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第3章 生态系统及其稳定性
第1节 生态系统的结构
问题探讨
大豆是发源于我国的重要粮食作物。大豆田里生长着稗草、苘麻、鸭跖草等多种杂草，分布着七星瓢虫、大豆蚜等动物，土壤里还有蚯蚓、线虫，以及多种微生物。每公顷大豆与共生根瘤菌每年固氮可以超过100kg。
讨论：1.大豆根系会给土壤带来哪些变化？
2.大豆与其他生物之间存在什么关系？
3.根据以上讨论结果，请用一句话概括生物与环境的关系。
大豆田间剖面图
大豆的根会吸收土壤中的水和无机盐，使土壤的水和无机盐减少；大豆根的呼吸作用会增加土壤中CO2的含量；大豆与根瘤菌互利共生固氮，会增加土壤中氮的含量；死亡和脱落的大豆根，会增加土壤中有机物的含量。
种间竞争：大豆与稗草、苘麻、鸭跖草。捕食：大豆蚜与大豆。互利共生：大豆与根瘤菌。
环境决定了哪些生物可以在这里生存，生物反过来会影响和改变环境；生物与环境相互依赖、相互影响；生物与环境之间有复杂的相互作用；生物与环境是统一的整体。
阅读教材P48-50，思考讨论下列问题
1.说说生态系统的概念（与种群、群落的联系）、范围、类型？
2.说说生态系统的结构与生态系统的组成成分？
3.每个成分的组成以及在生态系统中的作用、地位和营养方式是怎样的？生态系统的这些成分是如何相互作用，共同有机结合构成一个整体的？
4.不同种类的生物是怎样获取物质和能量的？
5.为什么说绿色植物是生产者？它在生态系统中扮演什么样的角色？除绿色植物外还有哪些生物是生产者？
6.所有的动物都是消费者吗？
7.所有的分解者都是真菌和细菌吗？
一、生态系统的范围
1.生态系统的概念：
在一定空间内，由生物群落与它的非生物环境相互作用而形成的统一整体。
2.生态系统的范围：
生态系统的空间范围有大有小。
生物圈是地球上最大的生态系统。
生物圈：地球上的全部生物及其非生物环境的总和
3.生态系统的类型
生态系统
自然生态系统
人工生态系统
森林生态系统
草原生态系统
荒漠生态系统
冻原生态系统
陆地生态系统
水域生态系统
海洋生态系统
淡水生态系统
农田生态系统
人工林生态系统
果园生态系统
城市生态系统
二、生态系统具有一定的结构
要分析生态系统的结构，首先要分析生态系统由哪些组成成分，以及各组分之间的关系。
生态系统的营养结构:
生态系统的结构
生态系统的组成成分
食物链和食物网
思考·讨论 分析生态系统的结构
1.分析上述生态系统中生物之间的食物关系，你能画出多少条食物链？与其他同学画出的食物链进行比较，分析各自的食物链是否需要修改，共同完善该生态系统的食物链和食物网。
2.按照不同种类生物的营养方式，以及它们在生态系统中的作用，将上述生态系统中的生物进行归类。
生产者：栅藻、团藻、水草；消费者：水蚤、草履虫、田螺、虾、草鱼、黑鱼、青鱼；分解者：细菌、真菌。
3.在上述生态系统中，食物链之外还有哪些成分？它们对生态系统来说是不可缺少的吗？为什么？
还有非生物的物质和能量。它们对生态系统来说是不可或缺的。物质和能量是生命活动存在的最基本条件，生命活动本质上也是物质和能量的变化，非生物物质还是生物赖以生存的环境成分。
4.每个生物体的生存都离不开物质和能量。这些生物是怎样获得物质和能量的？不同种类的生物获取物质和能量的途径一样吗？
绿色植物通过光合作用将无机物转化为有机物，将太阳能转化为化学能。动物通过摄取其他生物获得物质和能量。细菌、真菌等通过分解动植物遗体和动物的排遗物获得物质和能量。不同种类的生物获取物质和能量的途径是不尽相同的。
5.参照一般系统的结构模式图（下图），尝试画出生态系统的结构模型。
（一）.生态系统的组成成分
生态系统的组成成分
非生物的物质和能量：光、热、水、空气、无机盐等。
生产者：自养生物，主要是绿色植物。
消费者：动物，包括植食性动物、肉食性动物、杂食性动物和寄生动物等。
分解者：能将动植物遗体残骸中的有机物分解成无机物，主要是细菌和真菌。
1.非生物的物质和能量
①主要组成：光、热、水、空气、无机盐等。
②作用：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。
③地位：是生态系统的必需成分。
自养：生物利用无机物合成自身有机物的方式
异养：生物通过摄取现成的有机物来获得营养的方式
2.生产者
①主要组成：自养生物，主要是绿色植物，还包括光合细菌（如蓝细菌）和化能自养细菌（如硝化细菌、铁细菌、硫细菌）等。
②作用（以光合自养型为例）：通过光合作用，将太阳能固定在它们所制造的有机物中，将太阳能转化成化学能，从而可以被生物所利用。
③地位：是生态系统的基石（主要成分）。
3.消费者
①主要组成
主要是动物:包括植食性动物、肉食性动物、杂食性动物和寄生动物，
还包括其他寄生生物:如菟丝子、病毒、胞内寄生菌等。
②作用：
a.将有机物转化为无机物（CO2、水、氨等），加快生态系统的物质循环；
b.对于植物的传粉和种子的传播等具有重要作用。
③地位：是生态系统中最活跃的成分。
4.分解者
①主要组成：主要是营腐生生活的细菌和真菌，还包括营腐生生活的动物（如蚯蚓、蜣螂、秃鹫等）。
②作用：将动植物遗体和动物的排遗物分解成无机物。
③地位：是生态系统中的重要成分。
思考讨论分析
1.所有的植物都是生产者( )
2.生产者一定是植物( )
3. 所有动物都是消费者( )
4. 所有微生物都是分解者( )
5.生态系统的结构模型
(是生态系统的必备成分)
(是生态系统的非必备成分)
(生态系统的基石)
B
D
A
C
A
B
C
D
1.先找双向箭头，双向箭头两边必定为“生”、“非”；
2.再看这两种物质除双箭头外，所有的箭头都指向它的为“非”另一个为“生”；
3.然后根据能量从“生”→ “消”→“分”的顺序判断其他组成成分。
正是由于生态系统中各组成成分之间的紧密联系，才使生态系统成为一个统一的整体，具有一定的结构和功能。
（二）食物链和食物网（生态系统的营养结构）
第一营养级
第二营养级
第三营养级
第四营养级
第五营养级
生产者
初级消费者
次级消费者
三级消费者
四级消费者
1.食物链：生物之间由于食物关系而形成的一种联系。
2.营养级：食物链中的一个个环节称营养级，是指处于食物链同一环节上所有生物的总和。
草
蝗虫
青蛙
蛇
鹰
成分
生产者
初级
消费者
次级
消费者
三级
消费者
四级
消费者
第一
营养级
营养级
第二
营养级
第三
营养级
第四
营养级
第五
营养级
（1）食物链的特点
每条食物链的起点总是生产者，终点是不被其他动物所捕食的动物，即最高营养级。分解者不进入食物链，无对应的营养级。
每一环节即为一个营养级，处在第几位即为第几营养级。生产者总是为第一营养级。
各种生物所处的营养级并不是一成不变的。同种生物所属消费者级别和所处的营养级级别一定是不同的，总是差1级。
食物链中的捕食关系是长期自然选择的结果，表现为方向上的不可逆性；
一条食物链中的营养级一般不超过五个。
思考：食物链上一般不超过五个营养级，想一想，这是为什么？
各个营养级的生物都会因呼吸作用消耗掉大部分能量，
其余能量有一部分流入分解者，
只有一小部分能够被下一营养级的生物利用，
流到第五营养级时，余下的能量很少（即能量沿食物链的流动是逐级递减的，营养级越高获得的能量越少），
甚至不足以养活一个种群，因此食物链一般不超过五个营养级。
（2）判断食物链的方法
①根据能量或者有机物含量：
②根据重金属、DDT等物质的富集现象
③根据各种变式模型
营养级 A B C D
能量（有机物） 15.9 870.7 1.9 141.5
生物体 A B C D
有机汞浓度（mg.L-1） 0.05 7 0.51 68
3.食物网
（1）原因：在生态系统中，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食物，也可能被多种肉食性动物所食。
（2）定义：食物链彼此相互交错连接成的复杂营养关系。
（3）食物网的特点
在食物链中只有捕食关系，在食物网中既有捕食关系，又有竞争关系。
同一种生物在不同的食物链中，可以占据不同的营养级。
食物网越复杂，抵抗外界干扰的能力越强。
食物网中，某一营养级的生物所代表的是该营养级的所有生物，不代表单个生物个体，也不一定是一个种群，甚至可能不属于同一物种。
食物网的复杂程度取决于有食物联系的生物种类而非生物数量。
（4）食物链和食物网的功能
①生态系统保持相对稳定的重要条件，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。
②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就是沿着这种渠道进行的。
1.观察图中某陆地生态系统的食物网，鹰占据哪几个营养级？
3456共四个
2.在此食物网中，若蛙的数量减少，鹰的数量将会怎样变化？
处于最高营养级的种群有多种食物来源时，若其中一条食物链中断，则最高营养级种群数量可通过多食其他食物而维持其数量基本不变。
错综复杂的食物网实施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，他在食物链上的位置可能会有其他生物来取代。
由于某种原因，鼠突然全部死亡，则蛇的数量变化情况为_____________。
①能量原则：如果一种生物的消亡直接影响另一种生物的营养级上升，则上述的另一种生物短期效应将会减少，反之则上升。
如果鼠突然消亡, 那么会直接导致蛇的营养级提升, 所以蛇数量减少；
下降
由于某种原因，鼠突然全部死亡，则蟾蜍的数量变化情况为____________。
②反馈原则:
在食物网中，如果一种生物的消亡，对与它关系较近的生物影响(反馈)就越大，也叫就近分析原则。
蟾蜍与鼠没有直接影响关系，最近的关系是通过蛇，由于这是蛇的数量减少不是系统外界因素（如人为捕杀）所致，所以短期内反馈（蛇为了维持数量，会大量捕食蟾蜍）使得蟾蜍也会减少，但有先后顺序。
下降
食物链(网)中各营养级生物数量的变动分析
1、处于食物链的第一营养级生物减少的情况：
第一营养级生物数量的减少会导致其他生物数量的减少，即出现连锁反应。因为第一营养级生物是其他生物直接或间接的食物来源。
2、“天敌”减少的情况：
“天敌”减少，则被捕食者数量增加。但随着其数量的增加，种内斗争加剧，种群密度下降，直到趋于稳定，但最终结果比原来数量要大。
食物链(网)中各营养级生物数量的变动分析
3.复杂食物网中某种群数量变化引起的连锁反应分析
①以中间环节少的作为分析依据，考虑方向和顺序为：从高营养级依次到低营养级。
②生产者相对稳定，即生产者比消费者稳定得多，所以当消费者某一种群数量发生变化时，一般不考虑生产者数量的增加或减少。
③最高营养级的生物种群数量相对稳定，即当处于最高营养级的生物有多种食物来源时，若其中一条食物链被中断，则该种群可通过多捕食其他生物来维持其数量基本不变。
【检测】如下图所示食物网中,青蛙突然减少,则短期内以它为食的蛇将 ,食草昆虫数量将 ，鹰就要过多地吃兔和食草鸟,从而导致兔、食草鸟 。但因为鹰不只吃蛇一种生物,它可依靠其他食物来源来维持其数量 。
减少
基本不变
增加
减少
(2013·广东高考)如图所示某湖泊的食物网,其中鱼a、鱼b为两种小型土著鱼,若引入一种以中小型鱼类为食的鲈鱼,将出现的情况是(　　)
A.鲈鱼的产量不能弥补土著鱼的
减少量
B.土著鱼在与鲈鱼的竞争中处于
劣势
C.浮游动物总量锐减后再急升
D.浮游植物总量急升后再锐减
食物链越长,消耗的能量越多。
捕食关系
鲈鱼引入会导致土著鱼先减少后增加
间接导致浮游动物先增加后减少
浮游植物的变化为先减少后上升
A
(2018·全国Ⅰ卷)回答下列问题：
（1）大自然中，猎物可通过快速奔跑来逃脱被捕食，而捕食者则通过更快速的奔跑来获得捕食猎物的机会，猎物和捕食者的每一点进步都会促进对方发生改变，这种现象在生态学上称为__________。
（2）根据生态学家斯坦利的“收割理论”，食性广捕食者的存在有利于增加物种多样性，在这个过程中，捕食者使物种多样性增加的方式是 。
（3）太阳能进入生态系统的主要过程是_________________________
。分解者通过___________ 来获得生命活动所需的能量。
共同进化
捕食者往往捕食个体数量多的物种，为其他物种的生存提供腾出空间
绿色植物通过光合作用
将太阳能转化为化学能储存在有机物中
呼吸作用将动植物遗体和动物排遗物中的有机物分解
【检测】(2019·全国Ⅰ卷)某实验小组用细菌甲（异养生物）作为材料来探究不同条件下种群增长的特点，设计了三个实验组，每组接种相同数量的细菌甲后进行培养，培养过程中定时更新培养基，三组的更新时间间隔分别为3h、10h、23h，得到a、b、c三条种群增长曲线，如图所示。下列叙述错误的是( )
A. 细菌甲能够将培养基中的有机物分解成无机物
B. 培养基更换频率的不同，可用来表示环境资源量的不同
C. 在培养到23h之前，a组培养基中的营养和空间条件都是充裕的
D. 培养基更新时间间隔为23h时，种群增长不会出现J型增长阶段
D
【检测】(2019·全国Ⅰ卷)某实验小组用细菌甲（异养生物）作为材料来探究不同条件下种群增长的特点，设计了三个实验组，每组接种相同数量的细菌甲后进行培养，培养过程中定时更新培养基，三组的更新时间间隔分别为3h、10h、23h，得到a、b、c三条种群增长曲线，如图所示。下列叙述错误的是( )
A. 细菌甲能够将培养基中的有机物分解成无机物
B. 培养基更换频率的不同，可用来表示环境资源量的不同
C. 在培养到23h之前，a组培养基中的营养和空间条件都是充裕的
D. 培养基更新时间间隔为23h时，种群增长不会出现J型增长阶段
D

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