第三章 生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性——【期末復(fù)習(xí)】高二生物章節(jié)知識(shí)點(diǎn)梳理（人教版2019選擇性必修2）

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?新人教版生物學(xué)選擇性必修2《生物與環(huán)境》知識(shí)梳理
第三章 生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性
第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
1. 生態(tài)系統(tǒng)的范圍
（1）概念：在 一定空間 內(nèi)，由 生物群落 與它的 非生物環(huán)境 相互作用而形成的統(tǒng)一整體，叫作生態(tài)系統(tǒng)。
（2）范圍：生態(tài)系統(tǒng)的空間范圍有大有小。 生物圈 是地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)，它包括地球上的
全部生物 及其 無機(jī)環(huán)境 。
（3）類型
自然生態(tài)系統(tǒng)： 水域 生態(tài)系統(tǒng)： 海洋 生態(tài)系統(tǒng)、淡水生態(tài)系統(tǒng)等
陸地 生態(tài)系統(tǒng)： 森林 生態(tài)系統(tǒng)、 草原 生態(tài)系統(tǒng)、荒漠生態(tài)系統(tǒng)、凍原生態(tài)系統(tǒng)等
人工生態(tài)系統(tǒng)：農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、人工林生態(tài)系統(tǒng)、果園生態(tài)系統(tǒng)、 城市 生態(tài)系統(tǒng)等
2. 生態(tài)系統(tǒng)具有一定的結(jié)構(gòu)：包括 生態(tài)系統(tǒng)的組成成分 和 食物鏈和食物網(wǎng)(營養(yǎng)結(jié)構(gòu)) 。
3. 生態(tài)系統(tǒng)的組成成分
（1）非生物的物質(zhì)和能量
①組成：物質(zhì)：如 水、空氣、無機(jī)鹽 等；能量：如 陽光、熱能 。
②作用：是生物群落 物質(zhì) 和 能量 的最終來源，是 生物群落 賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。
（2）生產(chǎn)者
①營養(yǎng)方式：屬于 自養(yǎng) (自養(yǎng)/異養(yǎng))生物。
②生物類群：主要是 綠色植物 ，還包括光合細(xì)菌(如藍(lán)細(xì)菌)、化能合成菌(如 硝化細(xì)菌 )。
③作用
a.物質(zhì)方面： 無機(jī)物CO2 含碳有機(jī)物 。
b.能量方面： 光能 有機(jī)物中的化學(xué)能 (主要)
b.能量方面： 無機(jī)物氧化放出的化學(xué)能 有機(jī)物中的化學(xué)能 。
④地位：是生態(tài)系統(tǒng)的 基石 。(必備成分)
（3）消費(fèi)者
①營養(yǎng)方式：屬于 異養(yǎng) 生物。
②生物類群：捕食性 動(dòng)物 、寄生生物(如 菟絲子、蛔蟲、腸道中的大腸桿菌、結(jié)核桿菌、病毒 )。
③作用：加快生態(tài)系統(tǒng)的 物質(zhì)循環(huán) ，有利于植物的 傳粉 和 種子 的傳播。
④地位：是生態(tài)系統(tǒng)中 最活躍 的成分。(非必備成分)
（4）分解者
①作用：能將 動(dòng)植物遺體和動(dòng)物排遺物中的有機(jī)物分解成無機(jī)物 ，供生產(chǎn)者重新利用。
②營養(yǎng)方式：屬于 異養(yǎng) 生物。
③生物類群：主要是腐生性 細(xì)菌 (如枯草桿菌)、 真菌 (如食用菌)及動(dòng)物(如 蚯蚓、蜣螂 )。
④地位：是生態(tài)系統(tǒng)的 必備 成分，不可缺少。
非生物的物質(zhì)和能量 、 生產(chǎn)者 、 消費(fèi)者 和 分解者 四種成分是緊密聯(lián)系、缺一不可的。正是由于生態(tài)系統(tǒng)中各組成成分之間的緊密聯(lián)系，才使生態(tài)系統(tǒng)成為一個(gè)統(tǒng)一整體，具有一定的結(jié)構(gòu)和功能。
思考：聯(lián)系生物群落與無機(jī)環(huán)境的橋梁是 生產(chǎn)者 和 分解者 兩種成分。



4. 生態(tài)系統(tǒng)中各種組成成分的關(guān)系(字母表示生態(tài)系統(tǒng)成分，數(shù)字表示生理過程)
A表示： 生產(chǎn)者 B表示： 消費(fèi)者
C表示： 分解者 D表示： 非生物的物質(zhì)和能量
①表示： 光合作用 或 化能合成作用
②表示： 呼吸作用 ③表示： 呼吸作用
④表示： 分解作用







歸納總結(jié)：生態(tài)系統(tǒng)中生物成分與類群的關(guān)系
（1）生產(chǎn)者一定是自養(yǎng)型生物，但不一定是綠色植物，如能進(jìn)行化能合成作用的硝化細(xì)菌。
（2）消費(fèi)者一定是異養(yǎng)型生物，但不一定都是動(dòng)物，如寄生生物菟絲子、病毒等。
（3）分解者一定是異養(yǎng)型生物，但不一定都是微生物，如腐生動(dòng)物蚯蚓、蜣螂等。
（4）植物可作為生產(chǎn)者(綠色植物)和消費(fèi)者(菟絲子)。
（5）動(dòng)物可作為消費(fèi)者(捕食性動(dòng)物)和分解者(如腐生動(dòng)物蚯蚓、蜣螂等)。
（6）細(xì)菌可作為生產(chǎn)者(化能合成菌，如硝化細(xì)菌)、消費(fèi)者(寄生菌，如結(jié)核桿菌、肺炎雙球菌、腸道內(nèi)的大腸桿菌等)和分解者(腐生菌，如枯草桿菌、泥土及糞便中的大腸桿菌等)。
5. 生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)——食物鏈和食物網(wǎng)
（1）食物鏈：生態(tài)系統(tǒng)中，各種生物之間因 捕食 關(guān)系而形成的一種聯(lián)系。
食物鏈： 植物——————→蝗蟲———————→青蛙————————→蛇————————→鷹
生態(tài)系統(tǒng)成分： 生產(chǎn)者 初級(jí) 消費(fèi)者 次級(jí) 消費(fèi)者 三級(jí) 消費(fèi)者 四級(jí) 消費(fèi)者
營養(yǎng)級(jí)別： 第一 營養(yǎng)級(jí) 第二 營養(yǎng)級(jí) 第三 營養(yǎng)級(jí) 第四 營養(yǎng)級(jí) 第五 營養(yǎng)級(jí)
①食物鏈中只有 生產(chǎn)者 和 消費(fèi)者 兩種成分，不出現(xiàn) 分解者 和 非生物的物質(zhì)和能量 。
②食物鏈的起點(diǎn)是 生產(chǎn)者 ( 第一 營養(yǎng)級(jí))，終點(diǎn)是不被其他動(dòng)物所食的動(dòng)物( 最高 營養(yǎng)級(jí))。
③第一營養(yǎng)級(jí)是 生產(chǎn)者 ；植食性動(dòng)物是 初級(jí) 消費(fèi)者，屬于 第二 營養(yǎng)級(jí)。
④營養(yǎng)級(jí)別和消費(fèi)者級(jí)別相差 1 級(jí)，即：營養(yǎng)級(jí)別＝消費(fèi)者級(jí)別＋ 1 。
⑤在食物鏈中，箭頭相連的兩種生物種間關(guān)系是 捕食 。
⑥食物鏈中箭頭表示物質(zhì)和能量流動(dòng)的方向，即后一個(gè)營養(yǎng)級(jí)以前一個(gè)營養(yǎng)級(jí)為食。
⑦各種動(dòng)物所處營養(yǎng)級(jí)不是固定不變的。上述食物鏈中，若鷹直接捕食青蛙，則屬于 第四 營養(yǎng)級(jí)。
⑧一條食物鏈上一般不會(huì)超過 五 個(gè)營養(yǎng)級(jí)。
（2）食物網(wǎng)：生態(tài)系統(tǒng)中，許多 食物鏈 彼此相互交錯(cuò)，連接成的復(fù)雜 食物網(wǎng) 。
①形成原因：a.一種綠色植物可能是 多種 植食性動(dòng)物的食物；
b.一種植食性動(dòng)物可能吃 多種 植物，也可能被 多種 肉食性動(dòng)物所食。
②功能：食物鏈和食物網(wǎng)是生態(tài)系統(tǒng)的 營養(yǎng)結(jié)構(gòu) ，是 物質(zhì)循環(huán) 和 能量流動(dòng) 的渠道，
③食物網(wǎng)相關(guān)分析
a.每條食物鏈的起點(diǎn)都是 生產(chǎn)者 ，終點(diǎn)是不能被其他動(dòng)物所食的動(dòng)物，即 最高 營養(yǎng)級(jí)，中間有任何停頓都不能算完整的實(shí)物鏈。
b.食物網(wǎng)中箭頭相連的兩種生物種間關(guān)系是 捕食 ，具有共同食物的兩種生物種間關(guān)系是 競(jìng)爭(zhēng) 。
c.同一種生物在不同的食物鏈中可以占有 不同 的營養(yǎng)級(jí)。
b.一般認(rèn)為，食物網(wǎng)越復(fù)雜，生態(tài)系統(tǒng)抵抗外界干擾的能力就 越強(qiáng) 。食物網(wǎng)的復(fù)雜程度主要取決于有食物聯(lián)系的生物的 種類 而不是生物的 數(shù)量 。
④生物數(shù)量的變化情況分析
a.若食物鏈中第一營養(yǎng)級(jí)的生物減少，則相關(guān)生物數(shù)量都 減少 。
b.若“天敵”減少，則被捕食者數(shù)量 先增多，后減少，最后趨于穩(wěn)定 。
c.食物網(wǎng)某種生物大量增加時(shí)，一般會(huì)導(dǎo)致作為其食物的生物數(shù)量 減少 ，作為其天敵的數(shù)量 增加 。
d.在食物網(wǎng)中，當(dāng)某種生物大量減少時(shí)，對(duì)另一種生物的影響沿不同的實(shí)物鏈分析結(jié)果不同時(shí)，應(yīng)以中間環(huán)節(jié)少的為分析依據(jù)。

第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)
1. 能量流動(dòng)的含義：生態(tài)系統(tǒng)中能量的 輸入 、 傳遞 、 轉(zhuǎn)化 和 散失 的過程。
2. 能量的輸入
（1）能量的源頭： 太陽能 。
（2）能量流動(dòng)的起點(diǎn)： 生產(chǎn)者固定的太陽能 。
0 光合 作用0
綠色植物、光合細(xì)菌
（3）相關(guān)生理過程： 光能 有機(jī)物中化學(xué)能 (主要途徑)
0 化能合成 作用0
硝化細(xì)菌
（3）相關(guān)生理過程： 無機(jī)物氧化放出的化學(xué)能 有機(jī)物中的化學(xué)能
（4）流入生態(tài)系統(tǒng)的總能量： 生產(chǎn)者通過光合作用固定的太陽能總量 。
注：流入人工生態(tài)系統(tǒng)的總能量包括： 生產(chǎn)者通過光合作用固定的太陽能 ＋ 人工投入的能量 。
3. 能量的傳遞
呼吸作用
呼吸作用
呼吸作用
遺體
遺體
遺體
枯枝敗葉
(起點(diǎn))
未固定
……
呼吸作用
呼吸作用
太陽能
生產(chǎn)者
(植物)
初級(jí)消費(fèi)者
(植食動(dòng)物)
次級(jí)消費(fèi)者
(肉食動(dòng)物)
三級(jí)消費(fèi)者
(肉食動(dòng)物)
分解者(細(xì)菌、 真菌等微生物)
圖3-6 生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)示意圖







（1）生產(chǎn)者(第一營養(yǎng)級(jí))能量的來源和去路
呼吸作用以熱能形式散失
太陽能 流入下一營養(yǎng)級(jí)
被分解者利用




呼吸作用以熱能形式散失
上一營養(yǎng)級(jí)的 流入下一營養(yǎng)級(jí)
最高營養(yǎng)級(jí)
被分解者利用
上一營養(yǎng)級(jí)
（2）各級(jí)消費(fèi)者能量的來源和去路





各級(jí)消費(fèi)者攝入的能量不等于其同化量，它們之間的關(guān)系式：同化量＝ 攝入量 － 糞便量 。
（3）傳遞形式： 有機(jī)物中的化學(xué)能 。
（4）傳遞途徑： 食物鏈和食物網(wǎng) 。
4. 能量的轉(zhuǎn)化和散失
熱能
各項(xiàng)生命活動(dòng)
光合
光能 化能合成 呼吸
化學(xué)能 化學(xué)能

5. 分析賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)
呼吸 熱能
下一營養(yǎng)級(jí) 最高營養(yǎng)級(jí)
分解者
未被利用




圖例分析：能量流動(dòng)圖解分析（見右上圖）
（1）W1表示 生產(chǎn)者固定的總能量 ，W1＝ A1＋B1＋C1＋D1 。
（2）D1表示 初級(jí)消費(fèi)者同化的能量 ，D1＝ A2＋B2＋C2＋D2 。
（3）A表示 呼吸作用以熱能形式散失的能量 ，B表示 未被利用的能量 ，
（3）C表示 流向分解的能量(或分解者利用的能量) ，D表示 流向下一營養(yǎng)級(jí)的能量 。
（4）由生產(chǎn)者到初級(jí)消費(fèi)者的能量傳遞效率＝＝。
6. 能量流動(dòng)的特點(diǎn)
（1） 單向流動(dòng) 。原因：能量只能從上一營養(yǎng)級(jí)流入下一營養(yǎng)級(jí)，不可逆轉(zhuǎn)，也不能循環(huán)流動(dòng)。食物鏈中各營養(yǎng)級(jí)的順序是不可逆轉(zhuǎn)的，這是長期自然選擇的結(jié)果。
（2） 逐級(jí)遞減 。原因：
①各營養(yǎng)級(jí)生物 呼吸 作用以 熱能 形式散失大部分能量，無法再利用。
②各營養(yǎng)級(jí)的生物中有一部分能量未被下一營養(yǎng)級(jí)的生物利用，即 未被利用 部分。
③少部分能量被 分解者 分解利用。
7. 能量傳遞效率：一般來說，能量在相鄰兩個(gè)營養(yǎng)級(jí)之間的傳遞效率大約是 10%～20% 。
公式：相鄰兩營養(yǎng)級(jí)間的能量傳遞效率＝×100%
計(jì)算：賽達(dá)伯格湖中：流入賽達(dá)伯格湖的總能量為 464.6 J/(cm2·a)。第一營養(yǎng)級(jí)和第二營養(yǎng)級(jí)間
的能量傳遞效率為 13.52% ，第二營養(yǎng)級(jí)和第三營養(yǎng)級(jí)間的能量傳遞效率為 20.06% 。
某一湖泊的能量金子塔
第二營養(yǎng)級(jí)
第三營養(yǎng)級(jí)
第四營養(yǎng)級(jí)
第一營養(yǎng)級(jí)
8. 能量金字塔
（1）概念：將單位時(shí)間內(nèi)各個(gè) 營養(yǎng)級(jí) 所得到的 能量數(shù)值 ，由
低到高 繪制成圖，可形成一個(gè)能量金字塔。
（2）分析
①金字塔中，每一臺(tái)階的大小代表該營養(yǎng)級(jí)生物所含的 能量數(shù)值 。
儲(chǔ)存能量最多的成分是 生產(chǎn)者 ，屬于 第一 營養(yǎng)級(jí)；儲(chǔ)存能量最
少的是金字塔的頂端，屬于 最高 營養(yǎng)級(jí)。
②在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，營養(yǎng)級(jí)越多(食物鏈越長)，能量流動(dòng)過程中消耗的能量就 越多 ，最高營養(yǎng)級(jí)獲得的能量就 越少 。
③生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)一般不超過 4～5 個(gè)營養(yǎng)級(jí)。
知識(shí)拓展：生態(tài)金字塔是生態(tài)學(xué)中表示不同關(guān)系的一種形式。不同的金字塔能形象地說明營養(yǎng)級(jí)與能量、生物個(gè)體數(shù)量、有機(jī)物總量之間的關(guān)系，是定量研究生態(tài)系統(tǒng)的直觀體現(xiàn)。

能量金字塔
數(shù)量金字塔
生物量金字塔
形狀



特點(diǎn)
正金字塔形
一般為正金字塔形，
有時(shí)會(huì)出現(xiàn)倒金字塔形
一般為正金字塔形
象征含義
能量在沿食物鏈流動(dòng)過程
中具有逐級(jí)遞減的特性
生物個(gè)體數(shù)目在食物鏈中
隨營養(yǎng)級(jí)升高而逐級(jí)遞減
生物量(現(xiàn)存生物有機(jī)物的總質(zhì)量)沿食物鏈逐級(jí)遞減
每一階含義
每一營養(yǎng)級(jí)生物
所含能量的多少
每一營養(yǎng)級(jí)生物個(gè)體的數(shù)目
每一營養(yǎng)級(jí)生物的有機(jī)物總量
特殊形狀
無
如一棵樹與樹上昆蟲及鳥的數(shù)量關(guān)系：

如人工養(yǎng)殖的魚塘，生產(chǎn)者的生物量可以小于消費(fèi)者的生物量

9. 能量流動(dòng)的相關(guān)計(jì)算規(guī)律（重在理解）


（1）正推型：知低營養(yǎng)級(jí)(A營養(yǎng)級(jí)凈重M)，求高營養(yǎng)級(jí)(D營養(yǎng)級(jí)增重多少)
D營養(yǎng)級(jí)最多增重：選最 短 食物鏈，按 20%(0.2) 計(jì)算。D＝ M×0.2×0.2×0.2＝M×0.23 。
D營養(yǎng)級(jí)最少增重：選最 長 食物鏈，按 10%(0.1) 計(jì)算。D＝ M×0.1×0.1×0.1＝M×0.13 。
（2）逆推型：知高營養(yǎng)級(jí)(D營養(yǎng)級(jí)增重N)，求低營養(yǎng)級(jí)(消耗A營養(yǎng)級(jí)多少)
最多消耗A營養(yǎng)級(jí)：選最 長 食物鏈，按 10%(0.1) 計(jì)算。A＝ N÷0.1÷0.1÷0.1＝N÷0.13 。
最少消耗A營養(yǎng)級(jí)：選最 短 食物鏈，按 20%(0.2) 計(jì)算。A＝ N÷0.2÷0.2÷0.2＝N÷0.23 。
10. 研究能量流動(dòng)的意義
（1）幫助人們科學(xué)規(guī)劃，設(shè)計(jì)人工生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)能量的 多級(jí)利用 ，從而提高能量的 利用率 。
（2）幫助人們合理地 調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)關(guān)系 ，使能量 持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴?br /> 部分 。
11. 利用能量流動(dòng)特點(diǎn)確定食物鏈(網(wǎng))
（1）據(jù)能量流動(dòng)逐級(jí)遞減特點(diǎn)：能量含量越多，其營養(yǎng)級(jí)別越低；能量含量越少，其營養(yǎng)級(jí)別越高。
（2）據(jù)能量傳遞效率為10%～20%，可確定相鄰兩個(gè)營養(yǎng)級(jí)能量差別在5～10倍，若能量相差不多，則應(yīng)列為同一營養(yǎng)級(jí)。寫出下列各圖表中的食物鏈(網(wǎng))：


表一

營養(yǎng)級(jí)
A
B
C
D

固定的總能量
15.9
870.7
0.9
141.0



表二

生物體
A
B
C
D
E

有機(jī)汞濃度(ppm)
0.05
7
0.51
68
0.39
圖1食物鏈(網(wǎng))： 丙→甲→乙→丁 。
圖2食物鏈(網(wǎng))： 。
表一食物鏈(網(wǎng))： B→D→A→C 。
表二表示每個(gè)營養(yǎng)級(jí)生物體內(nèi)殘留的有機(jī)汞的濃度，有機(jī)汞存在生物富集作用，即隨著營養(yǎng)級(jí)的增加，
有機(jī)汞的濃度增加，可知表2食物鏈(網(wǎng))為： 。
拓展：生物富集的原因： 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定不易被分解，在生物體內(nèi)積累且不易排出 。

第三節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)
1. 生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)
（1）概念：組成生物體的 化學(xué)元素 ，不斷地在 生物群落 和 無機(jī)環(huán)境 之間循環(huán)流動(dòng)的過程。
（2）范圍：這里所說的生態(tài)系統(tǒng)是指生物圈 ，物質(zhì)循環(huán)具有 全球 性，又叫生物地球化學(xué)循環(huán) 。
（3）特點(diǎn)： 全球性 、 循環(huán)流動(dòng)、反復(fù)利用 。
2. 碳循環(huán)
（1）碳的存在形式
①無機(jī)環(huán)境中：主要以 CO2 和 碳酸鹽 的形式存在。
②生物群落中：以 含碳有機(jī)物 的形式存在。
（2）循環(huán)過程圖解（填圖）
① 光合作用或化能合成作用
② 呼吸作用
③ 呼吸作用
④ 微生物的分解作用
⑤ 化石燃料的燃燒






（3）碳進(jìn)入生物群落
①形式： CO2 。
0 化能合成 作用0
硝化細(xì)菌
0 光合 作用0
綠色植物
②生理過程： CO2 含碳有機(jī)物 (主要途徑)
②生理過程： CO2 含碳有機(jī)物
（4）碳返回?zé)o機(jī)環(huán)境（大氣中CO2的來源）
①形式： CO2 。
②途徑：a.動(dòng)植物的 呼吸作用 ；b.分解者的 分解作用 (實(shí)質(zhì)仍然是 呼吸 作用)；
c. 化石燃料的燃燒 。
（5）碳的循環(huán)形式
①在生物群落與無機(jī)環(huán)境間：主要以 CO2 的形式進(jìn)行。
②在生物群落內(nèi)：以 含碳有機(jī)物 的形式進(jìn)行，渠道為 食物鏈(網(wǎng)) 。
圖例分析：右圖是生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)圖解，圖中A～D代表生態(tài)系統(tǒng)四種成分，
①～⑦代表碳元素在生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)的途徑。
（1）圖中A代表 大氣中的CO2庫 、B代表 生產(chǎn)者 、
C代表 消費(fèi)者 、D代表 分解者 。
（2）代表光合作用或化能合成作用、呼吸作用和分解作用的序號(hào)分別
是 ① 、 ②④ 、 ⑦ 。
（3）D在生態(tài)系統(tǒng)中的作用是 將動(dòng)植物遺體殘骸中的有機(jī)物分解成無機(jī)物 。
（4）在碳循環(huán)中，碳元素在①②④⑦中以 CO2 形式流動(dòng)，在③⑤⑥中以 含碳有機(jī)物 形式流動(dòng)。
3. 溫室效應(yīng)
（1）形成原因：主要是 化石燃料 短時(shí)間內(nèi)大量燃燒，使大氣中 CO2 含量迅速增加，打破了生物
圈 碳循環(huán) 的平衡。
（2）危害： 氣溫 升高，加快極地和高山 冰川 的融化，導(dǎo)致 海平面 上升，進(jìn)而對(duì)人類和其他許多生物的生存構(gòu)成威脅。
（3）減緩溫室效應(yīng)的措施：①開發(fā) 清潔能源 ，減少 化石燃料 燃燒；
②大力 植樹造林 ，增加綠地面積，從而增加對(duì)CO2的吸收。
4.生物富集：
（1）概念：生物體從周圍環(huán)境吸收、積蓄 某種元素 或 難以降解 的化合物，使其在機(jī)體內(nèi)濃度 超過 環(huán)境濃度的現(xiàn)象。
（2）特點(diǎn)：沿著食物鏈逐漸在生物體內(nèi)聚集，最終積累在食物鏈的頂端；具有全球性。

5. 能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系

能量流動(dòng)
物質(zhì)循環(huán)
形式
0 光能 → 化學(xué)能 → 熱能 (散失)0
化學(xué)元素( 無機(jī)物 → 有機(jī)物 → 無機(jī)物 )
范圍
生態(tài)系統(tǒng)各營養(yǎng)級(jí)
生物圈(全球性)
過程
沿 食物鏈(網(wǎng)) 單向流動(dòng)
在 生物群落 和 無機(jī)環(huán)境 間往復(fù)循環(huán)
特點(diǎn)
單向流動(dòng)、逐級(jí)遞減
全球性，循環(huán)流動(dòng)、反復(fù)利用
聯(lián)系
①在生物群落中它們的流動(dòng)渠道都是 食物鏈(網(wǎng)) ，且二者 同時(shí) 進(jìn)行，相互依存，不可分割
②能量的固定、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)移和釋放，都離不開物質(zhì)的合成和分解等過程
③ 物質(zhì) 作為 能量 的載體，使 能量 沿著 食物鏈(網(wǎng)) 流動(dòng)
④能量作為 動(dòng)力 ，使物質(zhì)能夠不斷地在 生物群落 和 無機(jī)環(huán)境 之間循環(huán)往返
生態(tài)系統(tǒng)中的各種組成成分，正是通過 能量流動(dòng) 和 物質(zhì)循環(huán) ，才能夠緊密地聯(lián)系在一起，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體
6.【探究】探究土壤微生物的分解作用
（1）實(shí)驗(yàn)原理
①土壤中存在種類、數(shù)目繁多的 細(xì)菌、真菌 等微生物，它們?cè)谏鷳B(tài)系統(tǒng)中的成分為 分解者 。
②分解者的作用是將環(huán)境中的 有機(jī)物 分解為 無機(jī)物 ，其分解速度與環(huán)境中的 溫度、水分 等生態(tài)因子相關(guān)。
（2）設(shè)計(jì)案例
項(xiàng)目
案例1
案例2
實(shí)驗(yàn)假設(shè)
土壤微生物能分解落葉使之腐爛
土壤微生物能分解淀粉
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)組
對(duì)土壤 高溫 處理
A燒杯：30mL 土壤浸出液 ＋淀粉糊
在室溫(20℃左右)下放置7天
對(duì)照組
對(duì)土壤 不做 處理(自然狀態(tài))
B燒杯：30mL 蒸餾水 ＋淀粉糊
自變量
土壤是否含微生物
是否加土壤浸出液
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
在相同時(shí)間內(nèi)實(shí)驗(yàn)組落葉腐爛程度
小于 (大于/小于)對(duì)照組
對(duì)照組落葉腐爛所需時(shí)間比實(shí)驗(yàn)組
短
A
A1
不變藍(lán)
在A1、B1中加入碘液，在A2、B2中加入斐林試劑并水浴加熱
A2
產(chǎn)生磚紅色沉淀
B
B1
變藍(lán)
B2
不產(chǎn)生磚紅色沉淀
結(jié)論分析
微生物對(duì)落葉有 分解 作用
土壤浸出液中的微生物能 分解 淀粉
注：案例1中實(shí)驗(yàn)組的土壤要進(jìn)行處理，以盡可能排除土壤微生物的作用，同時(shí)要盡可能避免土壤理化性質(zhì)的改變(例如，將土壤用塑料袋包好，放在60℃恒溫箱中1h滅菌)。
7. 富營養(yǎng)化：指水體中 N、P 等植物必需的礦質(zhì)元素增多，導(dǎo)致 藻類 植物等大量繁殖，并引起水
質(zhì)惡化和魚群死亡的現(xiàn)象。
原因分析：工業(yè)廢水、生活污水等的排放，使水體中 N、P 等礦質(zhì)元素增多，導(dǎo)致水體中 藻類 植物和浮游動(dòng)物大量繁殖，通過 有氧 呼吸大量消耗水中溶解氧，它們死后的殘?jiān)z體又被好氧微生物分解，進(jìn)一步使水體中的 溶解氧 含量降低，導(dǎo)致魚蝦等水生生物死亡，尸體被 厭氧 微生物分解，釋放出H2S、CH4等有毒物質(zhì)，進(jìn)一步使水質(zhì)惡化，造成更多水生生物死亡。在淡水中引起的叫 水華 ，海水中引起的叫 赤潮 。

第四節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞
1. 生態(tài)系統(tǒng)信息的種類
種類
含義
實(shí)例
物理信息
生態(tài)系統(tǒng)中的光、聲、溫度、濕度、磁力等，通過 物理過程 傳遞的信息。物理信息的來源可以是 無機(jī)環(huán)境 ，也可以是 生物
蜘蛛網(wǎng)的振動(dòng)、動(dòng)物體溫、紅外線、螢火蟲發(fā)光、電磁波、蝙蝠的“回聲定位”、昆蟲發(fā)出的聲音、鮮艷的花朵、飛蛾的趨光性等
化學(xué)信息
生物在 生命活動(dòng) 過程中產(chǎn)生的一些可以傳遞信息的 化學(xué)物質(zhì)
植物的生物堿、有機(jī)酸等化學(xué)物質(zhì)，動(dòng)物的性外激素，狗利用其小便記路，某種動(dòng)物以尿液來標(biāo)記領(lǐng)地，淡淡的花香
行為信息
動(dòng)物體產(chǎn)生的可以在 同種或異種 生物間傳遞某種信息的 特殊 特征
蜜蜂跳舞、雄鳥的“求偶炫耀”(孔雀開屏)、鳥類的報(bào)警行為(如危險(xiǎn)時(shí)急速煽動(dòng)翅膀)

2. 信息傳遞在生態(tài)系統(tǒng)中的作用
層次
作用
舉例
個(gè)體
生命活動(dòng) 的正常進(jìn)行，離不開信息的作用
蝙蝠的“ 回聲定位 ”；萵苣、茄、煙草種子的必須接受某種波長的光信息才能萌發(fā)生長
種群
生物種群的 繁衍 ，離不開信息的傳遞
自然界中，植物開花需要光信息刺激，當(dāng)日照時(shí)間達(dá)到一定長度時(shí)，植物才能夠開花(進(jìn)行生殖生長)；昆蟲分泌性外激素，引誘同種異性個(gè)體前來交尾
生物群落
調(diào)節(jié) 生物的種間關(guān)系 ，以維持 生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定
食物鏈中 “食”與“被食” 的關(guān)系；草原返青時(shí)的“綠色”為食草動(dòng)物提供可采食的信息；狼根據(jù)兔留下的氣味去獵捕，兔根據(jù)狼的氣味或行為特征去躲避
3. 信息傳遞在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用
（1）提高 農(nóng)產(chǎn)品 或 畜產(chǎn)品 的產(chǎn)量。如利用模擬的動(dòng)物信息吸引大量的 傳粉動(dòng)物 ，就可以提高果樹的傳粉率和 結(jié)實(shí)率 。
（2）對(duì) 有害動(dòng)物 進(jìn)行控制。如利用音響設(shè)備發(fā)出 結(jié)群信號(hào) 吸引鳥類，使其結(jié)群捕食害蟲；利用昆蟲 信息素 誘捕或警示有害動(dòng)物，降低害蟲的 種群密度 ；利用特殊的 化學(xué)物質(zhì) 擾亂某些動(dòng)物的雌雄交配，使有害動(dòng)物種群的 繁殖力 下降，從而減少有害動(dòng)物對(duì)農(nóng)作物的破壞。
目前控制動(dòng)物危害的技術(shù)大致有 化學(xué)防治 、 生物防治 和 機(jī)械防治 等。這些方法各有優(yōu)點(diǎn)，但是目前人們?cè)絹碓絻A向于利用對(duì)人類生存環(huán)境無污染的 生物防治 。
4. 生態(tài)系統(tǒng)的三大功能： 能量流動(dòng) 、 物質(zhì)循環(huán) 和 信息傳遞 。它們的區(qū)別與聯(lián)系如下：
項(xiàng)目
能量流動(dòng)
物質(zhì)循環(huán)
信息傳遞
區(qū)別
來源
太陽能
生態(tài)系統(tǒng)
生物或無機(jī)環(huán)境
途徑
食物鏈和食物網(wǎng)
多種途徑
特點(diǎn)
單向流動(dòng)、逐級(jí)遞減
全球性，循環(huán)流動(dòng)、反復(fù)利用
往往是雙向的
范圍
生態(tài)系統(tǒng)各營養(yǎng)級(jí)
群落與無機(jī)環(huán)境之間
生物與生物之間，生物與無機(jī)環(huán)境之間
地位
生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)力
生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)
決定能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的方向和狀態(tài)
聯(lián)系
共同把生態(tài)系統(tǒng)各組成成分聯(lián)系成一個(gè)統(tǒng)一的整體，并調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性


第五節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性
1. 生態(tài)平衡
（）概念：生態(tài)系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)和功能 處于相對(duì)穩(wěn)定的一種狀態(tài)。
（）原因：由于生態(tài)系統(tǒng)具有 自我調(diào)節(jié)能力，生態(tài)系統(tǒng)才能夠維持相對(duì)穩(wěn)定。
（）基礎(chǔ)：負(fù)反饋 調(diào)節(jié)。它是指在一個(gè)系統(tǒng)中，系統(tǒng)工作的效果，反過來又作為信息調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的工作，并且使系統(tǒng)工作的效果 減弱或受到限制 ，它可使系統(tǒng)保持 穩(wěn)定 。
2. 生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性
（1）概念：生態(tài)系統(tǒng)所具有的 保持 或 恢復(fù) 自身 結(jié)構(gòu) 和 功能 相對(duì)穩(wěn)定的能力。
對(duì)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的理解：
①穩(wěn)定是 相對(duì) 的，總處于 動(dòng)態(tài) 變化中。
②結(jié)構(gòu)的相對(duì)穩(wěn)定：生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者的 種類 和 數(shù)量 相對(duì)穩(wěn)定。
③功能的相對(duì)穩(wěn)定： 物質(zhì) 與 能量 的輸入和輸出相對(duì)平衡。從能量流動(dòng)角度分析，若能量的輸入 大于 輸出，則生態(tài)系統(tǒng)處于發(fā)展階段；若能量的輸入 等于 輸出，則生態(tài)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)；若能量的輸入 小于 能量的輸出，說生態(tài)平衡已被破壞。
（2）原因：生態(tài)系統(tǒng)具有一定的 自我調(diào)節(jié) 能力。
3. 生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力
（1）調(diào)節(jié)基礎(chǔ)： 負(fù)反饋 調(diào)節(jié)。負(fù)反饋調(diào)節(jié)在生態(tài)系統(tǒng)中普遍存在，不僅存在于 生物群落 內(nèi)部，還存在于生物群落與 無機(jī)環(huán)境 之間。
（2）實(shí)例分析
生態(tài)系統(tǒng)在受到外界干擾時(shí)，依靠 自我調(diào)節(jié) 能力來維持自身的相對(duì)穩(wěn)定。
實(shí)例1：河流受到輕微的污染時(shí)，能通過 物理沉降 、 化學(xué)分解 和 微生物的分解 ，很快消除污染，河流中的生物 種類和數(shù)量 不會(huì)受到明顯的影響。
實(shí)例2：在森林中，當(dāng)害蟲數(shù)量增加時(shí)，食蟲鳥由于食物豐富，數(shù)量也會(huì) 增多 ，這樣，害蟲種群的增長就會(huì)受到 抑制 。
實(shí)例3：一場(chǎng)火災(zāi)過后，森林中種群密度降低；但由于光照更加充足、土壤中無機(jī)養(yǎng)料增多，許多種子萌發(fā)后，迅速長成新植株。
（3）特點(diǎn)：生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力不是 無限的 。當(dāng)外界干擾強(qiáng)度超過 一定限度 時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)的 自我調(diào)節(jié) 能力會(huì)迅速喪失。例如，我國西北的黃土高原，就是原有森林生態(tài)系統(tǒng)崩潰的鮮明例子。
3. 抵抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性
（1）抵抗力穩(wěn)定性
①概念：生態(tài)系統(tǒng) 抵抗外界干擾 并使自身的結(jié)構(gòu)和功能 保持原狀 (不受損害)的能力。
②特點(diǎn)：一般來說，生態(tài)系統(tǒng)的 組分 越多，食物網(wǎng)越 復(fù)雜 ，其 自我調(diào)節(jié) 能力就越強(qiáng)，抵抗力穩(wěn)定性就 越高 ，反之則 越低 。
（2）恢復(fù)力穩(wěn)定性：生態(tài)系統(tǒng)受到外界干擾因素的 破壞 后 恢復(fù)到原狀 的能力。如“離離原上草，一歲一枯榮。野火燒不盡，春風(fēng)吹又生。”的原因是生態(tài)系統(tǒng)具有 恢復(fù)力 穩(wěn)定性。
（3）兩者關(guān)系：一般呈 相反 關(guān)系。（在右圖中繪出關(guān)系曲線）
抵抗力穩(wěn)定性
恢復(fù)力穩(wěn)定性
生物種類越多→食物網(wǎng) 越復(fù)雜 (即營養(yǎng)結(jié)構(gòu) 越復(fù)雜 )→自我調(diào)節(jié)
能力 越強(qiáng) →抵抗力穩(wěn)定性 越高 ，而恢復(fù)力穩(wěn)定性 越低 。
如：熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)系統(tǒng)抵抗力穩(wěn)定性 高 ，但恢復(fù)力穩(wěn)定性 低 ；
草原生態(tài)系統(tǒng)抵抗力穩(wěn)定性 低 ，但恢復(fù)力穩(wěn)定性 高 。
但對(duì)于一些特殊的生態(tài)系統(tǒng)，如極地苔原生態(tài)系統(tǒng)，由于物種組分單一，營養(yǎng)結(jié)構(gòu)簡單，它的抵抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性都較 低 。
4. 提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性
（1）一方面，要控制對(duì)生態(tài)系統(tǒng) 干擾 的程度，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的利用應(yīng)該 適度 ，不應(yīng)超過生態(tài)系統(tǒng)的 自我調(diào)節(jié) 能力。
（2）另一方面，對(duì)人類利用強(qiáng)度較大的生態(tài)系統(tǒng)，應(yīng)實(shí)施相應(yīng)的 物質(zhì) 、 能量 投入，保證生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部 結(jié)構(gòu)與功能 的協(xié)調(diào)。
（3）提高生態(tài)系統(tǒng)(抵抗力)穩(wěn)定性的主要措施是 增加該生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各營養(yǎng)級(jí)生物的種類 。在生物種類相同的情況下，生物的 數(shù)量 也會(huì)影響生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。避免盲目引入 外來物種 ，使原有物種的生存受到威脅。
5. 生態(tài)系統(tǒng)抵抗力穩(wěn)定性、恢復(fù)力穩(wěn)定性和總穩(wěn)定性的關(guān)系







（1）圖中兩條虛線之間的部分表示生態(tài)系統(tǒng)功能正常的作用范圍。
（2）y表示一個(gè)外來干擾使之偏離這一范圍的大小。y值的大小可以作為 抵抗力 穩(wěn)定性強(qiáng)弱的衡量指標(biāo)，y值越大，說明該生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性 越低 ，反之，抵抗力穩(wěn)定 越高 。如熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)與草原生態(tài)系統(tǒng)受到相同干擾，草原生態(tài)系統(tǒng)的y值要 大于 熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)的y值。
（3）x表示恢復(fù)到原狀態(tài)所需的時(shí)間。x值的大小可以作為 恢復(fù)力 穩(wěn)定性強(qiáng)弱的衡量指標(biāo)，x值越大，說明該生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)力穩(wěn)定性 越低 ；反之，恢復(fù)力穩(wěn)定性 越高 。
（4）TS表示曲線與正常范圍之間所圍成的面積，可以作為總穩(wěn)定性的定量指標(biāo)。TS值越大，即x與y越大，則說明這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的總穩(wěn)定性 越低 。
6.【制作】設(shè)計(jì)并制作生態(tài)缸，觀察其穩(wěn)定性
（1）實(shí)驗(yàn)原理
①在有限空間內(nèi)，依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)原理，將生態(tài)系統(tǒng)具有的基本成分進(jìn)行組織，構(gòu)建人工微生態(tài)系統(tǒng)。
②要使人工微生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)要注意系統(tǒng)內(nèi)不同營養(yǎng)級(jí)生物之間的 合適比例 。
③生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，取決于它的 物種 組成、 營養(yǎng) 結(jié)構(gòu)和 非生物 因素之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。
④觀察生態(tài)缸中生物的 生存狀況 和 存活時(shí)間 長短，了解生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及影響穩(wěn)定性的因素。
（2） 生態(tài)缸的設(shè)計(jì)要求及分析

設(shè)計(jì)要求
相關(guān)分析
①生態(tài)缸必須是 封閉 的
防止外界 生物 或 非生物 因素的干擾
②生態(tài)缸中投放的幾種生物必須具有很強(qiáng)的生活力，成分齊全(具有生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者)
生態(tài)缸中能夠進(jìn)行 物質(zhì) 循環(huán)和 能量 流動(dòng)，在一定時(shí)期內(nèi)保持穩(wěn)定
③生態(tài)缸的材料必須透明
為綠色植物 光合 作用提供光能，保持生態(tài)缸內(nèi)
溫度 ，便于觀察
④生態(tài)缸宜小不宜大，缸中的水量應(yīng)適宜，要留出一定的空間
便于操作，缸內(nèi)儲(chǔ)備一定量的 空氣
⑤生態(tài)缸放置于室內(nèi)通風(fēng)、光線良好的地方。采光用較強(qiáng)的 散射光 ，避免強(qiáng)光直射
光照過強(qiáng)會(huì)使生態(tài)瓶的 溫度 升高，不利于生物的生存；光照過低，不足以滿足瓶中生物的 能量 需求
⑥選擇的動(dòng)物不宜過多，個(gè)體不宜太大
減少對(duì) 氧氣 的消耗，防止生產(chǎn)量 小于 消耗量