假期复习：第5章：生态系统及其稳定性
暑假，对于即将步入高二和高三的孩子们来说，这是一个弯道超车的好时机。对于准高一的孩子们来说，这个暑假也是你比人家高起点的台阶。接下来，我们将按照章节或一章或一节地来串高中生物学的知识点。希望能让孩子开学后能有一个全新的自己。
第5章：生态系统及其稳定性
第一节 生态系统的结构
一、生态系统的概念
生态系统的结构包括生态系统的组成成分和生态系统的营养结构两个方面。
1.生态系统的组成成分
（1）生产者：
①生产者属自养生物。主要是指绿色植物，还包括光合细菌和化能合成细菌等。
②生产者在生态系统中的作用：生产者通过光合作用，把太阳能转变为化学能储存在有机物中，有机物可被其它生物利用。因此生产者是整个生态系统的基石。
（2）消费者：
①消费者属异养生物。消费者可分为食草动物、食肉动物、杂食动物和寄生生物等。
②消费者在生态系统中的作用：加快生态系统的物质循环，有利于植物的传粉和种子的传播等。
（3）分解者：
①分解者属异养生物。分解者主要是营腐生生活的细菌、真菌等生物，还包括以动植物残体和腐殖质为食的动物。
②分解者在生态系统中的作用：将动植物遗体和动物的排遗物分解成无机物。
（4）非生物的物质和能量：
主要包括阳光、土壤、水分、热能、空气等。
（5）生态系统各组成成分有机联系形成一个统一的整体。其中生产者和分解者是沟通生物群落和无机环境的重要桥梁。
2.生态系统的营养结构
（1）食物链和食物网是生态系统的营养结构。
①（捕食）食物链和食物网是生产者和消费者之间存在食物关系而形成的。
②生态系统中生产者和消费者之间由于食物关系形成一定的营养结构。
（2）营养级：
①生产者（植物）总处于每条食物链的开头，属于第一营养级；捕食生产者的动物（植食性动物，初级消费者）属于第二营养级；捕食植食性动物的（次级消费者）属于第三营养级，以此类推。食物链有多少环节，就有多少个营养级。
②某营养级是指该营养级的所有生物的总和。
（3）食物链和食物网是能量流动和物质循环的渠道。
第2节 生态系统的能量流动
生态系统的能量流动是指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。
（1）能量流动分析时，可以以个体、种群或营养级为主体分析能量的输入和输出。生态系统的能量分析是以生态系统的各个营养级进行分析。
（2）能量流经某一营养级
①能量流经第一营养级：
流经第一营养级时，输入该营养级的能量是生产者固定的总能量，这也称为流经生态系统的总能量。
输入第一营养级的能量，一部分在生产者的呼吸作用中以热量的形式散失了；一部分用于生产者的生长、发育和繁殖等生命活动，储存在植物体的有机物中。构成植物体的有机物中的能量，一部分随着残枝败叶等被分解者分解而释放出来；另一部分则被初级消费者摄入体内，这样，能量就流入了第二营养级。
说明：有些生态系统中，还需要考虑人为的能量输入。分析能量流经最高营养级时亦是如此。
③流经最高营养级时，不再有流向下一营养级这一路径。
（3）生态系统中能量流动的过程：
说明：限时分析能量流动时会出现“未利用”的能量，“未利用的能量”是指未被自身呼吸作用消耗，也未被后一个营养级和分解者利用的能量。
说明：在具体能量流动图解中，如果箭头和方框内（→□）都有能量数值，则箭头上的数值代表摄入量，方框内的数值代表同化量。
二、能量流动的特点
1.特点
（1）单向流动：
能量流动只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面的各个营养级，不可逆转，也不能循环流动。
（2）逐级递减
输入某一营养级的能量只有大约10%～20%能够流入下一营养级，也就是说相邻营养级间能量传递效率大约是10%～20%。生产者固定的能量沿食物链传递过程中是逐级递减，营养级越多，能量流动过程中消耗的能量就越多，因此食物链一般不超过4~5个营养级。
2.能量金字塔
能量金字塔是指将单位时间内各个营养级所得到的能量数值，由低到高绘制成图，可形成一个金字塔图形。
3.能量传递效率
能量传递效率是指营养级之间的传递效率。能量传递效率是长期进化的结果，通常难以改变。能量传递效率＝（流入某一营养级的能量/流入上一营养级的能量）×100%。
说明：实际上部分生态系统的能量传递效率可能会超出10%～20%的范围。
三、研究能量流动的意义
1.研究能量流动可以帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。
2.研究能量流动可以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。
3.能量的多级利用、能量利用率与能量传递效率
能量多级利用是指尽量将食物链或能量传递环节延长，每一级传递过程中都有能量流向对人有益的部分（如桑基鱼塘）。
在桑基鱼塘的生产方式中，从人的角度来看，生产者固定的能量得到了更大限度的利用，所以我们说提高了能量利用率。
能量利用效率是指营养级之间的能量传递情况，这个是长期进化过程中形成的，人为难以改变。
第3节 生态系统的物质循环
一、碳循环
（1）生态系统的物质循环是指组成生物体的C, H, O, N,P, S等元素，都不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程。物质循环具有全球性，因此又叫生物地球化学循环。
（2）碳循环
①碳（C）在生物圈（生物群落和无机环境之间）中以CO2的形式进行循环。
②碳（C）在生物群落中（图中虚线）以含碳有机物的形式进行传递。
③大气中的CO2被生产者固定的方式除了光合作用（这是主要的），还包括化能合成作用。
说明：微生物的分解作用包括细胞外分解（如通过分泌胞外酶分解周围环境中的有机物等）和细胞呼吸。
二、能量流动和物质循环的关系
能量流动和物质循环同时进行，彼此相互依存，不可分割。通过能量流动和物质循环，使生态系统形成一个统一的整体。
1.能量的固定、储存、转移和释放，离不开物质的合成和分解等过程。物质作为能量的载体，使能量沿着食物链和食物网流动。
2.能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。
第4节 生态系统的信息传递
一、生态系统中信息的种类
1.物理信息：
物理信息是指生态系统中的光、声、温度、湿度、磁力等，通过物理过程传递的信息，物理信息的来源可以是无机环境，也可以是生物。
2.化学信息：
化学信息是指生物在生命活动过程中，还产生一些可以传递信息的化学物质，诸如植物的生物碱、有机酸等代谢产物，以及动物的性外激素等。
3.行为信息
动物的特殊行为，对于同种或异种生物也能够传递某种信息，即生物的行为特征可以体现为行为信息。如蜜蜂跳舞、孔雀开屏等。
二、信息传递在生态系统中的作用
1.生命活动的正常进行，离不开信息的作用。
2.生物种群的繁衍，也离不开信息的传递。
3.调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定。
三、信息传递在农业生产中的应用
1.提高农产品或畜产品的产量。
2.对有害动物进行防治。
第5节 生态系统的稳定性
生态系统稳定性是指生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力。
一、生态系统的自我调节能力
（1）生态系统之所以能维持相对稳定，是由于生态系统具有自我调节能力。
（2）生态系统自我调节能力的基础是负反馈调节。
二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性
1.抵抗力稳定性
①抵抗力稳定性是指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通常生态系统的生物种类越丰富，营养结构越复杂，其自我调节能力越强，抵抗力稳定性也强。
2.恢复力稳定性
①恢复力稳定性是指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环境条件适宜时，结构越复杂的生态系统越难以恢复。但是条件恶劣时，即使简单的生态系统也难以恢复。
如，北极苔原生态系统和草原生态系统相比，其抵抗力稳定性弱；同时由于北极气候恶劣，遭到破坏后难以恢复，因此北极苔原生态系统的恢复力稳定性也弱。
三、提高生态系统的稳定性
1.控制对生态系统的干扰程度，对生态系统的利用应该适度，不应超过生态系统的自我调节能力。
2.对人类利用强度较大的生态系统，应实施相应的物质、能量投入，保证生态系统内部结构和功能的协调。
四、设计并制作生态缸，观察其稳定性
1.该实验为模拟实验。就生物圈而言，其在物质上自给自足，能量上需要太阳能输入。设计的生态缸也需要有能量的输入（有光）、使热量有效散失（通风良好）并避免与外界的物质交换（密闭）。生态缸也可以设置成开放的（模拟小的生态系统）。
2.要使生态系统正常运作，还需要考虑各营养级生物之间的合适比例。
练习：
1.[2019全国卷II，6]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
答案：A
（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。
答案：
（1）协同进化（或答共同进化） （2）捕食者往往捕食数量多的物种，为其他物种的生存提供机会。
（3）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 呼吸作用将动植物的遗体和动物排遗物中的有机物分解
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