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第三章 生态系统及其稳定性
第一步：单元学习目标整合
概阐明生态系统由生产者、消费者和分解者等生物因素以及阳光、空气、水等非生物因素组成，各组分紧密联系使生态系统成为具有一定结构和功能的统一体。
讨论某一生态系统中生产者和消费者通过食物链和食物网联系在一起形成复杂的营养结构。
分析特定生态系统的生物和非生物因素决定其营养结构。
分析生态系统中的能量在生物群落中单向流动并逐级递减的规律。
举例说明理由能量流动规律，人们能够更加科学、有效地利用生态系统中的资源。
解释生态金字塔表征了食物网各营养级之间的个体数量、生物量和能量方面的关系。
分析生态系统中的物质在生物群落与无机环境之间不断循环的规律。
举例说明利用物质循环规律，人们能更加科学、有效地利用生态系统中的资源。
阐明某些有害物质会通过食物链不断地富集的现象。
举例说出生态系统中的物理、化学和行为信息的传递对生命活动的正常进行、生物种群的繁衍和种间关系的调节起着重要作用。
解释生态系统具有保持或恢复自身结构和功能相对稳定，并维持动态平衡的能力，举例说明生态系统的稳定性会受到自然或人为因素的影响， 如气候变化、自然时间、人类活动或外来物种入侵等。
阐明生态系统在受到一定限度的外来干扰时，能够通过自我调节稳定，概述负反馈调节机。
第二步：单元思维导图回顾知识
第三步：单元重难知识易混易错
（一）生态系统的组成成分
1. 生态系统各组成成分的内容、作用及地位：
项目 同化作 用类型 组成成分 在生态系统中的作用 地位
非生物的物质和能量 —— 光、热、水、空气、无机盐等 生物群落中物质和能量的根本来源 必需成分
生物 成分 生产者 自养 ①主要为绿色植物 ②光合细菌 ③化能合成细菌，如硝化细菌 ①把简单的无机物制造成复杂的有机物 ②将光能或无机物中的化学能转变为有机物中的化学能 生态系统的基石，主要成分
消费者 异养 ①绝大多数动物 ②寄生生物 ①加速生态系统的物质循环 ②帮助植物传粉、传播种子等 最活跃的成分
分解者 异养 ①营腐生生活的细菌和真菌 ②腐食性动物，如蚯蚓、蜣螂等 把动植物遗体和动物的排遗物中的有机物分解成简单的无机物 必需的关键成分
生态系统组成成分之间的关系：
（二）食物链和食物网
1. 概念：在生态系统中，不同生物之间由于吃与被吃的关系而形成的链状结构。
2. 食物链中各种生物与营养级的对应关系
食物链 草 → 兔 → 狐 → 狼
在生态系统中的成分 生产者 初级消费者 次级消费者 三级消费者
营养级 第一营养级 第二营养级 第三营养级 第四营养级
所属生物类型 主要是绿色植物 植食性动物 小型肉食性动物 大型肉食性动物
营养状况 自养 直接以植物为食 （异养） 以植食性动物为食（异养） 以小型肉食性动物为食（异养）
重要作用 生态系统的物质循环、能量流动沿此渠道进行
（3）食物链的特点
食物链的起点一定是生产者，终点是不被其他动物捕食的动物，中间不能有任何间断。
食物链中只有生产者和消费者，不包括分解者和非生物的物质和能量。
因为食物链中的捕食关系是经长期自然选择形成的，不会倒转，所以箭头方向一定是由被捕食者指向捕食者。
一般来说，一条食物链中营养级最多不超过5个。
消费者级别与营养级级别的关系：因为生产者是第一营养级，所以初级消费者是第二营养级次级消费者是第三营养级即消费者级别+1=营养级级别。
食物网：
（1）概念：许多食物链彼此相互交错连接成的复杂营养结构，就是食物网。
（2）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植物，也可能被多种肉食性动物所食。
（3）作用：是物质循环和能量流动的渠道是生态系统保持稳定性的重要条件。
（4）特点
对某种动物而言，其在不同的食物链中可以占据不同的营养级。
在食物网中，两种生物的种间关系可能不止一种，可能既有捕食关系，又有竞争关系。
食物网中某一营养级的生物既不是单个个体，也不是某个种群，而是该营养级的所有生物。
食物网的复杂程度取决于有食物联系的生物种类，而并非取决于生物数量。
（三）生态系统的能量流动过程
1. 概念：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。
2. 能量流动的过程
（1）能量的输入
源头：太阳能。
总值：生产者固定的全部太阳能
（2）能量的传递
传递途径：食物链和食物网。
传递形式：有机物中的化学能。
（3）能量的转化：把光能转化为化学能和热能。
（4）能量的散失：通过呼吸作用最终以热能的形式散失。
3. 能量流动的特点：单向流动，逐级递减。
（四）能量沿食物链（网）流动的模型分析
1. 能量流动的不定时分析
由图可知，除最高营养级外，每一营养级的能量去向有：
呼吸作用散失的能量。
流向下一营养级的能量。
流向分解者的能量。
能量流动的定时分析：
由图可知，除最高营养级外，每一营养级的能量去向有：
呼吸作用散失的能量。
流向下一营养级的能量。
流向分解者的能量。
暂时未利用的能量。
（五）分析碳循环的过程，概述生态系统的物质循环
1. 碳循环的过程分析
（1）碳出入生物群落的途径
碳进入生物群落的途径：生产者的光合作用或化能合成作用。
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（实质是呼吸作用）；化石燃料的燃烧。
（2）碳的存在形式与循环形式
在生物群落和非生物环境之间：主要以二氧化碳的形式循环。
在生物群落内部：以含碳有机物的形式传递。
在非生物环境中：主要以二氧化碳和碳酸盐的形式存在。
生态系统的物质循环：
物质对象：组成生物体的化学元素。
范围：生物圈内。
过程：
动力：能量。
特点：全球性、循环性。
（六）能量流动与物质循环的关系
1. 区别：
能量流动 物质循环
形式 以有机物的形式流动 生物群落内：有机物；生物群落与无机环境之间：CO2
特点 单向流动，逐级递减 反复循环
范围 生态系统的各营养级 生物圈
联系：到底能量流动与物质循环同时进行、相互依存、不可分割。
（1）能量流动是随着物质循环进行的
能量的固定、储存、转移和释放，都离不开物质的合成和分解等过程。
物质作为能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动。
（2）能量流动是物质循环的动力。能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。
（3）生态系统中的各种组成成分，正是通过能量流动和物质循环，才能够紧密地联系在一起，形成一个统一的整体。
（七）信息传递在生态系统中的作用
1. 生态系统中信息的种类：
种类 概念 传递形式与来源 实例
物理信息 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 物理过程，来自非生物环境或生物 萤火虫的荧光，植物花的颜色
化学信息 在生命活动中，生物产生的可以传递信息的化学物质 信息素，来自生物 昆虫的性外激素，狗利用其小便记路
行为信息 动物通过特殊行为在同种或异种生物之间传递的信息 动物的行为，来自动物 蜜蜂跳舞，鸟类的“求偶炫耀”
信息传递在生态系统中的作用及举例：
层次 作用 举例
个体 维持生命活动的正常进行 ①海豚依靠“回声定位”实现对周围环境的识别，完成取食与飞跃；②莴苣的种子必须接受某种波长的光信息才能萌发生长；③动物的换毛现象受光信息的刺激
种群 生物种群的繁衍离不开信息的传递 ①植物开花需要光信息刺激，当日照时间达到定长度时，植物才能开花；②昆虫通过分泌性外激素，引诱异性个体前来交配
群落和 生态系统 调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定 ①在草原上，当草原返青时，“绿色”为食草动物提供了可采食的信息；②森林中狼与兔依据对方的气味进行捕食和躲避捕食
（八）抵抗力稳定性和恢复力稳定性
抵抗力稳定性 恢复力稳定性
区别 实质 保持自身结构与功能的相对稳定 恢复自身结构与功能的相对稳定
核心 抵抗干扰，保持原状 遭到破坏，恢复原状
影响因素 生态系统的组成成分越多，营养结构越复杂，抵抗力稳定性越强 一般情况下，生态系统的组成成分越少，营养结构越简单，恢复力稳定性越强
实例 ①在池塘洗衣后池水仍能保持清澈。②气候干旱时，森林中的生物种类和数量一般变化不大 ①野火烧不尽，春风吹又生。②黄土高原被破坏后的恢复。
联系 ①相反关系：一般情况下，抵抗力稳定性强的生态系统，恢复力稳定性弱；反之，恢复力稳定性强。②二者是同时存在于同一生态系统中的两种截然不同的作用力，它们相互作用，共同维持生态系统的稳定。
（九）生态系统的反馈调节
负反馈调节 正反馈调节
作用 生态系统自我调节能力的基础，能使生态系统达到并保持平衡 使生态系统向着更好或更坏的方向发展
结果 抑制或减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化 加速最初发生变化的那种成分所发生的变化
说明 负反馈调节是生态系统自我调节能力的基础，在生态系统中普遍存在；正反馈调节往往具有极大的破坏作用，常具有爆发性，经历时间也短
（十）生态平衡的概念及调节
1. 生态平衡的概念：生态系统的结构和功能处于相对稳定的一种状态，就是生态平衡。
2. 生态平衡的特征：
结构平衡：生态系统的各组成成分保持相对稳定。
功能平衡：生产一消费一分解的生态过程正常进行，保证物质循环和能量流动的正常运行。
收支平衡：物质和能量的输入与输出平衡。
（3）生态平衡的原因是生态系统具有自我调节能力
生态系统自我调节能力的概念不同生态系统具有在一定范围内消除外来干扰的能力，这种能力称为生态系统的自我调节能力。
不同生态系统自我调节能力的大小不同般来说，生态系统的组成成分越多，营养结构越复杂，自我调节能力就越强反之，自我调节能力越弱
第四步：单元核心素养对接高考
【2022·河北】关于生态学中的稳定与平衡，叙述错误的是( )
A.稳定的种群具有稳定型年龄组成，性别比例为1：1，数就达到K值
B.演替到稳定阶段的群落具有相对不变的物种组成和结构
C.相对稳定的能量流动、物质循环和信息传递是生态系统平衡的特征
D.资源的消费与更新保持平衡是实现可持续发展的重要标志
【答案】A
【解析】稳定的种群在年龄组成稳定、性别比例为1:1时，能否达到K值，还要看环境条件是否发生变化，故A项叙述错误。群落演替到相对稳定后，构成群落的物种组成是动态平衡的，物种组成和结构相对不变，故B项叙述正确。生态系统的功能包括物质循环、能量流动和信息传递，生态系统保持相对稳定具有功能平衡的特征，故相对稳定的物质循环、能量流动、信息传递是生态系统平衡的特征，故C项叙述正确。资源的消费与更新保持平衡是实现可持续发展的重要标志，故D项叙述正确。
【2022·湖南】稻—蟹共作是以水稻为主体、适量放养蟹的生态种养模式，常使用灯光诱虫杀虫。水稻为蟹提供遮蔽场所和氧气，蟹能摄食害虫、虫卵和杂草，其粪便可作为水稻的肥料。下列叙述正确的是( )
A.该种养模式提高了营养级间的能量传递效率
B.采用灯光诱虫杀虫利用了物理信息的传递
C.硬壳蟹(非蜕壳)摄食软壳蟹(蜕壳)为捕食关系
D.该种养模式可实现物质和能量的循环利用
【答案】B
【解析】本题考查生态系统功能的有关知识。
选项 正误 原因
A × 稻一蟹共作提高了能量利用率，并不能改变营养级之间的能量传递效率
B √ 采用灯光诱杀害虫利用了害虫的趋光性，属于物理信息的传递
C × 硬壳蟹和软壳蟹属于同一物种，因此硬壳蟹摄食软壳蟹属于种内斗争
D × 生态系统的能量流动是单向的，不能循环利用
【2022·广东】荔枝是广东特色农产品，其产量和品质一直是果农关注的问题。荔枝园A采用常规管理，果农使用化肥、杀虫剂和除草剂等进行管理，林下几乎没有植被，荔枝产量高；荔枝园B与荔枝园A面积相近，但不进行人工管理，林下植被丰富，荔枝产量低。研究者调查了这两个荔枝园中的节肢动物种类、个体数量及其中害虫、天敌的比例，结果见下表。
荔枝园 种类/种 个体数量/头 害虫比例 天敌比例
A 523 103278 36.67% 14.10%
B 568 104118 40.86% 20.40%
回答下列问题：
（1）除了样方法，研究者还利用一些昆虫有________________性，采用了灯光诱捕法进行取样。
（2）与荔枝园A相比，荔枝园B的节肢动物物种丰富度________________，可能的原因是林下丰富的植被为节肢动物提供了________________，有利于其生存。
（3）与荔枝园B相比，荔枝园A的害虫和天敌的数量________________，根据其管理方式分析，主要原因可能是________________。
（4）使用除草剂清除荔枝园A的杂草是为了避免杂草竞争土壤养分，但形成了单层群落结构，使节肢动物物种多样性降低。试根据群落结构及种间关系原理，设计一个生态荔枝园简单种植方案（要求：不用氮肥和除草剂、少用杀虫剂，具有复层群落结构），并简要说明设计依据。
【答案】（1）趋光
（2）高；食物和栖息空间
（3）少；荔枝园A使用杀虫剂，可减少害虫数量，同时因食物来源少，导致害虫天敌数量也减少
（4）林下种植大豆等固氮作物，通过竞争关系可减少杂草的数量。同时为果树提供氮肥；通过种植良性杂草或牧草，繁育天敌来治害虫，可减少杀虫剂的使用。
【解析】本题考查生态系统的结构和功能。
（1）采用灯光诱捕法进行取样，利用的是某些昆虫的趋光性。
（2）荔枝园B中节肢动物的种类多于荔枝园A，即与荔枝园A相比，荔枝园B中节肢动物的物种丰富度高，可能的原因是林下丰富的植被为节肢动物提供了食物和栖息空间，有利于其生存。
（3）荔枝园A使用杀虫剂，减少害虫的数量，同时因食物来源少，导致害虫天敌数量也减少，故荔枝园A的害虫和天敌的数量均低于荔枝园B。
（4）根据群落结构和种间关系原理，在荔枝林下种植大豆等固氨作物，可以为果树提供氮肥，并通过竞争关系减少杂草的数量，避免使用除草剂；同时通过种植良性杂草或牧草，繁育天敌来治害虫，可减少杀虫剂的使用。
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