资源简介

高考生物一轮专题知识梳理
第29讲　生态系统的结构与能量流动
课标解读 核心素养
1.阐明生态系统的组成成分,及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 2.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 3.分析生态系统中能量在生物群落中单向流动并逐级递减的规律 4.举例说明利用能量流动规律,人们能够更加科学、有效地利用生态系统中的资源 5.解释生态金字塔表征了食物网各营养级之间在个体数量、生物量和能量方面的关系 生命观念 1.通过分析生态系统的成分与结构,理清各自的功能 2.通过分析能量流动过程,建立结构与功能相统一的观点及生命系统的能量观
科学思维 1.通过分析食物链(网)中各营养级生物的数量变动情况,培养运用逻辑思维分析问题的能力 2.通过分析能量流动过程图解,培养运用逻辑思维分析问题的能力
社会责任 通过总结研究能量流动的实践意义,形成学以致用、关注生产生活的态度
考点一　生态系统的结构
1.生态系统的概述。
2.生态系统具有一定的结构。
(1)非生物的物质和能量:光、热、水、空气、无机盐等。
(2)生物成分。
①各成分的作用及地位。
②相互关系。
生产者和分解者是联系生物群落与非生物的物质和能量的两大“桥梁”。
3.食物链和食物网。
(1)食物链。
提醒　食物链中只包括生产者和消费者,不存在非生物的物质和能量及分解者。
(2)食物网。
提醒　食物网的复杂程度主要取决于有食物联系的生物种类,而非取决于生物数量。
正误判断
(1)生态系统的结构应包括非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者。 (×)
(2)生产者都是自养生物,但未必都是植物;消费者营异养生活,但未必都是动物。 (√)
(3)细菌都是分解者,但分解者并不都是细菌。 (×)
(4)自养型生物一定都是生产者;腐生型生物一定都是分解者;生产者一定处于第一营养级。 (√)
(5)在生态系统的营养结构中,食物网中的每种生物都限定在同一营养级上。 (×)
(6)生态系统的食物链中营养级越高的生物,其体型必然越大。 (×)
(7)食物链纵横交错形成的复杂营养结构就是食物网,食物网的复杂程度取决于该生态系统中生物的数量。 (×)
教材微点
1.(选择性必修2 P50“概念图内容”)判断以下生物属于生态系统的什么成分
①菟丝子　②硝化细菌　③玉米　④噬菌体 ⑤秃鹫　⑥蜣螂　⑦蓝细菌　⑧结核杆菌　⑨蘑菇
生产者②③⑦;消费者①④⑧;分解者⑤⑥⑨。
2.(选择性必修2 P51“旁栏思考”)食物链上一般不超过五个营养级的原因是能量在沿食物链流动的过程中是逐级递减的。
3.(选择性必修2 P52“正文信息”)错综复杂的食物网是使生态系统保持相对稳定的重要条件。如果一条食物链的某种动物减少或消失,它在食物链上的位置可能会由其他生物来取代。一般认为,食物网越复杂,生态系统抵抗外界干扰的能力就越强。
1.生态系统中各成分的判断。
(1)三类“不一定”。
①生产者不一定是植物(如蓝细菌、硝化细菌),植物不一定是生产者(如菟丝子营寄生生活,属于消费者)。
②消费者不一定是动物(如营寄生生活的微生物等),动物不一定是消费者(如秃鹫、蚯蚓、蜣螂等以动植物遗体或排遗物为食的腐生动物属于分解者)。
③分解者不一定是微生物(如蚯蚓等动物),微生物不一定是分解者(如硝化细菌、蓝细菌属于生产者,寄生细菌属于消费者)。
(2)两类“一定”。
①生产者一定是自养型生物,自养型生物一定是生产者。
②营腐生生活的生物一定是分解者,分解者一定是营腐生生活的生物。
2.构建食物链的一般方法。
(1)根据种群数量变化曲线图构建。
图1
①分析依据:先上升、先下降者为被捕食者。
②食物链:乙→丙→甲。
(2)根据所含能量(生物量)构建。
图2 图3
①分析依据:根据相邻营养级间能量传递效率约为10%~20%,可推测,能量相差在5倍以内,很可能为同一营养级。
②结果:图2可形成一条食物链:丙→甲→乙→丁。
图3生物可形成食物网:
(3)根据生物体内有害物质的浓度“由少到多”构建食物链(网)。
生物体 A B C D E
有机汞浓度(ppm) 0.06 7 0.51 68 0.39
①分析依据:生物的富集作用。重金属、农药等有害物质被生物体吸收后难以排出体外,所以此类物质会随着食物链逐级积累,即营养级越高的个体中含有有害物质的量越多,其含量往往是上一营养级个体含量的5~10倍。
②分析结果。
3.食物网中生物数量变化的分析与判断。
(1)食物链的第一营养级生物数量减少,相关生物数量都减少,即出现连锁反应,因为第一营养级的生物是其他生物直接或间接的食物来源。
(2)“天敌”减少,被捕食者数量增加,但随着数量增加,种内竞争加剧,种群密度下降,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,鹰通过增加捕食兔和食草鸟,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。
角度一 结合生态系统的结构,考查生命观念
1.下列关于生态系统结构的说法不正确的是 (　　)
A.生态系统的结构包括非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者
B.土壤中的硝化细菌是化能自养生物,因而属于生产者
C.植食性昆虫属于农田生态系统中的消费者,可加快物质循环
D.生态系统的物质循环和能量流动是沿着食物链和食物网进行的
解析　生态系统的结构包括生态系统的组成成分(包括非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者)、食物链和食物网,A项错误;自养生物都是生产者,B项正确;植食性昆虫属于初级消费者,消费者可加快物质循环,C项正确;食物链和食物网是生态系统的营养结构,生态系统的物质循环和能量流动是沿着食物链和食物网进行的,D项正确。
答案　A
2.(2023·大连模拟)下列有关下图的叙述错误的是 (　　)
A.若该图表示一个群落,则丁为分解者
B.若甲为生产者,则甲一定是自养型生物
C.若该图表示食物网,则该食物网中共有3条食物链
D.若该图表示生态系统的四种组成成分,则应加上由丁到甲的箭头,并可确定甲是生产者
解析　群落包括一定区域内的所有种群,若题图表示群落,甲、乙、丙均指向丁,说明丁是分解者,A项正确;生产者都是自养型生物,B项正确;若该图表示食物网,则该食物网中共有4条食物链,分别是甲→丁、甲→乙→丁、甲→乙→丙→丁、甲→丙→丁,C项错误;若该图表示生态系统的四种组成成分,则丁是非生物的物质和能量,应加上由丁到甲的箭头,并可确定甲是生产者,乙是消费者,丙是分解者,D项正确。
答案　C
角度二 结合食物链和食物网的分析,考查科学思维能力
3.如图为某湖泊生态系统的食物网简图。下列叙述错误的是 (　　)
A.浮游藻类属于生产者
B.该食物网有5条食物链
C.该食物网中,水生昆虫属于第二营养级
D.浮游动物与水生昆虫之间通过负反馈调节维持各自数量的相对稳定
解析　由食物网可知,浮游藻类是第一营养级,为生产者,A项正确;该食物网中有5条食物链,分别是:浮游藻类→裸鲤→鸬鹚,浮游藻类→裸鲤→绿头鸭,浮游藻类→裸鲤→大天鹅,浮游藻类→浮游动物→水生昆虫→绿头鸭,浮游藻类→浮游动物→水生昆虫→大天鹅,B项正确;该食物网中,水生昆虫属于第三营养级,是次级消费者,C项错误;浮游动物与水生昆虫之间为捕食关系,二者通过负反馈调节维持各自数量的相对稳定,D项正确。
答案　C
4.(2020·山东卷)与常规农业相比,有机农业、无公害农业通过禁止或减少化肥、农药的使用,加大有机肥的应用,对土壤生物产生了积极的影响。某土壤中部分生物类群及食物关系如图所示,三种农业模式土壤生物情况如表所示。
取样深度 (cm) 农业模式 生物组分 (类) 食物网复杂程度 (相对值)
0~10 常规农业 15 1.06
有机农业 19 1.23
无公害农业 17 1.10
10~20 常规农业 13 1.00
有机农业 18 1.11
无公害农业 16 1.07
(1)土壤中的线虫类群丰富,是土壤食物网的关键组分。若捕食性线虫为该土壤中的最高营养级,与食细菌线虫相比,捕食性线虫同化能量的去向不包括　　　　　　　　　　。某同学根据生态系统的概念认为土壤是一个生态系统,其判断依据是　　　　　　　　。
(2)取样深度不同,土壤中生物种类不同,这体现了群落的　　　　结构。由表中数据可知,土壤生态系统稳定性最高的农业模式为　　　　　　,依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)经测定该土壤中捕食性线虫体内的镉含量远远大于其他生物类群,从土壤生物食物关系的角度分析,捕食性线虫体内镉含量高的原因是　　　　　　　　。
(4)植食性线虫主要危害植物根系,研究表明,长期施用有机肥后土壤中植食性线虫的数量减少,依据图中信息分析,主要原因是　　　　　　　　。
解析　(1)据题图食物网可知,捕食性线虫是最高营养级,而食细菌线虫位于中间营养级,因此捕食性线虫同化能量的去向不包括流入下一个营养级。土壤是由各类土壤生物组成的生物群落和无机环境相互作用形成的统一整体,因此是一个生态系统。(2)不同深度的土壤中生物种类不同,这体现了群落的垂直结构。由表格数据可知,有机农业模式下土壤中的生物组分最多,食物网的复杂程度最大,稳定性最高。(3)镉容易在生物体内积累,并随着食物链的延长而在高营养级生物体内不断富集。由于该食物网中捕食性线虫所处的营养级最高,所以其体内镉含量最高。(4)根据图中信息可知,施用有机肥会首先导致腐生细菌增加,进而导致食细菌线虫增加,引起捕食性线虫增加,植食性线虫因被大量捕食而减少,减少量多于因植物根系增长而增加的量,最终会导致植食性线虫的数量减少。
答案　(1)流入下一个营养级　土壤是由各类土壤生物组成的生物群落和无机环境相互作用而形成的统一整体　(2)垂直　有机农业　生物组分多,食物网复杂程度高　(3)镉随着食物链的延长逐渐积累　(4)长期施用有机肥后腐生细菌增加使食细菌线虫增加,引起捕食性线虫增加,植食性线虫因被大量捕食而减少,减少量多于其因植物根系增长而增加的量
考点二　生态系统的能量流动
1.能量流动的概念理解。
2.能量流动的过程。
(1)第一营养级能量流动。
提醒　未被利用的能量是指未被自身呼吸作用消耗,也未被下一个营养级和分解者利用的能量。
(2)第二营养级及其后营养级能量流动。
①从上述图解可以得到:摄入量=同化量+粪便量。
②除最高营养级外其他各营养级同化的能量均有4个去路:a.通过呼吸作用以热能的形式散失;b.被下一营养级生物利用;c.被分解者利用;d.未被利用。
3.能量流动的特点。
提醒　若能量传递效率大于20%,生态系统的稳定性降低,甚至崩溃。
4.生态金字塔的类型及特点。
5.研究能量流动的实践意义。
(1)帮助人们将生物在时间、空间上进行合理配置,增大流入某个生态系统的总能量。
(2)帮助人们科学规划和设计人工生态系统,使能量得到最有效的利用。
(3)帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。
正误判断
(1)生态系统中细菌产生的能量可流向生产者。 (×)
(2)若人与自然和谐统一,生产者固定的能量便可反复利用。 (×)
(3)流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能。 (×)
(4)一种蜣螂专以象粪为食,则该种蜣螂最多能获取大象所同化能量的20%。 (×)
(5)一只狼捕食了一只兔子,则该狼就获得了这只兔子能量的10%~20%。 (×)
(6)能量金字塔和生物量金字塔可以出现倒置现象。 (×)
(7)沼渣、沼液作为肥料还田,使能量能够循环利用。 (×)
(8)拔去田地中的杂草是人为地调整能量流动的方向,提高生态系统的能量传递效率。 (×)
教材微点
1.(选择性必修2 P54“问题探讨”)下图表示甲、乙两个特定生态系统的能量金字塔。
　
生态系统甲的能量金字塔 生态系统乙的能量金字塔
(1)依生态学原理看,同样重量的玉米,甲可养活更多的人,理由是甲中人处于第二营养级,与乙相比能量在传递过程中损耗小。
(2)若土壤中含相同浓度的难降解污染物,则甲、乙中的人体内污染物浓度哪个较高 乙。
(3)一个吃玉米的人所获得的能量一定比一个吃鸡肉的人获得的能量多,对吗 为什么 不对。甲、乙中“人”代表的是相应营养级,并非“一个人”。
2.(选择性必修2 P55“思考·讨论”)生态系统中的能量流动和转化遵循能量守恒定律。流入生态系统的能量一部分储存在生物体的有机物中,而另一部分通过生物的呼吸作用以热能的形式散失至非生物环境中,两部分之和与流入生态系统的能量相等(填“相等”或“不相等”)。
3.(选择性必修2 P59“探究·实践”)人们主要通过合理密植的方法提高作物的光能利用效率。
长句突破
1.(生产实践)从能量流动角度分析农田除草、除虫的目的:调整生态系统中的能量流动关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。
2.(科学思维)生态系统的能量单向流动的原因:食物链中的捕食关系是长期自然选择的结果,不能逆转;生产者不能再利用散失的热能。
3.(科学思维)生态系统的能量流动逐级递减的原因:某个营养级同化的能量自身呼吸要消耗一部分,还有一部分被分解者利用,还有一部分能量未被利用,所以不能将全部的能量流入下一个营养级。
1.能量流动的不同模型构建。
(1)能量流动过程的“一来二去”模型。
提醒　①A是初级消费者摄入量;B是初级消费者同化量;C是用于自身生长发育繁殖量;D是次级消费者摄入量。
②初级消费者摄入量=同化量+粪便量。
③同化量=呼吸作用散失的能量+用于生长发育繁殖量。
④生长发育繁殖量=遗体残骸+次级消费者摄入量。
(2)能量流动过程的“一来三去”模型。
提醒　①D、E、F分别代表第一、第二、第三营养级同化量。
②三条去路(最高营养级除外):呼吸作用散失、流入下一个营养级、分解者利用。
(3)能量流动过程的“一来四去”模型。
提醒　①D、E、F分别代表第一、第二、第三营养级同化量。
②四条去路(最高营养级除外):呼吸作用散失、流入下一个营养级、分解者利用、未利用。
2.流入某一营养级能量的来源和去路。
(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:
3.理解常考的两种能量流动模型。
(1)第二营养级的能量流动过程模型。
(2)“拼图法”分析能量流动过程。
①W1、D1指相应营养级的同化量,B1、B2指相应营养级中未利用的能量。
②各营养级用于生长、发育和繁殖的能量为B1+C1+D1或B2+C2+D2。
③能量传递效率不会是100%。从上图可以看出,相邻两个营养级的传递效率等于D1/W1×100%,一般情况下,能量在相邻两个营养级间的传递效率为10%~20%。
④利用“拼图法”可得关系式:
角度一 围绕能量流动过程及特点,考查科学思维能力
1.(2023·宁波模拟)如图表示在某生态系统中,能量流经第二营养级的示意图。下列对该图分析不合理的是 (　　)
A.能量流动是伴随着物质利用进行的
B.图中甲为初级消费者同化的能量
C.该图不够完善,缺少甲中因呼吸作用以热能形式散失的能量
D.乙比甲的能量少的原因主要是甲的遗体残骸中的能量被分解者利用而未传递下去
解析　在生态系统的能量流动过程中,物质是能量流动的载体,能量是物质循环的动力,能量流动是伴随着物质利用而进行的,A项正确;该图不够完善,没有标出甲中因呼吸作用散失的能量,C项正确;乙比甲的能量少的主要原因是呼吸作用消耗了很多的能量,D项错误。
答案　D
2.如图表示在一个生态系统中,植物光合作用积累的有机物被植食性动物利用的过程。下列叙述正确的是 (　　)
A.④占②的百分比为能量传递效率
B.⑤⑥⑦⑧之和为流向分解者的能量
C.植食性动物粪便中的能量包含在⑦中
D.①⑤之和为输入到生态系统的全部能量
解析　能量传递效率是指相邻两个营养级之间的同化能量之比,④不能表示植食性动物的同化能量,②也不能表示植物的同化能量,且图示中两者为同一营养级,A项错误;⑤⑥⑦⑧中包括流向分解者的能量和散失的能量,B项错误;由于植食性动物粪便是指摄入后未被同化的部分,故包含在⑦中,C项正确;输入生态系统的总能量为生产者固定的太阳能,一部分用于植物呼吸消耗,一部分储存在植物体内的有机物中,因此①+⑤不能表示输入到该生态系统的总能量,D项错误。
答案　C
3.(不定项)兴趣小组对校园池塘生态系统进行了能量流动调查,图1表示鲤鱼的食物来源,图2为该池塘中不同体长鲤鱼的食性比例。下列相关叙述正确的是 (　　)
　
图1 图2
A.该池塘生态系统的结构包括食物链、食物网和非生物的物质和能量
B.体长为2.8 cm的鲤鱼群体来自藻类的能量,50%用于自身生长、发育和繁殖
C.若体长为4.2 cm的鲤鱼群体增加100 kJ的能量,理论上最多需要3 250 kJ藻类
D.在藻类爆发季节,向该池塘中投放体长大于4.2 cm的鲤鱼,可尽快控制藻类的数量
解析　该池塘生态系统的结构包括食物链、食物网和生态系统的组成成分,A项错误;体长为2.8 cm的鲤鱼群体来自藻类的能量,大部分用于呼吸作用散失,少部分用于自身生长、发育和繁殖,B项错误;据图可知,体长为4.2 cm的鲤鱼群体植食性比例为75%,肉食性比例为25%,即75%的同化量来自于藻类,25%的同化量来自沼虾,体长为4.2 cm的鲤鱼群体增加100 kJ的能量,理论上最多需要藻类提供100×75%÷10%+100×25%÷10%÷10%=3 250 kJ的能量,C项正确;据图可知,投放到湖泊中的鲤鱼体长大于4.2 cm时,鲤鱼植食性比例最高,肉食性比例最低,故在藻类爆发季节,向该池塘中投放体长大于4.2 cm的鲤鱼,可尽快控制藻类的数量,D项正确。
答案　CD
(1)摄入量≠同化量:摄入量-粪便中能量=同化量。动物的粪便不曾被动物消化吸收而同化,不属于其同化量,如兔吃草时,兔粪便中的能量应为草流向分解者的能量,而不属于兔同化量。
(2)粪便中能量≠尿液中能量:粪便中能量不属于动物同化量,但尿液中所含能量应属于动物同化量的一部分。
角度二通过能量流动的有关计算,考查科学思维能力
4.(不定项)某农场中甲、乙、丙三种生物归属于三个营养级,三者的数量变化曲线(不都是消费者)如图1所示;该农场中的能量流动简图如图2所示,其中a2和b3分别为第二、第三营养级从上一营养级同化的能量,d1和d2为摄入的饲料量。下列相关叙述错误的是 (　　)
图1 图2
A.丙生物是该农场生态系统的基石
B.图1中乙、丙分别属于第二、第三营养级,且乙和丙的种间关系为捕食
C.图2中第二、第三营养级粪便中的能量分别属于a3+d1、b2+d2
D.该农场中第二和第三营养级之间的能量传递效率为(b3+d2)/(a2+d1)×100%
解析　甲、乙、丙三种生物归属于三个营养级,三者不都是消费者,据图1可知,甲为生产者,乙、丙为消费者,所以甲生物是该农场生态系统的基石,A项错误;据图1可知,甲为生产者,乙、丙之间先升先降的为被捕食者,所以食物链为甲→乙→丙,乙为第二营养级,丙为第三营养级,乙和丙的种间关系为捕食,B项正确;某营养级粪便中的能量是其没有同化的能量,属于上一营养级同化的能量中流向分解者的一部分,由于d1和d2为摄入的饲料量(粪便中也有来自未消化吸收的饲料中的能量),因此图2中第二营养级粪便中的能量属于a3+d1,同理,第三营养级粪便中的能量属于b2+d2,C项正确;该农场中第二和第三营养级之间的能量传递效率为第二营养级传递给第三营养级的能量÷第二营养级的同化量×100%,a2和b3分别为第二、第三营养级从上一营养级同化的能量,但第二营养级的同化量还包括一部分来自人工饲料的能量,d1和d2为摄入的饲料量,并不是同化量,所以不能求出第二营养级的总同化量,故无法计算第二和第三营养级之间的能量传递效率,D项错误。
答案　AD
5.(2023·河南安阳模拟)恢复生态学是研究生态系统退化的原因以及恢复与重建的学科。塞罕坝曾是一处水草丰沛、森林茂密、禽畜繁集的天然名苑。到解放初期,塞罕坝地区退化为高原荒丘,呈现“飞鸟无栖树,黄沙遮天日”的荒凉景象。经历40多年的恢复,塞罕坝生态环境得到了一定恢复。回答下列相关问题:
(1)塞罕坝之所以会因外界干扰而受到破坏,是因为　　　　　　　　　　　。
(2)假设塞罕坝生态系统生产者和消费者之间的营养关系如下图所示(假设此生态系统中的能量传递效率在10%~20%之间),回答下面两个问题:
①当蛇的数量减少时,鹰的数量并没有大量减少,这是生物群落内部　　　　　的结果。
②若鼠含有的能量是7.5×109 kJ,狐和蛇的同化量中来自鼠的能量分别是1.8×108 kJ、1.2×108 kJ,则鼠流向鹰的能量最多是　　　　　,此过程体现了生态系统能量流具有　　　　　　　　　　　　　　的特点。
解析　(1)由于生态系统的自我调节能力有一定限度,当外界干扰因素的强度超过一定限度时,生态系统会因外界干扰而受到破坏。(2)①当图中蛇的数量减少时,鼠的数量会增加,鼠流向鹰的能量会增加,因此鹰的数量并不会大量减少,这是生物群落内部负反馈调节的结果。负反馈调节在生态系统中普遍存在,是生态系统具备自我调节能力的基础。②若鼠含有的能量是7.5×109 kJ,狐的同化量中来自鼠的能量是1.8×108 kJ,至少需要鼠的能量1.8×108 kJ÷20%=9×108 kJ,蛇的同化量中来自鼠的能量是1.2×108 kJ,至少需要鼠的能量1.2×108 kJ÷20%=6×108 kJ,则鼠流向鹰的能量最多是(7.5×109 kJ-9×108 kJ-6×108 kJ)×20%=6×109 kJ×20%=1.2×109 kJ。此过程体现了生态系统的能量流动具有单向流动、逐级递减的特点。
答案　(1)生态系统的自我调节能力有一定限度
(2)①负反馈调节(反馈调节或自我调节)　②1.2×109 kJ　单向流动、逐级递减
角度三 围绕能量流动在实践中的应用,考查社会责任
6.如图为某总面积为300 hm2的湿地受有害物质a污染后,有害物质a的浓度在各营养级部分生物种类体内的变化情况。该湿地生态系统中燕鸥种群的K值为1 200只。下列说法错误的是 (　　)
A.生态系统的食物链一般不超过五个营养级
B.图示说明了营养级越高,生物体内有害物质a的浓度越高
C.当燕鸥的种群密度为4只/hm2时,其种群增长速率最大
D.鱼的同化量除用于呼吸消耗之外,还用于自身的生长、发育和繁殖
解析　由于生态系统中能量单向流动、逐级递减,当食物链超过五个营养级后,传到第六营养级的能量往往不足以供应其生命活动所需,故食物链常常不超过5个营养级,A项正确;根据生物富集作用可知,图示说明了营养级越高,生物体内有害物质a的浓度越高,B项正确;根据题意可知,燕鸥的种群密度为K/300=1 200/300=4只/hm2时,其种群增长速率为0,C项错误;鱼的同化量=呼吸作用散失的能量+用于自身的生长、发育和繁殖的能量,D项正确。
答案　C
7.(2023·山西太原模拟)下表是某生态系统能量流动情况的调查结果,表中甲、乙、丙、丁、戊分别代表构成各营养级的不同种群[表中数据单位:102 kJ/(m2·年)]。请据表回答下列问题:
种群 同化固定 的能量 体内贮存 的能量 呼吸消耗 的能量
甲 16.74 4.54 12.2
乙 70 15.8 54.2
丙 930 229 701
丁 69.5 20 49.5
戊 1.674 0.4 1.274
(1)该生态系统的基石是上表种群中的　　　　,若该生态系统的面积为104 m2,那么一年中流经该生态系统的总能量是　　　 kJ。由于某种原因使物种乙灭绝了,但生态系统各营养级间的能量传递效率并未发生改变,则最终戊的数量会　　　　　,该生态系统的抵抗力稳定性会　　　　　。
(2)在甲、乙、丙、丁、戊所构成的营养结构中,第一营养级和第二营养级之间的能量传递效率为　　　　,假如戊种群有机物的总质量为180 kg,那么丙种群有机物的总质量应有　　　　 kg才能维持该生态系统的相对稳定。
解析　(1)在生态系统中,生产者通过光合作用,把太阳能固定在有机物中(或制造有机物),将太阳能变成化学能从而被生物利用,故该生态系统的基石是上表种群中的丙生产者;分析表格可知,生产者固定的能量为930×102 kJ/(m2·年),故若该生态系统的面积为104 m2,那么一年中流经该生态系统的总能量是9.3×108 kJ。当某种原因导致乙灭绝了,甲可通过捕食丁获得能量,戊的数量短期内仍能保持相对稳定,数量基本不变。乙灭绝了,该生态系统的物种组成减少,自我调节能力减弱,生态系统的抵抗力稳定性降低。(2)根据上述分析可知,丙是第一营养级,乙、丁是第二营养级,故第一营养级和第二营养级之间的能量传递效率为(70+69.5)÷930×100%=15%。同理依次可以算的第二营养级到第三营养级的传递效率是12%,第三营养级到第四营养级的传递效率是10%。要维持该生态系统的相对稳定,丙种群有机物的总质量应有=180÷10%÷12%÷15%=100 000=105 kg。
答案　(1)丙　9.3×108　基本不变　降低
(2) 15%　105
1.(2020·浙江7月选考)下列关于营养级的叙述,正确的是 (　　)
A.营养级的位置越高,归属于这个营养级的能量通常越多
B.自然生态系统中的所有绿色植物都属于生产者营养级
C.营养级是指处于食物链同一环节上同种生物的总和
D.食物链中的各营养级之间能量传递效率是相同的
解析　能量流动逐级递减,一般来说,营养级越高,该营养级获得的能量越少,A项错误;绿色植物都能进行光合作用,属于生产者,B项正确;营养级是指处于食物链同一环节上的全部生物的总和,不是同种生物的总和,C项错误;各个营养级之间的能量传递效率不一定相同,D项错误。
答案　B
2.(2019·海南卷)假设在某岛屿上多年来总是存在一个约由m只狼组成的狼群、一个约由n只狼组成的狼群和若干只单独生活的狼。下列说法错误的是 (　　)
A.该岛上的狼能够依据猎物留下的气味信息追捕猎物
B.狼从猎物获得的能量大于猎物从生产者获得的能量
C.岛上狼的总数可能已接近该岛允许狼生存的最大数量
D.从岛上狼的数量相对稳定可推测岛上环境条件相对稳定
解析　从岛上狼的数量相对稳定可推测岛上环境条件相对稳定,且狼的总数可能已接近该岛允许狼生存的最大数量。由于能量流动是逐级递减的,因此狼从猎物获得的能量少于猎物从生产者获得的能量。故选B。
答案　B
3.(2019·全国卷Ⅱ)如果食物链上各营养级均以生物个体的数量来表示,并以食物链起点的生物个体数作底层来绘制数量金字塔,则只有两个营养级的夏季草原生态系统(假设第一营养级是牧草,第二营养级是羊)和森林生态系统(假设第一营养级是乔木,第二营养级是昆虫)数量金字塔的形状最可能是 (　　)
A.前者为金字塔形,后者为倒金字塔形
B.前者为倒金字塔形,后者为金字塔形
C.前者为金字塔形,后者为金字塔形
D.前者为倒金字塔形,后者为倒金字塔形
解析　夏季草原生态系统中牧草的数量远多于羊的数量,该生态系统的数量金字塔呈金字塔形;森林生态系统中昆虫的数量远多于乔木的数量,该生态系统的数量金字塔呈倒金字塔形,A项正确。
答案　A
4.(2020·全国卷Ⅲ)假设某种蓝细菌(A)是某湖泊中唯一的生产者,其密度极大,使湖水能见度降低。某种动物(B)是该湖泊中唯一的消费者。回答下列问题:
(1)该湖泊水体中A种群密度极大的可能原因是　　　　　　　　　　　　　　　　(答出2点即可)。
(2)画出该湖泊生态系统能量流动的示意图。
(3)假设该湖泊中引入一种仅以A为食的动物(C)后,C种群能够迅速壮大,则C和B的种间关系是　　　　。
解析　(1)若水体中N、P等元素含量高,则蓝细菌会大量繁殖,即水体富营养化,又因为没有其他生产者与其竞争,所以该种蓝细菌种群密度极大,使湖水能见度降低。(2)生态系统的能量流动示意图需体现能量的来源、各营养级能量的去向(见答案)。(3)因该湖泊中B以A为食,在引入仅以A为食的动物C后,C与B之间是种间竞争的关系,且C的竞争力较强,使C种群能够迅速壮大。
答案　(1)水体富营养化;没有其他生产者的竞争
(2)如图所示
(3)种间竞争
5.(2021·山东卷)海水立体养殖中,表层养殖海带等大型藻类,海带下面挂笼养殖滤食小型浮游植物的牡蛎,底层养殖以底栖微藻、生物遗体残骸等为食的海参。某海水立体养殖生态系统的能量流动示意图如下,M、N表示营养级。
(1)估算海参种群密度时常用样方法,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)图中M用于生长发育和繁殖的能量为　　　　 kJ/(m2·a),由M到N的能量传递效率为　　　　%(保留一位小数),该生态系统中的能量　　　　(填“能”或“不能”)在M和遗体残骸间循环流动。
(3)养殖的海带数量过多,造成牡蛎减产,从生物群落的角度分析,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)海水立体养殖模式运用了群落的空间结构原理,依据这一原理进行海水立体养殖的优点是　　　　　　　　　　　　　　　。在构建海水立体养殖生态系统时,需考虑所养殖生物的环境容纳量、种间关系等因素,从而确定每种生物之间的合适比例,这样做的目的是　　　　　　　　　　　　　　　。
解析　(1)样方法适用于植物和活动能力弱、活动范围小的动物或昆虫卵种群密度的估算。(2)M的同化量(在图中表示为来源的箭头)有来自生产者3 281 kJ/(m2·a)和来自遗体残骸2 826 kJ/(m2·a),同化量除了用于自身呼吸作用消耗3 619 kJ/(m2·a),其余用于生长发育和繁殖,所以应是3 281+2 826-3 619=2 488 kJ/(m2·a)。由M到N的能量传递效率=两个营养级同化量的比值,所以是386/(3 281+2 826)×100%≈6.3%。能量不能循环,物质可循环。(3)海带与浮游植物生活在表层,存在种间竞争关系,由于海带的竞争,浮游植物数量下降,而牡蛎又以浮游植物为食,所以牡蛎的食物减少,产量降低。(4)群落的空间结构有水平结构和垂直结构,群落的空间结构有利于群落内生物充分利用空间和资源,提高利用率。考虑养殖生物的环境容纳量和种间关系等因素,目的是维持生态系统的稳定性,保持养殖产品的持续高产(或实现生态效益与经济效益的可持续发展),既要有一定的经济效益,又要保护环境,可持续发展。
答案　(1)海参活动能力弱,活动范围小
(2)2 488　6.3　不能
(3)由于海带的竞争,浮游植物数量下降,牡蛎的食物减少,产量降低
(4)能充分利用空间和资源　维持生态系统的稳定性,保持养殖产品的持续高产(或实现生态效益与经济效益的可持续发展)
(十七)　食物链(网)的构建
1.依据捕食关系曲线构建食物链(网)(如图1所示)。
根据先上升先下降者为被捕食者,后上升后下降者为捕食者,可以确定如图中食物链为C→B→A。
图1
2.依据所同化能量的多少构建食物链(网)。
生态系统中能量流动逐级递减,且相邻营养级之间的能量传递效率为10%~20%。能量值大者为被捕食者,少者为捕食者。若两种生物的能量值相差不大,不足以构成10%~20%的比例关系,则两者很可能属于同一营养级。由此可以确定图2中食物链为丙→甲→乙→丁;图3中食物网为甲→(乙,丙)→丁;表中的食物链为B→D→A→C。
图2 图3
营养级 A B C D
能量(有机物) 15.9 870.7 1.9 141.0
3.依据生物体内富集物的浓度构建食物链(网)。
生态系统中存在生物富集现象,即营养级越高,体内相关富集物(如农药、重金属)的浓度越高,两者在数值上呈正相关。体内富集物浓度相差不大的两种生物很可能属于同一营养级。
由此可以确定下表中的食物网为A→(C,E)→B→D。
生物种类 A B C D E
有机汞浓度(ppm) 0.057 7 0.51 68 0.39
4.依据提供的食物信息,构建食物链(网)。
信息:古树上有红蜘蛛、蚜虫、草蛉、七星瓢虫、麻雀、花喜鹊6种动物,它们之间的关系是草蛉、七星瓢虫捕食红蜘蛛、蚜虫;红蜘蛛、蚜虫以植物的各器官为食物;麻雀、花喜鹊以红蜘蛛、蚜虫、草蛉为食。依据捕食关系由低营养级→高营养级直接绘图,可得到如图所示食物网。
5.根据物质循环图解构建食物链(网)。
如图表示生态系统的物质循环图解,D是生产者,A是消费者,B是分解者,C是非生物环境,其中的食物链是D→A。
1.如图为某生态系统的食物网,甲、乙、丙、丁、戊代表不同的生物,下列相关说法正确的是 (　　)
A.戊与丙的种间关系是捕食和竞争
B.该食物网由3条食物链组成
C.从图中可以看出,戊占有三个营养级
D.甲、乙、丙、丁、戊所代表的生物共同构成一个群落
解析　戊与丙的种间关系是捕食,无竞争关系,A项错误;该食物网中的食物链有3条:甲→丁→戊;甲→乙→丙→戊;甲→乙→丁→戊,B项正确;从图中可以看出,戊占有两个营养级,C项错误;在一定生活环境中的所有生物种群的总和叫生物群落,图中缺少分解者,D项错误。
答案　B
2.下表是某生态系统中能量流动情况的调查结果,表中甲、乙、丙、丁、戊分别代表构成该生态系统食物网的主要种群[表中数据单位:102 kJ/(m2·a)]。下列说法错误的是 (　　)
种群 甲 乙 丙 丁 戊
同化固定的能量 16.74 70 930 69.5 1.674
体内贮存的能量 4.54 15.8 229 20 0.4
呼吸消耗的能量 12.2 54.2 701 49.5 1.274
A.表中的丙为生产者
B.表中的种群构成2条食物链
C.当某种原因导致乙大量减少时,戊的数量仍能保持相对稳定
D.第一营养级和第二营养级之间的能量传递效率约为18%
解析　能量流动逐级递减,由同化量的多少看,表中的丙同化量最大,应为生产者,A项正确;乙和丁同化固定的能量基本相同,应该都是第二营养级,所以该食物网中存在两条食物链,B项正确;当某种原因导致乙大量减少时,甲可通过捕食丁获得能量,戊的数量仍能保持相对稳定,C项正确;乙和丁均是第二营养级,同化的能量是139.5×102 kJ/(m2·a),丙是第一营养级,同化的能量是930×102 kJ/(m2·a),则能量由第一营养级到第二营养级的传递效率是(139.5×102)/(930×102)×100%=15%,D项错误。
答案　D
3.(不定项)某相对稳定的草原生态系统中食物链(网)主要有甲、乙、丙、丁、戊五个种群,且消费者只能以其前一营养级的所有生物为食,各种群生物体内某种重金属含量如表所示:
种群 甲 乙 丙 丁 戊
重金属含量 (微克/公斤· 鲜重) 0.002 7 0.002 5 0.026 0.025 0.5
下列说法不正确的是 (　　)
A.图中五个种群构成的食物链(网)最可能为甲→乙→丙→丁→戊
B.甲、乙、丙、丁、戊五个种群的所有生物个体统称为一个生物群落
C.在甲、乙、丙、丁、戊生物种群之间碳的流动形式是CO2
D.据图可知,该生态系统中的甲与乙、丙与丁分别处于同一营养级
解析　通过图中重金属的含量分析,甲与乙重金属的含量基本相同,处于同一营养级,丙与丁重金属的含量基本相同,处于同一营养级。营养级越高重金属含量越多,因此营养级最低的为甲、乙,营养级最高的为戊,食物网为,A项错误;甲、乙、丙、丁、戊只代表了生产者和消费者,缺少分解者,不能称为一个群落,B项错误;碳在生物群落的各类生物体中以含碳有机物的形式流动,C项错误;通过图中重金属的含量分析,甲与乙重金属的含量基本相同,处于同一营养级,丙与丁重金属的含量基本相同,处于同一营养级,D项正确。
答案　ABC
4.图甲是某草原生态系统中几种生物之间的食物关系示意图,据图回答下列问题:
甲　 乙
(1)图甲中共有　　　　条食物链,蚱蜢属于　　　　消费者。
(2)同时占有两个营养级的动物是　　　　,占第　　　　营养级。
(3)蛇和鹰的关系是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)给草施加含32P标记的复合肥后,检测32P在蚱蜢和青蛙体内的放射性强度,结果见图乙,图中B为　　　　。若增加对鹰和蛇体内的放射性强度的检测,则它们体内的放射性达到最高峰时的强度应　　　　(填“高于”或“低于”)前两者。
(5)商贩在某一时间大量收购蛇,导致蛇数量大量减少,则鹰的数量会　　　　,青蛙的数量　　　　　。
解析　(1)图甲中共有4条食物链,蚱蜢处于第二营养级,属于初级消费者。(2)鹰同时占第四、五两个营养级,其他生物都只有一个营养级。(3)蛇和鹰的关系有捕食和竞争两种。(4)因蚱蜢所处的营养级低于青蛙,故青蛙体内的放射性出现的时间应落后于蚱蜢。鹰和蛇所处的营养级高于蚱蜢和青蛙,因此放射性强度达到峰值时应高于蚱蜢和青蛙。(5)蛇数量大量减少,但蚱蜢和蟋蟀的数量不变,故青蛙数量基本不变,但蛇减少后,由青蛙流向鹰的能量增加,因此鹰的数量增加。
答案　(1)4　初级　(2)鹰　四、五　(3)捕食和种间竞争　(4)青蛙　高于　(5)增加　基本不变
(十八)　能量传递效率的计算
1.能量传递效率的计算公式。
2.能量传递效率的相关“最值”计算。
若题干中未做具体说明,则一般认为能量传递的最低效率为10%,最高效率为20%。
(1)在食物链A→B→C→D中,则有
注:①食物链越短,最高营养级获得的能量越多;②生物间的取食关系越简单,生态系统的能量流动过程中损耗的能量越少。
(2)在食物网中则有
3.能量传递效率有关的“定值”计算。
(1)已确定营养级间能量传递效率的,不能按“最值”法计算,而需按具体数值计算
例如:在食物链A→B→C→D中,能量传递效率分别为a%、b%、c%,若A的能量为M,则D获得的能量为M×a%×b%×c%。
(2)如果是在食物网中,某一营养级同时从上一营养级多种生物获得能量,且各途径获得的能量比例确定,则按照各单独的食物链进行计算后合并。
4.能量来源比例改变的计算。
在具体计算时务必先澄清分配比例,再确定求解中应“顺推(用乘法)”还是“逆推(用除法)”,以如图食物网为例:
(1)若已知“植物同化量(A)”,并告知其“传向动物与直接传向人比例由1∶1调整为1∶2”,求解人最多增重变化(M),计算时宜“顺推(用乘法)”。
调整前 A××20%+A××(20%)2=M1
调整后 A××20%+A××(20%)2=M2
(2)若已知“人同化量(M)”并告知人的食物来源“素食、肉食由1∶1调整为2∶1”,求解最少需要植物量(A),计算时应“逆推(用除法)”。
调整前 调整后
+=A1 +=A2
5.具有人工能量输入的计算。
人为输入到某一营养级的能量是该营养级同化量的一部分,但却不是从上一营养级流入的能量。如求第二营养级至第三营养级传递效率时,应为第三营养级从第二营养级同化的能量(不包括人工输入到第三营养级的能量)/第二营养级的同化量(包括人工输入到第二营养级的能量)×100%。
1.(2023·河北衡水调研)如图若黄雀的全部同化量来自两种动物——食草昆虫和螳螂,且它们各占一半,则当绿色植物增加G千克时,黄雀增加体重最多是多少千克 (　　)
A.G/125 B.G/100
C.G/75 D.G/50
解析　假设黄雀增加体重最多(能量传递效率为20%)为x,由题意可知,黄雀的全部同化量来自两种动物,食草昆虫和螳螂各占一半,所以黄雀要吃食草昆虫x÷2÷20%=2.5x,同理黄雀要吃螳螂也是2.5x,而螳螂增重2.5x需要消耗食草昆虫2.5x÷20%=12.5x,加起来相当于吃了食草昆虫15x,又相当于吃绿色植物15x÷20%=75x。已知绿色植物增加G千克,所以75x=G,x=G/75,C项正确。
答案　C
2. 某生态系统中存在如图所示的食物网,若将丙的食物比例由甲∶乙=1∶1 调整为2∶1,能量传递效率按10%计算,该生态系统能承载丙的数量是原来的 (　　)
A.1.375倍 B.1.875倍
C.1.273倍 D.0.575倍
解析　由于生产者没有改变,所以流向该生态系统的总能量没有变化,设丙原来的能量为a,则需要甲提供的能量为1/2a÷10%÷10%+1/2a÷10%;改变食物比例后丙的能量设为b,则需要甲提供的能量为2/3b÷10%+1/3b÷10%÷10%,根据题意可得:1/2a÷10%÷10%+1/2a÷10%=2/3b÷10%+1/3b÷10%÷10%,得b/a=1.375。
答案　A
3. 如图为一食物网。若要使丙体重增加x,已知其食用的动物性食物(乙)所占比例为a,则至少需要的生产者(甲)的量为y,那么x与y的关系可表示为 (　　)
A.y=90ax+10x B.y=25ax+5x
C.y=20ax+5x D.y=10ax+10x
解析　由题干中的“至少”可知,应该按最大传递效率20%计算,a表示动物性食物(乙)所占比例,则1-a表示直接从生产者(甲)获得食物所占比例,故有(1-a)x÷20%+ax÷20%÷20%=y,即y=20ax+5x。
答案　C
4.如图为某人工鱼塘的主要能量流动图解,其中a、b、c、d为相关鱼的能量同化量。下列相关叙述正确的是 (　　)
A.鱼种甲和鱼种乙间的能量传递效率为(b+d)/(a+c)×100%
B.鱼种乙中不同个体在鱼塘不同水层觅食不能体现群落的垂直结构
C.群落中各种群间不存在地理隔离,因而能进行基因交流
D.若除去鱼种乙并增加投放饲料,则鱼种甲的数量会呈现“J”形增长
解析　据图分析,鱼种甲和鱼种乙间的能量传递效率为b/(a+c)×100%,A项错误;鱼种乙中不同个体在鱼塘不同水层觅食,属于种群的空间特征,不能体现群落的垂直结构,B项正确;群落中各种群间不存在地理隔离,但存在生殖隔离,因而不能进行基因交流,C项错误;若除去鱼种乙并增加投放饲料,则鱼种甲的食物非常充足,但是生存空间是有限的,因此鱼种甲在鱼塘中将呈现“S”形数量增长,D项错误。
答案　B
5.(不定项)如图所示为一个小型人工生态农场的模式图以及该小型人工生态农场中农作物和鸡的部分能量值(单位:104 kJ)。请根据图和表格分析,下列说法正确的是 (　　)
项目 净同化量(同化量-呼吸消耗量) 呼吸 消耗量 流向 分解者 未利用
农作物 110 75 21 58
鸡 7 10 1 3
A.该生态系统中第一营养级到第二营养级的能量传递效率约为10%
B.该小型生态系统的结构包括生物成分及它们之间形成的营养结构
C.该小型生态系统通过食物网流向人的能量值为1.7×105 kJ
D.表中共6.1×105 kJ的未利用能量下一年将被分解者利用
解析　由表中信息可知:第一营养级(农作物)的同化量为(110+75)×104 kJ=1.85×106 kJ,第二营养级的同化量为(110-21-58)×104 kJ=3.1×105 kJ,因此该生态系统中第一营养级到第二营养级的能量传递效率为[(3.1×105 kJ)÷(1.85×106 kJ)]×100%≈16.7%,A项错误;该小型生态系统的结构包括生态系统的组成成分(包括生物成分和非生物成分)、食物链和食物网(营养结构),B项错误;由表中信息可知:人从农作物中获取的能量为[(110-21-58)-(10+7)]×104 kJ =14×104 kJ,人从鸡中获取的能量是(7-1-3)×104 kJ=3×104 kJ,所以该小型生态系统通过食物网流向人的能量值为14×104 kJ+3×104 kJ =1.7×105 kJ,C项正确;表中未利用能量共有(58+3)×104 kJ= 6.1×105 kJ,这些未利用的能量下一年可以流向分解者,也可以流向下一个营养级或用于自身呼吸作用的消耗,D项错误。
答案　C
6.下图所示的食物网中,若人的体重增加1 kg,最少需消耗水藻　　　　 kg,最多消耗水藻　　　　 kg。
解析　能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%~20%。求最少消耗水藻量时,应选最短的食物链,即水藻→小鱼→人,传递效率按20%计算,设最少消耗水藻量为x,则x×20%×20%=1 kg,x=25 kg;求最多消耗水藻量时,应选最长的食物链,即水藻→水蚤→虾→小鱼→大鱼→人,传递效率按10%计算,设最多消耗水藻量为y,则y×10%×10%×10%×10%×10%=1 kg,y=100 000 kg。
答案　25　100 000
7.如图是某人工鱼塘生态系统能量流动过程中部分环节涉及的能量值[单位为103 kJ/(m2·a)],请回答有关问题:
(1)图中A代表的生理过程是　　　　。
(2)第二营养级到第三营养级的能量传递效率是　　　　,第一营养级到第二营养级的传递效率是　　　　。
(3)流入该生态系统的总能量是　　　　[kJ/(m2·a)]。
解析　(1)每一营养级(最高营养级除外)的能量去向包括流向下一营养级、被分解者分解及呼吸作用中以热能形式散失三个途径。因此,图中A代表的是各种生物的呼吸作用。(2)肉食性动物从植食性动物获得的且同化的能量=5.1+2.1+0.25+0.05-5=2.5×103 [kJ/(m2·a)],植食性动物的同化量=2.5+4+9+0.5=16×103 [kJ/(m2·a)],因此第二营养级到第三营养级的能量传递效率=2.5/16×100%=15.625%。生产者固定的总能量=96×103+14×103(流入植食性动物的能量)=110×103[kJ/(m2·a)],故第一营养级到第二营养级的能量传递效率为14/110×100%=12.7%。(3)该生态系统中能量的来源有两个:生产者固定的能量和有机物输入,故流入该生态系统的总能量为110×103+7×103=1.17×105[kJ/(m2·a)]。
答案　(1)呼吸作用　(2)15.625%　12.7%　(3)1.17×105
第4讲　生态系统的物质循环、信息传递与稳定性
课标解读 核心素养
1.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 2.举例说明利用物质循环规律,人们能够更加科学、有效地利用生态系统中的资源 3.举例说出生态系统中物理、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 4.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 5.阐明生态系统在受到一定限度的外来干扰时,能够通过自我调节维持稳定 生命观念 分析生态系统中物质循环与信息传递之间的联系,建立结构与功能相统一的观念;通过分析生态系统的稳定性,建立稳态与平衡观
科学思维 通过分析物质循环模式图、抵抗力稳定性、恢复力稳定性与总稳定性的关系曲线,培养运用分析与综合能力和建模能力
科学探究 通过“设计并制作生态缸,观察其稳定性”的实验,提高实验设计、动手操作及观察、分析能力
社会责任 通过研究物质循环的原理、信息传递在实践中的应用及提高生态系统稳定性的措施,形成保护生物与环境的责任感
考点一　生态系统的物质循环
1.碳循环。
(1)碳循环过程解读。
提醒　分解者的分解作用不完全等同于分解者的呼吸作用。分解作用包括胞内分解作用和胞外分解作用。
(2)碳的存在形式与循环形式。
(3)碳循环途径。
(4)物质循环。
提醒　生态系统的物质循环虽具有全球性,但在森林生态系统中,甚至在池塘生态系统中也能完成物质循环。
2.生物富集。
3.能量流动和物质循环的关系。
正误判断
(1)碳可在森林群落和无机环境之间进行循环。 (√)
(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)物质循环和能量流动是两个独立的过程。 (×)
(4)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。 (×)
(5)只有在光照的条件下,生态系统的能量流动和物质循环才是同时进行的。 (×)
(6)一个完善的生态系统不需要从外界获得任何物质和能量补给,就能长期维持其正常功能。 (×)
教材微点
1.(选择性必修2 P63“与社会的联系”)汽车尾气是产生雾霾的重要原因之一,你认为应采取哪些治理措施
提示　改善燃油的品质;倡导绿色出行,减少尾气排放;大量植树造林等。
2.(选择性必修2 P67“拓展应用”)生物圈是(填“是”或“不是”)一个在物质上自给自足的系统,不是(填“是”或“不是”)一个在能量上自给自足的系统,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。
长句突破
(科学思维) 氮元素在生物群落与非生物环境间能(填“能”或“不能”)循环利用。为什么还需不断向农田中施加氮肥
提示　农产品源源不断地从农田生态系统输出,其中的氮元素并不能全部归还土壤,所以需要施加氮肥。
“箭头分析法”分析常见物质循环模型。
(1)“三看法”快速判断。
(2)模式图常见形式分析。
图1 图2 图3
　
①图1中,A为生产者,B为大气中CO2库,C为消费者,D为分解者。
②图2中,A为生产者,B为大气中CO2库,C为初级消费者,D为次级消费者,E为分解者。
③图3中,E为生产者,A为大气中CO2库,B、D、F为消费者,C为分解者。
角度一 围绕碳循环和生物富集,考查理解能力
1.(2023·辽宁模拟)低碳生活代表着更健康、更自然、更安全,返璞归真地去进行人与自然的活动。如今,这股风潮逐渐在我国一些城市兴起,潜移默化地改变着人们的生活。近期国务院政府工作报告中,制定了解决碳排放达峰的行动方案,其中包括植树造林、节能减排、利用新能源等形式。下列相关叙述正确的是 (　　)
A.碳在生物群落和无机环境之间是以有机物的形式进行循环的
B.植树造林、节能减排可以从根本上解决碳排放的问题
C.人类生活中利用石油和利用新能源对维持碳平衡没有太大区别
D.自养型生物的光合作用和化能合成作用可以降低大气中的CO2的含量
解析　碳在生物群落和无机环境之间是以CO2形式进行循环的,A项错误;减少化石燃料的燃烧可以从根本上解决碳排放的问题,B项错误;石油燃烧会产生CO2,因此人类生活中利用石油不利于维持碳平衡,而利用新能源有利于维持碳平衡,C项错误;自养型生物的光合作用和化能合成作用都能利用CO2,从而降低大气中的CO2的含量,D项正确。
答案　D
2.(不定项)关于有害物质在生物体内富集的说法正确的是 (　　)
A.一些重金属及人工合成的有机化合物存在生物富集现象
B.有害物质在生产者体内浓度最低
C.食物链顶端动物体内有害物质的浓度最低
D.生物富集现象具有全球性
解析　生物体从周围环境吸收、积蓄一些重金属及人工合成的有机化合物或难以降解的化合物,并在体内富集,A项正确;有害物质在生物体内富集的含量会随着营养级的升高而逐渐升高,生产者位于第一营养级,有害物质最少,B项正确;有害物质会沿着食物链逐渐在生物体内聚集,最终积累在食物链顶端,故食物链顶端动物体内有害物质浓度最高,C项错误;有害物质通过食物链在生产者和消费者体内不断积累,组成生物体的C、H、O、N、P等元素在生物群落和无机环境之间进行循环,而且这种循环的特点是具有全球性,D项正确。
答案　ABD
3.(2021·广东卷)为积极应对全球气候变化,我国政府在2020年的联合国大会上宣布,中国于2030年前确保碳达峰(CO2排放量达到峰值),力争在2060年前实现碳中和(CO2排放量与减少量相等)。这是中国向全世界的郑重承诺,彰显了大国责任。回答下列问题:
(1)在自然生态系统中,植物等从大气中摄取碳的速率与生物的呼吸作用和分解作用释放碳的速率大致相等,可以自我维持　　　　。自西方工业革命以来,大气中CO2的浓度持续增加,引起全球气候变暖,导致的生态后果主要是　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)生态系统中的生产者、消费者和分解者获取碳元素的方式分别是　　　　　　　　　　　　　　　　,消费者通过食物网(链)取食利用,　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)全球变暖是当今国际社会共同面临的重大问题,从全球碳循环的主要途径来看,减少　　　　　　和增加　　　　　是实现碳达峰和碳中和的重要举措。
解析　(1)由题意可知,碳中和是指CO2排放量与减少量相等。植物等从大气中摄取碳的过程会使CO2减少,生物释放碳的过程会使CO2增加,自然生态系统中CO2的减少速率与增加速率大致相等,可以自我维持碳平衡。自从西方工业革命以来,大气中CO2的浓度持续增加,从而引起全球气候变暖,导致的生态后果主要是冰川融化、海平面上升。(2)生态系统中各种生物摄取碳的方式分别是生产者通过光合作用或化能合成作用固定CO2,消费者通过食物网(链)取食利用,分解者通过分解作用分解植物的残枝败叶、动物的遗体残骸和排遗物中的含碳有机物。(3)从全球碳循环的主要途径来看,通过减少化石燃料燃烧、开发新能源等减少CO2的排放量,和通过植树造林等增加CO2的吸收量,是实现碳达峰和碳中和的重要举措。
答案　(1)碳平衡　极地冰雪和高山冰川融化、海平面上升　(2)生产者通过光合作用或化能合成作用将CO2固定为含碳有机物　分解者通过分解动植物遗体和动物排遗物等获取碳元素　(3)碳释放　碳储存
角度二 围绕物质循环和能量流动,考查综合运用能力
4.(2023·江苏宿迁模拟)“落红不是无情物,化作春泥更护花”体现了生态系统中物质循环的原理。根据这一原理, 下列说法错误的是 (　　)
A.物质循环中的“物质”指的是组成生物体的各种元素
B.物质循环中的“循环”指的是在生物群落和无机环境之间的循环
C.物质是能量的载体,物质循环也可以促进能量循环利用
D.生态农业可以加快生态系统的物质循环
解析　物质循环中的“物质”指的是组成细胞的各种元素,A项正确;物质循环中的“循环”指的是在无机环境与生物群落之间,B项正确;生态系统的能量流动是单向的,不能循环利用,C项错误;生态农业中利用人的调控作用,可以加快物质循环,D项正确。
答案　C
5.如图是某自然生态系统中碳循环的部分图解,其中a、b、c、d构成生物群落,①~⑧表示相关过程。请回答下列问题:
(1)碳在非生物环境与生物群落之间的循环主要是以　　　　的形式进行的。图示缺少两个重要过程,请用虚线箭头在图中表示出来。
(2)图示初级消费者粪便中的能量属于　　　　(填字母)同化量的一部分。b同化的能量最终的去向有　　　　　　　　　　　　　　　　　。若图中b的同化量增加1 kJ,则生产者的同化量至少需要增加　　　　 kJ。
(3)过度的人工碳排放,会破坏生态系统的　　　　　　　　　　　,导致气温升高从而形成温室效应。为了避免温室效应的形成,可以采取的措施有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(写出两点)。
解析　(1)碳在非生物环境与生物群落之间的循环主要是以CO2的形式进行的;碳在生物群落内部是以含碳有机物的形式进行传递的。根据生态系统的碳循环特点可知,d为生产者,a为初级消费者,b为次级消费者,c为分解者。图中缺少a指向c的箭头和非生物环境指向d的箭头。(2)初级消费者(a)粪便中的能量属于生产者(d)同化量的一部分。b为最高营养级,其同化的能量最终的去向有通过自身的呼吸作用散失和被分解者利用。若b的同化量增加1 kJ,则生产者至少需要增加的同化量为1÷20%÷20%=25(kJ)。(3)当碳过度排放到环境中时,会破坏生态系统的碳平衡,从而导致大气中的CO2增多,形成温室效应。为了避免温室效应的形成,采取的措施可以从碳的来源和去路两个方面进行分析。
答案　(1)CO2　如图所示
(2)d　通过自身的呼吸作用散失和被分解者利用　25
(3)碳平衡(或碳循环的平衡)　尽量减少使用化石燃料;扩大绿化面积;增加绿色植物对CO2的吸收等(合理即可)
考点二　生态系统的信息传递
1.信息的概念:在日常生活中,人们通常将可以传播的消息、情报、指令、数据与信号等称作信息。
2.信息的种类、特点、来源及实例(连线)。
答案　①—b—Ⅲ—C　②—c—Ⅰ—A　③—a—Ⅱ—B
提醒　物理信息既可以来源于环境,如光、电、波等;也可以来源于生物,如花的颜色、鸟的鸣叫。
3.信息传递过程。
4.信息传递在生态系统中的作用。
提醒　生态系统的信息传递不包括细胞之间的信息传递,而是指种群内部个体之间、种群之间以及生物与非生物环境之间的传递。
5.信息传递在农业生产中的应用。
(1)提高农畜产品的产量。如利用模拟的动物信息吸引大量的传粉动物,就可以提高果树的传粉效率和结实率。
(2)对有害动物进行控制。如利用昆虫信息素诱捕或警示有害动物,降低害虫的种群密度。
提醒　控制动物危害的技术方法比较。
正误判断
(1)心猿意马、飞蛾扑火、花香引蝶都属于生态系统的信息传递。 (×)
(2)信息只能沿食物链从低营养级向高营养级传递。 (×)
(3)蝙蝠依赖超声波进行定位、取食和飞行,这说明生物体正常的生命活动离不开信息传递。 (√)
(4)信息传递可来源于无机环境或生物,传递方向均为双向。 (×)
(5)通过生态系统的信息传递,可以防治有害动物,也可以提高一些农产品或畜产品的产量。 (√)
角度一 结合信息的种类、信息传递的功能及应用,考查分析判断能力
1.某同学将一面镜子竖立在一棵树旁,该树上的一只小鸟飞到镜前,对着镜子中的“小鸟”愤怒地啄击扑打。下列关于该事件中信息传递的叙述,错误的是 (　　)
A.小鸟啄击扑打的动作本身是一种行为信息
B.小鸟的眼睛能够感受镜子发出的物理信息
C.小鸟把镜子传递的信息当作来自入侵者的信息
D.激怒小鸟的信息是直接来自非生物的化学信息
解析　小鸟对着镜子中的“小鸟”愤怒地啄击扑打是动物的特殊行为,能够对于同种或异种生物传递某种信息,属于行为信息,激怒小鸟的信息是直接来自镜子中的“小鸟”的物理信息,D项错误。
答案　D
2.(不定项)蚜虫的粪便是含有糖分的黏液,称为“蜜露”。蚂蚁非常喜欢吃“蜜露”,常用触角拍打蚜虫背部,通过拍打产生的振动频率促使蚜虫分泌“蜜露”。蚜虫受到其天敌瓢虫袭击时,会从尾部发出报警信息素,将危险信息通知其他蚜虫,同时蚂蚁接收到报警信息素就会赶来驱除蚜虫天敌。下列相关叙述正确的是 (　　)
A.蚂蚁拍打蚜虫背部产生的振动频率属于物理信息
B.蚂蚁吃“蜜露”,使蚜虫同化量的一部分传递到蚂蚁
C.化学信息可以在同种或异种生物间传递
D.信息能调节种间关系,维持生态系统的稳定
解析　物理信息可来源于非生物环境和生物,蚂蚁拍打蚜虫背部产生的振动频率对于蚜虫来说是物理信息,A项正确;“蜜露”是蚜虫的粪便,而粪便不属于蚜虫的同化量,B项错误;据题干信息可知,报警信息素属于化学信息,该信息可以在蚜虫间传递,也可以在蚜虫与蚂蚁间传递,所以化学信息可以在同种或异种生物间传递,C项正确;蚜虫受到其天敌瓢虫袭击时,会从尾部发出报警信息素,将危险信息通知其他蚜虫,同时蚂蚁接收到报警信息素就会赶来驱除蚜虫天敌。可见蚂蚁和蚜虫可以通过信息传递调节种间关系,维持生态系统的稳定,D项正确。
答案　ACD
巧判生态系统信息的类型
(1)涉及声音、颜色、植物形状、磁场、温度、湿度等信号,通过动物感觉器官皮肤、耳朵、眼或植物光敏色素、叶、芽等感知上述信息,则判断为物理信息。
(2)若涉及化学物质挥发性(如性外激素等)这一特点,则判断为化学信息。
(3)凡涉及“肢体语言”者均属于行为信息。
(4)在影响视线的环境中(如深山密林),生物间多依靠“声音”这种物理形式传递信息。
(5)在嘈杂的环境中(如瀑布旁),生物多以“肢体语言”这种行为进行信息交流。
角度二 围绕信息传递在生产中的应用,考查社会责任
3.(2023·邯郸模拟)古书早有“旱极而蝗”的记载。干旱裸露的荒地是蝗虫的最佳产卵场所,阴湿多雨的环境易使蝗虫间流行疾病,雨雪还能直接杀灭蝗虫卵。中国科学院动物研究所揭示了蝗虫聚群成灾的奥秘:飞蝗群聚信息素4VA(4 乙烯基苯甲醚),正是它导致了蝗虫聚群成灾。下列叙述不正确的是 (　　)
A.较高浓度的“群聚信息素”可代替农药来杀死蝗虫,减少环境污染
B.可利用人工合成的“群聚信息素”监测田间蝗虫的种群数量动态
C.人工降雨可降低蝗灾区蝗虫的环境容纳量
D.可根据4VA的结构设计拮抗剂,阻止蝗虫的聚集
解析　“群聚信息素”可以让蝗虫聚集,但是不能杀死蝗虫,A项错误;可利用人工合成的“群聚信息素”监测田间蝗虫的种群数量动态,B项正确;人工降雨可降低蝗灾区蝗虫的环境容纳量,C项正确;可根据4VA的结构设计拮抗剂,阻止蝗虫的聚集,D项正确。
答案　A
4.(2023·济宁模拟)榕树通过分泌化学物质吸引榕小蜂进入隐头花序内部完成传粉,同时榕树的隐头花序为榕小蜂产卵提供场所,为幼虫发育提供营养;蚜虫能利用刺吸口器吸食榕树的汁液,每隔1~2分钟,就会翘起腹部分泌蜜露,吸引蚂蚁舔食,蚂蚁能为蚜虫驱赶天敌。下列叙述错误的是 (　　)
A.榕树向榕小蜂传递化学信息,利于促进个体的繁殖
B.蚜虫通过寄生危害榕树,蚜虫和榕树之间协同进化
C.信息传递能够调节种间关系,复杂的种间关系有利于维持生态系统的稳定
D.依据能量传递规律,蚜虫可获得榕树同化能量的10%~20%
解析　榕树通过分泌化学物质吸引小体积的榕小蜂进入隐头花序内部完成传粉,即榕树向榕小蜂传递化学信息,利于促进个体的繁殖,A项正确。蚜虫寄居在榕树的体表,从榕树组织中吸取汁液获取养料,这属于寄生;蚜虫与榕树之间在相互影响中不断进化和发展,表现为协同进化,B项正确。蚜虫吸食榕树的汁液,分泌蜜露吸引蚂蚁舔食,蚂蚁能为蚜虫驱赶天敌,说明信息传递能够调节种间关系,复杂的种间关系有利于维持生态系统的稳定,C项正确。蚜虫和榕树之间的种间关系为寄生,能量传递发生在由捕食关系构成的营养级中,D项错误。
答案　D
考点三　生态系统的稳定性
1.生态平衡与生态系统的稳定性。
(1)生态平衡。
(2)生态系统的稳定性。
2.抵抗力稳定性和恢复力稳定性。
(1)概念。
①抵抗力稳定性:生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状(不受损害)的能力。
②恢复力稳定性:生态系统在受到外界干扰因素的破坏后恢复到原状的能力。
(2)抵抗力稳定性与恢复力稳定性的比较。
(3)联系:二者一般呈负相关,如下图所示,a为抵抗力稳定性,b为恢复力稳定性。
提醒　冻原、沙漠等生态系统两种稳定性都比较低。
(4)影响因素。
3.提高生态系统的稳定性。
(1)控制对生态系统的干扰强度,在不超过生态系统自我调节能力的范围内,合理适度地利用生态系统。
(2)对人类利用强度较大的生态系统,应给予相应的物质、能量投入,保证生态系统内部结构与功能的协调。
4.设计制作生态缸。
设计要求 相关分析
生态缸必须是封闭的 防止外界生物或非生物因素的干扰
生态缸中投放的几种生物必须具有很强的生活力,种类齐全(具有生产者、消费者和分解者) 使生态缸中的生态系统能够进行物质循环和能量流动,在一定时期内保持稳定
生态缸的材料必须透明 为光合作用提供光能,保持生态缸内温度,便于观察
生态缸宜小不宜大,缸中的水量应适宜,要留出一定的空间 便于操作,且使缸内储备一定量的空气
生态缸的采光应用较强的散射光 防止水温过高导致水生植物死亡
选择的动物不宜过多,个体不宜太大 减少对氧气的消耗,防止氧气的产生量小于消耗量
正误判断
(1)生态系统的结构和功能处于固定的稳定状态,就是生态平衡。 (×)
(2)生态平衡并不是指生态系统一成不变,而是一种动态的平衡。 (√)
(3)自我调节能力越强的生态系统,其恢复力稳定性也就越高。 (×)
(4)生态系统中的组成成分越多,食物网越复杂,生态系统的恢复力稳定性就越强。 (×)
(5)一个生态系统的抵抗力稳定性很低,则恢复力稳定性就一定很高。 (×)
(6)河流轻度污染后的净化恢复及火灾后草原的恢复均属于恢复力稳定性。 (×)
1.抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性的关系。
(1)图中两条虚线之间的部分表示生态系统功能正常的作用范围。
(2)y的大小可以作为抵抗力稳定性强弱的指标,y越大说明抵抗力稳定性越弱;反之,抵抗力稳定性越强。例如,热带雨林与草原生态系统相比,受到相同干扰,草原生态系统的y值要大于热带雨林的y值。
(3)x可以表示恢复到原状所需的时间,x越大,表示恢复力稳定性越弱;反之,恢复力稳定性越强。
(4)TS表示曲线与正常范围之间所围成的面积,可作为总稳定性的定量指标,这一面积越大,说明这个生态系统的总稳定性越低。
2.生态系统反馈调节的种类。
种类 正反馈调节 负反馈调节
调节 方式 加速最初发生变化的那种成分所发生的变化 抑制或减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化
结 果 常使生态系统远离稳态 有利于生态系统保持相对稳定
实例 分析 已污染的湖泊污染加剧 草原上植食性动物与植物的平衡
角度一 结合生态系统稳定性分析,考查科学思维能力
1.(2023·湖北模拟)下列有关生态系统稳定性的叙述正确的是 (　　)
A.负反馈调节是生态系统自我调节能力的基础
B.生态系统稳定性的高低可通过种群内个体数目的多少来体现
C.同等强度干扰下,草原生态系统比沙漠生态系统恢复速度慢
D.“野火烧不尽,春风吹又生”,体现了生态系统的抵抗力稳定性
解析　负反馈调节在生态系统中普遍存在,是生态系统自我调节能力的基础,A项正确;生态系统稳定性的高低可通过生物种类的多少来体现,B项错误;因草原的环境条件较沙漠环境优越,所以,草原生态系统恢复力稳定性比沙漠强,故同等强度干扰下,草原生态系统比沙漠生态系统恢复速度快,C项错误;“野火烧不尽,春风吹又生”,体现了生态系统的恢复力稳定性,D项错误。
答案　A
2.(不定项) 两个不同的生态系统在同时受到同等强度的干扰(a)后,其结构和功能的曲线变化情况如图所示,由图不能得出的结论是 (　　)
A.同等强度的干扰下,乙生态系统的抵抗力稳定性比甲低
B.同等强度的干扰下,若乙生态系统干扰提前,则B点左移
C.若甲生态系统的干扰强度增大,则C点右移
D.乙生态系统B点后一定有新的物种产生
解析　从图中可看出,甲、乙两个生态系统受到干扰后,与乙相比,甲生态系统的结构和功能恢复原状所需要的时间长,波动范围大,说明甲的抵抗力稳定性低,乙的抵抗力稳定性高;若乙生态系统干扰提前,其结构和功能恢复至正常运行范围的时间也会提前,即B点左移;若甲的干扰强度增大,则恢复原状所需要的时间延长,C点右移;乙生态系统在恢复原状后不一定有新物种产生。
答案　AD
角度二 围绕生态缸的制作和分析,考查实验探究能力
3.(2023·洛阳期末)设计制作封闭型生态缸应该遵循一定的原理和要求,下列原理或要求中合理的是 (　　)
A.应该将生态缸放在阳光能够直接照射的地方,以保证获得足够的能量
B.应该经常向生态缸中通气,从而保证缸中生物的呼吸
C.生态缸中投放的生物必须有很强的生命力,投放的动物数量要多一些
D.生态缸的各种生物之间以及生物与非生物环境之间,必须能够进行物质循环和能量流动
解析　应该将生态缸放在散射光下,而不能放在阳光能够直接照射的地方,A项错误;生态缸应该是密闭的,不能通气,B项错误;生态缸中投放的生物的数量和比例要适中,C项错误;生态缸的各种生物之间以及生物与非生物环境之间,必须能够进行物质循环和能量流动,D项正确。
答案　D
4.甲、乙、丙、丁4个透明的生态瓶,各瓶内的组成和条件见表。经过一段时间的培养和观测后,发现甲瓶是最稳定的生态系统。下列有关叙述错误的是 (　　)
生态系统组成 光 水草 藻类 浮游动物 小鱼 泥沙
生态瓶 编号 甲 + + + + - +
乙 - + + + - +
丙 + + + + - -
丁 + + + + + +
注:“+”表示有;“-”表示无。
A.生态瓶必须是密闭的,放在直射光下,生物成分的数量要搭配合理
B.乙瓶中缺乏光照,生态瓶不稳定说明了生态系统需要稳定的能量输入
C.丙瓶中没有泥沙,分解者太少,不利于物质循环的顺利进行
D.丁瓶中虽然物种更加丰富,但可能因为氧气含量少而不如甲瓶稳定
解析　生态瓶必须是密闭的,但不能让阳光直射,因为光照过强,生态瓶内温度太高,会使生物失去活性,A项错误;缺乏光照的情况下无法进行光合作用,生产者不能生长,生态瓶不稳定,说明了生态系统需要稳定的能量输入,B项正确;由于丙瓶中没有泥沙,分解者数量太少或没有分解者的分解作用,所以不利于物质循环的顺利进行,C项正确;丁瓶与甲瓶相比,氧气含量减少,因为消费者(小鱼等)较多,呼吸要消耗较多的氧气,D项正确。
答案　A
1.真题重组　判断正误
(1)黑光灯传递给趋光性昆虫的信息属于化学信息。(2018·全国卷Ⅲ,6B) (×)
(2)生态系统的物质循环和能量流动有其自身的运行规律。(全国卷Ⅰ,5A) (√)
(3)若人与自然和谐统一,生产者固定的能量即可反复利用。(全国卷Ⅰ,5B) (×)
(4)碳可在森林群落和无机环境之间进行循环。(海南卷,24A) (√)
(5)生态系统维持相对稳定离不开信息传递。(全国卷Ⅱ,4C) (√)
2.(2022·浙江6月选考)生态系统的营养结构是物质循环和能量流动的主要途径。下列叙述错误的是 (　　)
A.调查生物群落内各物种之间的取食与被取食关系,可构建食物链
B.整合调查所得的全部食物链,可构建营养关系更为复杂的食物网
C.归类各食物链中处于相同环节的所有物种,可构建相应的营养级
D.测算主要食物链各环节的能量值,可构建生态系统的能量金字塔
解析　生物群落中各物种间通过捕食关系建立食物链,A项正确;错综复杂的食物链构成食物网,B项正确;营养级是指物种在食物链中的位置,C项正确;测算全部食物链各环节的能量值,可构建生态系统的能量金字塔,D项错误。
答案　D
3.(2022·湖南卷)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
解析　能量传递效率是指相邻两个营养级之间同化量的比值,该模式提高了能量的利用率,但不能提高能量的传递效率,A项错误;生态系统的物理信息有光、声、温度、湿度、磁力等,采用灯光诱虫杀虫利用了光,是物理信息的传递,B项正确;捕食关系是指群落中两个物种之间的关系,硬壳蟹(非蜕壳)和软壳蟹(蜕壳)属于同一物种,两者之间的摄食关系不属于捕食,C项错误;生态系统中的能量传递是单向的,不能循环利用,D项错误。
答案　B
4.(2022·山东卷)某地长期稳定运行稻田养鸭模式,运行过程中不投放鸭饲料,鸭取食水稻老黄叶、害虫和杂草等,鸭粪可作为有机肥料还田。该稻田的水稻产量显著高于普通稻田,且养鸭还会产生额外的经济效益。若该稻田与普通稻田的秸秆均还田且其他影响因素相同,下列说法正确的是 (　　)
A.与普通稻田相比,该稻田需要施加更多的肥料
B.与普通稻田相比,该稻田需要使用更多的农药
C.该稻田与普通稻田的群落空间结构完全相同
D.该稻田比普通稻田的能量的利用率低
解析　该稻田生态系统的营养结构更复杂,其水稻产量还显著高于普通稻田,而运行过程中不投放鸭饲料,因此与普通稻田相比,该稻田需要施加更多的肥料,A项正确;鸭取食害虫和杂草等,可以减少农药的使用,B项错误;该稻田增加了鸭子使得群落的物种组成不同,因此该稻田与普通稻田的群落空间结构不完全相同,C项错误;该稻田的水稻产量显著高于普通稻田,且养鸭还会产生额外的经济效益,与普通稻田相比,该稻田的能量利用率高,D项错误。
答案　A
5.(2021·河北卷)为探究全球气候变暖对生态系统的影响,研究者将20个人工淡水池塘均分成两组,对照组保持环境温度,实验组始终比对照组高4 ℃(利用温控装置),并从附近淡水栖息地搜集水生生物投入池塘。连续多年观测发现,池塘逐渐形成主要由浮游植物和浮游动物组成的群落。第15年时,池塘中浮游植物和浮游动物生物量(单位体积水体中生物体的质量)的检测结果如图。
回答下列问题:
(1)池塘生物群落区别于湖泊生物群落的重要特征为　　　　,池塘生物群落从简单到复杂的过程中发生了　　　　演替。
(2)某种水生生物被投入池塘后,其种群数量将呈　　　　形增长,若该生物种群密度在较长时期保持相对稳定,表明其种群数量已达到了　　　　。
(3)从能量流动角度分析,升温导致该生态系统总生物量降低的原因可能是　　　　　　　　　　。
(4)碳在池塘生物群落中主要以　　　　　的形式传递,碳循环具有全球性的主要原因是　　　　　　　　　。
解析　(1)物种组成是池塘生物群落区别于湖泊生物群落的重要特征。由于池塘生物群落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,因此池塘生物群落从简单到复杂的过程中发生了次生演替。(2)由于环境等因素的限制,被投入池塘中的某种水生生物经过一定时间的增长后,数量趋于稳定,呈现S形增长。在池塘环境下,该水生生物的种群密度在较长时间保持相对稳定,表明该生物种群数量已达到环境容纳量,即K值。(3)根据题图可知,温度升高,生物自身呼吸消耗增加,分解者分解作用加快,导致该生态系统总生物量降低。(4)碳在生物群落中主要以有机物的形式传递。碳在生物群落与无机环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的,而大气中的CO2能够随着大气环流在全球范围内流动,因此,碳循环具有全球性。
答案　(1)物种组成　次生　(2)S　K值　(3)生物自身呼吸消耗增加,分解者分解作用加快　(4)含碳有机物　碳在生物群落与无机环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的,而大气中的CO2能够随着大气环流在全球范围内流动
第5讲　人与环境
课标解读 核心素养
1.理解人口增长对环境的影响 2.说明全球性的环境问题 3.关注生物多样性保护的意义和措施 4.简述生态工程的原理 5.准确分析具体生态工程的实例 生命观念 通过分析人口增长对生态环境的影响及生物多样性的价值和保护,建立生物与环境相统一的观点
理性思维 通过分析生物多样性形成的原因,培养运用逻辑思维分析问题的能力
科学探究 调查当地环境保护情况,搜集保护生物多样性的实例,提出保护环境的合理建议或计划
社会责任 通过生态工程原理的学习和生态工程实例的分析,理解生态工程的目的和意义,并应用相关原理指导生产、生活
考点一　人类活动对生态环境的影响
1.人口增长与生态足迹。
(1)生态足迹。
(2)人口增长与环境的关系:人口的持续增长,给生态环境带来越来越大的压力。
提醒　目前我国已进入低生育水平国家行列,出现严重老龄化现象,经济发展受到制约。国家已放开三孩政策,鼓励优生优育,并给予一定的政策支持。
2.全球性生态环境问题及其原因(连线)。
答案　①—b　②—d　③—a　④—e　⑤—c　⑥—f
提醒　①生态环境问题具有全球性。
②对生物圈的稳态造成威胁,同时也影响了人类的生存和可持续发展。
3.水体富营养化分析。
(1)水体富营养化产生的原因,如图所示:
(2)引发的后果:产生“水华”(发生在池塘和湖泊中)和“赤潮”(发生在海洋中)。
正误判断
(1)将人类为了维持自身生存需要的物质等,换算为相应的自然土地和水域面积,就是生态足迹。 (√)
(2)与步行相比,开车产生的生态足迹增加的部分只是吸收汽车尾气所需要的林地面积。 (×)
(3)导致二氧化碳浓度升高的主要原因是人类对化石燃料的使用、水泥的生产以及土地利用的变化等。 (√)
(4)生态环境问题具有全球性,需要全人类的合作与关注。全球性环境问题对生物圈的稳态造成了威胁,同时也影响了人类的生存和可持续发展。 (√)
(5)温室效应会造成到达地面的紫外线增强,进而对人类和许多生物的生存产生威胁。 (×)
(6)环境污染最为常见的是大气污染、水体污染和土壤污染,大气污染会导致雾霾、酸雨频发。 (√)
(7)绿色出行会降低生态足迹的数值。 (√)
教材微点
1.(选择性必修2 P83“旁栏思考”)食用牛肉比食用蔬菜产生的生态足迹大的原因是牛处于第二营养级,蔬菜处于第一营养级,而能量在流动过程中是逐级递减的,所以食用牛肉消耗的资源多;养牛与种植蔬菜相比,前者释放的CO2多,所需要的森林、草地面积也就越大。
2.(选择性必修2 P87“思考·讨论”)全球性生态环境问题产生的根本原因是什么
提示　人类活动超出了环境的承受能力。
长句突破
(社会责任)为什么说“绿水青山就是金山银山”
提示　绿水青山就是良好的生态环境,保持良好的生态环境,协调好经济发展与生态环境的关系,促进经济、社会和生态的协调发展,才能实现可持续发展。
角度一 围绕人口增长与生态足迹,考查生命观念
1.(2023·广东东莞调研)下列有关生态足迹的叙述,正确的是 (　　)
A.生态足迹是指维持全人类生存所需的生产资源的土地和水域面积
B.多食牛肉、少吃野菜,有利于减少生态足迹中草地面积的占用
C.生态足迹值越大,对生态和环境的影响越大
D.经济发达国家的人均生态足迹值远小于不发达国家的人均生态足迹值
解析　生态足迹除包括维持全人类生存所需的生产资源的土地和水域面积外,还包括吸纳废物的土地和水域面积,A项错误;与食用野菜相比,食用牛肉会增大生态足迹值,B项错误;经济越发达的国家,人们的消费水平越高,如开车出行增加了对道路、停车场的直接占用面积,同时增加了吸收尾气所需要的林地面积等,由此推测其人均生态足迹值应高于不发达国家的人均生态足迹值,D项错误。
答案　C
2.(不定项)下图是反映人与环境关系的三种模式图,下列有关叙述错误的是 (　　)
A.环境容纳量是指生态系统对人口的承载能力
B.环境容纳量不会随着生产的发展而变化
C.人类可以局部地改造环境,从而使人口数量超越环境容纳量
D.生物圈的稳态是人类生存的前提和人类改造自然的基础
解析　由图可知,环境容纳量是指生态系统在平衡、协调发展的情况下所能供养的最大人口数,即生态系统对人口的承载能力,A项正确;环境容纳量会随着生产的发展而变化,例如随着生产力的提高,环境容纳量会增大,B项错误;综合三个图可知,人口数量总是低于环境容纳量,即使暂时高于环境容纳量(图Ⅱ、Ⅲ),最终还是会降下来,C项错误;人类活动要以生态系统的稳态为基础,D项正确。
答案　BC
角度二 结合全球性的环境问题,考查社会责任
3.(2023·山东枣庄调研)日益恶化的生态环境越来越受到各国的关注。下列相关叙述错误的是 (　　)
A.人类过度使用煤、石油和天然气等燃料是全球气候变暖的主要原因
B.过度放牧导致草原生态系统退化,在该生态系统中生活的牲畜的环境容纳量会变小
C.雾霾现象可自行退去,说明生态系统有一定的自我调节能力
D.某湖泊的水质持续恶化与该湖泊生态系统的负反馈调节有关
解析　全球气候变暖主要是二氧化碳浓度升高导致的,而人类过度使用煤、石油和天然气等会导致二氧化碳浓度升高,A项正确;草原生态系统退化,在该生态系统中生活的牲畜的环境容纳量会变小,B项正确;雾霾现象可自行退去,说明生态系统具有一定的自我调节能力,C项正确;某湖泊的水质持续恶化主要与该湖泊生态系统的正反馈调节或人类持续排污有关,D项错误。
答案　D
4.如图表示某河流随着生活污水的流入,其溶氧量(DO)、生物耗氧量(BOD)、无机物(富含N、P)的浓度变化情况。下列有关叙述不正确的是 (　　)
A.a地有机物浓度高于b地
B.生活污水会导致无机物(N、P)的浓度的增加
C.在a、b两地间,DO值的增加是水体的稀释使植物数量增加的结果
D.河水中藻类等浮游植物将大量繁殖
解析　由题图可知,a地的有机物浓度较高,随着有机物的分解,到了b地时有机物浓度降低,A项正确;生活污水的排放会导致无机物(N、P)的浓度增加,B项正确;在a、b两地间随着无机物的增加,植物的数量逐渐增加,使DO值不断增加,C项错误;随着大量无机物(N、P)进入河流,会使河水中藻类等浮游植物大量繁殖,D项正确。
答案　C
以成因与危害为突破口,正确区分水体污染的类型
水体污 染类型 成因 危害
无机污染 水体中富含N、P等矿质元素 藻类大量繁殖、水体浑浊度增加,进一步加剧水质恶化,水体缺氧,水生生物大量死亡
有机污染 水体中富含有机物 异养型生物繁殖,水体缺氧,鱼、虾等水生生物死亡,进而使河水变黑、发臭
重金属、 农药污染 重金属、农药进入食物链 较高营养级生物体内的重金属等浓度较高
考点二　生物多样性及其保护
1.生物多样性的内容。
提醒　①同种生物(无生殖隔离)不同个体(或种群)间存在遗传多样性。
②不同生物(具有生殖隔离),即不同物种间存在物种多样性。
2.生物多样性的价值。
提醒　生物多样性的间接价值明显大于其直接价值。
3.生物多样性丧失的原因。
4.保护生物多样性的措施。
提醒　保护生物多样性只是反对盲目地、掠夺式地开发利用大自然,但并不意味着禁止开发和利用,而是提倡合理利用。
正误判断
(1)山清水秀、鸟语花香的美景常常令人赏心悦目、流连忘返,这体现了生物多样性的直接价值。 (√)
(2)盲鱼作为进化研究的材料体现了生物多样性的间接价值。 (×)
(3)许多野生生物的使用价值目前还不清楚,说明生物多样性具有间接价值。 (×)
(4)保护生物多样性并非禁止开发利用任何自然资源,而是反对盲目地、掠夺式地开发利用。 (√)
(5)互花米草原产美洲,引入江苏沿海等地种植后迅速扩散并改变了滩涂生物多样性,属于生物入侵。 (√)
(6)保护生物多样性是实现人类社会可持续发展的基础。物种多样性比较高的生态系统相对稳定。 (√)
(7)为美化城市环境,可大量从国外引进多种观赏类植物。 (×)
(8)保护生物多样性也就是意味着禁止开发和利用自然资源。 (×)
教材微点
1.(选择性必修2 P90“正文信息”)生物多样性分为遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性三个层次。虎有东北虎、华南虎等多种类型,这属于遗传的多样性;草原上有狮子、鹿、野兔等多种动物又属于物种的生物多样性。
2.(选择性必修2 P94“正文信息”)对于濒危物种来说,就地保护是否一定是最有效的保护措施,原因是不一定,若其生存地未被破坏,则应就地保护;若其生存地遭到破坏,则应进行易地保护。
长句突破
(社会责任)人工打捞和投放大量化学杀藻剂紧急处理是常用的治理水华的方法。近年来,研究者采用投放植食性鱼类和种植大型挺水植物的方法构建修复生态系统,对治理水华取得了较好的效果。与生物修复的方法相比,杀藻剂处理的主要缺点有污染环境(杀伤天敌);使藻类产生抗药性(合理即可)(写出两点)。
1.生物多样性的层次分析。
遗传多样性是物种多样性的前提,物种多样性是生态系统多样性的基础,生态系统多样性为物种多样性提供了环境条件。
2.生物多样性的形成原因分析。
(1)从分子水平看。
DNA(基因)多样性
(根本原因)蛋白质多样性
(直接原因)生物性状多样性
(2)从进化角度看:物种多样性与生态系统多样性主要是生物的不定向变异与自然的定向选择在进化过程中协同作用的结果。
角度一 结合生物多样性的概念和价值,考查理解能力
1.(2021·广东卷)近年来我国生态文明建设卓有成效,粤港澳大湾区的生态环境也持续改善。研究人员对该地区的水鸟进行研究,记录到146种水鸟,隶属9目21科,其中有国家级保护鸟类14种,近海与海岸带湿地、城市水域都是水鸟的主要栖息地。该调查结果直接体现了生物多样性中的 (　　)
A.基因多样性和物种多样性
B.种群多样性和物种多样性
C.物种多样性和生态系统多样性
D.基因多样性和生态系统多样性
解析　依据题干信息可知,该地区的水鸟有146种,体现了物种多样性;近海、海岸带湿地、城市水域都是水鸟的主要栖息地,体现了生态系统多样性。
答案　C
2.科研小组利用耐盐碱、耐旱、抗病等抗逆性较强的不同栽培稻,选育出既耐盐碱、又高产的“海水稻”,作为沿海滩涂和盐碱地的改良作物。下列相关叙述错误的是 (　　)
A.不同栽培稻间基因种类的差别体现了遗传的多样性
B.抗逆性较强栽培稻的出现是其主动适应环境的结果
C.“海水稻”的选育过程中,发生了生物的进化
D.用抗逆性强的栽培稻育种体现了生物多样性的直接价值
解析　不同栽培稻间基因种类的差别体现的是生物多样性中的遗传多样性,A项正确;抗逆性较强栽培稻的出现是环境选择的结果,B项错误;“海水稻”选育过程中,耐盐碱强的个体被保留,不耐盐碱的个体被淘汰,导致耐盐碱基因频率定向改变,发生了生物的进化,C项正确;利用抗逆性较强的栽培稻育种体现了生物多样性的直接价值,D项正确。
答案　B
角度二 结合生物多样性丧失的原因及保护,考查社会责任
3.白鲟、白鳍豚、长江鲥鱼等长江特有鱼类已宣布功能性灭绝(数量非常少,自然情况下难以维持繁殖),为保护和恢复长江生物多样性,相关部门制定了10年内长江流域重点水域全面禁止生产性捕捞的方案。下列关于长江生物多样性及保护的叙述,错误的是 (　　)
A.长江鱼种生物多样性的形成是鱼种与非生物环境协同进化的结果
B.长江鱼种减少的主要原因是过度捕捞、水域污染等人类活动的干扰破坏
C.长江禁渔方案符合“绿水青山就是金山银山”的理念
D.单纯禁渔难以避免长江某些特有物种彻底灭绝的风险
解析　长江鱼种生物多样性的形成是生物与生物之间、生物与非生物环境之间协同进化的结果,A项错误;长江长期以来受过度捕捞、水域污染等影响,水生生物的生存环境日趋恶化,生物多样性指数持续下降,B项正确;单纯禁渔难以避免长江某些特有物种彻底灭绝的风险,还应积极对濒危鱼类进行人工繁育并减少污染物的排放,D项正确。
答案　A
4.(不定项)景观破碎化是指人为干扰等导致景观由单一、均质和连续的整体趋于复杂、异质和不连续的斑块镶嵌体,是生物多样性丧失主要的原因之一。下列叙述错误的是 (　　)
A.斑块镶嵌体描述的是群落的垂直结构,受光照、地形变化的影响
B.景观破碎化的形成表明人类活动能够影响群落演替的方向和速度
C.景观破碎化改变了物种生存所需的地理环境,使物种生存空间增大
D.景观区生物多样性包括遗传多样性、种群多样性和生态系统多样性
解析　斑块镶嵌体描述的是群落的水平结构,受土壤湿度、地形变化等的影响,A项错误;人类对自然的干扰导致景观破碎化,故人类活动能够影响群落演替的方向和速度,B项正确;景观破碎化改变了物种生存所需的地理环境,使物种生存空间减小,C项错误;景观区生物多样性包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性,D项错误。
答案　ACD
考点三　生态工程
1.关注生态工程建设。
(1)生态工程的概念。
(2)生态工程建设的目的:遵循生态学规律,充分发挥资源的生产潜力,防止环境污染,达到经济效益和生态效益的同步发展。
(3)生态工程优点:少消耗、多效益、可持续。
2.生态工程所遵循的基本原理。
3.生态工程的实例和发展前景。
(1)生态工程实例分析。
(2)发展前景:重视对生态环境的保护,注重与经济、社会效益的结合。
正误判断
(1)“无废弃物农业”遵循的是协调原理。 (×)
(2)在建设高新农业时,沼气池的建立遵循了循环原理。 (√)
(3)在建设生态工程时,既要考虑自然

展开更多......

收起↑