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2019-2020年高中生物 （人教大綱版）第二冊 第八章　生物與環(huán)境 3生態(tài)系統(tǒng)(二、備課資料) 一、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 1.形態(tài)結(jié)構(gòu) 生態(tài)系統(tǒng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)是指生物成分在空間、時間上的配置與變化，即在第三章講過的垂直、水平和時間格局。無論在森林還是水域中，都可見到這種格局的存在。 生態(tài)系統(tǒng)中的垂直結(jié)構(gòu)（成層現(xiàn)象）主要是由生產(chǎn)者和消費者間的關(guān)系所決定的，生產(chǎn)者需利用太陽光能進行光合作用，而光能最強的是上層，所以森森中光合能力最大的喬木就位于最上層，即喬木層，光合能力小的其他植物則位于下層，組成了灌木層、草本層和地被層。水體中上層的光最充足，因而浮游植物多集中在上層。動物為異養(yǎng)生物，必須依靠植物為食或棲息，因此，它們在生態(tài)系統(tǒng)中也是成層分布的。同樣在土壤中也有成層現(xiàn)象，除植物的根系外，更有成千上萬的微生物和腐食生物。而一些洞穴動物，如鼠類雖棲身于土中，取食卻多是在地面。 由于環(huán)境條件的不均勻性，植物在地面上的分布并非是均勻的，它們隨著地形、土壤、地下水、鹽分等的變化而或多或少地群聚在一起，有的地段種類多些，有的地段種類少些，有的地段則很稀疏。植物分布的變化必然引起動物的變化，在植物種類多，植被覆蓋度大的地段動物種類也相應多，反之就少，這就是生態(tài)系統(tǒng)中的水平結(jié)構(gòu)。在水域中也有這種現(xiàn)象，浮游植物多的地方，魚類相對多，漁民可根據(jù)這種規(guī)律捕到更多的魚。 生態(tài)系統(tǒng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)在時間上也會發(fā)生變化，這種特點是溫帶的生態(tài)系統(tǒng)中最明顯。 上述生態(tài)系統(tǒng)中垂直結(jié)構(gòu)、水平格局及時間格局的形成和變化，實際上是組成生物群落的各個種群在生態(tài)位上分化的結(jié)果，不同種群的生態(tài)位不同，它們在群落中的時、空位置不同，因而形成了各種結(jié)構(gòu)。 2.營養(yǎng)結(jié)構(gòu)——食物鏈和食物網(wǎng) 生態(tài)系統(tǒng)中的各種成分之間最重要的聯(lián)系是通過營養(yǎng)來實現(xiàn)的，即通過食物鏈而把生物與非生物、生產(chǎn)者與消費者連成一個整體。食物鏈（food chain）是指由于營養(yǎng)關(guān)系在生物之間形成的一種鏈索關(guān)系，即能量和物質(zhì)從植物開始，并一級又一級地轉(zhuǎn)移到消費者動物。食物鏈上的每一個環(huán)節(jié)稱為營養(yǎng)級（trophic levels）。例如，浮游植物→浮游動物→小魚→大魚，樹葉→蚜蟲→瓢蟲→鳥類→猛禽等食物鏈。中國有一句古語“螳螂捕蟬，黃雀在后”，其本意雖然指的是不能只看眼前利益而不顧以后的災難，但實際上也是一條食物鏈，即葉汁→蟬→螳螂→黃雀。 按照一般的理解，食物鏈可以很長，例如，草→蚜蟲→瓢蟲→蜘蛛→小鳥→蛇→老鷹，共7個營養(yǎng)級；浮游植物→浮游動物→蝦→小魚→大魚→魚鷹，有6個營養(yǎng)級。實際上自然界很少見到這種情況，食物鏈的加長不是無限的。因為當物質(zhì)和能量通過食物鏈由低向高流動時，高一級的生物不能全部利用低一級的能量和有機物，總有一部分不能利用，這樣每經(jīng)過一個營養(yǎng)級，能量和物質(zhì)都要減少。如鹿僅吃樹葉、草葉和嫩枝，而留下樹干、根系不能被利用，老虎吃鹿時只吃肉而剩下骨頭、心臟、皮毛等，即使像大魚吃小魚那樣全部吞食，也還有糞便排出。一般認為，后一營養(yǎng)級只能把前一營養(yǎng)級5%~20%的轉(zhuǎn)變成為自己的原生質(zhì)。所以一般食物鏈只有3~4個營養(yǎng)級，5個營養(yǎng)級是罕見的。 在生態(tài)系統(tǒng)中，食物鏈主要有三種不同的類型：①牧食食物鏈（grazing food chain），從綠色植物開始，然后是草食動物，一級肉食動物，二級肉食動物，前面所舉的例子都是這種類型；②腐食食物鏈（detritus food chain），也稱碎屑食物鏈，從死亡的有機體開始，例如，木材→白蟻→食蟻獸，植物殘體→蚯蚓→線蟲→節(jié)肢動物等。③寄生食物鏈（parasite food chain），或是從植物開始，或者從動物開始，接著是寄生物和其他動物，例如。大豆→菟絲子，牛→蚊子→蜘蛛，鼠→跳蚤，等等。上述三種類型的食物鏈中，①、③是從活的有機體開始，②是從死亡有機體開始，但它們的最初起點都是植物。三種食物鏈中，①、②兩種類型是最重要的。 需指出的是，在生態(tài)系統(tǒng)中的，一種生物不可能固定在某一種食物鏈上，例如，牛、羊、兔、鼠等可攝食羊草，羊草就可能與4條食物鏈相連，再如，黃鼠狼可捕食鼠、鳥類、蛙等，它本身也可能為狐貍和狼所捕食，這樣它就處在不同的營養(yǎng)級上。實際上，生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈很少是孤立出現(xiàn)的（除非食性都是專一的）。這樣生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈必然是交叉鏈索，形成了一種很復雜的網(wǎng)絡(luò)，即食物網(wǎng)（food webs）。 生態(tài)系統(tǒng)中食物鏈不是固定不變的，動物在個體發(fā)育的不同階段，食性發(fā)生改變就會引起食物鏈的改變；例如，動物食性的季節(jié)變化，以及雜食動物都可引起食物鏈的變化。食物缺乏、環(huán)境改變也能引起動物食性的變化，如狼捕食牛、馬、羊、狐貍偷雞等。在種類繁多、結(jié)構(gòu)復雜的生態(tài)系統(tǒng)中，食物鏈的變化不會出現(xiàn)大的問題，但在有些情況下，食物鏈的某一環(huán)節(jié)發(fā)生變化，可能破壞整個食物鏈，甚至影響到生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。因此食物鏈的概念是非常重要的，通過食物鏈生物和非生物環(huán)境才能有機地聯(lián)成一個整體。而生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動和物質(zhì)循環(huán)正是沿著食物鏈這條渠道實現(xiàn)的。 二、生態(tài)系統(tǒng)成分的劃分、作用及相互關(guān)系 在生態(tài)系統(tǒng)中，生產(chǎn)者、消費者和分解者的劃分是依據(jù)各自的代謝類型和在生態(tài)系統(tǒng)中的功能特征來決定的。即：根據(jù)某種生物在該生態(tài)系統(tǒng)中的功能特性分為三大類群： ①生產(chǎn)者屬于自養(yǎng)型，是生態(tài)系統(tǒng)的主要成分。絕大多數(shù)進行光合作用，少數(shù)進行化能合成作用（如：硝化細菌、鐵細菌、硫細菌）。 ②消費者屬于異養(yǎng)型，雖然存在著不同的級別，但是生態(tài)系統(tǒng)的非必要成分。主要指各種動物。不過有些寄生細菌，它們從活的生物體內(nèi)吸取有機物，在生態(tài)系統(tǒng)中也扮演著“小型消費者”的角色，故寄生細菌屬于消費者。 ③分解者屬于異養(yǎng)型，是生態(tài)系統(tǒng)的必備成分。然而像一些腐食性動物（如：蚯蚓、蠅、蜣螂等）也能分解殘枝敗葉、尸體、糞便等有機物，故腐食性動物屬于分解者。 總之，生態(tài)系統(tǒng)中的四種組成成分的相互關(guān)系是：非生物的物質(zhì)和能量的作用是為各種生物提供物質(zhì)和能量；生產(chǎn)者的作用是轉(zhuǎn)化物質(zhì)和能量；消費者的作用是推動物質(zhì)和能量在群落中的流動；分解者的作用是把物質(zhì)和能量歸還到無機自然界。 三、生態(tài)系統(tǒng)中的特殊成分 自然界的生物千姿百態(tài)，形形色色，無奇不有。那么，在分析生態(tài)系統(tǒng)的成分時，當對某些特殊的生物作出特殊的界定，現(xiàn)對這些特殊的生物在生態(tài)系統(tǒng)中的地位作一參考性說明： ①綠色植物中的消費者。如食蟲植物在長期的進化過程中，通過自然選擇形成了特殊的捕蟲器，一般生長在缺乏氮素的環(huán)境中，根系也不發(fā)達甚至退化。捕蟲器內(nèi)有高度分化的分泌細胞，可以分泌出消化液，消化吸收捕到昆蟲的營養(yǎng)，以適應不良的生活環(huán)境。當然，這些植物都具有葉綠體，能進行光合作用，屬于生產(chǎn)者（第一營養(yǎng)級），若當這些植物捕蟲消化吸收過程發(fā)生時，就應該歸為消費者（最低是第三營養(yǎng)級）。如：豬籠草、貍藻、瓶子草等。另外寄生在其他植物上的綠色植物菟絲子等不含葉綠體，葉子退化，僅有發(fā)達的生殖器，它們可以從寄主那里獲取營養(yǎng)物質(zhì)，屬于異養(yǎng)型，是地道的消費者。但不是全部的寄生植物都是消費者，如：桑寄生、槲寄生等，這些植物只是寄主那里吸收水分和無機鹽（同根的作用），且能通過光合作用合成自身物質(zhì)，其代謝類型為自養(yǎng)型，屬半寄生，依然屬于生產(chǎn)者。 ②動物中的生產(chǎn)者。一些單細胞的動物，如原生動物中的鞭毛蟲類，其中的一部分無細胞壁，有葉綠體，能進行光合作用，符合生產(chǎn)者的特征。然而，當其生活環(huán)境中有現(xiàn)成的有機物時，可直接從環(huán)境中攝取有機物，故它們既是生產(chǎn)者又是消費者。又如綠眼蟲既是自養(yǎng)生物（生產(chǎn)者）又是異養(yǎng)生物。當然也有完全營自養(yǎng)生活的衣滴蟲。 ③病毒應屬于消費者。病毒是非細胞結(jié)構(gòu)的生物，主要由核酸（DNA或RNA）和蛋白質(zhì)構(gòu)成，其生存的環(huán)境僅限于活細胞內(nèi)。病毒繁殖時是由自身的遺傳物質(zhì)利用寄主細胞里的有機物為原料來合成自身物質(zhì)的，并沒有把寄主細胞里的有機物分解成無機物回歸到無機環(huán)境中，可見，病毒不能作為分解者，應屬于消費者。 四、食物鏈的類型與營養(yǎng)級的大小 食物鏈主要有三種類型，即捕食鏈、寄生鏈和腐生鏈。 ①捕食鏈（牧食食物鏈）：指生物界普遍存在的由捕食關(guān)系形成的食物鏈。 ②寄生鏈：指生物體內(nèi)以寄生方式形成的食物鏈。如：馬蛔蟲寄生在馬體內(nèi)、某些原生動物又寄生在馬蛔蟲的體內(nèi)。 ③腐生鏈：指以動植物遺體為食物而形成的食物鏈。 一般來說，一條食物鏈的營養(yǎng)級不超過5個，這是因為能量在沿著食物鏈這一主渠道流動時，大部分被消耗掉了（傳遞效率僅為10%~20%）這樣流動3~4個營養(yǎng)級后，能量就少到不足以再維持一個營養(yǎng)級的生命活動了。當然自然界中也有更長的食物鏈（6~7個營養(yǎng)級），如：棉花→棉蚜→食蚜蠅→瓢蟲→麻雀→鷹→食鷹動物。 五、典型例題分析 ［例1］生態(tài)系統(tǒng)中屬于生產(chǎn)者的是 A.僅限于綠色植物 B.僅限于自養(yǎng)生物 C.全部植物及細菌和真菌 D.全部自養(yǎng)生物及部分異養(yǎng)生物 分析：本題旨在考查生態(tài)系統(tǒng)的成分。生產(chǎn)者是指能直接將無機物合成有機物的生物成分，其同化類型應為自養(yǎng)型，而自養(yǎng)型生物除光合自養(yǎng)型的植物及光合細菌外，還應包括各種化能合成作用的自養(yǎng)型生物，如硝化細菌、鐵細菌、硫細菌等。題中A選項僅指綠色植物，C選項中的細菌、真菌均為異養(yǎng)生物不應歸為生產(chǎn)者，D選項也含部分異養(yǎng)生物，因而都不符合“生產(chǎn)者”概念。 答案：B ［例2］構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)的生物因素是 A.生產(chǎn)者和消費者 B.各級消費者 C.生產(chǎn)者和分解者 D.生產(chǎn)者、消費者和分解者 分析：本題旨在考查生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)及組成成分，以食物網(wǎng)為背景把食物鏈和生態(tài)因素聯(lián)系在一起。大家知道，構(gòu)成食物鏈的生物既有生產(chǎn)者，也有消費者，但不可能全是消費者，故排除B。分解者不參與營養(yǎng)級，只算生態(tài)系統(tǒng)的成分，故排除C、D。 答案：A ［例3］右圖為一食物網(wǎng)，若把蛇全部捕光，請回答： （1）此食物網(wǎng)中，何種生物數(shù)量大量減少？______。 （2）何種生物數(shù)量有增加的趨勢？______。 分析：此題旨在考查生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)中某種生物數(shù)量變動對其他物種的影響。從上述食物網(wǎng)中可以看出，蛇既是山貓的天敵，又是鷹的食物，而鷹又是兔的天敵。因而當蛇全部損光后，山貓將失去天敵的捕食，數(shù)量劇烈增加。鷹則將更多地以兔為食，保持數(shù)量基本不變，同時，山貓也是兔的天敵，山貓的增加，也將引起兔的減少，因而蛇減少的結(jié)果必然引起山貓數(shù)量的上升和兔數(shù)量的下降。 答案：（1）兔　（2）山貓