1、第二节第二节 生态系统的功能生态系统的功能 情景导入 课标导航 课程标准 1.理解能量流动的过程和特点。 2.掌握能量金字塔和数量金字塔的区别。 3.理解物质循环过程的特点。 4.概述生态系统中的信息传递类型。 5.活动建议：调查或探讨一个农业生态系统中的能量流动。 关键术语 能量流动 物质循环 信息传递 能量金字塔 能量流动 基础梳理 1源头 太阳能。总能量：生产者固定的太阳能总量。 2过程 以食物的形式沿食物链的各个营养级依次传递。 3特点 (1)单向流动 概念：只能由第一营养级依次流向各个营养级，而不能逆向传递。 原因：输入到生态系统的总能量最终转化为热能、机械能等而散失。 (2)逐级递
2、减 原因：各营养级生物通过呼吸作用消耗的能量，未被下一营养级利用。 表现：各营养级间的能量转化效率平均为 10%20%。 4具体体现：能量金字塔 (1)形成：单位时间内各营养级的能量数值由低到高绘制而成。 (2)表明：一个生态系统营养级越多，能量流动过程中消耗的能量就越多。 思维激活 1能量金字塔能否倒置？为什么？ 提示 回答该题目时， 应从能量流动的特点入手， 能量流动具有单向流动、 逐级递减的特点， 即从第一营养级到第二营养级直至最高营养级的总能量逐级递减， 因此能量金字塔不能倒置。 思维激活 2俗话说：“一山不容二虎。”试从能量流动角度解释其原因。 提示 回答该问题时，应从以下两方面来考
3、虑： 虎在生态系统中所处的营养级别是最高的； 生态系统中能量是单向流动、逐级递减的。 思维激活 3 提示 数量金字塔在前一营养级的生物个体很大，而后一营养级的生物个体很小时，会出现 倒置现象，如树林中，树、昆虫和食虫鸟的个体数量比例关系如下图所示。 合作探究 1能量流动的过程 生态系统中的能量流动过程大致可以概括为下图： (1)能量来源：光能。 (2)能量流动的渠道：食物链和食物网。 (3)能量总量：生产者固定的太阳能总量。 (4)能量流动的形式：以有机物的形式流动和转换，通过食物关系进行。 (5)各营养级能量的传递过程 来源：生产者能量来源于太阳光能，消费者的能量来源于上一个营养级 能量总量
4、：同化(固定)的能量 能量流经第二营养级的过程 能量去路 a该营养级生物呼吸作用消耗。 b流入到下一个营养级的生物中(最高营养级生物除外)。 c以动植物遗体、残枝落叶等形式被分解者分解利用。 (6)能量的散失 形式：热能，热能是能量流动的最终归宿。 散失过程 特别提醒消费者产生的粪便不属于被该营养级同化的能量，它实际上与上一营养级的遗体、 残骸一样，属于未被利用的一部分。即动物同化量摄入量粪便量。 2能量流动的特点及原因 1单向, 流动 食物链中，相邻营养级生物的吃与被吃关系 不可逆转，能量不能倒流，这是长期自然选择 的结果 各营养级的能量总有一部分以细胞呼吸产生 热能的形式散失掉，这些能量是
5、无法再利用的 (2)逐级递减 每个营养级的生物总有一部分能量不能被 下一营养级利用 各个营养级的生物都会因细胞呼吸消耗相 当大的一部分能量 各营养级中的能量都要有一部分流入分解者 3能量转化效率 能量转化效率下一营养级的同化量 该营养级的同化量 100% 一般来说，能量转化的平均效率大约为 10%20%。 巩固 1在由草、兔、狐组成的一条食物链中，兔经同化作用所获得的能量，其去向不应该包 括( )。 A通过兔子呼吸作用释放的能量 B通过兔子的粪便流入分解者体内 C通过狐的粪便流入分解者体内 D流入狐体内 解析 同化量摄入量一粪便量，可见兔子的粪便中流入分解者体内的能量不属于兔子的同 化量，而是
6、生产者同化量的一部分，而狐粪便中的有机物所含有的能量则是其捕食的兔子同 化量的一部分。 答案 B 物质循环 基础梳理 1物质循环 含义 物质：组成生物体的C、H、O、N、P、S等 化学元素 循环途径：非生物环境生物群落 范围：生物圈 特点 具有循环性 具有全球性，因此又叫生物地球化学循环 关键环节：微生物的分解作用 2碳循环和氮循环的比较 比较项目 碳循环 氮循环 存在形式 CO2和碳酸盐 N2、NH 4、NO 3、NO 2 循环形式 CO2 进入生物群落的 生理过程 光合作用、化能合成作用 生物固氮、硝化作用 返回非生物环境 的方式 动植物呼吸作用、微生物的分 解、化石燃料的燃烧、森林火灾
7、动植物遗体分解、反硝化细 菌的反硝化作用 3.物质循环与能量流动的关系 二者彼此相互依存，不可分割。物质是能量流动的载体，能量是物质循环的动力。 思维激活 3既然物质是循环的，为什么人们还不断地向农田中施加氮肥呢？ 提示 所谓的物质循环，是指在生物圈内物质是循环的。农田中不断有粮食产出，基本元素 不断地被输出，所以要不断施加氮肥。 合作探究 1概念理解 非生物环境 组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素 生物群落 2循环特点 (1)全球性；(2)反复利用，循环流动。 3生态系统中的碳循环 (1)无机环境中的碳元素：二氧化碳、碳酸盐等。 (2)生物群落中的碳：主要以有机物形式存在。 (3)碳循
8、环的过程 碳循环的形式：二氧化碳。 进入生物群落的方式：以 CO2形式进入，是通过自养型生物完成的，主要是绿色植物的光 合作用。 碳元素在生物群落中的传递主要通过食物链和食物网这个途径，传递形式为有机物。 返回无机环境的方式：生物群落的有机碳通过生物的呼吸作用被分解成 CO2返回给无机环 境，此外，化石燃料中的碳可通过燃烧返还给无机环境。 (4)温室效应 成因 a工厂、汽车、飞机、轮船等对化石燃料的大量使用，向大气中释放大量的 CO2。 b森林、草原等植被大面积破坏，大大降低了对大气中 CO2平衡的调节能力。 危害 加快极地冰川融化，导致海平面上升，对陆地生态系统和人类的生存构成威胁。 缓解措
9、施 a开发清洁能源，减少化石燃料燃烧。 b植树造林，增加绿地面积。 4物质循环和能量流动的区别和联系 (1)区别 项目 能量流动 物质循环 形式 光能化学能热能(一般形式) 以化学元素形式流动 过程 沿食物链(网)单向流动 在非生物环境和生物群落间往复循环 范围 生态系统各营养级 生物圈 特点 单向流动，逐级递减 反复利用，循环流动 (2)联系 能量的固定、储存、转移、释放离不开物质的合成和分解。 物质是能量沿食物链(网)流动的载体。 能量是物质在生态系统中往复循环的动力。 图示如下： 巩固 2下列关于碳循环的叙述中，正确的是( )。 全过程在生物群落中进行 碳元素只能通过光合作用进入生物群落
10、 生物群落的碳元素通过呼吸作用回归非生物环境 其循环过程中伴随着能量的转换 A B C D 解析 碳循环过程发生在生物群落与非生物环境之间，碳元素可通过光合作用和化能合成作 用等进入生物群落，生物群落中的碳元素可通过呼吸作用产生 CO2释放到非生物环境中。物 质循环中伴随着能量流动。 答案 B 生态系统中的信息传递 基础梳理 1种类及实例 概念 举例 物理 信息 以物理过程为传递形式的信息 鸟的鸣叫声、萤火虫的闪 光和花朵鲜艳的色彩等 化学以生命过程中产生的化学物质为传酶、维生素、生长素、抗 信息 递形式的信息 生素、性引诱剂、粪便等 行为 信息 通过动物间的不同行为传递的信息 蜜蜂跳舞、孔雀
11、开屏等 营养 信息 通过食物链、食物网等营养关系传 递的信息 松鼠数量的消长与云杉种 子的产量有关 2.作用 (1)作为生态系统的基本功能之一，与能量流动、物质循环一起将生态系统的各个组成成分联 系在一起。 (2)有利于沟通生物群落与非生物环境之间、生物与生物之间的关系。 (3)调节生态系统的稳定性。 思维激活 4请分析以下实例中信息的种类： 鸟类的鸣叫 植物的花 猎豹的尿 狼的嚎叫 提示 物理信息；物理信息；化学信息；物理信息。 合作探究 信息传递的意义 信息传递存在于生态系统的各种成分之间，把生态系统的各个组成部分联系成一个整体，而 且具有调节生态系统稳定性的作用。 (2)方向：信息传递往
12、往是双向的。 (3)来源：可来自于环境，也可来自于生物。 (4)形式：分为物理信息、化学信息、行为信息、营养信息。 (5)作用：信息传递可以调节生物的种间关系。 方法规律判断生态系统中的信息传递种类的方法 (1)从信息传递的途径判断。例如，涉及声音、颜色、温度等物理因素，可判断为物理信息； 涉及的信息载体为化学物质，可判断为化学信息；涉及特殊行为，可判断为行为信息。 (2)从文字表述的着重点判断。 例如： 孔雀开屏如果是通过行为传递给对方， 则属于行为信息； 如果通过羽毛的颜色等传递给对方，则属于物理信息。 巩固 3萤火虫通过闪光来识别同伴；草原上的鸟在发现天敌后，雄鸟急速起飞，扇动翅膀为 雌
13、鸟发出信号；某种植物根系能分泌一种使休眠的真菌孢子发芽的化合物，如将这类物质在 作物播种前施入土中，就可以使休眠孢子提前发芽，使其找不到寄主而死亡。以上三个实例 分别体现了哪一类信息的作用( )。 A物理信息；化学信息；行为信息 B物理信息；行为信息；化学信息 C行为信息；物理信息；化学信息 D化学信息；行为信息；物理信息 解析 生态系统中信息的分类是以传递信息的载体为依据的。物理信息是通过物理因素、物 理过程来传递的，如光、声、温度、磁力等；传递化学信息的是一些化学物质，如性外激素 等；行为信息是通过动物的特殊行为、动作等“肢体语言”来传递和表达的。 答案 B 生态系统结构和功能的综合考查
14、【例 1】下列有关对生态系统概念的理解，错误的是( )。 A生产者和分解者是必不可少的生物成分 B一种蜣螂专门以大象粪为食，则该种蜣螂最多能获取大象所同化能量的 20% C生产者通过光合作用合成有机物，能量就从非生物环境流入生物群落 D生物需要的元素被植物利用后，进入生物群落，最后又回到非生物环境中 思维导图 解析 蜣螂专门以大象粪为食， 蜣螂属于分解者， 它所获得的能量并非是大象所同化的能量， 能量在两个营养级之间的转化效率平均为 10%20%，分解者不参与营养级。 答案 B 反思总结生态系统各成分的判断(见右图) 先根据双向箭头 A D 确定两者肯定是非生物环境、 生产者， 再根据箭头 指
15、向：A 有三个指出，应为生产者；D 有三个指入，为非生物环境；B 和 C，一个为消费者， 另一个为分解者，A(生产者)和 B 均指向 C，则 C 为分解者。 摄入量不等于同化量，即摄入量同化量粪便量。 粪便应属上一营养级的同化量，最终被分解者利用。 据能量流动逐级递减的特点，在建立与人类相关的食物链时，应尽量缩短食物链。 生态系统能量流动的综合理解 【例 2】下图是某湖泊生态系统能量流动的定量分析图解。图中 A、B、C 代表三个营养级， 数字均为实际测得的能量数，单位为 106kJ。已知该生态系统受到的太阳辐射为 1188872106kJ，但其中 1188761106kJ 的能量未被利用。请回
16、答下面的问题。 (1)请将流经该生态系统的总能量数填写在图中的方框内，这部分能量是_所固定的太 阳能。 (2)能量从第一营养级到第二营养级的转化效率为_%，从第二营养级到第三营养级的 转化效率为_%。 (3)次级消费者通过异化作用消耗的能量占其同化作用所得到能量的百分比是_。 (4)由图可知，下个营养级不能得到上个营养级的全部能量，原因有： 各营养级生物体内的大量能量被_； 其次是上个营养级的部分能量_； 还有少数能量被_利用。 解析 (1)生产者所固定的能量为 1188872kJ1188761106kJ111kJ。 (2)能量转化效率下一营养级同化量 上一营养级同化量100%。第一、二营养级
17、间的转化效率为： 15 111 100%13.5%；第二、三营养级间的转化效率为： 3 15100%20%。 (3)C 是次级消费者，其呼吸消耗量为 1.8，同化量为 3.0，通过异化作用消耗的能量占其同化 作用所得能量的比率为1.8 3.0100%60%。 答案 (1)111 生产者 (2)13.5 20 (3)60% (4)细胞呼吸消耗 未被下一营养级利用 分解者 1小杨同学将部分生物学知识归纳如下，其中不正确的是 ( )。 解析 淀粉和肝糖元之间不能相互转化。 答案 C 2下列关于生态系统功能的叙述中，不正确的是( )。 A能量只能由较高营养级流向较低营养级 B食物链中的营养级不可能是无
18、限的 C能量流动和物质循环可以长期地保持动态平衡 D生态系统中的能量最终以热能的形式散失到环境中 解析 此题考查了生态系统能量流动的特点及能量流动与物质循环的关系。能量流动的特 点之一是单向流动，能量只能由低营养级流向高营养级。特点之二是逐级递减，由于相邻 两营养级间的转化效率为 10%20%，所以营养级不可能是无限的。流入生态系统的能量 在流入各营养级后，其中的生物最终都会通过呼吸作用或死亡后通过分解者的分解作用以热 能的形式散失到环境中去。 答案 A 3下图为生态系统中能量流动部分示意图，各代表一定的能量值，下列各项叙述中 错误的是( )。 A生物与生物之间捕食与被捕食的关系不能逆转，所以
19、能量流动具有单向性 B表示流经生态系统内部的总能量 C一般情况下，为的 10%20% D从能量关系看， 解析 流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能总量，能量在各营养级之间传递的效率 为 10%20%。次级消费者同化的能量有四个去路：其中两个是流向下一营养级和流向分 解者，还有未被利用以及自身呼吸作用消耗的部分，所以。 答案 B 4 法国的昆虫学家法布尔做过以下实验： 在一个风雨交加的夜晚， 在一所被丛林包围的屋里， 把一只雌性大天蚕蛾扣在纱笼里，周围撒满樟脑。尽管外面风狂雨骤，但还有几十只雄蛾扑 向纱笼，此现象说明( )。 A昆虫间通过信息相互联系，这种信息是无线电波 B昆虫间通过信息相互
20、联系，因为昆虫都具有趋化性 C昆虫间通过信息相互联系，联系的媒介是阴雨天气 D昆虫的雌雄个体间通过信息相互联系，这种信息是化学信息性外激素 解析 无线电波属物理信息，所起的作用不可能具有性别的差异性；趋化性是行为，但 并非所有的昆虫都能趋向于同一种化学物质；阴雨天气是昆虫的不良环境条件，昆虫不可 能趋向这样的环境；雌雄昆虫间通过性外激素联系起来。 答案 D 5如图是生态系统中碳循环的简明示意图，请据图回答下列问题： (1)A 过程是_的_作用，具体包括_和_两种类型。 (2)图中缺少的一个重要箭头是_ _。 (3)与 A 过程本质相同的有_过程(用图中字母代号填写)。 (4)碳在无机环境中以_
21、的形式存在，而在非生物环境与生物群落之间以_ 的形式进行循环。碳循环始终与_结合在一起进行。 (5)生态系统的四种成分是通过_和_紧密联系在一起而形成的一个统一整体。 解析 读图可知，本图少了一个箭头，即从大气中的 CO2库到绿色植物的箭头，这是大气中 的 CO2通过自养型生物进入生物群落的途径，如果没有这一途径，碳元素就不能在非生物环 境与生物群落之间反复循环；图中的字母 A 表示分解者的分解作用，分解者将有机物氧化分 解，释放出能量，同时产生 CO2，这一过程的本质是这些生物的细胞呼吸，与图中的字母 B 和 C 是相同的；而图中字母 D 表示的是燃烧释放 CO2的过程，不属于生物的细胞呼吸。 答案 (1)分解者 分解 有氧呼吸 无氧呼吸 (2)从大气中的 CO2库到绿色植物 (3)B、C (4)CO2或碳酸盐 CO2 能量流动 (5)物质循环 能量流动 课堂小结