专题十六 生态系统的结构和功能
1.举例说明什么是生态系统。
2.讨论某一生态系统的结构。
3.尝试建构生态系统的结构模型、调查农田生态系统中的能量流动情况。
4.分析生态系统能量流动的过程和特点、物质循环。
5.尝试探究土壤微生物的分解作用。
6.说明能量流动和物质循环的关系、关注碳循环平衡失调与温室效应的关系。
1.讨论生态系统的结构。
2.生态系统能量流动的过程和特点
3.分析生态系统中的物质循环。
1.说明生态系统是一个整体。
2.生态系统能量流动的过程和特点
3.说明能量流动和物质循环的关系。
第一课时
一、相关知识
(一)基本概念
生态系统、生物圈;生态系统的成分、非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者;生态系统的营养结构、食物链、食物网
(二)知识网络
(三)疑难解析
1.生态系统中各种成分的地位和关系
在生态系统中,非生物的物质和能量是生态系统中生物群落的物质和能量的最终来源,生产者、消费者和分解者的划分是依据各自的代谢类型和在生态系统中的功能特征来决定的。即:根据某种生物在该生态系统中的功能特性分为三大类群:
①生产者从新陈代谢的同化作用方面看属于自养型,是生态系统的主要成分,是生态系统中唯一能够把非生物物质和能量转变成生物体内的物质和能量的生物。绝大多数进行光合作用,少数进行化能合成作用(如:硝化细菌、铁细菌、硫细菌)。
②消费者从新陈代谢的同化作用方面看属于异养型,虽然存在着不同的级别,但是生态系统的非必要成分。主要指各种动物。不过有些寄生细菌,它们从活的生物体内吸取有机物,在生态系统中也扮演着“小型消费者”的角色,故寄生细菌属于消费者。
③分解者从新陈代谢的同化作用方面看属于异养型,是生态系统的主要成分。主要包括应腐生生活的细菌和真菌,也包括一些腐食性动物(如:蚯蚓、蝇、蜣螂等),它们都能分解残枝败叶、尸体、粪便等有机物,故腐食性动物属于分解者。
总之,生态系统中的四种组成成分的相互关系是:非生物的物质和能量的作用是为各种生物提供物质和能量;生产者的作用是转化物质和能量;消费者的作用是推动物质和能量在群落中的流动;分解者的作用是把物质和能量归还到无机自然界。
附:生态系统中的特殊成分
①绿色植物中的消费者。如食虫植物在长期的进化过程中,通过自然选择形成了特殊的捕虫器,一般生长在缺乏氮素的环境中,根系也不发达甚至退化。捕虫器内有高度分化的分泌细胞,可以分泌出消化液,消化吸收捕到昆虫的营养,以适应不良的生活环境。当然,这些植物都具有叶绿体,能进
行光合作用,属于生产者(第一营养级),若当这些植物捕虫消化吸收过程发生时,就应该归为消费者(最低是第三营养级)。如:猪笼草、狸藻、瓶子草等。另外寄生在其他植物上的绿色植物菟丝子等不含叶绿体,叶子退化,仅有发达的生殖器,它们可以从寄主那里获取营养物质,属于异养型,是地道的消费者。但不是全部的寄生植物都是消费者,如:桑寄生、槲寄生等,这些植物只是从寄主那里吸收水分和无机盐(同根的作用),且能通过光合作用合成自身物质,其代谢类型为自养型,属半寄生,依然属于生产者。
生态系统的
能量流动
生态系统的
物质循环
(三)疑难解析
1.生态系统中的能量流动
(1)能量流动的源头是阳光(光能)
(2)能量的输入
①相关生理过程:绿色植物的光合作用将光能转换成化学能。
②输入的总值:绿色植物通过光合作用固定的光能的总量。
(3)能量的传递(如图所示)
①途径:能量是以物质的形式沿着食物链或食物网这一主渠道而向前传递的。
②能量的分流:每一营养级的生物获得的能量的分配情况。
i.被该营养级生物呼吸作用分解消耗一部分,其中atp用于生命活动,热能从生物群落中散失到大气中。对于生物群落而言,热能是群落的能量输出。
ⅱ.进入下一营养级生物(最高营养级生物除外)。
ⅲ.动植物遗体、枯枝落叶、粪便等被分解者利用。
④能量传递的特点
i.单向流动:食物链相邻营养级生物的吃和被吃关系不可逆转,能量不能倒流。
ⅱ.逐级递减:每个营养级的生物总有一部分不能被下一营养级利用;每个营养级生物都经自身呼吸而消耗一部分能量。
(4)能量的散失
①散失能量的形式:热能(对生物群落而言,相当于能量输出)。
②散失能量的产生:通过生产者、消费者、分解者的呼吸作用分解有机物而产生的能量,一部分形成atp被生物利用,另一部分以热能形式散失到无机环境中。
2.生态系统的物质循环
在生态系统中,物质从非生物的物质和能量开始,经生产者、消费者和分解者,又回到非生物的物质和能量,完成一个由简单无机物到各种高能有机化合物,最终又还原为简单无机物的生态循环。通过该循环,生物得以生存和繁衍,非生物的物质和能量得到更新并变得越来越适合生物生存的需要。在这个物质的生态循环过程中,太阳能以化学能的形式被固定在有机物中,供食物链和食物网上的各级生物利用。
碳循环(如图)
碳是构成生物体的最基本元素,虽然它在自然界中的蕴藏量极为丰富,但绿色植物能够直接利用的仅仅限于空气中的二氧化碳(co2)。生物圈中的碳循环主要表现在绿色植物从空气中吸收二氧化碳,经光合作用转化为葡萄糖,并放出氧气(o2)。在这个过程中少不了水的参与。有机体再利用葡萄糖合成其他有机化合物。碳水化合物经食物链传递,又成为动物和细菌等其他生物体的一部分。生物体内的碳水化合物一部分作为有机体代谢的能源经呼吸作用被氧化为二氧化碳和水,并释放出其中储存的能量。由于这个碳循环,大气中的co2大约20年就完全更新一次。
3.能量流动与物质循环的关系
生态系统的主要功能就是生态系统的能量流动与物质循环。且两大功能之间有明显的差别,又有必然的联系,教学时应特别明确地强调它们之间的这种关系。
(1)差别:能量在生态系统内是单向流动的,能量在逐级流动的传递效率是很低的,逐级都有大量的能量被消耗掉。因此,生态系统要不断地从外界获取能量(太阳能),只有这样,生态系统的能量流动才能持续下去。至于生态系统的物质循环,则是在生物群落和无机环境之间循环往复地进行着的,这些物质是可以重复地被利用的。
白 瓶 黑 瓶
1 2 3 平均 1 2 3 平均
24h后溶氧量
原初溶氧量
(3)若wdo-bdo>0,则有自养生物;若wdo-bdo=0,则无自养生物;若wdo≥0,则该水层产氧量能维持生物耗氧量所需
四 自我检测
1.生态系统的能量流动是指 ( )
a.太阳能被绿色植物固定的过程
b.系统内生物体能量被利用的过程
c.系统内伴随物质循环的能量转移的过程
d.能量从生物体进入无机环境的过程
2.生态系统中属于生产者的是( )
a.限于绿色植物 b.限于自养生物
c.全部植物及细菌和真菌 d.全部自养生物及部分异养生物
3.在生态系统碳循环过程中把co2释放到大气中有多种形式,其中起主导作用的是( )
a.植物和动物的呼吸作用
b.化石燃料的燃烧作用
c.分解者对有机物的分解作用
d.化工厂对碳酸盐的分解作用
4.在生态系统中,碳元素参与物质循环的主要形式( )
a.二氧化碳 b.碳酸盐
c.碳酸 d.碳水化合物
5.右图表示a、b、c三个地区森林土壤有机物的分解状况,则分解者的作用由弱到强依次是( )
14.下图为一食物网,若把蛇全部捕光,请回答:
(1)此食物网中,何种生物数量大量减少?______。
(2)何种生物数量有增加的趋势?______。
(3)该食物网中,草属于__________,山猫鹰属于__________。
(4)该食物网的各种生物中,含有能量最多的是__________ ,该生态系统的能量最终来源是__________,其能量流动的特点是__________.
15.如图为碳循环图解,请回答下列问题:
(1)物质循环实质上是物质在圈与圈之间转移。请在下列表格中填出各圈中碳素的贮存形式,用“十”或“—”标明是否参与碳素交换过程。
项目 岩石圈 大气圈 水圈 生物群落
碳素贮存形式
是否参与交换
上述分析得知,碳循环带有__________性。
(2)碳主要以__________形式循环的。
(3)碳从无机环境进入生物群落的唯一途径是[ ]__________;由绿色植物通过②__________传递到各级消费者。
(4)碳从生物群落返回无机环境的途径③表示__________;④表示__________;⑤表示__________。
16.如图是1845年至1935年的90年间,北美加拿大森林中猞猁和雪兔种群数量的变化曲线。据图回答有关问题:
(1)雪兔的种群数量变化用字母________表示,其数量最多的年份曾达到________只。
(2)雪兔的数量在一段时间内能够急剧增加的生物因素主要是①__________________②________________________。
(3)猞猁的存在对整个森林生态系统的稳定所起到的作用具体是___________________
____________________________________。
(4)在所研究的1890 ~ 1935期间,该生态系统中雪兔的k值为_______左右。从图中任意一时段看出,当雪兔种群达到k值后,猞猁种群的k值变化是________(答早于或晚于)雪兔的k值出现(注:不考虑其他生物因素)。
参考答案
1.c,提示:生态系统的能量流动是指能量的输入、传递、转化和散失的过程,能量流动是随着物质的循环而完成的。
2.b,提示:生产者是指能直接将无机物合成有机物的生物成分,其同化类型应为自养型,而自养型生物除光合自养型的植物及光合细菌外,还应包括各种化能合成作用的自养型生物,如硝化细菌、铁细菌、硫细菌等。
3.a,提示:在生态系统碳循环过程中通过植物和动物的细胞呼吸把co2释放到大气中。
4.a,提示:碳在生物群落与无机环境之间的循环主要是通过自养型生物将二氧化碳进入生物群落,再通过生物群落中的各种生物的细胞呼吸将其释放回无机环境中。
5.b,提示:土壤中的有机物通过分解者的分解作用成为二氧化碳释放回无机环境中,分解者的分解作用越强土壤中的有机物量越少。
6. b,提示:生态系统能量流动是单向的逐级递减的,相邻营养级之间的能量大约为10%—20%,处于同一营养级的生物能量数值大体相同。
7.b,提示:营腐生生活的细菌和真菌属于分解者能把动植物遗体分解成无机物,供生产者重新利用。
8.a,提示:蓝藻是原核生物,能够进行光合作用将二氧化碳和水和成贮存能量的有机物,在生态系统碳循环中起重要作用。