中学综合学科题库——生态学有关知识的复习

中学综合学科题库——生态华东师范大学化学系胡波华东师范大学生物系张映辉【阅读材料】一．生态系统的组成和结构生态学（Ecology）是研究生物与其生活环境之间相互关系的科学。

一个生物物种在一定范围内所有个体的总和在生态学中称为种群；在一定的自然区域中许多不同种的生物的总和则称为群落。

生态系统是指生物群落和非生物环境之间形成的一个功能整体，是生物与非生物部分构成的不断进行物质与能量交换的相对稳定的系统。

生态系统是一个很广的概念，任何生物群落与其环境组成的自然体可以视为一个生态系统，大至一片海洋、一个大洲．小至一条河流、一块草地，都是一个生态系统，城市、水库、公园、农田等也构成了人工生态系统。

小的生态系统组成大的生态系统，简单的生态系统构成复杂的生态系统，地球上形形色色的生态系统合成为生物圈。

生物圈本身就是一个无比复杂的生态系统，是地球上所有生物（包括人类在内）及其生存环境的总体。

任何一个生态系统，都是由生物和非生物环境两大部分组成。

生物部分l．生产者主要是绿色植物以及一些光合细菌，是能利用简单的无机物制造食物的自养生物，绿色植物通过光合作用把二氧化碳、水和无机盐转化成有机物质，把太阳能以化学能的形式固定在有机物质中，这些有机物是生态系统中其它生物维持生命活动的食物来源。

因此，绿色植物是整个生态系统的物质生成者。

此外，光合细菌也能把无机物合成有机物。

如硝化细菌能将氨氧化成为亚硝酸和硝酸，并利用氧化过程中释放的能量，把二氧化碳和水合成为有机物。

2．消费者属于异养生物，主要是那些异其它生物或有机质为食物的动物，也包括某些腐生或寄生的菌类。

除生产者以外的所有生物都是消费者，它们直接或间接以植物为食物。

根据其食性可区分为：草食动物，又称一级消费者；肉食动物，以草食动物为食的动物称二级消费者，或称一级肉食者，以一级肉食者为食的动物称为三级消费者，或称二级肉食者；杂食动物，既是一级消费者，又是二级消费者或三级消费者；寄生者，是特殊的消费者，寄生在其它动、植物身体上，靠吸取宿主营养为生；腐生动物，以腐烂的动植物残体为食。

3．分解者又称还原者，也属于异养生物，主要是各种微生物，包括某些原生动物和腐食动物（如食枯木甲虫、白蚁、蚯蚓和某些软体动物等）它们以动植物的残体和排泄物中的有机物质作为维持生命活动的食物来源，并把复杂的有机物分解为简单化合物，最终成为无机物质，归还到环境中，供生产者再度吸收利用。

分解者在生态系统的物质循环和能量流动中具有重要意义。

大约90％的陆地初级生成量都需经分解者分解归还大地，再经学综合学科网第 1 页共26 页传递作用，输送给绿色植物进行光合作用。

非生物部分非生物环境是生态系统中生物赖以生存的物质和能量的源泉及活动的场所。

包括太阳辐射能，参加物质循环的无机物（如O2、CO2、H2O 、Ca、K＋、PO43＋等）以及连接生物和非生物成分的有机物（如蛋白质、糖类、脂类和腐殖质等）。

一个生态系统中的各种生物彼此互相由食物关系而连接起来，形成食物链。

例如兔子吃草，狐狸吃兔子，老虎又吃狐狸，可以表示为草→兔子→狐狸→老虎。

食物链一般包括若干个环节，每个环节可作为一个营养级，而能量沿着食物链从一个营养级流动到另一个营养级。

能是沿着太阳→生产者→消费者→分解者的途径流动，在这个过程中，能量不断散失。

消费者并不全都是在一个营养级中，草食者免子是一级消费者，吃兔子的狐狸属于二级消费者，而吃狐狸的老虎则属于三级消费者。

一般说来，食物链的环节不会超过五个，因为能量在沿食物链营养级流动时不断减少，流经几个营养级后，所剩下能量已不足以再维持一个营养级的生命了。

在生态系统中，一种消费者常常不是只吃一种食物，而同一种食物又可能被不同的消费者所食。

因此，各食物链又相互交错地连结在一起而形成复杂的食物网。

二．生态系统的能量流动能量在生态系统中，沿着食物链（网），在各个营养级之间进行传递，食物链上的每一营养级都把前面一个营养级获得能量的一部分，用于维持自己生存和繁殖，然后把剩余的能量传递到后一营养级。

能量顺着营养级顺序向后递减，前一级能量只能维持后一级少数生物需要，越向后，生物数目越少，形成一种金字塔形的营养级关系，称为能量金字塔。

通常后一级食物产量只等于或小于前一级的十分之一，称为“十分之一定律”。

据有人估计，海洋生态系统生产一千斤浮游藻类，才能供养一百斤无脊椎动物，后者又只够维持十斤鱼生存，而十斤鱼只能使人增加一斤体重。

三．环境的化学物质循环化学物质在生态系统中的流动，称之为生物地球化学循环，简称为物质循环。

人类和生物生存的生物圈是在大气圈、水圈和岩石圈的交会处，在太阳能的推动下圈层里进行着能量的流动和物质的循环。

生态系统的能流和物流，既密切相关，又有本质区别。

能流沿食物链营养级向顶部方向流动，以热的形式吸收消耗，是单向的流动；而物流是循环的，从非生物环境到生物有机体内，在返回到非生物环境中，形成生物小循环和地球化学大循环。

每一种化学元素在生物地球化学循环中，都各具有其独特性，它们对生命系统的作用是各不相同的。

每一种化学元素都存在于一个或多个主要的环境“蓄库”里，该元素在蓄库里的储存量大大地超过结合在生命系统里的数量；而元素从蓄库里释放出来的速度是非常缓慢和困难的。

对生命系统重要的元素是处于容易被利用的化学形式，或处于容易从蓄库里释放出来的那一部分。

生物地球化学循环中的各种物质，在自然状况下应该是平衡的，即各蓄库之间输出量应该等于输入量，如大气圈中的学综合学科网第 2 页共26 页O2、CO2、N2等，它们的输入和输出都应该处于平衡状态。

如果这种平衡被打破，所形成的后果是无法估量的。

现代人类大规模的生产活动和消费活动，从自然界获取大量生存资源，又将大量废弃物还给自然界，从而参与了自然界的能量流动和物质循环过程。

这样参与破坏了原有物质的动态平衡，并引起物质循环的障碍（物质的积累）从而出现环境污染问题。

因而了解物质循环的规律对研究环境化学来说是必要的。

水循环水不但单独构成一个独立的地球化学圈水圈，而且也是生物圈中主要的组成部分，生命诞生于海洋，任何生物机体大部分由水组成，自然界各种化学变化多在水中进行，人类的生产和消费活动离不开水。

自然界的水储量巨大，分布广泛，是生物圈中最丰富的物质，地球上的液态水、固态水和气态水共约1.5×109km3。

其中海洋咸水约占总水量的97％；淡水只占总水量的3％，淡水的3/4又是固态水，分布在地球两极的冰帽和冰川；而气态水所占的比例最小。

这些水在地球表面的分布都是不均匀的。

在太阳能和地表热的作用下，地球表面的水不断被蒸发成水蒸汽，水分还可通过植物叶面的蒸腾作用进入大气。

大气中的水蒸汽遇冷又凝结为雨、雾等返回地面水循环的主要途径是地球表面与大气通过降雨量和蒸发量之间的相互变化。

水的循环是稳定状态，因为总的降雨量与总的蒸发量相平衡。

但是在陆地上降雨量大于蒸发量，在海洋，蒸发量大于Array降雨量，而陆地上的径流量则补偿了海洋的蒸发量。

这样的水循环在全球范围内（大循环）和各个地区内（小循环）不停地进行着。

如右图所示水的自然循环是依靠其气、液、固三态易于转化的特性，借助太阳辐射和重力作用提供转化和运动能量来实现的。

水循环为生态系统中物质和能量的交换提供了基础，给物质间的化学反应提供了适宜的场所，成为物质传递的能量纽带，水参加的植物光合作用，既制造了维持生命的必须食品——糖类，同时又为生命呼吸提供必须的氧气，此外，水还能起调节气候、清洗大气和净化环境的作用。

水循环系统受到气象条件（温度、湿度、风速、风向等）和地理条件（地形、土壤、地质、植被等）自然因素影响，在生态系统中，植物对水循环起看重要的作用，植物从环境摄取的物质中，数量最大的是水分。

例如生长茂盛的水稻，一天大约吸收70t/hm2的水，这些被吸收的水分只有很少的一部分用于维持原生质的功能和光合作用，其余大部分通过植物的蒸腾作用散失到大气中去。

此外，人类活动也能不断改变原自然环境而影响水循环的过程。

例如构筑水库、开凿河道、开发地下水等会改变水的径流路线、分布和运动状况；发展农业或砍伐森林会引起水的蒸发、下渗、径流等过程的变化。

人类生产和生活排出的化学污染物，以各种形式进入水循环，并随循环而迁移、扩散，如排入大气中的二氧化硫和氮氧化物形成酸雨，污染地面水和土壤。

土壤和工业废弃物经雨水冲刷，其中的化学污染物随泾流和渗学综合学科网第 3 页共26 页透进入水循环而扩散。

碳循环（Carbon cycle）碳是构成有机物质的中心元素，也是构成地壳岩石和矿物燃科（煤、石油、天然气）的主要成分。

在地球各个圈层中碳的循环，主要是通过二氧化碳来进行的。

在大气中CO2的含量很少，仅为58000×1012mol，大量的CO2溶解在大洋的海水中，大约为2900000×1012mol，是空气中CO2含量的50倍，但是，最大量的碳是以碳酸盐沉积物的形式存储在地壳内，其总量达1700000000×1012mol。

1．大气和生物圈之间的碳循环①绿色植物吸收大气中的CO2以及根部吸收的水分通过光合作用转化为葡萄糖和多糖（淀粉、纤维素等）并放出氧气。

②植物体的碳化合物经过食物链传递成为动物体的碳化合物，植物和动物的呼吸作用将体内的部分碳转化成二氧化碳排入大气。

③动植物死亡后，残体内的碳经微生物分解后产生的二氧化碳排入大气。

上述这一循环约需10～20年。

2．大气和海洋之间的二氧化碳交换，是一个在气——水表面进行的溶解与解吸平衡过程。

上述两种碳的流动与交换过程数量达每年约1000亿吨（以碳计）以上。

且都属于较快的碳循环过程。

3．碳酸盐岩石（石灰岩、白云石和碳质页岩）的形成和分解。

4．矿物燃料（煤和石油）的形成和分解。

后两种碳的自然循环属缓慢形式，需时往往以亿万年计。

由于人类活动特别是矿物燃料的燃烧量大幅度增加，排放到大气中的二氧化碳浓度增大，这就破坏了自然界原有的平衡，可能导致气候异常，还会引起海水中的酸碱平衡和碳酸盐溶解平衡的变化。

氮循环氮是构成蛋白质及生物有机体的重要元素，它在环境中含量大而且变动量小的三种存在形式是；大气中的氮气，海水中的溶解氮，沉积物中的有机氮，其余形态的氮则处于不断地复杂变化、流动和交换过程中。

大气中除含有大量分子态氮（3900亿吨）外，还含有少数化合态氮如NH3（2800万吨）、NO和NO2（610万吨）等。

后者在云、气溶胶粒子和雨滴中转化为NH4＋和NO3－，并随雨、雪降落地面。

大气中的N2和O2下雨时可在雷电作用下发生电离，生成硝酸盐并经雨水带进土壤供生物利用，称之为大气固氮，但其量很少。

流星尾迹和宇宙线的作用，也可以固定一部分大气中的氮。

大气中丰富的分子态氮（占空气78％）不能为植物所直接利用。