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课标版 生物 第29讲 生态系统的功能与稳定性,知识一 生态系统的能量流动和物质循环 一、生态系统的能量流动 1.概念理解,2.第一营养级能量分析 3.消费者能量分析,(1)从上述图解可以得到:摄入量=同化量+ 粪便量 。 (2)在各营养级中,能量的几个去路:通过呼吸作用以热能的形式散失;被 下一营养级生物 利用;被分解者利用;未被利用。 4.特点: 单向流动 和 逐级递减 。,5.研究意义 (1)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)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 。 二、生态系统的物质循环 1.物质循环 (1)概念:组成生物体的各种元素在 生物群落 与 无机环境 间 不断地循环的过程。 (2)特点: 全球性 、反复利用、 循环流动 。 (3)与能量流动的关系:二者同时进行,相互依存,不可分割。,(4)意义:通过能量流动和物质循环使生态系统中的各种组成成分紧密地 联系在一起,形成一个统一整体。 2.碳循环 (1)碳在无机环境中的存在形式: CO2 和碳酸盐。 (2)碳在无机环境与生物群落之间的循环形式: CO2 (主要)。 (3)碳在生物群落内的传递形式: 含碳有机物 。 (4)碳循环过程: 无机环境 (CO2形式) 生物群落,(有机物形式) 3.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生存构成威胁。,1.判断有关生态系统能量流动和物质循环叙述的正误。 (1)流经城市生态系统的能量是生产者固定的太阳能。(2014天津理综,3D) () (2)食物链各营养级中10%20%的能量会被分解者利用。(2014江苏单科,1 0C)() (3)直接以低营养级的生物为食将消耗生态系统更多的能量。(2010江苏单 科,11B)() (4)碳在生物群落与无机环境之间的循环主要以CO2的形式进行。 (),(5)分解者通过有氧呼吸和无氧呼吸的方式将有机物分解成CO2等释放到 无机环境中。 () (6)植物可通过呼吸作用和光合作用参与生态系统的碳循环。(2010全国 ,3D)(),2.如图为生态系统中能量流动图解部分示意图,各代表一定的能 量值,下列各项叙述中错误的是 ( ) A.生物与生物之间捕食与被捕食的关系不能逆转,所以能量流动具有单向 性 B.表示流经生态系统内部的总能量 C.一般情况下,为的10%20%,D.从能量关系看,+,答案 B 流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能,能量在相邻营 养级之间传递的效率为10%20%。,3.如图是生态系统中的碳循环示意图,请据图回答: (1)此生态系统的能量流动是从 固定太阳能开始的。 (2)碳元素在大气中与A、B、C之间的流动是以 的形式进行的,在 生态系统各成分中A为 ,B为 。 (3)图中DC过程是通过 作用实现的,CD过程是通过,作用实现的,BD过程是通过 作用实现的。 (4)生物群落中的一部分碳返回大气中,而另一部分则以 形式储藏 在地层中。碳在无机环境中以 和 形式存在。 (5)碳循环始终与 结合在一起。 答案 (1)C 生产者 (2)CO2 消费者 分解者 (3)光合 呼吸 分解 (4)化石燃料 CO2 碳酸盐 (5)能量流动 解析 在无机环境中,碳以二氧化碳或碳酸盐的形式存在;在生物群落中,碳以含碳有机物的形式存在。在无机环境与生物群落之间,碳主要以二氧 化碳的形式进行循环。,知识二 生态系统的信息传递与稳定性 一、生态系统的信息传递 1.信息的种类(连线),2.信息传递在生态系统中的作用,3.信息传递在农业生产中的应用 (1)提高 农产品 或畜产品的产量。如利用模拟的动物信息吸引大 量的 传粉动物 ,就可以提高果树的传粉率和结实率。 (2)控制 有害动物 。如利用昆虫 信息素 诱捕或警示有害动 物,降低害虫的种群密度。 二、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。 2.形成原因:生态系统内部具有一定的 自我调节 能力。 3.自我调节能力,(1)实例 (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会迅速丧失,生态系统难以恢复。,4.类型,5.提高生态系统稳定性的措施 (1)控制对生态系统 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。,1.判断有关信息传递与稳定性叙述的正误。 (1)生态系统通过信息传递调节种间关系。(2014天津理综,3A)() (2)某相对稳定的生态系统中旅鼠的天敌、植物、旅鼠之间数量的变化是 一种正反馈调节。(2012 浙江理综,5D)() (3)生态系统具有自我调节能力,这是生态系统稳定性的基础。(2009福建 理综,2A)() (4)生态系统中的组成成分越多,食物网越复杂,生态系统恢复力稳定性就越 强。(2009福建理综,2D)(),(5)与自然池塘相比,人工养殖池塘生态系统恢复力稳定性高。2011江苏 单科,29(1)() (6)生态系统内部结构与功能的协调,可以提高生态系统稳定性。(2009福 建理综,2B)(),2.下列生产实践措施不是利用生态系统中信息传递的是 ( ) A.人工合成性引诱剂,干扰害虫的正常交尾 B.控制日照时间以控制开花时间 C.利用“黑光灯”集中捕杀棉铃虫 D.利用生长素类似物杀死单子叶作物田地中的双子叶杂草 答案 D 性引诱剂的重要作用是引诱异性个体交尾,生产中常用性引诱 剂干扰害虫正常交尾,降低害虫种群密度;植物的开花需要一定时间的光 照,根据对日照长短要求不同,分为长日照植物、短日照植物等,利用植物 的这一特点,控制日照时间以控制开花时间;“黑光灯”可以发出较大剂量 的紫外线,用来引诱一些对紫外线敏感的害虫,进而将其杀死。,3.如图为某生态系统稳定性图解,对此理解不正确的是 ( ) A.a为抵抗力稳定性,b为恢复力稳定性 B.a为恢复力稳定性,b为抵抗力稳定性 C.恢复力稳定性与营养结构呈相反关系 D.抵抗力稳定性与恢复力稳定性呈相反关系,答案 B 生态系统的稳定性包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性。生态 系统营养结构越复杂,抵抗力稳定性就越强,而恢复力稳定性越弱。,4.下列关于生态系统稳定性的叙述中,不正确的是 ( ) A.负反馈调节是生态系统具有自我调节能力的基础 B.生态系统“遭到破坏、恢复原状”属于抵抗力稳定性 C.人们对自然生态系统的干扰不应超过其抵抗力稳定性 D.热带雨林营养结构复杂,其恢复力稳定性弱 答案 B 生态系统“遭到破坏、恢复原状”属于恢复力稳定性。,突破一 生态系统的功能 1.能量流动的特点 (1)单向流动 表现:能量只能沿着食物链由低营养级流向高营养级。 原因:生物之间的捕食关系不可逆转。 (2)逐级递减:相邻两个营养级能量传递效率为10%20%,其原因如下: 各营养级生物的呼吸消耗。 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,经分解者的呼吸作用消耗。 还有一部分未利用的能量,即指未被自身呼吸作用消耗,也未被后一个 营养级和分解者利用。 2.信息传递与能量流动、物质循环的关系,1.生态系统中能量流动的分析与计算 (1)能量的传递效率为10%20%。 (2)能量传递效率的计算方法:相邻两营养级之间的传递效率=下一营养 级同化量某一营养级同化量100%。 (3)能量传递的最值计算 生产者 消费者,2.碳循环模式图的变式 (1)碳循环过程示意图 (2)将上图换成字母,有以下三种变式,图1,图1中,A为生产者,B为大气中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。,典例1 根据图,回答下列与生态有关的问题。,(1)若图1是碳循环示意图,则丁指的是生态系统中的 。甲代表的 生态系统成分是 。若图1中的“”仅表示二氧化碳的流动方 向,则不会存在的过程有 。 (2)若生产者和消费者之间的食物关系如图2所示,设E种群干物质中蕴藏的,图3,能量为1106 kJ;B种群干物质中蕴藏的能量为2104 kJ,D种群干物质中蕴 藏的能量是2.5104 kJ,能量传递效率按20%计算,当A只捕食C时,则A的能 量值是 。 (3)图3是该生态系统中能量流向蛙类后发生的一系列变化示意图。图中的 D表示通过呼吸作用散失的能量,图中ABC表示的含义分别为:A , B ,C 。当生态系统处于相对稳定状态时,蛙的种群数量 一般处于 (填“K”或“K/2”)值,此时蛙出生率和死亡率之间的 关系是 。 解题关键,解析 (1)由甲与丁间存在双向箭头,且存在3个指向丁的箭头可确认丁为 “大气中CO2库”,甲为生产者;碳在生物群落内部传递形式为含碳有机物, 而不是CO2。(2)E可传向D、B、C的能量总和为110620%=2105(kJ),则C 的能量为2105-2104-2.5104=1.55105(kJ),故A只捕食C时,A的能量值为1. 5510520%=3.1104(kJ)。(3)摄入量-粪便量=同化量,同化量-呼吸量=用于,生长、发育和繁殖的能量,故图3中A为同化量,B为用于生长、发育、繁殖 的能量。C为分解者利用的能量。当生态系统处于稳定状态时,种群数量 一般处于K值,此时出生率=死亡率。 答案 (1)大气中的二氧化碳库 生产者 (2)3.1104 kJ (3)蛙同化的能量 用于蛙生长、发育、繁殖的能量 分解者利用的能量 K 出生率=死亡率,1-1 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.该生态系统的成分包括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:ADEB D.E每增加1 kg的体重,至少需要25 kg的A 答案 D 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CO2库,A项 错误;生态系统的成分包括所有生物和非生物的物质和能量,所以还必须包 括E,B项错误;B是分解者,不参与食物链的组成,C项错误;按最高能量传递 效率计算,E每增加1 kg的体重,至少需要A为120%20%=25(kg)。,1-2 (2014云南师大附中月考,44)图为某生态系统的碳循环示意图,图 为该生态系统中部分生物构成的食物网,回答下列有关的问题。,(1)图中构成生物群落的是 ,与CO2从无机环境进入生物群落有,关的生理活动主要是 。其中过程表示 作 用,大气中CO2的来源除了图中所示之外,还可来自于 。 (2)图中有 条食物链,处于最高营养级的是 。丙和丁的关系 是 。该食物网中,若生产者固定的总能量为1108 kJ,能量传递效 率按10%20%计算,则最高营养级至少能获得 kJ的能量。 (3)若由于某种原因,造成图中某种绿色植物的数量锐减,该生态系统中其 他生物的数量发生了较大波动后又逐渐趋于稳定,说明生态系统具有 能力,这种能力是通过 调节来实现的。 答案 (1)ABDE 光合作用 分解者的分解 化石燃料的燃烧 (2)4 戊 捕食和竞争 1104,(3)自我调节 负反馈 解析 (1)生物群落包括生产者(A)、消费者(D、E)和分解者(B);大气中 CO2除来自生物的呼吸作用外,还可来自化石燃料的燃烧。(2)最高营养级 戊从最长食物链(甲乙丁丙戊),并且以10%传递效率计算获得的 能量最少,即1108(10%)4=1104(kJ)。(3)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。,突破二 生态系统的稳定性 1.生态系统稳定性的内容 (1)结构的相对稳定:体现在各组成成分的相对稳定和生物种间关系的相 对稳定。 (2)功能的相对稳定:生态系统物质和能量的输入与输出达到平衡。可用 下图来表示:,2.反馈调节的种类,1.判断正反馈、负反馈调节的方法 (1)依据:从调节后的结果与原状态之间的变化分析。 (2)方法:调节后 2.简单记忆生态系统的稳定性 (1)“抵抗干扰,保持原状”抵抗力稳定性。 (2)“遭到破坏,恢复原状”恢复力稳定性。 3.抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性的关系,(1)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。 (2)y表示一个外来干扰使生态系统功能偏离这一范围的大小,偏离的大小 可以作为抵抗力稳定性的定量指标,偏离大说明抵抗力稳定性弱;反之,抵,抗力稳定性强,如热带雨林与草原生态系统相比,受到相同干扰,草原生态 系统的y值要大于热带雨林的y值。 (3)x可以表示恢复到原状态所需的时间:x越大,表示恢复力稳定性越弱,反 之,恢复力稳定性越强。 (4)TS表示曲线与正常范围之间所围成的面积,可作为总稳定性的定量指 标,这一面积越大,即x与y越大,则说明这个生态系统的总稳定性越低。,典例2 广州南沙区拥有200多公顷的湿地面积,是多种候鸟南下过冬的重 要栖息地,被誉为广州的“南肾”。但是近年来多项大型石油化工项目落 户南沙,引起环保专家对南沙自然环境的关注。下列有关叙述不正确的是 ( ) A.湿地生态系统由于工业污水的排放,受到很大的污染,距排污口越近的水 体中溶解氧越多,N、P等无机盐也越多 B.负反馈调节是湿地生态系统自我调节能力的基础 C.由于污染而死亡的鱼腐烂后会加重污染并导致更多鱼类死亡属于正反 馈调节 D.南沙湿地生态系统如果遭受严重破坏,物种数可能大量减少,抵抗力稳定,性降低 解题关键 解析 该污染为有机污染,距排污口越近的水体中有机物越多,分解有机 物的微生物也越多,溶解氧越少,A错误。 答案 A,2-1 特大雨雪冰冻灾害来临时,苗木被冻死现象非常普遍。该灾害还留下 森林病虫害、森林火灾及泥石流等次生灾害隐患。 (1)森林中苗木大量被冻死,意味着食物链中被破坏的成分是 。 (2)灾害中留下森林病虫害的次生灾害隐患,最可能是因为食物链中 营养级已被破坏,相关的食物链是 。 (3)冰冻受灾的地区常是我国森林资源最丰富的地区,在受灾之前这里的森 林生态系统处于 状态,请从生态系统稳定性的角度简要分析保持这 种状态的原因。 (4)请给冰冻受灾的地区提出两条恢复森林生态系统稳定性的建议。 答案 (1)生产者,(2)第三 植物昆虫食虫鸟 (3)相对稳定 因为生态系统具有自我调节能力,在一定的限度内,生态系统 即使受到外界干扰也会通过自我调节而保持相对稳定状态。 (4)建议:积极植树造林;禁止滥砍滥伐;教育人们要爱护树木。(任意 两条即可) 解析 (1)苗木能进行光合作用,制造有机物,在食物链中是生产者。(2)受 灾后森林有病虫害隐患,最可能是因为食虫鸟在雨雪灾害中被冻死,相关的 食物链是:植物昆虫食虫鸟,食虫鸟为第三营养级。(3)正常的森林生 态系统具有自我调节能力,当受到的外界干扰不超过一定限度时,生态系统 会很快恢复,保持相对稳定状态;但若外界干扰超过一定限度,则生态系统,恢复起来会很难,甚至不能恢复。(4)生态系统中的组分越多,食物网越复 杂,其稳定性越强。对于受灾后的森林来说,要增加生态系统的组分需先增 加生产者(苗木)的数量。,2-2 图1中,两条虚线之间的部分表示生态系统稳定性的正常范围,y表示 一个外来干扰使之偏离这一范围的大小;x表示恢复到原状态所需的时 间。据图作答:,图1,(1)生态系统稳定性的基础是自我调节能力, (填“正”或“负”) 反馈调节是该能力的基础。 (2)对a,b两个生态系统施加相同强度的干扰,若yayb,则这两个生态系统的 恢复力稳定性的关系为a (填“”、“”或“=”)b。 (3)图2为a生态系统中某高等生物细胞的部分生理过程示意图。该生物在a,图2,生态系统中的成分是 ,在能量流动中所起的作用是 。若过程发生而过程不发生,则此时的外界 条件是 。当细胞中有过程发生而没有过程发生时,该细胞处于 的生理状态是 。 (4)环境污染是影响生态系统稳定性的因素之一。研究环境污染物对生物 的影响,可用于生态风险评估。进行生态风险评估时,要计算出一个风险商 数(RQ),若RQ1显示污染物对生物的健康只构成低风险,RQ1则显示污 染物可能对生物有害。根据表中的RQ值,分析污染物对表中哪些生物生存 存在威胁? ,这会使生态系统的抵抗力稳定性降低。,答案 (1)负 (2) (3)生产者 把太阳能固定在所制造的有机物中 黑暗 光合作用强度小 于或等于呼吸强度 (4) B、D 解析 (1)生态系统稳定性的基础是自我调节能力,负反馈调节是生态系 统自我调节能力的基础。(2)在相同强度的干扰下yayb,表明a生态系统受 到的影响更大,其抵抗力稳定性低则其恢复力稳定性高。(3)分析图2,表 示光合作用、为呼吸作用、为氧气排出细胞外,这说明该生物是生产 者,可通过光合作用把太阳能固定在所制造的有机物中。黑暗环境中,植物,只进行呼吸作用不能进行光合作用。当光合作用发生而氧气不排出细胞 外,则光合作用强度小于或等于呼吸强度。(4)分析表格数据发现,B、D生 物RQ1,污染物可能对B、D生物有害。,
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