生物自然界中种类和数量量常有剧烈变化的自然生态系...

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& 2013年高考生物易错点点睛与高考突破 专题31 生态系统(全国通用)
2013年高考生物易错点点睛与高考突破 专题31 生态系统(全国通用)
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资料概述与简介
【高考预测】
1.生态系统的概念和类型 2.生态系统的成分、食物链和食物网
3.生态系统的能量流动和物质循环及其关系
4.生态系统的稳定性 5.生态系统与植物代谢的综合应用
6.生态系统与微生物知识的综合应用
生态系统的结构
【例】 (2012·海南单科,28)某生态系统的食物网示意图如右:
回答下列问题。
(1)在该食物网中,共有________条食物链,最高营养级属于第________营养级。
(2)乙和丙的种间关系是________。
(3)为了调查该生态系统中乙种群数量,某研究小组捕获了100只乙,经标记后放回。一段时间后,重新捕获100只,其中有10只带有标记。在该生态系统中,乙的种群数量大约为________只。
答案(1)4 五 (2)竞争和捕食 (3)1 000
【】分析图某生态系统的食物网,可以得出正确的结论是(  )。
A.图中的甲、乙、丙、丁、戊所代表的生物共同构成一个群落
B.甲固定的太阳能总量就是流经该生态系统的总能量
C.碳元素以二氧化碳的形式沿着该食物网流动
D.从图中可以看出,生态系统的信息传递是单向的
生态系统的功能
【例】 (2012·安徽理综,30)某弃耕地的主要食物链由植物→田鼠→鼬构成。生态学家对此食物链能量流动进行了研究,结果如下表,单位是J/(hm2·a)。
植物 田鼠 鼬
固定的太阳能 摄入量 同化量 呼吸量 摄入量 同化量 呼吸量
2.45××109 7.50×108 7.15×108 2.44×107 2.25×107 2.18×107
(1)能量从田鼠传递到鼬的效率是________。
(2)在研究能量流动时,可通过标志重捕法调查田鼠种群密度。在1 hm2范围内,第一次捕获并标记40只田鼠,第二次捕获30只,其中有标记的15只。该种群密度是________只/hm2。若标记的田鼠有部分被鼬捕食,则会导致种群密度估算结果________。
(3)田鼠和鼬都是恒温动物,同化的能量中只有3%~5%用于________________,其余在呼吸作用中以热能的形式散失。
(4)鼬能够依据田鼠留下的气味去猎捕后者,田鼠同样也能够依据鼬的气味或行为躲避猎捕。可见,信息能够________________,维持生态系统的稳定。
解析本题主要考查生态系统功能和种群密度调查的相关知识。(1)分析表中数据,可求得能量从田鼠传递到鼬的效率是(2.25×)÷(7.50×108)×100%=3%。(2)根据标志重捕法调查种群密度的公式计算:1 hm2范围内,田鼠的种群密度为(40×30)÷15=80(只)。若标记的田鼠有部分被捕食,则重捕时标记的田鼠较未被捕食时少,这样求得的田鼠种群密度会偏高。
1.摄入量=同化量+粪便量。在生态系统中,能量的传递效率是指相邻营养级之间的同化量之比。
2.生态系统中某营养级生物(以某消费者为例)的能量去路:
一个营养级所同化的能量有三个去向:
自身呼吸作用消耗;流入下一营养级;被分解者分解利用。
3.关于能量流动的有关问题汇总
(1)起点:从生产者固定太阳能开始。
(2)渠道:食物链和食物网。
(3)能量形式的变化:太阳光能→生物体内有机物中的化学能→热能(最终散失)。
(4)能量在食物链中的流动形式:有机物中的化学能。
(5)能量散失的主要途径:细胞呼吸。
(6)总量:生产者固定的全部太阳能。
生态环境的保护
【例】 最近我国云南省许多地区发生了严重干旱,旱灾对当地生物多样性造成严重损害。对此理解正确的是(  )。
A.当地生态系统本身不具备抵抗干旱的能力
B.干旱只影响了当地的物种多样性,并不影响基因多样性
C.随着干旱时间的延长,生态系统的抵抗力稳定性会继续减弱
D.长期干旱,会使当地森林生态系统涵养水源、调节气候等直接价值受到影响
【】紫茎泽兰具有外来引进植物的许多特点:生长迅速、繁殖力强、光合效率高、能产生毒素抑制其他植物生长、并能毒害动物。试判断引入紫茎泽兰对生态系统的影响是(  )。
A.增加生态系统中物种的多样性 B.提高生态系统中能量传递的效率
C.改变其他物种的生活习性
D.改变生态系统的营养结构
1.生物多样性的保护
(1)生物多样性可体现在分子水平、个体水平和生态系统水平,是基因不定向变异与自然定向选择相互作用的结果。
(2)生物多样性的间接价值主要体现在环境保护方面,因此又叫生态功能。生态旅游观光、文学创作等属于直接价值,但其价值远小于间接价值。
2.辩证地看外来物种入侵
(1)引进外来物种并不是可以增加物种数量、增加基因类型,要辩证地分析是否对当地的原有物种带来一定的影响。
(2)当某种生物入侵到一个新环境中,如果能适应新环境,由于没有天敌的控制,其种群密度则会迅速增长,在短时间内呈现种群的“J”型增长。难点生态系统与植物代澍的综合应用
.个可控制温度和空气成分并相对密闭的温室内栽培作物,这个温室可看成一个生态系统。请分析并回答以下问题:
(1)从生态系统的成分看,这个温室土壤中的腐生性微生物属于
(2)流经本生态系统的能量归根到底来自作物通过光合作用固定的
(3)当阴雨连绵。光照不足时,可通过降低温室的
,减少植物体内有机物的消耗。
(4)图31~7为光合作用过程图解。
当阴雨连绵,光照不足时,植物光反应产生的氢和[
较少,从而降低了暗反应中有机物的生成。([
]内填标号,横线上填名称)
(5)如果晴天日出和日落的时间分别为清晨6时左右和傍晚18时左右,在清晨日出前、正午、傍晚日落后以及午夜四个时段分别测定温室内二氧化碳的浓度,预计二氧化碳浓度最高的时段将出现在
(5)温室内二氧化碳的浓度同时受到植物光合作用和呼吸作用的影响。当呼吸作用强于光合作用时,室内二氧化碳量增加;反之减少。日落进入夜间后,植物只进行呼吸作用,没有光合作用,室内的二氧化碳量会逐渐增加,积累至清晨日出前含量最高。
难点生态系统与微生物知识的综合应用
.下图是某一农业生态系统的结构模拟图,请据图回答:
(1)生态系统的主要功能是物质循环和能量流动,从生态学角度分析,人们建立上图所示的农业生态系统的主要目的是
(2)该生态系统主要成分是
。仅从质量考虑,若要生产2 kg鸡蛋,最多需要消耗农作物共计
(3)在发酵装置里的B过程中起重要作用的微生物,
其细胞结构与水稻细胞最主要的区别是
,它的代谢类型为
(4)氮是植物生长必需的元素,但在种植大豆时不施氮肥,仍能旺盛生长,其原因是
(5)蘑菇在该生态系统的成分中属于
。如图所示,在农业生产上,将蘑菇房与蔬菜大棚相通,可提高蔬菜产量。试分析增产原因:
(6)从利用植物秸秆发酵生产乳酸的实践得知,单一用庄稼秸秆作原料,微生物生长很慢;要加快微生物的生长,可适当再添加
等营养物质。(至少说出两种)
【易错点点睛】
易错点1生态系统的概念和类型
1.关于种群、群落和生态系统的摧述,不正确的是
A.生物群落的结构是随着时间的推移而不断变化的
B.研究海洋鱼类种群数量变化规律有利于确定合珥的捕捞量
C.农田生态系统对太阳能的利用率高于森林生态系统
D北极苔原生态系统的抵抗力稳定性较低
【错误答案】
【错解分析】
对生物群落和生态系统的特点掌握不清楚。生物群落的结构并不是不变的,而是与环境各种生态因素有密切关系,随时间而变化的。北极苔原生态系统的营养结构简单,抵抗力稳定性较低。森林生态系统在垂直方向有多个层次,对能量利用高。
【正确解答】
【特别提醒】
结合种群、群落的概念分析、理解生态系统的概念,要明确生态系统是生物群落和它的无机环境相互作用而形成的统一整体。通过比较分析各类生态系统的分布、特点及主要生物类型,以加深对各生态系统的掌握。
【变式探究】
种群密度和群落结构常有剧烈变化的自然系统是
A.森林生态系统
B.湖泊生态系统
C.海洋生态系统
D.草原生态系统
答案:D解析:草原生态系统分布在干旱地区,群落结构简单,经常发生剧烈变化。
农业生态系统不同于自然生态系统的是
A.能量流动过程
B.物质循环过程
C.结构组成
D能量的多级利用
易错点2生态系统的成分、食物链和食物网
1.下列有关生态系统结构的叙述,正确的是
A.每种生物在生态系统中只能处在一个营养级上
B.动物都属于消费者,其中食草动物处于第二营养级
C.自养生物都是生产者,是生态系统的主要成分
D.细菌都属于分解者,其异化作用类型有需氧型和厌氧型两类
【错误答案】B或D
【错解分析】对生态系统各种成分认识不清楚。动物一般属消费者,某些属于分解者,如蚯蚓。细菌中某些属于生产者,如硝化细菌;还有些属于消费者,如寄生细菌。而自养生物都属于生产者,将自然界中的无机物转化为有机物。
【正确解答】C
2.是一个陆地生态系统食物网的结构模式图,下列叙述中不正确的是
A.在该食物网中,共有5条食物链
B.在该食物网中。H处于三个不同的营养级
C.若B种群中各年龄期的个体数目比例适中,则该种群的密度在一段时间内会明显变大
D.在该食物网中,如果C种群的数量下降10%,则H的数量不会发生明显变化
【特别提醒】
运用比较法,比较生态系统的结构、营养结构、生态系统各成分的作用、营养级与消费者级别之间的共性与差异。学会用图表分析生态系统成分图、食物链图,加深对生态系统结构知识的深化理解。
【变式探究】
图表示a、b、c二地区森林十壤有机物分解状况。则分解者的作用强弱依次是
螂捕蝉。黄雀在后”。此成语所急含的食物链具有的营养级数至少为
答案:C 解析:根据题意画出它们间的食物链关系。
生态系统的能量流动和物质循环及其关系
1.图判断。下列叙述不符合生态学原理的是
A.物质经过多级利用。实现了良性循环
B.每一级生产环节都获得产品。提高了生态经济效益
C.由于食物链延长.能量逐级损耗,系统总能量利用效率低
D.由于各级产物都可以利用,减少了废物和污染
2.为碳元素在生态系统循环的模式图。图中“圆圈”表示生态系统的牛物成分,“箭头”表示过程。请据图问答:
(3)碳元素在生物群落内部传递是沿
(4)陆地生态系统的食物链中占有碳元素最多的营养级是
【特别提醒】
结合能量流动的过程图,通过分析比较各营养级能量进出情况,总结并掌握能量流动的特点,进而理解能量流动单向性及逐级递减的原因。正确理解能量金字塔的意义,从而掌握生物数量问题。从循环的范围、对象、动力的角度去分析和理解生态系统的物质循环,同时要清楚物质循环不是物质的单纯移动而是伴随着能量变化。
【变式探究】
假如某食物网中有一条大型的杂食性海洋鱼,它的食物有1/2来自海洋植物,1/4来自草食性鱼类,1/4来自以草食鱼类为食的小型肉食性鱼类。下列叙述中正确的是
A.此食物网中共包括4条食物链
B.这条杂食性鱼和小型肉食性鱼没有竞争关系
C.经测定此食物的四种生物体内DDT浓度最高的是海洋植物
D.从理论上计算,杂食性鱼每增加1 kg体重最多需要海洋植物280kg
答案: D 解析:利用排除法解答。
下图表示一个森林生态系统中的树木、植食性昆虫、食虫鸟类三个不同种群的生长繁殖情况。请分析回答:
(1)曲线A代表
种群,它在该生态系统中属于
(2)B曲线代表
种群,它在该生态系统的营养结构中处于
(3)写出该生态系统中的食物链
(4)由于食虫鸟被大量捕杀,该生态系统受到破坏,而使其
易错点4生态系统的稳定性
1.然条件下,下列不符合生态系统正常发展方向的是
A.物种组成多样
B.营养结构复杂
C.功能完善
D.食物链缩短
【正确解答】
【特别提醒】
生态系统的稳定性包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性,两者区别在于:前者是指生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构和功能保持原状的能力,后者指生态系统遭到外界干扰因素的破坏以后恢复到原状的能力,可通过概念和具体例子分析它们之间的区别和联系。
【变式探究】
下列哪种方法能增强生态系统的自动调节能力
A.减少捕食和寄生生物的数量
B.使生产者和消费者在数量上保持平衡
C.增加生物的种类
D.减少生物的种类
在某一动植物种类繁多的森林中,消费者、分解者的种类和数量基本保持稳定,那么下列哪一项与之不符
A.能量流动和物质循环保持动态平衡
B.食物链和食物网保持相对稳定
C.各类生物所含的能量值基本不变
D.各种群的年龄组成维持增长型
答案:D 解析:在森林中,消费者、分解者的种类和数量基本保持稳定,说明各种群的年龄组成维持稳定。
下列有关食物链的说法哪一项是正确的
A.食物链是生态系统中能量流动的渠道
B.捕食食物链是陆地生态系统中的特有的食物链
C.沿着食物链的方向,动物个体越来越大
D.在食物链中。根据动物的食性。每种动物只能归属某一特定的营养级
答案:A 解析:食物链和食物网是物质循环和能量流动的渠道。
桑基鱼塘是将稻田挖作塘,塘内养鱼,塘基上种桑,用桑养蚕。蚕粪养鱼,鱼粪肥塘。塘泥肥田、肥桑,从而获得稻、鱼、蚕三丰收,这是哪一方面的典型例子
A.维持原有的生态平衡
B.根据人类需要建立新的生态平衡
C.加速生态系统的物质循环
D.加速生态系统的能量流动
如右图所示是生态系统中碳循环和氮循环的一部分,A、B、C三类微生物参与其中,下列说法错误的是
A.A类细菌是自养需氧型,B类细菌是异养厌氧型
B.进行C过程的微生物,有的是自生的,有的是共生的
C.A和C的活动可增加土壤肥力
D.B的活动导致土壤氮素丧失
解析:B的活动是氮循环的一个环节,不会导致土壤氮素的丧失。
某地区农民在冬季农田休耕期间常种植太阳麻、羽扇豆等豆科植物,其主要用意是
A.充分利用土地,作为蔬菜食用
B.固定氮肥,增进土壤肥力
C.增加生物种类,以维持生态平衡
D.固定太阳能,以促进能量流动
实验调查得到某一树林生态系统中,各营养级的能量流动关系如下表所示(其中D为分解者;表示生物同化作用固定的总能量;表示生物贮存的能量R表示生物呼吸作用消耗的能量,单位为 J/㎝·a),以下说法正确的是
A 62.8 26.7
B 12.5 5.7
C 464.6 186.3 278.3
D 41.6 16.5
A.该树林的营养结构可表示为C→A→B→D
B.第一营养级到第二营养级的能量传递效率是14.3%
C.流经该生态系统的总能量是植物所固定的太阳能,即四个Ps之和
D.第二营养级到第三营养级的能量传递效率是19.9%
研究人员在对甲、乙两个不同的生态系统调查后,发现两个生态系的生产者总能量相同,甲生态系只有初级和次级消费者,乙生态系则有初级、次级、三级和四级消费者。若其他因素都一样,则
A.甲生态系的消费者总能量大于乙生态系的消费者总能量
B.乙生态系的消费者总能量大于甲生态系的消费者总能量
C.甲、乙两个生态系的消费者总能量相等
D.甲、乙两个生态系消费者的总能量等于生产者的总能量
农田中存在水稻、螟虫、青蛙三种生物,其生物量的变化如图,下列说法不正确的是
A.甲是水稻,乙是螟虫,丙是青蛙
B.从第一年到第五年,生态系统处于相对平衡状态
C.第六年,由于大量捕捉青蛙,三种生物数量都发生了剧烈的变化
D.假如第七年适量喷洒农药,将使水稻产量增加,但容易形成抗药性强的螟虫种群
轮作就是在同一块田地上,按原定的种植计划,轮换种植不同作物,这样做可以提高作物产量。下列对轮作意义的解释不够恰当的一项是
A.可以充分利用光能
B.能够改变原有的食物链,防止病虫害
C.可以充分利用土壤中的矿质元素
D.能防止土壤肥力的枯竭
解析:轮作与间作套种不同,它没有增大土地使用面积和光能吸收面积。
下列关于农业生态系统的特点,叙述错误的是
A.生物种类少,营养结构简单,抵抗力稳定性较低
B.人的作用突出,朝着对人类有益的方向发展
C.有机物基本上保持在系统内部,实现物质循环的自给自足
D.抵抗力稳定性较低,易受旱涝灾害和病虫害的影响
关于生态系统的稳定性,错误的是
A.指生态系统保持或恢复自身结构功能相对稳定的能力
B.包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性
C.抵抗力稳定性强,恢复力稳定性强
D.“生物圈号”实验室不能长期保持相对稳定
答案:C 解析:要求理解生态系统的稳定性特点,区分抵抗力与恢复力两者的关系。
1.如图为一个生态系统的模式图,下列相关叙述正确的是(  )。
A.若用该图表示生态系统的碳循环,则丁为微生物
B.若用该图表示生态系统的碳循环,则丙处于最高营养级
C.若丁为沼气池,沼渣、沼液作为甲的肥料,使能量循环利用
D.若乙为初级消费者,则乙种群的有机物总量比甲的小
解析 本题综合考查了生态系统的物质循环和能量流动。若用题图表示该生态系统的碳循环,则甲为生产者,乙为消费者,丙为分解者,丁为无机环境;由于丙为分解者,所以不应该出现在食物链中;若丁为沼气池,沼渣、沼液作为甲的肥料,使物质循环利用;若乙为初级消费者,则甲为生产者,初级消费者的有机物总量比生产者的小。
.下图是某池塘生态系统中的两条食物链,大量捕捞花鲢后,种群将有所变化,下列能正确反映短期内种群总重量增长率变化趋势的是(  )。
                  
A.绿藻上升
B.白鲢下降
C.水蚤下降
D.乌鱼上升
.一森林生态系统中有甲、乙两种昆虫,原来这两种昆虫密度长期在一定范围内波动,保持动态平衡。后来在T点时,对森林施放了一种邻近林区曾多次使用的化学杀虫剂,这一生态系统就发生了变化(如图)。下列说法正确的是(  )。
A.甲是肉食性昆虫
B.乙是植食性昆虫
C.邻近林区存在甲昆虫
D.邻近林区存在乙昆虫
4.某研究小组连续10年调查某生态系统,发现该生态系统物种丰富度的变化情况如右图所示,下列相关叙述中,正确的是(  )。
A.该生态系统的种群密度越来越低
B.该生态系统的恢复力稳定性逐渐降低
C.10年后该生态系统中生物群落将不存在分层现象
D.造成这种现象的原因可能是围湖造田或过度放牧
请根据下图的食物网回答问题:
(1)此食物网中共有
条食物链。
(2)属于次级消费者的是
(3)属于第三营养级的生物有
(4)青蛙与昆虫的关系属于
,羊和兔的关系属于
(5)由于某种原因,鹰全部迁走,鸭子数量将
(6)具有两个及两个以上营养级的生物有
链、食物网是生态系统的营养结构,生态系统的物质循环和能量流动是沿着此渠道进行的。假如在某温带草原上存在如下图所示的食物网。请分析回答:
(1)该生态系统的成分中,草属于
,猫头鹰属于
(2)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
(3)在生态系统的物质循环中,碳元素以
形式在生物群落与无机环境中进行循环,生产者通过
作用使碳元素进入到生物群落中,各种生物通过
作用使碳元素回到无机环境中。
.某山区于25年前发生森林火灾,焚毁所有林木。该地区25年间没有人类活动干扰,经过演替形成相对稳定的森林生态系统。请回答下列问题。
(1)火灾后,群落的演替类型是________。整个过程中,生物种类、数量及有机物含量的变化趋势是________(填“增加”、“减少”或“不变”),生态系统的________稳定性提高。
(2)严重的森林火灾会破坏生态平衡,但适当的“地面火”能烧掉枯枝落叶,对该生态系统是有利的,其原因是_______________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)调查人员在该地区发现了有药用价值的五味子,可食用的榛蘑、榆黄蘑,以及矮鹿、狼等多种动物。请写出该地区的一条捕食链:____________________________________。
(4)该生态系统生产者合成的有机物除了供自身呼吸作用消耗外,还能够提供给________和流入________。
.如图甲为某淡水生态系统的能量金字塔简图,其中、、、分别代表不同的营养级,m1、m2代表不同的能量形式。图乙为能量流经该生态系统某一营养级的变化示意图,其中a~g表示能量值。请据图回答下列问题。
(1)图甲中,m1表示________,m2表示________。
(2)图乙中,若A表示图甲中营养级所摄入的全部能量,则B表示________,F表示________。若图甲中营养级所固定的太阳能总量为y,则营养级、间的能量传递效率是________(用图中所给字母表示)。
解析 (1)表示生产者,m1表示生产者固定的太阳能,m2表示各个营养级的生物通过呼吸作用散失的热能;(2)若A表示图甲中营养级所摄入的全部能量,这些能量中有一部分被营养级生物所同化(b),还有一部分以粪便的形式流向分解者(c);营养级生物同化的能量(b),一部分通过自身的呼吸作用以热能的形式散失(d),剩下的部分(e)为营养级生物用于生长、发育和繁殖的能量,其中一部分被次级消费者( )摄入(g),另一部分以残体
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摘要生态系统是在一定的空间和时间范围内,在各种生物之间以及生物群落与其无机环境之间,通过能量流动和物质循环而相互作用的一个统一整体。生态系统是生物与环境之间进行能量转换和物质循环的基本功能单位。地球上最大的生态系统是生物圈,陆地上最重要的生态系统是森林生态系统、草原生态系统和农田生态系统。生态系统 概念
生态系统(ecosystem)是英国生态学家Tansley于1935年首先提上来的,指在一定的空间内生物成分和非生物成分通过物质循环和能量流动相互作用、相互依存而构成的一个生态学功能单位。它把生物及其非生物环境看成是互相影响、彼此依存的统一整体。生态系统不论是自然的还是人工的,都具下列共同特性:
(1)生态系统是生态学上的一个主要结构和功能单位,属于生态学研究的最高层次。(2)生态系统内部具有自我调节能力。其结构越复杂,物种数越多,自我调节能力越强。(3)能量流动、物质循环是生态系统的两大功能。(4)生态系统营养级的数目因生产者固定能值所限及能流过程中能量的损失,一般不超过5~6个。(5)生态系统是一个动态系统,要经历一个从简单到复杂、从不成熟到成熟的发育过程。生态系统概念的提出为生态学的研究和发展奠定了新的基础,极大地推动了生态学的发展。生态系统生态学是当代生态学研究的前沿。生态系统 演化
生态金字塔生态系统的概念是由英国生态学家坦斯利(A.G.Tansley, 年)在1935年提出来的,他认为,“生态系统的基本概念是物理学上使用的‘系统’整体。这个系统不仅包括有机复合体,而且包括形成环境的整个物理因子复合体”。“我们对生物体的基本看法是,必须从根本上认识到,有机体不能与它们的环境分开,而是与它们的环境形成一个自然系统。”“这种系统是地球表面上自然界的基本单位,它们有各种大小和种类。”
随着生态学的发展,人们对生态系统的认识不断深入。20世纪40年代,美国生态学家林德曼(R.L.Lindeman)在研究湖泊生态系统时,受到中国“大鱼吃小鱼,小鱼吃虾米,虾米吃泥巴”这一谚语的启发,提出了食物链的概念。他又受到“一山不能存二虎”的启发,提出了生态金字塔的理论,使人们认识到生态系统的营养结构和能量流动的特点。今天,人们对生态系统这一概念的理解是:生态系统是在一定的空间和时间范围内,在各种生物之间以及生物群落与其无机环境之间,通过能量流动和物质循环而相互作用的一个统一整体。生态系统是生物与环境之间进行能量转换和物质循环的基本功能单位。 为了生存和繁衍,每一种生物都要从周围的环境中吸取空气、水分、阳光、热量和营养物质;生物生长、繁育和活动过程中又不断向周围的环境释放和排泄各种物质,死亡后的残体也复归环境。对任何一种生物来说,周围的环境也包括其他生物。例如,绿色植物利用微生物活动从土壤中释放出来的氮、磷、钾等营养元素,食草动物以绿色植物为食物,肉食性动物又以食草动物为食物,各种动植物的残体则既是昆虫等小动物的食物,又是微生物的营养来源。微生物活动的结果又释放出植物生长所需要的营养物质。经过长期的自然演化,每个区域的生物和环境之间、生物与生物之间,都形成了一种相对稳定的结构,具有相应的功能,这就是人们常说的生态系统。生态系统 组成
生态系统有四个主要的组成成分。即非生物环境、生产者、消费者和分解者。
1、非生物环境 包括:气候因子,如光、温度、湿度、风、雨雪等;无机物质,如C、H、O、N、CO2及各种无机盐等。有机物质,如蛋白质、碳水化合物、脂类和腐殖质等。2、生产者(producers) 主要指绿色植物,也包括蓝绿藻和一些光合细菌,是能利用简单的无机物质制造食物的自养生物。在生态系统中起主导作用。3、消费者(consumers) 异养生物,主要指以其他生物为食的各种动物,包括植食动物、肉食动物、杂食动物和寄生动物等。4、分解者(decomposers) 异养生物,主要是细菌和真菌,也包括某些原生动物和蚯蚓、白蚁、秃鹫等大型腐食性动物。它们分解动植物的残体、粪便和各种复杂的有机化合物,吸收某些分解产物,最终能将有机物分解为简单的无机物,而这些无机物参与物质循环后可被自养生物重新利用。生态系统 结构
生态系统的结构可以从两个方面理解。其一是形态结构,如生物种类,种群数量,种群的空间格局,种群的时间变化,以及群落的垂直和水平结构等。形态结构与植物群落的结构特征相一致,外加土壤、大气中非生物成分以及消费者、分解者的形态结构。其二为营养结构,营养结构是以营养为纽带,把生物和非生物紧密结合起来的功能单位,构成以生产者、消费者和分解者为中心的三大功能类群,它们与环境之间发生密切的物质循环和能量流动。生态系统 生产
生态系统 生产生态系统中的能量流动开始于绿色植物的光合作用。光合作用积累的能量是进入生态系统的初级能量,这种能量的积累过程就是初级生产。初级生产积累能量的速率称为初级生产力(primary productivity),所制造的有机物质则称为初级生产量或第一性生产量(primary production)。
在初级生产量中,有一部分被植物自己的呼吸所消耗,剩下的部分才以可见有机物质的形式用于植物的生长和生殖,称这部分生产量为净初级生产量(net primary production, NPP),而包括呼吸消耗的能量(R)在内的全部生产量称为总初级生产量(gross primary production, GPP)。它们三者之间的关系是GPP=NPP+R。GPP和NPP通常用每年每平方米所生产的有机物质干重(g/m2.a)或固定的能量值(J/m2.a)来表示,此时它们称为总(净)初级生产力,生产力是率的概念,而生产量是量的概念。某一特定时刻生态系统单位面积内所积存的生活有机物质量叫生物量(biomass)。生物量是净生产量的积累量,某一时刻的生物量就是以往生态系统所累积下来的活有机物质总量。生物量通常用平均每平方米生物体的干重(g/m2)或能值(J/m2)来表示。生物量和生产量是两个不同的概念,前者是生态系统结构的概念,而后者则是功能上的概念。如果GP-R&O,生物量增加;GP-R。次级生产是除生产者外的其它有机体的生产,即消费者和分解者利用初级生产量进行同化作用,表现为动物和其它异养生物生长、繁殖和营养物质的贮存。动物和其它异养生物靠消耗植物的初级生产量制造的有机物质或固定的能量,称为次级生产量或第二性生产量(secondary production),其生产或固定率称次级(第二性)生产力(secondary productivity)。动物的次级生产量可由下一公式表示:P=C-FU-R,式中,P为次级生产量,C代表动物从外界摄取的能量,FU代表以粪、尿形式损失的能量,R代表呼吸过程中损失的能量。生态系统 分解
生态系统的分解(或称分解作用)(decomposition)是指死有机物质的逐步降解过程。分解时,无机元素从有机物质中释放出来,得到矿化,与光合作用时无机元素的固定正好是相反的过程。从能量的角度看,前者是放能,后者是贮能。从物质的角度看,它们均是物质循环的调节器,分解的过程其实十分复杂,它包括物理粉碎、碎化、化学和生物降解、淋失、动物采食、风的转移及有时的人类干扰等几乎同步的各种作用。将之简单化,可看作是碎裂、异化和淋溶三个过程的综合。由于物理的和生物的作用,把死残落物分解为颗粒状的碎屑称为碎裂;有机物质在酶的作用下分解,从聚合体变成单体,例如由纤维素变成葡萄糖,进而成为矿物成分,称为异化;淋溶则是可溶性物质被水淋洗出来,是一种纯物理过程。分解过程中,这三个过程是交叉进行、相互影响的。
分解过程的速率和特点,决定于资源的质量、分解者种类和理化环境条件三方面。资源质量包括物理性质和化学性质,物理性质包括表面特性和机械结构,化学性质如C:N比、木质素、纤维素含量等,它们在分解过程中均起重要作用。分解者则包括细菌、真菌和土壤动物(水生态系统中为水生小型动物)。理化环境主要指温度、湿度等。生态系统 能量流动
生态系统 能量流动能量是生态系统的基础,一切生命都存在着能量的流动和转化。没有能量的流动,就没有生命和生态系统。流量流动是生态系统的重要功能之一,能量的流动和转化是服从于热力学第一定律和第二定律的,因为热力学就是研究能量传递规律和能量形式转换规律的科学。
能量流动可在生态系统、食物链和种群三个水平上进行分析。生态系统水平上的能流分析,是以同一营养级上各个种群的总量来估计,即把每个种群都归属于一个特定的营养级中(依据其主要食性),然后精确地测定每个营养级能量的输入和输出值。这种分析多见于水生生态系统,因其边界明确、封闭性较强、内环境较稳定。食物链层次上的能流分析是把每个种群作为能量从生产者到顶极消费者移动过程中的一个环节,当能量沿着一个食物链在几个物种间流动时,测定食物链每一个环节上的能量值,就可提供生态系统内一系列特定点上能流的详细和准确资料。实验种群层次上的能流分析,则是在实验室内控制各种无关变量,以研究能流过程中影响能量损失和能量储存的各种重要环境因子。在这里介绍一下食物链、食物网、营养级、生态金字塔等概念。植物所固定的能量通过一系列的取食和被取食关系在生态系统中的传递,这种生物之间的传递关系称为食物链(food chains)。一般食物链是由4~5环节构成的,如草→昆虫→鸟→蛇→鹰。但在生态系统中生物之间的取食和被取食的关系错综复杂,这种联系象是一个无形的网把所有生物都包括在内,使它们彼此之间都有着某种直接或间接的关系,这就是食物网(food web)。一般而言,食物网越复杂,生态系统抵抗外力干扰的能力就越强,反之亦然。在任何生态系统中都存在着两种最主要的食物链,即捕食食物链(grazing food chain)和碎屑食物链(detrital food chain),前者是以活的动植物为起点的食物链,后者则以死生物或腐屑为起点。在大多数陆地和浅水生态系统中,腐屑食物链是最主要的,如一个杨树林的植物生物量除6%是被动物取食处,其余94%都是在枯死凋落后被分解者所分解。一个营养级(trophic levels)是指处于食物链某一环节上的所有生物种群的总和,在对生态系统的能流进行分析时,为了方便,常把每一生物种群置于一个确定的营养级上。生产者属第一营养级,植食动物属第二营养级,第三营养级包括所有以植食动物为食的肉食动物,一般一个生态系统的营养级数目为3~5个。生态金字塔(ecological pyramids)是指各个营养级之间的数量关系,这种数量关系可采用生物量单位、能量单位和个体数量单位,分别构成生物量金字塔、能量金字塔和数量金字塔。生态系统 物质循环
生态系统 物质循环生态系统的物质循环(circulation of materials)又称为生物地球化学循环(biogeochemical cycle),是指地球上各种化学元素,从周围的环境到生物体,再从生物体回到周围环境的周期性循环。能量流动和物质循环是生态系统的两个基本过程,它们使生态系统各个营养级之间和各种组成成分之间组织为一个完整的功能单位。但是能量流动和物质循环的性质不同,能量流经生态系统最终以热的形式消散,能量流动是单方向的,因此生态系统必须不断地从外界获得能量;而物质的流动是循环式的,各种物质都能以可被植物利用的形式重返环境。同时两者又是密切相关不可分割的。
生物地球化学循环可以用库和流通率两个概念加以描述。库(pools)是由存在于生态系统某些生物或非生物成分中一定数量的某种化学物质所构成的。这些库借助于有关物质在库与库之间的转移而彼此相互联系,物质在生态系统单位面积(或体积)和单位时间的移动量就称为流通率(flux rates)。一个库的流通率(单位/天)和该库中的营养物质总量之比即周转率(turnover rates),周转率的倒数为周转时间(turnover times)。生物地球化学循环可分为三大类型,即水循环(water cycles)、气体型循环(gaseous cycles)和沉积型循环(sedimentary cycles)。水循环的主要路线是从地球表面通过蒸发进入大气圈,同时又不断从大气圈通过降水而回到地球表面,H和O主要通过水循环参与生物地化循环。在气体型循环中,物质的主要储存库是大气和海洋,其循环与大气和海洋密切相关,具有明显的全球性,循环性能最为完善。属于气体型循环的物质有O2、CO2、N、Cl、Br、F等。参与沉积型循环的物质,主要是通过岩石风化和沉积物的分解转变为可被生态系统利用的物质,它们的主要储存库是土壤、沉积物和岩石,循环的全球性不如气体型循环明显,循环性能一般也很不完善。属于沉积性循环的物质有P、K、Na、Ca、Ng、Fe、Mn、I、Cu、Si、Zn、Mo等,其中P是较典型的沉积型循环元素。气体型循环和沉积型循环都受到能流的驱动,并都依赖于水循环。生物地化循环是一种开放的循环,其时间跨度较大。对生态系统来说,还有一种在系统内部土壤、空气和生物之间进行的元素的周期性循环,称生物循环(biocycles)。养分元素的生物循环又称为养分循环(nutrient cycling),它一般包括以下几个过程:吸收(absorption),即养分从土壤转移至植被;存留(retention),指养分在动植物群落中的滞留;归还(return),即养分从动植物群落回归至地表的过程,主要以死残落物、降水淋溶、根系分泌物等形式完成;释放(release),指养分通过分解过程释放出来,同时在地表有一积累(accumulation)过程;储存(reserve),即养分在土壤中的贮存,土壤是养分库,除N外的养分元素均来自土壤。其中,吸收量=存留量+归还量。生态系统 森林生态系统
森林生态系统森林生态系统分布在湿润或较湿润的地区,其主要特点是动物种类繁多,群落的结构复杂,种群的密度和群落的结构能够长期处于较稳定的状态。
森林中的植物以乔木为主,也有少量灌木和草本植物。森林中还有种类繁多的动物。森林中的动物由于在树上容易找到丰富的食物和栖息场所,因而营树栖和攀援生活的种类特别多,如犀鸟、避役、树蛙、松鼠、貂、蜂猴、眼睛猴和长臂猿等。森林不仅能够为人内提供大量的木材和多种林副业产品,而且在维持生物圈的稳定、改善生态环境等方面起着重量的作用。例如,森林植物通过光合作用,每天都消耗大量的二氧化碳,释放出大量的氧,这对于维持大气中二氧化碳和氧含量的平衡就有重要意义。又如,在降雨时,乔木层、灌木层和草本植物层都能够截留一部分雨水,大大减缓雨水对地面的冲刷,最大限度地减少地表径流。枯枝落叶层就像一层厚厚的海绵,能够大量地吸收和贮存雨水。因此,森林在涵养水源、保持水土方而起着重要作用,有“绿色水库”之称。生态系统 草原生态系统
草原生态系统草原生态系统分布在干旱半干旱地区,这里年降雨量很少,但面积巨大,各大洲都有分布。与森林生态系统相比,草原生态系统的动植物种类要少得多,群落的结构也不如前者复杂。在不同的季节或年份,降雨量很不均匀,因此,种群密度和群落的结构也常常发生剧烈变化。
全球大草原:蒙古草原(Steppe) 北美洲草原(Prairie),南美洲草原(Pampas),非洲草原(Veld),澳洲草原(Grassland),热带稀树草原(Savanna),各大草原地理、气候、生物种群不一样。草原是全球生态系统重要组成部分,草原碳汇占全球总量的34%,仅次于森林(39%)对全球气候变化至关重要。 草原曾经是是畜牧业的重要生产基地,但随着人类的开垦和开发,大面积的草原变成了沙漠、耕地和集约化牧场,草原生态系统已经受到严重干扰,草原动物、植物种群正在退化甚至消亡,如美洲野牛、中国内蒙古的黄羊等,草原面积也在不断减少,出现了人造沙漠和频繁的沙尘暴现象。因此,必须加强对草原生态系统的保护。生态系统 海洋生态系统
海洋生态系统海洋占地球表面积的71%。整个地球上的海洋是连成一体的,可以看作是一个巨大的生态系统。海洋中的生物种类与陆地上的大不相同。海洋中的植物绝大部分是微小的浮游植物。海洋中的动物种类很多,从单细胞的原生动物到动物中个体最大的蓝鲸,大都能够在水中游动。海洋中的某些洄游鱼类,在一生中的一定时期是在淡水中生活的,如鲑鱼、大马哈鱼等。
海洋中的浮游植物个体很小,但是数量极多,它们是植食性动物的主要饵料。在浅海区还有很多大型藻类,如海带、裙带菜等。在水深不超过200m的水层,光线较为充足,有大量的浮游植物,海洋动物的许多种类主要集中在这样的水层,其中有大量的浮游动物、虾、鱼等。在水深超过200m的深层海域,植物难以生存,但是还有不少动物栖息,这些动物一般靠吃上层水域掉落小来的生物遗体、残屑生活。海洋在调节全球气候方面起着重要的作用,同时,海洋中还蕴藏着丰富的资源。人们预计,在21世纪,海洋将成为人类获取蛋白质、工业原料和能源的重要场所。生态系统 湿地生态系统
湿地生态系统人们通常将沼泽和沿海滩涂称为湿地。按照《关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约》的定义,沼泽地、泥炭地、河流、湖泊、红树林、沿海滩涂等,甚至包括在低潮时水深不超过6m的浅海水域,都属于湿地。
中国的湿地种类众多。海涂蜿蜒,江河纵横。湖泊星罗棋布,沼泽散缀南北。此外,还有大量的人工湿地,如水库、池塘和稻田等。这众多的湿地不仅具有明显的经济效益,而且具有巨大的生态效益和社会效益。湿地常常作为生活用水和工农业用水的水源,被人们直接利用。湿地还能够补充地下水。在多雨或河流涨水的季节,湿地就成为巨大的蓄水库,起到调节流量和控制洪水的作用。例如,中国三江平原有许多沼泽,沼泽和沼泽化土壤的草根层和泥炭层疏松多孔,蓄水和透水能力都很强,能够拦蓄大量的洪水。在干旱的季节,湿地中储存的水又可以补充地表径流和地下水,从而缓解旱情。湿地中有着十分丰富的动物资源。例如,沼泽地生长的芦苇是造纸工业的重要原料,具有很高的经济价值。沼泽适于许多水畜栖息。中国三江平原沼泽区是亚洲东北部的水畜繁殖中心和亚洲北部水畜南迁的必经之地,在那里生活着丹顶鹤、天鹅等珍稀动物。河流两岸和湖滨的沼泽是鱼类繁殖和肥育的场所。生态系统 人工生态系统
人工生态系统有一些十分鲜明的特点:动植物种类稀少,人的作用十分明显,对自然生态系统存在依赖和干扰。人工生态系统也可以看成是自然生态系统与人类社会的经济系统复合而成的复杂生态系统。 比利时Hamois农区的夏季景观农田(farmland) 分布:农垦地区 生物:农作物为主,昆虫,鸟类,杂草,被废弃后,农田生态系统将发生次生演替,成为自然生态系统。 城市(city) 分布:世界各地 特点:除人工生态系统的共同特点外,城市生态系统以化石燃料为直接的能量来源,开放度高。生态系统 农田生态系统
农田生态系统是人工建立的生态系统,其主要特点是人的作用非常关键,人们种植的各种农作物是这一生态系统的主要成员。农田中的动物种类较少,群落的机构单一。人们必须不断地从事播种、施肥、灌溉、除草和治虫活动,才能够使农田生态系统朝着对人有益的方向发展。因此,可以说农田生态系统是在一定程度上受人工控制的生态系统。一旦人的作用消失,农田生态系统就会很快退化,占据优势的作物就会被杂草和其他植物所取代。[1]自然的组成元素 展开收起
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