第3章生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性（原卷版）

第3章生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性目錄第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的結構考點1生態(tài)系統(tǒng)各組成成分的功能及之間的關系考點2食物鏈和食物網第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動考點1能量流動考點2分析“賽達伯格湖能量流動圖解”考點3生態(tài)金字塔比較考點4有關能量流動第三節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)考點1碳循環(huán)及溫室效應考點2能量流動與物質循環(huán)的關系第四節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞考點1生態(tài)系統(tǒng)中信息的種類、作用及應用第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的結構考點1生態(tài)系統(tǒng)各組成成分的功能及之間的關系生態(tài)系統(tǒng)四種成分的聯(lián)系如下圖所示：由上圖可知：非生物的物質和能量是生態(tài)系統(tǒng)中生物群落的物質和能量的最終來源。生產者是生態(tài)系統(tǒng)中唯一能把非生物的物質和能量轉變成生物體內的物質和能量的成分。可以說，生產者是生態(tài)系統(tǒng)的基石。消費者的功能是加快生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)，對于植物的傳粉和種子傳播等有重要作用。從物質循環(huán)角度看，分解者在生態(tài)系統(tǒng)中起樞紐作用。生態(tài)系統(tǒng)的組成成分有非生物的物質和能量、生產者、消費者、分解者。其中生產者為主要成分。1.無機環(huán)境是生態(tài)系統(tǒng)的非生物組成部分，包含陽光以及其它所有構成生態(tài)系統(tǒng)的基礎物質，如水、無機鹽、空氣、有機質、巖石等。（吳人堅[14]131）陽光是絕大多數生態(tài)系統(tǒng)直接的能量來源，水、空氣、無機鹽與有機質都是生物不可或缺的物質基礎。（穩(wěn)態(tài)與環(huán)境[15]第90頁）2.生產者主要是綠色植物，還包括化能合成細菌與光合細菌，它們都是自養(yǎng)生物。植物與光合細菌利用太陽能進行光合作用將太陽能轉變?yōu)榛瘜W能，將無機物轉化為有機物，不僅供自身生長發(fā)育的需要，也是其他生物類群的食物和能源的提供者。化能合成細菌利用某些物質氧化還原反應釋放的能量將無機物轉化為有機物的，自養(yǎng)微生物也是生產者。3.分解者是異養(yǎng)生物。指生態(tài)系統(tǒng)中細菌、真菌等具有分解能力的生物，也包括某些原生動物和小型無脊椎動物、異養(yǎng)生物。它們能把動、植物殘體中復雜的有機物，分解成簡單的有機物，釋放在環(huán)境中，供生產者再一次利用，完成物質的循環(huán)，其作用與生產者相反。4.消費者是以動植物為食的異養(yǎng)生物，消費者的范圍非常廣，包括幾乎所有動物和部分微生物。它們通過捕食和寄生關系在生態(tài)系統(tǒng)中傳遞能量。以生產者為食的消費者被稱為初級消費者，以初級消費者為食的被稱為次級消費者，其后還有三級消費者與四級消費者。思考1：所有的植物都是生產者嗎？多數為生產者，也有消費者思考2:動物是否就是消費者?多數為消費者，也有分解者(食腐動物)思考3：是不是所有的細菌、真菌都是分解者？既有生產者：硝化細菌、鐵細菌等

也有消費者：肺炎雙球菌、根瘤菌

還有分解者：枯草桿菌、蘑菇等【例1】下列有關生態(tài)系統(tǒng)成分的敘述，正確的是（）A.自養(yǎng)生物都是生產者，是生態(tài)系統(tǒng)的主要成分

B.動物都屬于消費者，其中食草動物處于第三營養(yǎng)級

C.寄生在人和動物體內的細菌是異養(yǎng)生物，在生態(tài)系統(tǒng)中屬于分解者

D.生物圈是最大的生態(tài)系統(tǒng)，組成生物圈的成分就是生活在地球上所有生物考點2食物鏈和食物網生態(tài)系統(tǒng)中的生物種類繁多，并且在生態(tài)系統(tǒng)分別扮演著不同的角色，根據它們在能量和物質運動中所起的作用，可以歸納為生產者、消費者和分解者三類。生產者所固定的能量通過一系列取集群被取食關系在生態(tài)系統(tǒng)中傳遞，生物之間存在的這種單向營養(yǎng)關系就是食物鏈。食物鏈又稱營養(yǎng)鏈，生態(tài)系統(tǒng)中各種生物為維持其本身的生命活動，必須以其他生物為食物的這種由生物聯(lián)結起來的鏈鎖關系。這種攝食關系，實際上是太陽能從一種生物轉到另一種生物的關系，也即物質能量通過食物鏈的方式流動和轉換。由于能量傳遞過程中會損失大量能量，所以食物鏈通常由45個環(huán)節(jié)組成。食物鏈中不同環(huán)節(jié)的生物其數量相對恒定，以保持自然平衡。按照生物與生物之間的關系可將食物鏈分為捕食鏈、腐食鏈和寄生鏈。食草動物稱為初級消費者，它們吞食植物而得到自己需要的食物和能量。食草動物又可被食肉動物所捕食，這些食肉動物稱為次級消費者，一些捕食小型食肉動物的大型食肉動物稱為三級消費者，以此類推，就是四級消費者。在生態(tài)系統(tǒng)中生物之間實際的取食和被取食關系并不象食物鏈所表達的那么簡單，一個生態(tài)系統(tǒng)中常存在著許多條食物鏈，由這些食物鏈彼此相互交錯連結成的復雜營養(yǎng)關系為食物網。食物網能直觀地描述生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結構，是進一步研究生態(tài)系統(tǒng)功能的基礎。例如，DDT等農藥對生態(tài)系統(tǒng)中可能波及的生物及DDT在系統(tǒng)中的轉移，可通過食物網結構進行預估。一個復雜的食物網是使生態(tài)系統(tǒng)保持穩(wěn)定的重要條件，一般認為，食物網越復雜，生態(tài)系統(tǒng)抵抗外力干擾的能力就越強，食物網越簡單，生態(tài)系統(tǒng)就越容易發(fā)生波動和毀滅。因此，在一個具有復雜食物網的生態(tài)系統(tǒng)中，一般也不會由于一種生物的消失而引起整個生態(tài)系統(tǒng)的失調，但是任何一種生物的滅絕都會在不同程度上使生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有所下降。當一個生態(tài)系統(tǒng)的食物網變得非常簡單的時候，任何外力（環(huán)境的改變）都可能引起這個生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生劇烈的波動。苔原生態(tài)系統(tǒng)是地球上食物網結構比較簡單的生態(tài)系統(tǒng)，因而也是地球上比較脆弱和對外力干擾比較敏感的生態(tài)系統(tǒng)。雖然苔原生態(tài)系統(tǒng)中的生物能夠忍受地球上最嚴寒的氣候，但是苔原的動植物種類與草原和森林生態(tài)系統(tǒng)相比卻少得多，食物網的結構也簡單得多，因此，個別物種的興衰都有可能導致整個苔原生態(tài)系統(tǒng)的失調或毀滅，例如，如果構成苔原生態(tài)系統(tǒng)食物鏈基礎的地衣因大氣中二氧化硫含量超標而導致生產力下降或毀滅，就會對整個生態(tài)系統(tǒng)產生災難性影響。北極馴鹿主要以地衣為食，而愛斯基摩人主要以狩獵馴鹿為生。正是出于這樣的考慮，自然保護專家們普遍認為，在開發(fā)和利用苔原生態(tài)系統(tǒng)的自然資源以前，必須對該系統(tǒng)的食物鏈、食物網結構、生物生產力、能量流動和物質循環(huán)規(guī)律進行深入的研究，以便盡可能減少對這一脆弱生態(tài)系統(tǒng)的損害?！纠?】如圖是某草原生態(tài)系統(tǒng)中部分食物網簡圖，下列說法錯誤的是（

）A.若在圖中所有生物的基礎上補充合適的非生物的物質和能量，則可以構成完整的生態(tài)系統(tǒng)

B.圖示食物網中，鷹占有3個營養(yǎng)級，其中鷹屬于四級消費者的食物鏈有2條

C.若將該生態(tài)系統(tǒng)中的蛇全部移除，理論上鷹的數量會增加

D.與草原生態(tài)系統(tǒng)相比,凍原生態(tài)系統(tǒng)的土壤更容易積累有機物質第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動考點1能量流動能量流動的起點主要是生產者通過光合作用所固定的太陽能（還有化能自養(yǎng)型生物通過化學能改變生產的能量）。流入生態(tài)系統(tǒng)的總能量主要是生產者通過光合作用所固定的太陽能的總量。能量流動的渠道是食物鏈和食物網。流入一個營養(yǎng)級的能量是指被這個營養(yǎng)級的生物所同化的能量。一個營養(yǎng)級能量的來源和去路：能量在生態(tài)系統(tǒng)內的傳遞和轉化規(guī)律服從熱力學的兩個定律。根據熱力學第二定律，在能量的傳遞和轉化過程中，除了一部分可以繼續(xù)傳遞和作功的能量（自由能）外，總有一部分不能繼續(xù)傳遞和作功而以熱的形式消散的能量，這部分能量使熵和無序性增加。這就是為什么食物鏈的環(huán)節(jié)和營養(yǎng)級的級數一般不會多于5～6個以及能量金字塔必定呈尖塔形的熱力學解釋。在生產力生態(tài)學研究中，估計各個環(huán)節(jié)的能量傳遞效率是很有用的。能量流動過程中各個營養(yǎng)級上同化能量的比，可以稱為能量傳遞效率。攝食量（I）：表示一個生物所攝取的能量；對植物來說，它代表光合作用所吸收的太陽光能；對于動物來說，它代表動物吃進的食物的能量。同化量（A）:對于動物來說，同化量表示消化道后吸收的能量（吃進的食物不一定都能吸收，如糞便中的能量）。對分解者來說是指細胞外的吸收能量；對植物來說是指在光合作用中所固定的太陽光能，即總初級生產量（GP）。呼吸量（R）：指生物在呼吸作用過程以熱能形式散失的能量。生產量（P）：指生物在呼吸作用消耗后凈同化能量，它以有機物質的形式累積在生物體內或生態(tài)系統(tǒng)中。對植物來說，它是凈初級生產量（NP）；對動物來說，它是同化量扣除維持呼吸作用后的能量值，即P=AR。可利用以上這些參數可以計算生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的各種效率。一般認為，生態(tài)效率（能量傳遞效率）為10%~20%。從對賽達伯格湖各營養(yǎng)級之間能量流動的定量分析可以看出：能量流動是單向的，所有能量遲早會通過呼吸作用被耗散掉。能量在流動過程中會逐級遞減，因為資源利用率不高和生物呼吸消耗。因此，任何一個生態(tài)系統(tǒng)都要源源不斷地來自外部能量的供應，才能正常維持，否則生態(tài)系統(tǒng)就會崩潰?！纠?】下列關于生態(tài)系統(tǒng)能量流動的敘述，錯誤的是（

）A.生產者固定的能量是光能或化學能

B.自然生態(tài)系統(tǒng)中，能量金字塔呈正金字塔形，而數量金字塔不一定呈正金字塔形

C.與傳統(tǒng)魚塘相比，?；~塘可顯著提高不同營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率

D.在農田中除草、捉蟲可使能量持續(xù)高效地流向對人類最有益的部分考點2分析“賽達伯格湖能量流動圖解”①定量不定時分析：流入某一營養(yǎng)級的一定量的能量在足哆長的時間內的去路可有三條：A.自身呼吸消耗；B.流入下一營養(yǎng)級；C.被分解者分解利和。但這一定量的能量不管如何傳遞，最終都以熱能形式從生物群落中散失，生產者源源不斷地固定太陽能，才能保證生態(tài)系統(tǒng)能量流動的正常進行。②定量定時分析：流入某一營養(yǎng)級的一定量的能量在一定時間內的去路可有四條：A.自身呼吸消耗；B.流入下一營養(yǎng)級；C.被分解者分解利用；D.未被自身呼吸消耗，也未被后一營養(yǎng)級和分解者利用，即“未利用”。如果是以年為單位研究，第D部分的能量將保留給下一年?！纠?】圖示為某生態(tài)系統(tǒng)的能量流動圖解（W1為生產者固定的太陽能），下列敘述中錯誤的是（

）A.生產者固定的總能量可表示為（A1+B1+C1+A2+B2+C2）

B.現存生產者個體數可小于初級消費者個體數

C.由生產者到初級消費者的能量傳遞效率為D１/W1

D.圖解不僅能體現能量單向流動的特點，還能體現逐級遞減的特點考點3生態(tài)金字塔比較【例1】如圖表示某一生態(tài)系統(tǒng)的能量金字塔，其Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別代表不同的營養(yǎng)級，E1、E2代表能量的形式。下列敘述正確的是（

）A.Ⅰ和Ⅳ是是生態(tài)系統(tǒng)的生產者和分解者

B.該圖所示的食物網中只有1條食物鏈：Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ

C.E1表示的能量主要是通過光合作用所攝入的能量

D.能量可在食物鏈中循環(huán)利用?考點4有關能量流動1．有關能量流動的2個提示（1）能量傳遞效率≠能量利用率①能量傳遞效率：能量在沿食物鏈流動的過程中，逐級減少，若以“營養(yǎng)級”為單位，能量在相鄰兩個營養(yǎng)級之間的傳遞效率約為10%～20%。②能量利用率：通?？紤]的是流入人體中的能量占生產者能量的比值，或流入最高營養(yǎng)級的能量占生產者能量的比值，或考慮分解者的參與，以實現能量的多級利用。在食物網中，某一營養(yǎng)級同時從上一營養(yǎng)級的多種生物按一定比例獲取能量，則按照單獨的食物鏈進行計算后再合并。2.能量流動中的兩個比較(1)生態(tài)系統(tǒng)中同化量和攝入量的比較同化量為每一營養(yǎng)級通過攝食并轉化成自身有機物的能量，攝入量是消費者攝入的能量，同化量＝攝入量—糞便量。消費者產生的糞便中的能量，不屬于該營養(yǎng)級同化的能量，它實際上與上一營養(yǎng)級的遺體、殘骸一樣，屬于未被利用的那部分能量。(2)能量傳遞效率與能量利用效率的比較能量傳遞效率：能量在沿食物鏈流動的過程中，逐級減少，若以“營養(yǎng)級”為單位，能量在相鄰兩個營養(yǎng)級之間的傳遞效率約為10%～20%。其計算公式為能量傳遞效率＝(下一營養(yǎng)級同化量/上一營養(yǎng)級同化量)×100%。能量利用效率：通常考慮的是流入人體中的能量占生產者能量的比值，或流入最高營養(yǎng)級的能量占生產者能量的比值，或考慮分解者的參與，以實現能量的多級利用。在一個生態(tài)系統(tǒng)中，營養(yǎng)級越多，在能量流動過程中消耗的能量就越多，因此食物鏈越短，能量利用效率越高；同時，生態(tài)系統(tǒng)中生物種類越多，營養(yǎng)結構越復雜，抵抗力穩(wěn)定性越強，能量利用效率越高。3.生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的相關計算原則(1)在類似A→B→C→D的食物網中，計算生物量變化的“最多”或“最少”時，還應遵循以下原則：①食物鏈越短，最高營養(yǎng)級獲得的能量越多。②生物間的取食關系越簡單，生態(tài)系統(tǒng)的能量流動過程中消耗的能量越少。(2)如果在食物網中，某一營養(yǎng)級同時從上一營養(yǎng)級的多種生物中獲得能量，計算某一生物獲得的能量或需要某一生物提供的能量時，首先，要注意某一生物從不同食物鏈中獲得能量的比例，或某一生物給不同生物提供能量的比例，然后按照各個單獨的食物鏈分別計算后合并?！纠?】下面為生態(tài)系統(tǒng)中能量流動圖解部分示意圖(字母表示能量的多少)，下列相關敘述正確的是(

)A.圖中b＝h＋c＋d＋e＋f＋i

B.生產者與初級消費者之間的能量傳遞效率為b/a×100%

C.在“草→兔→狼”這一食物鏈中，兔糞便中的能量屬于甲

D.通過圈養(yǎng)減少f可以提高初級消費者到次級消費者的能量傳遞效率第三節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)考點1碳循環(huán)及溫室效應碳對于生物和生態(tài)系統(tǒng)的重要性僅次于水，它構成生物體干重的49%。碳可以形成碳鏈，成為各種復雜有機物的基本骨架。碳還構成非生命物質。地球上最大量的碳被固定在巖石圈中，其次在化石燃料中，僅煤和石油中的含碳量就相當于全球生物含碳量的50倍。生物圈中主要的兩個碳庫是水圈和大氣圈（主要以CO2形式），還有一個是海洋（對調節(jié)大氣圈的含碳量有重要作用）。碳循環(huán)，是指碳元素在地球上的生物圈、巖石圈、水圈及大氣圈中交換，并隨地球的運動循環(huán)不止的現象。生物圈中的碳循環(huán)主要表現在綠色植物從大氣中吸收二氧化碳，在水的參與下經光合作用轉化為葡萄糖并釋放出氧氣，有機體再利用葡萄糖合成其他有機化合物。有機物經食物鏈傳遞，又成為動物和細菌等其他生物體的一部分。生物體內的碳水化合物一部分作為有機體代謝的能源經呼吸作用被氧化為二氧化碳和水，并釋放出其中儲存的能量。CO2在大氣圈和水圈之間的界面上通過擴散作用而互相交換著，如果大氣圈中的CO2發(fā)生局部短缺就會引起一系列的補償效應，水圈里的CO2就會更多地進入大氣圈?？傊?，碳在生態(tài)系統(tǒng)中的含量過高或過低，都能通過碳循環(huán)的自我調節(jié)而得到調整并恢復到原來的平衡狀態(tài)。但是，自工業(yè)革命以來，人類向大氣中排入的二氧化碳等吸熱性強的溫室氣體逐年增加，大氣的溫室效應（又稱“花房效應”）也隨之增強，其引發(fā)了一系列問題已引起了世界各國的關注。溫室效應主要是由于現代化工業(yè)社會過多燃燒煤炭、石油和天然氣，產生的和大量排放的汽車尾氣中含有的二氧化碳氣體進入大氣造成的。溫室效應對環(huán)境的影響表現在全球變暖、地球上的病蟲害增加、海平面上升、土地沙漠化、缺氧等。如何應對溫室效應，世界各國采取的基本措施是：①組織有關科學家進行研究和實驗，以迎接這一重大環(huán)境變化的挑戰(zhàn)。②制定全球氣候變化研究規(guī)劃，并開展海洋消除溫室效應氣體的研究。③探索海洋在全球變化中的作用。④研究全球氣候變化對策并制定實施計劃。總之，通過多種手段研究確定全球變暖的影響，進而采取相應對策，將其影響減緩和限制在可以接受的范圍之內。【例1】下列有關生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的敘述，正確的是（）A.無機環(huán)境中的碳只能通過光合作用進入生物群落

B.在生物群落內部碳是以有機物的形式循環(huán)的

C.碳循環(huán)是在地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)中進行的

D.碳循環(huán)是指含碳化合物在群落與無機環(huán)境間循環(huán)考點2能量流動與物質循環(huán)的關系能量流動和物質循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的兩大基本功能。能量流動是單向流動，逐級遞減。而物質循環(huán)具有全球性，循環(huán)往復。因此，對于一個生態(tài)系統(tǒng)來說是一個物質上自給自足的生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)可分為三大類型，即水循環(huán)，氣體型循環(huán)和沉積型循環(huán)。生態(tài)系統(tǒng)中所有的物質循環(huán)都是在水循環(huán)的推動下完成的，因此，沒有水的循環(huán)，也就沒有生態(tài)系統(tǒng)的功能，生命也將難以維持。物質循環(huán)是能量流動的載體；能量流動是物質循環(huán)的動力。物質作為能量的載體，使能量沿著食物鏈或食物網流動；能量作為動力，使物質能夠不斷地在生物群落和無機環(huán)境之間循環(huán)往返。能量流動和物質循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的主要功能，二者彼此相互依存、不可分割。能量的固定、儲存、轉移和釋放都離不開物質的合成和分解等過程。【例1】下圖是生物圈中碳循環(huán)示意圖,下列相關分析錯誤的是()A.生物圈通過碳循環(huán)實現碳元素的自給自足

B.A是消費者,C是生產者,碳在各成分間以二氧化碳的形式傳遞

C.對E過度開發(fā)利用會打破生物圈中碳循環(huán)的平衡

D.碳循環(huán)過程需要能量驅動,同時又是能量的載體第四節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞考點1生態(tài)系統(tǒng)中信息的種類、作用及應用生態(tài)系統(tǒng)具有物質循環(huán)、能量流動和信息傳遞的作用，其中，信息傳遞具有重要的