第41讲生态系统的功能及其稳定性

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考点1  生态系统能量流动过程分析

能量流动的图解：

1. 能量流动的起点：生产者（主要是植物）固定太阳能。

2. 能量流动的渠道：食物链和食物网。

3. 能量流动中能量形式的变化：太阳光能→生物体有机物中的化学能→热能（最终散失）。

4. 能量在食物链中流动的形式是：有机物（食物）中的化学能。

5. 能量散失的主要途径：细胞呼吸（包括各营养级生物本身的细胞呼吸及分解者的细胞呼吸）。能量散失的主要形式：热能。

6. 能量在流经每一营养级时的分流问题分析

（1）能量来源

①生产者的能量来自于太阳能。

②各级消费者的能量一般来自上一个营养级（同化量=摄入量-粪便中所含能量）。

（2）能量去路

①每个营养级生物细胞呼吸释放的能量一部分用于生命活动，另一部分以热能散失。

②每个营养级生物一部分能量流到后一个营养级中。

③每个营养级生物的遗体、粪便、残枝败叶中的能量被分解者分解而释放出来。

④未利用能量（现存量：最终被分解者利用，因此，也可归为③）

特别提醒：消费者摄食的能量等于消费者同化的能量加上粪便中的能量，粪便中的能量属于上一营养级的遗物，消费者同化的能量即是上一营养级流向该消费者的能量，也就是该营养级的总能量。

例析1-1下图为生态系统中食物链所反映出的能量流动情况，图中箭头符号为能量的流动方向，单位为kcal/(m 3·年)。                                                             

下列说法正确的是（    ）

①在入射的太阳能中，生产者只利用了其中的1%左右

②分解者可利用来自各营养级转移到A中的所有能量

③消费者营养级别越高，可利用的总能量越多

④当人们把生产者当作食物时，比起其他营养级，可获得更多的能量

A. ①②

B. ①④

C. ②④

D. ③④

解析：在入射的太阳能中，生产者利用的能量为×100%≈1%，故①正确。转移到A中的所有能量中，各营养级生物呼吸消耗的部分不能再被分解者利用，另外也可能有部分形成化石燃料等而未被分解者利用，故②错误。能量流动是逐级递减的，消费者营养级别越高，可利用的总能量越少，故③也错误。当人们把生产者当作食物时，食物链缩短，能量散失减少，可比其他途径获得更多的能量，故④正确。

答案：B

例析1-2下列有关生态系统能量流动的叙述中错误的是（    ）

A. 当狼捕食兔子并转化为自身的有机物时，能量就从第一营养级流入第二营养级

B. 当狼吃掉一只兔子时，狼不可能获得兔子的全部能量

C. 生产者通过光合作用合成有机物，能量就从非生物环境流入生物群落

D. 生态系统的能量流动是单向的，逐级递减的

解析：逐项分析如下：

选项   内容指向·逐项分析

A     当狼捕食兔子，转化为自身有机物时，即同化为自身的一部分，这部分能量就从第二营养级（兔子）流入到第三营养级（狼）

B     当狼吃掉一只兔子时，狼就把兔子的生物体绝大部分能量通过消化吸收同化为自身的一部分，但少量变为粪便（狼未利用）排出体外

C    生态系统的能量流动的输入过程即生产者（绿色植物）通过光合作用把太阳能转化为自身体内有机物中的化学能。这样能量就进入了生态系统，即从非生物无机环境进入了生物群落

D      生态系统的能量流动有两个特点：即单向流动和逐级递减

答案：A

点评：本题考查的知识点有：①能量流动的传递过程，②能量流动的起点，③能量流动的特点。解答本题可先思考能量流动的有关知识点，再根据选项逐一判断作答。特别要指出的是，当狼吃掉兔后，即获了兔的大部分能量，不能说获得兔的10%～20%能量，因这只兔不代表整个兔所在的营养级，该兔流向狼的能量，只是该营养级流向狼的能量的一部分。能量传递效率是两个营养级的总能量值之比。

互动探究1-1  下图表示某生态系统中，四种生物所同化的有机物的量占该生态系统有机物总量的比例，则这四种生物之间的食物关系最可能的是（    ）

解析：生态系统中的能量流动是沿食物链由低营养级向高营养级进行的。其传递效率为10%～20%。因此，不同营养级所含的能量多少不同，形成金字塔形结构。从给出的饼状图可以看出，甲占85%，说明甲是生产者，位于第一营养级；乙和丙含有的能量相近，说明两者位于同一个营养级（第二营养级是初级消费者）；丁含有的能量最少，说明丁位于第三营养级，是次级消费者。据此，我们可以推测出甲～丁四种生物之间的食物关系最可能的是A选项所示的关系。

答案：A

互动探究1-2  在由草、兔、狐组成的一条食物链中，兔经同化作用所获得的能量，其去向不应该包括（    ）

A. 通过兔子的呼吸作用释放的能量

B. 通过兔子的粪便流入到分解者的体内

C. 通过狐狸的粪便流入到分解者的体内

D. 流入到狐的体内

解析：兔经同化作用所获得的能量=兔的摄入量-兔的粪便量，因此，B项中的能量去向并非来自于兔的同化作用获得的能量。

答案：B

考点2  能量流动的特点

1. 单向流动

（1）含义：在生态系统中，能量只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面的各个营养级，不可逆转，也不能循环流动。

（2）原因：①食物链中各个营养级的顺序是不可逆转的，生物之间的捕食关系是一定的，能量只能由被捕食者流向捕食者而不能逆流，这是长期自然选择的结果；②各个营养级的能量总有一部分以呼吸作用产生的热能的形式散失掉，而该部分热能不能再被利用，因此能量不可循环。要维持生态系统的稳定，就需要不断补充太阳能。

2. 逐级递减

（1）含义：一个营养级同化的能量，不可能百分之百流向下一个营养级，能量在沿食物链流动的过程中是逐级减少的。

（2）原因：①各营养级生物的呼吸消耗；②生产者的遗体、残枝败叶，消费者的尸体、粪便中的能量被分解者利用，经微生物的呼吸作用而被消耗；③各营养级生物中都有一部分能量未被下一个营养级生物所利用。

3. 传递效率

一般来说，能量传递的平均效率大约为10%～20%。

4. 研究能量流动的主要目的

设法调整生态系统的能量流动关系，使能量持续高效的流向对人类最有益的部分。

总结提升：能量传递效率的相关“最值”计算

能量在流经各个营养级时，上一个营养级的能量大约有10%～20%传到下一个营养级，营养级越高，能量越少。因此食物链越长，能量损失越多。为了充分利用能量，应尽量缩短食物链。有关能量的“最值”计算方法总结如下：

特别提醒：同一食物链不同环节能量传递效率往往不完全相同，不涉及“最多”、“最少”，计算时不能按10%～20%，而需按具体数值计算，如在食物链A→B→C→D中，能量传递效率分别为a%\\,b%\\,c%，若A的能量为M，则D的能量为M×a%×b%×c%。

例析2假设如图所示食物网中水稻固定的太阳能为N，能量传递效率为10%，则人类获得的能量（    ）

A. 等于10-2N

B. 少于10-2N

C. 少于10-1N

D. 多于10-1N

解析：由题中食物网可找出三条食物链：①水稻→人；②水稻→奶牛→人；③水稻→鸭子→人。由能量传递效率分别计算三条食物链中人获得能量理论上最大为：10-1N；10-2N；10-2N。那么通过三条食物链人所获得的能量值应在10-2N～10-1N之间。

答案：C

点评：由题干可获取的主要信息有：①该食物网中生产者（水稻）固定的总能量为N；②在该食物网中相邻营养级能量传递效率为10%。解答本题可先分析该食物网含哪几条食物链，再根据能量传递效率取“极值”计算。

互动探究2-1  如图食物网中，假如猫头鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇，那么，猫头鹰若要增加20 g体重，最少需要消耗的植物为(    )

A. 80 g

B. 900 g

C. 800 g

D. 600 g

        答案：B

互动探究2-2  如果一个人的食物有1/2来自绿色植物，1/4来自小型肉食动物，1/4来自羊肉，假如传递效率为10%，那么该人每增加1千克体重，约消耗植物

（    ）

A. 10千克

B. 28千克

C. 100千克

D. 280千克

解析：考查生态系统中的能量流动情况及计算。根据题意我们可以写出三条食物链：①植物→人，在此食物链中人要增重0.5千克，消耗0.5÷0.1=5千克植物；②植物→羊→人，在此食物链中，人要增重0.25千克，消耗0.25÷0.1÷0.1=25千克植物；③植物→植食动物→小型肉食动物→人，在此食物链中，人要增重0.25千克，消耗0.25÷0.1÷0.1÷0.1=250千克植物。所以人要增重1千克，共消耗植物280千克。

答案：D

考点3  能量传递效率和能量金字塔

能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔

不同的金字塔能形象地说明营养级、生物量、数量之间的关系，是定量研究生态系统的直观体现。

数值呈现方式及分析

（1）以金字塔图形式呈现

如下图所示，如果成千上万只昆虫生活在一棵大树上，鸟又以该树上的昆虫为食（食物链：树→昆虫→鸟）。那么树、昆虫和鸟的能量金字塔、生物量金字塔和生物数量金字塔可依次表示为A、A、C。

必须强调，若用“单个个体生物量×某营养级个体生物数量”来衡量该营养级的生物量将十分方便。

（2）以曲线图或柱形图形式呈现

如图1为一定时间内某生态系统中几个种群的数量变化曲线，如果它们构成一条食物链，在一般的生态系统中，种群的相对数量与种群的能量呈正相关。从图示三条曲线与纵坐标的交点可以看出，此生态系统中乙的相对数量最多，能量也最多，应处于第一营养级，丙其次，甲最少，分别处于第二、第三营养级，即食物链乙→丙→甲。随着时间的推移各种群的相对数量发生波动，表示生态系统具有自动调节能力。

如图2在一个生态系统中有四种生物构成一条食物链。在某一时间分别测得这四种生物（甲、乙、丙、丁）所含有机物的总量。能量储存在有机物中，各营养级的有机物总量可以看作各营养级含有的能量。在生态系统中，营养级越低，所占有的能量越多，反之，则越少。据此可以推出此生态系统的食物链是：丙→甲→乙→丁。

（3）以表格数据形式直接或间接呈现

如某生态系统中生物体内残留有机汞的情况如下表：

生物体            A              B                C              D        E

有机汞浓度（ppm) 0.05            7               0.51             68       0.39

注意本表直接呈现的是某生物体的有机汞浓度，并非能量值。有机汞存在生物富集现象，即随着营养级的增加，汞浓度增加，两者在数值上呈正相关，所以从表中有机汞浓度的大小可推知该生物营养级的高低，从而判断各生物能量值的大小。表中A有机汞浓度最低，属第一营养级，含能量也最多，C和E的有机汞浓度差不多，表明两者属同一营养级，D有机汞浓度最高，属最高营养级，含能量也最少，那么，最可能的食物链如右图。

例析3

图中甲图表示一个海滩湿地生态系统中部分生物的食物关系。请据图回答问题。

（1）在该生态系统中，既是分解者又可作为消费者食物的生物是__________。

（2）请根据甲图中的生态系统，写出乙图中能量金字塔各营养级的所有生物名称：①__________;②__________;③__________。

（3）有人研究该生态系统中食草虫个体存活数与发育期的关系，结果如丙图。从中可推知食草虫死亡率最大的时期是__________。

（4）沼蟹会破坏大米草根系，土壤中的磷可促进藻类生长。若在食草虫幼虫期喷洒只杀灭该虫的含磷杀虫剂，则蜘蛛数量将__________。一段时间后大米草数量不增反降，造成此结果的可能原因是大米草死亡导致细菌数量增加，通过甲图的__________________________________________________食物关系，引起沼蟹数量增加；同时因含磷杀虫剂的使用，从而造成大米草数量不增反降。

（5）上述事实说明，人类活动会引起生态系统中生物种类减少，从而导致生态系统的自动调节能力__________，__________容易受到破坏。

解析：

该海滩湿地生态系统中，藻类、大米草处于第一营养级，食草虫、线虫

、海螺属于第二营养级，沼蟹、蜘蛛属于第三营养级，细菌在该生态系统中既是分解者，又可为线虫提供食物来源。丙图曲线表明一龄幼虫期食草虫死亡率最高。有机磷杀虫剂最终导致细菌数量增加，为线虫提供了丰富的食物来源，进而导致沼蟹数量增加，对大米草根系的破坏加剧，使其数量下降。

答案：（1）细菌

（2）藻类、大米草  食草虫、线虫、海螺  沼蟹、蜘蛛

（3）一龄幼虫

（4）减少  细菌 线虫 沼蟹或藻类 线虫 沼蟹（言之有理即可）

（5）下降  生态平衡（生态系统）

互动探究3-1  （2009·广东理基，51）右图为某一生态系统的能量金字塔，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的营养级， E1、E2 代表能量的形式。下列叙述正确的是（    ）

A. Ⅰ是初级消费者

B. Ⅳ为分解者

C. E1为太阳能， E2为热能

D. 能量可在食物链中循环利用

解析：生态系统的能量金字塔是由生产者和各级消费者构成的，不包括分解者，生产者位于金字塔的底层，所以A、B错。能量在食物链中流动是不循环的，不能循环利用，D错。 E2为生产者和各级消费者呼吸作用释放出的热能， E1为太阳能。

答案：C

互动探究3-2  下图曲线表示某生态系统中三个不同种群的生长繁衍情况。已知种群C是自养生物，下列说法不正确的是（    ）

A. 该生态系统简单食物链可表示为C→B→A

B. 种群B在第5→7年时间内个体数下降是由于A的增加和C的减少所致

C. B和A的存在能加快该生态系统的物质循环

D. 一定自然区域内，A、B、C三个种群中全部的生物构成生物群落

解析：该生态系统的食物链为C→B→A;在5→7年，B的食物减少，天敌增加，故B减少；消费者能促进物质循环；在一定地域中，包括A、B、C在内的所有生物构成群落。

答案：D

考点4  生态系统的物质循环

1. 生态系统的物质循环的概念及特点

（1）概念的理解

①生态系统物质循环的范围是指地球上最大的生态系统——生物圈。

②参与循环的物质主要是组成生物体的基本元素，而不是指由这些元素组成的糖类、脂肪和蛋白质等生物体内所特有的物质。

③物质循环的具体形式是指组成生物体的基本元素在生物群落与无机环境之间往返运动，其中伴随着复杂的物质变化和能量转化，并不是单纯物质的移动。

④生态系统的物质循环离不开能量的驱动。

（2）特点

①全球性：物质循环的范围是生物圈，因此把生态系统的物质循环又叫生物地球化学循环。

②反复利用，循环流动：物质循环，既然称为“循环”就不像能量流动那样逐级递减、单向流动，而是可以在无机环境与生物群落之间反复利用、循环流动。

2. 碳循环

碳循环是生物圈基本的物质循环之一，其循环过程如图所示：

分析上图可知：

(1)大气中的碳元素进入生物群落，是通过植物的光合作用，少数通过化能合成作用。

(2)碳在生物群落和无机环境之间是以CO2的形式进行循环的。

(3)大气中CO2的来源有三个：一是分解者的分解作用；二是动植物的细胞呼吸；三是化石燃料的燃烧。

(4)碳元素在生物群落中的传递，主要靠食物链和食物网，传递形式为有机物。

(5)碳在无机环境与生物群落之间传递时，只有生产者与无机环境之间的传递是相互的，其他各成分之间的传递都是单向的。

3. 物质循环和能量流动的关系

规律总结：    据图判断A、B、C、D各代表哪种成分？先根据双向箭头确定A和B应为生产者和非生物物质和能量，不能写“无机环境”，也不能写“生物类别”，再根据A→C确定C为消费者，剩下D为分解者。

例析4根据下列的碳循环示意图，回答下列问题：

（1）从微观上看，过程③主要是在细胞内________进行的。

（2）碳从无机环境进入生物群落的主要途径①是________，除此之外，某些特殊的生态系统中还可通过________进入生物群落。碳主要以________的形式从无机环境进入生物群落。

（3）参与过程④的生物，它们与同区域中的动、植物共同构成了________。

（4）由图分析，减少温室效应的最关键措施有哪些？

________________________________________________。

（5）碳循环的进行伴随着能量流动，但由于生物体不能在代谢中利用________，因而能量流动具有________的特点。

（6）若图中②的种群及相互间关系如图，设E种群含碳量为5.8×109  kg。B种群含碳量为1.3×108  kg，则A种群含碳量的值至少是________。

解析：（1）过程③是通过动植物的呼吸作用将碳返回大气中去，呼吸作用主要是在线粒体中进行的。

（2）①是通过绿色植物的光合作用将大气中的碳固定到植物体内，转化为有机物。在极少数特殊空间，如深海热泉口生态系统中，生产者主要是化能合成自养型生物，碳进入生物群落是通过化能合成作用。碳主要以CO2的形式从无机环境进入生物群落，除此之外，植物还可以从土壤中以CO2-3、HCO-3的形式吸收进入生物群落。

（3）过程④是通过分解者的分解作用将动物尸体以及植物的残枝落叶等分解为CO2释放到无机环境中。

（4）从图中看出，导致大气中CO2增多的因素可能是①过程减弱或在一定程度上受阻，即绿色植物减少，也可能是⑤过程增强，即化石燃料的大量燃烧。因此减少温室效应应从这两方面考虑。

（5）生态系统中的能量最终以热能形式散失，由于生物体在代谢中不能直接利用热能，因而能量流动的特点是逐级递减，单向流动的。

（6）不同营养级之间含碳量的关系也符合能量传递效率10%～20%。E是生产者，其固定的碳有两条去路即①传给B，②经C、D最终传给A，且C、D处于同一营养级。使A获得碳最少，应按10%传递，这样在传递过程中损失的能量最多。计算如下：。

答案：（1）线粒体

（2）光合作用  化能合成作用  CO2

（3）生物群落

（4）①保护植被，大力植树造林，提高森林覆盖率；

②控制化石燃料的燃烧，减少CO2排放量，提高能源利用率；

③开发新能源

（5）热能  逐级递减、单向流动

（6）4.5×107kg

互动探究4-1  如图是生态系统中碳循环示意图，“→”表示碳的流动方向，其中代表分解者的是（    ）

A. ①

B. ②

C. ③

D. ⑤

解析：根据①与③之间的双向箭头判断：①是生产者，③是大气中的CO2；根据①②④的碳都流向⑤，可进一步判断；②是初级消费者，④是次级消费者，⑤是分解者。

答案：D

互动探究4-2  如图是生态系统中碳循环示意图，图中“ →”表示碳的流动方向。

请回答：

（1）写出图中含有四个营养级的食物链（用字母和箭头表示）____________________-  。

（2）在物质循环过程中，同时伴随着________。若生产者有10 000 kg,按能量最大传递效率计算，位于第四营养级的生物可增重__________kg。

（3）分析AD和EB过程中碳流动形式的不同点

_______________________________________________。

（4）若由于某种原因，E种群数量大量减少，其他各种群数量随即发生的变化是__________。

（5）人类大量开采并燃烧由古代动植物遗体变成的煤和石油，使地层中经过千百万年积存的碳元素在短期内释放，对环境产生的影响主要是__________。

解析：

碳在生态系统中主要以二氧化碳的形式循环，大气中的二氧化碳只有通过生产者的同化作用才能进入生物群落，也才能被各级消费者所利用，碳在生物群落中是以有机物的形式存在和传递的，最终以二氧化碳形式释放到大气中。

答案：（1）DFEB

（2）能量流动  80

（3）AD是以CO2形式，EB是以含碳有机物形式

（4）B大量减少，F增多

（5）产生温室效应（或“CO2增多”）

考点5  生态系统的自动调节能力与生态系统的稳定性

（1）生态系统的自动调节能力：是指当生态系统受到外界干扰（如环境污染、自然灾害、干旱、水涝等）时，通过自身的物理、化学作用，特别是生物自身的调节作用，使生态系统维持相对稳定的能力。自动调节能力的大小与生态系统的成分和营养结构成正比关系。

（2）生态系统的稳定性：生态系统发展到一定阶段，它的结构和功能能够保持相对稳定。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，叫做生态系统的稳定性。

理解生态系统稳定性的基本含义要注意以下几方面：第一，生态系统的稳定性是生态系统发展到一定阶段时，结构与功能的综合状态；第二，生态系统的稳定性是生态系统内部的综合能力；第三，生态系统的稳定性是以生态系统受到干扰时保持或恢复稳态的表现来评价的能力。

生态系统的稳定性包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性两方面。对一个生态系统来说，抵抗力稳定性和恢复力稳定性之间往往存在着相反的关系，即抵抗力稳定性较高的生态系统，恢复力稳定性就较低，反之亦然。如图所示。

（3）生态系统的自动调节能力与抵抗力稳定性：生态系统抵抗力稳定性的强弱决定于自动调节能力的大小，即与生态系统的成分和营养结构成正比关系。

（4）生态系统的自动调节能力与恢复力稳定性：生态系统的自动调节能力是有限度的，当外界干扰超过了这个限度时，生态系统原有的稳定状态就遭到破坏，抵抗力稳定性也就不能发挥作用，恢复力稳定性得以充分体现，最终使其恢复到接近原状或代之以另一个全新的生态系统，并且重新具备抵抗力稳定性，即处于一个新的相对稳定状态。恢复力稳定性与原有生态系统的成分和营养结构成反比关系。

例析5（2008·四川非延考区，3）下列关于生态系统中稳定性的叙述，错误的是（    ）

A. 在一块牧草地上播种杂草形成杂草地后，其抵抗力稳定性提高

B. 在一块牧草地上通过管理提高某种牧草的产量后，其抵抗力稳定性提高

C. 在一块牧草地上栽种乔木形成树林后，其恢复力稳定性下降

D. 一块弃耕后的牧草地上形成灌木林后，其抵抗力稳定性提高

解析：生态系统的稳定性包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性。抵抗力稳定性与恢复力稳定性成反比，即抵抗力稳定性越高，则恢复力稳定性就越低，反之亦然。抵抗力稳定性与自动调节能力相关，生态系统的成分越单纯，营养结构越简单，自动调节能力就越小，抵抗力稳定性就越低。而在一块牧草地上通过管理提高某种牧草的产量，则需对该草地进行除虫、除草等，使该草地的成分变得单纯，故其抵抗力稳定性降低。

答案：B

互动探究5-1  关于生态系统，下列叙述不正确的是（    ）

A.海洋对于调节大气CO2含量起重要作用

B.湿地生态系统有着丰富的种群基因资源

C.生物多样性越丰富，生态系统恢复力稳定性越高

D.营养级越高的生物体内含的重金属越多

解析：生物多样性越丰富，自动调节能力越强，生态系统抵抗力稳定性越高。

答案：C

互动探究5-2地球上各种不同类型的生态系统具有不同的调节能力。与农田、草原、冻原等生态系统相比较。热带雨林的自我调节能力具有以下哪一组特点（    ）

A.种群数量调节能力强，抵抗外界干扰能力弱

B.能量流动速度快，物质循环速度慢

C.抵抗外界干扰能力强，自我恢复能力弱

D.分解者的分解能力弱，生产者的生产能力强

解析：热带雨林动植物种类繁多，营养结构复杂，抵抗力稳定性高，恢复力稳定性低。

答案：C

互动探究5-2  有一山区由于开采露天小铁矿等活动，自然生态系统完全被破坏，成为一片废墟，为尽快使该山区恢复到原有自然生态系统状态，应采取的最好措施是在这片废墟上

（    ）

A. 回填土壤，引进多种外来物种，重建新的生态系统

B. 撤出人类全部活动，实行全面封闭，等待自然恢复

C. 回填土壤，栽培当地经济农作物，发展农业生产

D. 回填土壤，栽种多种当地原有的植物，实行封山育林

解析：在原有的气候条件未发生巨大变化之前，可在原有的土质上栽种多种当地原有的植物，并实行封山育林，减少人为因素的破坏，是使已遭到破坏的生态系统恢复到原有自然生态系统状态的最好措施。

答案：D

考点6  生态原理的应用，如实验：设计并制作小生态瓶，观察生态系统的稳定性

本实验是一个设计类实验。通过设计、制作小生态瓶，掌握设计制作的基本原理，通过观察小生态瓶的稳定性，学习观察稳定性的方法。

（1）设计制作原理：小生态瓶中必须包括生态系统的四种成分，特别要注意必须有足够的分解者。各种生物之间以及生物与无机环境之间，必须能够进行物质循环和能量流动。生物之间要有合适的食物链结构，生物的数量不宜过多。小生态瓶必须是透明的，这样可以保证生态瓶中有充足的太阳能，当然，小生态瓶一定要封闭。

（2）观察稳定性：通过观察植物、动物的生活情况，水质变化，基质变化等判断生态系统的稳定性。

（3）注意事项：①小生态瓶中虽然成分齐全，生产者、消费者和分解者之间可以进行能量流动和物质循环，但是由于生态瓶中的生态系统极为简单，自动调节能力极小，所以抵抗力稳定性极小，生态系统的稳定性极易破坏。因此，生态瓶只能保持一定时间的活性。

②外界的非生物因素极易影响生态瓶中的生物，因此要注意生态瓶中水温不能过高，以免藻类死亡，影响能量流动和物质循环，导致实验失败。

例析6有关设计并制作生态缸实验的说法不正确的是（    ）

A. 将生态缸置于光线良好的地方，注意避免阳光直射

B. 生态缸所模拟的生态系统稳定性大小只由缸内物种丰富度决定

C. 利用生态缸稳定性观察记录表，可定期记录动植物的生活情况，水质情况及基质变化等，对不同生态缸进行比较，分析生态缸中生态系统稳定性差异的原因

D. 生态缸可制作成封闭型，也可制作成开放型（即不加盖）。前者对生态系统的基本成分及其比例有着更严格的要求

解析：

生态缸的稳定性与生物的种类、比例及种间关系有关，也受光照、温度等外界因素的影响。

答案：B

互动探究6回答下列问题：

（1）制作的小生态瓶中应含有________、________、________、________四种成分。

（2）制作好的小生态瓶瓶口一定要密封是为了__________________________。

（3）在实验过程中应将小生态瓶放在________地方，才能使其稳定性增高。

解析：小生态瓶作为一个生态系统应具备生态系统的四种成分，并且由于能量的递减性应不断输入能量（光能）。

答案：（1）植物  以植物为食的动物  细菌或真菌  非生物物质

（2）保证所观察的生态系统不受其他因素影响

（3）明亮的（或阳光可照到的），温度在15—25 ℃的

笑对高考  第三关：技巧关

有关生态系统的几点特例

(1)在人工生态系统中因能量可人为补充，可能会使能量金字塔呈现倒置状况。如人工鱼塘

中生产者的能量未必比消费者(鱼)多。

（2）人工生态系统的物质循环也不完全是往复循环，因为常常存在着人为的物质的输入和产品的输出等特殊情况。

（3）食物链中各营养级由低级到高级能量因逐级损耗而逐级递减，故从能量数值看，前一营养级总大于后一营养级，但若从数量或生存区域或个体体积看，则未必存在上述大小关系。

典例下图中A、B分别是以农作物为主的农田和城市生态系统能量模式图，下列关于这两种生态系统的有关叙述，正确的是（    ）

A.城市生态系统的能量呈倒金字塔形是将导致其崩溃的重要原因。

B.农田生态系统中的三个营养级之间的传递效率为10%～20%。

C.两种生态系统中，人的作用非常突出，一旦没有人为干预，将很快偏离人类有益的方向。

D.两种生态系统由于人类不断地获得产品，应不断进行物质输入，所以不存在物质循环现象。

思维导析：人工生态系统的特点是在人的不断干预下，进行物质输入和输出，生产者传递给下一营养级动物的能量可以不足10%～20%，因为其能量流动方向总是以满足人类需要为前提，但其设计方式仍以生态原理为前提，合理改造物质循环和能量流动模式，以达到生物和环境合谐统一的目的。

答案：C

应 用 拓 展

1. 某自然生态系统中有四种生物构成的一条食物链：甲→乙→丙→丁，其中甲是自养型生物。在某一时间分别测得这四种生物所含的有机物总量分别为a、b、c、d。下列叙述不正确的是（    ）

A. 甲从无机环境中获得的能量肯定大于a所含的能量

B. 若b>0.2a 则此生态系统的稳定性就会遭到破坏

C. 丙种群个体对c的平均值肯定大于丁种群个体对d的平均值

D. 甲在能量金字塔中位于最基础的底部

解析：生产者位于能量金字塔的下层，其固定的能量一部分用于自身呼吸消耗，一部分流向分解者，剩余部分用于自身生长、发育和繁殖，最后能量只以10%～20%的传递率流向下一营养级。而捕食关系的生物既有大型个体捕食小型个体，又有小型个体捕食大型个体，所以上下两营养级生物的平均生物量不一定为C项所述。

答案：C

2. 在一个生态系统中，A种群有50个个体，B种群有500个个体，C种群有5000个个体，D种群有10000个个体，则它们的食物链关系是（    ）

A. ABCD          B. DCBA

C. CDBA          D. 不能确定

解析：题目中只提供个体的数量，没有提供个体的大小或个体所拥有的能量，所以仅从个体的数量还不能确定该种群的生物量或能量的多少，如一棵大树的个体数量是1，而生活在其上的昆虫的数量可以有几百只甚至几千只，所以不能确定食物链的关系。

答案：D

高考真题备选

1. （2009·重庆理综，5）如图是某森林生态系统物质和能量流向示意图，h\\,i\\,j\\,k表示不同用途的有机物（j是未利用部分），方框大小表示使用量。下列叙述正确的是（    ）

A. 进入该生态系统的CO2量与各h产生的CO2总量相等

B. 生产者中i的量大于被初级消费者同化的有机物的量

C. 流向分解者的k可被生产者直接吸收利用

D. 流经该生态系统的物质和能量可循环利用

解析：A项中，进入该生态系统的CO2量通过光合作用合成有机物，由于每个营养级都有未利用的，所以进入该生态系统的CO2量应大于各h产生的CO2量；B项中，由于能量逐渐递减，所以生产者i的量大于被初级消费者同化的有机物的量；C项中，k不能被生产者直接吸收利用；D项中，能量是单向流动的，不循环。

答案：B

2. （2009·广东，32）为加强水体治理，珠江流域某城市构建了较大面积的人工湿地。

（1）当污染物随水流进入该湿地时，湿地水体中碳元素的迁移和转化途径如下图。请用箭头和文字补充虚线框中的碳转化途径。

（2）一段时间后，湿地中出现了轮虫等浮游动物，可控制绿藻等浮游植物的增殖；管理员还放养了一些鱼和鸭，为城市增添自然气息。请写出可能存在的食物链（两条）。

_____________________________________________________。

（3）如果含有重金属的工业废水进入该系统，请根据生态学基本原理，指出可能产生哪些负面影响。

__________________________________________________________。

解析：（1）好氧细菌分解有机碳，通过呼吸作用产生CO2；植物通过光合作用利用CO2，又通过呼吸作用产生CO2。

（3）如果含重金属的工业废水进入该系统，会导致浮游生物大量死亡，鱼、虾体内含有大量重金属等。

答案：（1）

（2）绿藻→轮虫→鱼  黑藻→鱼→鸭

（3）重金属进入食物链，危害人体健康；重金属无法降解，易发生二次污染

课后活页作业

1. （2009·江苏，17）下列4种现象中，不适宜用生态系统中能量流动规律进行合理分析的是（    ）

A. 虎等大型肉食动物容易成为濒危物种

B. 蓝藻易在富营养化水体中爆发

C. 饲养牛、羊等动物，成本低、产量高

D. 巨大的蓝鲸以微小的浮游动物为食

解析：A项中，虎属于最高营养级，获取能量少，容易成为濒危物种；B项中，在富营养化的水体中，N、P含量高，蓝藻会进行爆发式繁殖，但是没有体现食物链，所以不适宜用能量流动规律来分析；C项，牛、羊属于初级消费者，直接从生产者获取食物，获得的能量多，因此成本低；D项中，能体现出食物链，能用流动规律来解释。

答案：B

2. （2009·山东理综，4）利用泥浆生物反应器处理污染土壤，原理是将污染土壤用水调成泥浆状，同时加入部分营养物质和菌种等，在有氧条件下剧烈搅拌，使污染物快速分解。由此推知，该反应器（    ）

A. 能够实现物质循环

B. 主要处理有机污染

C. 可看作一个小型生态系统

D. 存在能量输入、传递、转化和散失

解析：根据题意，该菌种是需氧型微生物，“同时加入部分营养物质”又说明它不是自养型微生物。该反应器没有生产者，不可看作一个小型生态系统，也就无法实现物质循环和能量流动。该微生物主要处理有机污染。

答案：B

3. 图示为生态系统中碳循环的模式图，1、2、3、4分别代表生态系统的不同成分。下列相关叙述正确的是（    ）

A. 1代表生产者，5可以代表化能合成作用

B. 碳元素在1、2、3、4间以含碳有机物的形式传递

C. 在食物链中含有碳元素最多的营养级可能是1

D.  1、2、3中含有的有机物可以作为动力来促进碳元素在群落和环境之间循环

解析：考查生态系统中碳循环的相关知识。1代表生产者；2代表消费者；3是分解者；4是环境中的二氧化碳。碳元素在1、2、3间以含碳有机物的形式传递。1（生产者）是其他营养级的能量来源，因此含碳元素最多。碳元素通过光合作用或化能合成作用进入生物界。

答案：C

4. 生态系统的物质循环中的“物质”是指（    ）

A. 组成生物体的重要元素

B. 组成生物体的大量元素

C. 组成生物体的所有元素

D. 组成生物体的微量元素

解析：物质循环是指组成生物体的各种元素的循环，而非特定元素。

答案：C

5. 下图表示一个能够自我维持稳定的生态系统必须满足的条件，则字母X最可能代表

（    ）

A. 生物因素

B. 共生关系

C. 非生物因素

D. 物质循环

解析：生态系统能够自我维持稳态必须满足物质循环和能量流动的顺利进行，所以X代表物质循环。

答案：D

6. 下图表示生物圈中碳元素的循环过程，下列有关叙述不正确的是（    ）

A. B是生态系统的主要成分

B. ③⑤⑧均属于细胞呼吸

C. A和B属于捕食关系

D. 温室效应主要是由⑦过程造成的

解析：由物质循环的箭头指向可以看出B是生产者，在生态系统中处于主导地位。同时可以看出A是分解者，不可能与B构成捕食关系。

答案：C

7. 关于生态系统中碳循环的说法，错误的是（    ）

A. 各级消费者所利用的碳都直接或间接来自生产者

B. 分解者在碳循环中起重要作用

C. 碳在无机环境中仅以CO2形式存在

D. 碳在无机环境与生物群落间是以CO2形式进行循环的

解析：生态系统中，碳在无机环境中还能以碳酸盐的形式存在。

答案：C

8. 如图为生态系统中碳循环过程，其中甲、乙、丙、丁构成系统的生物群落，箭头表示物质循环方向。下列相关叙述错误的是（    ）

A. 图中①过程可以表示绿色植物的光合作用

B. 缺少类群甲则生态系统的物质循环不能正常进行

C. 类群丙的无氧呼吸是产生大气中气体X的途径之一

D. 增加图中各营养级生物的种类可提高该生态系统的抵抗力稳定性

解析：本题考查生态系统的碳循环。由图可知，气体X为二氧化碳，类群乙为生产者，类群丙为消费者，其无氧呼吸不能产生二氧化碳；联系生物群落与无机环境的两种成分是生产者和分解者，图中甲为分解者，如果甲缺少，生态系统的物质循环将不能正常进行。

答案：C

9. 如图是生态系统中碳循环示意图，“→”表示碳的流动方向。下列说法正确的是（    ）

A. 图中A是生产者，B、D、E是消费者，C是分解者

B. 该生态系统的结构包括A、B、C、D、非生物的物质和能量

C. 该生态系统中食物网可表示为：

D. E每增加1kg的体重，至少需要25kg的A

解析：图中A是生产者，D、E是消费者，B是分解者，C是大气中的CO2库。生态系统的结构包括生态系统的成分、食物链和食物网。此图中的食物链为A→D→E,E要增加1kg的体重，至少需要1÷0.2÷0.2=25kg的A。

答案：D

10. 在一个用钢化玻璃做成的封闭水缸内，如果养的是鱼、虾、水蚤等水生动物，还有一些水草和藻类以及一些微生物，开始时它们正好达到了生态平衡状态。后来为了取得一些实验结果，进行了遮光处理，下列现象不可能出现的是（    ）

A. 氧气含量减少

B. 二氧化碳含量减少

C. 厌氧微生物数量增多

D. 动物数量减少

解析：这是一个封闭的水缸，实际上就是一个封闭的生态系统。如果进行遮光处理，植物的光合作用受阻，二氧化碳利用减少（二氧化碳含量增多），氧气产生减少，所以厌氧微生物在这种情况下会增多。植物生长受阻，结果又会导致动物数量减少。

答案：B

11. （2010·新创题）2008全球粮食危机使很多国家人民生活陷入困境，从生态原理出发，改变国民的饮食结构在一定程度上可缓解食品问题。假如某国家的国民食物中三分之一来自植物，三分之二来自植食动物，改为三分之一来自植食动物，三分之二来自植物，那么现在最多还可以多养活多少人口（按能量的最高传递率计算）（    ）

A. 82%     B. 57%

C. 47%     D. 35%

解析：设该国家人口需要的总能量为A，则在前一种饮食结构下共消费粮食为,后一饮食结构为,可以得到多养活的人口为。

答案：B

12.在                    的营养结构中，若能量传递效率为10%，则以丙同化的总

能量中乙提供的能量为x轴，甲供能总量为y轴，绘制出的相关曲线应为下图中的（    ）

解析：设丙直接从甲获得的能量为a(a>0),根据生态系统能量流动关系可以知道（y-a)×10%×10%=x,即y=100x+a。一次函数的图像如C所示。

答案：C

13. 科学家把“末日之钟”的时间从晚11点53分调至晚11点55分，警示气候变化构成的威胁“接近核武器的可怕水平”，“温室效应”将给人类带来灾难。下面有关温室效应的叙述不恰当的是（    ）

A. 化学燃料的燃烧是导致温室效应的主要原因

B. 碳元素在生物群落和无机环境之间以CO2的形式循环

C. 碳元素在生物群落中主要以有机物的形式存在

D. 植树造林、退耕还林是解决温室效应的最主要措施

解析：本题以社会热点为背景，以生态系统中碳循环为考点，引导关注人类生活环境，关注人类的命运。温室效应是由于大气中CO2等气体含量增加，使全球气温升高的现象。产生的主要原因是化石燃料的燃烧。开发新能源，减少化石燃料的燃烧是减少温室气体排放的重要措施。

答案：D

14.

下列表格内数值表示某人工池塘生态系统一年内主要营养级的能量，下图方框内示该池塘生态系统的主要食物链，分析回答：

生物                   a1                                   b1

浮游植物（a1,b1)     9 000                        8 100

浮游动物（a2,b2)      700                         600

双翅目幼虫（a3,b3)    150                         120

摇蚊（a4,b4)         1 000                        900

太阳鱼（a5,b5)         300                       210

鲈鱼（a6,b6)           45                         30

注：a1表示一年内该营养级生物总能量：b1表示一年内该营养级生物摄取能量；i表示生物类群。

（1）该池塘生态系统内食物链的条数为__________条，其中处于第四营养级的生物是__________。

（2）该生态系统内既有捕食关系，又有竞争关系的生物是__________。

（3）生态系统的能量流动渠道是__________；图中显示该生态系统的能量输出途径有__________条。

（4）如果能量传递效率=（第n营养级摄取的能量）/（第n-1营养级摄取的能量），则能量从第一营养级传递到第二营养级的效率是__________。

（5）一年内，“bi”的利用途径有：__________________________。

（6）对人而言，如要从该池塘生态系统获取最大能量，可采取的措施有：____________________________。

（7）“浮游植物浮游动物双翅目幼虫太阳鱼”这条食物链的存在，对太阳鱼的影响是 ___________________________________________。

解析：（3）该生态系统的能量输出途径有4条，包括鲈鱼和太阳鱼流向人类，还包括双翅目幼虫和摇蚊羽化后进入其他生态系统。（4）第一营养级是浮游植物组成的，第二营养级是由浮游动物和摇蚊组成的，第二营养级所同化的能量为：600+900=1 500，1 500/8 100×100%≈18.52%。

答案：（1）3  太阳鱼和鲈鱼

（2）双翅目幼虫和太阳鱼

（3）食物链和食物网  4

（4）18.52%

(5)未被利用，呼吸消耗，传递给下一营养级，传递给分解者

（6）说明：从减少食物链的条数和缩短食物链来减少能量损耗这两个角度考虑的答案均正确

（7）一方面，这条食物链的存在使能量损耗增加，减少了太阳鱼的数量；另一方面，这条食物链的存在，增加了太阳鱼的生态稳定性

15. （探究题）某课外实验小组欲探究生态系统中的碳循环。下面是该小组制定的实验方案，请你帮助加以完善。

（1）实验目的：探究生态系统中的碳循环

（2）实验原理：将一种动物和一种植物放在一个密闭的系统中，用pH试纸测定此系统所发生的二氧化碳浓度的变化来探究碳的转化情况。

（3）实验材料和用具：试管架、4支试管、铝箔4张、光源、若干只大小差不多的田螺、若干枝大小差不多的金鱼藻、50mL量筒、去氯的水、pH试纸。

（4）实验步骤：

第一步：取4支相同的试管，加入等量的去氯水，并编号1、2、3、4。

第二步：1号试管什么都不加，作为对照。2号试管加入一只田螺，3号试管加入一枝金鱼藻，4号试管__________________________________。

第三步：测定每支试管中的pH后用双层铝箔将试管口封住。

第四步：_________________________________________ 。

（5）实验结果：1号试管pH无变化，2号试管的pH________，3号试管的pH上升，4号试管的pH _________________________________________ 。

（6）实验结论：___________________________________。

解析：实验原理中已经说明了要将一种动物和一种植物放在一个密闭的系统中，用pH试纸测定此系统所发生的二氧化碳浓度的变化情况，所以由各支试管内的实验现象就可以得出。要研究碳的转化，当然离不开光合作用，要给予一定的光照。进行光合作用消耗二氧化碳，pH就会升高，进行呼吸作用释放二氧化碳，pH就会降低。

答案：（4）第二步：加入一只田螺和一枝金鱼藻

第四步：将试管放在较强的光源下照射

（5）下降  无变化（或略有上升）

（6）碳在无机环境、生产者和消费者之间通过光合作用和呼吸作用进行转化

备 课 资 料

抵抗力稳定性和恢复力稳定性之间的关系

关于抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性之间的关系，可以用下图来表示。图中两条虚线之间的部分表示生态系统功能正常的作用范围，当一个扰动偏离这个范围时，偏离的大小可以作为抵抗力稳定性的定量指标，而恢复到原状所需要的时间可以作为恢复力大小的定量指标。曲线与正常范围之间所夹的面积则可以作为总稳定性的定量指标（TS），这一面积越大，说明这个生态系统的总稳定性越低。