课题34生态系统的稳态教师.docx
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课题34生态系统的稳态教师
课题34生态系统的稳态
[高考要求]
1、生态系统中的物质循环和能量流动的基本规律及其应用；（C）
2、生态系统中的信息传递；（A）
3、生态系统的稳定性。
（B）
[教学重点与难点]
生态系统中物质循环和能量流动的基本规律及其应用。
[教学课时]3课时
[复习内容]
一、生态系统的能量流动
生态系统的基本功能是进行物质循环、能量流动、信息传递。
一、生态系统中的能量流动
（一）概念：
生态系统中能量的输入、传递和散失的过程。
（二）过程
分析：
1、输入途径：
主要是生产者的光合作用。
2、起点：
从生产者固定太阳能开始，流经一个生态系统的总能量是生产者固定的全部太阳能。
3、渠道：
食物链和食物网。
4、能量流动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）
5、能量在食物链（网）中流动形式：
有机物中的化学能。
6、能量散失的主要途径：
细胞呼吸（包括各营养级生物本身的呼吸及分解者的呼吸）
7、能量在流经每一营养级时的分流问题
（1）能量来源
①生产者的能量来自太阳能。
②各营养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产生的能量一部分用于生命活动，另一部分以热能形式散失。
②每个营养级生物一部分能量流到后一个营养级中（注意：
最高营养级无此途径）。
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未被利用的能量（现存量：
最终去路是上述三个途径）
【特别提示】
消费者摄食的能量不是上一营养级流入该营养级的能量，流入该消费者的能量（同化量）=消费者摄食的能量－粪便中所含能量，粪便中所含能量属于上一营养级的遗体。
（三）特点：
1、特点
●单向流动：
生态系统内的能量只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向下一个营养级，不能逆向流动，也不能循环流动。
原因：
①在食物链中，相邻营养级生物吃与被吃的关系不可逆转。
②各营养级的能量大部分以细胞呼吸产生热能的形式散失掉，这些能量是无法再利用的。
●逐级递减：
能量在沿食物链流动的过程中，逐级减少，能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%-20%。
原因：
①每个营养级的生物都会因细胞呼吸消耗相当大的一部分能量，供自身利用和以热能形式散失。
②每个营养级中的能量都要有一部分流入分解者。
③每个营养级的生物总有一部分能量不能被下一营养级利用。
【特别提示】
（1）能量传递效率的计算
如某食物链
中，生物A到生物B的能量传递效率为：
。
若在食物网
中，则A传递给下一个营养级的的能量传递效率为：
。
（2）一条食物链中营养级一般不超过4-5个。
原因是：
能量传递效率为10%-20%，传到第4-5营养级时，能量已经很少了，再往下传递不足以维持一个营养级。
2、能量金字塔
（1）概念：
各个营养级单位时间内所得到的能量数值，由低到高绘制成图，可形成一个金字塔图形，叫做能量金字塔。
（2）意义：
从能量金字塔可以看出，在一个生态系统中，营养级越多，能量流动过程中消耗的能量就越多。
生态系统中的能量流动一般不超过4～5个营养级。
补充：
其他金字塔
（1）数量金字塔：
每一层表示各个营养级生物的个体数。
一般呈金字塔形。
（2）生物量金字塔：
每一层表示各个营养级生物的质量。
一般呈金字塔形。
【特别提示】
用数量金字塔或生物量金字塔来表示能量关系时，有时会出现倒置的情况（如下图）：
（四）研究能量流动的意义：
1、可以帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。
2、可以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。
如农田生态系统中，必须清除杂草、防治农作物的病虫害。
例1、下图表示生态系统的能量流动，请据图回答：
（1）将A、B、C、D各营养级的名称依次写在图中：
A．B．C．D．
（2）图中a1代表
（3）图中a2代表
（4）a3＜a2的原因是
答案：
（1）生产者初级消费者次级消费者三级消费者
（2）生产者所固定的全部太阳能
（3）从第一营养级流动到第二营养级的能量
（4）初级消费者呼吸作用消耗了大部分的能量，只有10％-20％的能量传递给次级消费者。
例2、下图是草原生态系统中的一条食物链及能量流动图解，回答问题。
（1）若狐获得的能量是8千焦，传递给狼的能量最多为______千焦，狼要获得该能量，草应供给这条食物链的能量至少为______千焦。
（2）图中各营养级通过A__________被消耗，通B________利用，而B又通过C__________被消耗。
答案：
（1）1.6200
（2）呼吸作用分解者呼吸作用
[变式训练1]、如右图，假如鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇，那么，鹰若增重20g：
（1）最多消耗_________g植物；
（2）最少消耗_________g植物。
答案：
（1）5600
（2）900
思考与讨论
我国古代就已发展出“桑基鱼塘”生产方式：
利用桑叶喂蚕，蚕沙（蚕粪）养鱼，鱼塘泥肥桑，在桑、蚕、鱼之间形成良性循环。
古人在设计这种农业生产方式时，不一定清楚其中的科学道理。
请从生态系统能量流动特点出发，分析这种设计的合理性。
提示：
“桑基鱼塘”的设计理念是从人类所需出发，通过能量多级利用，充分利用流经各营养级的能量，提高生产效益。
二、生态系统的物质循环
（一）概念：
在生态系统中，组成生物体的C、H、O、N、P、Ca等化学元素，不断进行着从无机环境到生物群落，再回到无机环境的循环。
（二）特点
1、全球性：
这里所说的生态系统是指地球上最大的生态系统——生物圈，其中的物质循环带有全球性，所以又称生物地球化学循环。
2、反复利用、循环流动：
物质循环不像能量流动那样单向流动、逐级递减，而是可以在无机环境与生物群落之间反复利用、循环流动。
（三）实例：
碳循环
1、过程：
小结：
（1）碳从无机环境进入生物群落的主要途径是光合作用（还有少量是化能合成作用）；
（2）碳从生物群落回到无机环境的主要途径有生产者和消费者的呼吸作用、分解者的分解作用、化石燃料的燃烧。
2、碳的存在形式：
碳在无机环境中主要以CO2和碳酸盐形式存在；碳在生物群落中以有机物的形式存在。
3、碳的循环形式
碳在生物群落和无机环境之间以CO2形式循环。
在生物群落中沿着食物链和食物网传递，传递形式为有机物。
4、温室效应
●成因：
煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧，使大气中CO2含量迅速增加，打破了生物圈中碳循环的平衡。
●结果：
导致气温升高，从而加快冰川融化，导致海平面上升。
●对策：
①保护和增加植被；
②开发清洁能源（如太阳能、水能、核能等），减少化石燃料的使用。
【特别提示】
（1）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。
（2）无机环境可接收各种生物（生产者、消费者、分解者）传回的碳。
（3）分解者可接收所有生产者、消费者传来的碳。
（4）在物质循环图中消费者可能不止一种，则有初级消费者、次级消费者、三级消费者……之分，它们与生产者构成食物链或食物网。
例3：
右图是碳循环的图解，请回答：
（1）从生态系统的成分看，A、B、C、D分别属于A___________、B___________、C___________、D___________。
（2）碳分别以______形式进入和离开生物群落。
（3）大气中的CO2进入生物群落主要依赖于[]_________。
（4）大气中的CO2的来源有____________（填序号），图中①②③表示________，⑤表示微生物的_________，⑥⑦表示_______，⑧表示_______。
（5）限制我国西北地区④过程总量的主要非生物因素______。
（6）⑧过程的加剧将产生__________现象。
（7）在生物群落中，碳元素是沿着__________和_________流动的。
答案：
（1）生产者、初级消费者、次级消费者、分解者
（2）CO2（3）④光合作用
（4）①②③⑤⑧呼吸作用分解作用捕食燃烧（5）水
（6）温室效应（7）食物链食物网
变式训练2．右图示生态系统碳循环示意图，图中D为大气，请据图回答问题：
（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、之间的流动是以形式进行的，在生态系统的各成分中，A为，B为。
（3）图中D～C过程是通过作用实现的，C～D过程是通过作用实现的，B～D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存在地层中，碳在生物群落与无机环境之间主要以的形式循环。
（5）碳循环的同时一定伴随着。
解析：
在生态系统中，碳元素主要以二氧化碳的形式在生物群落与无机环境之间循环，始终伴随着能量流动，而生态系统的能量流动是从绿色植物的光合作用开始的，并进入生物群落随食物链而流动。
生物群落中的碳是以二氧化碳的形式返回到大气中，但其中一部分碳则以化石燃料的形式储存于地层中。
答案：
（1）C生产者
（2）二氧化碳消费者分解者（3）光合呼吸分解
（4）化石燃料二氧化碳（5）能量流动
变式训练3．我国北方处于稳定状态的某森林生态系统，其碳循环如右图，箭头和字母分别表示碳元素的传递方向和转移量。
下列选项正确的是（A）
A.夏季,a﹥b﹢c﹢eB.秋季,e﹢f﹤g
C.春季,g﹦b﹢e﹢fD.冬季,d﹥c﹢f
解析：
我国北方的夏季昼长夜短，气温较高，生产
者同化作用占优势，生长较快，因此a﹥b﹢c﹢e；在秋季，植物的遗体、残枝、败叶相对增多，动物粪便增多，而土壤中的微生物数量相对稳定，由于气温变低，土壤中的微生物代谢变缓、繁殖变慢，因而e﹢f﹥g；在冬季，动物呼吸作用加强以维持体温，即d值增大，而动物可摄入的有机物相对减少，即c值减少，可能的关系是d﹢f≤c。
答案：
A
（四）能量流动与物质循环的关系
能量流动与物质循环是生态系统的主要功能，二者是同时进行的，彼此相互依存、不可分割。
1、能量的固定、储存、转移和释放都离不开物质的合成和分解过程。
2、物质作为能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动；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。
（五）生物富集
生物从周围环境中吸收并积累某种元素或难分解的化合物，使生物体内该物质的浓度不断增加的现象。
（生物富集常常伴随食物链而发生）
三、生态系统中的信息传递
1、信息的种类：
（1）物理信息：
生态系统中以物理过程为传递形式的信息。
包括声、光、热、电、磁等。
（2）化学信息：
生态系统中以代谢产物等化学物质传递的信息。
包括性外激素、告警外激素素等。
（3）行为信息：
生态系统中以生物的表现或动作传递的信息。
包括舞蹈、运动等。
（4）营养信息：
生态系统中以食物或养分传递的信息。
包括食物的数量等。
2、信息传递的作用
①生物个体生命活动的正常进行，离不开信息的作用。
如莴苣的种子必须接受某种波长的光信息，才能萌发生长。
②生物种群的繁衍，也离不开信息的传递。
如由昆虫体表腺体所分泌的性外激素，能引诱同种异性个体前来交尾。
③信息还能调节生物的种间关系，维持生态系统的稳定。
如当雪兔数量减少时，这种营养缺乏状况就会直接影响其捕食者猞猁的生存，猞猁数量的减少，也就是雪兔天敌的减少，由促进雪兔数量的回升。
3、信息传递在农业生产中的作用：
一是提高农、畜产品的产量。
如利用模拟的动物信息吸引传粉动物提高果树的传粉率和结实率。
二是对有害动物进行控制。
如喷洒人工合成的性外激素类似物干扰害虫交尾的环保型防虫法。
【特别提示】生态系统中三个基本功能的地位及特点
任何生态系统都具有能量流动、物质循环和信息传递功能，它们是生态系统的基本功能，三者密不可分，但各有不同。
能量流动：
生态系统的动力，是单向的。
生态系统的基本功能物质循环：
生态系统的基础，是循环的。
信息传递：
决定能量流动和物质循环的方向和状态，往往是双向的。
例题4．（2009汕头模拟）某生态系统的营养结构如下图所示。
有关的叙述中正确的是（C ）
A．①、②、③可能依次是植物、植食性昆虫、青蛙
B．①和②、②和③之间存在信息交流，①和③之间则没有
C．如按最高的能量传递效率计算，③通过该营养结构获得的能量大于①所含能量的1/25
D．该图反映了该生态系统的能量流动和物质循环
变式训练4．（2009滨州市第二学期质检）下面左图表示某生态系统的结构，“→”表示碳元素的流动方向,右图表示某植食性昆虫迁入该生态系统后的种群数量增长率变化曲线。
（1）该生态系统中属于分解者的是（填字母）。
该生态系统的结构包括
。
（2）左图中食物链上的相邻物种之间存在着捕食关系，相邻物种的某些个体行为与种群特征为对方提供了大量的有用信息，这说明信息传递在生态系统中的作用是
。
（3）右图中，在t1时期种群的年龄组成为型，在时期生态系统处于相对稳定状态。
t2后种群数量不再增长的原因是
。
习题3．
（1）C生态系统的成分、食物链和食物网
（2）能调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定
（3）增长t2资源和空间有限,种内斗争加剧,天敌增加。
四、生态系统的稳定性（基本按人教版）
1、生态系统稳态的概念：
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，称为生态系统的稳定性。
理解：
①结构上：
各种生物种类和数量保持相对稳定。
②功能上：
生态系统中的物质循环和能量流动处于输入与输出的动态平衡状态。
2、生态系统稳态的类型：
●抵抗力稳定性：
生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状（不受损害）的能力。
●恢复力稳定性：
生态系统在受到外界干扰因素的破坏后恢复到原状的能力。
3、生态系统维持稳态的原因：
（1）原因：
生态系统具有自我调节能力（和自我恢复能力）。
（2）判断：
物种数目越多，营养结构越复杂，自我调节能力越大，抵抗力稳定性越高。
附：
生态系统自我修复能力的大小取决于：
物种组成、营养结构、生物与生物以及生物与环境之间的关系等。
（苏教版）
4、调节机制：
负反馈调节。
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。
如：
在森林中，当害虫数量增加时，食虫鸟类由于食物丰富，数量也会增多，这样害虫种群的数量就会受到抑制。
5、生态系统稳态的相对性：
（1）原因：
生态系统的自我调节能力不是无限的。
（2）表现：
当一个生态系统受到大规模干扰或外界压力超过该生态系统自身更新和自我调节能力时，便可能导致生态系统稳定性的破坏、甚至引发系统崩溃。
6、提高生态系统的稳定性：
（1）一方面要控制对生态系统干扰的程度，对生态系统的利用应该适度，不应超过生态系统的自我调节能力。
（2）另一方面，对人类利用强度较大的生态系统，应实施相应的物质、能量投入，保证生态系统内部结构与功能的协调。
【特别提示】
以往认为，抵抗力稳定性与恢复力稳定性一般呈相反的关系，但这以看法并不完全合理。
例如，热带雨林大都具有很强的抵抗力稳定性，因为它们的物种组成十分丰富，结构比较复杂；然而，在热带雨林遭到一定强度的破坏后，也能较快的恢复。
相反，对于极地苔原，由于其物种组分单一，结构简单，它的抵抗力稳定性很低，在遭到过度放牧、火灾等干扰后，恢复的时间也十分漫长。
因此，直接将抵抗力稳定性与恢复力稳定性比较，可能这种分析本身就不合适。
如果要对一个生态系统的两个方面进行说明，则抵抗力稳定性看物种组成和营养结构，恢复力稳定性要看它们所处的环境条件，环境条件好，恢复力稳定性较高。
例5．下列有关生态系统稳定性的叙述，不正确的是（D）
A．生态系统具有自我调节能力，这是生态系统稳定性的基础
B．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
C．生物多样性对维持生态系统稳定性具有重要作用，体现了其间接价值
D．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
变式训练5．某研究所对一个河流生态系统进行了几年的跟踪调查，请根据相关调查材料回答问题。
（1）下图表示某种鱼迁入此生态系统后的种群数量增长率随时间变化曲线。
请分析回答：
种
群
增
长
率
t1t2t3t8时间
①下图中能反映鱼种群数量的变化曲线是
种群数量种群数量种群数量种群数量
时间时间时间时间
ABCD
②该鱼在t3时期后，种群数量变化是，主要原因是和。
③在t1时该种群的年龄组成可能为型。
④该鱼种群数量的变化规律体现了生态系统的调节
⑵这个河流生态系统的生物群落和无机环境之间通过和，能够较长时间的保持相对稳定，如果此时遇到轻度污染则对此生态系统不产生明显的影响，这是因为该生态系统具有；如果遇到严重污染，将导致大多数植物死亡，使河流内的氧浓度降低，其原因是；
最终水质恶化，水生动物也大量死亡，在这种条件下，异化作用类型为的微生物大量繁殖，将动植物尸体中的等有机物分解产生硫化氢、氨等气体。
解析：
⑴种群增长率与时间的关系曲线表明：
在一定时间范围内，种群增长率随时间的推移逐渐增加，超过这个时间范围，种群增长率随时间的推移会下降，直到种群增长率为零。
即单位时间种群个体数量不再增长，其原因是种群密度增大，种内斗争加剧，同时捕食者的数量增多，限制了种群个体数量的增加，也就是负反馈调节。
⑵生态系统之所以能保持相对稳定是生态系统中物质循环和能量流动达到一种动态平衡状态。
这样的生态系统本身具有自动调节能力，能够抵抗一定限度的外来干扰。
但是外来干扰超过一定的限度，生态系统的稳定性就会遭到破坏
答案：
⑴①B.②不再增长种内斗争加剧捕食者数量增多③增长④负反馈
⑵物质循环能量流动一定的自动调节能力植物大量死亡，光合作用产生的氧气减少，需氧型微生物通过呼吸作用消耗大量的氧气厌氧型蛋白质
五、【实验】设计和制作生态瓶，观察其稳定性
1、实验目的：
设计一个生态瓶，观察这一人工生态系统的稳定性。
2、基本原理
在有限的空间内，依据生态系统原理，将生态系统具有的基本成分进行组织，构建一个人工微生态系统是可能的。
要使人工微生态系统正常运转，在设计时还要考虑系统内不同营养级生物之间的合适比例。
应该注意，人工生态系统的稳定性是有条件的，也可能是短暂的。
3、实验材料：
透明的塑料瓶等，河水，细砂，水草，小鱼，螺蛳若干，胶带（或凡士林）。
4、实验步骤：
（1）瓶子处理：
将瓶子和瓶盖洗净。
（2）放砂注水：
在瓶中放入1cm厚的砂子，再加水至瓶子容积的4/5。
（3）投放生物：
待瓶内水澄清后，放入水草和小鱼，螺蛳。
（5）加盖封口：
瓶子加盖，并在瓶盖周围涂上凡士林。
（6）粘贴标签：
贴上标签，注明制作日期、制作者姓名等。
（7）放置瓶子：
将瓶子放在光线良好但避免阳光直射的地方。
5、注意事项：
①生态瓶必须是透明的，以便让里面的生物得到阳光，也便于观察。
②生态瓶要放在光线良好，但避免阳光直射的地方，以免水温过高导致生物死亡。
③生态瓶必须是密封的。
④生态瓶中投放的生物必须具有较强的生活力，它们之间要构成营养关系，数量比例要合理。
⑤生态瓶宜小不宜大，瓶中的水量应占其容积的4/5，以留出一定的空间，储备一定量的空气；
⑥研究结束前不要再随意移动生态瓶。
⑦观察要求
a.学生设计一份观察记录表，内容包括植物、动物的生活情况，水质情况（由颜色变化进行判断）及基质变化等。
b.定期观察，同时做好记录。
c.如果发现生态瓶中生物已经全部死亡，说明此生态系统的稳定性已被破坏，记录下发现时间。
d.依据观察记录，对不同生态瓶进行比较、分析，说明生态瓶中生态系统稳定性差异的原因。
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