生态系统的结构学案

第二节生态系统的功能

学习目标

1、能量流动的概念、过程、特点及意义

2、生态系统的物质循环概念、特点及碳循环与氮循环

3、总结物质循环和能量循环的关系。

4、举例说明生态系统中的信息传递。

课前预习

1、生物群落中的能量归根结底是由中的能量转换来的。

2、和是生态系统正常运转的动因，也是生态系统的基本功能，生态系统还具有的功能。

3、是生态系统中能量的来源；固定的太阳能总量是流经这个生态系统的总能量；生态系统中，贮存于有机物中的以食物的形式沿食物链依次传递。

4、能量在生态系统中的流动是。输入到生态系统的总能量最终都转化为、等而散失，不能再回到生态系统参与流动和被利用。

5、从能量金子塔可以看出，一个生态系统的越多，能量流动过程中消耗的能量就越多。

6、物质循环依赖于、、之间的相互作用，的分解作用是物质循环的关键环节。

7、能量的固定、储存、转移和释放，都离不开物质的和；物质作为能量的，使之沿食物链（网）流动；能量作为，促进了物质的循环。

疑难导学

1、生态系统中能量流动过程、特点及分流问题剖析

（1）能量流动过程

①能量流动的起点：生产者（主要是植物）固定太阳能。

②能量流动的渠道：食物链和食物网。

③能量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）。

④能量在食物链中流动的形式是：有机物（食物）中的化学能。

⑤能量散失的主要途径：呼吸作用（包括各营养级生物本身的呼吸及分解者的呼吸），能量散失的主要形式：热能。

（2）能量在流经每一营养级时的分流问题分析

①能量来源生产者的能量来自于太阳能

各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）

a．每个营养级生物呼吸作用的能量，一部分用于生命活动，另一部分以热能散失

②能量去路 b．每个营养级生物一部分能量流到后一个营养级中

c．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

d．未利用能量（现存量：最终被分解者利用，因此，也可归为c）

（3）能量单向流动的原因是

①食物链各营养级的顺序是不可逆转的，这是长期自然选择的结果。如：食肉动物以草食动物为食，而草食动物则不能以食肉动物为食，植物与草食动物的能量关系也是如此。

②各营养级的能量总是区向于以呼吸作用产生的热能而散失掉。生态系统中可利用的能量贮存在有机物的化学键中，当它释放时，除一部分转变为可以做功的自由能外，大部分转变为热能。而各个营养级的生物能够利用的能量形式为光能（生产者）或化学能（消费者），均不能利用热能。热能逐级散失，能量表现为单向流动。

2、生态系统的物质循环

（1）概念：组成生物体的C、H、O、N、P、S等化学元素在生态系统的生物群落与无机环境之间形成的往复的循环运动。

（2）实例

和碳酸盐，在群落中的存在形式主要是有机物。

碳在无机环境中的存在形式是CO

2

①碳循环在生物群落和无机环境之间的循环形式：CO

2

②氮循环：氮是组成蛋白质和核酸的主要成分。氮占大气成分的79℅，必须经过生物固氮作用、硝化作用、反硝化作用等才能在生物群落与无机环境间反复循环。

（3）特点：反复出现，循环流动，永不消失，具有全球性。

3、生态系统的能量流动和物质循环的区别和联系

4．金字塔

不同的金字塔能形象地说明营养级与能量、生物量、数量之间的关系，是定量研究生态系统的直观体现。（l）能量金字塔

①能量金字塔的形状永远是正金字塔形。

②能量金字塔每一台阶的含义：代表食物链中每一营养级生物所含能量多少。

③能量金字塔形状的象征含义：表明能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性。

（2）数量金字塔

①数量金字塔每一台阶的含义：表示每一营养级生物个体的数目。

②数量金字塔的一般形状因为在食物链中，随着营养级的升高，能量越来越少，而动物的体形一般越来越大，因而生物个体数目越来越少。

③数量金字塔的特殊形状

如一棵树与树上昆虫及鸟的数量关系可形象表示为

（3）生物量金字塔

①生物量金字塔每一台阶的含义：表示每一营养级现存生物的质量，即有机物的总质量。

②生物量金字塔的一般形状：能量是以物质形式存在的，因而每一营养级的生物量（现存生物有机物的总质量）在一定程度上代表着能量值的高低，从这个意义上讲，生物量金字塔的形状一般同能量金字塔形状相似

③生物量金字塔的特殊形状如海洋生态系统中，生产者浮游植物个体小，寿命短，又会不断地被浮游动物吃掉，因而某一时间调查到的浮游植物的生物量可能要低于其捕食者浮游动物的生物量，但这并不是说流经生产者这一环节的能量比流经浮游动物的要少。

综上可知，只有能量金字塔永远是底宽上尖的正金字塔形，数量金字塔及生物量金字塔一般也是正金字塔形，但有时也会出现“倒置”的特殊形状。

5、生态系统中的信息传递的类型

（1）物理信息。例如：鸟的鸣叫声、萤火虫的闪光和花朵鲜艳的色彩等

（2）行为信息。例如：当蜜蜂发现蜜源时，就会通过“舞蹈动作”“告诉”同伴去采蜜；一些鸟类在求偶时的行为更独特，通常雄鸟会进行复杂的“求偶炫耀”。

（3）化学信息。例如：凤眼莲根部的分泌物可以明显的抑制由于水体的富营养化而大量繁殖的藻类的生长。传递信息的化学物质有：生态系统中生物代谢产生的物质，如酶、维生素、生长素、抗生素、性引诱剂甚至粪便等。

（4）营养信息。生态系统中的食物链和食物网就是营养信息的传递系统。

课堂精练

一、选择题

1、根据生态学原理，要使能量流经食物链的总消耗量降低到最低，人们应采取下列哪一种食物结构( )

A、以淡水养殖的鱼类为主

B、以家畜的肉类为主

C、以谷类和植物蛋白为主

D、以禽类的肉和蛋为主

2、生态系统10％定律指的是（）

A．上一营养级约有10％的个体被下一营养级吃掉

B．上一营养级约有10％的能量流动到下一营养级

C．最顶部的消费者数量占生产者数量的10％D．分解者数量占生产者数量的10％

3、稻田里，农民要拔掉稗草；鱼塘中，人们不断清除肉食性的黑鱼，用生态学的观点看，这是为了（）

A、保持生态平衡

B、保持生物群落的单一性

C、调整生态系统内能量流动方向

D、使物质能够尽快地循环流动

4．生态系统的下列基本功能活动中，不是以其营养结构为基础的是（）

A．生物同化B．信息传递 C．能量流动D．物质循环

5．生态系统的能量流动分析通常以哪个水平为前提（）

A．生物个体水平B．种群水平 C．营养级水平 D．食物链（网）水平

6．在一个生态系统中，已知初级消费者和次级消费者的个体数目分别是N

1、N

2

，个体平均重量为M

1

、M

2

。

下列选项中正确的是（）

A．N

1·M

1

=N

2

·M

2

B．N

1

·M

1

＞N

2

·M

2

C．N

1

·M

1

＜N

2

·M

2

D．N

1

·M

1

≥N

2

·M

2

7．能量沿着食物链由一个营养级传递到下一个能量级时，呈逐级递减趋势的原因是（）

A．各营养级生物维持自身生命活动要呼吸耗能 B．枯枝败叶、尸体或粪便被分解者利用

C．各营养级生物体内贮存部分能量 D．上述各个原因都是

8．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。假如能量传递效率为10%，那么，请分析人每增加一千克体重，约消耗植物（）

A．28千克B．10千克 C．110千克D．280千克

9．“一山不容二虎”这一谚语，用生态学观点可以解释为（）

A．虎所需生存空间大 B．虎性情孤独，不群居

C．恐此虎以彼虎为食 D．营养级高的生物，个体数量少

10．人们常用能量金字塔来说明生态系统中哪两者之间的关系（）

A．能量与营养级B．能量与个体大小 C．能量与个体数量 D．能量与生物代谢类型11．生态系统中，全部三级消费者比全部初级消费者消耗的能量（）

A．少B．大约相等C．多D．无法估计

12．下列农事活动，与调整能量流动关系有关的是（）

①合理密植②中耕除草③施肥④喷农药⑤摘心

A．②⑤B．①②③ C．①②⑤D．①②④⑤

13．当一只狼吃掉了一只兔时，它获得了这只兔的（）

A．仅是少部分的物质和能量 B．仅是大部分的物质和能量

C．全部的物质和能量D．无法确定

14．在一段时间内，某生态系统中的全部生产者固定的太阳能为a，全部消费者所同化的能量为b，全部分解者获得的能量为c，则a、b、c三者之间的关系是（）

A．a＜b+c B．a=b+c C．a＞b+c D．a=b=c

15．某池塘生态系统的一条食物链为：浮游植物→浮游动物→鱼→水鸟。假如水鸟只依靠吃鱼来增加体重，那么每增加体重1千克，至少该生态系统内的浮游植物的量为（）

A．50千克B．125千克C．625千克 D．1000千克

16．某河流生态系统的营养结构共有四个营养级，分别以a、b、c、d表示。一年内输入这4个营养级的能量数值如下表：

该生态系统中次级消费者对应的营养级是（）

A．a B．b C．c D．d

二、非选择题

17、下图是某湖泊生态系统能量流动的定量分析图解。图中A、B、C代表三个营养级，数字均为实际测得的能量数，单位为百万千焦。已知该生态系统受到的太阳辐射为118872百万千焦，但其中118761百万千焦的能量未被利用。请回答：

（1）请将流经该生态系统的总能量填写在图中的方

框内，这部分能量是______所固定的太阳能。

（2）能量从第一营养级到第二营养级的转化效率为

_____%，从第二营养级到第三营养级效率为

_____%。

（3）次级消费者通过异化作用消耗的能量占其同化

作用所得到能量百分比是__

（4）由图可知，下个营养级不能得到上个营养级的全部能量，原因有：①各营养级生物内的大量能量被______;②其次是上个营养级的部分能量______;③还有少数能量被______利用。

18．（7分）图8-6-1表示某生态系统的食物网，请据图回答：

图8-6-1

（1）若流经生态系统中的总能量是9.3×109kJ，B生物种群的总能量是3.1×108kJ，从理论上推算，A生物种群的总能量最少为__________。

（2）在该生态系统的能量流动过程中，E生物种群的能量除了图中所示的分配外，其余的能量去向另外有哪些途径？

（3）若B种群生物大量减少，C和D种群将如何变化？

（4）假设这是一个草原生态系统食物网，若草原沙漠化日趋严重，那么C生物与A生物的奔跑能力将____________。

答案：CBC4．解析：考查生态系统的营养结构和能量流动。答案：B

5．解析：生态系统的生产者所固定的太阳能从第一营养级流向第二营养级，再由第二营养级流向第三营养级……所以能量流动分析通常以营养级水平为前提。答案：C

6．解析：能量在相邻的两个营养级间的传递效率大约是10%~20%，所以N

1M

1

＞N

2

M

2

。答案：B

7．解析：考查能量流动特点。答案：D 8．解析：①按题意可画出能量流动示意图如下：

②按10%的能量传递效率计算如下：

答案：D

9．解析：虎属于生态系统内的大型肉食动物，一般来说，处于最高营养级。在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多，最高营养级获得的能量就越少。在一定的区域（如几平方公里范围）内容纳该营养级的生物数量也越少。答案：D

10．解析：能量金字塔可以反映出：在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多。答：A 11．解：全部三级消费者（群体）总的呼吸量少于全部初级消费者（群体）的呼吸量。答：A 12．解析：过度密植，农作物种内斗争加剧，种植过于稀疏，影响对太阳光能的充分利用，合理密植有利于光能流向农作物；田间杂草与农作物构成竞争关系，争夺阳光、CO

2

、水、矿质元素、生长空间。中耕除草，有利于能量流向农作物；许多农作物需要收获果实、种子，“摘心”解除顶端优势，使作物多开花、多结果实，能合理地流向农作物中对人类最有益的部分。农田害虫，捕食农作物叶、果实和种子，影响农作物正常生长或农作物的收益。喷农药可杀灭害虫。答案：D

13．解析：当狼吃掉一只兔，经消化吸收获得了兔的少部分物质和能量。答案：A

14．解析：生产者所固定的太阳能，是流经这个生态系统的总能量，部分能量用于自身各项生命活动，其余能量流向消费者或分解者。由于各级消费者呼吸要利用部分能量，所以能量在流向下一营养级时是（逐级）递减的，且以热能等散失的能量不能为下一营养级利用，所以a＞b+c。答案：C

15．解析：因为要求至少需要浮游植物的量，可按最高能量传递效率20%来计算，计算公式为1÷(20%)4-1=125(千克)。答案：B

16．解析：d含能量最多，是生产者；a是初级消费者，b是次级消费者。答案：B

17、答案：⑴生产者⑵13.5% 20% ⑶60% ⑷呼吸作用的消耗未被下级营养级利用分解者18．解析：（1）E的能量为9.3×109 kJ，显然，（E的能量）9.3×109 kJ×1/3×1/10=3.1×108 kJ正好是B的能量值。所以C和D两个营养级的能量应该是9.3×109 kJ×2/3×1/10，C、D通过两条食物链将能量传递给A，A营养级的能量应该是：9.3×109 kJ×2/3×1/10×1/10。（2）（3）（4）略。

答案：（1）6.2×107 kJ（2）一部分用于自身的呼吸作用被消耗；一部分随遗体、残枝败叶等被分解者分解释放出来（3）先增加，后减少，最终恢复稳态（4）加强

19．答案（6分，每空1分）（1）线粒体无机盐（碳酸盐）（2）异养型生物群落（3）5.5×107kJ、3.1×108kJ