资源简介

第二单元　生物与环境
第一讲　种群的特征及种群数量变化
,考纲要求)1.种群的特征　Ⅰ
2．种群的数量变化　Ⅱ
3．实验：探究培养液中酵母菌数量的动态变化
考点一　种群的特征
,　)
1．种群的概念
种群是指在一定的自然区域内，同种生物的全部个体。
2．种群的数量特征
(1)种群密度是种群最基本的数量特征。
(2)直接决定种群密度的是出生率和死亡率、迁出率和迁入率。
(3)年龄组成和性别比例不直接决定种群密度，年龄组成通过影响种群的出生率和死亡率，从而预测种群数量变化趋势，性别比例能够影响种群的出生率间接影响种群密度。
3．种群的空间特征
(1)含义：种群中的个体在其生活空间中的位置状态或布局。
(2)类型
,　　)
易错整合，判断正误。
(1)若某动物的婚配制为一雌一雄，生殖期个体的雌雄比越接近1：1，则出生率越高(　√　)
(2)用标志重捕法调查田鼠种群密度，若标记的田鼠部分被鼬捕食，则会导致种群密度估算结果偏低(　×　)
(3)橡树种子常在母树附近形成集群是空间特征，由于薇甘菊入侵导致松树种群死亡率较高属于数量特征(　√　)
(4)依据年龄组成预测的种群密度的变化趋势最终是否能够实现，还要看影响种群密度变化的其他因素，如气候、食物、天敌等(　√　)
(5)样方法并非只适用于植物，对于活动能力弱、活动范围小的动物或昆虫也适用(　√　)
(6)稳定型的种群数量在近期一定保持稳定(　×　)
(7)大量诱杀雄性个体不会影响种群的密度(　×　)
,　　)
1. (教材必修3 P61“探究讨论·2·3”改编)进行样方法调查时，为何要强调“随机”取样？样方多少会影响调查结果吗？
[提示]为了确保所选择的样方具有代表性，不受主观因素的影响，使通过样方统计的结果(估算值)能更接近真实的情况，应做到“随机取样”。调查时若样方的数量太少，其统计结果的误差可能就较大；一般而言，样方越多，其统计结果越接近真实情况。但是，样方数量太多，整体取样花费的时间、精力就越多。从统计学上看，一定数量的样方就可以保证统计结果的真实性。
2．(教材必修3 P63“思考与讨论2”改编)年龄组成为稳定型的种群，其数量在近期是否一定能保持稳定？年龄组成为衰退型的种群呢？
[提示]年龄组成为稳定型的种群，种群数量也不一定总是保持稳定。这是因为出生率和死亡率不完全决定于年龄组成，还会受到食物、天敌、气候等多种因素的影响。此外，种群数量还受迁入率和迁出率的影响。年龄组成为衰退型的种群，种群数量一般来说会越来越小，但是也不排除由于食物充足、缺少天敌、迁入率提高等原因而使种群数量增长的情况。
重 难 精 讲
　种群密度的调查方法
比较 项目 样方法 标志重捕法
调查 对象 植物或活动范围小的动物 活动范围大的动物
调查 程序
注意 事项 ①随机取样 ②样方大小适中 ③样方数量不宜太少 ④宜选用双子叶植物 ①标记个体与未标记个体在重捕时被捕的概率相同 ②调查期间没有大规模迁入和迁出，没有外界的强烈干扰 ③标记物和标记方法不能影响动物正常的生命活动 ④标记物不能过于醒目，不易脱落
[易错警示]
样方法应注意的六个问题
(1)调查对象要选熟悉的又容易计数的植物，如一般不选丛生或蔓生的单子叶草本植物，而选择个体数目容易辨别的双子叶草本植物。
(2)选取样方时，要注意随机取样，且选取平坦、宽阔、被调查种群分布比较均匀的地段。
(3)选取样方的个体数要依总面积的大小而定。总面积大的选取的样方要多些。
(4)植物的种类不同，样方面积也应不同。如乔木的样方面积约为100 m2，灌木约为16 m2，草本植物为1 m2。
(5)样方法并非只适用于植物。对于活动能力弱、活动范围小的动物或某种昆虫卵也可用样方法调查。
(6)计数原则。若有正好长在边界线上的，应遵循“计上不计下，计左不计右，顶角只计一次”的原则，即只计数样方相邻两条边上及其顶角的个体。 同种植物无论大小都应计数。如下图(图甲为方形样方，图乙为圆形样方，实心圈表示应统计或测量的个体，虚线表示圆形样方的直径)。
精 准 命 题
考向一　种群数量特征及内在联系
例1　(2018·安徽六校研究会第一次联考)下图是种群数量特征的概念模型，以下分析正确的是(　C　)
A．种群密度能够反映种群的数量变化趋势
B．春节前后，我国南部沿海城市人口数量变化主要取决于①、②
C．预测未来种群数量变化的主要依据是④
D．利用人工合成的性引诱剂诱杀某种害虫的雄性个体来控制特征④，进而影响种群数量
[解析]　①～④分别表示死亡率、出生率、性别比例和年龄组成，能够预测种群数量变化趋势的是种群的年龄组成，A错误、C正确；春节前后，我国南部沿海城市人口数量变化主要取决于迁入率和迁出率，B错误；利用人工合成的性引诱剂诱杀某种害虫雄性个体是控制③性别比例，进而影响种群数量，D错误。
考向二　种群密度的调查
例2　(2017·全国卷Ⅲ，5)某陆生植物种群的个体数量较少，若用样方法调查其密度，下列做法合理的是(　B　)
A．将样方内的个体进行标记后再计数
B．进行随机取样，适当扩大样方的面积
C．采用等距取样法，适当减少样方数量
D．采用五点取样法，适当缩小样方的面积
[解析]　根据题干信息“某陆生植物种群的个体数量较少”，在用样方法调查时，选取的样方过小，可能导致收集到的数据较少，偶然性较大，因此需要适当扩大样方的面积或者增加样方的数量，C、D错误。用样方法调查植物种群密度时不需要对样方内的个体进行标记，A错误。
技巧点拨
“两看法”选择种群密度的调查方法
〔对应训练〕
1．(2018·新疆乌鲁木齐一诊)下列关于种群的叙述，正确的是(　B　)
A．动物种群密度的调查只能采用标志重捕法
B．研究年龄组成能预测种群数量未来发展趋势
C．增加迁入率、降低迁出率可增加该种群的K值
D．性别比例通过影响出生率和死亡率而影响种群数量
[解析]　对于活动能力强、活动范围大的动物，调查其种群密度通常采用标志重捕法，对于活动能力及范围有限的动物(如蚜虫)，可以采用样方法调查其种群密度，A错误；种群的年龄组成是通过出生率、死亡率来影响种群数量的，研究年龄组成能预测种群数量未来发展趋势，B正确；K值(环境容纳量)是指在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中所能维持的种群最大数量，可见，增加迁入率、降低迁出率不能增加该种群的K值，C错误；性别比例通过影响出生率而影响种群数量，性别比例一般对死亡率没有影响，D错误。
2．(2018·安徽示范高中联合质检)下列关于种群和群落的研究方法的分析，正确的是(　C　)
A．密闭培养瓶中酵母菌的数量会呈“S”型增长，最终长期稳定在K值附近
B．经过一次捕捉的动物更难被重捕到，会导致标志重捕法计算出的结果偏小
C．标志重捕法调查得到的种群密度一般不是最精确的现实反映
D．单子叶植物、蚜虫、跳蝻等生物的种群密度都不适合采用样方法进行调查
[解析]　密闭培养瓶中的酵母菌会呈“S”型增长，但随着酵母菌种群数量的增加，营养物质被不断消耗，种内斗争加剧，酵母菌种群数量会出现波动、甚至消亡的情况，故A错误；标志重捕法估算种群数量的计算公式：种群数量＝第一次抓捕个体数×第二次抓捕个体数÷第二次抓捕个体中的标记个体数，经过一次捕捉的动物更难被重捕到，会使计算结果偏大，故B错误；标志重捕法是一种估算种群密度的调查方法，结果不精确，故C正确；调查植物种群密度最常用的方法是样方法，而像蚜虫、跳蝻等活动范围小、活动能力弱的动物也可以采用这种方法，故D错误。
考点二　种群数量的变化规律及应用
,　)
1．种群数量变化的研究
(1)方法：构建数学模型。
(2)步骤：观察研究对象，提出问题→提出合理的假设→根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达→通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正。
2．种群数量增长的两种曲线
(1)区别
项目 “J”型曲线 “S”型曲线
增长模型
前提条件 理想状态： ①食物和空间条件充裕； ②气候适宜； ③没有敌害； ④无迁入、迁出 现实状态： ①食物、空间有限； ②不断变化的自然条件； ③有种内斗争和种间竞争
K值 无K值，增长率保持不变 有K值，K/2时增长速率最大
(2)联系
①图中阴影部分代表环境阻力或被环境所淘汰的个体数目。
②两种增长曲线的差异主要是由环境阻力的有无造成的，它们可以发生转化：“J”型曲线“S”型曲线
3．影响种群数量变化的因素
(1)内因
①起始种群个体数量。
②导致种群数量增加的因素：出生率和迁入率。
③导致种群数量减少的因素：死亡率和迁出率。
(2)外因
①自然因素：气候、食物、天敌、传染病等。
②人为因素：种植业、养殖业发展，砍伐森林，猎捕动物，环境污染等。
,　　)
易错整合，判断正误。
(1)不同种生物的K值各不相同，但每种生物的K值固定不变(　×　)
(2)影响种群数量变化的因素可能来自外部也可能来自种群内部(　√　)
(3)“J”型增长中种群数量增长速率先增大后减小(　×　)
(4)研究种群数量的变化有利于对有害动物的防治以及对野生生物资源的保护和利用(　√　)
(5)外来入侵物种进入一个新环境中必定表现为“J”型增长(　×　)
,　　)
1．调查某地乌鸦连续10年的种群数量变化，图中λ表示该种群数量是一年前种群数量的倍数，请思考：
(1)图示模型是否可表示种群“J”型增长？
(2)图中第3年和第9年的乌鸦种群数量是否相同？
(3)图中第6年种群数量最少，对吗？
[提示](1)“J“型增长曲线其λ值应固定，故图示曲线不可代表“J”型增长。(2)、(3)在第3年到第9年间，λ<1，说明种群数量在逐年减少，到第9年数量最少。
2．如图表示两种增长方式的增长速率变化，请据图思考下列问题：
(1)甲和乙分别表示哪种增长方式？
(2)乙图中在哪个时刻增长速率最快？在t1→t2时段内，种群数量是不是会逐渐减少？
[提示](1)甲表示的是“J”型增长，乙表示的是“S”型增长。
(2)在t1时刻增长速率最快，在t1→t2时段内，种群数量仍然增加，只是增长的速率减缓。
重 难 精 讲
1．K值和K/2值在实践中的应用
(1)K值的应用
①野生生物资源保护：保护野生生物生活的环境，减小环境阻力，增大K值。
②有害生物的防治：增大环境阻力(如为防鼠害而封锁粮食、清除生活垃圾、保护鼠的天敌等)，降低K值。
(2)K/2值的应用
①资源开发与利用：种群数量达到环境容纳量的一半时种群增长速率最大，再生能力最强——把握K/2值处黄金开发点，维持被开发资源的种群数量在K/2值处，可实现“既有较大收获量又可保持种群高速增长”，从而不影响种群再生，符合可持续发展的原则。
②有害生物防治：务必及时控制种群数量，严防达K/2值处(若达K/2值处，可导致该有害生物成灾)。
2．K值的易误点解读
(1)K值不是一成不变的：K值会随着环境的改变而发生变化，当环境遭到破坏时，K值会下降；当环境条件状况改善时，K值会上升。
(2)在环境不遭受破坏的情况下，种群数量会在K值附近上下波动。当种群数量偏离K值的时候，会通过负反馈调节使种群数量回到K值。
(3)K值并不是种群数量的最大值：K值是环境容纳量，即在保证环境不被破坏前提下所能容纳的最大值；种群所达到的最大值会超过K值，但这个值存在的时间很短，因为环境已遭到破坏。
[易错警示]
(1)“S”型曲线的开始部分并非“J”型曲线。“J”型曲线由始到终都保持指数式增长，“S”型曲线自始至终具有环境阻力，增长速率先增加后减少。所以绝不能认为“S”型曲线的开始部分是“J”型曲线。
(2)种群增长率≠种群增长速率
①种群增长率：指单位数量的个体在单位时间内新增加的个体数，无单位。计算公式：
增长率＝×100%
②种群增长速率：指单位时间内新增加的个体数(即种群数量增长曲线的斜率)有单位，如个/年。计算公式：增长速率＝ 。
(3)λ≠增长率
①λ为某时段结束时种群数量为初始数量的倍数，而非增长率。
②增长率＝(末数－初数)/初数×100%
＝(N0λt＋1－N0λt)/N0λt×100%＝(λ－1)×100%。
精 准 命 题
考向一　种群数量变化
例3　(2017·全国卷Ⅱ，31)林场中的林木常遭到某种山鼠的危害。通常，对于鼠害较为严重的林场，仅在林场的局部区域(苗圃)进行药物灭鼠，对鼠害的控制很难持久有效。回答下列问题：
(1)在资源不受限制的理想条件下，山鼠种群的增长曲线呈J型。
(2)在苗圃进行了药物灭鼠后，如果出现种群数量下降，除了考虑药物引起的死亡率升高这一因素外，还应考虑的因素是苗圃中山鼠种群中个体的迁出。
(3)理论上，除药物灭鼠外还可以采取生物防治的方法控制鼠害，如引入天敌，天敌和山鼠之间的种间关系是捕食。
(4)通常，种群具有个体所没有的特征，如种群密度、年龄结构等。那么，种群的年龄结构是指种群中各年龄期的个体在种群中所占的比例。
[解析]　(1)在资源不受限制的理想条件下，山鼠种群数量呈“J”型增长。(2)仅在林场的局部区域(苗圃)进行药物灭鼠后，如果出现种群数量下降，除了考虑药物引起的死亡率升高这一因素外，还应考虑的因素是苗圃中山鼠种群中个体的迁出。(3)采用生物防治的方法控制鼠害，如引入天敌，天敌和山鼠的种间关系为捕食。(4)种群的年龄结构是指种群中各年龄期个体在种群中所占的比例。
考向二　种群增长曲线模型分析及应用
例4　(2017·全国卷Ⅰ，5)假设某草原上散养的某种家畜种群呈S型增长，该种群的增长率随种群数量的变化趋势如图所示。若要持续尽可能多地收获该种家禽，则应在种群数量合适时开始捕获，下列四个种群数量中合适的是(　D　)
A．甲点对应的种群数量　　　　 B．乙点对应的种群数量
C．丙点对应的种群数量 D．丁点对应的种群数量
[解析]　根据题图，种群数量约为最大种群数量的1/2时，种群增长率最大，种群有最大持续产量。与甲、乙、丙点相比，在丁点时捕获，捕获后使种群处于最大增长率附近，能达到持续尽可能多地收获该种家畜的目的。
技巧点拨
解读λ值和K值两种曲线
(1)λ值变化曲线
当年种群数量是一年前种群数量的λ倍，λ值随时间的变化曲线。
①oa段，λ＝1，出生率＝死亡率，种群数量不变，年龄组成为稳定型。
②ab段，λ<1，出生率<死亡率，种群数量减少，为衰退型。
③bc段，λ<1，种群数量继续减少。
④cd段，λ>1，出生率>死亡率，种群数量增加。
⑤de段，λ不变，种群数量呈J型增长。
(2)K值的不同表示曲线
图中A、B、C、D时间所对应的种群数量为K值，A′、C′、D′时间所对应的种群数量为K/2值。
〔对应训练〕
3．(2018·山东省泰安市高三上学期期末)下图是根据某有益生物种群当年种群数量与前一年种群数量的比值而绘制的曲线图，据图分析正确的是(　D　)
A．第4～10年种群年龄组成均为稳定型
B．第12年后收获该生物并使生物数量保持第12年水平，可获得最大经济价值
C．第20年时种群数量达到K值，种内斗争最激烈
D．第20～24年种群年龄组成为增长型
[解析]　第4～10年λ小于1，说明种群增长率小于0，年龄组成均为衰退型，A错误。第20年种群增长率最大，使生物数量保持在这一水平，可获得最大经济价值，B错误。第20年时种群增长率最大，处于增长型，而K值为稳定型，C错误。第20～24年，λ大于1，说明种群增长率大于0，其年龄组成为增长型，D正确。
4．(2018·天津一中月考)环保工作者对某地区最主要的草食动物某野兔种群数量进行连年监测，得到如图所示的数量增长变化(λ)曲线，λ＝t年种群数量/(t－1)年种群数量，据图分析下列叙述正确的是(　B　)
A．在第1年至第3年期间种群呈“J”型增长
B．在第4年初至第5年末，种群数量先增后减
C．第3年末种群数量与第5年中期种群数量相等
D．野兔的种群数量在第4年末达到最大
[解析]　从第1年至第3年期间，λ的数值接近1，说明种群数量基本不变，A错误；由于λ表示当年种群数量是前一年种群数量的倍数，当λ>1时，种群数量增长，从第4年初到第5年末，λ先大于1，后小于1，说明种群数量先增加后减少，B正确；从第3年末到第5年中期，λ一直大于1，种群数量一直增长，两时间点种群数量不相等，C错误；野兔的种群数量在第5年达到最大值，D错误。
考点三　　实验：探究培养液中酵母菌种群数量的变化
,　)
1．实验原理
(1)用液体培养酵母菌，种群的增长受培养液的成分、空间、pH、温度等因素的影响。
(2)在理想的无限环境中，酵母菌种群呈“J”型增长；自然界中资源和空间总是有限的，酵母菌种群呈“S”型增长。
(3)计算酵母菌数量可用抽样检测的方法——显微计数法。
2．实验流程
,　　)
易错整合，判断正误。
(1)一定容积的培养液中酵母菌的数量增长呈“S”型(　√　)
(2)在取样液前要将培养液振荡，目的是使酵母菌均匀分布(　√　)
(3)酵母菌的数量随时间的变化情况只能用“S”型曲线的形式表示(　×　)
(4)重复实验次数可以减少实验的误差(　√　)
,　　)
　如图为探究培养液中酵母菌种群数量的变化的实验相关曲线，据图回答下列问题：
(1)相当一段时间内，酵母菌的增长符合哪种模型？
(2)de段曲线下降的原因可能有哪些？
(3)试着画出酵母菌的增长速率的曲线。
[提示](1)符合“S”型增长。
(2)营养物质随着消耗逐渐减少，有害产物逐渐积累，培养液的pH等理化性质发生改变等。
(3)如图所示
重 难 精 讲
　血细胞计数板计数法
(1)适用于需借助显微镜计数的微生物。
(2)计数方法：血细胞计数板有两种方格网，对于16×25的方格网，计四角的4个中方格共计100个小方格中的个体数量；而对于25×16的方格网，计四角和正中间的(共5个)中方格共计80个小方格中的个体数量。如图所示。
(3)计算方法：大方格长度为1 mm，高度为0.1 mm(即规格为1 mm×1 mm×0.1 mm)，则每个大方格的体积为0.1 mm3(10－4 mL)，故1 mL培养液中细胞个数：(中方格中的细胞总数/中方格中小方格个数)×400×104×稀释倍数。
(4)注意事项：摇匀取样，适当稀释。
[易错警示]
(1)显微计数时，对于压在小方格边线上的酵母菌，应只计数相邻两个边及其顶角的酵母菌。
(2)从试管中吸出培养液进行计数前，需将试管轻轻振荡几次，目的是使培养液中的酵母菌均匀分布，减小误差。
(3)结果记录最好用记录表，如下：
时间/天 1 2 3 4 5 6 ……
数量/个 ……
(4)每天计数酵母菌数量的时间要固定。
(5)培养和记录过程要尊重事实，不能主观臆造。
精 准 命 题
例5　(2018·湖北宜昌模拟)有关“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验的操作，错误的是(　D　)
A．吸取培养液前应将培养瓶轻轻振荡
B．先将盖玻片放在计数室上再滴加培养液
C．不同实验组测得的结果可能存在较大差异
D．对照组用不含有机物的培养液培养酵母菌
[解析]　本探究实验因为有前后的自身对照，因此不需要设置对照实验，D错误。
〔对应训练〕
5．(2017·江西师大附中模拟)下列对“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验的叙述，错误的是(　B　)
A．从试管中吸出培养液之前应振荡试管，有利于正确计数
B．先将培养液滴在计数板上，轻盖盖玻片防止气泡产生
C．当一个小方格中酵母菌数量过多时，应将培养液按比例稀释处理
D．压在方格边上的酵母菌，只计数相邻两边及其顶角的个体数
[解析]　应先轻盖盖玻片，后将培养液滴在计数板上，防止气泡产生，B错误。
课末总结
1．〔思维导图〕
2．〔高考必背语句〕
1．种群的数量特征包括种群密度、年龄组成、性别比例、出生率与死亡率及迁入率与迁出率，其中种群密度是种群最基本的数量特征。
2．直接决定种群密度的是出生率与死亡率、迁入率与迁出率，年龄组成是预测种群数量变化趋势的依据。
3．”J”型增长曲线的形成条件：食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害。
4．“S”型增长曲线成因：资源和空间条件有限，随种群密度增大，种内斗争加剧，天敌数量增多，从而使出生率降低、死亡率升高，直至平衡。
5．在自然界中，气候、食物、天敌、传染病等均会影响种群数量，故大多数种群数量总处于波动中。
3．〔探究高考·明确考向〕
1．(2018·全国卷Ⅰ)种群密度是种群的数量特征之一。下列叙述错误的是(　D　)
A．种群的S型增长是受资源因素限制而呈现的结果
B．某林场中繁殖力极强老鼠种群数量的增长会受密度制约
C．鱼塘中某种鱼的养殖密度不同时，单位水体该鱼的产量有可能相同
D．培养瓶中细菌种群数量达到K值前，密度对其增长的制约逐渐减弱
[解析]　A对：当空间、资源有限时，种群呈S型增长。B对：林场空间、资源有限，老鼠种群的增长会由于密度增加而逐渐减慢。C对：鱼塘中某种鱼的养殖密度不同时，由于鱼的大小不同等，单位水体中产量有可能相同。D错：培养瓶中细菌种群数量达到K值前，由于环境阻力逐渐增大，密度对其增长的制约逐渐增强。
2．(2016·全国卷Ⅱ，2)如果采用样方法调查某地区(甲地)蒲公英的种群密度，下列做法中正确的是(　C　)
A．计数甲地内蒲公英的总数，再除以甲地面积，作为甲地蒲公英的种群密度
B．计数所有样方内蒲公英总数，除以甲地面积，作为甲地蒲公英的种群密度
C．计算出每个样方中蒲公英的密度，求出所有样方蒲公英密度的平均值，作为甲地蒲公英的种群密度
D．求出所有样方蒲公英的总数，除以所有样方的面积之和，再乘以甲地面积，作为甲地蒲公英的种群密度
[解析]　蒲公英个体较小，分布较广，不方便逐个计数，A错误；样方法是估算种群密度的方法，应在被调查范围内，随机选取若干个样方，通过计数每个样方内的个体数，求得每个样方内的种群密度，以所有样方内种群密度的平均值作为该地区种群的种群密度估计值，故B、D错误，C正确。
3．(2015·全国卷Ⅱ，31)某生态系统总面积为250 km2，假设该生态系统的食物链为甲种植物→乙种动物→丙种动物，乙种动物种群的K值为1 000头。回答下列问题：
(1)某次调查发现该生态系统中乙种动物种群数量为550头，则该生态系统中乙种动物的种群密度为2.2头/km2；当乙种动物的种群密度为2头/km2时，其种群增长速度最快。
(2)若丙种动物的数量增加，则一段时间后，甲种植物数量也增加，其原因是由于乙种动物以甲种植物为食，丙种动物数量增加导致乙种动物数量减少，从而导致甲种植物数量增加(其他合理答案也可)。
(3)在甲种植物→乙种动物→丙种动物这一食物链中，乙种动物同化的能量大于(填“大于”、“等于”或“小于”)丙种动物同化的能量。
[解析]　(1)乙的种群密度为550/250＝2.2头/km2；因乙动物的K值是1 000，K/2时增长速率最快，此时的种群密度为500/250＝2头/km2。(2)丙的数量增加会导致乙的数量减少，从而引起甲的数量增加。(3)每个营养级同化的能量都会以呼吸热能的形式散失一部分，乙同化的总能量只有一部分被丙同化。
4．(2015·全国卷Ⅰ，31)现有一未受人类干扰的自然湖泊，某研究小组考察了该湖泊中处于食物链最高营养级的某鱼种群的年龄组成，结果如下表。
年龄 0＋ 1＋ 2＋ 3＋ 4＋ 5＋ 6＋ 7＋ 8＋ 9＋ 10＋ 11＋ ≥12
个体数 92 187 121 70 69 62 63 72 64 55 42 39 264
注：表中“1＋”表示鱼的年龄大于等于1、小于2，其他以此类推。
回答下列问题：
(1)通常，种群的年龄结构大致可以分为三种类型，分别是增长型、衰退型、稳定型。研究表明：该鱼在3＋时达到性成熟(进入成年)，9＋时丧失繁殖能力(进入老年)。根据表中数据可知幼年、成年和老年3个年龄组个体数的比例为1：1：1，由此可推测该鱼种群数量的变化趋势是保持稳定。
(2)如果要调查这一湖泊中该鱼的种群密度，常用的调查方法是标志重捕法。标志重捕法常用于调查活动能力强、活动范围广的动物的种群密度。
(3)在该湖泊中，能量沿食物链流动时，所具有的两个特点是单向流动、逐级递减。
[解析]　(1)种群的年龄组成有增长型、稳定型、衰退型三种类型。表中幼年个体数为92＋187＋121＝400，成年个体数为70＋69＋62＋63＋72＋64＝400，老年个体数为55＋42＋39＋264＝400，该鱼种群幼年、成年、老年比例适中且为1：1：1，年龄组成属于稳定性，将来一段时间内种群数量保持相对稳定。(2)对于活动能力强、活动范围广的动物，常用标志重捕法调查其种群密度。(3)生态系统中能量流动的特点是沿食物链单向流动、逐级递减。
第二讲　群落的结构和演替
,考纲要求)群落的结构特征　Ⅰ
群落的演替　Ⅰ
实验：土壤中小动物类群丰富度的研究
考点一　群落的结构
,　)
1．群落及物种组成
(1)群落概念要点
①同一时间；②一定区域；③各种生物种群。
(2)群落的物种组成
①作用：区别不同群落的重要特征。
②丰富度：群落中物种数目的多少。
2．种间关系及实例(连线)
3．群落的空间结构
(1)写出图中群落空间结构的类型
A图：垂直结构，B图：水平结构。
(2)根据上图分析，决定群落空间结构的主要因素
A图：①植物分层：阳光。
②动物分层：栖息空间和食物条件。
B图：地形的变化、土壤、湿度、盐碱度的差异、光照强度的不同、生物自身生长特点的不同以及人与动物的影响等。
,　　)
易错整合，判断正误。
(1)单位面积或体积中某物种的个体数量多少称物种丰富度(　×　)
(2)“苗多欺草，草多欺苗”反映的种间关系是竞争(　√　)
(3)洪泽湖近岸区和湖心区不完全相同的生物分布，构成了群落的水平结构(　√　)
(4)土壤动物群落不存在分层现象(　×　)
(5)乔木层的疏密程度不会影响草本层的水平结构(　×　)
(6)森林生态系统中的明显垂直结构，可以提高群落利用阳光等资源的能力(　√　)
(7)草原生态系统比农田生态系统的群落结构简单(　×　)
(8)植物病毒与植物间是互利共生关系(　×　)
(9)用样方法研究固着在岩礁上贝类的种间关系(　×　)
,　　)
1．群落中物种多少与群落的稳定性有何关系？
[提示]群落结构的形成是不同物种的有机结合，一般而言，物种越多，群落的种间关系越复杂，群落的稳定性越强。
2．不同高度的山坡上分布着不同的植物类群，这是群落的垂直结构吗？
[提示]不是群落的垂直结构，属于植物的地带性分布。
3．植物在垂直方向上都具有明显的分层现象，影响它们分布的主要生态因素是什么？
[提示]是光照强度等。
4．不同的植物层次中分布着不同的鸟类，鸟类的这种分层主要取决于什么因素？
[提示]取决于食物的分布和栖息场所的位置。
5．(教材必修3P77“练习·2”改编)在一个水族箱中生活着两种原生动物且A捕食B，二者间用一屏障隔开，经一段时间养殖使二者均达到最大值，倘若在此时撤掉屏障，请推测两种群的变化趋势。
[提示]屏障撤掉后，很可能出现以下情况：由于种群A捕食种群B，种群B的数量减少，而种群A的数量增加。但随着种群B的数量减少，种群A因食物来源减少而出现数量减少，种群B的数量又会出现一定的增加。这样，假设水族箱中资源和其他条件较稳定，种群A和种群B将出现此消彼长的相对稳定情况。
重 难 精 讲
1．种间关系的比较
关系 名称 数量坐标图 能量关系图 特点 举例
互 利 共 生 相互依赖，彼此有利。如果彼此分开，则双方或者一方不能独立生存。数量上两种生物同时增加，同时减少，呈现出“同生共死”的同步性变化 地衣内的真菌与藻类；大豆与根瘤菌
寄 生 无 对寄主有害，对寄生生物有利。如果分开，则寄生生物难以单独生存，而寄主会生活得更好 蛔虫与人；菟丝子与大豆；噬菌体与被侵染的细菌
竞 争 两种生物生存能力不同，数量上呈现出“你死我活”的“同步性变化”，如图a；生存能力相同，则如图b。 一般生态需求越接近的不同物种间竞争越激烈 牛与羊；农作物与杂草；大草履虫与双小核草履虫
捕 食 一种生物以另一种生物为食，数量上呈现出“先增加者先减少，后增加者后减少”的不同步性变化 羊和草；狼与兔；青蛙与昆虫
2.群落的结构
(1)垂直结构
①植物的垂直结构
a．具体表现：植物群落垂直方向上的分层。
b．影响因素：主要与光照强度有关，群落中的光照强度总是随高度的下降而逐渐减弱(如图所示)。
②动物的垂直结构：主要原因是植物为动物创造了多种多样的栖息空间和食物条件。
(2)水平结构
在水平方向上由于光照强度、地形、盐碱度和湿度等因素的影响，不同地段上分布着不同生物种群。
(3)群落结构形成的原因和意义
①原因：群落结构与环境中生态因素有关，群落结构的具体表现都是在长期自然选择的基础上形成的对环境的适应。
②意义：生物在垂直方向及水平方向上的配置关系有利于提高生物群落整体对自然资源的充分利用。
3．区分“高山植被分布”与“群落垂直结构”
(1)高山植被的垂直分布是由于随海拔高度升高，温度下降明显，从而导致不同海拔高度植被分布不同，从低到高依次为阔叶林→针叶林→高原草甸→苔原。
(2)高山植被分布不属于群落垂直结构，因为在每一个自然区域地段，均具有自然群落，而每一个群落都有各自的垂直结构与水平结构。如图所示。
[易错警示]
形成群落空间结构应注意的问题
(1)要有多个种群构成群落，如竹林中竹子只是一个种群，就不存在垂直结构和水平结构。
(2)各个种群间要形成不同的种间关系，如捕食、竞争等。通过各种不同的种间关系，使各个生物种群分别占据不同的空间，形成群落的空间结构。
(3)要存在形成分层现象的环境条件，如光照、温度、食物、栖息场所等。
精 准 命 题
考向一　群落及其物种组成
例1　(2017·海南卷，18)在某一农田生态系统中，大面积单一种植某种农作物(甲)可导致害虫A的爆发，改成条带状合理地间作当地另一种农作物(乙)后，乙生长良好，害虫A的爆发也受到了抑制。对此，不合理的解释是(　D　)
A．新的种间关系不利于害虫A
B．新的群落空间结构不利于害虫A
C．乙的出现使害虫A的环境容纳量下降
D．乙和害虫A存在互相抑制的竞争关系
[解析]　由题目所给信息“间作当地另一种农作物(乙)后，乙生长良好，害虫A的爆发也受到了抑制”可以直接推出新的种间关系和群落空间结构对害虫A是不利的且乙的出现使害虫A的环境容纳量下降，ABC正确。由题目所给信息“乙生长良好，害虫A的爆发受到了抑制”可判断出乙和害虫A之间不存在互相抑制的关系，D错误。
技巧点拨
种间关系判断的技巧
(1)弄清是同种生物还是不同种生物，同种生物以同种的幼体为食，或同种生物之间对资源和空间的争夺都为种内斗争，不同种生物之间对资源和空间的争夺就是竞争，简单记为：“同斗争，异竞争”。
(2)不同种生物要注意区分竞争和捕食：竞争是争夺资源、空间等生活条件而发生的斗争，不直接获取食物；捕食则是一种生物以另一种生物为食，目的是获得食物与能量，以维持自身生存。
(3)两种生物甲和乙以同一植物为食，但取食的部位不同并不构成竞争关系，例如：人吃玉米子粒，而牛吃秸秆。
(4)坐标图中捕食者和被捕食者的判断
①看曲线上升和下降的先后关系，一般先上升或下降的曲线代表被捕食者。
②看曲线峰值的高低，一般曲线峰值高的是被捕食者，另外，被捕食者的个体一般也比捕食者的小，所以被捕食者的数量相对较多。
右图曲线中a为被捕食者，b为捕食者。
考向二　群落的结构
　　例2　(2018·湖北襄阳五中开学考)对植物群落分层现象的解释，正确的是(　C　)
①分层现象是植物群落对环境的一种适应
②森林中植物的分层现象主要是受光照强度影响形成的
③动物的分层现象决定了植物的分层现象
④群落中生物的垂直分布和水平分布，有利于生物群落整体对自然资源的充分利用
⑤在农业生产上，可以将玉米与大豆套种，充分利用分层现象
⑥种植玉米时，因植物群落分层现象的存在，所以要合理密植
A．①②③④⑤⑥ B．②④⑤⑥
C．①②④⑤ D．③⑥
[解析]　植物为动物提供食物和栖息空间，植物的分层现象决定了动物的分层现象，③错误；合理密植是针对同种生物来说的，与植物的分层无关，⑥错误。
〔对应训练〕
1．(2018·潍坊质检)下图1中所示的生物间关系，A、B代表两种生物，C代表生物的生活条件，箭头表示营养流动的方向；图2在坐标系中表示两种生物之间的关系。下列相关判断中，错误的是(　B　)
A．图1中①～④表示的种间关系分别是互利共生、种内斗争、捕食和竞争
B．图1中的③中A的数量大量减少后，B的数量一直增加
C．图2中的甲、乙、丙分别对应图1中的①、③、④
D．在一个生态系统中，两种生物可能同时存在如图2中的乙和丙两种关系
[解析]　根据图1中几种生物关系的模式图可判断①、③、④分别表示互利共生、捕食和竞争，但②表示的不是种间关系，而是生物A的不同个体间的种内斗争，A正确。图l的③中A与B是捕食关系，当A大量减少后，B的数量也不能一直增加，B错误。图2中的甲、乙和丙分别表示互利共生、捕食和竞争，对应图1中的①、③、④，C正确。在食物网中，两种生物可能既存在捕食关系也存在竞争关系，D正确。
2．(2015·海南卷，22)关于森林群落的叙述，错误的是(　B　)
A．碳可在森林群落和无机环境之间进行循环
B．森林群落在垂直方向上没有明显的分层现象
C．互利共生、捕食和竞争等可以出现在森林群落中
D．群落中植物放出的氧气可被动物、植物及微生物利用
[解析]　物质循环中C、N等元素在无机环境和生物群落之间往复循环，A正确；森林群落在垂直方向上有明显的分层现象，B错误；捕食、竞争、寄生、互利共生等种间关系在生物群落中普遍存在，C正确；群落中绿色植物释放出的氧气可被动物、植物及微生物等生物所利用，D正确。
3．(2016·海南卷，22)下列有关群落的叙述，错误的是(　D　)
A．群落有垂直结构和水平结构
B．演替是生物群落的特征之一
C．群落中物种之间是相互联系的
D．群落是由空气、水和生物组成的
[解析]　群落的空间结构包括垂直结构和水平结构；群落特征包括物种丰富度、种间关系、空间结构、群落演替等；群落是一定自然区域内所有生物个体的总和，不包括无机环境。
考点二　群落的演替
,　)
1．群落演替的概念和类型
(1)概念：随着时间的推移，一个群落被另一个群落代替的过程。
(2)过程：(以裸岩上的演替为例)
(3)演替的类型
　 类型 　项目　　 初生演替 次生演替
起点 一个从来没有被植物覆盖的地面，或者是原来存在过植被、但被彻底消灭了的地方 原有植物虽已不存在，但原有土壤条件基本保留，甚至还保留了植物的种子或其他繁殖体的地方
时间 经历的时间漫长 经历的时间较短
速度 缓慢 较快
影响因素 自然因素 人类活动较为关键
典例 沙丘、火山岩、冰川泥上的演替 森林砍伐地、弃耕农田上的演替
(4)人类活动对群落演替的影响：会使群落演替按照不同于自然演替的速度和方向进行。
2．群落演替的特征
(1)方向：一定的方向性。
(2)能量：群落有机物总量增加。
(3)结构：营养结构变得复杂，物种多样性增加。
,　　)
易错整合，判断正误。
(1)初生演替中草本阶段比灌木阶段的群落自我调节能力强(　×　)
(2)演替达到相对稳定的阶段后，群落内物种组成不再变化(　×　)
(3)某岛屿由海底火山喷发形成，现已成为旅游胜地，岛上植被茂盛，风景优美。该岛屿形成后最初进行的群落演替属于次生演替(　×　)
(4)森林阶段动物的分层比灌木阶段的简单(　×　)
(5)决定群落演替的根本原因存在于群落外部的环境条件，诸如气候、地貌、土壤和火等(　×　)
,　　)
1．(教材必修3P78“思考与讨论”改编)在群落演替进程中，地衣为苔藓的生长提供了怎样的基础？为何苔藓能取代地衣？
[提示]通过地衣分泌有机酸加速岩石风化形成土壤，并积累起了有机物，这为苔藓的生长提供了条件。而苔藓生长后，由于其植株高于地衣能获得更多的阳光，处于优势地位，其结果是逐渐取代了地衣。
2．群落演替时，不同种群间是取而代之还是优势取代？在森林阶段，还能否找到地衣、苔藓等其他植物？
[提示]在群落演替过程中，一些种群取代另一些种群是指优势取代，而不是“取而代之”。形成森林后，乔木占据了优势，取代了灌木的优势，但在森林中各种类型的植物都是存在的。
重 难 精 讲
1．群落演替的三个过程
群落演替的过程可人为地划分为三个阶段
(1)侵入定居阶段：一些物种侵入裸地定居成功并改良了环境，为以后侵入的同种或异种物种创造有利条件。
(2)竞争平衡阶段：通过种内斗争或竞争，优势物种定居并繁衍后代，劣势物种被排斥，相互竞争过程中共存下来的物种在资源上达到相对平衡。
(3)相对稳定阶段：资源利用更为充分有效，群落结构更加完善，有比较固定的物种组成和数量比例，群落结构复杂，层次多。
2．“二看法”区分初生演替和次生演替
[易错警示]
关于群落演替的易误点
(1)演替是“不可逆”的
演替是生物和环境反复相互作用，发生在时间和空间上的不可逆变化，但人类活动可使其不按自然演替的方向和速度进行。
(2)群落演替是一个漫长但并非永无休止的过程
当群落演替到与环境处于平衡状态时，就以相对稳定的群落为发展的顶点。
(3)并不是所有群落都可以演替到森林阶段。如果陆地环境条件适宜，群落都能演替到最高阶段——森林阶段。在干旱地区，一般只能演替到草原或低矮灌木阶段。
精 准 命 题
例3　(2018·江苏南京、盐城一模)火山喷发大量岩浆可形成火山岩，预测若干年后，火山岩上可生出草本植物。下列有关这一群落演替过程的叙述，错误的是(　B　)
A．该群落演替类型属于初生演替
B．该过程通常不出现地衣和苔藓植物
C．人类活动会影响该过程的方向和速度
D．该过程最先出现的动物是植食性动物
[解析]　初生演替是指在一个从来没有植被覆盖的地面，或者是原来存在植被，但被彻底消灭了的地方发生的演替，例如在沙丘、火山岩、冰川泥地上进行的演替，题中所给演替类型发生在火山岩，因此属于初生演替，A正确；在光裸的岩石上发生的初生演替包括以下阶段：裸岩阶段→地衣阶段→苔藓植物阶段→草本植物阶段→灌木阶段→森林阶段，因此该过程会出现地衣和苔藓植物，B错误；人类可以砍伐森林、填湖造地、捕杀动物，也可以封山育林、治理沙漠、管理草原，甚至可以建立人工群落，故人类活动往往会使群落演替按照不同于自然演替的速度和方向进行，C正确；初生演替过程中，最先出现的植物为地衣，其次是苔藓，有了植物，土壤才能固定，才有可利用的有机物，才会出现动物，所以最先出现的动物应为植食性动物，D正确。
〔对应训练〕
4．(2018·江苏无锡期末)图中两条曲线表示群落演替的两种类型，下列有关叙述错误的是(　C　)
A．曲线①可表示森林火灾前后的演替过程
B．曲线②可表示发生在火山岩上的演替过程
C．M、N点物种组成基本不会发生改变
D．①类型的演替速度明显快于②类型
[解析]　图中两条曲线，①开始时物种多，②开始时物种数为0，说明前者是次生演替，后者是初生演替，次生演替的速度明显快于初生演替，由于环境因素和人类活动等的影响，演替前后M、N点物种组成一般会发生变化，故A、B、D正确，C错误。
5．(2018·广西桂林、贺州、崇左联合调研)2017年，国家继续投入大批资金用于退耕还林。下表数据是某退耕地不同退耕时间物种多样性指数变化情况。
退耕时 间(年) 1 5 10 15 20 25 30 35
物种多样 性指数 1.41 1.75 2.46 3.04 3.36 3.52 3.55 3.55
(1)在调查该退耕地土壤中小动物类群的丰富度时，由于许多土壤动物有活动能力较强、身体微小的特点，常采用取样器取样的方法进行采集、调查。
(2)在退耕还林过程中，生产者固定的太阳能的变化趋势是逐渐增大至相对稳定，从碳循环的角度分析，退耕还林可在一定程度上缓解温室效应。
(3)分析表中数据可以看出第25年到第35年间，该退耕地已经演替到顶级阶段，能不能确定顶级阶段就是森林群落？不能，理由是群落演替受土壤和气候等自然条件影响，只有在具备森林群落生存和发展的自然条件下才能演替为森林群落。
考点三　(实验)土壤中小动物类群丰富度的研究
,　)
1．实验原理
(1)土壤条件：不仅为植物提供水分和矿质元素，也是一些小动物的良好栖息场所。
(2)取样方法：许多土壤动物身体微小且有较强的活动能力，可用取样器取样的方法进行采集、调查。
(3)统计方法：记名计算法和目测估计法。
2．实验流程
(1)提出问题：不同区域土壤中，物种丰富度相同吗？
(2)制订计划：包括步骤、时间、地点、内容、方法、备注等。
(3)实施计划
步骤 实施
实施计划 准备 及取样 用取样器取样(如用采集罐、吸虫器等进行取样)的方法进行采集、调查
采集 小动物 ①诱虫器采集 ②简易采集法：用解剖针拨找同时用放大镜观察，发现小动物后进行采集 ③采集到的小动物可放入酒精中，也可将活着的小动物放入试管中
观察 和分类 ①可借助放大镜、实体镜进行观察 ②可借助动物图鉴查清小动物名称，并进行分类
统计 和分析 丰富度的统计方法：记名计算法和目测估计法
实验结论 组成不同群落的优势种是不同的，不同群落的物种丰富度是不同的。一般来说，环境条件越优越，群落发育的时间越长，物种越多，群落结构也越复杂
3.采集小动物所用到的仪器
A　　　　　　　　　　　　　　　B
(1)诱虫器(A图)：
该装置中的电灯是发挥作用的主要部件，该装置利用土壤动物具有趋暗、趋湿、避高温的习性，使土壤动物远离光源、热源。
(2)吸虫器(B图)：
该装置中的纱布作用是防止将土壤小动物吸走。
,　　)
易错整合，判断正误。
(1)调查时既可调查某处土壤中小动物类群丰富度，也可以通过调查来比较不同土壤中小动物类群丰富度(　√　)
(2)在同一地块不同时间或不同深度土层，调查结果应一致(　×　)
(3)吸虫器主要用于采集体型较大的小动物(　×　)
(4)采集的小动物应一律放于70%的酒精中(　×　)
,　　)
　如图表示的是两种采集土壤中小动物的装置。甲装置的花盆壁丙和放在其中的土壤之间留一定空隙的目的是什么？利用该装置采集主要利用了小动物的什么习性？乙装置采集的小动物保存的主要方法是什么？
　　　　　甲　　　　　　　　　乙
[提示]甲装置的花盆壁丙和放在其中的土壤之间留一定空隙的目的是便于空气流通。甲装置主要是利用土壤动物避光、避高温、趋湿的习性采集。用乙装置采集的土壤动物可放入体积分数为70%的酒精溶液中，也可放入试管中。
精 准 命 题
例4　在土壤中小动物类群丰富度的研究中，某小组设计的采集小动物的装置如图所示，正确的说法是(　D　)
A．利用土壤动物的趋光、趋湿的特性
B．图示装置为吸虫器，适于采集身体微小的土壤小动物
C．金属筛网可以用多层纱布代替，阻止小动物向下移动
D．广口瓶中可加入体积分数为70%的酒精溶液或放置湿棉花
[解析]　土壤动物一般具有避光趋湿的特性，A错误；图示装置为诱虫器，B错误；用金属筛网的目的就是让小动物向下移动，C错误。
〔对应训练〕
6．(2017·河南名校月考)某地土壤中小动物的物种数和个体总数如表所示，以下有关叙述正确的是(　A　)
土层 物种数 个体总数
0～5 cm 11 79
5～10 cm 4 20
10～15 cm 3 13
A.表中的信息说明群落具有垂直结构
B．不同土层中小动物的分布与光照无关
C．不同土层中的小动物都是消费者
D．土壤中某种小动物个体总数下降则该地物种丰富度随之下降
[解析]　表中数据显示，在垂直方向上不同的土层中分布着不同的物种，这体现了群落的垂直结构，A正确；表层土壤中的小动物分布与光照有关，B错误；不同土层中的小动物不一定都是消费者，如土壤中的蚯蚓是分解者，C错误；物种丰富度是指群落中物种数目的多少，某物种的个体数量减少，只要该物种不消失，就不会影响该地物种丰富度，D错误。
7．(2018·北京清华大学高三学术能力诊断)下列关于用黑光灯诱捕的方法调查昆虫的种群密度的叙述，正确的是(　B　)
A．该方法利用了昆虫的避光性原理
B．该方法是调查活动能力强的农业害虫的种群密度的常用方法
C．将大田中用黑光灯诱捕法获取的种群密度与历史记录作对照，可得出反映种群密度大小的准确数据
D．用该方法调查种群密度能很好地预测种群数量的变化趋势
[解析]　用黑光灯诱捕的方法调查昆虫的种群密度利用了昆虫的趋光性原理，A错误；黑光灯诱捕的方法是调查活动能力强的农业害虫的种群密度的常用方法，B正确；将大田中用黑光灯诱捕法获取的种群密度与历史记录作对照，只能得出反映种群密度大小的估算值，不能得出准确数据，C错误；预测种群数量的变化趋势，依据的是种群的年龄组成，而不是种群密度，D错误。
课末总结
1．〔思维导图〕
2．〔高考必背语句〕
1．群落的物种组成是区别不同群落的重要特征。
2．群落中物种数目的多少称作丰富度。
3．在群落中，各个生物种群分别占据了不同的空间，使群落形成一定的空间结构。
4．在垂直方向上，大多数群落都具有明显的分层现象，植物的分层现象主要与光照有关；动物的分层现象则与栖息空间和食物条件有关。在水平方向上，群落的不同种群常呈镶嵌分布。
5．随着时间的推移，一个群落被另一个群落代替的过程称为群落演替，包括初生演替和次生演替。
3．〔探究高考·明确考向〕
1．(2018·江苏卷，13)下图是某处沙丘发生自然演替过程中的三个阶段，下列叙述正确的是(　D　)
阶段Ⅰ
阶段Ⅱ
阶段Ⅲ
A．从形成沙丘开始发生的演替是次生演替
B．阶段Ⅰ的沙丘上草本植物占优势，群落尚未形成垂直结构
C．阶段Ⅰ与Ⅱ的沙丘上生长的植物种类完全不同
D．阶段Ⅲ沙丘上的群落对外界干扰的抵抗力稳定性最强
[解析]　A错：在沙丘、火山岩、冰川泥上进行的演替属于初生演替。B错：在垂直方向上，大多数群落具有明显的分层现象。C错：群落演替是指优势取代而非取而代之，所以阶段Ⅰ与Ⅱ的沙丘上的植物种类并非完全不同。D对：阶段Ⅲ沙丘上的群落生物种类最多，营养结构最复杂，自我调节能力最强，所以对外界干扰的抵抗力稳定性最强。
2．(2015·全国卷Ⅰ，4)下列关于初生演替中草本阶段和灌木阶段的叙述，正确的是(　D　)
A．草本阶段与灌木阶段群落的丰富度相同
B．草本阶段比灌木阶段的群落空间结构复杂
C．草本阶段比灌木阶段的群落自我调节能力强
D．草本阶段为灌木阶段的群落形成创造了适宜环境
[解析]　初生演替的一般过程为裸岩阶段→地衣阶段→苔藓阶段→草本植物阶段→灌木阶段→森林阶段。草本植物阶段植物种类及动物种类较少，而灌木阶段的植物种类和动物种类增加，所以灌木阶段的丰富度大、群落空间结构复杂，自我调节能力较强，A、B、C错误；由于草本植物群落阶段土壤继续增加，小气候也开始形成，同时土壤微生物和小型土壤动物的活力增强，植物的根系可深入到岩石缝隙，因此环境条件得到了大大的改善，为一些木本植物的生长创造了条件，D正确。
3．(2017·天津卷，7)大兴安岭某林区发生中度火烧后，植被演替过程见下图
据图回答：
(1)该火烧迹地上发生的是次生演替。与①相比，③中群落对光的利用更充分，因其具有更复杂的垂直结构。
(2)火烧15年后，草本、灌木丰富度的变化趋势均为下降后保持相对稳定，主要原因是它们与乔木竞争时获得的光逐渐减少。
(3)针叶林凋落物的氮磷分解速率较慢。火烧后若补栽乔木树种，最好种植阔叶树，以加快氮磷循环。
(4)用样方法调查群落前，需通过逐步扩大面积统计物种数绘制“种——面积”曲线，作为选取样方面积的依据。下图是该林区草本、灌木、乔木的相应曲线。据图分析，调查乔木应选取的最小样方面积是S3。
[解析]　(1)由图中信息可知，火灾后群落中迅速出现了多种草本植物和灌木，这说明大火后还保留原有土壤条件，甚至还可能保留了植物的种子或其他繁殖体，所以该火烧迹地上发生的是次生演替。群落中植物的垂直结构有利于群落对光能的充分利用。(2)从图中可以看出，火烧15年后草本和灌木丰富度下降，到40年后基本保持相对稳定，主要原因是草本和灌木在与乔木的竞争中得到的光逐渐减少。(3)火烧后若补栽乔木树种，最好种植阔叶树，因为针叶树的凋落物不易被分解，物质循环速度慢，而由题知乔木中除了针叶树就是阔叶树，因此应该种植的是阔叶树。(4)从样方大小和物种数间的关系可判断，坐标曲线中最下面的曲线为乔木对应的曲线，从该曲线可以看出，当样方面积为S3时乔木的物种数就达到最大，所以调查乔木应选取的最小样方面积为S3。
第三讲　生态系统的结构、能量流动和物质循环
,考纲要求)1.生态系统的结构　Ⅰ
2．生态系统中的物质循环和能量流动的基本规律及应用　Ⅱ
考点一　生态系统的结构
,　)
1．生态系统的概念：
由__生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体。地球上最大的生态系统是生物圈。
2．生态系统的结构
3．生态系统的营养结构
(1)食物链
①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。
②实例
③表现形式：起点总是生产者，终点是不被其他动物所食的动物(最高营养级)。
④消费者级别＝营养级级别－1。
(2)食物网
①概念：在一个生态系统中，许多食物链彼此相互交错连接成的复杂营养结构。
②形成原因：生态系统中，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植物，也可能被多种肉食性动物所食。
,　　)
易错整合，判断正误。
(1)稻田生态系统中的分解者能将鸭的粪便分解成无机物以促进水稻的生长(　√　)
(2)所有的生产者都是植物，所有的动物都是消费者，所有的细菌和真菌都是分解者(　×　)
(3)生态系统的结构指的就是食物链和食物网(　×　)
(4)生态系统的食物链中营养级越高的生物，其体型必然越大(　×　)
(5)三级消费者在食物链中属于第四营养级(　√　)
(6)草、鹿、兔、狼、狐和土壤中微生物共同形成了一个生态系统(　×　)
,　　)
1．(教材必修3P88旁栏思考题改编)一个动物园中全部动物是一个系统吗？全部动物和植物呢？为什么？
[提示]动物园中的全部动物不能说是一个系统，因为不同种动物是分开饲养的，彼此之间没有内在联系和相互影响，不是一个有机的整体。同理，动物园中的全部动物和植物也不是一个系统。
2．(教材必修3P92“基础题T1”改编)如图是某海洋生态系统中，生产者固定太阳能和海洋水深关系的曲线，请思考：
①就远洋水域和近海水域而言，其生产者固定太阳能数量明显降低的水深深度分别为多少米？影响这一变化的主要非生物因素是什么？
②近海水域水深为多少时，生产者数量最多？在水深超过35米后，哪种水域还有较多生产者？
③从生态系统的组成成分角度看，生活在水深100 m以下的生物，主要属何种成分？是否还有生产者？
[提示]①近海水域10 m、远洋水域30 m，光照。②10～15 m远洋水域。③主要为消费者、分解者，不再有光合自养型生产者，但还可能有化能合成作用类型的生产者。
重 难 精 讲
1．各组成成分的比较
比较项目 组成内容 作用 生物同化类型 地位
非生物的物质和能量 阳光、热能、空气、水分、无机盐等 为生物提供物质和能量 ，是生物群落赖以生存和发展的基础 必备 成分
生产者 主要是绿色植物，也包括化能自养型微生物(如硝化细菌) 制造有机物，储存能量；为消费者提供食物和栖息场所 自养型 主要成分(基石)
消费者 主要包括绝大部分动物，包括寄生生活的微生物和植物(如菟丝子) 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 异养型 最活跃的成分
分解者 营腐生生活的微生物及腐食性的动物(如蚯蚓、蜣螂) 通过分解作用将生物遗体、排泄物分解为无机物，供生产者重新利用 异养型 物质循环中的关键成分
联 系 各成分相互作用形成一个统一整体
[易错警示]
(1)生态系统成分的误区类型与特例分析
误区类型 特例
细菌都是 分解者 硝化细菌是自养生物，属于生产者；寄生细菌属于特殊消费者
动物都是 消费者 蚯蚓、蜣螂、秃鹰及某些种类的软体动物是以动植物残体为食的腐生动物，属于分解者
生产者都是 绿色植物 蓝藻、硝化细菌等自养原核生物也是生产者，应该说生产者主要是绿色植物
植物都是 生产者 菟丝子等一些寄生植物营寄生生活，属于消费者
(2)生态系统组成成分关系图解分析
①先据双向箭头“??”确定“非生物的物质和能量”和“生产者”，再判断两者中有“3”个指出箭头的D为“生产者”，有“3”个指入箭头的C为“非生物的物质和能量”，最后根据D→A→B，确定A为消费者、B为分解者。
②若问D、A、B具体是什么生物，则D主要为绿色植物，A为动物，B为营腐生生活的细菌和真菌。
③图示中D、A、B共同构成生物群落，食物链(网)中只包括D和A。
2．食物网中生物数量的变化分析
(1)食物链的第一营养级生物减少，相关生物都减少。
(2)“天敌”减少，被捕食者数量增加，但随着数量增加，种内斗争加剧，种群密度还要下降，直到趋于稳定。
(3)“中间”营养级生物减少的情况，举例如下：
若青蛙突然减少，则以它为食的蛇将减少，鹰过多捕食兔和食草鸟，从而导致兔、食草鸟减少，因鹰不只捕食蛇一种生物，它可以依靠其他食物来源维持数量基本不变。
[易错警示]
(1)距离基本能源(如生产者)越近的生物，受到捕食或取食的压力越大，因而其种类和数量越多，生殖能力越强。
(2)食物网越复杂，最高营养级生物就越能获得持续稳定的能量。
(3)取食对象一般选取低营养级生物的原因：低营养级生物所含的能量多；富集有毒物质少。
精 准 命 题
考向一　生态系统的概念及成分
例1　(2018·山东省实验中学一诊)下列有关生态系统的结构的描述，正确的是(　C　)
A．不能进行光合作用的生物一定不是生产者
B．分解者只包括腐生细菌和真菌
C．生态系统的营养结构是指生态系统中由营养关系形成的食物链和食物网
D．生产者和分解者是生态系统的基石，消费者不是生态系统的必备成分
[解析]　有些生物虽然不能进行光合作用，但是能进行化能合成作用，也属于生产者，例如硝化细菌，A错误。分解者包括腐生细菌、真菌以及营腐生生活的动物(例如秃鹫、蚯蚓等)，B错误。生态系统的结构包括生态系统的组成成分、食物链和食物网，其中食物链和食物网构成生态系统的营养结构，C正确。生产者(能把无机物合成有机物)是生态系统的基石；分解者(能把有机物分解成无机物)是生态系统的必备成分；消费者只是加快生态系统的物质循环，若是没有消费者，生态系统的物质循环虽然变慢但仍可以进行，所以消费者不是生态系统的必备成分，D错误。
考向二　生态系统的营养结构——食物链、网
例2　(2018·湖南省长沙市高三理科综合模拟)某地土壤和水体中镉超标，镉进入生态系统后蓄积在动物肝、肾中引发“痛痛病”。某生态系统有甲、乙、丙、丁四个营养级，在某一时间测得所含镉的相对浓度如图所示。下列相关叙述中，正确的是(　A　)
A．当地人要预防“痛痛病”要少吃动物肝、肾等内脏
B．丙营养级所含能量最多
C．该生态系统肯定没有分解者
D．四个营养级所同化的能量值的关系可表示为丁<甲＋乙＋丙
[解析]　富集作用是随着营养级越高含量会越高，由题意可知镉进入生态系统后蓄积在动物肝、肾中而引发“痛痛病”，所以人类要预防该病应少吃动物肝、肾等内脏，A正确。丙营养级所含镉浓度最高，说明丙营养级最高，而能量是单向流动、逐级递减的，丙营养级所含能量最少，B错误。任何一个生态系统中都必须有分解者，C错误。四个营养级同化的能量值的关系可以表示为丁>甲＋乙＋丙，D错误。
技巧点拨
食物链变式模型的分析
(1)下图中图1和图2都是以每个营养级中有机物多少为依据，图l中的食物链是丙→甲→乙→丁，图2中的食物链是丙→丁→甲→乙。
(2)图3表示甲和乙之间为捕食关系，甲是被捕食者，乙是捕食者，在食物链中，甲是低营养级，乙是高营养级。
(3)图4表示的是生态系统的组成成分图解，A是生产者，B是消费者，C是分解者，D是非生物的物质和能量，其中的食物链是A→B。
〔对应训练〕
1．(2018·甘肃张掖一检)下列关于生态系统结构和功能的叙述，正确的是(　A　)
A．在生态系统中，生产者不一定都是植物
B．食物链中各营养级的能量都沿着食物链流动
C．物质循环只与生态系统中的生产者和分解者有关
D．所有反馈调节对生态系统的稳定性都具有积极意义
[解析]　在生态系统中，生产者是自养生物，但不一定都是植物，例如硝化细菌也是生产者，A正确；食物链中各营养级的能量，沿着食物链流动的约占各营养级能量的10%～20%，B错误；物质循环与生态系统中的生产者、消费者和分解者均有关，C错误；负反馈调节对生态系统的稳定性具有积极意义，正反馈调节的作用往往使生态系统远离稳态，D错误。
2．(2018·四川成都期末调研)如图是某草原生态系统中部分食物网简图，据图判断下列说法错误的是(　D　)
A．图中所示的食物网中，一共有4条食物链
B．蛇在此食物网中，分别属于两个不同营养级
C．青蛙和蜘蛛之间既有竞争关系，也有捕食关系
D．若蜘蛛忽然全部死亡，则蛇的数量一定迅速减少
[解析]　图中食物网中有4条食物链，A正确；蛇在此食物网中占据第四、第五两个营养级，B正确；从食物网看，青蛙和蜘蛛都捕食蝗虫，青蛙和蜘蛛的种间关系是竞争，青蛙又捕食蜘蛛，故二者之间既有竞争关系，也有捕食关系，C正确；若蜘蛛忽然全部死亡，青蛙仅占第三营养级，青蛙可能会获得更多的能量，其种群数量会有所增加，则一定时间内蛇的数量也会增加，D错误。
考点二　生态系统的能量流动
,　)
1．生态系统的能量流动过程、特点及意义
2．消费者的能量流动
注意：最高营养级消费者的能量没有流向下一营养级这条途径。
(1)上述图解可以得到：摄入量＝同化量＋粪便量。
(2)在各营养级中，能量的几个去路：通过呼吸作用以热能的形式散失；被下一营养级生物利用；被分解者利用；未被利用。
,　　)
易错整合，判断正误。
(1)生态系统相对稳定时无能量的输入和散失(　×　)
(2)生产者固定的能量除用于自身呼吸外，其余均流入下一个营养级(　×　)
(3)兔吃草后排出的粪便中的能量是兔同化量的一部分(　×　)
(4)一只狼捕食了一只兔子，该狼获得了兔子能量的10%～20%(　×　)
(5)能量流动规律可用“能量金字塔”表示，一个生态系统的营养级越多，在能量流动过程中散失的热能越多，所以能量流动一般不会超过4～5个营养级(　√　)
(6)拔去田地中的杂草是人为地调整能量流动的方向，可以提高生态系统的能量传递效率(　×　)
,　　)
　下图表示A、B两个特定生态系统的能量金字塔，请思考：
(1)依生态学原理看同样的玉米，上述哪种营养结构可养活更多的人口？为什么？
(2)一个吃玉米的人所获得的能量一定比一个吃牛肉的人获得的能量多，对吗？为什么？
(3)若土壤中含相同浓度的难降解污染物，则A中的人与B中的人体内污染物浓度哪个更高？
[提示](1)A种营养结构，因为B中人处于第三营养级，能量损耗加大，养活的人口更少。(2)不对。A、B营养结构中“牛”“人”代表的是相应的营养级环节，并非“一个人”。(3)B中更高。
重 难 精 讲
1．流入某一营养级的能量来源和去路
(1)能量来源
(2)能量去向：流入某一营养级(最高营养级除外)的能量去向可从以下两个角度分析：
②定量定时：流入某一营养级的一定量的能量在一定时间内的去路可有四条：a.自身呼吸消耗；b.流入下一营养级；c.被分解者分解利用；d.未被自身呼吸消耗，也未被下一营养级和分解者利用，即“未利用”。如果是以年为单位研究，这部分的能量将保留到下一年。
2．能量流动特点及原因分析
(1)单向流动
①能量流动是沿食物链进行的，食物链中各营养级之间的捕食关系是长期自然选择的结果，是不可逆转的。
②各营养级通过呼吸作用所产生的热能不能被生物重复利用，因此能量流动无法循环。
(2)逐级递减
①各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。
②各营养级的能量都会有一部分流入分解者，包括未被下一营养级生物利用的部分。
3．流动模型——生态金字塔的类型、含义比较
类型 能量金字塔 数量金字塔 生物量金字塔
形状
特点 正金字塔形 一般为正金字塔形 一般为正金字塔形
象征 含义 能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性 一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减 一般生物有机物的总质量沿食物链升高逐级递减
每一阶 含义 每一营养级生物所含能量的多少 每一营养级生物个体的数目 每一营养级生物的有机物总量
特殊 形状 无 极少
[易错警示]
能量流动中的三个易误点
(1)动物同化的能量不等于摄入的能量
动物同化的能量＝摄入量－粪便有机物中的能量，即摄入的食物只有部分被同化。例如蜣螂利用大象的粪便获得能量，就不能说蜣螂获得了大象的能量。
(2)粪便量不是该营养级同化量的一部分
消费者产生的粪便不属于该营养级同化的能量，它实际上与上一营养级的遗体、残骸一样，属于上一营养级被分解者利用的部分。
(3)能量传递效率与能量利用效率的区别
①能量传递效率：能量在沿食物链流动的过程中，逐级减少，若以“营养级”为单位，能量在相邻两个营养级之间的传递效率为10%～20%。其计算公式为能量传递效率＝(一个营养级同化量/上一营养级同化量)×100%。
②能量利用效率：通常考虑的是流入人体中的能量占生产者能量的比值，或流入最高营养级的能量占生产者能量的比值。合理调整能量流动关系，可提高能量的利用效率。
精 准 命 题
考向一　生态系统能量流动的过程和特点
例3　(2017·贵州毕节适应性监测)某稻田生态系统中生长着水稻、稗草，卷叶螟是水稻的主要害虫，拟水狼蛛是卷叶螟的天敌。下列叙述错误的是(　A　)
A．防治害虫可提高生产者和消费者之间的能量传递效率
B．害虫与拟水狼蛛间的信息传递可调整种间关系
C．该稻田中的上述四种生物形成三个营养级
D．除去稗草，可使水稻固定的太阳能增加
[解析]　在食物链中，防治害虫只能提高能量利用率，使得能量朝有利于人的方向流动，能量传递效率并未提高，A错误；害虫与拟水狼蛛间的信息传递可调整种间关系，维持生态系统的稳定，B正确；该稻田中的上述四种生物形成三个营养级，水稻、稗草属于第一营养级，卷叶螟属于第二营养级，拟水狼蛛属于第三营养级，C正确；除去稗草，可使水稻固定的太阳能增加，D正确。
考向二　能量流动的“分流模型”分析和“传递效率”的计算
例4　(2018·安徽合肥调研性检测)在人为干预下，地震毁损的某自然保护区恢复过程中的能量流动关系如图所示(单位为×103kJ·m－2·a－1)。请据图分析，下列说法错误的是(　D　)
A．在地震中营养级较高的生物受到的影响可能较大
B．能量在第二营养级到第三营养级之间的传递效率为15.6%
C．肉食动物需补偿输入的能量值为5×103kJ·m－2·a－1
D．流经该生态系统的总能量是生产者固定的太阳能
[解析]　由图可知，营养级越高，需要补偿输入的能量越多，因而在地震中营养级较高的生物受到的影响可能较大，A正确。分析图可知，第二营养级的同化量为14×103＋2×103＝16×103(kJ·m－2·a－1)，第三营养级的同化量为0.25×103＋0.05×103＋5.1×103＋2.1×103＝7.5×103(kJ·m－2·a－1)，其中从第二营养级获得的能量为16×103－4×103－9×103－0.5×103＝2.5×103(kJ·m－2·a－1)，因此能量从第二营养级到第三营养级的传递效率为(2.5÷16)×100%＝15.6%，B正确。由上述分析可知，第三营养级的同化量是7.5×103kJ·m－2·a－1，其中从第二营养级获得的能量为2.5×103kJ·m－2·a－1，则从外界补偿输入的能量为7.5×103－2.5×103＝5×103(kJ·m－2·a－1)，C正确。该生态系统有从外界补偿输入的能量，因此流经该生态系统的总能量＝生产者固定的太阳能＋补偿输入的能量，D错误。
技巧点拨
“拼图法”分析生态系统中能量流动的去向
输入第一营养级的能量(W1)被分为两部分：一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了(A1)，一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖。而后一部分能量中，包括现存的植物体B1、流向分解者的C1、流向下一营养级的D1。参考图示：
(1)模式图中能量的拼接方法：流经整个生态系统的总能量是生产者固定的总能量，即W1。将图中第三营养级同化的总能量D2“拼回”第二营养级，则刚好等于D1，即第二营养级同化的总能量；再将D1“拼回”第一营养级，则刚好等于生产者固定的总能量W1。可见，在一个生态系统中，所有生物的总能量都来自W1，所有生物总能量之和都小于W1(呼吸作用消耗的缘故)。
(2)用拼接模块表示传递效率：从上图可以看出，从第一营养级向第二营养级能量的传递效率等于D1/W1。〔对应训练〕
3．(2018·宁夏平罗中学第一次月考)草→兔子→狐狸→狼为某草原上的一条食物链，下列关于该食物链的说法中正确的是(　B　)
A．在此食物链中能量形式的转变顺序是化学能→光能→热能
B．兔子产生粪便中的能量不属于兔子的同化量，而属于草的同化量
C．当狐狸捕食兔子并同化为自身的有机物时，能量就从第一营养级流入第二营养级
D．根据能量流动的特点，狼个体体内的能量少于狐狸个体体内的能量
[解析]　在此食物链中能量形式的转变顺序是光能→化学能→热能，A错误；兔子的同化量＝摄入量－粪便量，兔子粪便中的能量属于上一营养级即草的同化量，B正确；兔子和狐狸分别处于第二、第三营养级，C错误；根据能量流动的特点，所有狼个体体内的能量之和少于所有狐狸个体体内的能量之和，D错误。
4．(2018·广东省实验中学期中)如图为桑甚鱼糖农业生态系统局部的能量流动图解，图中字母代表相应能量，下列说法正确的是(　D　)
A．图中用于桑树生长、发育和繁殖的能量是A
B．图中未利用的能量是指蚕粪便中的能量
C．第一、二营养级间的能量传递效率为(A1＋B1＋C1＋D1)/C×100%
D．蚕丝中所含的能量来自蚕中的B1
[解析]　A为输入生态系统的总能量，净光合作用量C＝总光合作用量A－呼吸作用散失的能量B，C将用于桑树自身的生长、发育和繁殖，A错误；图中未利用的能量是指桑树同化的总能量减去桑树呼吸消耗的能量、被分解者分解利用的能量和流入蚕的能量后剩余的能量，B错误；第一、二营养级间的能量传递效率＝(蚕的同化量÷桑树的同化量)×100%＝(A1＋B1＋C1＋D1)/A×100%，C错误；蚕丝中所含的能量来自B1，D正确。
5．(2018·安徽合肥调研性检测)如图表示某相对稳定的草原生态系统的能量流动过程，其中a、b、c表示各营养级同化的能量，d、e、f表示各营养级呼吸消耗的能量，g、h、i表示各营养级流向分解者的能量，请据图回答：
(1)能量在草与老鼠之间的传递效率为b/a×100%。
(2)老鼠粪便中的能量包含在字母a和g中；蛇用于生长、发育和繁殖的能量为c－f(用图中字母表示)。
(3)蛇增重2 kg需要间接消耗草2a/ckg(用图中字母表示)。
考点三　生态系统的物质循环
,　)
1．概念
2．碳循环
(1)碳的存在形式与循环形式
A．在生物群落和无机环境间：主要以CO2形式循环。
B．在生物群落内部：以含碳有机物形式传递。
C．在无机环境中：主要以CO2和碳酸盐形式存在。
(2)碳进入生物群落的途径：生产者的光合作用和化能合成作用。
(3)碳返回无机环境的途径
生产者、消费者的呼吸作用；
分解者的分解作用(实质是呼吸作用)；化石燃料的燃烧。
3．碳循环的破坏——温室效应
(1)形成原因：大量化石燃料的燃烧，导致大气中的CO2含量迅速增加，打破了生物圈中碳循环的平衡。
(2)影响：使气温升高，加快极地和高山冰川的融化，导致海平面上升，进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁。
,　　)
易错整合，判断正误。
(1)无机环境中的物质可以通过多种途径被生物群落反复利用(　√　)
(2)生态系统的物质循环指的是各种化合物在生物群落与无机环境之间往复循环(　×　)
(3)生态系统的物质循环和能量流动的渠道都是食物链和食物网，所以物质和能量都是循环往复的(　×　)
(4)与碳循环有关的生理活动有光合作用、细胞呼吸和化能合成作用等(　√　)
(5)减少化石燃料的燃烧和大力植树造林都可以有效地缓解温室效应(　√　)
,　　)
1．(教材必修3P104“基础题·4”改编)生物圈是不是一个在“物质”上自给自足的系统？“能量”上呢？
[提示]生物圈在物质上可自给自足，但在能量上不能自给自足，因为物质可以在生物圈内循环利用，而能量不能循环利用——它必须由生物圈外的太阳能源源不断地输入方可维持正常运转。
2．(教材必修3P104“二、拓展题”改编)氮元素在生物群落与无机环境间能否循环利用？你如何解释需不断向农田中施加氮肥？
[提示]能。农田是人工生态系统，是以提高农作物的产量和效益，使能量更多地流向人类，满足人类的需要为目的的。农田土壤中氮的含量往往不足以使作物高产，加之农产品源源不断地自农田生态系统输出，其中的氮元素并不能都归还土壤，所以需要施加氮肥。这与物质循环并不矛盾。
重 难 精 讲
1．物质循环与能量流动的关系
项目 能量流动 物质循环(以碳循环为例)
形式 太阳能→化学能→热能
特点 单向流动、逐级递减 全球性、循环性
范围 生态系统各营养级 生物圈(全球性)
联系 同时进行、相互依存，不可分割 ①能量的固定、储存、转移和释放，离不开物质的合成和分解 ②物质是能量沿食物链(网)流动的载体 ③能量是物质在生态系统中往复循环的动力
图示
[易错警示]
正确理解生态系统物质循环的四个关键点
(1)生态系统的物质循环中所说的“生态系统”并不是一般的生态系统，而是指地球上最大的生态系统——生物圈，因此物质循环具有全球性。
(2)生态系统的物质循环中所说的“物质”并不是指组成生物体的化合物，而是指组成生物体的化学元素，如C、H、O、N、P、S等。
(3)碳在生态系统各成分之间传递并不都是双向的，只有生产者与无机环境之间的传递是双向的，其他各成分间的传递均是单向的。
(4)重金属和DDT等农药的生物富集：生物富集问题与能量流动相反，能量沿食物链流动时逐级递减，而农药或重金属在食物链中则存在“生物富集作用”，即营养级越高，该物质浓度越高。
精 准 命 题
例5　(2018·河北重点中学月考)如图表示某生态系统中四种成分之间的关系。以下相关叙述正确的是(　C　)
A．1和2包含的所有种群构成群落
B．3代表的一定是原核生物
C．4可以表示大气中的CO2库
D．①代表光合作用，②代表呼吸作用
[解析]　由图可知1是生产者，2是消费者，3是分解者，4是非生物的物质和能量，群落应是一定区域内所有的生物，除1、2外还应包含3，A错误；分解者也可以是真核生物，如蚯蚓，B错误；4可以代表大气中的二氧化碳库，C正确；①代表的是捕食，②是呼吸作用，③是光合作用，D错误。
技巧点拨
对物质循环过程相关图解的识别
(1)碳循环过程示意图
(2)将上图换成字母，如下面三种变式图。据图判断A、B、C、D各代表哪种成分。
①图1——先根据双向箭头判断：A和B应为生产者和大气中CO2库，再根据A→C判断：C为消费者，剩下的D为分解者。
②图2——根据A与C之间的双向箭头判断：A是生产者，C是大气中CO2库。根据A、B、D的箭头都流向E，可进一步判断：B是初级消费者，D是次级消费者，E是分解者。
③图3——根据A与E之间的双向箭头判断：A为大气中CO2库，E为生产者。然后观察剩余的几个成分，其中其他生物部分的箭头都指向C，所以C是分解者，剩余的B、D、F则为消费者。整个图解中，食物链是E→F→D→B。
〔对应训练〕
6．(2018·广西桂林期中)根据如图所示碳循环的部分过程进行的有关分析，不正确的是(　B　)
A．生物群落内部进行碳循环的物质形式是有机物
B．参与过程②的生物属于消费者和分解者
C．可以通过增强过程③减少大气中CO2的含量
D．开发太阳能、水能、核能等新能源，可减少人类对过程①的依赖
[解析]　碳在生物群落内以含碳有机物的形式传递，A正确；参与过程②的生物包括生产者、消费者和分解者，B错误；生活中可以通过植树造林、退耕还林(草)等途径增强植物的光合作用固定CO2，以减少大气中的CO2量，C正确；开发太阳能、水能、核能等新能源，可减少人类对过程①的依赖，D正确。
7．下列关于物质循环的叙述错误的是(　A　)
A．生产者、消费者与无机环境之间都可以直接进行碳循环
B．物质循环是指物质在生物和无机环境之间反复出现、循环流动，且带有全球性
C．物质循环沿着食物链、食物网进行
D．物质循环过程中始终伴随着能量流动
[解析]　生产者可以通过光合作用(绿色植物等)或化能合成作用(硝化细菌等)将无机环境中的CO2转化成贮存能量的含碳有机物，又可通过有氧呼吸将含碳的有机物(主要是糖类)转变成CO2释放到无机环境中，但是消费者不能利用无机环境中的碳，所以A错误。
8．为研究森林生态系统的碳循环，对西黄松老龄(未砍伐50～250年)和幼龄(砍伐后22年)生态系统的有机碳库及年碳收支进行测定，结果见下表。据表回答：
　　　 　碳量　　 西黄　　　　 松生　　　 态系统　　 生产者活 生物量 (g/m2) 死有机质 (g/m2) 土壤有机碳 (g/m2) 净初级 生产力* (g/m2·年) 异养呼吸** (g/m2·年)
老龄 12 730 2 560 5 330 470 440
幼龄 1 460 3 240 4 310 360 390
*净初级生产力：生产者光合作用固定总碳的速率减去自身呼吸作用消耗碳的速率
**异养呼吸：消费者和分解者的呼吸作用
(1)西黄松群落被砍伐后，可逐渐形成自然幼龄群落，体现了生态系统的恢复力稳定性。
(2)大气中的碳主要在叶绿体基质部位被固定，进入生物群落。幼龄西黄松群落每平方米有360克碳用于生产者当年的生长、发育、繁殖，储存在生产者活生物量中；其中，部分通过生态系统中消费者的呼吸作用，部分转变为死有机质和土壤有机碳后通过分解者的分解作用，返回大气中的CO2库。
(3)西黄松幼龄群落中每克生产者活生物量的净初级生产力大于(大于/等于/小于)老龄群落。根据年碳收支分析，幼龄西黄松群落不能(能/不能)降低大气碳总量。
[解析]　(1)西黄松群落被砍伐后，一段时间后又形成了自然幼龄群落，将来还可能会形成成熟群落，体现了生态系统的恢复力稳定性。(2)大气中的碳以CO2形式存在，在叶绿体的基质中发生CO2的固定。本题中，每平方米生产者当年用于自身生长、发育、繁殖的生物量＝光合作用固定总碳的速率－呼吸作用消耗碳的速率＝净初级生产力，所以幼龄西黄松群落每平方米有360克碳用于自身的生长、发育、繁殖，储存在生产者活生物量中。这部分有机物中的碳，一部分会流向消费者，通过消费者的呼吸作用，转化成CO2，返回大气；一部分通过动植物死亡转变为死有机质和土壤中的有机碳，并通过分解者的分解作用，转化成CO2，返回大气。(3)西黄松幼龄群落中每克生产者活生物量的净初级生产力为360÷1 460≈0.25，西黄松老龄群落中每克生产者活生物量的净初级生产力为470÷12 730≈0.037，所以西黄松幼龄群落中每克生产者活生物量的净初级生产力大于西黄松老龄群落中每克生产者活生物量的净初级生产力。影响大气碳总量的过程有光合作用、呼吸作用、分解者的分解作用等。西黄松幼龄群落每年每平方米光合作用固定量－自身呼吸作用消耗量＝净初级生产力＝360 g，小于每年每平方米的异养呼吸量390 g，所以幼龄西黄松群落不能降低大气碳总量。
课末总结
1．〔思维导图〕
2．〔高考必背语句〕
1．生态系统的组成成分
(1)生态系统都包含非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者四种成分。
(2)生产者通过光合作用或化能合成作用，把光能或化学能固定在它们制造的有机物中，被生物所利用，因此生产者是生态系统的基石。
(3)细菌不都是分解者，如硝化细菌是生产者；动物不都是消费者，如蚯蚓和蜣螂是分解者；植物不都是生产者，如菟丝子等寄生植物属于消费者。
2．生态系统的营养结构
(1)食物链的开始都是生产者，即第一营养级总是生产者，各种动物在不同的食物链中所处的营养级可能不同；食物链的最末都是最高营养级(消费者)，中间不能断，且一般不超过5个营养级。
(2)食物链和食物网是生态系统的营养级，是生态系统能量流动和物质循环的渠道。
3．生态系统的能量流动和物质循环
(1)生态系统的能量来自生产者固定的太阳能，经食物链和食物网的传递，最终以热能形式散失。
(2)能量流动是单向的；能量在流动过程中逐级递减，有效传递效率只有10%～20%。
(3)生态系统的物质循环中所说的“物质”并不是指组成生物体的化合物，而是指组成生物体的化学元素，如C、H、O、N、P、S等。
(4)能量流动和物质循环是生态系统的主要功能，二者同时进行，相互依存，不可分割，物质是能量流动的载体，能量是物质循环的动力。
3．〔探究高考·明确考向〕
1．(2016·全国卷Ⅲ，5)我国谚语中的“螳螂捕蝉，黄雀在后”体现了食物链的原理。若鹰迁入了蝉、螳螂和黄雀所在的树林中，捕食黄雀并栖息于林中。下列叙述正确的是(　C　)
A．鹰的迁入增加了该树林中蝉及其天敌的数量
B．该生态系统中细菌产生的能量可流向生产者
C．鹰的迁入增加了该生态系统能量消耗的环节
D．鹰的迁入改变了该生态系统能量流动的方向
[解析]　鹰迁入前，食物链为植物→蝉→螳螂→黄雀；鹰迁入后，食物链为植物→蝉→螳螂→黄雀→鹰；故鹰的迁入会使该树林中螳螂(蝉的天敌)的数量增加，蝉的数量减少，A错误。题干所述的食物链是捕食链，细菌是分解者，不参与该食物链的构成，即细菌产生的能量不能流向生产者，流向生产者的能量是太阳能，B错误。鹰的迁入使得最高营养级由第四营养级增加到第五营养级，增加了能量消耗的环节，C正确。能量流动是沿着食物链进行的，鹰的迁入没有改变该生态系统能量流动的方向，D错误。
2．(2018·全国卷Ⅱ，31)大型肉食性动物对低营养级肉食性动物与植食性动物有捕食和驱赶作用，这一建立在“威慑”与“恐惧”基础上的种间关系会对群落或生态系统产生影响，此方面的研究属于“恐惧生态学”范畴。回答下列问题：
(1)当某种大型肉食性动物迁入到一个新的生态系统时，原有食物链的营养级有可能增加。生态系统中食物链的营养级数量一般不会太多，原因是生产者固定的能量在沿食物链流动过程中大部分都损失了，传递到下一营养级的能量较少。
(2)如果将顶级肉食性动物引入食物网只有三个营养级的某生态系统中，使得甲、乙两种植食性动物间的竞争结果发生了反转，即该生态系统中甲的数量优势地位丧失。假定该反转不是由于顶级肉食性动物的直接捕食造成的，那么根据上述“恐惧生态学”知识推测，甲的数量优势地位丧失的可能原因是甲对顶级肉食性动物的恐惧程度比乙高，顶级肉食性动物引入后甲逃离该生态系统的数量比乙多(答出一点即可)。
(3)若某种大型肉食性动物在某地区的森林中重新出现，会减轻该地区野猪对农作物的破坏程度。根据上述“恐惧生态学”知识推测，产生这一结果的可能原因有大型肉食性动物捕食野猪；野猪因恐惧减少了采食(答出两点即可)。
[解析]　(1)生态系统中能量沿食物链的传递特点是单向流动、逐级递减。食物链中生产者固定的能量在沿食物链流动过程中大部分都损失了，传递到下一个营养级的能量较少，所以一条食物链的营养级数量一般不会太多。
(2)根据题中信息可知，顶级肉食性动物对环境中的植食性动物有驱赶作用，这种作用是建立在“威慑”与“恐惧”基础上的。甲的数量优势地位丧失的原因可能是其对顶级肉食性动物的恐惧程度比乙高，导致甲逃离该生态系统的数量比乙多。
(3)大型肉食性动物捕食野猪或野猪因恐惧减少了采食，从而减轻了野猪对该地区农作物的破坏。
3．(2018·北京理综，31)因含N、P元素的污染物大量流入，我国某大型水库曾连续爆发“水华”。为防治“水华”，在控制上游污染源的同时，研究人员依据生态学原理尝试在水库中投放以藻类和浮游动物为食的鲢鱼和鳙鱼，对该水库生态系统进行修复，取得了明显效果。
(1)在该水库生态系统组成中，引起“水华”的藻类属于生产者。水库中各种生物共同构成(生物)群落。
(2)为确定鲢、鳙的投放量，应根据食物网中的营养级，调查投放区鲢、鳙的捕食对象/食物的生物积累量(在本题中指单位面积中生物的总量，以t·hm－2表示)：为保证鲢、鳙的成活率，应捕杀鲢、鳙的捕食者/天敌。
(3)藻类吸收利用水体中的N、P元素，浮游动物以藻类为食，银鱼主要以浮游动物为食。由下图可知，将鲢、鳙鱼苗以一定比例投放到该水库后，造成银鱼生物积累量明显下降，引起该变化的原因是鲢、鳙与银鱼在食物上存在竞争关系。
(4)投放鲢、鳙这一方法是通过人为干预，调整了该生态系统食物网中相关物种生物积累量的比例，从而达到改善水质的目的。
(5)鲢鱼和鳙鱼是人们日常食用的鱼类。为继续将投放鲢、鳙的方法综合应用，在保持良好水质的同时增加渔业产量，以实现生态效益和经济效益的双赢，请提出两条具体措施定期适度捕捞鲢、鳙；定期合理投放鲢、鳙；控制性捕杀鲢、鳙的捕食者；控制人类活动(工业、农业、旅游等)对该水库生态环境的负面影响。
[解析]　(1)引起水库生态系统中“水华”的藻类，可利用太阳能合成有机物，属于生产者。生物群落是指同一时间内聚集在一定区域中的各种生物种群的集合。
(2)欲确定鲢、鳙的投放量，需考虑投放区鲢、鳙的捕食对象(即上一营养级)的生物积累量，然后根据能量传递效率计算出鲢、鳙的投放量。为保证鲢、鳙的成活率，应捕杀水库中鲢、鳙的捕食者(天敌)。
(3)分析柱状图，将鲢、鳙鱼苗以一定比例投放后，银鱼的生物积累量明显下降，可能原因是鲢、鳙和银鱼都以浮游动物为食，三者之间存在竞争关系。
(4)通过在水库中人为投放鲢、鳙这一方法，调整水库中相关物种(如浮游动物、藻类)生物积累量的比例，从而达到改善水质的目的。
(5)为了实现生态效益和经济效益的双赢，要注意控制鲢、鳙的数量，如定期适度捕捞鲢、鳙，定期合理投放鲢、鳙，控制性捕杀鲢、鳙的捕食者等，还要注意控制人类活动(工业、农业、旅游等)对该水库生态环境的负面影响。
4．(2017·江苏卷，26)某地因采矿导致地表下沉，成为无法利用的荒地。为了改变这种状况，有关部门因地制宜，通过引水等措施，将该地改造成湿地生态公园，一些生物陆续迁入，并逐渐形成相对稳定的生物群落。下图是该公园生态系统食物网的一部分，请回答下列问题：
(1)该公园生物群落的变化属于次生演替。
(2)图中昆虫与杂食性鱼类之间的种间关系有捕食和竞争。
(3)在黑斑蛙的繁殖季节，雄蛙通过叫声这种物理信息求偶；雌蛙通常在近岸水深10～30cm的草丛间产卵，可采用等距取样法了解该蛙卵块的密度。
(4)因该水域有些渗漏，补水时曾不慎引入含除草剂的水，导致一些水草死亡。水草腐烂后，图中所示的生物类群中最先快速增殖的是浮游生物类。
(5)图中既含有初级消费者，又含有次级消费者的生物类群有底栖动物类、杂食性鱼类、滤食性鱼类。若蛙类与猛禽之间还存在1个营养级，请写出该营养级中2类不同纲的生物：蛇类、肉食性鱼类、鼠类(任写其中两类)。
[解析]　(1)荒地改造成湿地生态公园属于次生演替。(2)杂食性鱼类捕食昆虫，昆虫和杂食性鱼类都以水草为食，故昆虫和杂食性鱼类之间的种间关系为捕食和竞争。(3)叫声是通过物理形式来传递信息的，属于物理信息。因“雌蛙通常在近岸水深10～30 cm的草丛间产卵”，故可用等距取样法调查雌蛙的卵块密度。(4)水草腐烂，与其具有竞争关系的浮游生物类最先快速增殖。(5)由题图可知，杂食性鱼类既是初级消费者(第二营养级)又是次级消费者(第三营养级)。浮游生物包括浮游植物和浮游动物，则底栖动物类和滤食性鱼类也是既含有初级消费者又含有次级消费者。以蛙为食的两种不同纲的生物有蛇、肉食性鱼类、鼠类等。
5．(2016·四川卷，9)豌豆蚜和鳞翅目幼虫是利马豆的主要害虫，蝉大眼蝽可取食利马豆及两类害虫。研究人员用蔬果剂处理去除部分豆荚后，测试以上动物密度的变化，结果见下表(单位：个/株，蔬果剂对以上动物无危害)。
物种 分组 第7天 第14天 第21天
蝉大眼蝽 对照组 0.20 0.62 0.67
处理组 0.20 0.10 0.13
豌豆蚜 对照组 0.20 4.00 2.90
处理组 2.00 8.70 22.90
鳞翅目幼虫 对照组 1.00 1.31 0.82
处理组 1.13 2.19 2.03
(1)调查豌豆蚜的种群密度

展开更多......

收起↑