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1、专题23生态系统及其稳定性高考生物高考生物考点一考点一生态系统的结构生态系统的结构知识清单知识清单 一一生态系统的概念和结构生态系统的概念和结构1.生态系统生态系统:由生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体。地球上最大的生态系统是生物圈。二二生态系统的成分生态系统的成分三三生态系统的营养结构生态系统的营养结构1.食物链食物链:生态系统中各生物之间由于食物关系形成的一种联系。2.食物网形成原因食物网形成原因:生态系统中,一种绿色植物可能是多种植食性动物的食物,而一种植食性动物既可能吃多种植物,也可能被多种肉食性动物所食。3.实例分析实例分析(以某陆地生态系统的食物网为例以某陆地生态系统的
2、食物网为例)(1)生态系统的结构包括生态系统的组成成分和营养结构(食物链和食物网)。(2)图示食物网中包含8条食物链,该生态系统的主要成分是草,图示食物网中未包含的生态系统的成分是非生物的物质和能量、分解者。(3)图中狐属于次级消费者、第三营养级;猫头鹰同时占有第三、四、五、六营养级。(4)从图中可以看出,青蛙和蜘蛛之间的关系是竞争和捕食。1.对生态系统成分认识的误区对生态系统成分认识的误区2.食物链分析食物链分析(1)表现形式(2)营养级错误说法特例细菌都是分解者硝化细菌是自养生物,属于生产者;寄生细菌属于消费者动物都是消费者秃鹫、蚯蚓、蜣螂等以动、植物残体为食的腐食性动物属于分解者生产者是
3、绿色植物蓝藻、硝化细菌等自养原核生物也是生产者,应该说生产者包含绿色植物植物都是生产者菟丝子营寄生生活,属于消费者 (3)单向性:食物链中的捕食关系是长期自然选择形成的,通常不会逆转。(4)某一营养级的生物所代表的是该营养级的所有生物,不代表单个生物个体,也不一定是一个种群。3.食物网分析食物网分析(1)营养级位置:同一种消费者在不同食物链中,可以占据不同的营养级,如狼占据第三、第四营养级。(2)种间关系:在食物网中,两种生物之间的种间关系可出现多种,如狼和狐既是捕食关系,又是竞争关系。(3)食物网复杂程度:食物网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。例例1(2015海
4、南单科,23,2分)俗话说:“大鱼吃小鱼,小鱼吃小虾,小虾吃泥巴”。某同学据此设计了一个水池生态系统。下列属于该生态系统第一营养级的是()A.小鱼吃的小虾B.吃小鱼的大鱼C.泥巴中的藻类D.泥巴中的大肠杆菌解析解析本题主要考查生态系统的营养结构中营养级的判断。属于生态系统第一营养级的是生产者,藻类可以进行光合作用,属于生产者,C正确;小虾和大鱼都属于消费者,泥巴中的大肠杆菌属于分解者,A、B、D错误。答案答案C方法方法食物网食物网(链链)的构建方法的构建方法1.依据种群数量变化曲线图构建依据种群数量变化曲线图构建方法技巧方法技巧(1)分析依据:先上升、先下降者为被捕食者。(2)食物链:乙丙甲(
5、图1)。2.依据所含能量依据所含能量(生物量生物量)构建构建(1)分析依据:根据营养级间能量传递效率10%20%,可确定相邻两个营养级能量差别在5倍左右,若能量相差在5倍以内,很可能为同一营养级。(2)结果:图2可形成一条食物链:丙甲乙丁。图3生物可形成食物网:。3.根据提供的捕食方面的信息构建根据提供的捕食方面的信息构建(1)信息:古树上有红蜘蛛、蚜虫、草蛉、七星瓢虫、麻雀、花喜鹊6种动物,它们之间的关系是:草蛉、七星瓢虫捕食红蜘蛛、蚜虫;红蜘蛛、蚜虫以植物的各器官为食物;麻雀、花喜鹊以红蜘蛛、蚜虫、草蛉为食。(2)依据捕食关系直接绘图如下:4.根据生物体内有害物质的含量构建根据生物体内有害
6、物质的含量构建假设在这5个种群构成的食物网中,消费者只能以其前一个营养级的所有物种为食。种群甲乙丙丁戊重金属含量(g/kg鲜重)0.00370.00370.0350.0350.34(1)分析依据:生物的富集作用。重金属、农药等有害物质被生物体吸收后难以排出体外,所以此类物质会随着食物链逐级积累,即营养级越高的个体中含有有害物质的量越多,其含量往往是上一营养级个体含量的510倍。(2)分析结果:例例2(2014课标全国,31,9分)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递效率为10%20%,且每个种群只处于一个营养级。一
7、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3.5612.8010.300.48226.50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;种群丁是该生态系统生物组分中的。(3)一般来说,生态系统的主要功能包括、,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,碳在和之间的循环主要以CO2的形式进行。解析解析(1)根据能量传递的规律,戊的能量最多,为生产者,其次是乙、丙,因两者能量值相差较小,两者处于同一营养级,为初级消费者,甲为次级消费者,丁为三级消费者。(2)从食物网可知甲与乙的种间关系为捕食,种群丁为消费者或三级消费者
8、。(3)生态系统的功能:物质循环;能量流动;信息传递。碳在生物群落中主要以有机物的形式进行传递,在生物群落与无机环境之间主要以CO2的形式进行循环。答案答案(9分)(1)(3分)(2)捕食(1分)消费者(1分,其他合理答案也给分)(3)物质循环能量流动生物群落无机环境(每空1分,共4分,其他合理答案也给分)考点二考点二生态系统的功能生态系统的功能 一一生态系统的能量流动生态系统的能量流动1.概念理解概念理解2.某一营养级能量的来源和去路某一营养级能量的来源和去路(以第二营养级为例以第二营养级为例)(1)从上述图解可以得到:摄入量=同化量+粪便量。(2)某一营养级能量的4个去向3.特点特点二二生
9、态系统的物质循环生态系统的物质循环1.概念概念2.碳循环碳循环(1)碳的存在形式与循环形式A.在生物群落和无机环境间:主要以CO2形式循环。B.在生物群落内部:以含碳有机物形式传递。C.在无机环境中:主要以CO2和碳酸盐形式存在。(2)碳进入生物群落的途径:生产者的光合作用和化能合成作用。(3)碳返回无机环境的途径生产者、消费者的呼吸作用;分解者的分解作用(实质是呼吸作用);化石燃料的燃烧。3.温室效应温室效应(1)形成原因:大量化石燃料的燃烧,大气中的CO2含量迅速增加,打破了生物圈中碳循环的平衡。(2)影响:导致气温升高,加快极地和高山冰川的融化,导致海平面上升,进而对人类和其他许多生物的
10、生存构成威胁。三三生态系统的信息传递生态系统的信息传递1.信息的种类信息的种类(连线连线)2.信息传递在生态系统中的作用信息传递在生态系统中的作用1.一个营养级能量的来源和去路一个营养级能量的来源和去路 (1)来源(2)“拼图法”分析能量流动的去路输入第一营养级的能量(W1),即生产者固定的能量被分为两部分:一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失(A1),一部分则用于生产者的生长发育和繁殖(B1+C1+D1)。后一部分能量中包括未被利用的能量B1、流向分解者的能量C1、流向下一营养级的能量D1。知能拓展知能拓展某营养级同化量不同计算方法的分析(1)同化量=摄入量-粪便中有机物的能量说明:由
11、于“粪便中有机物的能量”未被同化,所以仍属于上一营养级的能量,与上一营养级遗体残骸所含的能量性质相同,属于流向分解者的能量。(2)同化量=呼吸散失的能量+被下一营养级同化的能量+分解者利用的能量+未利用的能量说明:上式的计算方法为定量定时的分析,如果以年为单位研究,则“未利用的能量”将保留到下一年。若为定量不定时的分析,则同化量中不含有“未利用的能量”。(3)同化量=呼吸散失的能量+净同化量说明:净同化量即同化的能量除去呼吸作用散失的热能外,真正用于生物生长发育和繁殖的能量。2.生态系统物质循环的生态系统物质循环的3个易错点个易错点(1)物质循环中的“物质”主要是化学元素(如碳元素、氮元素等)
12、,而不是糖类、脂肪等具体物质。(2)碳元素在无机环境和生物群落之间主要以CO2的形式进行循环,但在生物群落内则是以含碳有机物的形式进行传递。(3)物质可循环流动,能量单向流动不循环,所以不能说能量伴随着物质循环而循环。3.生态系统三大功能的区别与联系生态系统三大功能的区别与联系项目区别联系来源途径特点范围能量流动太阳能或化学能食物链(网)单向流动逐级递减生物群落共同把生态系统各组分联系成一个统一整体,调节生态系统的稳定性物质循环生态系统循环流动全球性生物圈信息传递生物或无机环境多种途径单向或双向生物与生物之间;生物与环境之间例例3(2017山东济宁一中月考,35)下图甲为某湖泊生态系统的能量金
13、字塔简图,其中、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ag表示能量值的多少。请据图作答:(1)图甲中,m1、m2表示的能量形式分别为、,在生态系统的生物群落内部能量流动的载体是。通常情况下,位于营养级的生物个体数量一般远远少于,主要原因是能量在各营养级之间的传递具有的特点。(2)图乙中,若A表示图甲中营养级所摄入的全部能量,则B表示,C表示。若图甲中营养级所固定的太阳能总量为y,则该系统营养级、间的能量传递效率是(用图中所给字母的表达式表示)。(3)图乙中有两处不同的能量散失途径,其中E处散失的能量是通过实现的。(4)若图甲中
14、营养级、各只有一种生物甲、乙、丙,构成食物关系如图。若甲能量的1/4直接提供给丙,则要使丙能量增加8kJ,至少需要消耗甲的能量是kJ。(5)与稻田生态系统比较,湖泊生态系统的抵抗力稳定性(高、低或相同),原因是湖泊生态系统。解析解析(1)根据生态系统的能量流动可判断甲中m1、m2表示的能量形式分别为太阳能和热能,能量流动的载体是有机物,营养级的生物处于高营养级,由于能量流动有逐级递减的特点,高营养级生物获得能量少,一般在一个生态系统中的个体数量少。(2)图乙中B表示所同化固定的能量,C表示用于生长、发育和繁殖的能量,图中营养级同化的能量值为b,因而营养级、间的能量传递效率是b/y100%。(3
15、)图乙中E处的能量散失是通过分解者的分解作用实现的。(4)若甲能量的1/4直接提供给丙,则甲3/4的能量通过乙提供给丙,根据能量20%的传递效率进行计算可得结果。(5)与稻田生态系统比较,湖泊生态系统的生物种类多,营养结构复杂,因而抵抗力稳定性高。答案答案(1)太阳能热能(或呼吸作用散失的热能)有机物逐级递减(2)所同化固定的能量用于生长、发育和繁殖的能量b/y100%(3)分解者的分解(或呼吸)作用(4)100(5)高营养结构复杂方法方法1 1“三看法三看法”快速判断碳循环的各环节快速判断碳循环的各环节(1)“三看法”快速判断方法技巧方法技巧(2)模式图常见变式分析图1中,A为生产者,B为大
16、气中CO2库,C为消费者,D为分解者。图2中,A为生产者,B为大气中CO2库,C为初级消费者,D为次级消费者,E为分解者。图3中,E为生产者,A为大气中CO2库,B、D、F为消费者,C为分解者。方法方法2 2食物链食物链(网网)中能量流动的计算方法中能量流动的计算方法1.食物链中能量流动的常规计算食物链中能量流动的常规计算【示例】现有一条食物链:草兔猫头鹰。(1)若草的能量是106kJ,则猫头鹰获得的能量最多为106kJ(20%)2=4104kJ;获得的能量最少为106kJ(10%)2=104kJ。(2)猫头鹰每增重1kg至少需要消耗草1kg(20%)2=25kg。2.食物网中能量流动的计算食
17、物网中能量流动的计算【示例】若食物网如下图所示,请分析以下问题。(1)猫头鹰每增重1kg,至少需要消耗草kg。(2)若猫头鹰的食物1/4来源于兔,3/4来源于食虫鸟,猫头鹰增重1kg,则至少需要消耗草kg。(3)若猫头鹰的食物来源于兔的比例由1/4调整为1/2,并按10%的传递效率进行计算,则猫头鹰增重1kg,可减少消耗草kg。(4)若草能量的1/4直接提供给兔,3/4直接提供给昆虫,则猫头鹰增重1kg,则至少需要消耗草kg。答案答案(1)25(2)100(3)225(4)62.5思维点拨思维点拨(1)点拨若没有明确传递效率和食物链之间的关系,需根据“最少”“最多”“至少”“至多”等信息判断传
18、递效率及选择计算的食物链。判断规律如下:解答根据“至少需要消耗”可判断应选择最短食物链“草兔猫头鹰”,并以20%的传递效率进行计算,所以猫头鹰增重1kg,至少需要消耗草:1kg(20%)2=25kg。(2)点拨若已明确了食物链之间的关系,应先明确传递效率,再根据相应比例计算各食物链的消耗量,再将各条食物链中的计算值相加即可。解答根据“至少需要消耗”确定传递效率按20%进行计算。沿食物链“草兔猫头鹰”至少消耗草:1kg1/4(20%)2=6.25kg;沿食物链“草昆虫食虫鸟猫头鹰”至少消耗草:1kg3/4(20%)3=93.75kg。所以猫头鹰增重1kg,至少需要消耗草:6.25kg+93.75
19、kg=100kg。(3)点拨若食物来源的比例发生变化,应按变化前后的两种比例分别进行计算,然后将计算结果进行比较分析。解答若猫头鹰的食物1/4来源于兔,需消耗草=1kg1/4(10%)2+1kg3/4(10%)3=775kg;若猫头鹰的食物1/2来源于兔,需消耗草=1kg1/2(10%)2+1kg1/2(10%)3=550kg。猫头鹰增重1kg,可减少消耗草:775kg-550kg=225kg。(4)点拨根据题目要求是已知鹰的增重求消耗草的量,即逆方向计算,但根据食物链间的能量比例应是正方向计算,这种情况下的计算方向应以能量比例为依据,设需消耗草的量为m,能量传递效率为20%,得:1/4m(2
20、0%)2+3/4m(20%)3=1,解得m=62.5kg。考点三考点三生态系统的稳定性生态系统的稳定性 一一生态系统稳定性的内涵生态系统稳定性的内涵1.概念概念: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。2.原因原因:生态系统内部具有一定的自我调节能力;其调节能力的基础为负反馈调节。3.类型类型(1)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;生态系统中的组分越多,其自我调节能力就越强,抵抗力稳定性就越高,反之则越低。(2)恢复力稳定性:生态系统受到外界干扰因素的破坏后恢复到原状的能力。二二提高生态系统稳定性的措施提高生态系统稳定性的措施1.控制对生态系
21、统干扰的程度,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。2.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投入,保证生态系统内部结构与功能的协调。1.抵抗力稳定性和恢复力稳定性的比较抵抗力稳定性和恢复力稳定性的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高,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,恢复力稳定性越强二者联系相反关系:一般抵抗力稳定性强的生态系统,恢复力稳定性弱,反之亦然;二者是同时存在于同一系统中的两种截然不同的作用力
22、,它们相互作用共同维持生态系统的稳定。如图所示:思维点拨思维点拨解读抵抗力稳定性和恢复力稳定性的关系2.生态系统自我调节能力辨析生态系统自我调节能力辨析(1)实例河流:(2)基础:负反馈调节,在生态系统中普遍存在。(3)特点:生态系统的自我调节能力是有限的,当外界干扰因素的强度超过一定限度时,生态系统的自我调节能力迅速丧失,生态系统难以恢复。3.反馈调节的种类反馈调节的种类知能拓展知能拓展(1)对于极地苔原(冻原),由于物种组分单一、结构简单,它的抵抗力稳定性和恢复力稳定性都较低。(2)生态系统抵抗力稳定性与自我调节能力的大小关系例例4(2015高考题重组改编)下列关于生态系统稳定的叙述正确的是()A.就生态系统结构而言,生态瓶的稳定性取决于物种数(2015江苏单科,9C)B.草本阶段比灌木阶段的群落自我调节能力强(2015课标全国,4C)C.负反馈调节有利于生态系统保持相对稳定(2015课标全国,4D)D.生态系统相对稳定时无能量的输入和散失(2015课标全国,4B)解析解析就生态系统结构而言,生态瓶的稳定性主要取决于生产者、消费者和分解者的合理搭配,并非物种数目越多越稳定,A错误;与灌木阶段的群落相比,草本阶段的群落物种数目较少,自我调节能力较弱,B错误;生态系统相对稳定时,仍有能量的输入和散失,D错误。答案答案C