生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及能量流動(dòng)重難點(diǎn)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(dòng)重難點(diǎn)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(dòng)是同學(xué)們學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。本文重在分析生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和能量流動(dòng)等知識(shí)點(diǎn)。

一、重點(diǎn)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(xué)：一門研究生物之間以及生物與環(huán)境之間關(guān)系的科學(xué)。生態(tài)學(xué)的發(fā)展源于科學(xué)家對(duì)自然的研究，即對(duì)生物在大自然中生活過(guò)程的觀察和記錄。生態(tài)學(xué)家將自然界分為個(gè)體到生態(tài)系統(tǒng)多個(gè)級(jí)別，并研究各個(gè)級(jí)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(gè)物種如何適應(yīng)其生存的環(huán)境。

生態(tài)系統(tǒng)：由生物群落與它的無(wú)機(jī)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(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，許多食物鏈彼此相互交錯(cuò)連接成的復(fù)雜營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)。食物鏈和食物網(wǎng)是生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)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(dòng)是沿著這種渠道進(jìn)行的。

營(yíng)養(yǎng)級(jí)：一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)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(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)。由于食物鏈的環(huán)節(jié)數(shù)目是有限的，因此營(yíng)養(yǎng)級(jí)的數(shù)目也是有限的，營(yíng)養(yǎng)級(jí)位置越高，歸屬于這個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物種類和數(shù)量也就越少，當(dāng)少到一定程度的時(shí)候就不可能維持下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物生存了。

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

生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和能量流動(dòng)等相關(guān)知識(shí)，要求我們能夠從生態(tài)學(xué)的大概念入手，理解生態(tài)系統(tǒng)、營(yíng)養(yǎng)級(jí)、食物鏈（網(wǎng)）和能量流動(dòng)等概念的內(nèi)涵，并建立知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

二、知識(shí)脈絡(luò)要理清

構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，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(yíng)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(guò)能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞而聯(lián)系在一起，是一個(gè)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(wú)機(jī)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(fèi)者和分解者（如下表）。

項(xiàng)目 生產(chǎn)者 消費(fèi)者 分解者營(yíng)養(yǎng)方式 自養(yǎng) 異養(yǎng) 異養(yǎng)主要生物 綠色植物 動(dòng)物 細(xì)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(jī)物，儲(chǔ)存能量；②為消費(fèi)者提供食物和棲息場(chǎng)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(jī)物分解為無(wú)機(jī)物，供生產(chǎn)者重新利用

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

食物鏈特點(diǎn)：生產(chǎn)者為第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)，消費(fèi)者所處營(yíng)養(yǎng)級(jí)并不一定固定，一般不會(huì)超過(guò)5個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)。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(dòng)物的食物，而一種植食性動(dòng)物既可能以多種植物為食，也可能被多種肉食性動(dòng)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(dòng)的渠道。食物網(wǎng)的特點(diǎn)：同一種消費(fèi)者在不同的食物鏈中，可以占據(jù)不同的營(yíng)養(yǎng)級(jí)。

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

圖中甲為生產(chǎn)者，乙為初級(jí)消費(fèi)者，丙為次級(jí)消費(fèi)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(lái)源一般是太陽(yáng)能。食物鏈中甲營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量的去向包括：①通過(guò)自身呼吸作用以熱能的形式散失；②被下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)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(diǎn)：?jiǎn)蜗蛄鲃?dòng)和逐級(jí)遞減。

對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)研究的意義：幫助人們科學(xué)規(guī)劃、設(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng)簡(jiǎn)圖，下列敘述錯(cuò)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(fèi)者，包括各種異養(yǎng)生物

C.生態(tài)系統(tǒng)的能量主要來(lái)源于太陽(yáng)能

D.圖中的“甲→乙”是生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)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(fèi)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(fèi)者，如大部分的動(dòng)物，一部分是分解者，如腐生細(xì)菌、真菌和少數(shù)動(dòng)物，B錯(cuò)誤。太陽(yáng)能是生態(tài)系統(tǒng)的主要能量來(lái)源，C正確。食物鏈?zhǔn)巧鷳B(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，D正確。

故選B。

例2 我國(guó)諺語(yǔ)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(huì)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(xì)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(dòng)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(huì)使該樹林中黃雀（蟬的天敵）的數(shù)量減少，故A項(xiàng)錯(cuò)誤。能量流動(dòng)是沿著食物鏈進(jìn)行的，細(xì)菌是分解者，不參與食物鏈的構(gòu)成，即細(xì)菌的能量不能流向生產(chǎn)者，B項(xiàng)錯(cuò)誤。同樣，鷹的遷入不會(huì)增加該生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的方向，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

故選C。

三、訓(xùn)練題

1.合理密養(yǎng)、立體養(yǎng)殖是提高池塘養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)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(dòng)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(dòng)物。請(qǐng)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(duì)確定魚的放養(yǎng)種類和密度有參考價(jià)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(duì)應(yīng)懸掛于原水樣采集位置，同時(shí)測(cè)定各水層剩余水樣溶氧量，作為初始溶氧量。24h后，測(cè)定各黑、白瓶中溶氧量。若測(cè)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_(kāi)_______mg·L-1·d-1。若上午黑、白瓶被懸掛于水深25 cm處時(shí)，白瓶意外墜落至池塘底部，短時(shí)間內(nèi)，該瓶?jī)?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(dòng)的角度分析，合理密養(yǎng)可以________。

答案 （1）如右圖 （2）競(jìng)爭(zhēng) （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(yán)酷而獨(dú)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(qǐng)回答下列問(wèn)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(jī)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(huì)很長(zhǎng)，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(duì)土壤有機(jī)物的分解 （3）在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，營(yíng)養(yǎng)級(jí)越多，在能量流動(dòng)過(guò)程中消耗的能量就越多，所以生態(tài)系統(tǒng)中食物鏈的營(yíng)養(yǎng)級(jí)一般不超過(guò)4～5個(gè)，不會(huì)很長(zhǎng)

3.高密度水產(chǎn)養(yǎng)殖常會(huì)引起池塘水體富營(yíng)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(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）魚塘大量投餌后，水體常會(huì)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(shí)現(xiàn)了水資源循環(huán)利用的同時(shí)，魚塘富營(yíng)養(yǎng)化還為水稻生長(zhǎng)提供了一定的________元素營(yíng)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(jì)________的種群密度。

（4）通過(guò)稻田凈化，B處水樣中可溶性有機(jī)物濃度比A處顯著下降，其主要原因是在稻田中的________（填序號(hào)）微生物分解了大量有機(jī)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(xué)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(diǎn)取樣 各種害蟲 （4）①③④ （5）競(jìng)爭(zhēng)光照和營(yíng)養(yǎng)，動(dòng)物攝食，微生物等產(chǎn)生殺藻物質(zhì)