必修3第四单元 生态系统与环境保护.docx
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必修3第四单元生态系统与环境保护
第一讲
生态系统的结构与能量流动
(一)生态系统的结构
1.连线生态系统的组成成分及其作用
2.据图回答有关食物链和食物网的问题
(1)图示食物网中包含8条食物链。
(2)写出图中含营养级最多的食物链:
草→食草昆虫→蜘蛛→青蛙→蛇→猫头鹰。
(3)图中狐属于次级消费者,占第三营养级;猫头鹰同时占有第三、四、五、六营养级。
(4)从图中可以看出,青蛙和蜘蛛的种间关系是捕食和竞争。
(5)该图作为生态系统还缺少的成分是非生物的物质和能量、分解者。
1.辨明生态系统组成成分的三类“不一定”和两类“一定”
(1)三类“不一定”:
①生产者不一定是植物(如蓝藻、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、蜣螂等以动植物残体或排泄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、蓝藻属于生产者,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.澄清关于食物链和食物网的六个易误点
(1)每条食物链的起点都是生产者,终点是不被其他动物所食的动物,即最高营养级,中间有任何间断都不算完整的食物链。
(2)分解者及非生物的物质和能量不属于食物链的成分,不出现在食物链(网)中。
(3)由于第一营养级一定是生产者,因此一种动物在某一食物链中的营养级=消费者级别+1。
(4)某一营养级的生物代表的是处于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。
(5)同一种消费者在不同食物链中,可以占有不同的营养级。
(6)在食物网中,两种生物之间的种间关系可出现多种,如青蛙和蜘蛛既是捕食关系,又是竞争关系。
(二)生态系统的能量流动
3.下面是生态系统中能量流动的过程示意图,据图回答相关问题
(1)写出图中甲、乙、丙、丁、戊代表的内容:
甲:
生产者,乙:
初级消费者,丙:
次级消费者,丁:
呼吸作用,戊:
分解者。
(2)据图可知,生态系统中能量流动的渠道是食物链和食物网,流动过程中能量的转化形式是:
太阳能→有机物中的化学能→热能。
(3)据图分析食物链中甲营养级能量的去向有:
①通过自身呼吸作用以热能的形式散失。
②流入下一营养级。
③残枝败叶等被分解者分解。
4.下面是能量在相邻两个营养级之间的流动过程示意图,据图回答相关问题
(1)写出图中序号代表的内容:
①同化量;②通过呼吸作用以热能形式散失的能量;③流入下一营养级的能量。
(2)据图判断下列叙述的正误:
①流经某一营养级的总能量是指该营养级摄入到体内的能量(×)
②兔吃草后排出的粪便中的能量是兔同化量的一部分(×)
③生态系统中的能量可被多级循环利用,从而大大提高能量的利用率(×)
④研究能量流动,可调整能量流动关系,使生产者固定的能量全部流向人类(×)
3.必记能量流动的四个知识点
(1)四个环节:
(2)三个去路:
①自身呼吸消耗;
②流向下一营养级(最高营养级除外);
③被分解者分解利用。
(3)两个特点:
单向流动,逐级递减。
(4)两个研究意义:
①帮助人们科学规划、设计人工生态系统,使能量得到最有效的利用。
②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。
4.澄清能量流动的两个易误点
(1)动物同化的能量不等于摄入的能量。
同化量为每一营养级通过摄食并转化成自身有机物的能量,摄入量是消费者摄入的能量,同化量=摄入量-粪便量。
(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,它是上一营养级同化量的一部分。
生态系统的结构
命题点1 生态系统组成成分的判断
1.(2017·瑞金检测)生态系统的组成成分包括生产者、消费者、分解者及非生物的物质和能量。
下列关于生态系统组成成分的叙述,正确的是( )
A.动物都属于消费者,其中食草动物属于第二营养级
B.细菌都属于分解者,其异化作用类型主要是需氧型和厌氧型
C.生产者属于自养型生物,是生态系统中最基本、最关键的生物成分
D.一种生物只能属于生态系统中的一种生物成分
解析:
选C 在生态系统中,不是所有动物都是消费者,如蜣螂、蚯蚓为分解者;多数细菌是分解者,但硝化细菌、铁细菌、硫细菌和光合细菌等是生产者;生产者能将无机物合成有机物,属于自养型生物,是生态系统中最基本、最关键的成分;一种生物可能属于生态系统中的不同生物成分,如猪笼草在进行光合作用时是生产者,在捕食虫子时为消费者。
2.如图表示某生态系统中4种成分之间的关系。
以下相关叙述正确的是( )
A.甲和乙包含的所有种群可以构成群落
B.丙代表的一定是原核生物
C.①代表光合作用,②代表呼吸作用
D.丁可以表示大气中的CO2
解析:
选D 甲是生产者,乙是消费者,它们不能构成生物群落,还需要分解者(丙)才能一起构成群落;丙是分解者,分解者不一定是原核生物,许多真菌,还有部分动物(如蚯蚓)都是分解者,但它们是真核生物;①代表捕食,如果图示表示碳循环,则②代表呼吸作用;在碳循环中丁表示大气中的CO2。
方法·规律|生态系统中各成分的判断
(1)根据双向箭头A
D确定两者肯定是非生物的物质和能量、生产者。
(2)根据箭头指向判断各成分:
①A有三个指出,应为生产者。
②D有三个指入,为非生物的物质和能量。
③B和C一个为消费者,另一个为分解者,A(生产者)和B均指向C,则C为分解者。
命题点2 食物链与食物网的分析
3.下图表示某生态系统中的食物网,相关叙述正确的是( )
A.图中共含有6条食物链
B.伯劳鸟和袋鼬只存在捕食关系
C.该食物网中最长的食物链含有6个营养级
D.食物链中营养级越高的生物体型越大
解析:
选C 此食物网中共有8条食物链;伯劳鸟和袋鼬既存在捕食关系,又存在竞争关系;该食物网中最长的食物链是桉树→甲虫→蜘蛛→知更鸟→伯劳鸟→袋鼬,有6个营养级;甲虫的营养级虽比桉树高,但体型小。
4.(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
解析:
选A 鲈鱼与土著鱼之间是捕食关系;引入以中小型鱼类为食的鲈鱼后,土著鱼a、b的数量都下降,短期内浮游动物总量先急升后下降再趋于稳定,相应地浮游植物锐减后再急升最后近于稳定;鲈鱼以土著鱼为食,按能量传递逐级递减的特点,可知鲈鱼的产量不能弥补土著鱼的减少量。
拓展·归纳|食物链(网)中各营养级生物数量变动情况分析
(1)若处于食物链中第一营养级的生物(生产者)数量减少,直接以其为食物的第二营养级生物因食物缺乏而数量减少,又会引起连锁反应,整个食物链中的其他生物数量都会减少,简记为:
“一级生物若减少,其他生物跟着跑”。
(2)“天敌”一方减少,短时间内被捕食者数量会增加,但从长时间来看,会先增加后减少,最终趋于稳定,简记为:
“如果天敌患了病,先增后减再稳定”。
(3)若处于中间营养级的生物数量减少,则生物数量的变化视具体食物链而定:
“中间生物被捕杀,不同情况要分家”。
大体遵循如下思路:
①生产者相对稳定,即生产者比消费者稳定得多,所以当某一种群数量发生变化时,一般不需要考虑生产者数量的增加或减少。
②处于最高营养级的种群有多种食物来源时,若其中一条食物链被中断,则该种群可通过多食其他食物来维持其数量基本不变。
③在食物网中,当某种生物因某种原因而数量减少时,对另一种生物数量的影响,沿不同的食物链分析结果不同时,应以中间环节少的为分析依据。
简记为:
“食物网,食物链,生物数量好判断,首先你要有主见,环节少的最先看。
”
(4)同时占有两个营养级的种群数量变化的连锁反应分析:
①a种群的数量变化导致b种群的营养级降低时,则b种群的数量将增加。
②a种群的数量变化导致b种群的营养级升高时,则b种群的数量将减少。
生态系统能量流动的过程
[关键点拨]
1.流入某一营养级能量的来源和去路
除最高营养级外,能量流经每个营养级所发生的变化基本相同。
图示如下:
(1)某一营养级能量的来源:
①生产者的能量主要来自太阳能。
②其余各营养级的能量来自上一营养级所同化的能量。
(2)某一营养级能量的去向:
①定量不定时分析:
流入某一营养级的一定量的能量在足够长的时间内的去路可有三条:
a.自身呼吸消耗;b.流入下一营养级(最高营养级除外);c.被分解者分解利用。
但这一定量的能量不管如何传递,最终都以热能形式从生物群落中散失;生产者源源不断地固定太阳能,才能保证生态系统能量流动的正常进行。
②定量定时分析:
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(最高营养级除外);c.被分解者分解利用;d.未利用,即未被自身呼吸消耗,也未被下一营养级和分解者利用,如果是以年为单位研究,这部分的能量将保留到下一年。
2.能量流动的特点及原因分析
(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群落重复利用,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.生态金字塔的类型及特点
项目
能量金字塔
数量金字塔
生物量金字塔
形状
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
象征含义
能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特点
一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐步递减
一般生物有机物的总质量沿食物链升高逐级递减
特点
正金字塔形
一般为正金字塔形
一般为正金字塔形
分析
能量流动的过程中总是有能量的消耗,故能量流动逐级递减
成千上万只昆虫生活在一株大树上时,该数量金字塔的塔形也会发生变化
浮游植物的个体小,寿命短,又不断被浮游动物吃掉,所以某一时间浮游植物的生物量(用质量来表示)可能低于浮游动物的生物量
[题点突破]
命题点1 能量流动的过程
1.(2015·海南高考)关于草原生态系统能量流动的叙述,错误的是( )
A.能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失的过程
B.分解者所需的能量可来自各营养级生物所储存的能量
C.生态系统维持正常功能需要不断得到来自系统外的能量
D.生产者固定的能量除用于自身呼吸外,其余均流入下一营养级
解析:
选D 生态系统的能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失的过程;分解者所需的能量可来自各营养级生物所储存的能量;能量流动逐级递减,生态系统维持正常功能需要不断得到来自系统外的能量;生产者固定的能量除用于自身呼吸外,其余均流入下一营养级及分解者。
2.下面为生态系统中能量流动图解部分示意图(字母表示能量的多少),下列叙述正确的是( )
A.图中b=h+c+d+e+f+i
B.生产者与初级消费者之间的能量传递效率为b/a×100%
C.在“草→兔→狼”这一食物链中,狼粪便中的能量属于d
D.缩短食物链可以提高能量传递效率
解析:
选C 首先,生产者固定的能量应该是流经生态系统的总能量,摄入量=同化量+粪便中的能量,因此c为同化量,h为粪便中的能量,同化量=呼吸作用中以热能形式散失的能量+用于生长、发育、繁殖的能量,因此d是初级消费者用于自身生长、发育、繁殖的能量,f是呼吸作用中以热能形式散失的能量,i是流入分解者的能量,e是下一营养级摄入的能量,所以b=h+c=f+d+h=f+e+g。
能量传递效率是相邻营养级同化量之间的比值,生产者与初级消费者之间的能量传递效率为c/a×100%。
缩短食物链可以提高能量利用率,但不能提高能量传递效率。
狼粪便中的能量应该属于初级消费者兔子的同化量中用于生长、发育、繁殖的能量。
拓展·归纳|能量流经第二营养级的过程分析
(1)过程图解:
(2)相关分析:
①摄入量(a)=同化量(b)+粪便量(c)。
②同化量(b)=摄入量(a)-粪便量(c)
=呼吸消耗量(d)+净同化量(e)
=呼吸消耗量(d)+流入下一营养级(i)+
被分解者利用(f)。
③净同化量(e)=同化量(b)-呼吸消耗量(d)
=流入下一营养级(i)+被分解者利用(f)。
命题点2 能量流动的特点及应用
3.下列关于生态系统的能量流动的叙述,错误的是( )
A.由于生态系统的能量流动是逐级递减的,所以营养级越高则所同化的能量就越少
B.由于散失的热能不能被生产者重新固定,所以生态系统的能量流动是单向不可循环的
C.充分利用作物秸秆等可以提高能量传递的效率
D.能量流动和物质循环的渠道都是食物链和食物网
解析:
选C 生态系统中的能量沿食物链流动时,部分能量以热能的形式散失,部分能量被分解者所利用,所以营养级越高同化的能量就越少;生产者只能固定光能或化学能,而不能固定每个营养级及分解者所散失的热能,所以生态系统的能量流动是单向的;生态系统的能量传递效率一般不能人为改变,充分利用作物秸秆只能提高能量利用率而不能提高能量传递效率;能量流动和物质循环的渠道都是食物链和食物网。
4.(2014·海南高考)用各营养级生物的能量、数量构建的金字塔分别称为能量金字塔、数量金字塔。
在某一栎林中,第一营养级生物为栎树,第二营养级生物为昆虫,第三营养级生物为蛙、蜥蜴和鸟,第四营养级生物为蛇。
该栎林数量金字塔的示意图是( )
解析:
选B 分析生态系统的数量金字塔需要参考生物个体的大小。
第一、二营养级分别是栎树(体型很大)和昆虫,所以第二营养级生物的数量多于第一营养级的;与第二营养级生物相比,第三营养级生物含有的能量少,并且生物个体较大,所以第三营养级生物的数量少于第二营养级的,同理可知蛇的数量会更少。
5.如图为某生态系统中能量传递示意图,以下叙述错误的是( )
A.能量流动是从甲固定的太阳能开始的,流入该生态系统的总能量为1250kJ
B.从乙到丙的能量传递效率为15%
C.将乙和丙的粪便作为有机肥还田,可以提高能量传递效率
D.食物链的营养关系一般不可逆,这决定了能量流动的单向性
解析:
选C 由图分析可知,甲为生产者,乙为初级消费者,丙为次级消费者,丁为分解者。
将乙和丙的粪便作为有机肥还田,经分解者的分解作用后能为植物提供无机盐,但不能提高能量传递效率;能量流动从生产者固定的太阳能开始,流入该生态系统的总能量是生产者固定的太阳能=175+200+875=1250(kJ);从乙到丙的能量传递效率为
30÷200×100%=15%;食物链的营养关系一般不可逆,这决定了能量流动的单向性。
迷点·误点|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,可提高能量的利用效率。
难点专攻之(十一)——能量流动的计算及食物链(网)的构建
能量传递效率=
×100%
=(10%~20%)
在解决有关能量传递的计算问题时,首先要确定相关的食物链,理清生物在营养级上的差别,能量传递效率为10%~20%,解题时注意题目中是否有“最多”“最少”“至少”等特殊的字眼,从而确定使用10%或20%来解题。
1.能量传递效率的相关“最值”计算
(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消耗的能量越少。
具体计算方法如下:
知低营养级求高营养级
知高营养级求低营养级
获能量最多
选最短食物链
按×20%计算
需最多能量
选最长食物链按÷10%计算
获能量最少
选最长食物链按×10%计算
需最少能量
选最短食物链按÷20%计算
[例1] 下图所示的食物网中,若人的体重增加1kg,最少消耗水藻________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%。
求最少消耗水藻时,选最短的食物链,如水藻→小鱼→人,传递效率按20%计算,设最少消耗水藻为x,则x×20%×20%=1kg,x=25kg;求最多消耗水藻时,选最长的食物链,如水藻→水蚤→虾→小鱼→大鱼→人,传递效率按10%计算,设最多消耗水藻为y,则y×10%×10%×10%×10%×10%=1kg,y=100000kg。
[答案] 25 100000
2.能量传递效率的有关“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,而需按具体数值计数。
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,且各途径所获得的生物量比例确定,则按照各单独的食物链进行计算后合并。
[例2] 如图所示的食物网中,戊的食物有1/2来自于乙,1/4来自于丙,1/4来自于丁,且能量从生产者到消费者的传递效率为10%,从消费者到消费者的能量传递效率为20%。
若戊体重增加20g,需要消耗植物( )
A.1125g B.1600g
C.2000gD.6500g
[解析] 甲为生产者,戊共有以下食物链:
①甲→乙→戊,戊增加20g×1/2=10g,需要乙10×5=50g,需要甲50×10=500g;②甲→丙→戊,戊增加20g×1/4=5g,需要丙5×5=25g,需要甲25×10=250g;③甲→丙→丁→戊,戊增加20g×1/4=5g,需要丁5×5=25g,需要丙25×5=125g,需要甲125×10=1250g,故共需要甲500+250+1250=2000g。
[答案] C
3.用拼图法进行能量流动计算
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(B1+C1+D1)。
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,如下图所示:
(1)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)能量传递效率不会是100%。
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
×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%。
[例3] 某同学绘制了下图所示的能量流动图解(其中W1为生产者固定的太阳能),下列叙述错误的是( )
A.生产者固定的总能量可表示为(A1+B1+C1+A2+B2+C2+D2)
B.由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为D1/W1
C.流入初级消费者体内的能量可表示为(A2+B2+C2)
D.图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减
[解析] 生产者固定的总能量可表示为(A1+B1+C1+D1),A1表示呼吸作用消耗,B1表示未被利用,C1表示流向分解者,而D1=A2+B2+C2+D2,是流入下一营养级的能量;由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为D1/(A1+B1+C1+D1)=D1/W1;流入初级消费者的能量为D1=(A2+B2+C2+D2);图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减,单向流动表示沿着食物链向高营养级传递,而不能倒过来传递;逐级递减表示前一营养级生物所包含的能量只有10%~20%能够传给下一营养级生物。
[答案] C
1.依据捕食关系曲线构建食物链(网)
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,可以确定下图中食物链为:
乙→丙→甲。
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传递效率约为10%~20%。
能量值大者为被捕食者,少者为捕食者。
若相邻两能量值相差不大,不足以构成10%~20%的比例,则两者应为同一营养级。
可以确定下图1食物链为丙→甲→乙→丁;图2食物网为
;下表中的食物链为B→D→A→C。
营养级
A
B
C
D
能量(pg)
15.9
870.7
0.9
141.0
3.依据生物体内残留农药的浓度构建食物链(网)
生态系统中存在生物富集现象,即营养级越高,体内相关农药的浓度越高,两者在数值上呈正相关。
可以确定下表中中食物网为
。
生物体
A
B
C
D
E
有机汞浓度(ppm)
0.057
7
0.51
68
0.39
[例4] 下表是一个相对封闭的生态系统中五个种群(存在着营养关系)的能量调查结果:
种群
甲
乙
丙
丁
戊
能量(107kJ·m-2)
2.50
13.30
9.80
0.28
220.00
下图①~④是根据该表数据做出的一些分析,其中与表中数据不相符合的是( )
A.①③B.②③
C.②④D.①④
[解析] 由表中数据可推知,戊为第一营养级,乙、丙为第二营养级,甲为第三营养级,丁为第四营养级。
图③中表示的两种生物间为捕食关系,而乙和丙的关系为竞争关系,所以图③与表中数据不相符合。
乙和丙之间的能量数值不符合两个营养级之间能量传递效率的特点,所以乙和丙不是两个营养级,图①与表中数据也不相符合。
[答案] A
[演练冲关]
1.有一食物网如下图所示。
如果能量传递效率为10%,各条食物链传递到庚的能量相等,则庚增加1kJ的能量,丙最少含多少能量( )
A.550kJB.500kJ
C.400kJD.100kJ
解析:
选A 设丙的能量为x,经丙→丁→己→庚传递到庚的能量为0.5kJ,则需要丙0.5÷(10%)3=500(kJ)
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- 必修3 第四单元 生态系统与环境保护 必修 第四 单元 生态系统 环境保护