高中生物选择性必修二知识点总结

高中生物选择性必修二知识点总结高中生物选择性必修二《生物与环境》围绕生物个体、种群、群落、生态系统四个层级的生命系统与环境的相互作用展开，是衔接个体生物学与宏观生态学的核心模块，知识点兼具逻辑关联性与生活实践性，梳理时需紧扣“不同层级生命系统的稳态维持机制”主线，从种群的数量特征与动态变化入手，逐步拓展至群落的结构演替、生态系统的功能稳定，最终落脚于生态环境的保护实践，形成层级分明、逻辑闭环的知识体系。种群是指在一定的自然区域内，同种生物的全部个体，是生物繁殖和进化的基本单位，种群的特征包括数量特征与空间特征两大类，其中数量特征是种群研究的核心内容。种群密度是种群最基本的数量特征，指单位面积或单位体积中的个体数，其调查方法需根据生物类型选择：对于植物和活动能力弱、活动范围小的动物（如昆虫卵、蚜虫、跳蝻）通常采用样方法，取样时需遵循随机取样原则，常用取样方法包括五点取样法与等距取样法，计算时以所有样方种群密度的平均值作为种群密度的估计值，样方大小需根据调查对象调整，如调查乔木的样方面积通常为100m²，灌木为16m²，草本植物为1m²；对于活动能力强、活动范围大的动物则采用标记重捕法，计算公式为种群中个体数N=初次捕获并标记个体数M×再次捕获个体数n÷再次捕获的标记个体数m，调查过程中需满足标记物不能脱落、不能影响被标记个体的正常生命活动、标记不能过于醒目、调查期间无大规模个体迁入迁出和出生死亡等前提，否则会导致调查结果出现偏差，若标记物易脱落、标记个体易被天敌捕食、标记后个体被再次捕获概率降低，则计算出的种群密度会比实际值偏大，若标记后部分标记个体迁出调查区域，结果同样偏大，若标记物导致被标记个体更易被再次捕获，则结果偏小。除种群密度外，种群的数量特征还包括出生率和死亡率、迁入率和迁出率、年龄结构、性别比例，其中出生率和死亡率、迁入率和迁出率是直接决定种群密度变化的因素，出生率指单位时间内新产生的个体数目占该种群个体总数的比率，死亡率则是单位时间内死亡的个体数目占该种群个体总数的比率，对自然种群而言，当出生率大于死亡率时种群密度上升，反之则下降；迁入率和迁出率对具有迁徙行为的动物、开放环境中的种群影响尤为显著，如城市人口的数量变化很大程度上由迁入迁出率决定。年龄结构是指一个种群中各年龄期的个体数目的比例，可分为增长型、稳定型、衰退型三种类型：增长型种群幼年个体多、老年个体少，出生率大于死亡率，种群密度会逐渐增大；稳定型种群各年龄期个体比例适中，出生率与死亡率大致相当，种群密度在一段时间内保持相对稳定；衰退型种群幼年个体少、老年个体多，出生率小于死亡率，种群密度会逐渐下降，因此年龄结构可以通过影响出生率和死亡率间接预测种群密度的变化趋势，但这种预测并非绝对准确，因为环境变化、突发灾害等因素可能打破原有年龄结构的影响。性别比例是指种群中雌雄个体数目的比例，同样通过影响出生率间接影响种群密度，农业生产中利用性引诱剂诱杀雄性害虫，就是通过破坏害虫种群正常的性别比例，降低雌性个体的交配概率，从而降低出生率，最终实现害虫种群密度的控制。种群的空间特征是指组成种群的个体在其生活空间中的位置状态或布局，主要包括均匀分布、随机分布、集群分布三种类型：均匀分布多由种内竞争导致，如人工种植的水稻、森林中树冠对光照的竞争导致的乔木分布；随机分布指个体分布不受其他个体分布的影响，如森林中某些无相互作用的草本植物的分布；集群分布是最常见的空间分布类型，如蚂蚁的巢穴分布、人类的聚居分布、草原上斑马的群居分布等，多由资源分布不均、社会行为等因素导致。种群的数量变化包括增长、波动、稳定、下降等多种形式，其中种群数量增长模型是研究的重点，数学模型构建是研究种群数量变化的核心方法，基本步骤包括观察研究对象提出问题、提出合理假设、根据实验数据用适当数学形式表达事物性质、通过进一步实验或观察对模型进行检验或修正。种群数量增长的“J”形曲线是在理想条件下的增长模式，理想条件指食物和空间条件充裕、气候适宜、没有天敌和其他竞争物种、无疾病等，在该条件下种群的增长率保持不变，增长速率（单位时间内种群数量增加的个体数）逐渐增大，数学模型为Nt=N0λt，其中N0为种群初始数量，t为时间，λ为该种群数量是前一年种群数量的倍数，当λ>1时种群数量增长，λ=1时种群数量稳定，0<λ<1时种群数量下降，λ=0时种群无繁殖，下一代即消亡，需要注意的是“J”形增长无环境容纳量，种群数量可无限增长，该模式多发生在实验室理想条件下、或外来物种入侵的最初阶段，如环颈雉引入美国某岛屿后的初期增长。种群数量增长的“S”形曲线是在资源和空间有限、存在种内竞争和天敌制约的自然条件下的增长模式，此时种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定，增长曲线呈“S”形，其形成原因是随种群密度增大，种内竞争加剧，捕食者数量增加，导致出生率降低、死亡率升高，当出生率与死亡率相等时，种群的增长就会停止，稳定在一定水平，该水平即环境容纳量，又称K值，指一定的环境条件所能维持的种群最大数量，K值不是固定不变的，会随环境条件的改变而发生变化，当环境条件改善时（如食物增加、天敌减少、生存空间扩大）K值上升，环境条件破坏时K值下降；“S”形曲线的增长速率在种群数量为K/2时达到最大值，此时种群的增长速度最快，在种群数量低于K/2时，随种群密度增大增长速率逐渐升高，在种群数量高于K/2时，随种群密度增大增长速率逐渐降低，当种群数量达到K值时，增长速率为0，出生率等于死亡率，种群数量在K值附近保持相对波动。在实际生产生活中，K值与K/2值有广泛应用：对于濒危动物的保护，如大熊猫，需通过建立自然保护区、改善栖息环境、提高食物供给等方式提高其环境容纳量，才能从根本上保护种群；对于有害生物的防治，如灭鼠、灭蝗，需通过硬化地面、密封储存粮食、清除生活垃圾、保护天敌等方式降低其环境容纳量，同时需在种群数量达到K/2之前及时采取防治措施，避免种群增长速率达到峰值后难以控制；对于渔业捕捞，需将捕捞后的种群剩余量维持在K/2水平，此时种群增长速率最快，可实现渔业资源的可持续利用，若捕捞过度导致剩余量远低于K/2，种群增长速率过低，会导致渔业资源恢复缓慢，甚至衰竭。需要明确的是，自然条件下种群数量达到K值后并非固定不变，而是会随气候、食物、天敌、传染病等因素的影响发生波动，在不利条件下甚至会出现急剧下降，如东亚飞蝗的种群数量随气候的干湿变化呈现大幅波动，在干旱年份易爆发式增长，在湿润年份则维持较低水平；部分种群在极端不利条件下还会出现种群消亡，如白鳍豚由于栖息地破坏、人类活动干扰等因素，种群数量持续下降最终功能性灭绝。此外，研究种群数量变化时还需注意区分种群增长率与增长速率：增长率指单位时间内种群数量的增加量占初始数量的比例，“J”形曲线的增长率固定为λ-1，“S”形曲线的增长率随种群密度增大持续下降；增长速率指单位时间内种群数量的绝对增加量，即对应曲线的斜率，“J”形曲线的增长速率持续增大，“S”形曲线的增长速率先增大后减小，在K/2处达到峰值，K值处为0。群落是指同一时间内聚集在一定区域中各种生物种群的集合，包括该区域内所有的动物、植物和微生物，群落水平研究的问题与种群水平存在本质差异，种群研究核心是种群数量动态，群落研究则聚焦于不同种群之间的种间关系、群落的空间结构、群落的演替规律等。物种组成是区别不同群落的重要特征，衡量群落物种组成的核心指标是物种丰富度，指群落中物种数目的多少，一般来说越靠近热带地区，群落的物种丰富度越高，如热带雨林的物种丰富度远高于温带落叶林，温带落叶林的物种丰富度又高于寒带苔原、荒漠。种间关系是群落中不同物种之间的相互作用关系，主要包括原始合作、互利共生、寄生、捕食、种间竞争五大类：原始合作指两种生物共同生活在一起时，双方都受益，但分开后各自也能独立生活，如海葵与寄居蟹，海葵固着在寄居蟹的外壳上，可借助寄居蟹的移动扩大觅食范围，同时海葵的刺细胞可为寄居蟹提供天敌防御，二者分开后均能正常生存；互利共生指两种生物长期共同生活在一起，相互依存，彼此有利，且分开后双方或一方不能独立生存，如根瘤菌与豆科植物，根瘤菌侵入豆科植物根部形成根瘤，可将空气中的氮气转化为含氮养料供豆科植物利用，豆科植物则为根瘤菌提供有机物作为能量来源，二者分离后根瘤菌无法独立固氮生存，豆科植物也会因氮素不足生长受阻，其他常见互利共生案例还有地衣（真菌与藻类的共生体，真菌为藻类提供水分和无机盐，藻类为真菌提供有机物）、白蚁与其肠道内的鞭毛虫（鞭毛虫可帮助白蚁分解木质纤维素，白蚁为鞭毛虫提供营养和栖息环境）、珊瑚虫与虫黄藻（虫黄藻通过光合作用为珊瑚虫提供有机物，珊瑚虫为虫黄藻提供氮磷等营养物质和栖息场所），互利共生的两种生物数量变化呈现“同生共死”的同步性波动模式。寄生指一种生物从另一种生物（宿主）的体液、组织或已消化的物质中获取营养，并通常对宿主产生危害的种间关系，寄生者一般不会立即杀死宿主，这是长期协同进化的结果，因为宿主死亡会导致寄生者失去营养来源，常见寄生关系包括蛔虫、绦虫等寄生在动物肠道内，菟丝子寄生在豆科植物等植物茎干上吸取寄主养分，噬菌体寄生在细菌体内，还有蚊子、跳蚤等吸食动物血液的体外寄生，寄生关系的数量变化表现为寄生者数量随宿主数量变化而波动，但存在时间差，当寄生者数量过高时会导致宿主种群数量下降，随后寄生者因营养来源不足数量也随之下降。捕食指一种生物以另一种生物为食的种间关系，其中捕食者会杀死被捕食者，包括典型的肉食动物捕食草食动物或其他肉食动物、草食动物取食植物（广义捕食）、昆虫取食植物叶片等，捕食关系的数量变化呈现“先增加者先减少，后增加者后减少”的不同步性波动模式，被捕食者（多为营养级更低的生物）的数量变化在前，捕食者的数量变化在后，如草与兔、兔与狐的数量波动，草数量增加会导致兔数量随后增加，兔数量增加会导致狐数量随后增加，而狐数量增加会导致兔数量下降，兔数量下降又会导致狐数量下降、草数量恢复，这种循环波动是维持群落稳定的重要机制；需要注意的是，捕食者的存在并非只有负面影响，收割理论指出捕食者往往优先捕食种群数量占优势的物种，可避免单一物种在群落中占绝对优势，为其他物种的生存腾出空间，从而提高群落的物种多样性，如美国黄石国家公园重新引入灰狼后，灰狼捕食过多的麋鹿，减少了麋鹿对植被的过度啃食，不仅使植物群落得到恢复，还为河狸、鸟类等更多物种提供了生存空间，整个群落的物种丰富度显著提升。种间竞争指两种或更多种生物共同利用同样的有限资源和空间而产生的相互排斥的现象，竞争结果常表现为相互抑制，有时表现为一方占优势，另一方处于劣势甚至灭亡，竞争结果与两种生物的生态位重叠程度直接相关，当两个物种的生态位完全重叠时，竞争优势较大的物种会将另一物种完全排除出该区域，即竞争排除原理，如大小两种草履虫共同培养时，大草履虫因竞争食物能力弱于双小核草履虫最终种群消亡；种间竞争的数量变化模式有两种，若竞争能力差距悬殊则表现为“你死我活”的此消彼长，若竞争能力相当则表现为相互抑制的同步波动。生态位是群落研究中的核心概念，指一个物种在群落中的地位或作用，包括所处的空间位置、占用资源的情况、以及与其他物种的关系等，生态位不仅包括物种所处的栖息空间，还包括其在食物网中的营养位置、对资源的利用范围、与其他物种的相互作用等多个维度，不同物种的生态位分化是群落中多物种共存的基础，通过生态位分化，不同物种可利用不同的资源、在不同的时间活动、占据不同的空间，从而减少种间竞争，实现稳定共存，如森林中的不同鸟类，有的在树冠层取食昆虫，有的在林中层取食种子，有的在林下地被层觅食，有的昼行有的夜行，生态位差异显著，因此可以稳定共存；群落中每种生物都占据着相对稳定的生态位，这是不同物种之间、生物与无机环境之间协同进化的结果，有利于充分利用环境资源。群落的空间结构包括垂直结构和水平结构两个维度，垂直结构是指群落中不同生物种群在垂直方向上的分层现象：植物的垂直分层主要由光照强度决定，群落中不同层次的光照强度随高度下降而递减，因此森林群落从上到下依次分布着乔木层、灌木层、草本层、地被层，乔木层接受光照最强，灌木层适应较弱的光照，草本层适应更弱的光照，地被层的苔藓等植物适应极弱的光照；植物的垂直分层又为动物创造了多种多样的栖息空间和食物条件，因此动物也存在类似的垂直分层现象，不同鸟类栖息在树冠、树干、林下不同层次，土壤中的动物也会因土壤深度、湿度、食物分布存在垂直分层。水平结构是指群落中的生物在水平方向上的镶嵌分布现象，由于地形的变化、土壤湿度和盐碱度的差异、光照强度的不同、生物自身生长特点的不同、以及人和动物的影响等因素，不同地段往往分布着不同的种群，同一地段上种群密度也存在差异，呈现镶嵌分布的特点，如草原上因土壤湿度差异，有的区域生长草本植物，有的区域生长灌木丛，森林中因树冠遮挡光照，林下有的区域生长耐阴植物，有的区域光照较强生长喜光植物；需要注意的是，高山上不同海拔带分布着不同的植被类型，从山脚到山顶依次分布着阔叶林、针叶林、高山草甸等，这种分布不属于群落的垂直结构，而是不同海拔的地形、温度差异导致的不同群落分布，属于群落的水平地带性分布。此外，群落还存在时间结构，即群落的组成和外貌随时间发生规律性变化，包括昼夜变化和季节变化，如昼行性动物与夜行性动物的活动差异，森林群落春夏秋冬的季相变化，“春江水暖鸭先知”“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开”等现象都体现了群落的时间结构差异。群落的演替是指随着时间的推移，一个群落被另一个群落代替的过程，演替的本质是群落中优势种群的更迭，并非原有群落的所有物种完全消失，而是优势种发生改变，群落的结构、物种组成、稳定性逐步发生变化。根据演替发生的初始条件不同，可分为初生演替和次生演替：初生演替是指在一个从来没有被植物覆盖的地面，或者是原来存在过植被、但被彻底消灭了的地方发生的演替，如在沙丘、火山岩、冰川泥上进行的演替，初生演替的起点没有土壤条件，甚至没有繁殖体，因此演替速度慢、时间长，其典型演替过程为裸岩阶段→地衣阶段→苔藓阶段→草本植物阶段→灌木阶段→乔木阶段（森林阶段），裸岩阶段首先定居的是地衣，地衣可分泌有机酸加速岩石风化形成土壤，并积累有机物，为后续生物定居创造条件，被称为群落演替的“先锋物种”；苔藓阶段苔藓生长后进一步加速岩石分解，土壤层加厚，有机物积累增多；随后草本植物的种子能够在土壤中萌发，进入草本植物阶段，此时各种昆虫和小型动物开始进入群落，土壤中的微生物也逐渐增多；之后灌木逐渐取代部分草本植物成为优势种，进入灌木阶段，灌木为鸟类提供更多栖息空间，物种丰富度进一步提升；最后乔木生长起来，形成森林，乔木比灌木更高大，能获得更多光照，逐渐取代灌木成为优势种，此时群落结构最复杂，物种丰富度最高，稳定性最强，到达顶极群落，顶极群落的类型由当地的年平均温度和年降水量决定，如高温高湿的热带地区顶极群落是热带雨林，温带半湿润地区顶极群落是温带落叶林，半干旱地区顶极群落是草原，干旱地区顶极群落是荒漠，并非所有地区的初生演替都能最终到达森林阶段。次生演替是指在原有植被虽已不存在，但原有土壤条件基本保留，甚至还保留了植物的种子或其他繁殖体（如能发芽的地下茎）的地方发生的演替，如火灾过后的草原、过量砍伐的森林、弃耕的农田上进行的演替，次生演替因为具备良好的土壤条件、保留了植物繁殖体，因此演替速度快、时间短，以弃耕农田的演替为例，演替过程为弃耕农田→一年生杂草阶段→多年生杂草阶段→灌木阶段→乔木阶段，在气候适宜的条件下可最终演替为森林，若气候干旱则可能停留在草原或灌木阶段。人类活动往往会使群落演替按照不同于自然演替的速度和方向进行，人类可通过砍伐森林、填湖造地、捕杀动物等活动破坏群落结构，改变演替方向，也可通过封山育林、治理沙漠、管理草原、建立人工群落等活动加快群落恢复，引导演替向良性方向发展，如我国黄土高原地区由于历史上长期过度开垦、破坏植被，原本的森林草原群落逐步退化为荒漠草原，而近年来通过退耕还林还草工程，人工引导群落向森林草原方向演替，区域生态环境逐步改善。生态系统是指在一定空间内，由生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体，生态系统的范围可大可小，最大的生态系统是生物圈，即地球上全部生物及其无机环境的总和。生态系统的结构包括生态系统的组成成分和营养结构（食物链和食物网）两部分，组成成分是生态系统的物质基础，营养结构是生态系统能量流动和物质循环的渠道。生态系统的组成成分包括非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者四大类：非生物的物质和能量包括阳光、热能、水、空气、无机盐等，是生态系统中生物群落的物质和能量来源；生产者是指自养生物，主要是绿色植物，还包括能进行化能合成作用的硝化细菌、能进行光合作用的蓝细菌等，生产者可通过光合作用或化能合成作用将无机物转化为有机物，将太阳能或化学能固定在有机物中，是生态系统的基石，是生态系统中唯一能把非生物的物质和能量转化为生物可利用形式的成分，没有生产者，消费者和分解者就无法获得能量和有机物来源，生态系统就无法存在；消费者是指异养生物，主要是动物，包括植食性动物、肉食性动物、杂食性动物和寄生动物（如寄生细菌、菟丝子、病毒等），消费者的存在能够加快生态系统的物质循环，同时消费者对于植物的传粉和种子的传播等具有重要作用，此外消费者通过捕食关系可调节种群关系，维持群落稳定，消费者是生态系统中最活跃的成分，但并非生态系统的必备成分，理论上没有消费者，只要存在生产者和分解者，物质循环仍可进行，只是速度较慢；分解者是指能将动植物遗体残骸、动物排遗物中的有机物分解成无机物的异养生物，主要是营腐生生活的细菌和真菌，还包括腐生动物如蚯蚓、蜣螂、秃鹫等，分解者可将有机物分解为无机物归还到无机环境中，供生产者重新利用，是生态系统物质循环的关键环节，如果没有分解者，动植物的遗体和排遗物会堆积如山，物质循环会被阻断，生态系统就会崩溃，同样是生态系统的必备成分。需要注意区分不同生物的组成成分归属：并非所有植物都是生产者，如菟丝子是寄生植物，属于消费者；并非所有动物都是消费者，如蚯蚓、蜣螂等营腐生生活的动物属于分解者；并非所有细菌都是分解者，如硝化细菌是自养生物属于生产者，寄生细菌属于消费者，只有营腐生生活的细菌才是分解者。生态系统的营养结构即食物链和食物网，食物链是指生态系统中各种生物之间由于食物关系而形成的一种联系，高中阶段所涉及的食物链为捕食食物链，起点一定是生产者，终点是不被其他动物捕食的顶级消费者，食物链中只包含生产者和消费者，不包含分解者和非生物的物质和能量，食物链上的每一个环节称为一个营养级，生产者是第一营养级，初级消费者（植食性动物）是第二营养级，次级消费者（以植食性动物为食的肉食性动物）是第三营养级，三级消费者是第四营养级，以此类推，营养级级别=消费者级别+1，且动物的营养级并非固定不变，在不同的食物链中，同一种动物可能占据不同的营养级，如鹰在“草→兔→鹰”食物链中是第三营养级，在“草→蝗虫→食虫鸟→鹰”食物链中是第四营养级，在“草→蝗虫→蛙→蛇→鹰”食物链中是第五营养级。食物网是指一个生态系统中，许多食物链彼此相互交错连接成的复杂营养结构，食物网形成的原因是一种绿色植物可能是多种植食性动物的食物，而一种植食性动物既可能吃多种植物，也可能被多种肉食性动物所食；食物网的复杂程度取决于生态系统中物种的数量，而非生物的个体数量，物种丰富度越高，食物链越多，食物网越复杂；食物链和食物网是生态系统能量流动和物质循环的渠道，食物网越复杂，生态系统抵抗外界干扰的能力就越强，当某一物种数量减少时，其位置可由同营养级的其他多种生物替代，生态系统的稳定性就越高。食物网中生物数量变化的判断需遵循一定规律：当食物链中第一营养级（生产者）数量减少时，所有更高营养级的生物数量都会随之减少，因为生产者是所有消费者的能量来源；当处于“天敌”地位的生物数量减少时，被捕食者的数量短时间内会增加，但随着种群密度增大，种内竞争加剧，被捕食者种群会出现数量下降再趋于稳定的波动，最终结果是被捕食者种群数量先增后减最后趋于稳定，但整体数量会比原来高；若某一生物处于复杂食物网的中间营养级，其数量变化对其他生物的影响需视具体食物链而定，遵循“短食物链影响优先，高营养级影响优先”的原则，如在某一食物网中，鹰同时捕食兔、鼠、蛇，若蛇数量减少，鹰因可以通过捕食兔、鼠维持种群数量，基本不会发生明显变化，而蛇捕食的鼠因天敌减少，短时间内数量会增加，但由于鹰对鼠的捕食压力增大，鼠的数量最终会保持相对稳定。生态系统的功能包括能量流动、物质循环和信息传递三大类，三者共同维持生态系统的稳态。能量流动是指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，地球上几乎所有生态系统的能量都来自太阳能，生产者通过光合作用将太阳能转化为化学能固定在有机物中，完成能量的输入，这是能量流动的起点，流经整个生态系统的总能量是生产者固定的太阳能总量（人工生态系统可额外补充人工输入的能量，如鱼塘中投放的饲料所含的化学能）。能量在生态系统中的传递是沿食物链和食物网进行的，传递形式是有机物中的化学能；能量的转化过程是太阳能→有机物中的化学能→热能，其中热能是能量散失的主要形式；能量的散失是通过各个营养级生物和分解者的呼吸作用，以热能的形式释放到环境中，这部分能量无法被生物再度利用。能量流动具有两大特点：一是单向流动，指能量只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面的各个营养级，不可逆转，也不能循环流动，原因是食物链中各营养级的顺序是长期自然选择形成的，不可逆转，且呼吸作用散失的热能不能被生产者重新固定利用；二是逐级递减，指输入到一个营养级的能量，不可能百分之百地流入下一个营养级，能量在沿食物链流动的过程中是逐级减少的，相邻两个营养级之间的能量传递效率一般为10%~20%，计算方式为下一营养级的同化量除以上一营养级的同化量×100%，需要明确同化量是指某一营养级从外界获取的、转化为自身组成物质的能量，对于生产者而言同化量即其固定的太阳能总量，对于消费者而言同化量=摄入量-粪便量，其中粪便中的能量属于上一营养级的同化量，并未被该营养级生物真正利用；某一营养级同化量的去向包括四个方面：一是通过自身呼吸作用以热能形式散失；二是用于自身生长、发育和繁殖等生命活动，储存在自身的有机物中；三是流向分解者（即动植物遗体、残枝落叶、动物排遗物中的能量被分解者分解利用）；四是流向下一营养级（最高营养级生物的能量没有流向下一营养级的去向）。能量在沿食物链传递时逐级递减，因此食物链一般不会超过5个营养级，因为能量传递到第五营养级时剩余的能量已经不足以维持一个营养级种群的生存。能量流动的规律在生产实践中有广泛应用：一是可以帮助人们科学规划、设计人工生态系统，实现能量的多级利用，大大提高能量的利用率，如“桑基鱼塘”模式，利用桑叶喂蚕，蚕沙（蚕粪）养鱼，鱼塘泥肥桑，将原本蚕沙中会被分解者散失的能量通过鱼类利用，实现了能量的多级利用，提高了能量利用效率，需要注意的是能量多级利用并未提高能量的传递效率，相邻营养级间的传递效率仍为10%~20%，只是将原本未被利用的能量通过多种食物链进行利用，减少了能量的浪费；二是可以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，如农田生态系统中通过除草、治虫，减少杂草和害虫对能量的消耗，使更多能量流向农作物，草原生态系统中通过确定合理载畜量，避免过度放牧导致草场退化，使能量更多流向牲畜。物质循环是指组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素，都不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程，这里的生态系统指的是地球上最大的生态系统——生物圈，因此物质循环具有全球性，又叫生物地球化学循环。碳循环是物质循环的核心案例，碳在无机环境和生物群落之间的循环主要以二氧化碳的形式进行，在生物群落内部则以含碳有机物的形式沿食物链传递：无机环境中的碳主要以二氧化碳和碳酸盐的形式存在，大气中的二氧化碳通过生产者的光合作用（少量通过化能合成作用）进入生物群落，转化为含碳有机物；含碳有机物沿食物链在生物群落中传递，各个营养级生物通过呼吸作用将有机物分解为二氧化碳归还到大气中；生产者和消费者的遗体残骸、排遗物中的含碳有机物被分解者的分解作用分解为二氧化碳归还到大气中；此外古代生物的遗体在地壳中形成煤、石油、天然气等化石燃料，化石燃料通过燃烧作用将碳以二氧化碳的形式释放到大气中。正常情况下碳循环处于动态平衡状态，大气中二氧化碳浓度维持相对稳定，但由于现代工业的快速发展，人类大量燃烧煤、石油等化石燃料，短时间内将地层中储存的碳大量释放到大气中，打破了碳循环的平衡，导致大气中二氧化碳浓度迅速升高，引发温室效应，导致全球气候变暖、冰川融化、海平面上升等一系列生态问题，缓解温室效应的主要措施包括减少化石燃料的燃烧、开发新能源、植树造林、保护植被，通过增加生产者对二氧化碳的固定吸收，降低大气中二氧化碳浓度。物质循环与能量流动是生态系统中同时进行、彼此相互依存、不可分割的两个过程：能量是物质循环的动力，物质是能量流动的载体，能量的固定、储存、转移和释放都离不开物质的合成和分解过程，物质作为能量的载体，使能量沿着食物链（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。信息传递是生态系统的第三大功能，生态系统中的信息包括物理信息、化学信息和行为信息三大类：物理信息是指通过物理过程传递的信息，如光、声、温度、湿度、磁力等，这些信息可以来自无机环境，也可以来自生物，如蜘蛛网的振动频率、鸟类的鸣叫声、萤火虫的闪光、植物开花的光周期信号等都属于物理信息；化学信息是指生物在生命活动过程中，产生的一些可以传递信息的化学物质，如植物的生物碱、有机酸等代谢产物，动物的性外激素、信息素等，化学信息是生物之间传递信号的重要方式，如狗通过尿液的气味标记领地，蛾类通过性外激素吸引异性交配，烟草植株受到蛾幼虫攻击后释放可挥发的化学物质吸引蛾幼虫的天敌；行为信息是指动物通过特殊的行为特征传递信息，如蜜蜂的“8字舞”“圆圈舞”通过舞蹈动作告知同伴蜜源的位置和距离，孔雀开屏通过求偶行为向异性传递繁殖信号，鸟类的求偶炫耀等都属于行为信息。信息传递在生态系统中的作用主要体现在三个层面：一是维持生命活动的正常进行，如莴苣的种子必须接受某种波长的光信息才能萌发，蝙蝠通过自身发出的声波进行回声定位，完成取食、飞行等生命活动；二是维持生物种群的繁衍，如很多昆虫通过释放性外激素吸引异性交配，植物开花需要光信息刺激，保证开花时间与昆虫传粉时间同步；三是调节生物的种间关系，进而维持生态系统的稳定，如草原上返青的草为植食性动物提供食物信息，狼根据兔子留下的气味捕食兔子，兔子根据狼的气味躲避捕食，信息传递能够调节捕食者与被捕食者的数量关系，维持群落稳定。信息传递在农业生产中的应用主要有两个方向：一是提高农产品或畜产品的产量，如利用模拟的动物信息吸引传粉动物，提高果树的传粉效率和结实率，通过控制光照时间提高鸡的产蛋率；二是对有害动物进行控制，如利用音响设备发出结群信号吸引鸟类捕食害虫，利用性引诱剂诱杀雄性害虫或干扰害虫的正常交配，降低害虫种群密度，这种生物防治方法相比化学防治具有不污染环境、不会导致害虫抗药性上升的优势。生态系统的稳定性是指生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力，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，负反馈调节是生态系统自我调节能力的基础。负反馈调节在生态系统中普遍存在，如草原上草的数量增加会导致兔的数量增加，兔数量增加会大量啃食草导致草的数量下降，草数量下降又会导致兔因食物不足数量下降，兔数量下降后草的数量又会恢复，通过这样的负反馈调节，草和兔的数量维持在相对波动的稳定状态，负反馈调节的结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分的变化，使生态系统保持相对稳定。正反馈调节在自然生态系统中较为少见，其结果是使生态系统偏离平衡状态，如水体富营养化导致藻类大量繁殖，藻类死亡后被分解者分解消耗大量溶解氧，导致鱼虾等水生生物死亡，水生生物死亡后进一步加剧分解作用消耗氧气，同时释放更多营养物质，导致藻类进一步繁殖，最终引发水华，生态系统崩溃，正反馈调节往往具有破坏性。生态系统的自我调节能力不是无限的，当外界干扰因素的强度超过一定限度时，生态系统的自我调节能力会迅速丧失，生态系统就会遭到破坏，如过度放牧导致草场退化、严重污染导致河流生态系统崩溃。生态系统的稳定性包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性两个方面：抵抗力稳定性是指生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状（不受损害）的能力，核心是“抵抗干扰、保持原状”，生态系统的组分越多，食物网越复杂，自我调节能力就越强，抵抗力稳定性就越高，如热带雨林生态系统物种丰富度高，食物网复杂，抵抗外界干扰的能力远高于物种稀少的北极苔原生态系统；恢复力稳定性是指生态系统在受到外界干扰因素的破坏后恢复到原状的能力，核心是“遭到破坏、恢复原状”，一般来说抵抗力稳定性越高的生态系统，恢复力稳定性越低，如热带雨林遭到严重破坏后恢复所需时间极长，而草原生态系统遭到破坏后恢复速度较快，但这种规律并不是绝对的，如北极苔原生态系统抵抗力稳定性极低，但由于环境条件恶劣，其恢复力稳定性也很低。提高生态系统稳定性的措施主要包括两方面：一方面要控制对生态系统的干扰强度，对生态系统的利用应该适度，不应超过生态系统的自我调节能力，如合理放牧、合理砍伐、合理捕捞，避免对生态系统造成过度破坏；另一方面，对人类利用强度较大的生态系统，应实施相应的物质、能量投入，保证生态系统内部结构与功能的协调，如农田生态系统需要不断施肥、灌