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第五章 生态系统
一．高频考点
1．由生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体叫生态系统。地球上最大的生态系统是生物圈，生物圈包括地球上的所有生物及其无机环境。
2．生态系统的结构包括：生态系统的组成成分(非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者)和营养结构（食物链和食物网）。
（1）食物链的基本模式：生产者→各级消费者（分解者和非生物的物质和能量都不参与营养结构）。每条食物链的起点为生产者，终点为最高营养级。生产者为第一营养级，初级消费者为第二营养级，次级消费者为第三营养级¨¨¨¨¨¨¨。（营养级别比消费者级别多一级。）
(2)营养级位置：同一种消费者在不同的食物链中，可以占有不同的营养级，其营养级是不固定的，视具体食物链而定。如猫头鹰在食物网中分别占有第三、第四、第五营养级，这就是说猫头鹰在该食物网中占有三个不同的营养级。
(3)食物网内的种间关系
①一种关系：食物链(网)中最主要的关系是捕食关系(如草→兔)，以同种生物为食的两生物间存在竞争关系(如牛、羊和草)。
②两种关系：如蛇与猫头鹰，二者之间既有捕食关系，又有竞争关系。
(4)食物网的复杂程度主要取决于有食物联系的生物种类，而并非取决于生物数量。
(5)食物链和食物网是能量流动、物质循环的渠道，食物链和食物网的维系依赖于生态系统的信息传递，食物链和食物网形成的营养结构是生态系统功能的基础。
3．生态系统中某种生物减少对其他生物数量变化的影响(见后附专题一)
4、生态系统的功能：能量流动、物质循环和信息传递
（1）能量流动：特点：单向流动，逐级递减
A、能量流动起点：生产者固定的太阳能；能量流动途径：食物链和食物网
b、能量变化情况：太阳光能→生物体中化学能→热能
能量以有机物为载体，以有机物中化学能形式沿食物链流动。
热能是能量流动的最终归宿。
c、能量分流：
能量来源：生产者来源于太阳能，各级消费者来源于上一营养级（同化量=摄入量—粪便中所含能量）能量去路：①呼吸作用②被下一营养级同化③被分解者分解
D、能量传递效率：10℅〜20℅
a、公式：下一营养级同化量/上一营养级同化量×100℅
b、根据能量逐级递减的特点，人类为了获得更多能量时，应尽量缩短食物链。
c、能量传递效率一般不能提高，而能量利用率则可通过利用分解者而得到提高。
▲：提高能量利用率的一些措施：尽量缩短食物链；充分利用生产者；充分利用分解者，如利用肌酐培育食用菌，利用沼气池生产沼气等。
d、研究能量流动的实践意义：（必修3P96）
可帮助人们科学规划、设计人工生态系统，有效利用能量
可帮助人们合理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。
【考试热点：能量流动的相关计算见后附专题二】
（2）物质循环（具有全球性和反复利用的特点）
A 物质循环：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。注意：对象：化学元素C、H、O、N、P、S等；
无机物
b 循环过程：无机环境 生物群落（有机物）
无机物
碳循环：
注意：1：大气中碳元素进入生物群落是靠光合作用和化能合成作用实现。
2：碳在生物群落和无机环境之间以二氧化碳形式循环，碳在生物群落中以有机物形式沿食物链和食物网传递。
3：大气中二氧化碳的三个来源：化石燃料的燃烧；分解者的分解作用；动植物呼吸作用。
4：实现碳在生物群落和无机环境之间进行循环的关键是生产者和分解者。
（3）信息传递：信息的来源：生物和无机环境
①信息的种类：物理信息，化学信息和行为信息
②信息传递在生态系统中的作用：
a、影响生命活动的正常进行b、影响生物种群的繁衍 c、调节生物的种间关系
信息传递、能量流动和物质循环的关系：
生态系统的功能有三：一是能量流动，具有单向、递减、不循环的特点；二是物质循环，是指组成生物体的元素在生物群落和无机环境之间进行的循环，该过程离不开生产者和分解者，生产者起关键作用；三是信息传递，信息传递有利于沟通生物群落与非生物环境之间、生物与生物之间的关系，从而维持生态系统的稳定性。
在生态系统中，能量流动是生态系统的动力，物质循环是生态系统的基础，而信息传递则决定着能量流动和物质循环的方向和状态。在生态系统中，种群和种群之间、种群内部个体与个体之间，甚至生物和环境之间都有信息传递。
在生态系统的功能中，物质流是可循环利用的，能量流动是单向的、不可逆转的，信息流是双向的（信息传递是双向的，正是由于信息流，生态系统产生了自动调节机制）。
信息传递、能量流动和物质循环都是生态系统各组分必不可少的一部分，使生态系统形成一个有机的整体，同时信息传递是长期的生物进化的结果，具有调节系统稳定性的作用。
5．负反馈调节在生态系统中普遍存在，它是生态系统自我调节能力的基础。
6．抵抗力稳定性：生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状的能力。
7．恢复力稳定性：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。
8．抵抗力稳定性大，则恢复力稳定性就小，反之亦是。一般来说，生态系统中的组分越多，食物网越复杂，其自我调节能力就越强，抵抗力稳定性就越高。
17．全球性生态环境问题主要包括全球气候变化、水资源短缺、臭氧层破坏、酸雨、土地荒漠化、海洋污染和生物多样性锐减等。
18．生物多样性的价值：潜在价值、间接价值(生态功能)、直接价值。
19．保护生物多样性的措施：就地保护(建立自然保护区)和易地保护。
二、专题分析
专题（一）食物链（网）中种群数量变化的连锁反应剖析
1. 单条食物链中种群数量变化的连锁分析
单条食物链中的生物因只存在捕食与被捕食的关系，故其数量变动关系确认比较简捷，即若食物方减少则天敌方也减少，食物方增多，天敌亦会随之增多。同理，若天敌方增多，则食物方减少，天敌方减少，则食物会增多。
例1. 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4种生物（甲、乙、丙、丁）所含有机物的总量，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（ ）
A. 甲、丁的种群数量增多，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、丁种群数量增加
特别提醒：①在某食物链中，若处于第一营养级的生物减少，则该食物链中的其他生物都将减少。这是因为第一营养级是其他各种生物赖于生存的直接或间接的食物来源，这一营养级生物的减少会引起连锁反应，致使以后各营养级的生物依次减少。
②若一条食物链中处于“天敌”地位的生物数量减少，则被捕食者数量因此而迅速增加，但这种增加并不是无限的，而是随着数量的增加，种群的密度加大，种内斗争势必加剧，再加上没有了天敌的“压力”，被捕食者自身素质(如奔跑速度、警惕灵敏性等)必会下降，导致流行病的蔓延，老弱病残者增多，最终造成种群密度减小，直至相对稳定，即天敌减少，造成被捕食者的种群数量先增加后减少，最后趋向稳定。
2.同时占有两个营养级的种群数量变化的连锁分析
该类问题往往由于食物链中某一种群的数量变化，导致另一种群的营养级连锁性发生变化，因为在后面的学习中我们会知道，能量在食物链（网）中流动时只有10%－20%流到下一营养级且能量流动的环节越多损耗越多，所以该类连锁变化的规律是：当a种群的数量变化导致b种群的营养级降低时，则b种群的数量将增加；若导致b种群的营养级升高时，则b种群的数量将减少。
如右图食物网中，鹰具有第3、4两个营养级，若蛇全部移走，则鹰由第4营养级降低为第3营养级，导致鹰的数量________。
3.复杂食物网中某种群数量变化引起的连锁分析
在一个复杂的食物网中，当某种群生物因某种原因而发生变化时，对另一种群生物数量的影响，沿不同的路线分析，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的的增加或减少。③处于最高营养级的种群且食物有多种来源时，若其中一条食物链中断，则该种群可通过多食其他食物而维持其数量基本不变。
如右图所示的食物网中，假设由于某种原因大鱼全部死亡，试问对鳞虾的数量有什么影响？
________________________________
专题（二）例析生态系统能量流动中的有关计算规律
一、涉及一条食物链的能量流动计算
1、 计算能量传递效率
例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
61.9
79.1
E
211.5
20.1
191.4
分析回答：
（1）能量流动是从A、B、C、D中的哪个营养级开始的 ，为什么
。
（2）该生态系统中能量从第三营养级传递到第四营养级的效率是 。
（3）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
2、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2.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%
3、在一条食物链内，计算某一生物所获得的最多（最少）的能量
例3.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
例4.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
二、涉及多条食物链的能量流动计算
1、在能量分配比例已知且能量传递效率也已知时的能量计算
例5.由于“赤潮”的影响，一条4kg重的杂食性海洋鱼死亡，假如该杂食性的食物有1/2来自植物，1/4来自草食鱼类，1/4来自以草食鱼类为食的小型肉食鱼类，按能量流动效率20%计算，该杂食性鱼从出生到死亡，共需海洋植物 ( )
A.120kg B.160kg C.60kg D.100kg
【规律】在能量分配比例已知时，直接根据已知的能量传递效率按实际的食物链条数计算。
2、在能量分配比例已知但能量传递效率未知时的能量计算
例6.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。
【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。
3、在能量分配比例未知时计算某一生物获得的最多（或最少）的能量。
例7.如右图食物网中，若人的体重增加1kg，最少消耗水藻 kg，最多消耗水藻 kg
【规律】
生产者
最少消耗
最多消耗
选最短食物链
选最大传递效率20%
选最长食物链
选最小传递效率10%
消费者获得最多
消费者获得最少
三、巩固练习
1．（2014江苏卷）下列关于生态系统中物质循环和能量流动的叙述，正确的是
A．富营养化水体出现蓝藻水华的现象，可以说明能量流动的特点
B．生态系统中能量的初始来源只有太阳能
C．食物链各营养级中10%~20%的能量会被分解者利用
D．无机环境中的物质可以通过多种途径被生物群落反复利用
2．（2014海南卷）关于土壤微生物的叙述，错误的是
A．土壤微生物参与生态系统的物质循环
B．土壤微生物可作为生态系统的分解者
C．秸秆经土壤微生物分解后可被农作物再利用
D．土壤中的硝化细菌是异养生物，因而不属于生产者
3．（2014海南卷）用个营养级生物的能量、数量构建的金字塔分别称为能量金字塔、数量金字塔。在某一栎林中，第一营养级生物为栎树，第二营养级生物为昆虫，第三营养级生物为蛙、蜥蜴和鸟，第四营养级生物为蛇。该栎林数量金字塔的示意图是
4．（2014海南卷）在某水生生态系统中，分布有水鸟、藻类、芦苇等动植物，某些水鸟具有秋季迁移的习性。下列叙述错误的是
A．该水生生态系统的物种数量随季节而发生变化
B．减少芦苇和藻类后，输入该水生生态系统的能量维持不变
C．藻类和芦苇等生产者固定的能量是流经该生态系统的总能量
D．该水生生态系统动植物残体被微生物分解后可产生含氮化合物
5．(2013年四川理综)稻田生态系统是四川盆地重要的农田生态系统,卷叶螟和褐飞虱是稻田中两种主要害虫,拟水狼蛛是这两种害虫的天敌。下列叙述错误的是( )
A．害虫与拟水狼蛛间的信息传递,有利于维持生态系统的稳定
B．防治稻田害虫,可提高生产者和消费者之间的能量传递效率
C．精耕稻田与弃耕稻田的生物群落,演替的方向和速度有差异
D．用性外激素专一诱捕卷叶螟,短期内褐飞虱种群密度会下降
6．下列关于生态系统的成分的叙述,正确的是( )
A．动物都属于消费者,其中植食性动物属于第二营养级
B．细菌都属于分解者,其异化作用类型有需氧型和厌氧型两类
C．生产者属于自养型生物,是生态系统中最基本、最关键的生物成分
D．一种生物只能处于生态系统中的一个营养级
7．下图甲为某自然生态系统的能量金字塔简图，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的营养级，m1、m2代表不同的能量形式。图乙表示能量流经该生态系统某一营养级的变化示意图，其中a～g表示能量值的多少。请据图分析错误的是
8、下图甲为某湖泊生态系统的能量金字塔简图，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的营养级，m1、m2代表不同的能量形式。图中m1、m2表示的能量形式分别为_______和热能，生态系统中能量流动的渠道是______，在生态系统的生物群落内部能量流动的载体是______。若图甲中营养级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各有一种生物甲、乙、丙，构成食物关系如图乙，丙能量中一半来自乙，要使丙能量增加A kJ，至少需要消耗甲的能量为_________kJ。
9.（2014课标Ⅱ卷）（9分）[来源:Zxxk.Com]
某陆地生态系统中，除分解者外，仅有甲、乙、丙、丁、戊5个种群。调查得知，该生态系统有4个营养级，营养级之间的能量传效率为10%～20%，且每个种群只处于一个营养级。一年内输入各种群的能量数值如下表所示，表中能量数值的单位相同。
种群
甲
乙
丙
丁
戊
能量
3.56
12.80
10.30
0.48
226.50
回答下列问题：
（1）请画出该生态系统中的食物网。
（2）甲和乙的种间关系是 ① ；种群丁是该生态系统生物组分中的 ② 。
（3）一般来说，生态系统的主要功能包括 ③ 、 ④ ，此外还具有信息传递等功能。碳对生物和生态系统具有重要意义，碳在 ⑤ 和 ⑥ 之间的循环主要以CO2的形式进行。
（3）图乙表示某海域能量流动简图，A、B、C、D表示生态系统的组成成分。图中________和_________（填字母）在碳循环过程中起着关键作用；能量在第一营养级和第二营养级之间的传递效率为___________。
（4）海洋会受到石油、工业废水、生活污水等污染。如果污染超过海洋生态系统的________________，海洋生态系统就很难恢复到原来的状态。
12、10、．阅读材料，回答以下问题：
紫茎泽兰生活力强，适应性广，主要分布于中国、美国、澳大利亚、新西兰等地。可用于制造沼气、碳棒，发酵等，或粉碎后作为燃料。紫茎泽兰提取液对人类无害，还可作为杀虫剂、杀菌剂、植物生长调节剂等。
紫茎泽兰能释放多种化感物质，排挤其他植物生长，易成为群落中的优势种。天然草地被紫茎泽兰入侵3年就失去放牧利用价值，常造成家畜误食中毒死亡。同时，紫茎泽兰对土壤养分的吸收性强，能极大地损耗土壤肥力，对土壤可耕性的破坏较为严重。
在防治上，常利用红三叶草、狗牙根等植物进行替代控制有一定成效。此外，泽兰实蝇对植株生长有明显的抑制作用，其卵产在紫茎泽兰生长点上，孵化后即蛀入幼嫩部分取食，幼虫长大后形成虫瘿，阻碍紫茎泽兰的生长繁殖，削弱大面积传播危害；旋皮天牛在紫茎泽兰根颈部钻孔取食，造成机械损伤而致全株死亡。
（1） 紫茎泽兰的引入，导致原生态系统平衡被破坏的现象称为________________，使当地的生物多样性_________________。（生物入侵或外来物种入侵；下降或减少）
（2） 紫茎泽兰种群在入侵初期一般呈_______曲线增长，影响________________________等种间关系，从而影响群落的_______结构和________结构。由于紫茎泽兰的引入，使当地的群落中物种组成、种间关系和群落结构都会随时间发生变化，这种现象称之为______________。（“J”型；竞争、捕食；垂直；水平；群落演替）
（3） 紫茎泽兰的化感作用体现了生态系统的_________________功能，同时，也会影响正常生态系统长期形成的___________和___________功能，从而破坏生态系统的稳定性。（信息传递；能量流动；物质循环）
（4） 与化学防治相比生物防治不仅可以有效降低紫茎泽兰种群的____________，从而使其相对稳定于较低水平，同时还可以减少______________，保护环境。（K值；污染）
（5） 紫茎泽兰提取液有一定的经济价值，获得其中的有效成分就成为目前研究的焦点。根据高中所学的生物工程技术手段，可以利用______________或______________大量获取提取液中的有效成分应用于生产实践。（基因工程；植物组织培养）
又为底栖动物提供了营养物质，同时红树林还有防浪护坡、净化水污染等作用。
（1）红树林中的所有生物构成了一个 ，这里的生产者主要是 。
（2）红树林中各种生物通过吃与被吃构建起来的联系称为 。
（3）多种类型红树植物的形成从根本上看是由于 产生的，有些种类的叶肉中 有泌盐细胞，而其根细胞中没有，这与 有关。
（4）上述材料主要体现了红树林的 价值。
虫乙
植物
虫甲
鸟甲
鸟乙
（5）若在红树林中只考虑下图食物关系：
鸟甲和鸟乙之间是 关系，若植物光合作用固定的总能量是ａ，且每一营养级的总能量平均分给其捕食者，则鸟乙可以获得能量最多是 。
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