生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及能量流動重難點分析

安徽省霍邱二中 吳孝良 金家衛(wèi)

生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及能量流動重難點分析

安徽省霍邱二中 吳孝良 金家衛(wèi)

“生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性”這一章中，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是同學們學習的難點。本文重在分析生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和能量流動等知識點。

一、重點概念要記牢

理解重要概念，掌握概念之間的關(guān)系。

生態(tài)學：一門研究生物之間以及生物與環(huán)境之間關(guān)系的科學。生態(tài)學的發(fā)展源于科學家對自然的研究，即對生物在大自然中生活過程的觀察和記錄。生態(tài)學家將自然界分為個體到生態(tài)系統(tǒng)多個級別，并研究各個級別中生物的特征，研究生物棲息地中的非生物因素和生物因素，并調(diào)查每個物種如何適應其生存的環(huán)境。

生態(tài)系統(tǒng)：由生物群落與它的無機環(huán)境相互作用而形成的統(tǒng)一整體。

食物鏈：生態(tài)系統(tǒng)中各生物之間由于食物關(guān)系形成的一種聯(lián)系。

食物網(wǎng)：在一個生態(tài)系統(tǒng)中，許多食物鏈彼此相互交錯連接成的復雜營養(yǎng)結(jié)構(gòu)。食物鏈和食物網(wǎng)是生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)和能量流動是沿著這種渠道進行的。

營養(yǎng)級：一個營養(yǎng)級是指處在食物鏈的某一環(huán)節(jié)上的全部生物的總和。食物鏈中每一種生物都代表一個營養(yǎng)級。由于食物鏈的環(huán)節(jié)數(shù)目是有限的，因此營養(yǎng)級的數(shù)目也是有限的，營養(yǎng)級位置越高，歸屬于這個營養(yǎng)級的生物種類和數(shù)量也就越少，當少到一定程度的時候就不可能維持下一個營養(yǎng)級的生物生存了。

能量流動：生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程，稱為生態(tài)系統(tǒng)的能量流動。

生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和能量流動等相關(guān)知識，要求我們能夠從生態(tài)學的大概念入手，理解生態(tài)系統(tǒng)、營養(yǎng)級、食物鏈（網(wǎng)）和能量流動等概念的內(nèi)涵，并建立知識網(wǎng)絡。

二、知識脈絡要理清

構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的知識網(wǎng)絡，理解生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能之間的聯(lián)系（如下圖）。

1.生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：組成成分和營養(yǎng)結(jié)構(gòu)（食物鏈和食物網(wǎng)）。

生態(tài)系統(tǒng)各種組成成分之間通過能量流動、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞而聯(lián)系在一起，是一個具有自我調(diào)節(jié)能力的統(tǒng)一整體。

（1）生態(tài)系統(tǒng)的組成成分：

①無機環(huán)境，即非生物的物質(zhì)和能量。

②生物群落，包括生產(chǎn)者、消費者和分解者（如下表）。

項目 生產(chǎn)者 消費者 分解者營養(yǎng)方式 自養(yǎng) 異養(yǎng) 異養(yǎng)主要生物 綠色植物 動物 細菌和真菌地位 生態(tài)系統(tǒng)的基石 生態(tài)系統(tǒng)最活躍的部分 生態(tài)系統(tǒng)的重要成分作用 ①合成有機物，儲存能量；②為消費者提供食物和棲息場所①加快物質(zhì)循環(huán)；②利于植物傳粉和種子傳播等將有機物分解為無機物，供生產(chǎn)者重新利用

（2）生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)：食物鏈和食物網(wǎng)。

食物鏈特點：生產(chǎn)者為第一營養(yǎng)級，消費者所處營養(yǎng)級并不一定固定，一般不會超過5個營養(yǎng)級。食物網(wǎng)的形成原因：生態(tài)系統(tǒng)中，一種綠色植物可能是多種植食性動物的食物，而一種植食性動物既可能以多種植物為食，也可能被多種肉食性動物所捕食。食物網(wǎng)的功能：生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動的渠道。食物網(wǎng)的特點：同一種消費者在不同的食物鏈中，可以占據(jù)不同的營養(yǎng)級。

2.生態(tài)系統(tǒng)的能量流動：生態(tài)系統(tǒng)能量流動示意圖如下圖。

圖中甲為生產(chǎn)者，乙為初級消費者，丙為次級消費者，丁為呼吸作用，戊為分解者。

生態(tài)系統(tǒng)所需能量的最終來源一般是太陽能。食物鏈中甲營養(yǎng)級能量的去向包括：①通過自身呼吸作用以熱能的形式散失；②被下一營養(yǎng)級同化；③殘枝敗葉、遺體殘骸等被分解者分解；④未被利用。特點：單向流動和逐級遞減。

對生態(tài)系統(tǒng)中能量流動研究的意義：幫助人們科學規(guī)劃、設(shè)計人工生態(tài)系統(tǒng)，使能量得到最有效的利用；幫助人們合理地調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動關(guān)系，使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧?/p>

例1 右圖為某生態(tài)系統(tǒng)的能量流動簡圖，下列敘述錯誤的是（ ）。

A.甲是生產(chǎn)者，它是生態(tài)系統(tǒng)的基石

B.乙是消費者，包括各種異養(yǎng)生物

C.生態(tài)系統(tǒng)的能量主要來源于太陽能

D.圖中的“甲→乙”是生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)

解析 從圖中甲、乙和分解者的關(guān)系可以判斷，甲是生產(chǎn)者，乙是消費者，其中生產(chǎn)者是生態(tài)系統(tǒng)的基石，A正確。異養(yǎng)生物中一部分是消費者，如大部分的動物，一部分是分解者，如腐生細菌、真菌和少數(shù)動物，B錯誤。太陽能是生態(tài)系統(tǒng)的主要能量來源，C正確。食物鏈是生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，D正確。

故選B。

例2 我國諺語中的“螳螂捕蟬，黃雀在后”體現(xiàn)了食物鏈的原理。若鷹遷入了蟬、螳螂和黃雀所在的樹林中，捕食黃雀并棲息于林中，下列敘述正確的是（ ）。

A.鷹的遷入會使該樹林中蟬及其天敵的數(shù)量增加

B.該生態(tài)系統(tǒng)中細菌產(chǎn)生的能量可流向生產(chǎn)者

C.鷹的遷入增加了該生態(tài)系統(tǒng)能量消耗的環(huán)節(jié)

D.鷹的遷入增加了該生態(tài)系統(tǒng)能量流動的方向

解析 鷹遷入后，形成了食物鏈：植物→螳螂→蟬→黃雀→鷹，據(jù)此可知，鷹的遷入會使該樹林中黃雀（蟬的天敵）的數(shù)量減少，故A項錯誤。能量流動是沿著食物鏈進行的，細菌是分解者，不參與食物鏈的構(gòu)成，即細菌的能量不能流向生產(chǎn)者，B項錯誤。同樣，鷹的遷入不會增加該生態(tài)系統(tǒng)能量流動的方向，D項錯誤。

故選C。

三、訓練題

1.合理密養(yǎng)、立體養(yǎng)殖是提高池塘養(yǎng)殖經(jīng)濟效益的有效措施。

（1）某池塘中有水草、綠藻、草魚（以水草為食）、鳙魚（以浮游動物為食）和鱖魚（肉食性），還有以綠藻為食的水蚤、輪蟲等浮游動物。請按主要捕食關(guān)系，繪出該池塘生態(tài)系統(tǒng)的食物網(wǎng)。

（2）輪蟲和水蚤的種間關(guān)系是____________________。

（3）研究池塘生態(tài)系統(tǒng)不同水層光合速率，對確定魚的放養(yǎng)種類和密度有參考價值。從池塘不同深度采集水樣，分別裝入黑、白瓶中（白瓶為透明玻璃瓶，黑瓶為黑布包裹的玻璃瓶）并封閉。然后將黑、白瓶對應懸掛于原水樣采集位置，同時測定各水層剩余水樣溶氧量，作為初始溶氧量。24h后，測定各黑、白瓶中溶氧量。若測得某水層初始溶氧量為Amg·L-1，白瓶溶氧量為Bmg·L-1，黑瓶溶氧量為C mg·L-1，則該水層總光合速率為________mg·L-1·d-1。若上午黑、白瓶被懸掛于水深25 cm處時，白瓶意外墜落至池塘底部，短時間內(nèi)，該瓶內(nèi)綠藻葉綠體中C3含量_______。

（4）從群落結(jié)構(gòu)的角度分析，立體養(yǎng)殖可以________。從能量流動的角度分析，合理密養(yǎng)可以________。

答案 （1）如右圖 （2）競爭 （3）B-C 增加 （4）充分利用棲息空間和食物條件等資源 提高能量利用率，使生產(chǎn)者所固定的能量更多地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠?/p>

2.凍原生態(tài)系統(tǒng)因其生物的生存條件十分嚴酷而獨具特色，有人曾將該生態(tài)系統(tǒng)所處的地區(qū)稱為“不毛之地”。請回答下列問題：

（1）由于溫度的限制作用，凍原上物種的豐富度較低。豐富度是指________________。

（2）與熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)相比，通常凍原生態(tài)系統(tǒng)有利于土壤有機物質(zhì)的積累，其原因是______________________________________________________________________________。

（3）通常，生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈不會很長，原因是__________________。

答案 （1）群落中物種數(shù)目的多少 （2）凍原生態(tài)系統(tǒng)中的溫度較低，不利于土壤中微生物（分解者）對土壤有機物的分解 （3）在一個生態(tài)系統(tǒng)中，營養(yǎng)級越多，在能量流動過程中消耗的能量就越多，所以生態(tài)系統(tǒng)中食物鏈的營養(yǎng)級一般不超過4～5個，不會很長

3.高密度水產(chǎn)養(yǎng)殖常會引起池塘水體富營養(yǎng)化，影響?zhàn)B殖。下圖為利用稻田生態(tài)系統(tǒng)凈化魚塘尾水的示意圖，箭頭所指為水流方向。請回答下列問題：

（1）魚塘大量投餌后，水體常會出現(xiàn)有害的硫化物，這些硫化物最有可能是餌料中的________分解產(chǎn)生的。

（2）圖示系統(tǒng)在實現(xiàn)了水資源循環(huán)利用的同時，魚塘富營養(yǎng)化還為水稻生長提供了一定的________元素營養(yǎng)。

（3）為調(diào)查圖中稻田害蟲的發(fā)生狀況，可采用________法，分別統(tǒng)計________的種群密度。

（4）通過稻田凈化，B處水樣中可溶性有機物濃度比A處顯著下降，其主要原因是在稻田中的________（填序號）微生物分解了大量有機物。

①好氧 ②光合放氧 ③厭氧 ④兼性厭氧

（5）出現(xiàn)藻類水華的魚塘尾水流徑稻田后，B處水樣中藻類數(shù)量大大減少。從生態(tài)學角度分析，藻類數(shù)量減少的原因有________________。

答案 （1）蛋白質(zhì) （2）N、P （3）五點取樣 各種害蟲 （4）①③④ （5）競爭光照和營養(yǎng)，動物攝食，微生物等產(chǎn)生殺藻物質(zhì)