群中受到了正选择。另有研究发现游隼等迁徙鸟类眼睛感光细胞中隐花色素Ⅳ蛋白(CRY4)具有光依赖性磁罗盘所需的磁性潜质,使鸟类完成集群飞行、空间定向和迁徙路线导航。下列说法错误的是()A.迁徙鸟类接受的光、磁等信息属于物理信息B.动物的行为是由生态因子和遗传物质共同决定的C.迁徙鸟类集群飞行可减小飞行阻力、降低天敌捕获率,属于互利共生D.迁徙距离不同的游隼种群的基因库中ADCY8的基因频率不同,说明它们已经进化为不同物种考点四生态系统的稳定性1.生态平衡与生态系统的稳定性(1)生态平衡答案：(2)生态系统的稳定性答案：维持或恢复自我调节能力限度生态系统之所以能维持相对稳定,是由于生态系统具有自我调节能力,其基础是生态系统中普遍存在负反馈调节,它不仅存在于生物群落内部,也存在于生物群落与无机环境之间。【总结归纳】总结：生态系统调节中正反馈和负反馈的比较(1)抵抗力稳定性强弱的判断(2)恢复力稳定性强弱的判断：一般与抵抗力稳定性成反比，但是也有例外，如极地苔原生态系统的抵抗力稳定性和恢复力稳定性都比较弱。2.生态系统稳定性的类型判断：①在菌根形成率低的某高寒草甸试验区进行菌根真菌接种,提高了该试验区生态系统的稳定性,其原因是物种丰富度升高,生态系统营养结构复杂,自我调节能力升高（）②冻原、沙漠等生态系统的两种稳定性都比较低（）(1)抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性的关系(2)生态系统稳定性的4个易混点①生态系统的稳定性主要与生物种类有关，还要考虑生物的个体数量。食物链数量越多越稳定，若食物链数量相同，再看生产者，生产者多的稳定程度高。②生态系统的稳定性不是恒定不变的，因为生态系统的自我调节能力具有一定的限度。③强调“生态系统稳定性高低”时，必须明确是抵抗力稳定性还是恢复力稳定性，因为二者一般呈负相关。④抵抗力稳定性和恢复力稳定性的辨析：某一生态系统在受到外界干扰，遭到一定程度的破坏而恢复的过程，应视为抵抗力稳定性，如河流轻度污染的净化；若遭到彻底破坏，则其恢复过程应视为恢复力稳定性，如火灾后草原的恢复等。3.提高生态系统的稳定性思考：既然生态系统中的物质是循环的,为何农田生态系统还需要经常施肥?请说出你的理由思考：桑基鱼塘生态系统中有生产者桑树等,但是在管理该鱼塘过程中还要定期往水体中投入饲料,从生态系统的功能分析,其原因是什么?答案：4.设计和制作生态缸(1)实验原理：①生态缸中必须包括生态系统的四种成分,特别需要注意必须有足够的分解者。②各种生物之间以及生物与无机环境之间,必须能够进行物质循环和能量流动。③生物之间要有合适的食物链结构,生物的数量不宜过多。④生态缸必须是透明的,这样可保证生态缸中能获得充足的太阳能。当然,生态缸一定要封闭,防止外界生物或非生物因素的干扰。(2)实验流程：(1)在一定时间范围内,小生态瓶内能不能进行碳、氧、氮、磷等元素的循环利用,原因是什么?(2)为什么简易生态瓶的抵抗力稳定性很低?(3)若要在该生态瓶中添加小动物,则应注意各营养级生物之间的合适比例,试从能量流动的角度分析。5.教材深挖教材深挖：P80，二、第2题10.下图是河流生态系统受到生活污水（含大量有机物）轻度污染后的净化作用示意图。(1)有机物的变化:在污水注入点有机物达到,然后在的作用下,逐渐减少。(2)好氧性细菌的变化:随着迅速增加达到最高值,随着有机物的减少其数量也逐渐下降。(3)溶解氧的变化:随着的大量繁殖逐渐减少,随着的增加而逐渐增多。

(4)藻类变化:随着被分解成无机物,数量逐渐增加,随着的减少其数量下降。

(5)无机物的变化:随着的分解逐渐增加,随着的大量繁殖而减少。例11.(2021·江西高考模拟)我国科学家利用遥感监测技术,发现全球已有63%的大型湖库水体呈富营养化状态。回答下列相关问题:(1)水体被生活污水(含大量有机物)轻度污染,水中溶解氧的含量在最初一段时间会(上升/下降),原因是。(2)生活污水轻度污染一段时间后,藻类数量会大量上升,原因是。(3)如果生活污水严重,超出了水体生态系统的能力,蓝藻等过量繁殖,溶氧量又无法恢复,水体中生物大量死亡,这就是水体的富营养化现象。1．（2023·江苏·统考高考真题）在江苏沿海湿地生态系统中，生态位重叠的两种动物甲、乙发生生态位分化，如图所示。甲主要以植物a为食，乙主要以植物b为食，两者又共同以植食性动物c为食。下列相关叙述错误的是（）A．a、c分别处于第一、二营养级，其生态位重叠B．a、b中的能量沿着食物链单向流动、逐级递减，最终以热能形式散失C．