中学生物生态系统专题讲义

中学生物生态系统专题讲义一、生态系统的概念与范畴（一）生态系统的概念在一定空间内，生物群落（所有生物的集合）与它的无机环境（阳光、水、土壤等）相互作用形成的统一整体，称为生态系统。小到一个水族箱、一片农田，大到整个生物圈（地球最大的生态系统），都可视为生态系统。举个例子：一片森林中，树木、动物、微生物等生物群落，与阳光、土壤、降水等无机环境相互依存，共同构成森林生态系统；池塘里的鱼虾、藻类与水温、溶解氧等环境条件，也组成了池塘生态系统。（二）生态系统的类型生态系统可根据形成方式和环境特点分为两类：1.自然生态系统由自然过程形成，人类干扰程度低，生物多样性更丰富：陆地生态系统：如森林（动植物种类多，涵养水源能力强）、草原（以草本植物为主，支撑畜牧业）、荒漠（干旱少雨，生物种类稀少）。水域生态系统：如海洋（地球氧气的重要来源）、淡水（河流、湖泊、湿地等，湿地被称为“地球之肾”，可净化水质、蓄洪抗旱）。2.人工生态系统人类活动主导形成，生物种类单一，自我调节能力弱：农田生态系统：以农作物为核心，需人工施肥、灌溉、防治病虫害（如水稻田依赖人类管理才能稳定）。城市生态系统：消费者主要是人类，物质和能量依赖外部输入（如粮食、电力需从城市外运输）。二、生态系统的组成成分生态系统由非生物成分和生物成分组成，各成分相互依存，缺一不可。（一）非生物的物质和能量包括阳光、热能、水、空气、无机盐等。它们是生物生存的“基础资源”：阳光为光合作用供能，水和无机盐是植物生长的原料，空气（氧气、二氧化碳）参与呼吸作用和光合作用。（二）生物成分（生物群落的组成）生物成分根据营养方式和作用分为三类：1.生产者：生态系统的“基石”属于自养生物（能将无机物转化为有机物），是生态系统物质和能量的“源头”：主要类群：绿色植物（光合作用制造有机物）、蓝细菌（原核生物，含叶绿素，能光合）、化能合成细菌（如硝化细菌，利用化学能将CO₂和H₂O合成有机物）。2.消费者：物质循环的“加速器”属于异养生物（依赖现成有机物生存），主要是动物，也包括寄生植物（如菟丝子，寄生在其他植物上）、寄生细菌（如结核杆菌）：类型：初级消费者（直接吃生产者，如兔吃青草）、次级消费者（吃初级消费者，如狐吃兔）、三级消费者（吃次级消费者，如狼吃狐）……作用：加快物质循环（如动物消化吸收使有机物更快分解为无机物），调节种间关系（如捕食者控制猎物数量，维持生态平衡）。3.分解者：物质循环的“清洁工”属于腐生生物（以动植物遗体、排遗物为食），主要是细菌、真菌，还有蚯蚓、蜣螂等腐食性动物：作用：将有机物分解为无机物（如CO₂、无机盐），归还无机环境，使物质能被生产者重新利用（如落叶被真菌分解为无机盐，供植物再次吸收）。易错辨析：细菌≠分解者：硝化细菌是生产者（化能合成），寄生细菌是消费者，只有腐生细菌是分解者。动物≠消费者：蚯蚓、蜣螂以腐殖质为食，属于分解者；菟丝子寄生，属于消费者。三、生态系统的营养结构——食物链与食物网营养结构是生态系统物质循环和能量流动的“渠道”，核心是食物链和食物网。（一）食物链1.概念：生态系统中，生物因食物关系形成的“吃与被吃”的链状结构。2.书写规则：起点：生产者（自养生物，如草、藻类）。终点：最高级消费者（无天敌的消费者，如草原上的狼）。箭头：指向捕食者（表示能量流动方向，如“草→兔”表示能量从草流向兔）。分解者、非生物成分不参与食物链（食物链反映生物间的捕食关系）。示例：草（生产者）→兔（初级消费者）→狐（次级消费者）→狼（三级消费者）。（二）食物网1.概念：一个生态系统中，多条食物链相互交错连接形成的复杂营养结构。2.特点：食物网越复杂，生态系统的抵抗力稳定性越强（物种多，某一物种减少时，其他物种可替代其功能）。同一种生物在不同食物链中，可能属于不同营养级（如鹰吃兔时是第三营养级，吃蛇时是第四营养级）。示例（草原生态系统简化食物网）：草→兔→狐↓↓鼠→蛇→鹰↓鹰（注：草是生产者；兔、鼠是初级消费者；狐、蛇是次级消费者；鹰是三级/四级消费者，取决于食物链路径。）四、生态系统的功能——物质循环、能量流动、信息传递生态系统的功能通过三大过程实现：物质循环（循环利用）、能量流动（单向递减）、信息传递（调节关系）。（一）物质循环（以“碳循环”为例）1.循环范围：生物群落与无机环境之间（碳在生物体内以有机物形式存在，在环境中以CO₂、碳酸盐等形式存在）。2.循环途径：进入生物群落：生产者通过光合作用（绿色植物）或化能合成作用（硝化细菌），将CO₂转化为有机物。离开生物群落：生物的呼吸作用（动植物、微生物分解有机物，释放CO₂）。有机物的分解作用（分解者将遗体残骸分解为CO₂和无机盐）。化石燃料燃烧（如煤、石油燃烧，释放大量CO₂）。3.特点：全球性（碳循环涉及整个生物圈）、循环性（物质可被反复利用）。（二）能量流动1.能量来源：生产者固定的太阳能（或化能合成细菌固定的化学能）。2.流动过程：能量沿食物链/食物网传递，路径为“生产者→初级消费者→次级消费者……”。3.特点：单向流动：能量只能从低营养级流向高营养级（如兔的能量不能倒流给草），原因是食物链的捕食关系不可逆。逐级递减：每个营养级的能量只有10%~20%传递到下一个营养级（其余用于自身呼吸、被分解者利用、未被利用）。示例（赛达伯格湖能量流动数据）：生产者（水生植物）固定的太阳能：464.6J/(cm²·a)初级消费者（植食性动物）同化的能量：62.8J/(cm²·a)（约为生产者的13.5%）次级消费者（肉食性动物）同化的能量：12.6J/(cm²·a)（约为初级消费者的20%）4.研究意义：帮助人们合理调整生态系统的能量流动关系，使能量更多地流向对人类有益的部分（如农田除草、灭虫，减少能量流向杂草和害虫）。（三）信息传递1.信息类型：物理信息：通过物理过程传递，如光（萤火虫的闪光）、声（鸟类的鸣叫）、温度（植物开花受低温诱导）。化学信息：通过化学物质传递，如性外激素（昆虫求偶）、有机酸（植物分泌的抑菌物质）。行为信息：通过动物的行为传递，如蜜蜂跳舞（传递蜜源位置）、孔雀开屏（求偶）。2.作用：个体层面：生命活动的正常进行，离不开信息（如植物向光性生长，依赖光信息）。种群层面：生物种群的繁衍，离不开信息（如昆虫的性外激素促进交配）。群落层面：调节种间关系，维持生态系统的稳定（如狼根据鹿的气味捕食，鹿根据狼的气味躲避，共同维持种群数量平衡）。五、生态系统的稳定性生态系统具有保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力，分为两种类型：（一）抵抗力稳定性概念：生态系统抵抗外界干扰（如火灾、病虫害）并使自身结构和功能保持原状的能力。决定因素：营养结构的复杂程度（食物网越复杂，物种越多，抵抗力稳定性越强）。示例：热带雨林（物种丰富，抵抗力稳定性强，火灾后易恢复）vs农田（物种单一，抵抗力稳定性弱，病虫害易爆发）。（二）恢复力稳定性概念：生态系统在受到外界干扰破坏后，恢复到原状的能力。特点：与抵抗力稳定性通常呈负相关（但有例外，如极地苔原，营养结构简单，抵抗力和恢复力都弱）。（三）提高生态系统稳定性的措施1.控制对生态系统的干扰程度：避免过度开发（如合理砍伐森林、适度放牧）。2.实施物质、能量投入：对人工生态系统（如农田），需施肥、灌溉、防治病虫害，保证其结构和功能稳定。六、典型例题与易错点突破（一）例题分析例1：判断下列生物在生态系统中的成分：硝化细菌：______（生产者，化能合成作用制造有机物）菟丝子：______（消费者，寄生植物，依赖宿主有机物生存）蚯蚓：______（分解者，分解腐殖质）例2：某草原生态系统的食物链为“草→鼠→蛇→鹰”，若蛇的数量减少，短期内鼠和鹰的数量如何变化？鼠：______（增加，蛇减少，对鼠的捕食压力减小）鹰：______（减少，蛇减少，鹰的食物来源减少）（二）易错点总结1.食物链的起点必须是生产者（自养生物），终点是最高级消费者，分解者不参与。2.能量传递效率是相邻两个营养级的同化量之比（不是摄