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高中生物 第二节 生态系统的稳态知识导航 苏教版


第二节

生态系统的稳态

知识梳理 1.生态系统中的能量流动? (1)生态系统中能量的输入、传递和散失的过程,称为生态系统中的能量流动。? (2)生态系统中的能量流动具有单向流动和逐级递减的特点。在农业生产中推广生态 农业,研究生态系统能量流动的规律,是为了使生态系统的能量最大限度地流向农作物,因 此必须清除杂草。 2.生态系统中的物质循

环? (1)生态系统中的物质循环又称为生物地球化学循环,是指在生态系统中,组成生物 体的 C、H、O、N、P 等化学元素的循环。? (2)物质循环依赖于生产者、消费者、分解者之间的相互作用,微生物的分解作用是 物质循环的关键环节。 能量流动和物质循环都是生态系统的基本功能。 尽管能量流动和物质 循环的特点不同,但是二者有着密切的联系,它们彼此相互依存,不可分割。能量的固定、 储存、转移和释放,都离不开物质的合成和分解等过程。物质作为能量的载体,使能量以有 机物中化学能的形式沿着食物链(网)流动;能量作为动力,促进了物质的循环。 3.生态系统中的信息以物理信息和化学信息两种形式在种群之间、个体之间进行传递。 4.生态系统是一个自我调节系统, 一般通过负反馈调节机制来维持生态系统结构和功能 的稳定性。 生态系统的稳定性是生态系统发展到成熟稳定状态时而具有的一种自稳能力, 一 般用抵抗力和恢复力来表示这种自稳能力。 任何一个生态系统对外界干扰的抵抗都有一定的 限度或者阈值,一般来说,生态系统的结构和功能越复杂,其阈值就越高。 5.现代生态学研究的主流是对生态系统的研究。 当前全球所面临的环境问题和资源问题 的解决往往都依赖于对生态系统结构、功能和稳定性的研究。每个生态系统都由生产者、消 费者和分解者以及非生物环境组成。 生产者固定的物质和能量, 通过一系列取食和被食的关 系在生态系统中传递。 生态系统的能量流动具有两个明显的特点, 即沿着食物链单向流动和 逐级递减。 生态系统中的各种化学元素和化合物沿着特定的途径在非生物环境与生物群落之 间反复循环。 生态系统的信息通常以物理信息、 化学信息、 行为信息和营养信息等形式传递。 能量流动、 物质循环和信息传递是生态系统的基本功能。 生态系统的稳定性一般包括抵抗力 和恢复力两个方面。 知识导学 生态系统的功能是本章的学习重点, 学习过程中尽可能利用教科书中的探究活动, 在老 师的指导下,通过小组讨论,并结合前面已学知识,构建新的知识体系。通过前面的学习我 们已经知道生态系统中的生物通过食物关系而形成食物链和食物网。 当某一种生物摄取了食 物时就能获得生命活动所需的能量, 与此同时能量就伴随着物质而流动到下一个营养级, 物 质循环和能量流动是生态系统的基本功能。在探究活动中注意思考以下几个问题: (1)各个 营养级的能量去向有哪些? (2) 能量的传递效率是多少? (3) 生物间的营养关系能否颠倒? 最后通过讨论归纳能量流动的特点, 然后请老师斧正。 关于物质循环也要通过探究活动“分 析生态系统中的碳循环和氮循环”,根据老师提出的自主学习目标,分析插图,描述这两个 循环过程。在此基础上进一步分析归纳简化了的模式图,这样便于记忆。生态系统的信息传 递是新课程中新增内容,比较抽象,可以通过老师所列举的大量具体实例加以理解。? 本节还安排了“调查当地生态环境中的主要问题,提出保护建议或行动计划”的活动, 目的是将理论知识与环境保护实际行动紧密地联系起来,使我们不仅加深对基础知识的理 解, 认识到由于人类活动而造成的各种污染对生物的危害, 而且将这种认识积极地转变为参 与意识和实际行动。??
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疑难突破 1.生态系统的能量流动过程有哪些特征? 剖析: 能量流动是生态系统的重要功能之一。 生态系统中的能量流动是从生产者固定太 阳能开始的,能量的变化情况是:太阳光能→生物体中的化学能→热能。因此热能是能量流 动的最终归宿。能量是维持生态系统存在和发展的动力。? (1)能量流动的起点:生产者,而不是太阳,是从绿色植物把太阳能固定在体内开始 的。但生态系统能量的源头是光能。? (2)能量流动的渠道:生态系统的营养结构——食物链和食物网。? (3)流入生态系统的总能量:太阳光能→生物体中的化学能→热能,及主要是通过食 物关系进行, 而热能是能量流动的最终点, 分解者将流入生态系统的能量最终以热能的形式 散失掉。? (4)每个营养级的能量来源和能量去路:生产者的能量主要来自太阳光;各级消费者 的能量来自上一个营养级, 流入各级消费者的总能量是指各级消费者在进行同化作用过程中 所同化的物质中含有的能量总和, 消费者粪便中所含有的能量不能计入排便生物所同化物质 中的能量;分解者的能量来自生产者和消费者。? 每个营养级的能量去路:一是通过呼吸作用分解一部分有机物,释放能量,供生命活动 利用;二是随尸体、排泄物等流入分解者中去;三是有一小部分有机物中的能量流入到下一 个营养级中(最后一个营养级除外) ,这是通过捕食关系进行的。? (5)特点:逐级递减和单向流动。? 逐级递减的原因是:第一,各营养级的生物都会因呼吸作用消耗相当大的一部分能量; 第二,各营养级总有一部分生物未被下一个营养级的生物所利用。? 单向流动的原因是:第一,食物链中各营养级的顺序是不可逆转的,这是长期自然选择 的结果;第二,各营养级的能量大部分以呼吸作用产生的热能的形式而散失掉,热能是能量 流动的最终归宿。这些能量是不能重复利用的。? (6)“林德曼效率”(即“十分之一定律”) :其含义是“在输入到一个营养级的能量 中大约只有 10%~20%的能量流动到下一个营养级”。这里的能量指的是该营养级生物同化 的能量。 即:能量传递效率=下一个营养级的同化量/上一个营养级的同化量×100%。 2.生态金字塔有哪些?? 剖析: (1)能量金字塔

生态系统中的能量流动要靠各种有机体来转化和传递。 在顺着营养级序列传递时, 大部 分用于呼吸维持生命活动或被分解者利用, 只有一小部分输送给下一营养级。 这样便形成了 逐渐递减图形,叫能量金字塔。? (2)数量金字塔

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数量金字塔是在生态系统中,每个营养级用有机体的数目来表示。一般来说,向下一个 营养级传递时,生物的体形增大,个体数目却减少。如植食动物的数量多,肉食动物少,依 次类推。有时候数量金字塔会发生倒塔形。如成千上万的昆虫以一株树为生,数量金字塔就 发生颠倒。 (3)生物量金字塔

生物量金字塔是以单位空间内各营养级的生物量为指标制作的金字塔。 它也可能出现倒 金字塔, 这是因为在湖泊、 海洋生态系统中生产者由于寿命较短, 因此某一时间的量 (干重) 远远小于它的光合作用实际合成的有机物量。 3.生态系统的能量流动与物质循环的关系 剖析:见下表 项目 形式 过程 范围 特点 联系 能量流动 以有机物的形式流动 沿食物链(网)单向流动 生态系统各营养级 单向流动、逐级递减 物质循环 以元素形式流动 在无机环境生物群落间往复循环 全球性 反复出现、循环流动

①能量的固定、转移、释放离不开物质的合成和分解 ②物质是能量沿食物链(网)流动的载体 ③能量是物质在生态系统中往复循环的动力

总之,二者互为因果、相辅相成,具有不可分割的联系 生态系统中的各种组成成分——非生物环境、生产者、消费者和分解者,正是通过能量 流动和物质循环,才紧密地联系在一起,形成一个统一的整体的,图解如下:

4.生态系统的信息传递是如何进行的?? 剖析:日常生活中,一般可以传播的消息、情报、指令、数据与信号等称作信息。 类别 物理信息 化学信息 行为信息 概念 传递形式 实例 萤火虫的闪光、 植物 五颜六色的花 昆虫的性外激素、 狗 利用其小便记录 昆虫的舞蹈 生态系统中的光、声、温度、湿度、 物理过程 磁力等,通过物理过程传递的信息 生物在生命活动过程中,自身产生的 可以传递信息的化学物质 对于同种或异种生物能够通过其特 殊行为特征传递的信息
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信息素 植物或动物的异 常表现及行为

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5.生态系统的稳定性有什么特点?? 剖析: 生态系统的稳定性是其结构与功能发展协调的重要标志。 生态系统的稳定性是生 态系统发展到一定阶段的产物, 或者说生态系统发展到成熟稳定状态时而具有的一种自稳能 力。要注意从五个方面进行理解:? (1)生态系统的稳定状态只是相对的,因为其结构和功能总是处于动态变化中;? (2)生态系统的稳定是系统发展的结果(发展到成熟状态) ;? (3)生态系统的结构是相对稳定的,生态系统中动植物种类及数量一般不会有太大的 变化; (4)生态系统的功能是相对稳定的,生物群落的物质输入与物质输出相对平衡,能量 输入与输出相对平衡;? (5)生态系统的稳定性可以被打破和重建,在遵循生态系统规律的前提下,可依据人 类的需要,打破原有平衡,建立更高效的生态平衡。?? 典题精讲 例 1 下图为某生态系统中能量传递示意图,请完成问题:

(1)流经此生态系统的总能量是__________kJ。? (2)从 A 到 B 和从 B 到 C 的能量传递效率分别为__________和__________。 (3)欲使 C 增加 3 kg,至少需 A__________ kg。? (4)能够保证此生态系统进行生物地化循环正常进行的是图中的__________。 思路解析: 流经生态系统的总能量是该生态系统中生产者所固定的太阳能的总量, 题中 A 是生产者,其固定的总能量为 1 670 kJ。这部分能量通过生产者流向四个方向:一是生产 者本身生命活动的消耗; 二是枯枝败叶和死亡后的尸体被微生物分解而将其能量释放; 三是 被下一个营养级的生物所同化;四是储存在自身。在教材上能量沿食物链的传递效率为 10%~20%是一个平均效率, 在不同的食物链和在同一条食物链的不同营养级之间的具体传 递效率不一定是相同的, 要用具体的数值来作具体的计算。 在本题中能量从 A 传到 B 的传递 效率为:

200 30 ×100%=16%;从 B 传到 C 的传递效率为 ×100%=15%。在计算 C 增 3 kg 1670 200

至少需要消耗 A 多少千克时,应按实际的传递效率计算,即 3 kg÷15%÷16%=125 kg。在 一个生态系统中生产者是主要的成分, 因为它能将光能转变成化学能并让其流入生态系统的 生物群落中,并把无机物转变成有机物,使无机物进入生物群落。一个生态系统中的不可缺 少的成分是分解者, 因它能将动植物尸体、 残落物和排泄物中复杂的有机物转变成简单的无 机物重新回到无机环境中,从而使物质循环得以顺利进行。? 答案: (1)1 670 (2)16% 15% (3)125 (4)D 黑色陷阱: 解决此类问题的关键是搞清楚每个营养级的能量到底是哪一部分, 千万不要 简单将“各去向”相加,当成总能量,实际上还有一部分是未利用的,储存在自身。 变式训练 假设在一定时间内某个生态系统的全部生产者所固定的太阳能总值为 A,全 部消费者所利用的能量值为 B,全部分解者所利用的能量总值为 C,则 A、B、C 三者的关系 是( A.A>B=C B.A=B+C?
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C.A>B+C D.A<B+C? 答案:C 例 2 一片树林中,树、昆虫和食虫鸟类的个体数比例关系如右图所示。下列选项能正确 表示树、昆虫、食虫鸟之间的能量流动关系的是(选项方框面积表示能量的大小) ( )

思路解析:题目给出的是树、昆虫、食虫鸟三者的生物个体数量金字塔,要求从选项中 选出树、 昆虫和食虫鸟三者的能量金字塔。 数量金字塔是以生态系统中每一营养级的生物个 体数目为指标绘制的,有时会倒置,本题就是一个实例。而能量金字塔通常是不会倒置的, 也就是说, 生态系统中能量流动逐级递减的规律是普遍适用于各种生态系统的。 本题中尽管 昆虫的数目较多,但个体却很少,所含的能量也少。所以三者之间的能量流动关系应该是沿 食物链树→昆虫→食虫鸟中营养级的顺序逐级递减。? 答案:C? 绿色通道: 生态系统中能量流动逐级递减的规律是普遍适用于各种生态系统的, 能量金 字塔通常不会倒置。数量金字塔是以生态系统中每一营养级的生物个体数目为指标绘制的, 有时会倒置, 做此题时容易不假思索地错选为 A, 从而把数量金字塔和能量金字塔混为一谈。 变式训练 倒置的生物种群数量金字塔适于描述?( )? ①放牧牛、羊的草原 ②放养家鱼的池塘 ③松毛虫成灾的松树 ④鼠害泛滥的草地 ⑤蚜虫聚集的果树 A.①②③ B.④⑤? C.①③④ D.③⑤? 答案:D?? 例 3 如果一个生态系统有四种生物, 并构成一条食物链。 在某一时间分别测得这四种生 物(甲、乙、丙、丁)所含有机物的含量如下图所示。在一段时间内,如果乙的种群数量增 加,则会引起( )

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A.甲、丁的种群数量增加,丙的种群数量下降? B.甲、丙、丁的种群数量均增加? C.甲、丁的种群数量下降,丙的种群数量增加? D.甲的种群数量下降,丙、丁的种群数量增加? 思路解析:本题考查的主要知识是对食物链、食物链中各营养级、各营养级之间的“能 量金字塔”关系, 种群数量及其制约因素的认识。 从四种生物有机体含量的多少可以判断出 此食物链为:丙→甲→乙→丁。所以,如果生物乙数量增多,它要取食的生物甲的数量就会 下降,但是以乙为生物的生物丁的数量会增加。同时,由于甲的数量减少,减少了对丙的取 食,所以丙的数量会增多。D 选项最合理。 答案:D? 绿色通道:通过图示能将有关知识量变、质变以及内在联系表示出来。学习中要学会读 懂模式图、示意图和图解,理解图、表的主要内容及特征,并对自然科学基础知识能够用适 当的形式(文字、图或表)进行表达。如画出食物链、生物间的关系,补充完善物质循环图 等。 变式训练 狼在美国西部原来是一种常见的动物,后来由于农场为了安全而大量捕杀, 于 20 世纪初基本灭绝。 1996 年, 美国从欧洲重新引进狼, 并放生于荒野。 这主要是为了 ( ) A.发展观光旅游业,吸引游客? B.使本地的生态系统更加健康? C.捕食那些对农业生产有害的动物? D.防止草原鼠害? 思路解析:生态系统中各生物之间相互影响、相互制约,丰富的生物种类和复杂的营养 结构是生态系统稳定和健康发展的前提。? 答案:B 例 4 下列能提高一个生态系统的稳定性的措施是( )? A.减少捕食者和寄生物数量? B.使生产者和消费者的数量保持平衡? C.增加物种的数目? D.限制一个演替过程? 思路解析:A 项减少捕食者和寄生物数量不仅减少了生态系统的物种数目,而且干扰甚 至破坏所有的生态系统,增加了生态系统的不稳定性。B 项使生产者和消费者的数量保持平 衡,只能保持生态系统的原有平衡,不能使稳定性进一步提高。D 项限制一个演替系列的演 替过程,干扰了生态系统的演替规律,反而降低了稳定性。这是因为演替过程会增加生态系 统的物种多样性。C 项增加物种数目,使生态系统能量流动和物质循环的渠道——食物链、 食物网增多,才能增强生态系统的自我调节能力,从而进一步提高该生态系统的稳定性。? 答案:C 绿色通道: 本题考查影响生态系统稳定性的因素。 生态系统的稳定性与物种数目的多少 呈正比关系,即物种数目越多生态系统就越稳定,这是因为物种数目越多,生态系统中的能 量流动和物质循环的渠道就越多, 每个物种所起的作用就越小, 部分物种的消失或绝灭对整 个生态系统稳定性的冲击就越小,也就是生态系统的抗干扰能力就越强。 变式训练 和生态系统抵抗力有关的因素不包括?( )? A.物种的丰富程度 B.降水多少? C.植被覆盖率 D.最高营养级的种类?
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答案:D 问题探究 问题 俗话说“一山不容二虎”,试用生态学观点解释这句话。? 导思:应从能量传递效率方面入手,结合食物链中各营养级的能量占有量作答。? 探究:能量沿着食物链的流动是逐级递减的,且传递效率较低,那么营养级越高,所获 取的能量越少。 当营养级达到第五至六级时, 传递到该营养级的能量就不足以维持一个种群 的生存了。 因此食物链一般不会超过五个营养级。 由于能量在食物链中的传递是逐级递减的, 因此营养级别越高的生物所获得的能量就越少, 虎一般是食物链的最高营养级, 所获得的能 量很少,而且其体形又较大,因此其个体数目一般较少。

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