高中生物生态系统的结构和功能（高中生物-生态系统）

高中生物生态系统的结构和功能（高中生物-生态系统）出生率、死亡率(3) 调查方法：样方法（五点取样法和等距取样法）和标志重捕法2、种群的特征1）数量特征种群密度

种群、群落与生态系统

种群和群落

一 种群的概念和特征

1、概念：在一定自然区域内的同种生物的全部个体。

2、种群的特征

1）数量特征

种群密度	种群在单位面积或单位体积中的个体数，是种群最基本的数量特征； 反映了种群在一定时期的数量； (3) 调查方法：样方法（五点取样法和等距取样法）和标志重捕法
出生率、死亡率	(1)单位时间内新产生或死亡的个体数目占该种群个体总数的比率； (2)决定种群大小和种群密度的重要因素；
迁入率、迁出率	(1)单位时间内迁入或迁出的个体占该种群个体总数的比率； (2)决定种群大小和种群密度的因素
年龄组成	(1)一个种群中各年龄期的个体数目的比例 (2)有三种类型： 增长型 、稳定型 和 衰退型 (3)可预测种群数量的变化趋势。
性别比例	种群中雌雄个体数目的比例

2）空间特征 ①组成种群的个体，在其生活空间中的位置状态或布局

②三种基本类型：随机分布、均匀分布和集群分布

3、各种群特征的相互关系

(1)从年龄组成上看，幼年个体较多时，预示着将来种群密度要增大；而老年个体较多时，种群密度将会减小。

(2)从性别比例上看，因各种原因造成性别比例失调，必然导致生殖上的混乱，引起种群个体数量的变动。如利用人工合成的性引诱剂诱杀害虫的雄性个体，就会使许多的雌性个体不能完成交配，从而使害虫的种群密度明显降低。

(3)出生率、死亡率则是决定种群大小的最直接原因。

(4)在种群的四个基本特征中，种群密度是最基本的特征。种群密度越高，一定范围内种群个体数量越多，即种群密度与种群数量呈正相关。

4、影响种群数量变化的因素

①年龄组成

增长型：出生率＞死亡率→种群密度增大

稳定型：出生率≈死亡率→种群密度基本不变

衰退型：出生率＜死亡率→种群密度减小

②性别比例：

♀＞♂→增长快；♀≈♂→相对稳定；♀＜♂≈增长慢。

PS：①年龄组成只是预测种群密度的变化趋势，但该趋势不一定能实现，因为影响种群数量变化的还有气候、食物、天敌等。

②长期自然选择使不同生物种群都有一定的性别比例，假若因各种因素改变了种群的性别比例，会引起种群数目改变。

5、调查种群密度的常用方法

1．样方法——调查植物种群密度的常用方法

(1)原则：①随机取样。②计算样方内种群密度的平均值，即为该种群密度的估计值。

(2)确定调查对象（适用范围）：植物和活动范围小的动物如蚯蚓，同时调查某种昆虫卵、作物植株上蚜虫的密度、跳蝻的密度等也可用样方法。

(3)取样方法 （随机取样）①点状取样法：如五点取样法，这种方法适用于调查植物个体分布比较均匀的情况。

②等距取样法：当调查对象的总体分布为长条形时，先将调查总体分成若干份，由抽样比例决定间隔或距离，然后按距离抽取样方。

(4)计数时，处理样方边缘上的个体的方法：一般而言，样方顶边、左边及左角处的个体统计在内，其他边缘不作统计。

2．标志重捕法——调查动物种群密度的常用方法

(1)适用范围：活动能力强、活动范围大的动物。

(2)标志重捕法中的标志技术

①标志物和标志方法必须对动物的身体不会产生伤害。

②标志不能过分醒目的原因：过分醒目的个体，在自然界中有可能改变与捕食者之间的关系，最终有可能改变样本中标志个体的比例而导致结果失真。

③标志符号必须能够维持一定的时间，在调查研究期间不能消失。

④根据重捕样本中标志者的比例，估计该区域的种群总数，可计算出某种动物的种群密度：

种群密度＝标志个体数×重捕个体数/重捕中的标志个体数。

1. 植物和动物取样调查方法简单比较

例题1（9分）研究人员采用标志重捕法对某岛屿上的社鼠种群数量进行研究。

（1）决定该岛屿社鼠种群数量变化的因素主要是______________。

（2）标志重捕法研究社鼠种群数量时基本数据记录规则如下：Ni-第i次取样时种群大小估计值；ni-第i次取样时捕获的个体数；Mi-第i次取样前，野外种群中全部已标志个体总数的估计值；mi-第i次取样的捕获数中，已标志的个体数；ai-重捕取样中已标志个体的比例。根据研究人员的数据记录规则可知：ai=__________，Ni=_______/ai。

（3）上图是根据捕捉结果统计的一年中种群数量变化及性比（雌/雄）变化情况，据图可知，种群数量越大，_____________越激烈，性比越_______，可推测_______（填“雄”或“雌”）社鼠在环境秋冬季生存能力更强。

（4）研究人员发现，在社鼠种群密度低时雌鼠怀孕率高，种群密度高时雌鼠怀孕率低，进而对种群密度造成影响，这种调节方式是种群密度的___________调节。

【答案】（1）出生率和死亡率 （2）mi/ni Mi （3）种内斗争 低（小） 雌（4）（负）反馈（或“内源性”）

例题2（18分）

红火蚁原分布于南美洲，现已成为世界性的外来危害物种，2011年华南地区也陆续出现蚁情。

（1）入侵华南某地后，短期内红火蚁种群数量呈 型增长，从种群特征角度考虑，决定其增长的因素是 。

（2）辛硫磷是一种有机磷杀虫剂，为测定其对不同虫态红火蚁的致死剂量，将原药溶于丙酮中配置不同浓度的辛硫磷药剂点于红火蚁胸部，记录24h死亡虫数并计算LC50（杀死50% 防治对象的药剂浓度），结果如下：

虫态	小工蚁	兵蚁	有翅雄蚁	有翅雌蚁	蚁后
LC50（μg/ml）	1.04	2.06	7.38	9.39	7.81

①本实验中辛硫磷药液的浓度范围要根据—— 的实验结果来确定；每个药剂浓度的处理均设多次重复，目的是排除—— ，从而减少误差；本实验的对照组应设置为 ——。

②实验中 ——虫态的红火蚁对辛硫磷最敏感，控制该虫态红火蚁的数量，________________（能/不能）持续有效的控制住蚁群的数量。

（3）有机磷农药进入土壤后，可被微生物分解成无毒或低毒的化合物，微生物体内最初的降解酶基因是由—— 产生的，从—— 的环境中易分离到这类微生物。

答案（18分）

（1）“J” 出生率大于死亡率

（2）①预实验 个体差异对实验结果的干扰（实验结果的偶然性）

用丙酮同样处理红火蚁

②小工蚁 否

（3）基因突变 受有机磷农药污染

例题3.（16分）森林凋落物是指森林生态系统内由生物组分产生并归还到林地表面，作为分解者物质和能量的来源，借以维持生态系统功能的所有有机物的总称。为研究神农架自然保护区四种典型森林生态系统的物质循环情况，研究组获得如下结果。

样地编号	生态系统类型	海拔 （m）	优势树种的密度 （株/hm2）	凋落物现存量 （kg/hm2）	N、P、K、Ca、Mg 五种元素的年归还总量（kg/hm2·a）
甲	常绿阔叶林	780	987	6807.97	352.84
乙	常绿落叶阔叶混交林	1670	731	7118.14	323.77
丙	落叶阔叶林	1970	530	6975.20	303.33
丁	亚高山针叶林	2570	430	4250.67	243.98

（1）采用—— 法估测各样地优势树种的密度。随海拔升高，各样地优势树种密度下降，物种数目减少，说明丁地群落的 ——最低。

（2）测定各样地凋落物是在每20m×25m的样方中—— 选取12个5m×5m的小样方水平设置凋落物筐，该筐面积为1m×1m，筐内收集网的孔径为0.5mm，距地面40-45cm。定期收集各筐中的凋落物用70℃烘箱烘干48h，求12个小样方凋落物干重的—— ，再换算成单位面积每公顷凋落物总量。

（3）各样地凋落物的年归还量主要取决于 ——的—— 作用的强度，该过程使N、P、K、Ca、Mg等元素归还到土壤，同时产生CO2等其他释放到大气中，实现了生态系统物质循环从—— 到—— 的过程。

（4）综合上述结果，可以得出 ——的推论。

（5）神农架建立自然保护区采用的是 ——措施，这对保护生物多样性最有效。

答案（16分，除特殊说明外，2分/空）

（1）样方（1分）（答“五点取样或等距取样”不得分） 丰富度

（2）随机（1分） 平均值（1分）

（3）分解者 分解（或：呼吸） 生物群落 无机环境

（4）神农架自然保护区四种典型森林生态系统随海拔升高，物质循环速度降低（合理给分，但直接抄写表头后两列内容的不得分）

（5）就地保护（1分）

二 种群的数量变化

1、建构种群增长模型

步骤：观察研究对象→提出问题→ 作出假设 →根据实验数据用数学形式表达→ 检验或修正 。

2、“J”型曲线和“S”型曲线的差异及在生产中的应用

1）理想环境 1)“J”型曲线 2)公式：Nt==N0λt

有限环境 1)“S”型曲线 2)K 值：又称环境容纳量，在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中所能维持的种群最大数量。

2）曲线的比较

3）种群数量变化规律在生产中的应用

(1)一定面积的草原所能承载的放牧量是一定的，过度放牧就会使环境的稳定性受到破坏，使环境容纳量进一步下降，于是形成了另一种种群数量变化曲线——突跃下降曲线(如图所示)。该曲线对于控制人口增长、害虫防治、环境的治理保护等方面具有指导作用。

(2)保护珍稀动物必须从根本上保护其生存环境不受破坏和改变，使其更好地生长，提高动物的环境容纳量。

(3)灭鼠和捕鱼的具体应用

注意事项	灭鼠	捕鱼
K/2 (最大增长率)	不可盲目减数，以至 于获得 K/2	最大限度利用，维持 K/2
K (环境最大容纳量)	降低 K 值，改变环境， 使之不适合鼠生存	保护 K 值，保证鱼生存的环境条件，尽量 提升 K 值
性别比例	使某一性别不育	不能单一捕捉某一性别
年龄组成	尽量减少幼年个体	尽量保护幼体

PS：环境容纳量不是绝对不变的，它可以因“超载”而下降，也可以因整体的改善而有所增大。

　　例题1.为保护美洲某草原的鹿群，自1907年开始人工捕猎美洲狮和狼。若干年后，鹿种群的数量变化如图所示。以下分析不正确的是
　　　　　　　　　　　　

　　A．1905年前，鹿的数量保持在4000头左右主要是有捕食者
　　B．1925年前后，该区域内鹿种群的K值是保持在100000头
　　C．1927年后，鹿的数量迅速减少的主要原因是草场被破坏
　　D．鹿、美洲狮、狼等在该生态系统中相互依存、相互制约
　　答案：B
　　解析：在种群增长的逻辑斯蒂增长类型中，K值指的是环境容纳量，是指在长时期内环境所能维持的种群最大数量。是种群在该环境中的稳定平衡密度，而不是种群在环境中最大绝对值。所以，题目中鹿的种群在1925年前后所达到的数值并不是K值。B是错误选项。

例题2（16分）

研究小组对某地群落进行调查，获得如下结果，请分析回答：

（1）图1表示群落中物种数量与面积的关系，据图可知，调查该地区物种数量时，应选取样方的面积为 ——。

（2）调查时选取了5个适宜面积的样方，获得数据见下表。

A～J之间形态结构的差异属于——多样性。样方1中B物种的两个个体之间的差异属于—— 　　 多样性，主要是由——和——引起的。样方1与样方2的差异是由——引起的。

（3）图2是某种取食农作物的昆虫种群数量的变化曲线，据图可知，该种群在30年中种群数量最多的是第——年，此后该种群数量减少的原因可能是——（A.病原体感染 B.基因发生致死性突变 C.定期喷洒信息素，诱杀雄性个体 D.改变农作物种类）。

答案 （每空2分，共16分）

（1）S5

（2）物种 基因 突变 基因重组 环境差异或随机分布

（3）10 C、D

三 群落

1、概念：同一时间内聚集在一定区域中的各种生物种群的集合。

2、物种组成：丰富度：群落中物种数目的多少。特点：不同群落丰富度不同。

3、群落结构类型（空间结构）

比较项目	垂直结构	水平结构
含义	生物群落在垂直方向上具有明显的分层现象	在水平方向上的配置状况
原因	陆生：光照、温度 水生：光、温度、O2	地形变化、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
表现	植物在不同高度的分层，动物也随之具有层次性	大多群落生物呈集分布或镶嵌分布

4、群落演替

类型	初生演替	次生演替
起点	从来没有被植物覆盖的地面，或原来存在过植被，但被彻底消灭了的地方	原有植被虽已不存在，但土壤条件基本保留，甚至还保留了植物的种子或其他繁殖体的地方
基质与环境条件	无有机质和生命胚种	有大量有机质和生命胚种
过程	裸岩阶段 地衣阶段 苔藓阶段 草本植物阶段 灌木阶段 森林阶段	杂草阶段 灌木阶段 森林阶段
时间	经历的时间长	经历的时间短
速度	缓慢	较快
影响因素	自然因素	人类活动较为关键
实例	裸岩、沙丘和湖底的演替	弃耕农田上和火灾后的草原上发生的演替

　例题1．（18分）农田施肥不仅可以对农作物的生长发育产生影响，同时也能影响农田杂草群落的多样性，进而影响杂草种子库的多样性。下表为长期不同处理下土壤杂草种子库的主要组成，请分析回答：

杂草种子库中某种杂草种子数量（个）	不施肥	不同施肥组合
		P、K	N、P	N、K	1/2 P、N、K	N、P、K
雀舌草	188	0	2633	470	658	188
大巢菜	0	0	0	0	0	94
陌上菜	4325	2821	10719	5924	5360	8181
小酸模	94	0	0	0	0	0
碎米莎草	14104	4325	21627	20498	16643	32534
烟台飘拂草	0	0	0	0	564	1034
水虱草	2163	2163	1975	2257	2069	2321

　　注： “0”表示杂草种子在处理区没有出现，不考虑不同种子萌发率的差异。
　　（1）从表中数据分析可知：
　 　　　① 不同处理区的杂草物种组成是不同的，但优势种是相同的，即是_________。在____________
　 　　　　 处理区的物种丰富度最大。
　 　　　② 在各处理区_________种子数量无显著差异，表明上述处理对该物种没有明显的选择作用。
　　（2）通过以上数据分析可以得出_______________和_______________影响杂草种子库的多样性。
　　（3）此农田生态系统若没有人工管理将会出现_______________现象。在自然情况下，这一变化发展的
　 　　　趋势是物种_______________、结构_______________、功能完善，直至达到_______________。
　　答案：（每空2分，共18分）
　　（1）①碎米莎草 N、P、K
　 　　　②水虱草
　　（2）是否施肥 不同施肥组合
　　（3）群落演替 多样 复杂 顶极群落（稳态）

例题2.研究人员对蓝藻水华现象较为严重的某淡水湖泊生态系统有机碳生产率（不考虑其它生态系统输入到该系统的有机碳）进行了研究。请分析回答：

（1）在湖泊中，随着水深的变化，不同的水层分布着不同类群的生物，这是群落____________的体现。在湖泊中包括很多种动物、植物和微生物，测定____________是群落调查的基本内容。

（2）研究人员采用黑白瓶法测定溶氧量，来估算湖泊的有机碳生产率，结果如图15所示。制作若干个大小相同的黑瓶（不透光）和白瓶（透光），分别在____________________m和-1.0m的每一个水深悬挂一个黑瓶和两个白瓶。每个实验瓶注满后溢出三倍体积的水，灌瓶完毕，将瓶盖盖好，立即对每一个水深中的一个白瓶溶氧量（IB）进行测定，作为实验开始时的_________溶氧量。将黑瓶、白瓶曝光培养24h，测定每一水深中黑瓶溶氧量（DB）与白瓶溶氧量（LB）。则每一水层的呼吸量可用__________________进行估算；每一水层的有机碳生产量（总光合作用生产量）可用___________________进行估算。

（3）据图15分析，影响浮游植物有机碳生产率的环境因素是________________。7月份0.6m以下水深有机碳生产率低于其它月份，主要原因是____________________________。

（4）太阳能是经过湖泊生态系统中_____________的固定而输入该系统，能量在该生态系统的流动过程具有______________________­的特点。外部能量的不断输入是推动该系统___________________________功能实现的基础。

答案（1）垂直结构 物种丰（富）度（2）0m、-0.2m、-0.4m、-0.6 初始 IB-DB LB-DB

（3）光照、温度 蓝藻大量生长，堆积在表层，使下层水体中光照强度明显减弱

（4）生产者（或第一营养级） 单向（流动）、逐级递减 物质循环、能量流动、信息传递

四 种间关系

例题1.（18分）扁担塘是位于长江中游的一个湖泊，是我国重要的淡水渔业基地。

（1）传统渔业只重视水草→草食性鱼这一条食物链。实践中发现，放养的草食性鱼高强度的摄食使水草量急剧下降，最终会导致草型湖泊变为藻型湖泊，这个过程属于群落的—— 。为了使渔业优质高效可持续发展，应增加湖泊生态系统中的生物—— ，调整食物链（网）结构，调整后的结构如下图。

此食物网中虾类和底栖动物的关系是—— 。对于该湖泊的鱼类和河蟹产量来说，水草和—— 极为重要。

（2）科研人员针对底栖动物中的优势种铜锈环棱螺的能量收支进行了相应研究，结果如下表。

能量KJ·m-2·a-1 动物名称	摄入食物中 所含的能量	用于生长发育繁殖的能量	呼吸作用 散失的能量	粪便中的能量
铜锈环棱螺	516	15	231	270

铜锈环棱螺的能量来源是食物中的—— 能 它同化的能量为—— KJ·m-2·a-1。

1. 铜锈环棱螺呼吸作用散失的能量中包含了机体在摄食、消化、吸收等过程中引起的热能散失。科研人员在测定这部分能量时，首先将实验螺在一定的温度下进行48h的饥饿处理，然后取相同的—— （填“白色瓶”或“棕色瓶”）分别标号，进行如下处理，密闭后置于光下。（“ ”代表放入，“-”表示不放入）

实验处理 组别	A	B
①预处理的湖水
②经48h饥饿的铜锈环棱螺5只
③水生植物（食物）		-

为了排除水生植物对水中溶解氧的影响，需另设置一组对照，对照组的处理应包括—— （选填表中实验处理的标号）。实验3h后待A瓶中的螺饱食后再测定各瓶溶氧量，可得铜锈环棱螺在饱食和饥饿状态下的代谢率。然后科研人员除去A瓶中的水生植物，给A、B瓶更换预处理湖水，每隔3h测定一次溶氧量并计算代谢率，直到A、B两瓶铜锈环棱螺的代谢率—— 时终止。通过计算得出机体在摄食、消化、吸收等过程中所散失的能量值。

答案.（18分）

（1）演替 多样性 捕食和竞争 底栖动物

（2）化学 246

（3） 棕色瓶 ①③ 几乎相等

生态系统的结构、功能和稳定性

一、生态系统

1. 生态系统：由生物群落和周围的无机环境相互作用构成的统一整体。

地球上最大的生态系统是生物圈。

主要功能：能量流动、物质循环和信息传递

2. 生态系统类型：

(1)自然生态系统：水域生态系统(海洋生态系统、淡水生态系统)；陆地生态系统(森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统、冻原生态系统)。

(2)人工生态系统：农田生态系统、人工林生态系统、果园生态系统、城市生态系统。

3.生态系统的成分：

非生物的物质和能量：无机物，有机物，气候

生产者（自养）：绿色植物和自养型原核生物

消费者（异养）：绝大多数动物

分解者（异养）：腐生细菌、真菌和腐食动物

各种成分比较表

成分	归类	各成分的组成	在生态系统中的作用	地位
非生物的物质和能量		无机物，有机物，气候	生物群落中的物质和能量的根本来源	必需成分
生产者	自养型生物	绿色植物 光合细菌和蓝藻 化能合成细菌	将无机环境中的物质和能量通过光合作用引入生物群落，为消费者和分解者提供能量	基石
消费者	异养型生物	绝大多数动物 寄生生物	加快生态系统能量流动和物质循环；对植物传粉种子传播有重要作用	最活跃的成分
分解者	异养型生物	腐生细菌和真菌 腐食动物	把动植物的遗体，排出物和残落物中的有机物分解成为简单的无机物。	物质循环的关键成分
联系

注：A细菌并不都是分解者，如硝化细菌是自养型生物，属于生产者，寄生细菌是消费者

B动物并不都是消费者，如蜣螂，蚯蚓等腐食动物属于分解者

C所有生产者并不都是绿色植物，如蓝藻，硝化细菌等

D植物并不都是生产者，如菟丝子，属于消费者

例题1（16分）蚯蚓是森林中的土壤动物之一，主要以植物的枯枝败叶为食。为探究蚯蚓对森林凋落物的作用，研究者做了如下实验。

1. 森林生态系统中的各种生物称为____________。从生态系统的成分角度看，蚯蚓属于__________，从生态系统的功能角度看，蚯蚓的行为促进了_________________。
2. 研究者选择4个树种的叶片做了不同处理，于6～9月进行了室外实验。每种叶片置于两个盆中，与土壤混合均匀，将数目相等的蚯蚓置于其中饲养，统计蚯蚓的食物消耗量，结果如下表。

单位体重蚯蚓日平均食物消耗量（mg/(g﹒d)）

不同处理	蒙古栎	杨	红松	白桦
未分解叶	2.44	5.94	4.79	7.30
半分解叶	7.20	9.42	8.71	5.23

• 验所选择蚯蚓生长状况基本一致，其目的是_____________________________。为了排除土壤中原有动物和微生物对实验的影响，应该在实验前对土壤进行____________处理。据表分析，蚯蚓对半分解叶的消耗量明显_________未分解叶的消耗量，在不同叶片中，对________________最为喜好。由此说明____________________是影响蚯蚓摄食偏好的主要因素。

1. 依据上述实验分析，若在红松林和蒙古栎林中种植一些杨树，有利于增加_____________的数量和种类，增加整个生态系统的______________。

答案（16分）

（1）（生物）群落（1分） 分解者（1分） 物质循环和能量流动（2分）

（2）①排除蚯蚓个体差异对实验结果的影响（2分） 灭菌（2分）

②高于（或“大于”）（1分） 杨半分解叶（2分）

叶片种类和分解（腐解）程度（2分）

（3）蚯蚓（1分） （抵抗力）稳定性（或“自我调节能力”）（2分）

二、生态系统的营养结构

1. 食物链

概念：生态系统中，各种生物因为食物关系而形成的联系

特点：a. 生产者为第一营养级，消费者所处营养级一般不超过5个

b. 组成成分是生产者和消费者，起点是生产者

c. 箭头指向，被捕食者→捕食者

分解者和无机环境不参与食物链的构成，所有食物链应该从第一营养级生产者开始。

1. 食物网

概念：在一个生态系统中，各种食物链彼此相互交错连接的复杂的营养关系

特点：1）每条食物链的起点都是生产者，终点是不被其他动物所食的动物

2）生产者是第一营养级

3）对某一动物而言，所处的营养级并不是一成不变的

4）同种生物所处消费者级别和营养级级别一定是不同的，总是差一级。

5）在食物网中，两种生物的种间关系有可能有出现不同概念上的重合。

如蜘蛛和青蛙，二者既有捕食关系又有竞争关系。

6）由于存在生物富集现象，难于讲解的污染物会在最高营养级的动物内富集。

1. 食物链和食物网是物质循环和能量流动的渠道。

三． 生态系统的能量流动

1. 概念：生态系统中能量的输入、传递、转化和输出的过程。

2．过程

a. 输入：生产者固定的太阳能

b. 能量在第一营养级的变化

c. 能量流经第二营养级的过程

I.同化作用是指生物把从外界环境中获取的营养物质转变成自身的组成物质，并且储存能量的过程。

II.营养级所同化的能量即是本营养级的能量，排除粪便的能量不属于同化的能量。

Ⅲ同化能量的基本计算

同化量 = 摄入上一营养级的能量-粪便中的能量

同化量 = 呼吸消耗以热能形式散失的能量 流向下个营养级的能量 流向分解者的能量 未被利用的能量.

同化量 = 自身生长、发育和繁殖量 呼吸消耗量。

d.总的能量流动过程

例题．下图是生态系统能量流动的部分图解，N1-N6表示能量数值。下列分析正确的是

A．自然生态系统（N2/N1）×100%的值一般介于10%~20%之间

B．若N6全部来自于N4，则蜣螂未获得初级消费者所同化的能量

C．当某种初级消费者的种群数量达到K值时，此种群的增长速率最大

D．散失的热能重新用于合成有机物，从而实现生态系统的物质循环

答案B

3. 各个营养级能量的来源和去路

1. 各个营养级能量的来源

生产者：太阳能

消费者：前一营养级

1. 各个营养级的能量去路（以生产者为例）

A 呼吸作用消耗 B 被下一营养级生物利用 C 被分解者利用

1. 转化：太阳能→稳定化学能→热能

热能散失不能再被利用，主要散失途径是呼吸作用产生能量部分以热能散失和化石燃料燃烧。

5．能量流动的特点：

a. 单向流动

b. 逐级递减：能量传递效率为10% ~ 20%

6. 渠道：食物链和食物网

1. “流经生态系统的总能量”不同于“生态系统的总能量”。

“流经生态系统的总能量”不同于“生态系统的总能量”。前者是“生产者固定的太阳能的总量”，指输入生态系统的能量，是逐级递减的，而后者的增减则是由输入与输出能量的多少所决定的，可能增加也可能减少；它们在生态系统发生、发展和成熟等过程中是变化的。根据发育状态，总体上可将生态系统可分为三类：一是增长系统。能量的输入超过输出，总生产量超过总呼吸量，多余的能量参与系统内部结构的改变；二是平衡系统。即能量的输入和输出相等，系统的净生产量大致等于零。三是衰老系统。能量输出比输入多，系统变小或较不活跃。

例题1下表是对某水生生态系统营养级和能量流动情况的调查结果，表中A、B、C、D分别表示不同的营养级，E为分解者。Pg表示生物同化作用固定能量的总量，Pn表示生物体贮存的能量（Pn=Pg-R），R表示生物呼吸消耗的能量。单位：10２千焦/m２/年

	Pg	Pn	R
A	15．9	2．8	13．1
B	870．7	369．4	501．3
C	0．9	0．3	0．6
D	141．0	61．9	79．1
E	211．5	20．1	191．4

　　 分析回答：从能量输入和输出角度看，该生态系统的总能量是否增加?为什么?

答案：增加。该生态系统输入的总能量大于所有生物消耗能量之和或答Pg（生产者的）＞R（所有生物的呼吸消耗）

分析 有人一看到能量变化，就想到能量是逐级递减的，而将此题答成“不能增加”。显然，这是误解。一个生态系统的总能量，一般指生物群落所贮存的能量的总和。判断该生态系统总能量是否增加，应该比较总输入和总消耗的数量。对本题目而言，该生态系统输入的总能量是生产者固定的总能量[Pg=870.710２千焦/（m２/年）]输出的总能量是所有生物呼吸消耗的能量[（R）=785.5千焦/（m２/年）]，输入大于输出，总能量增加。

四． 生态系统的物质循环

概念

在生态系统中，构成生物体的化学元素不断地进行着从无机环境到生物群落，

又从生物群落回到无机环境的循环过程。这个过程就是生态系统的物质循环。

特点

广大的空间：全球（生物圈）

漫长的时间：经历地质过程

例题.（16分）

为研究森林群落在生态系统物质循环中的作用，美国一研究小组在某无人居住的落叶林区进行了3年实验。实验区是两个毗邻的山谷（编号1、2），两个山谷各有一条小溪。1965年冬，研究人员将2号山谷中的树木全部砍倒留在原地。通过连续测定两条小溪下游的出水量和硝酸盐含量，发现2号山谷小溪出水量比树木砍倒前升高近40%。两条小溪中的硝酸盐含量变化如图所示。

请回答问题：

(1)大气中的N2进入该森林群落的两种途径有____ 。在森林群落中，能从环境中直接吸收含氮无机物的两大类生物是______ 。

(2)氮元素以N2、NO3-和__ 的形式被生物吸收，进入细胞后主要用于合成____ 两类生物大分子。

(3)图中显示，1号山谷溪水中的硝酸盐含量出现季节性规律变化，其原因是不同季节生物___ 。

(4)1966年5月后，2号山谷溪水中的硝酸盐含量急剧升高，主要的两个原因是____ 。

(5)硝酸盐含量过高的水不宜饮用。在人体消化道中，硝酸盐可转变成亚硝酸盐。NO2-能使DNA中C-G碱基对中的“C”脱氨成为“U”。上述发生突变的碱基对经两次复制后，在该位点上产生的碱基对新类型是___ 、___ 。

(6)氮元素从森林群落输出的两种途径是 ______。

(7)该实验结果说明森林群落中植被的两个主要作用是_______ 。

答案.（16分）

（1）生物固氮、闪电固氮 植物和微生物

（2） 蛋白质、核酸

（3）对硝酸盐的利用量不同

（4）①丧失了植被对硝酸盐的吸收

②动植被遗体分解后，产生的硝酸盐进入小溪

（5）T-A、 U-A

（6）通过细菌的作用将硝酸盐最终变成氮气返回大气、雨水的冲刷

（7）涵养水源、同化无机环境中的氮元素

五. 生态系统的信息传递

1 信息种类：物理信息，化学信息，行为信息

2.作用：

a.个体，生命活动的正常运行，离不开信息作用

b.种群，生物物种繁衍，离不开信息作用

c.群落和生态环境，调节生物的种间关系，维持生态系统稳定，决定能量流动与物质循环的方向和状态。

六 能量流动，物质循环，信息传递的比较

七 生态系统的稳定性

1. 生态系统稳定性：生态系统所具有的保持或者恢复自身结构的功能相对稳定的能力。
2. 生态系统具有自我调节能力，负反馈调节是调节机制
3. 生态系统稳定要具备以下三个条件：

a.三大功能类群齐全，动植物种类及数量保持相对稳定的状态

b.能量输入输出稳定

c.物质输入输出相对平衡

4.类型：抵抗力稳定性和恢复力稳定性

抵抗力稳定性：生态系统抵抗外界干扰并使自身结构和功能保持原状的能力。

恢复力稳定性：生态系统受到外界干扰因素破坏后恢复到原状的能力

生态系统中的组分越多，营养结构越复杂，其自我调节能力越强，抵抗力稳定性越高，被破坏后恢复力稳定性越差。

5.提高生态系统稳定性措施

a. 生态系统的自我调节能力不是无限的，当外界因素的强度超过一定限度的时候，生态系统的自我调节能力就会丧失。

b. 维持生态系统的稳定性就是减少对生态系统的干扰。

c. 提高生态系统的稳定性，就是需要适当增加生态系统中的生物种类，以增加生态系统营养结构的复杂程度。

d. 人类利用强度较大的生态系统，相应的物质和能量人为投入。

6.抵抗力稳定性与恢复力稳定性比较

		抵抗力稳定性	恢复力稳定性
区别	实质	保持自身结构功能相对稳定	恢复自身结构功能相对稳定
	核心	抵抗干扰，保持原状	遭到破坏，恢复原状
	影响因素	生态系统中物种丰富度越大，营养结构越复杂，抵抗力稳定性越强	生态系统中物种丰富度越小，营养结构越简单，恢复力稳定性越强
联系		抵抗力稳定性越强，恢复力稳定性越弱，反之亦然 二者存在于同一生态系统中的两种截然不同的作用力，他们共同相互维持生态系统的稳定性。

八 食物网中生物数量变化的分析与判断

1. 第一营养级减少对其他物种的影响

第一营养级的生物减少时，会将连锁的引发其后的各个营养级的动物减少

2.“天敌”一方减少，对被捕食者数量的变化

一条食物链中处于天敌地位的生物减少，则被捕食者的数量是先增加后减少，最后趋于稳定

3.中间营养级生物数量减少，另一生物的变动情况应视具体情况而定。沿不同的线路分析，结果不同时，应遵循以下规律：

①以中间环节少的作为分析依据，考虑方向和顺序应从高营养级依次到低营养级。

②生产者相对稳定，即生产者比消费者稳定得多，所以当某一种群数量发生变化时，一般不用考虑生产者数量的增加或减小。

③处于最高营养级的种群且其食物有多种来源时，若其中一条食物链中断，则该种群的数量不会发生较大变化。

口诀：食物网食物链，生物变动好判断，首先你要有主见，环节少的先看见。

具体情况一：一级生物若减少，其他生物跟着跑。

具体情况二：如果天敌患了病，先增后减再稳定。

具体情况三：中间生物被捕杀，不同情况要分家。

九 生物多样性

例析生态系统能量流动中的有关计算规律

一、食物链中的能量计算

1.已知较低营养级生物具有的能量（或生物量），求较高营养级生物所能获得能量（或生物量）的最大值。

例1.若某生态系统固定的总能量为24000kJ，则该生态系统的第四营养级生物最多能获得的能量是（ ）

A. 24kJ B. 192kJ C.96kJ D. 960kJ

解析：据题意，生态系统固定的总能量是生态系统中生产者（第一营养级）所固定的能量，即24000kJ，当能量的传递效率为20%时，每一个营养级从前一个营养级获得的能量是最多的。因而第四营养级所获得能量的最大值为：24000×20%×20%×20%=192kJ。

答案：D

规律：已知较低营养级的能量（或生物量），不知道传递效率，计算较高营养级生物获得能量（或生物量）的最大值时，可按照最大传递效率20%计算，即较低营养级能量（或生物量）×(20%)n（n为食物链中由较低营养级到所需计算的营养级的箭头数）。

2.已知较高营养级的能量（或生物量），求较低营养级应具备的能量（或生物量）的最小值。

例2.在一条有5个营养级的食物链中，若第五营养级的生物体重增加1 kg，理论上至少要消耗第一营养级的生物量为（ ）

A. 25 kg B. 125 kg C. 625 kg D. 3125 kg

解析：据题意，要计算消耗的第一营养级的生物量，应按照能量传递的最大效率20%计算。设需消耗第一营养级的生物量为X kg，则X=1÷(20%)4=625 kg。

答案：C

规律：已知能量传递途径和较高营养级生物的能量（或生物量）时，若需计算较低营养级应具有的能量（或生物量）的最小值（即至少）时，按能量传递效率的最大值20%进行计算，即较低营养级的生物量至少是较高营养级的能量（或生物量）×5n（n为食物链中，由较低营养级到所需计算的营养级的箭头数）。

3.已知能量的传递途径和传递效率，根据要求计算相关生物的能量（或生物量）。

例3.在能量金字塔中，生产者固定能量时产生了240molO2，若能量传递效率为10%～15%时，次级消费者获得的能量最多相当于多少mol葡萄糖？（ ）

A.0.04 B. 0.4 C.0.9 D.0.09

解析：结合光合作用的相关知识可知：生产者固定的能量相当于240÷6＝40mol葡萄糖；生产者的能量传递给次级消费者经过了两次传递，按最大的能量传递效率计算，次级消费者获得的能量最多相当于40×15%×15%＝0.9mol葡萄糖。

答案：C

规律：已知能量传递效率及其传递途径时，可在确定能量传递效率和传递途径的基础上，按照相应的能量传递效率和传递途径计算。

二、食物网中能量流动的计算

1.已知较高营养级从各食物链中获得的比例，未告知传递效率时的能量计算。

例4.右图食物网中，在能量传递效率为10%～20%时，假设每个营养级的生物从前一营养级的不同生物处获得的能量相等。则人的体重每增加1 kg，至少需要消耗水藻 kg。

解析：由题意知：人从大鱼和小鱼处获得的能量是相等的，小鱼从虾和水藻处获得的能量是相等的，而且，题中“至少”需要多少，应按能量传递的最大效率计算。计算方法如下：

在“小鱼→大鱼→人”的传递途径中，大鱼的生物量至少为0.5÷20%＝2.5 kg，小鱼的生物量至少为2.5÷20%＝12.5 kg；在“小鱼→人”的传递途径中，小鱼的生物量至少是0.5÷20%＝2.5 kg。因此，小鱼的生物量总量至少为12.5 2.5=15 kg。

同理：在“水藻→水蚤→虾→小鱼”的传递过程中，水藻的生物量至少是15÷2÷20%÷20%÷20%＝937.5 kg；在“水藻→小鱼”的传递过程中，水藻的生物量至少是15÷2÷20%＝37.5 kg。因此，水藻的生物量总量至少为937.5 37.5=975 kg。

答案：975

规律：对于食物网中能量流动的计算，先应根据题意写出相应的食物链并确定各营养级之间的传递效率，按照从不同食物链获得的比例分别进行计算，再将各条食物链中的值相加即可。

2.已知较高营养级从各食物链中获得的比例，在特定传递效率时的计算。

例5.若人的食物1/2来自植物，1/4来自小型食肉动物，1/4来自羊肉，若各营养级之间的能量传递效率为10%时，人增重1 kg需要消耗的植物为＿＿ kg。

解析：根据题意可画出食物网（右图），从题目要求可以判断能量的传递效率为10%，根据人增重从不同途径获得能量的比例可计算如下：

植物→人：0.5÷10%＝5 kg；

植物→羊→人：0.25÷10%÷10%＝25 kg；

植物→羊→小型肉食动物→人：0.25÷10%÷10%÷10%＝250 kg；

因此：人增重1 kg共消耗植物5 25 250=280 kg。

答案：280

规律：对于食物网中能量流动的计算，先应根据题意写出相应的食物网，根据特定的传递效率，按照从不同食物链获得的比例分别计算，再将各条食物链中的值相加即可。

三、已知各营养级的能量（或生物量），计算特定营养级间能量的传递效率

例6.在某生态系统中，1只2 kg的鹰要吃10 kg的小鸟，0.25 kg的小鸟要吃2 kg的昆虫，而100 kg的昆虫要吃1000 kg的绿色植物。若各营养级生物所摄入的食物全转化成能量的话，那么，绿色植物到鹰的能量传递效率为（ ）

A. 0.05% B. 0.5% C. 0.25% D. 0.025%

解析：根据题意，可根据能量传递效率的概念计算出各营养级之间的能量传递效率，再计算出绿色植物转化为鹰的食物链中各营养级的生物量。即：10 kg的小鸟需要昆虫的生物量=10÷（0.25÷2）=80 kg；80 kg的昆虫需要绿色植物的生物量=80÷（100÷1000）=800 kg。

因此，从绿色植物→昆虫→小鸟→鹰的生物量依次为800 kg→80 kg→10 kg→2 kg，则鹰转化绿色植物的百分比为2/800×100%=0.25%。

答案：C

规律：要计算能量传递效率，可先根据各营养级的生物量计算出各营养级的传递效率，并推算出不同营养级的生物量，最后计算出所需计算转化效率的较高营养级（本题中的鹰）的生物量（或能量）占较低营养级（本题中的植物）的比例即可。