第9单元 第29讲 生态系统的结构和功能.docx
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第9单元第29讲生态系统的结构和功能
第29讲 生态系统的结构和功能
单科命题
备考导航
核心素养解读
命题趋势
（1）讨论某一生态系统的结构
（2）分析生态系统中的能量流动的基本规律及其应用
（3）调查或探讨某一生态系统中的能量流动
（4）分析生态系统中的物质循环的基本规律及其应用
（5）举例说出生态系统中的信息传递
（1）通过设计并制作生态瓶,分析生态系统的结构和功能,形成结构与功能相适应的观点
（2）分析生态系统能量流动与物质循环的过程和特点,形成物质与能量观、结构和功能观,能够更加科学有效地利用生态系统中的资源
（3）举例说明信息传递的作用,讨论生态系统的信息传递在生产实践中的应用
◆题型内容:
常结合食物网和食物链模型,对能量流动、物质循环和信息传递进行考查,其中能量流动图解分析与计算是重点
◆考查形式:
多考查生态系统的营养结构分析及能量流动过程、特点及分流问题剖析,主要为选择题
考点一 生态系统的结构
1.生态系统的概述
（1）概念:
生态系统是由 生物群落 与它的 无机环境 相互作用而形成的统一整体。
（2）范围:
有大有小,地球上最大的生态系统是 生物圈 。
（3）结构:
由 组成成分 和 营养 结构（食物链和食物网）构成。
（4）功能:
进行 物质循环、能量流动、信息传递 。
2.生态系统的组成成分
（1）各成分的作用及地位
成分
非生物的
物质和能量
生产者
消费者
分解者
类型
阳光、热能、水、空气、无机盐等
自养 生物,主要是绿色植物
异养生物,主要是动物
主要是营 腐生 生活的细菌和真菌
作用
生物群落中物质和能量的根本来源
将无机物转化为有机物,并将能量储存在有机物中
加速生态系统的物质循环
分解动植物的 遗体和动物的排泄物
地位
生态系统的必需成分
生态系统的 基石
生态系统最活跃的成分
生态系统的关键成分
（2）相互关系
生产者 和 分解者 是联系生物群落和无机环境的两大“桥梁”。
3.生态系统的营养结构
（1）食物链
①概念:
生态系统中各生物之间由于 食物 关系形成的一种联系。
②特点:
生产者 为第一营养级,消费者所处营养级不固定,一般不会超过 5 个营养级。
食物链只包含生产者和消费者。
（2）食物网
①概念:
在一个生态系统中,许多食物链彼此相互交错连接成的复杂营养结构。
②形成原因:
生态系统中,一种绿色植物可能是多种植食性动物的食物,而一种植食性动物既可能吃 多种植物 ,也可能被 多种肉食性动物 所食。
③功能:
是生态系统 物质循环和能量流动 的渠道。
④特点:
同一种消费者在不同的食物链中,可以占据不同的 营养级 。
1.一个完整的生态系统应包括生物群落及其无机环境。
（√）
2.自养型生物一定都是生产者;腐生型生物一定都是分解者;生产者一定处于第一营养级。
（√）
3.生产者、分解者是联系非生物的物质和能量与生物群落的桥梁,其中生产者是生态系统的基石。
（√）
4.在食物链中,食物链的起点总是生产者,占据最高营养级的是不被其他动物捕食的动物。
（√）
5.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。
（✕）
6.生态系统的食物链中营养级越高的生物,其体型必然越大。
（✕）
7.食物网中两种生物间只能有一种种间关系。
（✕）
8.食物链和食物网是生态系统能量流动和物质循环的主渠道,是生态系统维持相对稳定的重要条件。
（√）
如图为某草原生态系统食物网,请思考:
（1）图示食物网中包括几条食物链?
其中猫头鹰占有的营养级是?
（2）青蛙与蜘蛛之间是什么关系?
（3）此食物网中若蛇的数量减少,而猫头鹰的数量变化不明显的原因是?
（4）图示食物网中未包含的生态系统的成分是?
答案
（1）9。
第三、四、五、六。
（2）捕食和竞争。
（3）猫头鹰的食物来源较广泛,蛇的数量减少不会明显影响到猫头鹰数量的变化。
（4）非生物的物质和能量及分解者。
1.生态系统营养结构的分析
（1）图例
（2）分析
①每条食物链的起点都是生产者,终点是不被其他动物所食的动物,即最高营养级,分解者不出现在食物链（网）中。
②一种生物在某一食物链中的营养级别=消费者级别+1。
③同一种消费者在不同食物链中,可以占有不同的营养级,如狼分别是第三、第四营养级。
④在食物网中,两种生物之间的种间关系可出现多种,如狼和狐既是捕食关系,又是竞争关系。
2.食物链（网）中各营养级生物数量变动情况分析
（1）若处于食物链中第一营养级的生物（生产者）数量减少,整个食物链中的其他生物都会减少,简单记为:
“一级生物若减少,其他生物跟着跑”。
（2）“天敌”一方减少,短时间内被捕食者数量会增加,但从长时间来看,会先增加后减少,最后趋于稳定,简单记为:
“如果天敌患了病,先增后减再稳定”。
（3）若处于中间营养级的生物数量减少,则其他生物数量的变化视具体食物链而定:
“中间生物被捕杀,不同情况要分家”。
大体遵循如下思路:
①生产者数量相对稳定原则,即消费者某一种群数量发生变化时,一般不考虑生产者数量的增加或减少。
②最高营养级的生物种群数量相对稳定原则,即当处于最高营养级的生物种群的食物有多种来源时,若其中一条食物链中某种生物减少,该种群的数量不会发生较大变化。
③在食物网中,当某种生物因某种原因而数量减少时,对另一种生物数量的影响,沿不同的食物链分析结果不同时,应以中间环节少的为分析依据。
3.构建食物链（网）的方法
图1 图2
（1）根据图1构建食物链
①信息:
营养级越低,生物数量往往越多;营养级较低者,往往先出现波峰。
②食物链:
丁→乙→丙→甲。
（2）根据图2构建食物网
①信息:
能量逐级递减;若两种生物能量差距过小（不在10%~20%内）,则很可能位于同一营养级。
②食物网如图所示:
（3）根据重金属、农药的含量构建食物网
某相对稳定的水域生态系统中食物网主要有甲、乙、丙、丁、戊5个种群,各种群生物体内某重金属的含量如表所示。
已知水中的该重金属被生物体吸收后难以通过代谢排出体外。
假设在这5个种群构成的食物网中,消费者只能以其前一个营养级的所有物种为食。
种群
甲
乙
丙
丁
戊
重金属含量（μg/kg鲜重）
0.0037
0.0036
0.035
0.036
0.34
①信息:
重金属（农药、一些难于降解的物质）随着食物链富集,营养级越高,含量越高,甲、乙中重金属含量差别不大,所以处于同一营养级,同理,丙、丁处于同一营养级。
②食物网如图所示:
考向一 考查生态系统的四种成分及其联系
1.（2019辽宁辽南协作体一模）下列对于生态系统的成分的说法,正确的是（ ）
A.细菌都是生态系统中的分解者,是生态系统中最早出现的成分
B.蓝藻都是生态系统中的生产者,改变了原始地球上的气体组成
C.植物都是生态系统中的生产者,原始蕨类是最早的登陆生物
D.动物都是生态系统中的消费者,其存在能够加快生态系统的物质循环
1.
答案 B 细菌不都是生态系统中的分解者,如硝化细菌属于生产者,A错误;蓝藻能吸收二氧化碳进行光合作用,制造有机物并释放氧气,因此蓝藻是生态系统中的生产者,改变了原始地球上的气体组成,B正确;植物不都是生态系统中的生产者,如菟丝子属于消费者,C错误;动物不都是生态系统中的消费者,如蚯蚓属于分解者,D错误。
2.如图表示生态系统中的四种成分（甲、乙和丙、丁、戊所对应方框各代表一种成分）之间的关系,以下相关叙述中正确的是（ ）
A.甲、乙和丙所包含的所有种群构成群落
B.戊不一定是微生物
C.图中存在竞争关系的只有乙2和丙2
D.丁的含量增加将导致臭氧层被破坏
2.
答案 B 读图可知甲、丁为双向关系,且乙、丙、甲均指向戊,由此推断甲为生产者,乙、丙为消费者,丁为CO2库,戊为分解者,甲、乙、丙和戊包含的所有种群构成群落,A错误;分解者也可以是营腐生生活的蚯蚓、蜣螂等,B正确;乙1、丙1间也存在竞争关系,C错误;氟利昂等物质的大量排放,引起臭氧层破坏,D错误。
题后悟道·归纳
生态系统成分的判断方法
（1）根据生物类型判断生态系统的成分
①“自养型生物”=“生产者”,包括光能自养生物（如绿色植物和蓝藻等）和化能自养生物（如硝化细菌、硫细菌、铁细菌等）。
②“捕食异养或寄生异养型生物”=“消费者”,其不能直接把无机物合成有机物,而是以捕食或寄生方式获取现成的有机物来维持生活。
③“腐生异养型生物”=“分解者”,其是能把动植物的遗体、动植物的排遗物转变成无机物的腐生生物,也包括少数的动物（如蚯蚓等）。
（2）根据结构图判断生态系统的成分
如图所示,先根据双向箭头确定D、C为“非生物的物质和能量”和“生产者”,则A、B为消费者和分解者;再根据出入箭头数量的多少进一步判断,在D、C中指出箭头多的D为“生产者”,指入箭头多的C为“非生物的物质和能量”,最后根据D→A→B确定A为消费者、B为分解者。
考向二 考查食物链、食物网
3.（2020湖北部分重点中学联考）如图是某陆生生态系统食物网的结构模式图。
下列各项叙述中错误的是（ ）
A.此生态系统中有8条食物链
B.多种生物在食物链中占有不同营养级,使食物链交错连接形成食物网
C.在甲→丙→丁→辛这条食物链中,辛属于三级消费者、第四营养级
D.该图仅体现了生态系统成分中的生产者和消费者,未体现的成分是分解者
3.
答案 D 此生态系统中甲和戊是生产者,共有8条食物链,A正确;多种生物在食物链中占有不同营养级,如乙同时处于第二、第三和第四营养级,己同时处于第二和第三营养级,B正确;在甲→丙→丁→辛这条食物链中,辛属于三级消费者、第四营养级,C正确;该图仅体现了生态系统成分中的生产者和消费者,未体现的成分是分解者和非生物的物质和能量,D错误。
4.如图曲线表示某生态系统中三个不同种群的生长繁衍情况。
已知种群c是自养生物,下列说法不正确的是（ ）
A.该生态系统简单食物链可表示为c→b→a
B.种群b在第3~7年时间内个体数下降可能是a的增加和c的减少造成的
C.b和a的存在能加快该生态系统的物质循环
D.一定自然区域内,a、b、c三个种群中全部的生物构成生物群落
4.
答案 D 一定自然区域内,生物群落由生产者、消费者和分解者组成,a、b、c三个种群中不包含分解者,因此不能构成生物群落。
题后悟道·归纳
食物链变式模型的分析
下面图中,图1和图2都是以每个营养级中有机物多少为依据的,图1中的食物链是丙→甲→乙→丁;图2中的食物链是丙→丁→甲→乙;图3表示甲和乙之间为捕食关系,甲是被捕食者,乙是捕食者,在食物链中,甲是低营养级,乙是高营养级;图4表示的是生态系统的物质循环图解,A是生产者,B是消费者,C是分解者,D是非生物的物质和能量。
考向三 考查食物链或食物网中不同生物间数量变动制约关系
5.如果一个生态系统有四种生物,并构成一条食物链。
在某一时间分别测得这四种生物（甲、乙、丙、丁）所含有机物的总量,结果如图所示。
在一段时间内,如果乙的种群数量增加,则会引起 （ ）
A.甲、丁的种群数量增加,丙的种群数量下降
B.甲、丙、丁的种群数量均增加
C.甲、丁的种群数量下降,丙的种群数量增加
D.甲的种群数量下降,丙、丁的种群数量增加
5.
答案 D 营养级越高的种群,所含有的能量越少。
在该生态系统中,这四种生物构成的食物链是丙→甲→乙→丁。
如果乙的种群数量增加,则甲的种群数量下降,丙、丁的种群数量增加。
6.如图所示为某湖泊的食物网,其中鱼a、鱼b为两种小型土著鱼,若引入一种以中小型鱼类为食的鲈鱼,将出现的情况是（ ）
A.鲈鱼的产量不能弥补土著鱼的减少量
B.土著鱼在与鲈鱼的竞争中处于劣势
C.浮游动物总量锐减后再急升
D.浮游植物总量急升后再锐减
6.
答案 A 鲈鱼以土著鱼为食,由于能量传递是逐级递减的,故鲈鱼产量不能弥补土著鱼的减少量,A项正确;鲈鱼与土著鱼之间是捕食关系,B项错误;引入以中小型鱼类为食的鲈鱼后,土著鱼a、b的数量都下降,短期内浮游动物总量先上升后下降再趋于稳定,相应的浮游植物总量锐减后再上升最后趋于稳定,C、D项错误。
题后悟道·归纳
食物网中生物数量变化的分析与判断
（1）食物链的第一营养级生物减少,相关生物都减少。
（2）“天敌”减少,被捕食者数量增加,但随着其数量增加,种内斗争加剧,种群密度还要下降,直到趋于稳定。
（3）“中间”营养级生物减少的情况,举例如下:
若青蛙突然减少,则以它为食的蛇将减少,鹰过多捕食兔和食草鸟,从而导致兔、食草鸟减少,鹰不只捕食蛇一种生物,它还可以依靠其他食物来源维持数量基本不变。
考点二 生态系统的能量流动
1.能量流动的概念理解
2.能量流经生态系统的过程
（1）能量来源
（2）能量去向:
流入某一营养级（最高营养级除外）的能量可存在如下去向。
①通过自身 呼吸作用 以 热能 的形式散失;
②被 下一营养级 同化;
③遗体、残骸等中的能量被 分解者 分解利用;
④未被利用。
3.能量流动的特点及意义
（1）能量传递效率:
指相邻两个营养级之间同化量的比值。
（两相邻营养级间的能量传递效率一般为10%~20%）。
（2）能量流动的特点:
单向流动 、逐级递减。
（3）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.流经生态系统的总能量是生产者吸收的太阳能总量。
（✕）
2.生产者通过光合作用合成有机物时,能量就从非生物环境输入到了生物群落。
（√）
3.每一营养级生物的同化量就是从上一营养级摄入的能量。
（✕）
4.生产者中流动的能量不包括分解者消耗的能量。
（✕）
5.一种蜣螂专以象粪为食,则该种蜣螂最多能获取大象所同化能量的20%。
（✕）
6.由于能量在流动过程中逐级递减,所以营养级越高,该营养级的总能量及生物的数量就会越少。
（✕）
7.多吃肉食比多吃素食消耗的粮食总量更多。
（√）
8.生态系统中的能量可被多级循环利用,从而大大提高能量的利用率。
（✕）
9.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。
（√）
10.研究能量流动,可调整能量流动关系,使生产者固定的能量全部流向人类。
（✕）
下图表示甲、乙两个特定生态系统的能量金字塔,请思考:
（1）依据生态学原理,同样的玉米,哪种营养结构可养活更多的人口?
为什么?
（2）一个吃玉米的人所获得的能量一定比一个吃牛肉的人获得的能量多,对吗?
为什么?
（3）若土壤中含相同浓度的难降解污染物,则甲中的人与乙中的人体内污染物浓度哪个更高?
（4）请你结合能量金字塔,绘制数量金字塔、生物量金字塔,并简要说明。
答案
（1）甲种营养结构,因为乙种营养结构中人处于第三营养级,能量损耗加大,养活的人口少。
（2）不对。
甲、乙营养结构中“牛”“人”代表的是相应营养级环节,并非“一个人”。
（3）乙中更高。
（4）
1.能量流动概念模型解读
（1）第二营养级能量流动分析
①初级消费者摄入能量（a）=初级消费者同化能量（b）+粪便中的能量（c）,即动物粪便中的能量不属于该营养级同化能量,应为上一个营养级固定或同化能量。
②初级消费者同化能量（b）=呼吸消耗的能量（d）+用于生长、发育和繁殖的能量（e）。
③生长、发育和繁殖的能量（e）=分解者利用遗体、残骸的能量（f-c）+下一营养级摄入的能量（i）+未被利用的能量（j）。
（2）各营养级能量流动分析
①未被利用的能量:
包括生物每年的积累量和动植物残体以化石燃料的形式被储存起来的能量。
②一个营养级所同化的能量=呼吸消耗的能量+被下一营养级同化的能量+分解者利用的能量+未被利用的能量。
③动物同化的能量与摄入量之间的关系:
动物同化的能量=摄入量-粪便有机物中的能量,即摄入的食物只有一部分被同化。
④流入一个营养级的能量:
被这个营养级的生物所同化的全部能量。
2.能量流动的特点及原因
（1）单向流动的原因
①能量流动是沿食物链进行的,食物链中各营养级之间的捕食关系是长期自然选择的结果,是不可逆转的。
②各营养级通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落重复利用,因此能量流动无法循环。
（2）逐级递减的原因
①各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。
②各营养级的能量都会有一部分流入分解者,包括未被下一营养级生物利用的部分。
3.生态金字塔的类型及特点
项目
能量金字塔
数量金字塔
生物量金字塔
形状
每一阶
含义
每一营养级生物所含能量的多少
每一营养级生物个体的数目
每一营养级生物的有机物总量
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
一般生物有机物的总量沿食物链升高而逐级递减
特点
正金字塔
一般为正金字塔,但有时也会倒置,如成千上万只昆虫生活在一棵大树上时,该数量金字塔的塔形也会发生变化:
一般为正金字塔,但有时也会倒置,如浮游植物的个体小,寿命短,又不断被浮游动物吃掉,所以某一时间浮游植物的生物量可能低于浮游动物的生物量:
考向一 考查能量流动的过程及特点
1.（2019黑龙江哈尔滨第三中学二模）生态学家林德曼对赛达伯格湖的能量流动进行了定量分析,如图为能量流动图解。
图中数据的单位为J/（cm2·a）。
下列说法不正确的是（ ）
A.“未利用”中的能量会暂时性脱离该生态系统能量流动
B.生产者和植食性动物间存在信息传递
C.生产者流入分解者的能量为12.5J/（cm2·a）
D.肉食性动物尿液中的能量不属于其同化的能量
1.
答案 D 识图分析可知,“未利用”中的能量会暂时性脱离该生态系统能量流动,A正确;生产者为植食性动物提供食物,如草木返青为动物提供采食信息,而动物的采食又促进植物的生长,因此二者之间存在信息传递,B正确;根据图示分析可知,植食性动物取食获得的能量为18.8+29.3+12.6+2.1=62.8[J/（cm2·a）],则生产者流入分解者的能量为464.6-96.3-293-62.8=12.5[J/（cm2·a）],C正确;肉食性动物尿液中的能量（如尿素）属于其同化的能量,因为是由其同化到体内的物质代谢产生的,粪便中的能量不属于其同化的能量,D错误。
2.（2019云南师范大学附属中学高考适应性月考）某生态系统中只有草→兔→狐一条食物链。
图为该生态系统中能量流经兔时发生的部分变化过程,下列叙述正确的是（ ）
A.兔通过呼吸作用散失的热能包含于③中
B.兔的粪便被分解者分解后,兔同化的能量就流入分解者体内
C.分解者分解动植物遗体释放的能量,可被草固定后再次进入群落
D.兔和狐之间,能量只能单向流动,信息却能双向传递
2.
答案 D 兔通过呼吸作用散失的热能包含于②（同化量）中,A错误;兔的粪便被分解者分解后,生产者同化的能量就流入分解者体内,B错误;分解者分解动植物遗体释放出的能量,不能被草固定后再次进入生物群落,C错误;兔和狐之间,能量只能单向流动,信息却能双向传递,D正确。
题后悟道·易错
生态系统的能量流动中的易错点
（1）最高营养级能量去路只有流向分解者和呼吸消耗。
（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”。
（4）若系统中含有输入的有机物（饵料、有机污染物等）,则总能量=生产者固定的能量+输入有机物中的能量。
（5）某一营养级的能量去向
①不定时分析（三个去向）:
自身呼吸消耗、流入下一营养级（最高营养级除外）、被分解者分解利用。
②定时分析（四个去向）:
自身呼吸消耗、流入下一营养级（最高营养级除外）、被分解者分解利用、未被利用。
考向二 考查能量流动的特点及应用
3.（2019云南曲靖一中质量检测）“绿水青山就是金山银山”。
随着生态文明建设的提出,我国多地都在开展生态农业建设。
图为某生态农场生产流程示意图。
请回答下列问题:
（1）种植农作物时,为提高产量常在同一土地上将高度不同的作物进行合理套种,这属于群落的
结构,其优势在于 。
（2）该生产流程的每一环节都充分利用了农业有机废弃物,从能量流动的角度分析,其意义是 。
（3）某地蝗虫成灾,水稻严重减产,研究发现稻田养鸭既可以防治虫害又能除杂草,有效提高了水稻的产量和质量,请从种间关系的角度及物质循环的角度分析其原因:
① ;② 。
（4）该生态农场将作物、家畜、食用菌和蚯蚓进行产品输出,体现了生物多样性的 价值,为保证该生态农场内部结构与功能的协调,应对其实施相应 的投入。
3.
答案
（1）垂直 能显著提高群落利用阳光等环境资源的能力
（2）实现能量的多级利用,提高能量的利用率 （3）①鸭捕食杂草减弱了杂草与水稻的竞争,同时通过捕食蝗虫减少了蝗虫对水稻的捕食量,使水稻产量增加 ②鸭粪还田为水稻生长提供了优良的有机肥,使水稻生长健壮,减少了化肥的使用 （4）直接 物质和能量
解析
（1）根据题意分析,在同一土地上将高度不同的作物进行合理套种,即农作物具有明显的分层现象,属于群落的垂直结构,这样能显著提高群落利用阳光等环境资源的能力。
（2）该生产流程的每一环节都充分利用了农业有机废弃物,实现了能量的多级利用,提高了能量的利用率。
（3）稻田养鸭,从种间关系来看,鸭捕食杂草减弱了杂草与水稻的竞争,同时通过捕食蝗虫减少了蝗虫对水稻的捕食量,使水稻产量增加;从物质循环的角度看,消费者可以加快物质循环过程,鸭粪还田为水稻生长提供了优良的有机肥,使水稻生长健壮,同时减少了化肥的使用。
（4）该生态农场将作物、家畜、食用菌和蚯蚓进行产品输出,供人们利用,属于生物多样性的直接价值;为保证该生态农场内部结构与功能的协调,应对其实施相应物质和能量的投入。
考向三 考查能量流动的相关计算
4.在如图所示的食物网中,若戊的体重增加1kg,最少消耗 kg甲,最多消耗 kg甲。
若戊的食物有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%。
若戊体重增加20g,需要消耗植物 g。
4.
答案 25 1000 2000
解析 求最少消耗甲多少,就要选择最短食物链:
甲→丙（或乙）→戊,最大传递效率20%,则最少消耗甲:
1÷20%÷20%=25（kg）。
求最多消耗甲多少,就要选择最长食物链:
甲→丙→丁→戊,最小传递效率10%,则最多消耗甲:
1÷10%÷10%÷10%=1000（kg）。
在甲→乙→戊食物链中,需要植物:
×20÷20%÷10%=500（g）;在甲→丙→戊食物链中,需要植物:
×20÷20%÷10%=250（g）;在甲→丙→丁→戊食物链中,需要植物:
×20÷20%÷20%÷10%=1250（g）,所以共需要植物（甲）
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