生态系统的稳定性

第3节 生态系统的稳定性

【知识网络】
一、生态系统的功能：能量流动和物质循环
（一）能量流动
1．起点：从生产者固定太阳能开始。
2．数量：生产者所固定的全部太阳能是流经生态系统的总能量。
3．渠道：食物链和食物网。
4．能量流动特点：单向、逐级递减
5．能量传递效率(约10－20% )的表示方法：
能量金字塔，如右图所示：图中ＡＢＣ代表从低到高不同营养级，各自的体积代表所具有的能量，体积比代表能量传递效率（如：VA/VB或VC/VB）
6．研究能量流动的目的：调整生态系统中能量流动的方向，使能量更多地流向对人类有益的部分，从而提高生态中能量的利用率。
（二）物质循环
1．概念：组成生物体的C、H、O、N等基本元素在生态系统内的生物群落和无机环境之间所形成的反复的循环运动。地球上最大的生态系统是生物圈，所以物质循环带有全球性，称为生物地球化学循环。
2．特点：全球性、循环性、生化性
3．物质循环(以碳循环为例)
特点：以光合作用为主、化能合成作用为辅合成有机物构成全球的基础生产；在生物群落与无机环境之间以CO2的形式进行循环，在生物群落内部以含碳有机物的形式进行循环； CO2是最重要的温室气体，不同的生态系统固定CO2的速率差别很大；大气中CO2的浓度有日变化和年变化的特征。具体情况如下图所示：

（三）能量流动与物质循环的关系　
物质作为能量的载体，使能量随着物质循环而进行；能量作为动力，使物质能够不断在生物群落与无机环境之间循环往复。二者互为因果、相辅相成，具有不可分割的联系。通过能量流动和物质循环使生态系统的各成分紧密联系在一起，形成一个统一的整体。
二、生态系统的稳定性
（一）概念： 生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能的相对稳定的能力。
1．抵抗力稳定性
（1）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的能力。
（2）原因：生态系统内部具有一定的自动调节动力。
（3）特点：生态系统的成分越单纯，营养结构越简单，自动调节能力越小，抵抗力稳定性越低。反之则越高。不同生态系统的自动调节能力不同，抵抗力性稳定性也不同。
2．恢复力稳定性
（1）概念：生态系统在遭到外界干扰因素的破坏以后恢复到原状的能力。
（2）特点：生态系统的成分越单纯，营养结构越简单，自动调节能力越小，恢复力稳定性越高。反之则越低。不同生态系统的自动调节能力不同，恢复力性稳定性也不同。
3．抵抗力和恢复力之间存在着的关系：相反（如下图所示）

4．提高生态系统的稳定性
适当提高生态系统营养结构的复杂程度（如增加种群数量），提高生态系统的自动调节能力，有助于提高生态系统的的抵抗力性。
【考点透视】
一、考纲指要
1．理解生态系统能量流动的过程、特点和意义；掌握能量流动规律。
2．掌握物质循环的特点；重点掌握碳循环的特点及其与光合作用、细胞呼吸、等知识的关系。
3．理解物质循环与能量流动的关系及利用
4．理解生态系统抵抗力稳定性和恢复力稳定性的实质及其原因，合理利用生态学原理为工农业生产和建立和谐社会提供帮助。
二、命题落点
1．能量流动的过程、特点和意义，尤其是能量传递效率的相关计算及应用
2．物质循环的意义，碳循环的特点
3．生态系统抵抗力稳定性和恢复力稳定性的实质及其原因、利用。
【典例精析】
例1：根据生态学原理，要使能量流经食物链的总耗量最少，人们应采取下列哪一种食物结构（ ）
A．以禽类、蛋类为主 B．以淡水养殖的鱼虾为主
C．以谷物和植物蛋白为主 D．以猪肉等家畜的肉类为主
解析：在能量流动过程中，食物链越短、营养级越少，损失的能量越少，传递给人的能量越多，其中直接利用生产者的物质（谷物、植物蛋白）是得到能量最多的食物结构。
答案：C。
例2： 在草→食草的昆虫→蜘蛛→蟾蜍→蛇→猫头鹰这条食物链，设流经这条食物链的总能量为100％，按最高传递率计算，蟾蜍和猫头鹰所得能量最多分别为（ ）
A．20％和2％ B．0.8％和0.032％ C．4％和0.8％ D．0.4％和0.016％
解析：在生态系统中，能量最高传递效率为20％，按此计算，蟾蜍为第四营养级，其所得能量为20％*20%*20%*100%=0.8％; 猫头鹰为第六营养级，其所得能量为20％*20%*20%*20％*20％*100%=0.032％。
答案：B。
例3：自然界中，动植物的有机物被苍蝇舔食，而植物中的捕蝇草也能捕到苍蝇，即苍蝇→捕蝇草。这一事实说明（　　）
①捕蝇草只能是异养型生物
②捕蝇草既属自养型，也可属异养型生物
③绿色植物在自然界的食物链中，只有一个营养级
④有些植物在自然界的食物链中，不只有一个营养级
⑤食虫植物的原产地生长环境中往往严重缺乏氮元素，其根系不发达，甚至退化，叶肉虽有叶绿体，但制造的养料不足，必须捕捉小虫以摄取有机物
A．①③⑤B．②④⑤C．③④⑤D．②③④
解析：在生态系统中，生物属于哪一种成分或哪一营养级，与其营养物质的来源密切相关，不可死记硬背，要根据具体情况来分析。本题中，捕蝇草能捕到苍蝇，即苍蝇→捕蝇草的事实说明，某些植物在特定环境中也是可以作为消费者的，即营养级发生了改变。捕蝇草能捕捉苍蝇的目的是为了补充体内氮元素的不足，是一种适应现象。
答案：B。
例4：与自然界的碳循环关系最密切的两种细胞器是（ ）
A．线粒体和染色体　　 B．叶绿体和线粒体　
C．叶绿体和核糖体　　 D．线粒体和内质网
解析：自然界的碳循环中，通过光合作用使大气中的碳素（二氧化碳）进入生态系统，光合作用与叶绿体密切相关的；而通过生物的有氧呼吸使生物中的碳素（有机物中的碳）回到自然界中，线粒体是有氧呼吸的主要的细胞器，因此与自然界的碳循环关系最密切的两种细胞器是叶绿体和线粒体。
答案：B。
例5：下图是生态系统中碳循环的简明示意图，请根据图回答下列问题：
（1）A过程是 的 作用，具体包括 和 两种类型。
（2）图中缺少的一个重要箭头是 。
（3）与A过程本质相同的有 过程（用图中字母代号填写）。
（4）碳在无机环境中以 形式存在，而在无机环境与生物群落之间。以 形式进行循环。碳循环始终与 结合在一起进行。
（5）生态系统的四种成分是通过 和 紧密联系在一起而形成的一个统一整体的。

解析：本题要考查学生有关碳循环过程的理解程度。读图可知，本图少了一个箭头，即从大气中CO2库到绿色植物的箭头，这是大气中的CO2通过自养生物进入生物群落的途径，如果没有这一途径，碳元素就不能在无机环境与生物群落之间返复循环；图中的字母A表示分解者的呼吸作用，分解者将有机物氧化分解，释放出能量，同时产生CO2，这一过程的本质是这些生物的呼吸作用，与图中的字母B和C是相同的；而图中字母D表示的是燃烧释放CO2的过程，不属于生物的呼吸作用；本题的最后两问主要考查生态系统中物质循环和能量流动的关系的。
答案：（1）分解者/分解/有氧呼吸/无氧呼吸；（2）从大气中的CO2库到绿色植物；（3）B、C；（4）CO2或碳酸盐/CO2/能量流动；（5）物质循环/能量流动。
【常见误区】
1．误以为动物从外界所摄取的能量就是其同化的能量，其实动物摄取的能量中只有一部分被动物所同化，还有一部分存在于粪便中，未被同化。
2．误以为能量流动独立于物质循环之外，其实物质是能量的载体，能量流动离不开物质循环，二者相辅相成，不可分割。
3．误以为能量流动也是可以循环的，其实能量流动是单向的，各个营养级的能量都趋向于通过细胞呼吸以热能的形式散失到无机环境，而散失的热能不可能再被转变成生物可以利用的能量。
4．误以为物质循环指的是化合物一成不变的循环，其实是组成生物体的基本元素在生物群落与无机环境间的循环运动。
5．误以为任何生态系统的稳定性是一开始就有的，其实生态系统的稳定性也是生态系统发展到一定阶段后逐步形成的，是生态系统自我发展的结果。
【基础演练】
1．生态系统中能量流动逐级递减的原因是（ ）
A．各营养级的生物因呼吸而消耗相当大的一部分能量
B．各营养级的生物中总有一部分未被下一个营养级的生物所利用
C．下一营养级的生物比上一营养级的生物少
D．A和B的叙述都正确
2．“一山不存二虎”这一谚语，用生态学观点可以理解为（ ）
A．虎所需要的生活空间大
B．虎性情孤独，不群居
C．营养级越高的生物，则得到的能量越少，个体数量也越少
D．身体强壮的虎以身体弱小的虎为食
3．某一生态系统中，已知一只鹰增重2 kg要吃l0 kg小鸟；小鸟增重0.25 kg要吃2 kg昆虫；而昆虫增重100 kg要吃1000 kg绿色植物。在此食物链中这只鹰对绿色植物的能量利用百分率为（ ）
A．0.05％B．0.5％C．0.25％D．0.025％
4．在一个生态系统中，已知初级消费者与次级消费者的个体数分别为N1、　N2，个体平均重量分别为M1、M2，则下列4项中正确的是（ ）
A．N1?M1＞N2?M2 B．N1?M1＝N2?M2
C．N1?M1＜N2?M2 D．N1?M1≥N2?M2
5．某地区初级消费者和次级消费者的总能量分别为W1和W2，当下列哪种情况发生时，就可能使生态平衡遭到破（ ）
A．W1>10W2 B．W1>5W2
C．5W26．下列哪一生态系统的自动调节能力最强（ ）
A．热带雨林生态系统B．沙漠生态系统
C．池塘生态系统D．草原生态系统
7．与自然界碳循环无直接关系的是（ ）
A．光合作用B．呼吸作用　　C．分解作用　D．蒸腾作用
8．在生态系统的物质循环中，切断下列哪个过程，碳循环就基本停止（ ）
A．工厂等使用煤和石油 B．动物的呼吸作用　　
C．植物的光合作用 　　 D．微生物的分解作用
PgPnR
A15.92.813.1
B870.7369.4501.3
C0.90.30.6
D141.061.979.1
E211.520.1191.4
9．下表是对某水生生态系统营养级和能量流动情况的调查结果，表中A、B、C、D分别表示不同的营养级，E为分解者。Pg表示生物同化作用固定能
量的总量，Pn表示生物体贮存能量（Pn=Pg－R），R表示生
物呼吸消耗的能量。分析回答：
（1）能量流动是从A、B、C、D中的哪个营养级开始的？
为什么？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（2）该生态系统中能量从第一营养级传递到第四营养级的效
率是多少？　　　　 　　　　　　　　　　　　　。
（3）从能量输入和输出角度看，该生态系统的总能量是否增加？为什么？　 　　　　。
10．如果人的食物有1/2来自绿色植物，1/4来自小型肉食动物，1/4来自羊肉。
（1）画出其食物网简图　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（2）人每增加１千克体重，消耗植物约在　　　　至　　　　千克之间。
第四节 生态系统的功能和稳定性（参考答案）
1D；2C；3C；4A；5D；6A；7D；8C。
9．（1）B，因为B营养级含能量最多，是生产者 （2）5.7% （3）增加，因为该生态系统输入的总能量大于所有生物消耗能量之和
10．（1）

（2）35 280。

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