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第三章生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性第1節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.生態(tài)系統(tǒng)(1)生態(tài)系統(tǒng)的概念:在一定的空間內(nèi),由生物群落和它的無機(jī)環(huán)境相互作用而形成的統(tǒng)一整體,叫做生態(tài)系統(tǒng)。(2)生態(tài)系統(tǒng)的范圍:生態(tài)系統(tǒng)可大可小,其中地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)是生物圈(是指地球上的全部生物及其無機(jī)環(huán)境的總和)。(3)生態(tài)系統(tǒng)的類型:自然生態(tài)系統(tǒng)和人工生態(tài)系統(tǒng)兩類。自然生態(tài)系統(tǒng):水域生態(tài)系統(tǒng):海洋生態(tài)系統(tǒng)、淡水生態(tài)系統(tǒng)等陸地生態(tài)系統(tǒng):森林生態(tài)系統(tǒng)、草原生態(tài)系統(tǒng)、荒漠生態(tài)系統(tǒng)、凍原生態(tài)系統(tǒng)等人工生態(tài)系統(tǒng):農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、人工林生態(tài)系統(tǒng)、果園生態(tài)系統(tǒng)、城市生態(tài)系統(tǒng)等2.生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括生態(tài)系統(tǒng)的組成成分和營養(yǎng)結(jié)構(gòu)(包括食物鏈、食物網(wǎng))。3.生態(tài)系統(tǒng)的組成成分:生態(tài)系統(tǒng)的成分包括非生物的物質(zhì)和能量、生產(chǎn)者(自養(yǎng)生物)、消費者、分解者。(1)非生物的物質(zhì)和能量①組成:物質(zhì):如水、空氣、無機(jī)鹽等;能量:如陽光、熱能。②作用:是生物群落物質(zhì)和能量的最終來源,是生物群落賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。(2)生產(chǎn)者①營養(yǎng)方式:屬于自養(yǎng)(自養(yǎng)/異養(yǎng))生物。②生物類群:主要是綠色植物,還包括光合細(xì)菌(如藍(lán)細(xì)菌)、化能合成菌(如硝化細(xì)菌)。③作用a.物質(zhì)方面:無機(jī)物CO2eq\o(───────────→,\s\up7(光合作用/化能合成作用))含碳有機(jī)物。b.能量方面:光能eq\o(────→,\s\up7(光合作用))有機(jī)物中的化學(xué)能(主要)無機(jī)物氧化放出的化學(xué)能eq\o(──────→,\s\up7(化能合成作用))有機(jī)物中的化學(xué)能。④地位:是生態(tài)系統(tǒng)的基石。(必備成分)(3)消費者①營養(yǎng)方式:屬于異養(yǎng)(自養(yǎng)/異養(yǎng))生物。②生物類群:捕食性動物、寄生生物(如菟絲子、蛔蟲、腸道中的大腸桿菌、結(jié)核桿菌、病毒)。③作用:加快生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán),有利于植物的傳粉和種子的傳播。④地位:是生態(tài)系統(tǒng)中最活躍的成分。(非必備成分)(4)分解者①作用:能將動植物遺體和動物排遺物中的有機(jī)物分解成無機(jī)物,供生產(chǎn)者重新利用。②營養(yǎng)方式:屬于異養(yǎng)(自養(yǎng)/異養(yǎng))生物。③生物類群:主要是腐生性細(xì)菌(如枯草桿菌)、真菌(如食用菌)及動物(如蚯蚓、蜣螂)。④地位:是生態(tài)系統(tǒng)的必備成分,不可缺少。非生物的物質(zhì)和能量、生產(chǎn)者、消費者和分解者四種成分是緊密聯(lián)系、缺一不可的。正是由于生態(tài)系統(tǒng)中各組成成分之間的緊密聯(lián)系,才使生態(tài)系統(tǒng)成為一個統(tǒng)一整體,具有一定的結(jié)構(gòu)和功能。思考:聯(lián)系生物群落與無機(jī)環(huán)境的橋梁是生產(chǎn)者和分解者兩種成分。4.生態(tài)系統(tǒng)中各種組成成分的關(guān)系(字母表示生態(tài)系統(tǒng)成分,數(shù)字表示生理過程)AA表示:生產(chǎn)者B表示:消費者C表示:分解者D表示:非生物的物質(zhì)和能量①表示:光合作用或化能合成作用②表示:呼吸作用③表示:呼吸作用④表示:分解作用歸納:生態(tài)系統(tǒng)中生物成分與類群的關(guān)系(1)生產(chǎn)者一定是自養(yǎng)型生物,不一定是綠色植物,如能進(jìn)行化能合成作用的硝化細(xì)菌。(2)消費者一定是異養(yǎng)型生物,不一定都是動物,如寄生生物菟絲子、病毒等。(3)分解者一定是異養(yǎng)型生物,不一定都是微生物,如腐生動物蚯蚓、蜣螂等。(4)植物可作為生產(chǎn)者(綠色植物)和消費者(菟絲子)。(5)動物可作為消費者(捕食性動物)和分解者(如腐生動物蚯蚓、蜣螂等)。(6)細(xì)菌可作為生產(chǎn)者(化能合成菌,如硝化細(xì)菌)、消費者(寄生菌,如結(jié)核桿菌、肺炎雙球菌、腸道內(nèi)的大腸桿菌等)和分解者(腐生菌,如枯草桿菌、泥土及糞便中的大腸桿菌等)。5.生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)(1)食物鏈(捕食鏈)①食物鏈概念:生態(tài)系統(tǒng)中各生物之間由于食物關(guān)系形成的一種聯(lián)系。食物鏈:植物蝗蟲青蛙蛇鷹生態(tài)系統(tǒng)成分:生產(chǎn)者初級消費者次級消費者三級消費者四級消費者營養(yǎng)級別:第一營養(yǎng)級第二營養(yǎng)級第三營養(yǎng)級第四營養(yǎng)級第五營養(yǎng)級②食物鏈特點:起點是生產(chǎn)者,為第一營養(yǎng)級;終點是最高營養(yǎng)級。只包含生產(chǎn)者和消費者。分解者不參與食物鏈,消費者所處營養(yǎng)級不固定,③食物鏈營養(yǎng)級與消費者級別的關(guān)系:消費者級別=營養(yǎng)級級別-1。(2)食物網(wǎng)①食物網(wǎng)概念:在一個生態(tài)系統(tǒng)中,許多食物鏈彼此相互交錯連接成的復(fù)雜營養(yǎng)結(jié)構(gòu)。②食物網(wǎng)形成原因:a.生態(tài)系統(tǒng)中,一種綠色植物可能是多種植食性動物的食物。b.而一種植食性動物既可能吃多種植物,也可能被多種肉食性動物所食。③食物網(wǎng)特點:同一種消費者在不同的食物鏈中,可以占據(jù)不同的營養(yǎng)級,某一個營養(yǎng)級也會有不同的消費者。(3)食物鏈和食物網(wǎng)的作用:食物鏈和食物網(wǎng)是生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu),生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動的渠道。(4)復(fù)雜的食物網(wǎng)是使生態(tài)系統(tǒng)保持相對穩(wěn)定的重要條件。如果一條食物鏈上某種生物減少或消失,它在食物鏈上的位置可能會由其他生物來取代。一般認(rèn)為,食物網(wǎng)越復(fù)雜,生態(tài)系統(tǒng)抵抗外界干擾的能力越強。5.請用文字、箭頭表示出生態(tài)系統(tǒng)個組成成分之間的關(guān)系:6.生產(chǎn)者和分解者是聯(lián)系生物群落和無機(jī)環(huán)境的紐帶。構(gòu)成一個簡單的生態(tài)系統(tǒng)的必需成分:生產(chǎn)者,分解者,非生物的物質(zhì)和能量。7.植物都是生產(chǎn)者?生產(chǎn)者都是植物?動物都是消費者?消費者都是動物?細(xì)菌都是分解者?分解者都是細(xì)菌?不都是,寄生植物如菟絲子不是生產(chǎn)者,是消費者;捕蠅草既是生產(chǎn)者又是消費者。動物中蜣螂、蚯蚓以糞便和腐殖質(zhì)為食屬于分解者。硝化細(xì)菌、光合細(xì)菌屬于生產(chǎn)者而不是分解者。8.若右圖1表示生態(tài)系統(tǒng)個組成成分:A:消費者,B:分解者,C:非生物的物質(zhì)和能量D:生產(chǎn)者圖中ABD共同構(gòu)成了生物群落,食物鏈只包括D和A,D和B是聯(lián)系生物群落和無機(jī)環(huán)境的兩大橋梁。若右圖1表示生態(tài)系統(tǒng)中的生物與無機(jī)環(huán)境的關(guān)系圖:A:動物,B:營腐生生活的細(xì)菌和真菌C:無機(jī)環(huán)境D:主要為綠色植物1.生產(chǎn)者通過光合作用,把太陽能固定在它們所制造的有機(jī)物中。太陽能變成化學(xué)能,
從而可以被生物所利用。(√)2.綠色植物所固定的太陽能,通過食物鏈由一個營養(yǎng)級向下一個營養(yǎng)級傳遞,各種動物所處的營養(yǎng)級是固定不變的。(x)3.食物鏈和食物網(wǎng)是生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu),是物質(zhì)循環(huán)和能量流動的渠道。(√)4.在生態(tài)系統(tǒng)中,生產(chǎn)者由自養(yǎng)型生物構(gòu)成,一定位于第一營養(yǎng)級。(√)5.食物網(wǎng)中兩種生物間只能有一種種間關(guān)系。
(x)6.食物鏈與食物網(wǎng)是生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu),生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)與能量流動就是沿著這種渠道進(jìn)行的。(√)7.在捕食食物鏈中,食物鏈的起點總是生產(chǎn)者,占據(jù)最高營養(yǎng)級的是不被其他動物捕食的動物。(√)8.在一個生態(tài)系統(tǒng)中,分解有機(jī)物的是微生物。(x)9.食物鏈縱橫交錯形成的復(fù)雜營養(yǎng)關(guān)系就是食物網(wǎng)。食物網(wǎng)的復(fù)雜程度取決于該生態(tài)系統(tǒng)中生物的數(shù)量。(x)10.對于捕食鏈來說,第一營養(yǎng)級一定是生產(chǎn)者,分解者一定不占營養(yǎng)級,無機(jī)成分也一定不占營養(yǎng)級。(√)11.錯綜復(fù)雜的食物網(wǎng)是生態(tài)系統(tǒng)保持相對穩(wěn)定的重要條件。(√)12.在一個生態(tài)系統(tǒng)中,植物不一定是生產(chǎn)者,動物不一定是消費者,微生物不一定是分解者。同樣,生產(chǎn)者不一定是植物,消費者不一定是動物,分解者不一定是微生物。(√)第2節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動1.生態(tài)系統(tǒng)功能:能量流動、物質(zhì)循環(huán)、信息傳遞,主要的功能是能量流動、物質(zhì)循環(huán)。2.能量流動指生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程。(1)輸入:輸入生態(tài)系統(tǒng)總能量是生產(chǎn)者固定的太陽能。(2)傳遞:以有機(jī)物中化學(xué)能的形式沿食物鏈、食物網(wǎng)傳遞。(3)轉(zhuǎn)化:光能→化學(xué)能→熱能。(4)散失:通過自身呼吸作用以熱能形式散失的。3.能量流動的過程:(1)能量輸入第一營養(yǎng)級:地球幾乎所有的生態(tài)系統(tǒng)所需的能量都來自太陽。太陽每天輸送到地球的能量大約有1x1019kJ。這些輸送到地球的能量絕大部分都被地球表面的大氣層所吸收、散射和反射掉了,大約只有1%以可見光的形式,被生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者通過光合作用轉(zhuǎn)化成為化學(xué)能,固定在它們所制造的有機(jī)物中。這樣,太陽能就輸入到了生態(tài)系統(tǒng)的第一營養(yǎng)級。(2)第一營養(yǎng)級的能量流動:輸入第一營養(yǎng)級的能量,一部分在生產(chǎn)者的呼吸作用中以熱能的形式散失了;另一部分用于生產(chǎn)者的生長、發(fā)育和繁殖等生命活動,儲存在植物體的有機(jī)物中。構(gòu)成植物體的有機(jī)物中的能量,一部分隨著殘枝敗葉等被分解者分解而釋放出來;另一部分則被初級消費者攝入體內(nèi),這樣,能量就流入了第二營養(yǎng)級。(4)消費者(第二營養(yǎng)級)的能量流動:能量流入第二營養(yǎng)級后,將發(fā)生下圖所示的變化,圖中數(shù)字序號處填寫的內(nèi)容應(yīng)為:①初級消費者同化;②用于生長發(fā)育和繁殖;③次級消費者攝入;④呼吸作用;⑤呼吸作用。能量在第三、第四營養(yǎng)級的變化,與第二營養(yǎng)級的情況大致相同。圖1圖2(4)生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動過程,可以概括為上圖2,圖中數(shù)字序號處填寫的內(nèi)容應(yīng)為:①呼吸作用;②生產(chǎn)者(植物);③分解者;④呼吸作用。4.攝入量=同化量+糞便量(未被該營養(yǎng)級同化量即是上一營養(yǎng)級的同化量的一部分)貯存量(自身生長、發(fā)育、繁殖的能量)=同化量-呼吸量同化量的去向:自身呼吸消耗和用于自身的生長、發(fā)育、繁殖。自身生長、發(fā)育、繁殖的能量的去路:流入下一營養(yǎng)級,流向分解者,未被利用,“未被利用”的能量指未被自身呼吸消耗,也未被后一營養(yǎng)級和分解者利用的能量。糞便中的能量是上一營養(yǎng)級的同化量的一部分。呼吸熱能呼吸熱能下一營養(yǎng)級最高營養(yǎng)級分解者未被利用5.能量流動的特點:為了研究能量流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈時,每一級的能量變化和能量轉(zhuǎn)移效率,美國生態(tài)學(xué)家林德曼對一個結(jié)構(gòu)相對簡單的天然湖泊—賽達(dá)伯格湖的能量流動進(jìn)行了定量分析,林德曼的研究發(fā)現(xiàn),生態(tài)系統(tǒng)的能量流動具有兩個明顯的特點:①生態(tài)系統(tǒng)中能量流動是單向的。②能量在流動過程中逐級遞減。一般來說,在輸入到某一個營養(yǎng)級的能量中,只有10%~20%的能量能夠流到下一個營養(yǎng)級,也就是說,能量在相鄰兩個營養(yǎng)級間的傳遞效率大約是10%~20%。(1)生態(tài)系統(tǒng)的能量單向流動——因為捕食關(guān)系不能逆轉(zhuǎn),能量只能從第一營養(yǎng)級流向第二營養(yǎng)級。(2)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動逐級遞減——輸入某一營養(yǎng)級的能量(同化量)一部分通過呼吸散失,另一部分被分解者分解,只有少部分流向下一營養(yǎng)級。生態(tài)系統(tǒng)能量傳遞效率的計算指的是相鄰兩個營養(yǎng)級同化量的比值。(3)生態(tài)系統(tǒng)需要能量的補充:任何生態(tài)系統(tǒng)都需要不斷得到來自系統(tǒng)外的能量補充,以便維持生態(tài)系統(tǒng)的正常功能。如果一個生態(tài)系統(tǒng)在一段較長時期內(nèi)沒有能量——太陽能或化學(xué)能輸入,這個生態(tài)系統(tǒng)就會崩潰。6.生態(tài)金字塔:類型:能量金字塔、生物量金字塔、數(shù)量金字塔統(tǒng)稱為生態(tài)金字塔。(1)能量金字塔:主要分析能量。如果將單位時間內(nèi)各個營養(yǎng)級所得到的能量數(shù)值,由低到高繪制成圖,可形成一個金字塔圖形,叫做能量金字塔。生態(tài)系統(tǒng)的能量傳遞效率為10%-20%。在一個生態(tài)系統(tǒng)中,營養(yǎng)級越多,在能量流動中消耗的能量就越多。因此,營養(yǎng)級一般不超過5個。(2)生物量金字塔①概念:如果將單位時間內(nèi)各營養(yǎng)級生物量數(shù)值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)面積(或體積)的圖形,并將圖形按照營養(yǎng)級的次序排列,可形成一個表示各個營養(yǎng)級生物量(每個營養(yǎng)級所容納的有機(jī)物的總干重)之間關(guān)系的金字塔圖形,叫作生物量金字塔。②特點:大多也是上窄下寬的金字塔形。(3)數(shù)量金字塔①概念:如果將單位時間內(nèi)各營養(yǎng)級個體的數(shù)目轉(zhuǎn)換為相應(yīng)面積(或體積)的圖形,并將圖形按照營養(yǎng)級的次序排列,可形成一個表示各個營養(yǎng)級生物個體的數(shù)目比值關(guān)系的圖形,就形成數(shù)量金字塔。②特點:一般呈上窄下寬的金字塔形,但也可呈上寬下窄倒置的金字塔形,如昆蟲和樹。6.請根據(jù)下圖填空:(重理解)(1)D1表示:生產(chǎn)者流向初級消費者的能量(即:初級消費者同化的能量)。A2表示:初級消費者自身呼吸作用消耗的能量。B2表示:未被利用的能量。D2表示:流向次級消費者的能量(即:次級消費者的同化的能量)。C2表示:流向分解者的能量。(2)(用圖中字母填空)輸入第一營養(yǎng)級的能量(即生產(chǎn)者固定的太陽能)是W1,被分為兩部分:一部分在生產(chǎn)者的呼吸作用中以熱能的形式散失的能量為A1,一部分則用生產(chǎn)者的生長、發(fā)育、繁殖的能量為B1+C1+D1。7.下圖1為某湖泊生態(tài)系統(tǒng)的能量金字塔簡圖,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別代表不同的營養(yǎng)級,m1、m2代表不同的能量形式。圖2為能量流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)中初級消費者(營養(yǎng)級Ⅱ)時的變化示意圖,其中a-g表示能量值的多少。請據(jù)圖作答:(1)圖1中,m1、m2表示的能量形式分別為第一營養(yǎng)級固定的能量、各營養(yǎng)級呼吸作用散失的總能量。通常情況下,位于營養(yǎng)級Ⅳ的生物個體數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于位于營養(yǎng)級Ⅲ的生物個體數(shù)量,主要原因是能量逐級遞減營養(yǎng)級越高能利用的能量越少,而且營養(yǎng)級高的高的物種個體一般較大。(2)圖2中,A表示初級消費者所攝入的全部能量,則B表示初級消費者所同化的能量,C表示初級消費者用于自身生長、發(fā)育、繁殖的能量,D表示初級消費者呼吸作用散失的能量。E表示分解者利用的能量,E的能量來源于:①初級消費者糞便中能量c,這部分能量是生產(chǎn)者的同化量的一部分。②初級消費者遺體殘骸重的能量f。(3)若圖1中營養(yǎng)級Ⅰ所固定的太陽能總量為y,營養(yǎng)級Ⅰ、Ⅱ間的能量傳遞效率是b/y×100%(用圖中所給字母表示)。8.分解者呼吸作用產(chǎn)生的熱能散失了,這部分能量植物不能利用,但是物質(zhì)可供生產(chǎn)者利用。9.研究能量流動的意義(1)研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動,可以幫助人們將生物在時間、空間上進(jìn)行合理配置,增大流入某個生態(tài)系統(tǒng)的總能量。例如農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的間種套作、蔬菜大棚中多層育苗、稻--萍--蛙等立體充分利用了空間和資源,獲得了更大的收益。(2)研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動,可以幫助人們科學(xué)的規(guī)劃和設(shè)計人工生態(tài)系統(tǒng),使能量得到最有效的利用,實現(xiàn)對能量的多級利用,從而大大提高能量的利用率。例如可將秸稈用作飼料喂牲畜,可獲得蛋、奶、肉;將牲畜的糞便作為沼氣池發(fā)酵的原料,可以生產(chǎn)沼氣提供能源;沼氣翅中的沼渣還可作為肥料還田。(3)研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動,可以幫助人們合理調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)的能量流動關(guān)系,使能量持續(xù)高效的流向?qū)θ祟愑幸娴牟糠?。例如:農(nóng)田除除草、滅蟲、根據(jù)草場能量流動的特點合理確定草場的載畜量,才能保持畜產(chǎn)品高產(chǎn)。10.能量傳遞效率相關(guān)“最值”計算規(guī)律:①知低營養(yǎng)級,求高營養(yǎng)級獲得能量最多:選最短食物鏈,按×20%計算。獲得能量最少選最長食物鏈,按×10%計算②知高營養(yǎng)級,求低營養(yǎng)級:所需能量最多選最長食物鏈,按÷10%計算。所需能量最少選最短食物鏈,按÷20%計算11.(1)如果牧草固定了1000焦耳的能量,則貓頭鷹最少能獲得1焦耳能量,最多能獲得40焦耳能量.(2)若貓頭鷹要獲得1千焦能量,則至少消耗掉牧草所固定的25千焦能量,最多消耗牧草固定的1000千焦能量.12.如果一個人食物有1/2來自綠色植物,1/4來自小型肉食動物。1/4來自羊肉,假如傳遞效率為10%,那么該人每增加1千克體重,約消耗植物280千克.13.設(shè)下圖1食物網(wǎng)中E種群干物質(zhì)量為5.8×109kJ,B種群干物質(zhì)量為1.3×108kJ,則A種群干物質(zhì)量的值至少是4.5×107。14.已知圖2中C同化的總能量為a,其中由A直接供給的比例為x,則按最低的能量傳遞效率計算,需要A生物的總能量(y)與x的函數(shù)關(guān)系式為y=100a-90ax。A能量中比例為Z的部分直接提供給C,則要使C能量增加akJ,至少需要消耗A的能量為25a/(1+4Z)。15.如下圖1是某人工魚塘生態(tài)系統(tǒng)能量流動圖解(能量單位為:J/cm2?a),請回答:(1)如圖所示,輸入該生態(tài)系統(tǒng)的能量主要是由生產(chǎn)者固定的太陽能,其次是有機(jī)物輸入的能量。圖中A代表呼吸作用散失的能量。圖1圖2(2)輸入該生態(tài)系統(tǒng)的能量為117J/cm2?a。能量從第一營養(yǎng)級流到第二營養(yǎng)級的傳遞效率是12.7%.(3)草魚以水草為食,白鰱以綠藻和水草為食,草魚與白鰱的種間關(guān)系是競;調(diào)查魚塘中草魚的種群密度,用標(biāo)志重捕法.(4)由于食性不同,魚塘中魚類等生物具有分層現(xiàn)象,群落的這種空間結(jié)構(gòu)稱為垂直結(jié)構(gòu).(5)該生態(tài)系統(tǒng)具有能量流動、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞三個方面的功能.(6)建立人工生態(tài)系統(tǒng)必需遵循生態(tài)工程的基本原理,試從魚塘的地理環(huán)境與放養(yǎng)的魚類分析,人工魚塘生態(tài)系統(tǒng)遵循了協(xié)調(diào)與平衡原理(限填一個).16.上圖2N5的去向:呼吸作用散失和用于自身生長發(fā)育繁殖,能量由第一營養(yǎng)級傳遞給第二營養(yǎng)級的傳遞效率為N5/N2。1.“未利用”指未被自身呼吸作用消耗,也未被后-一個營養(yǎng)級
利用的能量。(x)2.任何生態(tài)系統(tǒng)都需要不斷得到來自系統(tǒng)外的能量補充,以便維持生態(tài)系統(tǒng)的正常功能。(√)3.研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動,可以幫助人們科學(xué)規(guī)劃、設(shè)計人工生態(tài)系統(tǒng),使能量得到最有效的利用,提高能量的轉(zhuǎn)化效率。(√)4.輸入第一營養(yǎng)級的能量,一部分在生產(chǎn)者的呼吸作用中以熱能的形式散失,一部分用于生產(chǎn)者的生長、發(fā)育和繁殖等。(√)5.兔吃草后排出的糞便中的能量是免同化量的一部分。(x)6.太陽能只能通過綠色植物的光合作用進(jìn)入生物群落。并以有機(jī)物中的化學(xué)能形式存在。(x)7.能量金字塔和生物量金字塔可以出現(xiàn)倒置現(xiàn)象。(x)8.拔去田地中的雜草是人為地調(diào)整能量流動的方向,提高生態(tài)系統(tǒng)的能量傳遞效率。(x)9.生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是從生產(chǎn)者固定太陽能開始的,流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量就是該生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)者所固定的全部太陽能。(√)10.發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè),實現(xiàn)物質(zhì)與能量的循環(huán)利用,是實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展的一項合理措施。(x)11.在一條食物鏈中,由低營養(yǎng)級到高營養(yǎng)級推算,前一營養(yǎng)級比后一營養(yǎng)級含量一定多的指標(biāo)是“能量”,而“數(shù)量”和“干重”可能出現(xiàn)反例。(√)12.植物A屬于第一營養(yǎng)級,動物B屬于第二營養(yǎng)級,所以所有植物A中包含的能量一定多于所有動物B所包含的能量。(x)13.動物吃100g食物,一般只能使體重增加10g,這就是生態(tài)系統(tǒng)中的能量傳遞效率為10%的例證。(x)第3節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的功能——物質(zhì)循環(huán)1.碳循環(huán):如圖表示碳循環(huán)的大致過程,圖中①②③代表的生理過程依次是:①呼吸作用,②光合作用,③微生物的分解作用。在生態(tài)系統(tǒng)中,④代表的成分是生產(chǎn)者,⑤代表的成分是消費者,碳在④與⑤之間以有機(jī)物形式沿食物鏈傳遞。(2)碳循環(huán)形式及特點:碳在生物群落與無機(jī)環(huán)境之間的循環(huán)主要是以二氧化碳的形式進(jìn)行的。碳循環(huán)具有全球性的特點;海洋對于調(diào)節(jié)大氣中的碳含量起著非常重要的作用。注意:(1)C元素在生物體內(nèi)主要以含碳有機(jī)物的形式存在,在無機(jī)環(huán)境中主要以CO2、碳酸鹽的形式存在。(2)C元素從無機(jī)環(huán)境進(jìn)入生物群落的途徑:光合作用以及化能合成作用。(3)C元素從生物群落進(jìn)入無機(jī)環(huán)境的途徑:動植物的呼吸作用、微生物的分解作用、化石燃料的燃燒。2.物質(zhì)循環(huán)(1)物質(zhì)循環(huán)的概念:組成生物體的C、H、O、N、P、S等元素,都在不斷地進(jìn)行著從非生物環(huán)境到生物群落、又從生物群落到非生物環(huán)境的循環(huán)過程,這就是生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)。這里所說的生態(tài)系統(tǒng)指的是地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)----生物圈。(2)物質(zhì)循環(huán)的特點:①生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)里所說的“生態(tài)系統(tǒng)”指的是地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)—生物圈,其中的物質(zhì)循環(huán)具有全球性,因此又叫生物地球化學(xué)循環(huán);②物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)往復(fù)運動。其中物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)往復(fù)運動的特點對于改進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式有多方面的啟示。3.化石燃料的開采和使用大大增加了二氧化碳的排放,加劇了溫室效應(yīng)。我國一方面采取積極減少二氧化碳排放,另一方面大力植樹種草,提高森林覆蓋率,這在吸收和固定二氧化碳方面發(fā)揮重要作用。4.生物富集(1)概念:生物體從周圍環(huán)境吸收、積蓄某種元素或難以降解的化合物,使其在機(jī)體內(nèi)濃度超過環(huán)境濃度的現(xiàn)象。(2)進(jìn)入生物體方式:①動、植物直接吸收。②沿食物鏈在生物體內(nèi)逐漸聚集,積累在食物鏈的頂端。(3)在生物體的分布:多種組織細(xì)胞不易積蓄(4)特點:由于環(huán)境中的有害物質(zhì)可以通過大氣、水和生物遷移等途徑擴(kuò)散到世界各地,因此,生物富集現(xiàn)象具有全球性的特點。5.能量流動與物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系(1)物質(zhì)循環(huán)和能量流動兩者聯(lián)系:能量流動和物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的主要功能,同時進(jìn)行,彼此相互依存,不可分割的,能量的固定、儲存、轉(zhuǎn)移、釋放,都離不開物質(zhì)的合成和分解等過程,物質(zhì)作為能量的載體,使能量沿著食物鏈?zhǔn)澄锞W(wǎng)流動。能量作為動力,使物質(zhì)能夠不斷地在生物群落和無機(jī)環(huán)境之間循環(huán)。生態(tài)系統(tǒng)中的各種組成成分,正是通過能量流動和物質(zhì)循環(huán),才能緊密地聯(lián)系在一起,形成一個統(tǒng)一的整體。(2)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動具有不同的特點:在物質(zhì)循環(huán)過程中,無機(jī)環(huán)境中的物質(zhì)可以被生物群落反復(fù)利用;能量流動則不同,能量在流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)各營級時,是逐級遞減的,而且是單方向的流動,而不是循環(huán)流動。6.探究土壤微生物的分解作用:實驗原理土壤中存在種類、數(shù)目繁多的細(xì)菌、真菌等微生物,他們在生態(tài)系統(tǒng)中的成分為分解者。分解者的作用是將環(huán)境中的有機(jī)物分解為無機(jī)物,其分解速度與環(huán)境溫度、水分等生態(tài)因子相關(guān)。7.案例一:落葉是在土壤微生物的作用下分解的。設(shè)計實驗進(jìn)行驗證。(1)實驗設(shè)計首先要遵循的是單一變量原則和對照原則。(2)該實驗的自變量是土壤微生物的有無。因變量是落葉腐爛程度。無關(guān)變量:土壤溫度、含水量、PH、落葉種類、落葉大小等。(3)以帶有同種落葉的土壤為實驗材料,均分為A組、B組。對照組A組的土壤不做處理(自然狀態(tài)),實驗組的土壤用塑料袋包好,放在60℃的恒溫箱中滅菌處理1小時。B組處理的目的是盡可能排除土壤微生物的作用,同時盡可能避免土壤理化性質(zhì)的改變。(4)預(yù)測實驗結(jié)果:B組落葉腐爛程度小于A組。8.案例二:土壤微生物能分解淀粉項目案例1案例2實驗假設(shè)土壤微生物能分解落葉使之腐爛土壤微生物能分解淀粉實驗實驗組對土壤高溫處理A燒杯:30mL土壤浸出液+淀粉糊在室溫(20℃左右)下放置設(shè)計7天對照組對土壤不做處理(自然狀態(tài))B燒杯:30mL蒸餾水+淀粉糊自變量土壤是否含微生物是否加土壤浸出液實驗現(xiàn)象在相同時間內(nèi)實驗組落葉腐爛程度小于(大于/小于)對照組對照組落葉腐爛所需時間比實驗組短AA1不變藍(lán)在A1、B1中加入碘液,在A2、B2中加入斐林試劑并水浴加熱A2產(chǎn)生磚紅色沉淀BB1變藍(lán)B2不產(chǎn)生磚紅色沉淀結(jié)論分析微生物對落葉有分解作用土壤浸出液中的微生物能分解淀粉下列各圖表示碳循環(huán)示意圖:圖1中:A為生產(chǎn)者,B為大氣CO2庫,C為分解者,D為消費者。圖2中:A為消費者,B為分解者,C為大氣CO2庫,D為生產(chǎn)者。圖3中:A為生產(chǎn)者,B為分解者,C為大氣CO2庫,D為初級消費者,E為次級消費者。圖4中:A為生產(chǎn)者,B為分解者,C為大氣CO2庫,D為初級消費者,E為次級消費者。F為三級消費者。圖5中:A為大氣CO2庫,B為次級消費者,C為初級消費者,D為三級消費者,E為生產(chǎn)者,F(xiàn)為分解者。如果上面各圖表示生態(tài)系統(tǒng)的組成成分,只需要把大氣CO2庫改寫成非生物的物質(zhì)和能量即可。1.生物富集的物質(zhì)會沿著食物鏈、食物網(wǎng)在生物體內(nèi)聚集、營養(yǎng)級越高,濃度也越高。(√)2.能量流動和物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的主要功能,能量的固定、儲存、轉(zhuǎn)移和釋放,離不開物質(zhì)的合成和分解過程。(√)3.發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè),實現(xiàn)物質(zhì)與能量的循環(huán)利用,是實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展的一項合理措施。(x)4.對任何一個自然生態(tài)系統(tǒng)而言,物質(zhì)可以被生物群落反復(fù)利用而不依賴于系統(tǒng)外的供應(yīng),但能量是逐級遞減的,且是單向流動不循環(huán)的,必須從系統(tǒng)外獲得。(x)5..對人類利用強度較大的生態(tài)系統(tǒng),應(yīng)給子相應(yīng)的物質(zhì)、能量投入,保證生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)與功能的協(xié)調(diào)。(√)第4節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞1.信息的概念:人們通常將可以傳播的消息、情報、指令、數(shù)據(jù)與信號等稱作信息。信息流的概念:生態(tài)系統(tǒng)中的生物種群之間,以及它們內(nèi)部都有信息的產(chǎn)生與交換,能夠形成信息傳遞,即信息流。2.生態(tài)系統(tǒng)中的信息種類(1)物理信息:光、聲、溫度、濕度、磁力等,通過物理過程傳遞的信息,都屬于物理信息。(2)化學(xué)信息:生物生命活動中產(chǎn)生的可以傳遞信息的化學(xué)物質(zhì),如植物的生物堿、有機(jī)酸等代謝產(chǎn)物,以及動物的性外激素等,都屬于化學(xué)信息。(3)行為信息:動物的特殊行為,對于同種或異種生物也能夠傳遞某種信息,即生物的行為特征可以體現(xiàn)為行為信息。3.生物可以通過一種或多種信息類型進(jìn)行交流。4.信息傳遞的過程:生態(tài)系統(tǒng)信息傳遞過程中不僅有信息源---信息產(chǎn)生的部位,也有信息傳播的途徑---信道(空氣、水以及其他介質(zhì)均可傳播信息);還需要信息接收的生物或其部位---信息受體,動物的眼鼻、耳朵、皮膚,植物的葉、芽以及細(xì)胞中的特殊物質(zhì)(如光敏色素等)可以接收多樣化的信息。用必要的文字、“→”構(gòu)建一個信息傳遞過程模型:。5.信息傳遞的作用對于個體:生命活動的正常進(jìn)行,離不開信息的作用;對于種群:生物種群的繁衍,離不開信息的傳遞;對于群落、生態(tài)系統(tǒng):信息傳遞還能調(diào)節(jié)生物的種間關(guān)系,維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。(1)海豚進(jìn)行捕食、探路、定位和躲避天敵等行為幾乎都依賴于超聲波;萵苣等植物的種子必須接受某種光信息才能萌發(fā)生長。這說明生物體生命活動的正常進(jìn)行,離不開信息的作用。(2)植物開花需要光信息刺激;許多昆蟲的雌雄個體憑借信息素而相互識別、完成交配,保證種群的延續(xù)。這說明生物種群的繁衍,離不開信息的傳遞。(3)草原上,草返青時,“綠色”為食草動物提供了可采食的信息;森林中狼與兔相互依據(jù)對方的氣味捕食或躲避;煙草植株釋放的化學(xué)物質(zhì)可調(diào)控害蟲的天敵。這說明信息能夠調(diào)節(jié)生物的種間關(guān)系,進(jìn)而維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定。3.信息傳遞在農(nóng)業(yè)中的作用(1)提高農(nóng)畜產(chǎn)品的產(chǎn)量。例如:①利用模擬的動物信息吸引大量的傳粉動物,可以提高果樹的傳粉效率和結(jié)實率。②養(yǎng)雞時,在增加營養(yǎng)的基礎(chǔ)上,延長光照時間,會刺激雞卵巢的發(fā)育和雌激素的分泌,可提高產(chǎn)蛋率。(2)對有害動物進(jìn)行控制。目前控制的技術(shù)方法大致有化學(xué)防治、生物防治和機(jī)械防治三種。例如:①利用光照、聲音信號誘捕或驅(qū)趕某些動物;②利用昆蟲信息素誘捕或警示有害動物,降低害蟲的種群密度;③利用特殊的化學(xué)物質(zhì)擾亂某些動物的雌雄交配,使有害動物的繁殖力下降。4.生態(tài)系統(tǒng)的三大功能:能量流動、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞。它們的區(qū)別與聯(lián)系如下:項目能量流動物質(zhì)循環(huán)信息傳遞區(qū)別來源太陽能生態(tài)系統(tǒng)生物或無機(jī)環(huán)境途徑食物鏈和食物網(wǎng)多種途徑特點單向流動、逐級遞減全球性,循環(huán)流動、反復(fù)利用往往是雙向的范圍生態(tài)系統(tǒng)各營養(yǎng)級群落與無機(jī)環(huán)境之間地位生態(tài)系統(tǒng)的動力生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)聯(lián)系共同把生態(tài)系統(tǒng)各組成成分聯(lián)系成一個統(tǒng)一的整體,并調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性1.目前控制動物危害的技術(shù)大致有化學(xué)防治、生物防治和機(jī)械防治,人們越來越傾向于利用對人類生存環(huán)境無污染的機(jī)械防治。(x)2.生態(tài)系統(tǒng)中的信息傳遞既存在于同種生物之內(nèi),也發(fā)生在不同生物之間,傳遞過程中存在信息源、信道和信息受體。(√)第5節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性1.生態(tài)平衡:(1)生態(tài)平衡概念:指生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能處于相對穩(wěn)定的一種狀態(tài)。(2)特點:①結(jié)構(gòu)平衡:生態(tài)系統(tǒng)的各組分保持相對穩(wěn)定;②功能平衡:生產(chǎn)--消費--分解的生態(tài)過程正常進(jìn)行,保證了物質(zhì)總在循環(huán),能量不斷流動,生物個體持續(xù)發(fā)展和更新。③收支平衡:植物制造的可供其他生物利用的有機(jī)物的量,處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)。(3)調(diào)節(jié)機(jī)制——負(fù)反饋機(jī)制。①在一個系統(tǒng)中,系統(tǒng)工作的效果,反過來又作為信息調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的工作,并且使系統(tǒng)工作的效果減弱或受到限制,它可使系統(tǒng)保持穩(wěn)定。②負(fù)反饋調(diào)節(jié)在生態(tài)系統(tǒng)中普遍存在,它是生態(tài)系統(tǒng)具備自我調(diào)節(jié)能力的基礎(chǔ)。2.生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性(1)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念:生態(tài)系統(tǒng)所具有的維持或恢復(fù)自身結(jié)構(gòu)和功能處于相對平衡狀態(tài)的能力,叫做生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。(2)生態(tài)系統(tǒng)具有穩(wěn)定性的原因:生態(tài)系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)能力。生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力有一定的限度。(3)生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力的基礎(chǔ):負(fù)反饋調(diào)節(jié)。(4)負(fù)反饋調(diào)節(jié)概念:
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