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第32讲　群落的结构与演替

阅读必修3课本　P71～82　完成以下填空（不能独立完成的空用红笔标出）

一、群落的概念及特征

1．概念：

同一时间内聚集在一定区域中各种生物种群的集合。

强调该区域中全部生物，包括全部植物、动物、微生物。

2．特征

思考　两种生物之间的关系有几种？

提示：

可以是1种也可以是2种。

二、群落的空间结构

1．概念：

指群落中各个生物种群分别占据不同的空间。

2．类型

垂直结构

水平结构

现象

分层现象

镶嵌分布

决定

因素

植物分层：

光照强度

决↓定

动物分层：

栖息空间和食物

地形变化、土壤湿度和盐碱度差异、光照强度不同、生物自身生长特点不同以及人与动物的影响等

意义

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基础上形成的对环境的适应。

生物在空间中位置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

思考　高山分层现象属于群落的哪种结构？

提示：

都不属于。

三、群落的演替

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．类型和实例（连线）

思考　沧海变桑田属于哪种演替？

提示：

次生演替。

考点

　种间关系及群落的结构特征

1．生物种间关系的分析

关系

名称

数量坐标图

能量关系图

特点

举例

互利共生

相互依存，彼此有利。

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；大豆与根瘤菌

寄生

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；噬菌体与被侵染的细菌

竞争

数量上呈现出“你死我活”的“同步性变化”。

两种生物生存能力不同，如图a；生存能力相同，则如图b。

ab起点相同，为同一营养级

牛与羊；农作物与杂草

续表

关系

名称

数量坐标图

能量关系图

特点

举例

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。

ab起点不相同，两种生物数量（能量）存在差异，分别位于不同的营养级

狼与兔；青蛙与昆

虫

2.群落结构形成的原因

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基础上形成的对环境的适应。

3．垂直结构

（1）植物的垂直结构。

①具体表现：

植物群落垂直方向上的分层。

②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。

4．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的生物种群。

5．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。

6．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。

高考警示　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。

例1　[2016·四川模拟]如图甲、乙、丙分别表示两种生物的个体数随时间推移而发生的数量变化，甲、乙、丙三图表示的关系依次是（　　）

A．竞争、捕食、互利共生

B．互利共生、捕食、竞争

C．竞争、互利共生、捕食

D．捕食、竞争、互利共生

1.种间关系都有哪些？

提示：

互利共生、竞争、捕食、寄生。

2．种间关系最主要的特点？

提示：

互利共生：

同生共死的同步性变化曲线。

竞争：

双方势力相当或一方占优势另一方处于劣势甚至死亡。

捕食：

种群间存在消长关系。

解析　互利共生是指两种生物共同生活在一起相互依赖、彼此有利，种群数量曲线呈平行关系。

捕食是指一种生物以另一种生物为食的现象，种群数量常表现为“先增加的先减少，后增加的后减少”，其中先增加的是被捕食者，后增加的是捕食者。

竞争是指两种生物生活在同样的环境条件中，因争夺资源、空间等而发生斗争的现象，两物种竞争力差别较大时，处于不利地位的一方甚至会被消灭；当两物种竞争力相当时，随时间呈周期性变化。

答案　B

巧辨几种种间关系曲线

（1）互利共生曲线——同步性变化（同生共死），如图1。

（2）捕食曲线——不同步性变化的此消彼长（不会导致某种生物灭绝），如图2。

捕食者与被捕食者的判断：

其一，依两条曲线的关系，捕食者随着被捕食者的变化而变化，如图中A先达到最多，B随后才达到最多，即曲线B随着曲线A的变化而变化，故B捕食A；其二，依最多个体数，被捕食者的个体数通常多于捕食者，故由图中A的最大个体数多于B的，也可推出B捕食A。

（3）竞争曲线——有两种表现形式，如图3。

①“你死我活”（如a），两物种竞争力差别较大，最终一种数量增加，另一种数量下降甚至降为0。

②“此消彼长”（如b），两物种竞争力相当，随时间呈周期性变化。

只要两种生物有共同的空间或食物，则必为竞争，竞争激烈程度取决于空间、食物的重叠范围。

1．已知物种A与物种B具有捕食关系，纵坐标表示生物量，横坐标表示时间，则下列叙述正确的是（　　）

A．①图所示的变化是由于A的增加而导致B的减少

B．②图所示的变化是由于A的增加而导致B的增加

C．③图所示的变化是由于A的减少而导致B的增加

D．④图所示的变化是由于B的减少而导致A的减少

答案　B

解析　在各图中，A的生物量都大于B，可确定A、B间的捕食关系为A→B，故可肯定A的增加会导致B的增加。

易错警示　构成捕食关系的两种生物其数量上呈现不同步性变化，一般生物量多的数量也多，是被捕食者。

2．[2015·陕西咸阳一模]为了研究某降水丰沛、气温较高的山区群落演替规律，生态学家利用把同一时间内的不同群落当作同一群落不同演替阶段的原理，研究了灌草丛、针叶林、针阔叶混交林和常绿阔叶林等4个群落的相关特征，结果如下表。

灌草丛

针阔叶

混交林

常绿

阔叶林

针叶林

生产者固定有机物

的量（t/hm2·a）

17.43

116.61

150.81

55.50

总呼吸量

（t/hm2·a）

15.93

92.73

124.81

40.98

叶面积指数

2.48

11.28

17.76

6.63

植被干物质的量

（t/hm2·a）

6.65

377.52

398.57

184.74

[注]　叶面积指数是指每单位土地面积上的叶片总面积。

下列有关说法正确的是（　　）

A．该地区群落演替过程中，其叶面积指数逐渐减小

B．该地区群落演替过程中，前期的干物质量增长迅速，后期增长缓慢

C．四个群落中灌草丛和常绿阔叶林有垂直结构，其余两个群落则没有

D．植被干物质的量只与群落中植被的光合作用、呼吸作用有关

答案　B

解析　在群落演替过程中，有机物的总量应不断增加，因此该地区群落演替的顺序是灌草丛→针叶林→针阔叶混交林→常绿阔叶林，在此演替过程中叶面积指数逐渐增大，A错误；据表中“植被干物质的量”的变化可知，B正确；四个群落都有垂直结构，且随群落演替垂直分层现象越来越明显，C错误；植被干物质的量主要与群落中植被的光合作用及分解者的分解作用有关，D错误。

易错警示　判断演替顺序在解决该题中很重要，只要是群落就具有垂直结构的特征。

考点

　群落的演替

1．初生演替和次生演替的比较

类型

初生演替

次生演替

起点

从来没有被植物覆盖的地面，或原来存在过植被，但被彻底消灭了的地方

原有植被虽已不存在，但土壤条件基本保留，甚至还保留了植物的种子或其他繁殖体的地方

基质与环

境条件

无有机质和生命胚种

有大量有机质和生

命胚种

时间

经历的时间长

经历的时间短

速度

缓慢

较快

影响因素

自然因素

人类活动较为关键

实例

裸岩、沙丘、冰丘泥和湖底的演替

弃耕农田上和火灾后的草原上发生的演替

演替

方向

演替是群落组成向着一定方向、具有一定规律、随时间而变化的有序过程，因而它往往是能预见的或可预测的

能量

总生产量增加，群落的有机物总量增加

结构

生物种类越来越多，群落的结构越来越复杂

稳定性

自然演替是生物和环境反复相互作用的结果，发生在时间和空间上的自然演替是不可逆的，稳定性越来越高

高考警示　

（1）演替过程中一些种群取代另一些种群，是一种“优势取代”而非“取而代之”，如形成森林后，乔木占据优势地位，但森林中仍有灌木、草本植物、苔藓等。

（2）群落是一个动态系统，它是不断发展变化的。

在群落演替的最终阶段，生态系统的抵抗力稳定性高。

（3）决定群落演替的根本原因存在于群落内部。

群落之外的环境条件，诸如气候、地貌、土壤和火等，常可成为引起群落演替的重要因素。

例2　[2016·郑州模拟]请回答关于群落演替的问题：

（1）在光裸的岩石上开始的演替和从森林被全部砍伐的地方开始的演替中，哪个属于初生演替，哪个属于次生演替？

（2）一般来说，若要演替到相对稳定的森林阶段，上述两个演替中次生演替所需的时间短，分析其主要原因。

（3）据调查，近5万年以来，某地区由于气候越来越干燥，森林逐渐被灌丛取代，这也是自然界存在的一种演替类型。

近50年来，由于人类过度开垦，导致局部灌丛出现了荒漠化，该现象表明：

与该地区具有的自然演替相比，人类的开垦活动使得该地区群落的演替速度________（填“未发生改变”“变慢”或“变快”），演替的方向________（填“发生改变”或“未发生改变”）。

1.初生演替进行的步骤大体有哪些？

提示：

裸岩—地衣—苔藓—草本—灌木—森林。

2．初生演替和次生演替有哪些不同？

提示：

初生演替指从来没有植物覆盖的地面，或是原来存在过植被但被彻底消灭了的地方发生的演替。

次生演替指保留原有土壤条件，甚至保留了植物繁殖体或种子的地方发生的演替。

初生演替与次生演替的区别主要是演替起始条件不同。

解析　本题考查群落演替类型判断及人类活动对群落演替的影响。

（1）初生演替是指在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发生的演替，如在光裸的岩石上开始的演替；而次生演替是指在原有植被虽已不存在，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发生的演替，如从森林被全部砍伐的地方开始的演替。

（2）次生演替有土壤条件及保留的种子，有利于植物的繁殖，演替速度快，而初生演替植物生活条件贫瘠，不利于繁殖，演替速度较慢。

（3）由于人类过度开垦，破坏了土壤表土层及耕作层的结构，导致局部灌丛出现了荒漠化，使得该地区群落的演替速度变快，群落演替的方向与自然演替的方向相同。

答案　

（1）光裸的岩石上开始的演替为初生演替。

从森林被全部砍伐的地方开始的演替为次生演替。

（2）形成森林需要一定的土壤条件，上述次生演替起始时即具备该条件，而从裸岩开始的演替要达到该条件需要漫长的时间。

（3）变快　未发生改变

判断初生演替和次生演替的方法

（1）从起点上判断

①起点为从没有过植被或原有植被被彻底消灭的环境是初生演替。

②起点为环境只是失去了原有植被的是次生演替。

（2）从时间、速度上判断

①经历的时间长，速度缓慢的是初生演替。

②经历的时间短，速度较快的是次生演替。

1．[2015·湖北部分重点中学联考]一块甘蔗田弃耕几年后，形成了杂草地，下面有关该过程叙述正确的是（　　）

①此过程属于初生演替，最终一定能演替成为森林　②此过程属于次生演替，最终不一定能演替成为森林　③该杂草地物种丰富度要高于甘蔗田　④该杂草地动物没有分层现象，所以该群落没有垂直结构　⑤动植物在杂草地中都有分层现象，群落有垂直结构

A．①④⑤B．②③⑤

C．②③④D．①③⑤

答案　B

解析　弃耕农田上发生的演替属于次生演替，能否演替成森林与气候条件有关，②正确；杂草地物种丰富度明显高于农田，该杂草地动物有分层现象，也具有垂直结构，③⑤正确。

故选B。

易错警示　把握两种演替的判断标准，凡是群落均有水平结构和垂直结构等群落特征。

2．在群落的自然演替过程中，不同物种的取代顺序是可以预测的，如弃耕地上可预测的演替顺序为：

一年生杂草→多年生杂草→灌木→早期演替树木→晚期演替树木→顶极群落。

这可以利用“资源比假说”来解释：

该假说认为物种优势是由光和营养物质这两种资源的相对利用的有效性决定的。

如图显示了一块弃耕地上物种从A到E的取代顺序，下列有关说法中错误的是（　　）

A．在演替期间，营养物质的有效性随枯枝落叶的积累而增加，光的水平因遮阴而减弱

B．最先进入的物种多为一年生杂草，它们对土壤营养物质的要求低，但对光有较高需求

C．后来替代物种相对前面被替代的物种较为高大，且耐阴的能力也较强

D．顶极演替后若发生火灾，可预测其后的次生演替时间和过程与初生演替完全相同

答案　D

解析　由图中曲线的变化趋势可知，在演替过程中，可获得的营养物质在增加，而可获得的光在减少，A正确；由演替过程可知，后来替代物种相对前面被替代的物种较为高大，又由可获得的光在减少可推测后来替代物种耐阴的能力也较强，C正确；次生演替和初生演替的根本区别在于演替起点不同，因此演替的过程、速率不同，D错误。

易错警示　初生演替的起点是从来未长过植物的地方，次生演替虽然也从没有植被的地方开始，但有遗留的条件或种子，所以次生演替速度要快。

考点

　土壤中小动物类群丰富度的研究

1．实验原理

（1）土壤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）许多土壤动物有较强的活动能力，而且身体微小，因此不适于用样方法或标志重捕法进行调查，常用取样器取样法进行采集、调查。

（3）丰富度的统计方法通常有两种：

①记名计算法

②目测估计法

2．实验流程

提出问题

　↓

制订计划

↓

↓

得出结论：

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。

高考警示　做好该实验的几个注意事项

（1）从不同营养环境中采集土壤样本要分别统计。

（2）尽可能多地收集小动物。

收集小动物时，根据土壤中生物的避光性和趋湿性来收集。

（3）从同样营养土壤中采集的样本，多组进行统计比较。

（4）识别命名要准确，并进行分类。

（5）远离危险地带，不要破坏当地环境。

例3　[2016·山东模拟]下列有关动物类群丰富度的研究方法，正确的是（　　）

A．调查土壤动物丰富度：

样方法和标志重捕法

B．观察肉眼难识别的小动物：

高倍显微镜观察

C．统计土壤动物丰富度：

记名计算法和目测估计法

D．调查水中小动物类群丰富度：

生态缸进行培养

1.调查生物种群密度的方法有哪些？

提示：

样方法：

可用来调查植物或活动范围小的动物；标志重捕法：

用来调查活动范围大的动物。

2．调查土壤动物丰富度的方法？

提示：

取样器取样法。

由于土壤动物有较强的活动能力而且身体微小，因此不适于用样方法或标志重捕法进行调查。

解析　调查土壤动物丰富度时一般采用取样器取样法；观察肉眼难识别的小动物使用放大镜；统计土壤动物丰富度的方法一般为记名计算法和目测估计法；调查水中小动物类群丰富度常采用取样调查法。

答案　C

调查类实验的步骤及方法

（1）调查类实验的一般步骤

（2）常用的调查方法：

询问法、问卷调查法、取样调查法（样方法、标志重捕法、取样器取样法）、野外观察法、社会调查法、实验法等。

如调查人类红绿色盲的发病率用询问法或问卷调查法；调查土壤中螨虫的种群密度用取样器取样法。

1．下图是“土壤中小动物类群丰富度的研究”实验中常用的两种装置，下列有关叙述不正确的是（　　）

A．甲装置的花盆壁a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

B．乙装置通常用于对体型较小的土壤动物进行采集

C．甲装置主要是利用土壤动物趋光、避高温、趋湿的习性来采集

D．用乙装置采集的土壤小动物可以放入体积分数为70%的酒精溶液中

答案　C

解析　由图可知，甲装置主要是利用土壤动物避光、避高温、趋湿的习性来采集，其中的花盆壁a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；乙装置通常用于对体型较小的土壤动物进行采集，用乙装置采集的土壤小动物可以放入体积分数为70%的酒精溶液中，也可以放到试管中。

易错警示　根据土壤小动物的生活习性判断其避光、避高温、趋湿的特点。

2．[2015·唐山二模]下列关于实验“土壤中小动物类群丰富度的研究”的说法中，正确的是（　　）

A．对于无法知道名称的小动物，可忽略，不必记录下它们的特征

B．丰富度的统计方法有两种：

一是取样器取样法；二是目测估计法

C．为了调查不同时间土壤中小动物丰富度，可分别在白天和晚上取同一地块的土样进行调查

D．许多土壤小动物有较强的活动能力，可采用标志重捕法调查土壤小动物类群丰富度

答案　C

解析　丰富度是指一个群落中物种数目的多少，对于无法知道名称的小动物，切记不可忽略，也要记录下它们的特征，A错误；丰富度的统计方法有两种，一是记名计算法，二是目测估计法，B错误；标志重捕法适用于活动范围较大的动物，土壤小动物身体微小，宜采用取样器取样的方法进行调查，D错误。

易错警示　丰富度指种类而非数量，不知道名字的要记特征，调查方法是取样器取样法，统计方法为记名计算法和目测估计法。

●本讲归纳

1．群落的物种组成是区别不同群落的重要特征。

一般我国越靠近热带地区，单位面积内木本植物的物种越丰富。

2．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有关。

3．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。

4．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。

●生物大视野

1．自养群落和异养群落

自养群落中含有能进行光合作用的植物，能够利用太阳能合成有机物，如森林、草原、荒漠、苔原等陆地群落，湖泊、沼泽、池塘等淡水群落以及海洋生物群落。

异养群落中没有光合作用植物，必须从外界输入有机腐败物等含能物质，才能维持群落中生物的生存，如某些温泉、地下河和密林中的小溪流等就属于这类群落。

2．顶级群落

（1）顶级群落

生物群落经过一系列演替，最后所产生的保持相对稳定的群落。

处于演替初期的群落养分积累大于消耗，生物量大，不断地为增加生物多样性创造条件，而群落发展到顶级群落后，生物量趋于稳定，积累等于消耗，生物种类不再增加，而是保持稳定。

在一定的自然地理区域里，植物群落主要受气候、土壤、地形和动物等因素分别控制，相应地可以形成许多顶极群落，如气候顶极等。

发育在显域生境上的，与当地大气候水热条件最相适应的、稳定的植物群落，即是气候顶极。

其主要支持理论为顶级群落理论。

（2）顶级群落的类型

顶级群落的特征和性质，取决于影响群落演替的外部环境因子和内在生物的遗传特性及其相互作用状况。

根据构造顶级群落的关键因素，可将顶级群落分成以下几个类型：

①气候顶级群落

具有正常地形与土壤特性，而且其特征不为临近所出现的外力所干扰的顶级群落，称为气候顶级或正常顶级群落或地带性顶级群落。

气候顶级群落最能反映大气候的特点。

②土壤顶级群落

由于土壤因素偏离正常特征使生长的植被在演替系列和顶级群落中发生特化，称这类终极的群落为土壤顶级群落。

③地形顶级群落

由于局部地形（如温带地区的阳坡和阴坡）产生一种具有特色的植被，这类植被发展的顶级群落称为地形顶级群落。

通常，特定的地形、地貌特征形成特殊的土壤条件，伴随特殊的小气候，又可称地形—土壤顶级群落。

④动物顶级群落

任何群落除植被外，都会有许多直接或间接依靠植物为食或作为栖息场所的动物种群。

有时一个植物群落的结构和组成为某种动物经常的、强有力的活动所制约，使原先的群落朝着这类动物所施压力相平衡的方向发展，即某种占优势的动物改变了植被，构成了一个与动物活动密切联系的动态系统，称为动物顶级群落。