第29讲 生态系统的功能
高考生物专题课件
一、生态系统的能量流动
1.概念理解
?
必备知识
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.能量传递效率
相邻两个营养级的能量传递效率=?×100%。一般能量
传递效率为10%~20%。
6.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????。
1.概念
(1)物质:组成生物体的?????化学元素????,如C、H、O、N、P、S。
(2)循环范围:?????生物群落????和?????无机环境????之间。
(3)循环特点:具有?????全球性????。
二、生态系统的物质循环
2.碳循环
(1)在无机环境与生物群落之间主要是以?????CO2????形式循环。
(2)在生物群落内:以?????含碳有机物????形式沿?????食物链和食物网????
传递。
3.温室效应
(1)形成原因:大量化石燃料的燃烧,导致大气中的?????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。
三、生态系统的信息传递
1.信息的种类、特点及来源(连一连)
?
?????A—丙—b—Ⅲ B—甲—c—Ⅰ C—乙—a—Ⅱ????
项目
内容
在生态系统
中的作用
个体水平:?????生命活动????的正常进行,离不开信息的作用
种群水平:生物种群的?????繁衍????,也离不开信息的传递
群落和生态系统水平:调节生物的?????种间关系????,维持生态系统的稳定
在农业生产
中的应用
提高?????农产品????或者畜产品的产量;对?????有害动物????进行控制
2.信息传递的作用及应用
?
1.森林中生产者积累有机物的能量总和,即为输入该生态系统的总能
量。?( ? )
2.兔吃草后排出的粪便中的能量是兔同化量的一部分。?( ? )
3.田鼠和鼬都是恒温动物,同化的能量中一部分用于生长、发育和繁殖
等生命活动,其余在呼吸作用中以热能形式散失。?( √ )
4.由于散失的热能不能被生产者再固定,且食物链中捕食与被捕食的关
系不可逆转,所以生态系统的能量流动是单向的。?( √ )
5.防治稻田害虫,可提高生产者和消费者之间的能量传递效率。?( ? )
6.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。( √ )
7.无机环境中的物质可以通过多种途径被生物群落反复利用。?( √ )
8.减少化石燃料的燃烧和大力植树造林都可以有效地缓解温室效应。
( √ )
9.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。?( √ )
10.光合作用推动碳循环过程,促进了生物群落中的能量循环。?( ? )
?
11.用性外激素专一诱捕卷叶螟,短期内褐飞虱(卷叶螟的天敌)的种群密
度会下降。?( √ )
12.成年大熊猫经常用尿液和肛腺的分泌物在岩石或树干上进行标记,
这种行为传递的信息类型属于化学信息。?( √ )
13.生态系统中的信息传递和能量流动一样都是单向的。?( ? )
14.生态系统的信息传递只能在生物与生物之间发生。?( ? )
15.羊和草之间的信息传递有利于调节生物的种间关系,以维持生态系统的稳定。?( √ )
突破1 生态系统的能量流动
?
1.生态系统的能量流动过程
?
深化突破
流入每一营养级的能量去向可从以下两个角度分析:
(1)定量不定时分析:流入某一营养级的一定量的能量,在足够长的时间内的去路有三条:①自身呼吸作用消耗;②流入下一营养级;③被分解者分解利用。但这一定量的能量不管如何传递,最终都以热能形式从生物群落中散失,只有生产者源源不断地固定太阳能,才能保证生态系统能量流动的正常进行。
(2)定量定时分析:流入某一营养级的一定量的能量,在一定时间内的去路可有四条:①自身呼吸作用消耗;②流入下一营养级;③被分解者分解利用;④未被自身呼吸作用消耗,也未被下一营养级和分解者利用,即“未利用”。如果是以年为单位研究,第四部分的能量将保留到下一年。
?易错辨析???①最高营养级的能量去路,少了传递给下一营养级这一途径。
②分解者分解作用的实质仍然是呼吸作用。
③流经各营养级的总能量:对生产者而言强调关键词“固定”而不能说
“照射”,对各级消费者而言强调关键词“同化”而不能说“摄入”。
能量金字塔
数量金字塔
生物量金字塔
形状
?
?
?
特点
正金字塔形
一般为正金字塔形,但可能出现“倒置”,如“树→昆虫→鸟”
一般为正金字塔形
象征
含义
能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性
一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减
生物量沿食物链逐级递减
2.生态金字塔
不同的生态金字塔能形象地说明各营养级与能量、生物量、数量之间
的关系,是定量研究生态系统的直观体现。
1.利用“拼图法”巧解能量流动问题
(1)输入第一营养级的能量(W1),即生产者的同化量被分为两部分: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)。而后一部分能量中包括现存的植物
体B1、流向分解者的C1、流向下一营养级的D1。
?
(2)第一营养级到第二营养级的能量传递效率=(D1/W1)×100%,第二营养
级到第三营养级的能量传递效率=(D2/D1)×100%。
2.关于生态系统中能量流动的计算问题
(1)一般能量的传递效率为10%~20%。
(2)能量传递效率的计算方法:相邻两营养级之间的能量传递效率=某营
养级的同化量÷上一营养级的同化量×100%。
(3)能量传递的最值计算
a.已知低营养级求高营养级
获得能量最多?
获得能量最少?
b.已知高营养级求低营养级
需最多能量?
需最少能量?
?
考向1 以基础判断、实例分析的形式,考查能量流动的过程及特点
1.我国谚语中的“螳螂捕蝉,黄雀在后”体现了食物链的原理。若鹰迁
入了蝉、螳螂和黄雀所在的树林中,捕食黄雀并栖息于林中。下列叙述
正确的是?( C )
A.鹰的迁入增加了该树林中蝉及其天敌的数量
B.该生态系统中细菌产生的能量可流向生产者
C.鹰的迁入增加了该生态系统能量消耗的环节
D.鹰的迁入改变了该生态系统能量流动的方向
解析 根据题意可写出食物链:植物→蝉→螳螂→黄雀→鹰。鹰的
迁入延长了食物链,使能量消耗的环节(营养级)增加,但没有改变能量流
动的方向,C正确、D错误;鹰的迁入使黄雀的数量减少,导致黄雀的食物
螳螂的数量增多,进而导致蝉的数量减少,A错误;细菌产生的能量大多
以热能的形式散失,不能流向生产者,B错误。
考向2 以实例分析的形式,考查能量流动过程及相关计算
2.(2018北京海淀期末)如图为某人工鱼塘食物网及其能量传递示意图
(图中数字数值,单位是J·m-2·a-1),下列叙述错误的是?( B )
?
A.该食物网中最高营养级为第六营养级
B.该食物网中第一到第二营养级的能量传递效率为25%
C.太阳鱼呼吸作用消耗的能量为1 357 J·m-2·a-1
D.该食物网中的生物与无机环境共同构成一个生态系统
解析 该食物网中最长的食物链为:浮游植物→浮游动物→幽蚊
幼虫→太阳鱼→鲈鱼,最高营养级为第五营养级;该食物网中第一营养
级到第二营养级的能量传递效率为(3 780 J·m-2·a-1+4 200 J·m-2·a-1)÷31 92
0 J·m-2·a-1×100%=25%;太阳鱼呼吸作用消耗的能量、流向分解者的能量
和未被利用的能量共计1 483 J·m-2·a-1-126 J·m-2·a-1=1 357 J·m-2·a-1;在食物
网中,能量单向流动,逐级递减。
3.(2018北京海淀期末)科学家对生活在某生态系统的一个蜘蛛种群的
能量进行定量分析,得出了能量流经这种肉食动物的有关数据(能量以
种群的质量表示),如下图所示。下列叙述错误的是?( )
A.在食物链中,蜘蛛至少位于第三营养级
B.蜘蛛吃下的未被蜘蛛同化的能量属于上一营养级同化量中的一部分
C.图中X代表用于蜘蛛生长、发育和繁殖的能量
D.根据图中的数据可以计算出猎物种群与蜘蛛间的能量传递效率
答案????D
解析 蜘蛛为肉食动物,因此在食物链中,蜘蛛至少位于第三营养级,A正确;蜘蛛吃下的未被蜘蛛同化的能量属于上一营养级同化量中的一部分,B正确;蜘蛛同化的能量,除了一部分用于呼吸消耗外,余下的用于蜘蛛的生长、发育和繁殖,因此图中X代表蜘蛛用于生长、发育和繁殖的能量,C正确;能量传递效率指的是相邻两个营养级之间同化量的比值,不只是两个种群,D错误。
考向3 以示意图分析的形式,考查生态金字塔的识别和分析
4.图a、b分别为农村和城市生态系统的生物量(生命物质总量)金字塔
示意图。下列叙述正确的是?( A )
A.两个生态系统均可通过信息传递调节种间关系
B.两个生态系统的营养结构均由3个营养级组成
C.城市生态系统不具有自我调节能力,抵抗力稳定性低
D.流经两个生态系统的总能量均是其植物所固定的太阳能
解析 信息传递是生态系统的功能之一,生态系统均可通过信息传
递调节种间关系;图示两个生态系统不一定只有3个营养级;所有生态系
统均具有自我调节能力,城市生态系统自我调节能力较弱,抵抗力稳定
性较低;城市生态系统生产者较少,需外界输入大量能量,故流经城市生
态系统的总能量包括生产者固定的能量和外界输入的能量。
5.(2018江苏单科)某城市河流由于生活污水和工业废水的排入,水质逐
渐恶化。经过治理后,河水又恢复了清澈。图1表示该河流的能量金字
塔(甲、乙、丙为3种鱼,丁为1种水鸟,甲不摄食藻类,箭头指示能量流动
方向),图2表示部分能量流动关系(图中数字表示同化的能量)。请回答
下列问题:
图1
图2
(1)图1所示食物网中,遗漏了一条能量流动途径,该条途径是 ????
????。
(2)图1所示食物网中,次级消费者是 ????,丁与丙之间的种间关
系是 ????。
(3)根据图1分析,除了图2中已经标出的能量去向之外,乙的能量去向还
有 ????。
(4)结合图2分析,图1所示食物网中第一营养级到第二营养级能量的传
递效率 ????(在“大于”“小于”或“等于”中选择)7.6%。
(5)经检测,水体中含有某种可被生物富集的农药,推测此农药含量最高
的物种是 ????。
(6)从生态学角度解释,污染物排放导致水质恶化的主要原因是 ????
????。
答案 (1)水草→甲→丁
(2)丙和丁 捕食和竞争
(3)传递给丙、自身呼吸作用以热能形式散失
(4)大于
(5)丁
(6)河流生态系统自我调节(自我修复)能力有限
解析 (1)生态系统中的能量沿着食物链(网)流动。图中第二营养级中的甲的能量可以流向第三营养级丙、丁,图中遗漏的能量流动途径是水草→甲→丁。(2)次级消费者属于第三营养级,图中属于第三营养级的生物有丙、丁。(3)生态系统的能量流动中,初级消费者(乙)的能量有三个去向,一是自身呼吸作用以热能的形式散失,二是流向下一营养级(丙和丁),三是被分解者分解利用。(4)第二营养级包括甲和乙,第一营养级到第二营养级的能量传递效率为(甲+乙)/25 000,甲同化的能量未知,乙同化的能量为1 900 kJ,故第一、二营养级的传递效率大于7.6%(1 900/25 000×100%)。(5)被生物富集的农药在最高营养级中的含量最高,即丁中农药含量最高。(6)生态系统具有自我调节能力,但其自我调节能力是有一定限度的,当河流的污染物超过生态系统能自我调节的范围时,就会造成河流水质恶化。
突破2 生态系统的物质循环和信息传递
?
1.物质循环的实例——碳循环
(1)大气中的碳元素进入生物群落,是通过光合作用或化能合成作用完
成的。
(2)碳元素在生物群落与无机环境之间循环的主要形式是CO2;碳元素在
生物群落中的传递主要沿食物链和食物网进行,传递形式为含碳有机物。
(3)碳元素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
之间的传递是双向的,其他成分之间的传递都是单向的。
(4)通过碳循环过程理解生态系统的发育状态(不考虑人工排放CO2)
①若从大气进入生物群落的CO2量>从生物群落进入大气的CO2量,则生
态系统处于成长阶段;
②若从大气进入生物群落的CO2量≈从生物群落进入大气的CO2量,则
生态系统处于相对稳定阶段;
③若从大气进入生物群落的CO2量<从生物群落进入大气的CO2量,则生
态系统往往处于衰退阶段。
2.物质循环与能量流动的关系
项目
能量流动
物质循环
形式
以有机物为载体
无机物
特点
单向流动、逐级递减
循环往返
范围
生物群落
生物圈(全球性)
联系
二者同时进行、相互依存、不可分割
①能量的固定、储存、转移和释放,离不开物质的合成和分解
②物质是能量沿食物链(网)流动的载体
③能量是物质在生态系统中往复循环的动力
图示
?
3.生态系统的信息传递
(1)信息传递的存在范围
类别
概念
传递形式
实例
物理信息
生态系统中的光、声、温度、湿度、磁力等,通过物理过程传递的信息
物理过程
阳光、枪声、萤火虫的闪光、植物五颜六色的花
化学信息
生物在生命活动过程中,自身产生的可以传递信息的化学物质
化学物质
昆虫的性外激素、狗利用其尿液记路
行为信息
对于同种或异种生物能够通过其特殊行为传递的信息
动物的异常表现及特殊行为
昆虫的舞蹈、动物
的示威行为
(2)生态系统中信息的种类
?
碳循环典型模式图的分析方法
1.碳循环过程示意图:
?
2.将上图换成字母图,并尝试判断四种成分(找依据),如下面三种模式图:
?
图形解读:
①图1:先根据双向箭头确定A和B应为生产者和大气中CO2库,其中B有
多个内指箭头可判断B为大气中的CO2库,再根据A→D,C→D,确定D为
分解者,剩下C为消费者。
②图2:根据A与C之间的双向箭头及C有多个内指箭头判断A和C分别是
生产者和大气中的CO2库。根据A、B、D都有箭头指向E,可进一步判
断B是初级消费者,D是次级消费者,E是分解者。
③图3:首先找出二者之间具有双向箭头的两个成分即A和E,一个为生
产者,另一个是大气中的CO2库。又因为其他各个成分都有箭头指向A,
所以A为大气中的CO2库,E为生产者。然后观察剩余的几个成分,B、D、F、E都有箭头指向C,所以C是分解者,剩余的B、D、F则为消费者。
考向1 以基础判断、模式图分析的形式,考查对物质循环的理解
1.下图为生态系统碳循环示意图,图中A、B、C代表生态系统成分,数
字表示碳的流动。下列叙述正确的是?( B )
A.图中生产者、B、C、A构成了两条食物链
B.①②⑥⑦为CO2形式,③④⑤为有机物形式
C.③④⑤⑥⑦之和等于生产者同化的碳的总量
D.经③流向B的碳全部储存于B体内的有机物中
解析???题图中A为大气中的二氧化碳,B为消费者,C为分解者。食物
链中不包括分解者和非生物的物质,A错误;图中的②⑥⑦分别表示生产
者、分解者和消费者呼吸作用产生的二氧化碳,①表示生产者固定的二
氧化碳,③④⑤表示生物之间的有机物传递,B正确;③④⑤⑥⑦之和小
于生产者同化的碳的总量,C错误;生产者流向消费者的碳部分储存在B
的有机物中,还有部分用于呼吸作用,D错误。
2.(2018天津理综)为研究森林生态系统的碳循环,对西黄松老龄(未砍伐
50~250年)和幼龄(砍伐后22年)生态系统的有机碳库及年碳收支进行测
定,结果见下表。据表回答:
*净初级生产力:生产者光合作用固定总碳的速率减去自身呼吸作用消耗碳的速率
**异养呼吸:消费者和分解者的呼吸作用
(1)西黄松群落被砍伐后,可逐渐形成自然幼龄群落,体现了生态系统的 ????稳定性。
(2)大气中的碳主要在叶绿体 ????部位被固定,进入生物群落。幼龄西黄松群落每平方米有 ????克碳用于生产者当年的生长、发育、繁殖,储存在生产者活生物量中;其中,部分通过生态系统中 ???? ????的呼吸作用,部分转变为死有机质和土壤有机碳后通过 ???? ????的分解作用,返回大气中的CO2库。
(3)西黄松幼龄群落中每克生产者活生物量的净初级生产力 ????(大于/等于/小于)老龄群落。根据年碳收支分析,幼龄西黄松群落 ???? ????(能/不能)降低大气碳总量。
答案 (1)恢复力 (2)基质 360 消费者 分解者
(3)大于 不能
解析 (1)生态系统有抵抗力稳定性和恢复力稳定性,西黄松群落被砍
伐后,可逐渐形成自然幼龄群落,体现了生态系统的恢复力稳定性。
(2)大气中的碳主要在叶绿体基质部位被固定,进而被还原形成有机物进入
生物群落。幼龄西黄松群落每平方米中用于生产者当年的生长、发
育、繁殖,储存在生产者活生物量中的碳量等于生产者光合作用固定总
碳量减去自身呼吸作用消耗的碳量,即净初级生产力乘以1平方米(360
g/m2×1 m2=360 g)。储存在生产者活生物量中的碳量,部分通过消费者
的呼吸作用,部分转变为死有机质和土壤有机碳后通过分解者的分解作
用,返回大气中的CO2库。(3)根据表格可知:老龄群落中每克生产者活
生物量的净初级生产力为?≈0.037/年;幼龄群落中每克生产
者活生物量的净初级生产力为?≈0.25/年,所以幼龄群落中
每克生产者活生物量每年的净初级生产力大于老龄群落。根据年碳收
支分析:“收”即净初级生产力,“支”即异养呼吸,360<390,即“收”
小于“支”,所以幼龄西黄松群落不能降低大气碳总量。
考向2 以实例分析的形式或以过程图为载体,考查物质循环与能量流
动的关系及相关应用
3.下面是生态系统能量流动和物质循环关系的示意图。据图不能得到
的结论是?( )
?
A.物质作为能量的载体,使能量沿着食物链(网)流动
B.能量作为动力,使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返
C.能量①②③④的总和便是生产者所固定的太阳能总量
D.碳在营养级之间传递以有机物的形式进行
答案????C
解析 能量是物质循环的动力,物质是能量的载体,A正确;能量作为动力,使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返,B正确;生产者所固定的太阳能总量应是能量②加上生产者呼吸消耗的能量及流向分解者的能量,C错误;碳在营养级之间传递以有机物的形式进行,D正确。
4.(2018课标全国Ⅱ)大型肉食性动物对低营养级肉食性动物与植食性
动物有捕食和驱赶作用,这一建立在“威慑”与“恐惧”基础上的种间
关系会对群落或生态系统产生影响,此方面的研究属于“恐惧生态学”
范畴。回答下列问题:
(1)当某种大型肉食性动物迁入到一个新的生态系统时,原有食物链的
营养级有可能增加。生态系统中食物链的营养级数量一般不会太多,原
因是 ????
????。
(2)如果将顶级肉食性动物引入食物网只有三个营养级的某生态系统中,使得甲、乙两种植食性动物间的竞争结果发生了反转,即该生态系统中甲的数量优势地位丧失。假定该反转不是由于顶级肉食性动物的直接捕食造成的,那么根据上述“恐惧生态学”知识推测,甲的数量优势地位丧失的可能原因是 ???? (答出一点即可)。
(3)若某种大型肉食性动物在某地区的森林中重新出现,会减轻该地区野猪对农作物的破坏程度。根据上述“恐惧生态学”知识推测,产生这一结果的可能原因有 (答出两点即可)。
答案 (1)生产者固定的能量在沿食物链流动过程中大部分都损失了,
传递到下一营养级的能量较少 (2)甲对顶级肉食性动物的恐惧程度比
乙高,顶级肉食性动物引入后甲逃离该生态系统的数量比乙多 (3)大
型肉食性动物捕食野猪;野猪因恐惧减少了采食
解析 (1)生产者固定的能量在沿食物链流动过程中大部分都损失了,
传递到下一营养级的能量较少,相邻营养级间的能量传递效率大约是1
0%~20%,所以生态系统中食物链的营养级数量一般不超过5个。(2)顶
级肉食性动物引入后,甲的数量优势地位丧失,且不是由于顶级肉食性
动物的直接捕食造成的。根据“恐惧生态学”知识可推测,甲对顶级肉
食性动物的恐惧程度比乙高,引入顶级肉食性动物后,甲逃离该生态系
统的数量比乙多。(3)某种大型肉食性动物在森林中出现后,会减轻野
猪对农作物的破坏程度,可能是因为大型肉食性动物捕食野猪,从而减
少了野猪数量,也可能是因为野猪因恐惧该大型肉食性动物而减少了对
农作物的采食量。
考向3 以基础判断或实例分析的形式,考查信息传递的种类、特点以
及在农业生产中的作用
5.下图为生态系统信息传递模式图,下列相关叙述不正确的是?( )
?
A.信息传递是双向的,能量流动和物质循环也是双向的
B.生态系统的功能主要是能量流动和物质循环,还有信息传递
C.物质循环是生态系统的基础,能量是生态系统的动力,信息传递则决
定着能量流动和物质循环的方向和状态
D.生态系统各成分间都有各种形式的信息传递
答案????A
解析 能量流动的特点是单向流动、逐级递减,物质循环是反复的,
信息传递往往是双向的。
6.下列有关生态系统信息传递及其应用的叙述,不正确的是?( B )
A.动物的特殊行为可在同种或异种生物之间传递信息
B.生态系统中的信息传递和能量流动一样都是单向的
C.信息能够调节生物的种间关系,以维持生态系统的稳定
D.利用昆虫信息素诱捕或警示有害动物,以降低害虫的种群密度
解析 动物的特殊行为对于同种或异种生物来说能够传递某种信
息,即行为信息,A正确;生态系统中的信息传递往往是双向的,B错误;生
态系统信息传递有调节生物种间关系,维持生态系统稳定的作用,C正
确;利用昆虫信息素(化学信息)诱捕或警示有害动物,可降低害虫的种群
密度,D正确。
?
网络构建
核心构建
填充:①????生产者固定的能量???? ②????食物链(网)????
③????热能(形式) ④????单向流动(逐级递减)????
⑤????逐级递减(单向流动)???? ⑥????全球性(循环性)????
⑦????循环性(全球性)???? ⑧????生物群落???? ⑨????生物圈????
要语强记
1.一个过程
自然生态系统的能量来自生产者固定的太阳能,经食物链和食物网的传
递,最终以热能形式散失。
2.两大功能
(1)能量流动:能量流动是单向的;能量在流动过程中逐级递减,在两相邻
营养级之间传递效率大约只有10%~20%。
(2)物质循环:组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素,都不断进行着从无机环境到生物群落,又从生物群落到无机环境的循环过程,即生态系统的物质循环,具有全球性和循环流动的特点。
(3)能量流动和物质循环是生态系统的主要功能,两者同时进行,相互依存,不可分割,物质是能量流动的载体,能量是物质循环的动力。
3.三个去向
输入第一营养级能量的三个去向:一部分通过呼吸消耗以热能形式散失;一部分用于生产者自身生长、发育和繁殖,储存于有机物中。后者能量最终包括两个去向:①随残枝败叶被分解者分解;②被初级消费者摄入体内流入第二营养级。