2023版高考生物一轮总复习第9单元生物与环境高频考点进阶课5.生态系统的结构与功能教师用书

高频考点进阶课 5.生态系统的结构与功能

　　　　生态系统结构分析

(2020·山东卷)与常规农业相比，有机农业、无公害农业通过禁止或减少化肥、农药的使用，加大有机肥的应用，对土壤生物产生了积极的影响。某土壤中部分生物类群及食物关系如图所示，三种农业模式土壤生物情况如表所示。

(1)土壤中的线虫类群丰富，是土壤食物网的关键组分。若捕食性线虫为该土壤中的最高营养级，与食细菌线虫相比，捕食性线虫同化能量的去向不包括________________。某同学根据生态系统的概念认为土壤是一个生态系统，其判断依据是___________________

__________________________________________________________________。

(2)取样深度不同，土壤中生物种类不同，这体现了群落的__________结构。由表中数据可知，土壤生态系统稳定性最高的农业模式为__________，依据是__________________。

(3)经测定该土壤中捕食性线虫体内的镉含量远远大于其他生物类群，从土壤生物食物关系的角度分析，捕食性线虫体内镉含量高的原因是________________________。

(4)植食性线虫主要危害植物根系，研究表明，长期施用有机肥后土壤中植食性线虫的数量减少，依据图中信息分析，主要原因是__________________________________________________________________

__________________________________________________________________。

解析：(1)一个营养级的生物所同化着的能量一般用于4个方面：一是呼吸消耗；二是分解者分解；三是流入下一营养级；四是未利用的能量。根据题图可知，捕食性线虫处于最高营养级，因此与食细菌线虫相比同化能量的去向不包括流入下一营养级。根据生态系统的概念分析可知，土壤是由各类土壤生物组成的生物群落与土壤非生物环境相互作用构成的统一整体，因此属于生态系统。(2)群落的空间结构包括垂直结构和水平结构，垂直结构的特点是分层现象，水平结构的特点是镶嵌分布，因此土壤深度不同，土壤动物的不同体现了明显的分层现象，属于群落的垂直结构。生态系统稳定性与自我调节能力有关，一般来说，生态系统中的组分越多，食物网越复杂，其自我调节能力就越强，稳定性就越高，因此分析表中数据可知，有机农业土壤中生物组分多，食物网复杂程度高，是土壤生态系统稳定性最高的农业模式。(3)生物富集作用指通过生态系统中食物链或食物网的各营养级的传递，某些污染物，如放射性化学物质和合成农药等，在生物体内逐步浓集增大的趋势。而且随着营养级的不断提高，有害污染物的浓集程度也越高，因此土壤中的污染物镉随着食物链延长逐渐积累，出现富集现象，在最高营养级生物捕食性线虫体内含量最高。(4)根据图中信息可知，长期施用有机肥后，土壤中腐生细菌数量增加，导致食细菌线虫数量增加，在食物网中引起捕食性线虫数量的增加，这使得植食性线虫由于被大量捕食而数量减少，且减少量多于因植物根系增长而增加的数量。

答案：(1)流入下一个营养级　土壤是由各类土壤生物组成的生物群落和非生物环境相互作用而形成的统一整体　(2)垂直　有机农业　生物组分多，食物网复杂程度高　(3)镉随着食物链的延长逐渐积累　(4)长期施用有机肥后腐生细菌增加使食细菌线虫增加，引起捕食性线虫增加，植食性线虫因被大量捕食而减少，减少量多于其因植物根系增长而增加的量

1．辨析生态系统组成成分的三类“不一定”和两类“一定”

(1)生产者不一定是植物(如蓝细菌、硝化细菌)，植物不一定是生产者(如菟丝子营寄生生活，属于消费者)。

(2)消费者不一定是动物(如营寄生生活的微生物等)，动物不一定是消费者(如秃鹫、蚯蚓、蜣螂等以动植物遗体或排泄物为食的腐生动物属于分解者)。

(3)分解者不一定是微生物(如蚯蚓等动物)，微生物不一定是分解者(如硝化细菌、蓝细菌属于生产者，寄生细菌属于消费者)。

(4)生产者一定是自养型生物，自养型生物一定是生产者。

(5)营腐生生活的生物一定是分解者，分解者一定是营腐生生活的生物。

2．食物链(网)中生物数量变动的分析方法

(1)若处于食物链中第一营养级的生物(生产者)数量减少，整个食物链中的其他生物数量都会减少，简单记为：“一级生物若减少，其他生物跟着跑。”

(2)“天敌”一方减少，短时间内被捕食者数量会增加，但从长时间来看，其数量会先增加后减少，最后趋于稳定，简单记为：“如果天敌患了病，先增后减再稳定。”

(3)若处于中间营养级的生物数量减少，则这种生物数量的变化视具体食物链而定：“中间生物被捕杀，不同情况要分家。”大体遵循如下思路：

①生产者数量相对稳定原则，即消费者某一种群数量发生变化时，一般不考虑生产者数量的增加或减少。

②最高营养级的生物种群数量相对稳定原则，即当处于最高营养级的生物种群的食物有多种来源时，若其中一条食物链中某种生物减少，该种群的数量不会发生较大变化。

③在食物网中，当某种生物因某种原因而数量减少时，对另一种生物数量的影响，沿不同的食物链分析结果不同时，应以中间环节少的为依据。

1．科学家在深海中的火山口周围发现了热泉。经过对热泉生态系统的研究，科学家认为热泉口的环境与地球上早期生命所处的环境相似。热泉喷出的海水中富含硫化氢和硫酸盐，硫细菌通过氧化硫化物和还原CO2来制造有机物。管蠕虫吞入硫细菌形成细菌囊，并不断将从海水中吸收的硫化氢等物质输送给囊中硫细菌，同时也从硫细菌获取能量。下列说法错误的是(　　)

A．硫细菌是自养生物，硫细菌与管蠕虫的种间关系为寄生

B．研究深海热泉生态系统，有助于了解生命的起源

C．该生态系统的能量源头主要是硫化物氧化释放的化学能

D．硫细菌与硝化细菌同化作用类型相同，都属于生产者

A　解析：硫细菌通过氧化硫化物和还原CO2来制造有机物，故同化作用类型是自养型；而“管蠕虫吞入硫细菌形成细菌囊，并不断将从海水中吸收的硫化氢等物质输送给囊中硫细菌，同时也从硫细菌获取能量”，说明硫细菌与管蠕虫的种间关系为互利共生，A错误。研究深海热泉生态系统，有助于了解生命的起源，B正确。深海中几乎无光，该生态系统的能量源头主要是硫化物氧化释放的化学能，C正确。硫细菌与硝化细菌都是自养生物，都属于生产者，D正确。

2．(2021·山东省实验中学质检)在美国西海岸的一个基岩质海岸的潮间带栖息着藤壶、贻贝、帽贝和石鳖等几种动物，这些动物被海星所捕食。科学家将海星从实验小区中移除一段时间后，调查该小区中被捕食物种的数量由15种迅速下降到8种，同时发现藤壶和贻贝种群数量明显增加。下列相关叙述错误的是(　　)

A．小区中藤壶、贻贝、帽贝和石鳖等动物构成一个生物群落

B．海星可以位于第三营养级

C．海星移除后，该小区物种数量下降的原因是被捕食者之间竞争加剧

D．实验结果说明捕食者的存在有利于维持生态系统物种多样性

A　解析：生物群落是指相同时间聚集在一定地域中各种生物种群的集合，包括动物、植物和微生物，A错误；海星以藤壶、贻贝、帽贝和石鳖等几种动物为食，可以是第三营养级，B正确；海星移除后，“该小区中被捕食物种的数量由15种迅速下降到8种，同时发现藤壶和贻贝种群数量明显增加”，说明被捕食者之间竞争加剧，而藤壶和贻贝在竞争中获胜，还说明捕食者的存在有利于维持生态系统物种多样性，C、D正确。

3．下图表示一个海滩湿地生态系统中部分生物的食物关系，下列叙述错误的是(　　)

A．细菌既可作为分解者，又可作为消费者的食物

B．第三营养级的生物有食草虫、线虫、海螺

C．若大米草死亡，将导致藻类数量增加，沼蟹数量增加

D．若喷洒只杀灭食草虫的杀虫剂，则蜘蛛数量将减少

B　解析：细菌既可作为分解者，又可作为消费者的食物；食物链的起点是生产者，海螺、线虫和食草虫均能以生产者为食，故三者应为第二营养级；大米草与藻类之间存在种间竞争关系，大米草死亡会导致藻类数量增加，藻类数量增加会导致线虫数量增加，进而导致以线虫为食的沼蟹数量增加；杀虫剂杀死食草虫，会导致蜘蛛的食物减少，进而导致蜘蛛数量减少。

4．图1是一个草原生态系统的物质循环示意图，其中甲、乙、丙为生态系统中的三种组成成分，a～d代表4种动物；图2是该生态系统中鼠摄食后能量的流向示意图，A、B、C代表能量。请回答下列相关问题：

(1)草原群落中的碳元素进入非生物环境的途径主要是________(填生理过程)，碳在生物群落与非生物环境之间循环的主要形式是________。

(2)请写出图1中存在的食物链(网)：____________________。

(3)图2中B的含义为______________________________；若A中能量为m，B中能量为n，鼠的天敌同化的能量为p，则该生态系统中从鼠到其天敌的能量传递效率为______________。

(4)每年的旱季来临时，草原的部分食草动物会迁徙到水草丰富的地带，这一过程体现了生态系统的________功能。

解析：(1)草原群落中的碳元素进入非生物环境的途径主要是各种生物的呼吸作用；碳在生物群落与非生物环境之间循环的主要形式是二氧化碳，在生物群落内传递的主要形式是含碳有机物。(2)分析题图1，由于生产者既可以进行光合作用，又可以进行呼吸作用，因此其与大气之间的物质交换是双向的，由此可确定图中甲为生产者，乙为消费者，丙为分解者；食物链中只包括生产者和消费者，由于营养级之间的能量传递效率为10%～20%，因此a属于第二营养级，b、c属于第三营养级，d属于第四营养级。故该生态系统中的食物网为 。(3)题图2是该生态系统中鼠摄食后能量的流向示意图，其中A表示鼠同化的总能量，B表示鼠用于生长、发育和繁殖的能量，C表示被分解者利用的能量。根据题意知，A中能量为m，鼠的天敌同化的能量为p，则该生态系统中从鼠到其天敌的能量传递效率为p/m×100%。(4)每年的旱季来临时，草原的部分食草动物会迁徙到水草丰富的地带，体现了生态系统的信息传递功能。

答案：(1)呼吸作用　二氧化碳　(2)　(3)鼠用于生长、发育和繁殖的能量　p/m×100%　(4)信息传递

　　　　生态系统功能分析

(2020·全国卷Ⅲ)假设某种蓝藻(蓝细菌)(A)是某湖泊中唯一的生产者，其密度极大，使湖水能见度降低。某种动物(B)是该湖泊中唯一的消费者。回答下列问题：

(1)该湖泊水体中A种群密度极大的可能原因是___________(答出2点即可)。

(2)画出该湖泊生态系统能量流动的示意图。

(3)假设该湖泊中引入一种仅以A为食的动物(C)后，C种群能够迅速壮大，则C和B的种间关系是________。

解析：(1)A是蓝藻(蓝细菌)，是该湖泊唯一的生产者，所以其种群密度极大的原因可能有该水域污染，水体富营养化，造成蓝藻(蓝细菌)爆发和缺少其他生产者竞争。(2)该生态系统存在唯一一条食物链A→B，所以能量流动关系如答案所示。(3)C和B都以A为食，所以二者是种间竞争关系。

答案：(1)水体富营养化，没有其他生产者的竞争　(2)如下图所示

(3)种间竞争

1．能量流经不同营养级示意图

(1)植物光合作用与同化量之间的关系：真光合作用量＝同化量，净光合作用量＝用于生长、发育和繁殖的能量(因为真光合作用量＝净光合作用量＋呼吸消耗量；同化量＝呼吸消耗量＋用于生长、发育和繁殖的能量)。

(2)动物摄入量与同化量之间的关系：摄入量＝动物的同化量＋粪便量，即摄入的食物只有一部分被同化。

(3)流入一个营养级的能量是指这个营养级的同化量。

(4)某营养级同化量的“2个”“3个”“4个”去路①“2个”去路：同化量＝呼吸消耗量＋用于生长、发育和繁殖的能量。

②“3个”去路(定量不定时，在足够长的时间内能量的最终去路)：同化量＝呼吸消耗量＋流向分解者的能量＋下一营养级的同化量。

③“4个”去路(定量定时，即流入某营养级的一定量的能量在一定时间内的去路)：同化量＝呼吸消耗量＋流向分解者的能量＋下一营养级的同化量＋未利用的能量。

注：最高营养级的生物没有下一营养级的同化量。

(5)未利用的能量：包括生物每年的积累量和动植物残体以化石燃料的形式被储存起来的能量。

2．能量传递效率的计算公式

3．能量传递效率的相关“最值”计算

若题干中未做具体说明，则一般认为能量传递的最低效率为10%，最高效率为20%。

(1)在食物链A→B→C→D中，则有

注：①食物链越短，最高营养级获得的能量越多；

②生物间的取食关系越简单，生态系统的能量流动过程中损耗的能量越少。

(2)在食物网中则有

1．下图是一个生态系统的能量流动简图，甲、乙、丙、丁构成生态系统的生物群落。下列有关说法正确的是(　　)

A．流入该生态系统的总能量为8.5×108J/(m2·a)

B．能量在第二营养级和第三营养级之间的传递效率为20%

C．图示表明生态系统能量逐级递减的原因之一是每营养级中有部分能量流入丁

D．图示仅展现了能量沿食物链(网)传递这一路径

C　解析：题图中甲、乙、丙、丁构成生态系统的生物群落，则甲为生产者，乙、丙为消费者，丁为分解者。流入该生态系统的总能量是甲(生产者)固定的太阳能，即7.5×106J/(m2·a)，A错误；能量在第二营养级(乙)和第三营养级(丙)之间的传递效率是(2.7×105)/(1.5×106)×100%＝18%，B错误；题图表明各营养级都有一部分能量流向丁(分解者)，这是能量逐级递减的原因之一，C正确；题图不仅展示了能量沿食物链(网)传递(即甲→乙→丙)，也展示了能量以遗体残骸等形式流向分解者(丁)，D错误。

2．下图为生态系统中能量流动图解部分示意图(字母表示能量的多少)，下列叙述不正确的是(　　)

A．图中f代表初级消费者通过呼吸作用消耗的能量

B．在“草→兔→狼”这一条食物链中，狼粪便中的能量属于d

C．若有未被利用的能量，则在g和i中有一处表示未被利用的能量

D．初级消费者与次级消费者之间的能量传递效率为e/b×100%

D　解析：分析题图可知，c表示初级消费者同化的能量，f表示初级消费者呼吸作用消耗的能量，A正确；在“草→兔→狼”这一食物链中，狼粪便中的能量未被狼(次级消费者)同化，仍属于其上一个营养级(初级消费者)的能量，即属于d，B正确；g和i中有一处表示未被利用的能量，另一处表示流向分解者的能量，C正确；初级消费者与次级消费者之间的能量传递效率＝(次级消费者同化量/初级消费者同化量)×100%，而图中b表示初级消费者的摄入量，c表示初级消费者的同化量，e表示次级消费者的摄入量，但不清楚次级消费者的同化量，所以无法计算能量传递效率，D错误。

3．下图为某人工鱼塘生态系统的能量流动过程中部分环节涉及的能量[单位为×103kJ/(m2·a)]，其中有机物输入是指人工饲喂过程中各营养级同化的能量，请回答有关问题：

(1)图中①代表的生理过程是________，图中②代表的物质中的能量主要以__________________的形式储存。

(2)该生态系统生产者固定的总能量为________kJ/(m2·a)，能量从第二营养级到第三营养级的传递效率约为______。

(3)若该鱼塘对某类鱼的容纳量为8 000尾，则捕捞后这种鱼的数量为________尾时可获得最大持续捕捞量。

解析：(1)由题图可以看出，各营养级生物和分解者都有①过程，并且此过程的能量流出该生态系统，所以①过程应是呼吸作用，图中的②是人从鱼塘得到的各种产品，其能量主要以有机物中化学能的形式储存。(2)因为图中生产者流向初级消费者、初级消费者流向次级消费者的能量均没有给出，所以应先分析并计算次级消费者的总能量：2.1＋5.1＋0.05＋0.25＝7.5×103[kJ/(m2·a)]，但是这些能量中有5×103kJ/(m2·a)是人工输入的，所以肉食性动物从植食性动物中获得的能量是7.5－5＝2.5×103[kJ/(m2·a)]，则植食性动物的总能量为4＋9＋0.5＋2.5＝16×103[kJ/(m2·a)]，同理这些能量中有2×103kJ/(m2·a)是人工输入的，所以植食性动物从生产者中获得的能量是16－2＝14×103[kJ/(m2·a)]，最后可以算出生产者固定的能量为14＋23＋70＋3＝110×103[kJ/(m2·a)]。第二营养级是植食性动物，第三营养级是肉食性动物，所以从第二营养级到第三营养级的能量传递效率是2.5÷16×100%≈15.6%。(3)若该鱼塘对某类鱼的容纳量K＝8 000尾，则捕捞后这种鱼的数量为K/2＝4 000尾时可获得最大持续捕捞量。

答案：(1)呼吸作用　有机物中化学能　(2)110×103　15.6%　(3)4 000

【易错警示】生态系统的能量流动中的3个误区

误区一：生产者固定的能量只能是光能。由于生产者固定能量的方式有光合作用和化能合成作用，光合作用利用的能量是光能，但化能合成作用利用的是化学能，所以生产者固定的能量是光能或化学能。

误区二：生物数量金字塔与能量金字塔完全一致。能量金字塔体现的是营养级与营养级所含总能量的关系，而生物数量金字塔体现的是营养级与个体数量的关系，所以生物数量金字塔有时会出现倒置的现象。

误区三：能量传递效率＝能量利用率。能量传递效率体现的是能量流动过程中所遵循的客观规律，不能随意改变；但能量利用率可以人为改变，例如充分利用作物秸秆就可以提高能量利用率。