选必2第3章生态系统及其稳定性

高中生物人教版选择性必修二第3章知识总结：食物网：形成原因：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食物，也可能被多种肉食性动物所食。

第3章生态系统及其稳定性

• 生态系统的信息传递
  • 生态系统中信息的种类
    • 信息传递的种类
      • 物理信息
        • 概念：自然界中的光、声、温度、湿度、磁场等，通过物理过程传递的信息
        • 来源：可以是非生物环境，也可以是生物个体或群体
        • 举例
          • 蜘蛛（振动频率）
          • 狼长嚎（声音）
          • 种子萌发（温度、湿度）
          • 鸟的迁徙（磁场）
          • 海豚捕食（超声波）
      • 化学信息
        • 概念：在生命活动中，生物产生的一些可以传递信息的化学物质
        • 来源：生物体的代谢产物或分泌物
        • 举例：植物的生物碱、有机酸等代谢产物以及动物的性外激素，昆虫、鱼类以及哺乳类等生物体中的信息素等
          • 水葫芦根部的分泌物可以明显地抑制藻类的生长
          • 小狗撒尿（代谢产物）
          • 黄鼠狼放臭屁（代谢产物）
          • 蛾（信息素）
      • 行为信息
        • 概念：动物的特殊行为，主要指各种动作，即动物的行为特征
          • 能够向同种或异种生物传递某种信息
        • 来源：动物的特殊行为
        • 举例：蜜蜂跳舞、孔雀开屏、鸟类的“求偶炫耀”等
      • 三种信息都可以来源于动物，其中，只有物理信息可以来源于非生物环境
    • 信息传递的特点：双向传递，普遍存在，复杂性
      • （1）生物可以通过一种或者多种信息类型进行交流
      • （2）信息传递可以发生在生物与非生物环境之间，可以发生在同种生物之间，可以发生在不同生物之间
      • （3）多数情况下，信息传递为双向的
  • 信息传递在生态系统中的作用
    • 信息传递在生态系统中的作用
    • 信息传递在农业生产中的应用
      • 若涉及“种间关系”，则体现“调节生物的种间关系”
      • 若涉及“繁殖”，如开花、吸引异性等，则体现“信息传递有利于生物种群的繁衍”
      • 若既无涉及种间关系，又无涉及繁殖，则往往体现“信息传递有益于生命活动的正常进行”
  • 信息传递在农业生产中的应用
    • 1.提高农畜产品的产量
      • 利用模拟的动物信息吸引大量的传粉动物，提高传粉效率和结实率
      • 延长光照时间，刺激鸡卵巢发育和雌激素的分泌，大大提高产蛋率
      • 利用温度和湿度延长蔬菜的种植期
    • 2.对有害动物进行控制
      • 利用光照、声音信号诱捕或驱赶某些动物
      • 利用昆虫信息素诱捕或警示有害动物，降低害虫种群密度
      • 还可以利用特殊的化学物质扰乱某些动物的雌雄交配，使有害动物的繁殖力下降
      • 生物防治
        • 
• 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
      • 概念：生态系统的结构和功能处于相对稳定的一种状态
        • 结构：生态系统的组成成分和营养结构（食物链、食物网）
        • 功能：能量流动 物质循环 信息传递
      • 处于生态平衡的生态系统的特征
        • 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—消费—分解的生态过程正常进行，保证了物质总在循环，能量不断流动，生物个体持续发展和更新
        • ③收支平衡：生产者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
        • 由此可见，生态平衡并不是指生态系统一成不变，而是一种动态平衡
      • 生态平衡的调节机制：负反馈调节
        • 概念：在一个系统中，系统工作的效果，反过来又作为信息调节该系统的工作，并且使系统工作的效果减弱或受到限制，它可使系统保持稳定
        • 意义：负反馈调节在生态系统中普遍存在，它是生态系统具备自我调节能力的基础
    • 生态系统的稳定性
      • 概念：生态系统维持或恢复自身结构和功能处于相对平衡状态的能力
      • 原因：生态系统具有自我调节能力
        • 基础：负反馈调节
      • 特点：生态系统的自我调节能力是有限的。（干扰因素超过一定限度）
      • 类型
        • 抵抗力稳定性
        • 恢复力稳定性
  • 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与功能保持原状（不受损害）的能力
      • 核心：抵抗干扰，维持原状
      • 实例
        • 蝗虫采食下，草原植物再生能力增强
        • 干旱时树木扩展根系的分布空间
        • 这些都反映生态系统本身对外界干扰具有一定的抵抗能力
    • 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：遭到破坏，恢复原状
      • 实例：遭到一定程度的破坏，恢复到原来的状态，这是由于生态系统具有恢复力稳定性
    • 不同生态系统在这两种稳定性的表现上有着一定的差别
      • 一般来说，生态系统中的组分越多，食物网越复杂，其自我调节能力就 越强，抵抗力稳定性就越高，恢复力稳定性越弱
        • 热带雨林中，动植物种类繁多，营养结构非常的复杂，假如其中某种生物大量减少，它在食物网中的位置还可以由这个营养级的多种生物来代替，整个生态系统的结构和功能仍然能够维持在相对稳定的状态
      • 环境恶劣地带的生态系统(北极冻原、荒漠)，其恢复力稳定性和抵抗力稳定性都比较弱！
        • 北极冻原生态系统，动植物种类稀少，营养结构简单，其中生产者主要是地衣，其他生物大都直接或间接地依靠地衣来维持生活，假如地衣受到大面积破坏，整个生态系统就会崩溃
    • 生态系统在受到不同的干扰（破坏）后，其恢复速度与恢复时间是不一样的
      • 
  • 提高生态系统的稳定性
    • 提高生态系统的稳定性的原因
      • （1）可以持续不断地满足人类生活所需
      • （2）能够使人类生活与生产的环境保持稳定
    • 提高生态系统的稳定性的措施
      • （1）控制对生态系统的干扰强度，在不超过生态系统的自我调节能力的范围内，合理适度地利用生态系统
      • （2）对人类利用强度较大的生态系统，应给予相应的物质、能量的投入，保证生态系统内部结构与功能的协调
  • 设计制作生态缸，观察其稳定性
    • 实验目的：设计一个生态缸，观察这一人工生态系统的稳定性
    • 实验原理
      • 1.在有限的空间内，依据生态系统原理，将生态系统的基本成分进行组织，构建一个人工微生态系统是可能的
      • 2.在设计时，要考虑系统内组分及营养级之间的合适比例
    • 实验步骤
      • （1）制作生态缸框架：用玻璃板和粘胶制作
      • （2）缸底部的铺垫：底部的一侧铺垫几块石块，再铺上一层颗粒较细的沙土，沙土上铺一层含腐殖质较多的土，使铺垫好的土和石块整体呈坡状
      • （3）放假山石：在土坡上放几块有孔的假山石，可作为小动物栖息的场所
      • （4）倒入自来水：向缸内倒入自来水，水位高5～10 cm，在水中放几块鹅卵石
      • （5）放入植物和动物：根据生物体的生活习性，正确放置适量的生物个体
      • （6）封闭生态缸：用粘胶封上生态缸盖
      • （7）移置生态缸：将生态缸放置于室内通风、光线良好的地方，但要避免阳光直接照射小动物栖息的场所
      • （8）观察记录：观察记录缸内生物种类与数量的变化
    • 设计要求及目的
    • 结果分析
      • （1）生态缸中的生物只能存活一段时间。虽然生态缸中生态系统成分齐全，但其结构比较简单，自我调节能力差
      • （2）不同的生态缸中生态系统的稳定性时间有长有短。人工生态系统的稳定性是有条件的
    • 注意事项
      • （1）设计一份观察记录表，定期观察，同时做好观察记录，内容包括植物、动物的生活情况，水质情况（由颜色变化进行判别）及基质变化等
      • （2）观察指标为：生态缸中生物的生存状况和存活时间，进而了解生态系统稳定性及影响稳定性的因素
      • （3）如果发现生态缸中的生物已经全部死亡，说明此时该生态系统的稳定性已被破坏，记录下发现的时间
      • （4）依据观察记录，对不同生态缸进行比较、分析，说明生态缸中生态系统稳定性差异的原因
• 生态系统的物质循环
  • 碳循环
    • • 生产者
        • （1）光合作用等，将二氧化碳转化为有机物
        • （2）呼吸作用，将有机物分解为二氧化碳
      • 消费者
        • （1）摄食等，将前一营养级的有机物转化为自身的有机物
        • （2）呼吸作用等，将有机物分解为二氧化碳
      • 分解者
        • （1）将生产者、消费者遗体和排遗物中的现成有机物转化为自身有机物
        • （2）将有机物分解为二氧化碳
    • 碳循环过程
    • 碳的存在形式
      • 非生物环境中：二氧化碳和碳酸盐
      • 生物群落中：含碳有机物
    • 碳的流动形式
      • 生物群落与非生物环境之间：CO2
      • 生物群落内部：含碳有机物
    • 碳在生物群落内传递的途径
      • 碳在生物体之间的传递途径是食物链和食物网
    • 碳进入生物群落的途径
      • 光合作用
      • 化能合成作用
    • 碳返回非生物环境的途径
      • 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
    • 与社会的联系——温室效应
      • 温室效应的原因
        • 大气中CO2含量过多
      • CO2增多的原因
        • ①化石燃料的大量燃烧（主要原因）
        • ②森林、草原等植被的破坏
      • 温室效应的危害
        • ①气温升高
        • ②极地和冰川加速融化
        • ③海平面上升
        • ④对人类和其他生物的生存构成威胁
      • 温室效应的缓解措施
        • ①减少化石燃料的使用;开发新能源
        • ②植树造林，增大绿地面积
        • ③提高秸秆还田率，提高土壤储碳量
    • 人类活动对碳循环的影响
  • 氮循环
  • 水循环
    • 地球上水通过蒸发、降雨、植物的蒸腾、吸收等过程反复循环
  • 生态系统的物质循环
    • 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，这就是生态系统的物质循环，又叫生物地球化学循环
      • 生产者完成了物质和能量的输入
      • 分解者实现了物质和能量的输出
      • 消费者加快了物质循环
    • 范围：生物圈
    • 特点
      • 全球性：物质循环的范围为生物圈
      • 循环往复运动（循环性）：物质可被生物群落反复利用
    • 应用实例：改进农业生产方式——种养结合模式
  • 生物富集
    • 概念：生物体从周围环境吸收、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
    • 物质
      • 重金属: 如铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）等
      • 人工合成的有机物: 如DDT、六六六等
      • 放射性物质：（如含137Cs、226Ra等的物质）
    • 发生生物富集的物质的特点
      • （1）在环境和生物体中存在形式是比较稳定的
      • （2）必须是生物体能够吸收的且不易排出的
      • （3）在生物代谢过程中是不易被分解的
    • 生物富集的主要途径：食物链、食物网
    • 生物富集现象的特点
      • （1）全球性：有害物质可以通过大气、水和生物迁移等途径扩散到世界各地
      • （2）有害物质会沿食物链逐渐在生物体内聚集，最终积累在食物链的顶端（即随营养级升高，浓度逐级递增，呈现生物放大现象）
    • 生物富集实例——铅的富集
      • 1.铅是一种毒性很强的化学元素，人类活动加速了铅的循环，改变了铅在环境中的分布
      • 2.进入生物体内的铅，能够形成多种比较稳定的铅化合物，分布在多种细胞中，不易被生物排出，从而积蓄在体内
      • 3.一旦含铅的生物被更高营养级的动物食用，铅就会沿着食物链逐渐在生物体内聚集，最终积累在食物链的顶端
  • 能量流动和物质循环的关系
    • （1）能量流动和物质循环相伴而行，但能量在传递过程中，由光能→化学能→热能，而物质在循环过程中，由无机物（CO2）→有机物→无机物（CO2）
    • （2）能量流动的起点是生产者固定的太阳能，终点是以热能的形式散失到非生物环境中，不能循环利用。而物质循环产生的CO2又被重新利用，没有起点和终点
  • 探究·实践：探究土壤微生物的分解作用
    • 实验原理
      • （1）土壤中存在种类、数目繁多的细菌、丝状真菌和呈放射状的放线菌等微生物，它们在生态系统中的成分为分解者
      • （2）分解者的作用是将环境中的有机物分解为无机物，其分解速度与环境中的温度、湿度等有关
    • 参考案例
    • 注意事项
      • 1.探究活动最好在实验室中进行，避免环境中不可控制因素的影响
      • 2.各地气候与环境等因素不同，微生物分解落叶所需的时间有差异
      • 3.本实验可能等几天甚至几周以上的时间才出结果，因此要有计划地观察和记录
• 生态系统的能量流动
  • 科学方法
    • 研究能量流动的基本思路
      • 将群体视为一个整体进行研究是系统科学常用的研究方法
      • 生态系统能量流动的研究一般在群体水平上进行
  • 能量流动的过程
    • 概念：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程
      • 【输入】
        • 能量来源：太阳能（少量化学能，有时候不提）
        • 能量流动的起点：生产者所固定的太阳能
        • 流经生态系统的总能量：生产者所固定的全部太阳能
        • 能量输入方式：生产者通过光合作用将光能转化成为化学能，固定在它们所制造的有机物中（其次还有化能合成作用）
        • 特别提醒：若为人工生态系统，流经生态系统的总能量还有人工补充 的能量（例如饲料中有机物中的化学能）
      • 【传递】
        • 能量传递的途径（渠道）：食物链和食物网
        • 能量传递的形式：有机物中的化学能
      • 【转化】
      • 【散失】
        • 能量散失形式：热能
        • 能量散失途径：各营养级和分解者呼吸作用以热能散失
    • 能量流经第一营养级的过程
    • 能量流经第二营养级的过程
    • 能量去向
      • 某营养级的能量某段时间内（定量定时）的能量去向
      • 某营养级的能量最终（定量不定时）去向
  • 能量流动的特点
    • 【思考•讨论】分析赛达伯格湖的能量流动
      • 流入某一营养级的能量除了流入下一营养级的之外， 还有
        • ①一部分通过该营养级的呼吸作用散失
        • ②一部分作为排遗物、遗体或残枝败叶被分解者利用
        • ③一部分未被利用
      • 规律
        • 从方向上看：单向流动
        • 从数值看：逐级递减
    • 能量流动的特点及原因
      • （1）单向流动
        • ①不可逆：营养级顺序不可逆（自然选择）
        • ②不循环：释放的热能不能被重新利用
      • （2）逐级递减
        • 能量传递效率：一般10-20%
        • 一般不超过5个营养级
        • 原因
          • 各营养级的能量
            • 大部分自身呼吸消耗
            • 一部分被分解者分解
            • 一部分暂时未被利用
      • 任何生态系统都需要不断得到来自系统外的能量补充，以便维持生态系统的正常功能； 如果一个生态系统在一段较长时间内没有能量(太阳能或化学能)输入，这个生态系统就会崩溃； 生命系统是开放系统，可以通过获取能量来维持系统的有序性。
  • 生态金字塔
  • 研究能量流动的实践意义
    • 意义
      • 1. 研究生态系统的能量流动，可以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
      • 2. 研究生态系统的能量流动，可以帮助人们科学地规划和设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用（实现了对能量的多级利用，大大提高了能量的利用率）
      • 3. 研究生态系统的能量流动，还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
    • 探究·实践：调查当地生态系统的能量流动情况
• 生态系统的结构
  • 生态系统的范围
    • 概念：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
    • 范围：有大有小
    • 地球上最大的生态系统是生物圈，生物圈包括地球上的全部生物及其非生物环境的总和
    • 类型
      • 自然生态系统
        • 水域：海洋、淡水生态系统等
        • 陆地：森林、草原、荒漠、冻原生态系统等
      • 人工生态系统
        • 农田、人工林、果园、梯田、城市生态系统等
  • 生态系统的结构
    • （一）生态系统的组成成分
    • （二）食物链和食物网
      • 食物链
        • 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
        • 营养级：处于食物链某一环节上的所有生物的总和，营养级是一种功能上的分级，并不限定于某个物种
        • 特点
          • ①方向：箭头方向为物质和能量流动的方向,同时还表示捕食关系，方向具有不可逆性（从低到高），是长期自然选择的结果
          • ②生产者为第一营养级作为起点，终点是不被其他生物捕食的动物。食物链不包括分解者和非生物物质和能量
          • ③一般不会超过五个营养级
      • 食物网
        • 概念：食物链彼此相互交错连接成的复杂的营养关系
        • 形成原因：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食物，也可能被多种肉食性动物所食
        • 功能
          • ①食物链和食物网是生态系统的营养结构
          • ②食物链和食物网是生态系统物质循环和能量流动的渠道
          • ③错综复杂的食物网是使生态系统保持相对稳定的重要条件。一般认为，食物网越复杂，生态系统抵抗外界干扰的能力越强
        • 特点
          • ①同一消费者可以占有一个或多个营养级，不是一成不变的
          • 在食物网中可能同时出现捕食或种间竞争关系 （但食物链中只有捕食 ）
          • ③食物网的复杂程度主要取决于有食物联系的生物种类，而并非生物数量
          • ④某一营养级的生物所代表的是该营养级的所有生物， (不代表单个生物个体或种群，可能不属于同一物种)
          • ⑤如果一条食物链的某种动物减少或消失，它在食物链上的位置可能会由其他生物来取代 (所以食物网越复杂，抵抗外界干扰的能力强）
  • 【小专题】复杂食物网种群数量变化的连锁反应剖析
    • 第一营养级生物减少
      • 其他生物数量的减少
    • “天敌”减少
      • 短时间：“天敌”减少，则被捕食者数量增加
      • 长时间：但随着其数量的增加，种内竞争加剧，种群密度下降，直到趋于稳定，但最终结果比原来数量要大。即先增加，最后趋于稳定
    • 同时占有不止一个营养级的种群数量变化的连锁反应分析
      • ①a种群的数量变化导致b种群的营养级降低时，b种群的数量将增加
      • ②a种群的数量变化导致b种群的营养级升高时，b种群的数量将减少
• 正反馈: 使生态系统远离平衡状态
• 注意：在一个复杂的食物网中，当某种群生物因某种原因而发生变化时，对另一种群生物数量的影响，沿不同的线路分析会有不同的结果不同，此时应遵循以下原则
  • 生产者相对稳定，即生产者比消费者稳定得多，所以当某一种群数量发生变化时，一般不用考虑生产者数量的增加或减小
  • 处于最高营养级的种群且食物有多种来源时，若其中一条食物链中断，则该种群的数量一般不会发生较大变化
  • 分析时以中间环节少的作为分析依据，考虑方向和顺序时，应从高营养级依次到低营养级
• 生产者和分解者是联系生物群落和无机环境的两大桥梁
• （1）植物≠生产者（2）动物≠消费者（3）细菌≠分解者