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高中生物【必修三】

第五章 生态系统及其稳定性

知识清单

生态系统和生物圈

1、生态系统的概念：生态系统是指在一定的空间内，生物成分（群落）和非生物成分（无机环境）通过物质循环、能量流动和信息传递，彼此相互作用、相互依存而构成的一个生态学功能单位。

2、地球上最大的生态系统是生物圈

3、生态系统类型：

可分为水域生态系统和陆地生态系统。水域生态系统主要包括海洋生态系统和淡水生态系统。陆地生态系统有冻原生态系统、荒漠生态系统、草原生态系统、森林生态系统等自然生态系统，以及农业生态系统、城市生态系统等人工生态系统。

4、生态系统的结构

（1）成分：

非生物成分：无机盐、阳光、温度、水 等

生物成分：

①生产者：主要是绿色植物（最基本、最关键的的成分）绿色植物通过光合作用将无机物合成有机物

②消费者：主要是各种动物

③分解者：主要某腐生细菌和真菌，也包括蚯蚓等腐生动物。它们能分解动植物遗体、粪便等，最终将有机物分解为无机物。

（2）营养结构：食物链、食物网

同一种生物在不同食物链中，可以占有不同的营养级。

植物（生产者）总是第一营养级；

植食性动物（即一级/初级消费者）为第二营养级；

肉食性动物和杂食性动物所处的营养级不是一成不变的，如猫头鹰捕食鼠时，则处于第三营养级；当猫头鹰捕食吃虫的小鸟时，则处于第四营养级。

生态系统的稳态

一、生态系统中的能量流动

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1、过程

2、特点：

单向流动：生态系统内的能量只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向下一个营养级，不能逆向流动，也不能循环流动

逐级递减：能量在沿食物链流动的过程中，逐级减少，能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%-20%；可用能量金字塔表示。在一个生态系统中，营养级越多，能量流动过程中消耗的能量越多。

3、研究能量流动的意义：

（1）可以帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。

（2）可以帮助人们合理地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。如农田生态系统中，必须清除杂草、防治农作物的病虫害。

二、生态系统中的物质循环——碳循环

1、碳在无机环境中主要以CO2和碳酸盐形式存在；碳在生物群落的各类生物体中以含碳有机物的形式存在，并通过生物链在生物群落中传递；碳的循环形式是CO2

2、碳从无机环境进入生物群落的主要途径是光合作用；碳从生物群落进入无机环境的主要途径有生产者和消费者的呼吸作用、分解者的分解作用、化石燃料的燃烧产生CO2

3、过程：

三、生态系统中的信息传递

1、生态系统的基本功能是进行物质循环、能量流动、信息传递

2、生态系统中信息传递的主要形式：

（1）物理信息：光、声、热、电、磁、温度等。如植物的向光性

（2）化学信息：性外激素、告警外激素、尿液等

（3）行为信息：动物求偶时的舞蹈、运动等

（4）营养信息：食物的数量、种类等。如食物链、食物网。

3、信息传递在农业生产中的作用：

一是提高农、畜产品的产量，如短日照处理能使菊花提前开花；

二是对有害动物进行控制，如喷洒人工合成的性外激素类似物干扰害虫交尾的环保型防虫法。

四、生态系统的稳定性

1、概念：生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力，称为生态系统的稳定性。

2、生态系统之所以能维持相对稳定，是由于生态系统具有自我调节能力。生态系统自我调节能力的。基础是负反馈。物种数目越多，营养结构越复杂，自我调节能力越大。

3、生态系统的稳定性具有相对性。当受到大规模干扰或外界压力超过该生态系统自身更新和自我调节能力时，便可能导致生态系统稳定性的破坏、甚至引发系统崩溃。

1、 提高生态系统稳定性的措施：

一方面要控制对生态系统的干扰程度，对生态系统的利用应适度，不应超过生态系统的自我调节能力；

另一方面对人类利用强度较大的生态系统，应实施相应的物质和能量的投入，保证生态系统内部结构和功能的协调。

6、制作生态瓶时应注意：

①生态瓶必须是透明的；

②生态瓶中投放的生物之间要构成营养关系，数量比例要合理；

③ 生态瓶中的水量应占其容积的4/5，留出一定的空间，储备一定量的空气；

④生态瓶要密封；

⑤生态瓶要放在光线良好，但避免阳光直射的地方；

⑥研究结束前不要再随意移动生态瓶。

考点分析

2．生产者是生态系统的基石

(1)从生态系统各组成成分的联系看：

生态系统各组成成分间是通过物质循环和能量流动相互制约的，具体渠道是食物链(网)，而食物链的起点(第一营养级)是绿色植物(生产者)。

(2)从生态系统的结构类型上看：

①绿色植物决定一个生态系统的结构类型，如以乔木为主的生态系统称森林生态系统；以草本植物为主的生态系统称草原生态系统。

②在生态系统中，植物的空间分布支配着动物和微生物的空间分布，植物的种类越复杂，为动物和微生物提供的生活环境就越多样，动物和微生物的种类就越丰富，生态系统的自我调节能力就越强，生态平衡也就越容易维持。

(3)从物质循环角度来看：

①绿色植物是生态系统中能通过光合作用将无机物合成为有机物的自养生物，是在物质上连接无机界与生物群落的桥梁。

②绿色植物光合作用的产物为生态系统中其他生物提供直接或间接的食物。

(4)从能量流动角度来看：

生态系统能量流动的起点是绿色植物固定的太阳能。没有绿色植物，消费者和分解者就不可能获得生命必需的能量。

(5)从群落演替的过程看：

不论是初生演替还是次生演替，首先进入定居的生物必定是植物。

(1)每条食物链的起点总是生产者，终点是不被其他动物所食的动物，即最高营养级，中间为多种动物，有任何间断都不算完整的食物链。

(2)在食物链中，当某种生物大量增加时，一般会导致作为其食物的上一营养级数量减少，作为其天敌的下一营养级数量增多。

(3)食物链中各营养级生物之间是相互制约的，使它们的数量始终处于一种动态变化中。这种制约可能来自于种间，也可能来自于种内。

(4)食物链中的捕食关系是经长期自然选择形成的，不会逆转，因此箭头一定是由上一营养级指向下一营养级。

(5)某一营养级的生物代表处于该营养级的所有生物，不代表单个生物个体，也不一定是某种群。

2．食物网的分析

(1)营养位置：同一种消费者在不同的食物链中，可以占有不同的营养级，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。

(2)种间关系：在食物网中，两种生物之间的种间关系有可能出现不同概念上的重合，如蛇与猫头鹰，二者之间既有捕食关系，又有竞争关系。

(3)生物种类与食物网的复杂程度：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。

二、食物链(网)中各营养级生物数量的变动分析

1．处于食物链的第一营养级生物减少的情况：第一营养级生物数量的减少会导致其他生物数量都减少，即出现连锁反应，因为第一营养级生物是其他生物直接或间接的食物来源。

2．“天敌”减少的情况：“天敌”减少，则被捕食者数量增加。但随着其数量的增加，种内斗争加剧，种群密度下降，直到趋于稳定，但最终结果比原来数量要大。3．“中间”营养级生物减少的情况：如右图所示食物网中，青蛙突然减少，则以它为食的蛇也将减少，鹰就要过多地捕食兔和食草鸟，从而导致兔、食草鸟减少。因为鹰不只捕食蛇一种生物，它可依靠其他食物来源来维持其数量基本不变。

4．特殊情况：在食物网中，当某种生物因某种原因而大量减少时，对另一种生物的影响沿不同的路线分析得出的结果不同时，应以中间环节少的为分析依据。

特别提醒：生产者比消费者稳定得多，当某一种群数量发生变化时，一般不考虑生产者数量的增加或减少。

1.能量流动图解

(1)析图：流入某一营养级的一定量的能量在一定时间内的去路可有四条：

①自身呼吸消耗；

②流入下一营养级；

③被分解者分解利用；

④未被自身呼吸消耗，也未被下一营养级和分解者利用，即“未利用”。如果是以年为单位研究，这部分的能量将保留到下一年。

(2)能量的散失：散失的能量是通过生产者、消费者和分解者的呼吸作用分解有机物而产生的，最终以热能形式散失。

2．能量流动特点及原因分析

(1)单向流动：

①能量流动是沿食物链进行的，食物链中各营养级之间的捕食关系是长期自然选择的结果，是不可逆转的；

②各营养级通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落重复利用，因此能量流动无法循环。

(2)逐级递减：

①各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量；

②各营养级的能量都会有一部分流入分解者，包括未被下一营养级生物利用的部分。

1.循环特点

(1)具有全球性。

(2)反复循环。

2．大气中CO2的来源

(1)生产者、消费者的呼吸作用。

(2)分解者的分解作用。

(3)化学燃料的燃烧。

3．温室效应

(1)大气中CO2含量持续增加的原因：

①工厂、汽车、飞机、轮船等对化石燃料的大量使用，向大气中排放大量的CO2；

②森林、草原等植被大面积的被破坏，大大降低了对大气中CO2的调节能力。

(2)危害：

①加快极地冰川融化，海平面上升，对陆地生态系统和人类的生存构成威胁；

②影响农业和粮食资源的生产，改变了降雨和蒸发机制。

(3)缓解措施：

①植树造林，增加绿地面积；

②开发清洁能源，减少化石燃料的燃烧。

一、生态系统中能量传递的相关计算

在解决有关能量传递的计算问题时，首先要确定相关的食物链，理清生物在营养级上的差别，能量传递效率为10%～20%，解题时注意题目中是否有“最多”“最少”“至少”等特殊的字眼，从而确定使用10%或20%来解题。

1．设食物链A→B→C→D，分情况讨论如下

(1)已知D营养级的能量为M，则至少需要A营养级的能量＝M÷(20%)3；最多需要A营养级的能量＝M÷(10%)3。 (2)已知A营养级的能量为N，则D营养级获得的最多能量＝N×(20%)3；最少能量＝N×(10%)3。

2．在食物网中分析

如在ABCD中，确定生物量变化的“最多”或“最少”时，还应遵循以下原则：

(1)食物链越短，最高营养级获得的能量越多；

(2)生物间的取食关系越简单，生态系统消耗的能量越少，如已知D营养级的能量为M，计算至少需要A营养级的能量，应取最短食物链A→D，并以20%的效率进行传递，即等于M÷20%；计算最多需要A营养级的能量时，应取最长的食物链A→B→C→D，并以10%的效率进行传递，即等于M÷(10%)3。

3．在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物按一定比例获取能量，则按照单独的食物链进行计算后再合并。

1．图1——先根据双向箭头确定A和B应为生产者和非生物的物质和能量，不能写“无机环境”，也不能写“生物类别”，再根据A→D，确定D为分解者，剩下C为消费者。 2．图2——根据A与C之间是双向箭头判断：A和C一个是生产者，一个是非生物的物质和能量。根据A、B、D的碳都流向E，可进一步判断：A是生产者，B是初级消费者，C是非生物的物质和能量，D是次级消费者，E是分解者。

3．图3——首先找出相互之间具有双向箭头的两个成分，即A和E，一个为生产者，一个是大气中的CO2库。又因为其他各个成分都有箭头指向A，所以A为大气中的CO2库，E为生产者。然后观察剩余的几个成分，其中其他生物部分的箭头都指向C，所以C是分解者，剩余的B、D、F则为消费者。整个图解中，食物链是E→F→D→B。

1.生态系统信息传递模型

(1)信息传递过程中伴随着一定的物质和能量的消耗。

(2)信息传递存在于生态系统的各种成分之间，把生态系统的各个组成部分联系成一个整体，具有调节生态系统稳定性的作用。

(3)信息传递的一般过程包括如下三个环节：信源(信息产生)→信道(信息传输)→信宿(信息接收)。阻碍其中的任何一个环节均不能实现信息的传递。

二、判断生态系统信息传递种类的方法

(1)从信息传播的途径判断。如涉及声音、颜色、温度等物理因素，可判断为物理信息；涉及的信息载体为化学物质，可判断为化学信息；涉及特殊行为，可判断为行为信息。

(2)从文字表述的着重点判断。如孔雀开屏如果是通过行为传递给对方，则属于行为信息；如果通过羽毛的颜色等传递给对方，则属于物理信息。

3.生态缸稳定性观察与分析

(1)观察稳定性，可通过观察动植物的生活情况、水质变化、基质变化等判断生态系统的稳定性。

(2)由于生态缸中的生态系统极为简单，自我调节能力极差，所以抵抗力稳定性极低，生态系统的稳定性极易被破坏。因此，生态缸内的生物只能保持一定时间的活性。