高中生物选择性必修二生态系统

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生态系统

• 生态系统的结构
  • 概念
    • 在一定空间内，由生物群落与它的非生物环境相互作用而形成的统一整体。
  • 组成成分
    • 生物部分
      • 生产者
        • 营养方式
          • 自养
        • 实例
          • 光合自养：绿色植物和蓝细菌等
          • 化能合成：硝化细菌
        • 作用
          • 将无机物转化为有机物，并将能量储存在有机物中
        • 地位
          • 基石、主要成分。
      • 消费者
        • 营养方式
          • 异养
        • 实例
          • 大多数动物、寄生植物、寄生细菌、病毒
        • 作用
          • 加快生态系统中的物质循环
          • 有利于植物的传粉和种子的传播
        • 地位
          • 最活跃的成分、非必要成分。
      • 分解者
        • 营养方式
          • 异养
        • 实例
          • 营腐生生活的细菌和真菌、腐食动物
        • 作用
          • 通过分解作用将生物遗体、排泄物中的有机物分解为无机物
        • 地位
          • 关键成分、必要成分。
    • 非生物的物质和能量
      • 实例
        • 阳光、热能、水、空气、无机盐等
      • 作用
        • 生物群落中物质和能量的根本来源
      • 地位
        • 必要成分
    • • 生产者和分解者是联系生物群落和无机环境的两大“桥梁”
• 食物链和食物网
  • 食物链
    • 概念
      • 生态系统种鸽生物之间由于捕食关系形成的链状结构
    • 特点
      • 起点生产者，为第一营养级
      • 终点最高级消费者，没有分解者和非生物部分
      • 一般不超过五个营养级
    • 数量关系
      • 消费者级别=营养级级别-1
    • 单向性
      • 食物链中的捕食关系是长期自然选择形成的，通常不会逆转
  • 食物网
    • 概念
      • 生态系统中许多食物链彼此相互交错连接成复杂的营养结构
    • 形成原因
      • 一种绿色植物可能是多种植食性动物的食物
      • 一种植食性动物即可能吃多种植物，也可能被多种肉食性动物所食
    • 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
      • 食物网中两种生物之间的中间关系有三种情况
        • 捕食
        • 竞争
        • 竞争和捕食
    • 功能
      • 食物链和食物网是生态系统的营养结构
      • 是物质循环和能量流动的渠道
  • 分析
    • ①不参与食物链组成的成分：分解者和非生物的物质和能量。
    • ②食物网的复杂程度取决于有食物联系的生物种类
• 能量流动
  • 能量流动的概念
    • 输入
      • 源头
        • 太阳能
      • 生理过程
        • 光合作用和化能合成作用
      • 流经生态系统的总能量
        • 生产者固定的太阳能
    • 传递
      • 途径
        • 食物链和食物网
      • 形式
        • 有机物中的化学能
    • 转化
      • 太阳能→有机物中的化学能→热能
    • 散失
      • 形式
        • 最终热能形式散失
      • 过程
        • 自身呼吸作用
    • 注意
      • 流入自然生态系统的总能量
        • 指生产者通过光合作用固定的太阳能
      • 流入人工生态系统（如人工鱼塘）的总能量
        • 指生产者固定的太阳能+人工输入的有机物中的化学能
  • 能量流动过程
    • 第一营养级能量流动
    • 第二营养级及其后营养级能量流动
      • • ①输入该营养级的总能量是指图中的 b 。
        • ②粪便中的能量(c)不属于该营养级同化的能量，应为上一个 营养级同化的能量中流向分解者的部分。
        • ③初级消费者同化的能量(b)＝呼吸作用消耗量 (d)＋用于生长、发育和繁殖的能量(e) 。
        • ④生长、发育和繁殖的能量(e)＝分解者利用的能量(f) ＋下一营养级同化的能量(i)
        • ⑤摄入量＝同化量＋粪便量。
        • ⑥同化量的“3个”去路（定量不定时，足够长的时间内能量去路）
          • 各营养级同化量
            • a通过呼吸作用以热能形式散失
            • b被下一营养级同化
            • c被分解者利用
        • ⑦同化量的“4个”去路（定量定时，在一定时间内的去路）
  • 生态系统能量流动的特点及研究意义
    • 能量流动的特点及原因
      • （1）单向流动
        • 原因
          • a.食物链中生物间的捕食关系不可逆；
          • b.能量以热能形式散失后，不可重复利用。
      • （2）逐级递减
        • 原因
          • a.自身呼吸作用消耗；
          • b.分解者利用；
          • c.未利用。
      • 注意
        • 一般来说，能量在沿食物链流动的过程中相邻两个营养级间的传递效率为10％~20％。
        • 相邻两营养级之间的传递效率= 某一营养级同化量/上一营养级同化量 ×100％
    • 研究能量流动的实践意义
      • 帮助人们将生物在时间、空间上进行合理配置，增大流入某个生态系统的总能量。
        • 如：农田的间种套作、蔬菜大棚的多层育苗等立体农业。
      • 帮助人们科学规划，设计人工生态系统，实现了对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率。
        • 如：沼气工程。
      • 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：合理确定草场的载畜量。
      • 注意
        • 能量利用率不等于能量传递效率
        • 能量传递效率在相邻两个营养级之间一般为10％~20％，这是不能改变的
  • 生态金字塔
• 物质循环
  • 概念
    • 组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素，都在不断进行着从非生物环境到生物群落，又从生物群落到非生物环境的循环过程。
  • 特点
    • 全球性、循环往复。
  • 注意
    • “物质”主要指组成生物体的基本化学元素，而不是指组成生物体的化合物。
  • 碳循环
    • （1）大气中的CO2库中的碳元素进入生物群落的方式
      • 植物的光合作用（主要）
      • 一些生物的化能合成作用
    • （2）碳元素进入非生物环境（大气）的主要方式
      • 生产者、消费者的呼吸作用
      • 分解者的分解作用
      • 化石燃料的燃烧
    • （3）碳的循环形式
      • 碳元素在生物群落和非生物环境之间以二氧化碳的形式循环
      • 在生物群落内部以含碳有机物的形式沿食物链和食物网传递
    • （4）碳的存在形式
      • 非生物环境中主要以二氧化碳和碳酸盐的形式存在
      • 生物群落中则以有机物的形式存在
• 物质循环和能量流动的关系
  • 两者是同时进行的，彼此相互依存，不可分割。
  • • 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非生物环境之间循环往返
  • 碳循环示意图中生态系统组成成分的判断
    • 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。
    • ②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。
    • ③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。
• 生物富集
  • 概念
    • 生物体从周围环境中吸收、积蓄某种元素或难以降解的化合物，使其在机体内浓度超过环境浓度的现象
  • 特点
    • 元素或化合物会沿着食物链逐渐在生物体内聚集
    • 生物所占营养级越高，其体内这些物质的浓度越高
• 探究土壤微生物的分解作用
  • 案例1
    • (1)实验假设
      • 土壤微生物能分解落叶使之腐烂。
    • (2)实验设计
      • 对照组对土壤不做任何处理(自然状态)
      • 实验组对土壤高温处理
        • 土壤用塑料袋包好,放在60°恒温箱中1h灭菌
        • 目的：以尽可能排除土壤微生物的作用
  • 案例2
    • (1)实验假设
      • 土壤微生物能分解淀粉。
    • (2)实验设计
      • 实验组A烧杯中加入30 mL土壤浸出液
      • 对照组B烧杯中加入30 mL蒸馏水
• 生态系统的稳定性
  • 生态平衡与生态系统的稳定性
    • 生态平衡
      • 生态系统的结构和功能处于相对稳定的种状态，就是生态平衡。
      • 处于生态平衡的生态系统所具备的特征：
        • ①结构平衡:生态系统的各组分保持相对稳定；
        • ②功能平衡:生产一消费一分解的生态过程正常进行，保证了物质的循环和能量的流动；
        • ③收支平衡:植物在一定时间内制造的可供其他生物利用的有机物的量，处于比较稳定的状态。
    • 生态系统稳定性
      • （1）概念
        • 生态系统维持或恢复自身结构与功能处于相对平衡状态的能力。生态系统的稳定性强调的是生态系统维持生态平衡的能力。
      • （2）生态系统具有稳定性的原因
        • 生态系统具有一定的自我调节能力
        • 一般来说，生态系统中的成分越多，食物网越复杂，其自我调节能力就越强。
    • 生态系统的自我调节能力
      • （1）自我调节能力的基础:负反馈调节。
      • （2）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，生态系统的稳定性急剧下降，生态平衡就会遭到严重的破坏。
      • （3）深入理解生态系统的自我调节能力
        • ①自身净化能力一物理沉降、化学分解和微生物的分解。
        • ②完善的营养结构一自身的反馈调节，维持各营养级生物数量相对稳定。
  • 抵抗力稳定性和恢复力稳定性
    • 抵抗力稳定性
      • 概念
        • 生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构和功能保持原状（不受损害）的能力
      • 核心
        • 抵抗干扰、保持原状
    • 恢复力稳定性
      • 概念
        • 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
      • 核心
        • 受到破坏、恢复原状
    • 联系
      • ①一般情况下
        • 二者呈相反关系,抵抗力稳定性强的生态系统,恢复力稳定性差
      • ②二者是同时存在于同一系统中的两种截然不同的作用力
        • 它们相互作用,共同维持生态系统的稳定
      • ③特例
        • 因环境条件不适宜,北极苔原生态系统和荒漠生态系统等的抵抗力稳定性和恢复力稳定性都比较弱
  • 提高生态系统的稳定性
    • 措施
      • （1）控制对生态系统的干扰强度
        • 对生态系统的利用应该适度，不应超过生态系统自我调节能力的范围。
      • （2）对人类利用强度较大的生态系统
        • 应给予相应的物质、能量投入，保证生态系统内部结构与功能的协调关系。
    • 受到干扰后，生态系统功能的变化图
      • • (1)热带雨林生态系统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。
        • (2)x的大小可作为恢复力稳定性强弱的指标，同等干扰程度下，x值越大说明该稳定性越弱。
        • (3)TS可作为总稳定性的定量指标，面积越大，生态系统的总稳定性越低。
  • 设计制作生态缸,观察其稳定性
    • 1.生态缸必须是封闭的。
    • 2.生态缸中投放的几种生物必须具有很强的生活力
      • 成分齐全(具有生产者、消费者和分解者)。
    • 3.生态缸的材料必须透明。
    • 4.生态缸的采光要用较强的散射光，避免阳光直接照射。