【二轮学案】高考生物大概念升华课6　生态系统中的各种成分相影响，共同实现系统的物质循环、能量流动和信息传递，生态系统通过自我调节保持相对稳定的状态（含答案）

高考生物大概念升华课
6　生态系统中的各种成分相影响，共同实现系统的物质循环、能量流动和信息传递，生态系统通过自我调节保持相对稳定的状态
运用数学模型表征种群数量变化的规律，阐明种群数量变化受到内因和外因的影响，尝试从近期效应和远期效应分析或探讨人类活动对种群及环境的影响。
1．(2021·泰安高三模拟)某自然保护区内共同生活着两种鼠科动物：社鼠和中华姬鼠，它们均主要以嫩叶及种子为食，在春季还辅以部分土壤昆虫为食。林中的普通鵟会捕食鼠类，社鼠与中华姬鼠的种群数量变化如图1所示，图2为该地区小型地栖鼠丰富度沿海拔的变化。下列相关叙述正确的是(　　)
图1
图2
A．两种鼠之间为竞争关系，两者的K值在2016～2019年间均逐年降低
B．中华姬鼠的种群数量达到K/2值时，种内斗争最激烈，种群的增长速率也最大
C．在夏秋季，如果普通鵟体重增加1 kg，则最多需要消耗100 kg植物
D．该地区小型地栖鼠丰富度随海拔的升高而逐渐增大，中度海拔种群密度一定大于低海拔种群密度
C　[据图分析可知，两种鼠之间为竞争关系，在2016～2019年间社鼠的K值逐年降低，中华姬鼠的K值保持稳定，A错误；中华姬鼠的种群数量达到K值时，种内斗争最激烈，种群的增长速率为0，B错误；在夏秋季植物→鼠→普通鵟这条食物链中，如果普通鵟体重增加1 kg，最多消耗植物，则能量传递效率按10%计算，故最多需要消耗植物＝1÷10%÷10%＝100 kg，C正确；分析图2可知小型地栖鼠类丰富度随海拔的升高逐渐增大，在中度海拔达到最大，海拔进一步升高丰富度逐渐降低，且图中只能得知丰富度的大小，不能判断种群密度大小，D错误。]
2．(不定项)下图中甲和乙两条曲线代表两种生物数量Nt和一年后的种群数量Nt＋1之间的关系，直线p表示Nt＝Nt＋1，下列有关说法不正确的是(　　)
A．对于甲种群而言，B点时其种群数量表现为下降
B．对于乙种群而言，F点表示种群增长速率最快时其种群的数量
C．东北虎等珍稀濒危动物，容易灭绝，其变化曲线比较类似甲曲线
D．乙曲线可表示家鼠等繁殖力强的动物，在种群密度低时也能迅速回升
AB　[由分析可知：对于甲种群而言，B点时位于p曲线的上方，说明此时Nt＜Nt＋1，故种群数量表现为上升，A错误；对于乙种群而言，F点同时位于p曲线上，说明Nt＝Nt＋1，说明当年种群没有表现增长，就乙种群曲线分析可知，增长速率最快的时间为D点时，B错误；东北虎等珍稀濒危动物，繁殖率低，容易灭绝，其变化曲线比较类似甲曲线，C正确；乙曲线在Nt＜a时，Nt＋1>Nt，即在种群密度低时也能迅速回升，因此符合家鼠等繁殖力强的动物，D正确。]
运用结构与功能观、进化与适应观分析群落的形成和演替，举例说明不同类型群落的结构、特征及演替规律。
1．(不定项)(2021·滨州高三期末)草履虫主要以酵母菌和细菌为食，不同草履虫对食物和空间的需求有的重合度较高，有的差异较大，草履虫甲更喜食细菌。生态学家高斯利用富含酵母菌和好氧菌的培养液在试管中培养甲、乙、丙三种草履虫，研究其数量变化，部分实验结果如图所示。下列说法正确的是(　　)
甲和乙混合培养结果
图1
甲和丙混合培养结果
图2
A．若将甲、乙、丙单独培养，预期其增长曲线均为“S”形
B．甲、乙的食物和生活空间相似度较高，但甲竞争能力更强
C．甲、丙的食物和生活空间可能差异较大，丙更可能生活在上层
D．不同草履虫对食物和空间需求的差异有利于草履虫充分利用生态资源
AD　[若将甲、乙、丙单独培养，由于受到生存空间和食物资源的限制，预期其增长曲线均为“S”形，A正确；分析图1可知，甲、乙竞争激烈，可能是食物和生活空间相似度较高，由于培养后期，乙的数量高于甲，故乙竞争能力更强，B错误；由图2可推测甲、丙的食物和生活空间可能差异较大，由题意可知，草履虫甲更喜食细菌，而乙与甲的食物相似度高，故乙也应喜食细菌，则丙应更喜食酵母菌，由于酵母菌为兼性厌氧型，在试管的各个层次均有分布，所以丙不一定生活在上层，C错误；不同草履虫对食物和空间需求的差异，可减少不同草履虫之间的竞争，有利于草履虫充分利用生态资源，D正确。]
2．(不定项)(2021·连云港高三模拟)高山树线是树木分布的海拔上限，是气候变化对高寒生态系统影响的敏感指示器(如图1)。生态学家研究了全球变暖环境下树线之上植被厚度对树线上升幅度的影响(如图2)。下列叙述正确的是(　　)
图1
图2
A．生态学家可以通过调查不同样地内的植被类型，确定树线的上升幅度
B．影响树线之上和之下植被分布的因素是阳光，树线变化体现了群落的垂直结构
C．树线上升过程中，群落发生了次生演替，演替过程中输入该生态系统的总能量增加
D．目前调节碳循环却不能实现碳中和时，树线上升幅度大小与树线之上植被厚度呈负相关
ACD　[生态学家可以通过调查不同样地内的植被类型，确定物种的种类，从而确定树线的上升幅度，A正确；树线以上为高山灌丛和草甸，树线之下为森林，这种空间结构与地势起伏有关，影响树线之上和之下植被分布的主要因素是温度，B错误；树线上升过程中，群落发生了次生演替，演替过程中，树木越来越多，输入该生态系统的总能量增加，C正确；据图2分析可知，全球变暖环境下，树线之上植被厚度越大，树线上升幅度越小，即树线上升幅度大小与树线之上植被厚度呈负相关，D正确。]
运用结构分析法、模型方法、定量分析法等，分析生态系统的结构和功能，并对相关的生态学实践应用作出合理的分析和判断。
1．(不定项)(2021·济南高三模拟)某生态系统由甲、乙、丙、丁、戊5个种群(不包括分解者)形成一定的营养结构，食物网关系如图1，戊的食物有1/2来自乙，1/4来自丙，1/4来自丁，且能量从生产者到消费者的传递效率为10%，从消费者到消费者的能量传递效率为20%。下图2中的B表示种群乙同化的能量，其中①～⑦表示能量数值。下列说法错误的(　　)
图1
图2
A．图2中的C表示乙种群用于自身生长、发育和繁殖的能量，④的数值为同化量与呼吸散失量的差值
B．⑦表示乙种群粪便中有机物所含的能量
C．若戊体重增加20 g，需要消耗植物1 750 g
D．在生态系统的营养结构中，食物网可使每种生物都限定在一条食物链的固定位置上
CD　[图2中的C表示乙种群用于自身生长、发育和繁殖的能量，④的数值为同化量与呼吸散失量的差值，A正确；⑦＝乙摄入的能量－乙同化的能量，即表示粪便量，因此⑦表示乙种群粪便中有机物所含的能量，B正确；在甲→乙→戊食物链中，需要植物：1/2×20÷20%÷10%＝500；在甲→丙→戊食物链中，需要植物：1/4×20÷20%÷10%＝250；在甲→丙→丁→戊食物链中，需要植物：1/4×20÷20%÷20%÷10%＝1 250 g；所以共需要植物为：500＋250＋1 250＝2 000 g，C错误；在食物网中，各种动物所处的营养级并不是一成不变的，可以同时存在多种种间关系，如捕食和竞争，因此可以处于多个营养级上，D错误。]
2．我国农民发明了许多行之有效的生态农业生产经营模式。自明清时期起某地区就普遍存在“虫草稻—鸡鸭—鱼塘”农业生态系统，其模式如下图所示。回答下列问题。
(1)图中①属于生态系统组成成分中的_____________________________
______________________________________________________________。
(2)从生态系统能量流动的角度分析，图中鸡鸭粪便中的能量来自________(填序号)所同化的能量。
(3)塘泥富含有机物，许多地方都有“塘泥肥用，秋谷满仓”的说法，请运用物质循环的知识分析其中的科学道理。________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(4)该农业生态系统实现了废物资源化，使能量能更多被人类所利用，请据图举例说明__________________________________________________________
____________________________________________________________________
______________________________________________(写出两例)。
[解析]　(1)图中①为绿色植物，属于生态系统组成成分中的生产者。
(2)从生态系统能量流动的角度分析，图中鸡鸭粪便中的能量来自①生产者和④消费者所同化的能量。
(3)塘泥富含有机物，塘泥中的有机物在分解者的分解作用下转变为水稻需要的无机物，因此许多地方都有“塘泥肥用，秋谷满仓”的说法。
(4)该农业生态系统是人工生态系统，实现了废物资源化，使能量能更多被人类所利用，如水稻秸秆和杂草中的能量流入鱼、鸡、鸭；鸡、鸭粪便中的能量流入鱼。
[答案]　(1)生产者　(2)①④　(3)塘泥中的有机物在分解者的分解作用下转变为水稻需要的无机物　(4)水稻秸秆和杂草中的能量流入鱼、鸡、鸭；鸡、鸭粪便中的能量流入鱼
从生态系统具备有限自我调节能力的视角，预测和论证某一因素对生态系统的干扰可能引发的多种潜在变化。
1．(不定项)(2021·长沙雅礼中学高三模拟)几年前浏阳河起源地因生活污水、工业废水的排放及人类电鱼行为引起水体浮游藻类大量繁殖，出现水华。科研人员运用生物学相关原理对该段河流的水华进行治理。下列措施与原理都正确的是(　　)
A．禁止电鱼、保护鱼类等水生动物，可提高生态系统自我调节能力
B．定期定量打捞浮游藻类，可维持河流生态系统氮、磷等无机盐平衡
C．投放大量杀藻药物让浮游藻类从水体中消失，可维持氮、磷平衡
D．引入大量捕食浮游动物的本地鱼类，通过捕食关系可调节生态系统相对稳定
AB　[水华是由于淡水湖泊中浮游藻类大量繁殖引起，浮游动物及植食性鱼类都可以捕食浮游藻类，禁止电鱼，保护鱼类等水生动物属于保护生物多样性，能提高生态系统自我调节能力，A正确；定期定量打捞浮游藻类，能将浮游藻类吸收的氮、磷等无机盐输出河流，从而抵消了生活污水、工业废水中排放的氮、磷等无机盐，进而维持了河流生态系统氮、磷等无机盐平衡，B正确；投放大量杀藻药物让浮游藻类从水体中消失，不能从根本上解决污染问题，一方面杀藻药物会污染河流，另一方面浮游藻类死亡后被微生物分解，氮、磷等无机盐仍然在增加，C错误；引入大量捕食浮游动物的本地鱼类，会使浮游动物大量减少，浮游藻类被捕食减少，不利于维持生态系统相对稳定，D错误。]
2．(不定项)池塘养殖普遍存在饵料、鱼类排泄物、换水不及时等引起的水体污染现象，研究者设计了一种循环水池塘养殖系统(如图)。下列说法正确的是(　　)
A．与自然池塘相比，人工养殖池塘生态系统恢复力稳定性高
B．该生态塘内若栽植水生植物、放养滤食动物会增加水体中的N、P含量
C．水体富营养化会破坏生态系统稳态，这种调节方式为负反馈调节
D．人工养殖池塘水体的N、P含量容易升高，会引起水体的富营养化
AD　[与自然池塘相比，人工养殖池塘生态系统中生物种类和数量少，营养结构简单，自我调节能力弱，恢复力稳定性高，A正确；水生植物、滤食动物会净化水体，吸收水体中N、P，降低N、P含量，B错误；水体富营养化使藻类等浮游生物大量繁殖，死亡后被微生物分解，水体中微生物分解消耗大量的O2，导致水体中鱼虾等动物死亡，进一步加剧了污染，这种调节方式称为正反馈调节，C错误；人工养殖池塘水体的N、P等无机盐含量易升高，则水体中的浮游植物会大量繁殖，引起水体的富营养化，D正确。]
强化生命的系统观、结构与功能观、物质与能量观、稳态与平衡观，并运用这些观念分析自然界和社会中的一些问题，并提出人与环境和谐相处的合理化建议。
1．(2021·潍坊高三模拟)在助力“美丽乡村”建设中，科研人员对某地富营养化水体实施生态恢复，先后向水体引入以藻类为食的某些贝类，引种芦苇、香蒲等水生植物，以及放养植食性鱼类等。一段时间后水体基本实现了“水清”“景美”“鱼肥”的治理目标。下列叙述错误的是(　　)
A．美丽乡村建设过程中涉及的生物多样性直接价值大于间接价值
B．治理前的水体不能实现自我净化，说明其自我调节能力有一定限度
C．科研人员通过引入竞争、捕食等种间关系，抑制水体中藻类的生长繁殖
D．引种的芦苇、香蒲等生物导致该水体中的藻类优势被取代，属于次生演替
A　[美丽乡村建设过程中涉及的生物多样性直接价值小于间接价值，A错误。]
2．(不定项)(2021·石家庄高三质检)森林砍伐、修路和农业活动导致大熊猫栖息地被分割，使野生大熊猫面临着栖息地碎片化的局面。现有大熊猫被分割为33个孤立种群，其中24个种群具有较高的生存风险。下列叙述正确的是(　　)
A．由于栖息地碎片化，造成33个孤立种群间存在生殖隔离
B．对于小种群区域，可引入新个体增加种群数量和改善基因多样性
C．可修建栖息地走廊加强种群间的基因交流，从而改善基因多样性
D．恢复竹林并建立自然保护区，是提高大熊猫种群密度的最有效措施
BCD　[人类活动导致野生大熊猫栖息地碎片化，形成大小不等的区域，即野生大熊猫之间因地理隔离导致不能进行基因交流，但未必产生生殖隔离，A错误；对于小种群区域，可通过引入新个体增加种群数量并通过与原来种群个体之间的基因交流改善基因多样性，B正确；可修建栖息地走廊缓解地理隔离，从而加强种群间的基因交流，进而改善种群的基因多样性，C正确；恢复竹林并建立自然保护区，通过增加其食物资源，减少天敌，进一步改善大熊猫的生存环境，增加环境容纳量，是提高大熊猫种群密度的最有效措施，D正确。]
3．某科研小组对某重金属污染地区的单作桃园生态系统(种植单一品种桃树)进行了调查研究，并对其实施了植物修复技术，植物修复是通过绿色植物(如禾本科、豆科等超积累植物)从被污染环境中吸收一种或几种重金属，并将其转移、贮存到地上部分，从而降低环境中污染重金属的浓度，以达到修复被污染环境的目的。请回答下列问题：
(1)桃园生态系统不同地段分布有不同的生物类群，体现了群落的________。桃园生态系统的修复是否成功，最终主要看它的________是否能够长期保持稳定。
(2)研究发现，以桃叶上的害虫桃蛀蜈为食的捕食性蜘蛛体内重金属含量远大于其他生物类群，从食物关系的角度分析，捕食性蜘蛛体内重金属含量高的原因是______________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(3)科研小组选择适宜的大豆进行桃、豆间作，在增收两季大豆的情况下，桃园土壤中镉等重金属的浓度明显下降，且土壤肥力明显提升，试分析其原因可能是______________________________________________________________
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(4)桃叶害虫大规模爆发会对桃树造成极大危害，有人建议该桃园可适当放养一定数量的鸡。构建“桃园养鸡”的生态农业模式，请从能量流动和环境保护的角度分析“桃园养鸡”的生态学意义是______________________________
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____________________________________________________________________
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[解析]　(1)由于地形起伏的变化，在不同地段分布有不同的生物种群，这体现了群落的水平结构。生态系统总是朝着物种多样化、结构复杂化和功能完善化的方向发展，一个生态系统的修复是否成功，最终主要看该生态系统的结构与功能是否能够保持长期稳定。
(2)重金属大都是不易分解的，被消费者食用后，不易分解，残留在生物体内，当它被下一级消费者捕食后就直接转移到这一级消费者体内，依次被下一营养级转移和积累，所以营养级越高，食物链越多，重金属在其体内的积累就越多。
(3)土壤有机物积累，土壤腐殖质的质量下降原因应该是重金属污染导致土壤微生物的生物多样性及数量降低，其降解有机物能力下降。因为大豆吸收了重金属，而大豆与根瘤菌是互利共生关系，根瘤菌固氮使土壤肥力增加。
(4)“茶园养鸡”调整了能量流动关系，使能量持续、高效地流向对人类最有益的部分。而且鸡群在园内活动取食，较为有效地控制了病虫杂草的危害，减少了防治用药，不仅可有效降低生产成本，更是减轻了因化肥、农药的使用对环境污染的负荷，具有良好的生态学意义。
[答案]　(1)水平结构　结构和功能　(2)蜘蛛所处营养级高，重金属难分解，沿着食物链积累　(3)大豆吸收了重金属，而根瘤菌固氮增加了土壤肥力　(4)“桃园养鸡”的生态学意义是调整了能量流动关系，使能量持续、高效地流向对人类最有益的部分。而且鸡群在园内活动取食，较为有效地控制了病虫杂草的危害，减少了防治用药，不仅可有效降低生产成本，更是减轻了因化肥、农药的使用对环境污染的负荷，具有良好的生态学意义
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