資源簡介

第二單元　生物與環境
第一講　種群的特征及種群數量變化
,考綱要求)1.種群的特征　Ⅰ
2．種群的數量變化　Ⅱ
3．實驗：探究培養液中酵母菌數量的動態變化
考點一　種群的特征
,　)
1．種群的概念
種群是指在一定的自然區域內，同種生物的全部個體。
2．種群的數量特征
(1)種群密度是種群最基本的數量特征。
(2)直接決定種群密度的是出生率和死亡率、遷出率和遷入率。
(3)年齡組成和性別比例不直接決定種群密度，年齡組成通過影響種群的出生率和死亡率，從而預測種群數量變化趨勢，性別比例能夠影響種群的出生率間接影響種群密度。
3．種群的空間特征
(1)含義：種群中的個體在其生活空間中的位置狀態或布局。
(2)類型
,　　)
易錯整合，判斷正誤。
(1)若某動物的婚配制為一雌一雄，生殖期個體的雌雄比越接近1：1，則出生率越高(　√　)
(2)用標志重捕法調查田鼠種群密度，若標記的田鼠部分被鼬捕食，則會導致種群密度估算結果偏低(　×　)
(3)橡樹種子常在母樹附近形成集群是空間特征，由于薇甘菊入侵導致松樹種群死亡率較高屬于數量特征(　√　)
(4)依據年齡組成預測的種群密度的變化趨勢最終是否能夠實現，還要看影響種群密度變化的其他因素，如氣候、食物、天敵等(　√　)
(5)樣方法并非只適用于植物，對于活動能力弱、活動范圍小的動物或昆蟲也適用(　√　)
(6)穩定型的種群數量在近期一定保持穩定(　×　)
(7)大量誘殺雄性個體不會影響種群的密度(　×　)
,　　)
1. (教材必修3 P61“探究討論·2·3”改編)進行樣方法調查時，為何要強調“隨機”取樣？樣方多少會影響調查結果嗎？
[提示]為了確保所選擇的樣方具有代表性，不受主觀因素的影響，使通過樣方統計的結果(估算值)能更接近真實的情況，應做到“隨機取樣”。調查時若樣方的數量太少，其統計結果的誤差可能就較大；一般而言，樣方越多，其統計結果越接近真實情況。但是，樣方數量太多，整體取樣花費的時間、精力就越多。從統計學上看，一定數量的樣方就可以保證統計結果的真實性。
2．(教材必修3 P63“思考與討論2”改編)年齡組成為穩定型的種群，其數量在近期是否一定能保持穩定？年齡組成為衰退型的種群呢？
[提示]年齡組成為穩定型的種群，種群數量也不一定總是保持穩定。這是因為出生率和死亡率不完全決定于年齡組成，還會受到食物、天敵、氣候等多種因素的影響。此外，種群數量還受遷入率和遷出率的影響。年齡組成為衰退型的種群，種群數量一般來說會越來越小，但是也不排除由于食物充足、缺少天敵、遷入率提高等原因而使種群數量增長的情況。
重 難 精 講
　種群密度的調查方法
比較 項目 樣方法 標志重捕法
調查 對象 植物或活動范圍小的動物 活動范圍大的動物
調查 程序
注意 事項 ①隨機取樣 ②樣方大小適中 ③樣方數量不宜太少 ④宜選用雙子葉植物 ①標記個體與未標記個體在重捕時被捕的概率相同 ②調查期間沒有大規模遷入和遷出，沒有外界的強烈干擾 ③標記物和標記方法不能影響動物正常的生命活動 ④標記物不能過于醒目，不易脫落
[易錯警示]
樣方法應注意的六個問題
(1)調查對象要選熟悉的又容易計數的植物，如一般不選叢生或蔓生的單子葉草本植物，而選擇個體數目容易辨別的雙子葉草本植物。
(2)選取樣方時，要注意隨機取樣，且選取平坦、寬闊、被調查種群分布比較均勻的地段。
(3)選取樣方的個體數要依總面積的大小而定。總面積大的選取的樣方要多些。
(4)植物的種類不同，樣方面積也應不同。如喬木的樣方面積約為100 m2，灌木約為16 m2，草本植物為1 m2。
(5)樣方法并非只適用于植物。對于活動能力弱、活動范圍小的動物或某種昆蟲卵也可用樣方法調查。
(6)計數原則。若有正好長在邊界線上的，應遵循“計上不計下，計左不計右，頂角只計一次”的原則，即只計數樣方相鄰兩條邊上及其頂角的個體。 同種植物無論大小都應計數。如下圖(圖甲為方形樣方，圖乙為圓形樣方，實心圈表示應統計或測量的個體，虛線表示圓形樣方的直徑)。
精 準 命 題
考向一　種群數量特征及內在聯系
例1　(2018·安徽六校研究會第一次聯考)下圖是種群數量特征的概念模型，以下分析正確的是(　C　)
A．種群密度能夠反映種群的數量變化趨勢
B．春節前后，我國南部沿海城市人口數量變化主要取決于①、②
C．預測未來種群數量變化的主要依據是④
D．利用人工合成的性引誘劑誘殺某種害蟲的雄性個體來控制特征④，進而影響種群數量
[解析]　①～④分別表示死亡率、出生率、性別比例和年齡組成，能夠預測種群數量變化趨勢的是種群的年齡組成，A錯誤、C正確；春節前后，我國南部沿海城市人口數量變化主要取決于遷入率和遷出率，B錯誤；利用人工合成的性引誘劑誘殺某種害蟲雄性個體是控制③性別比例，進而影響種群數量，D錯誤。
考向二　種群密度的調查
例2　(2017·全國卷Ⅲ，5)某陸生植物種群的個體數量較少，若用樣方法調查其密度，下列做法合理的是(　B　)
A．將樣方內的個體進行標記后再計數
B．進行隨機取樣，適當擴大樣方的面積
C．采用等距取樣法，適當減少樣方數量
D．采用五點取樣法，適當縮小樣方的面積
[解析]　根據題干信息“某陸生植物種群的個體數量較少”，在用樣方法調查時，選取的樣方過小，可能導致收集到的數據較少，偶然性較大，因此需要適當擴大樣方的面積或者增加樣方的數量，C、D錯誤。用樣方法調查植物種群密度時不需要對樣方內的個體進行標記，A錯誤。
技巧點撥
“兩看法”選擇種群密度的調查方法
〔對應訓練〕
1．(2018·新疆烏魯木齊一診)下列關于種群的敘述，正確的是(　B　)
A．動物種群密度的調查只能采用標志重捕法
B．研究年齡組成能預測種群數量未來發展趨勢
C．增加遷入率、降低遷出率可增加該種群的K值
D．性別比例通過影響出生率和死亡率而影響種群數量
[解析]　對于活動能力強、活動范圍大的動物，調查其種群密度通常采用標志重捕法，對于活動能力及范圍有限的動物(如蚜蟲)，可以采用樣方法調查其種群密度，A錯誤；種群的年齡組成是通過出生率、死亡率來影響種群數量的，研究年齡組成能預測種群數量未來發展趨勢，B正確；K值(環境容納量)是指在環境條件不受破壞的情況下，一定空間中所能維持的種群最大數量，可見，增加遷入率、降低遷出率不能增加該種群的K值，C錯誤；性別比例通過影響出生率而影響種群數量，性別比例一般對死亡率沒有影響，D錯誤。
2．(2018·安徽示范高中聯合質檢)下列關于種群和群落的研究方法的分析，正確的是(　C　)
A．密閉培養瓶中酵母菌的數量會呈“S”型增長，最終長期穩定在K值附近
B．經過一次捕捉的動物更難被重捕到，會導致標志重捕法計算出的結果偏小
C．標志重捕法調查得到的種群密度一般不是最精確的現實反映
D．單子葉植物、蚜蟲、跳蝻等生物的種群密度都不適合采用樣方法進行調查
[解析]　密閉培養瓶中的酵母菌會呈“S”型增長，但隨著酵母菌種群數量的增加，營養物質被不斷消耗，種內斗爭加劇，酵母菌種群數量會出現波動、甚至消亡的情況，故A錯誤；標志重捕法估算種群數量的計算公式：種群數量＝第一次抓捕個體數×第二次抓捕個體數÷第二次抓捕個體中的標記個體數，經過一次捕捉的動物更難被重捕到，會使計算結果偏大，故B錯誤；標志重捕法是一種估算種群密度的調查方法，結果不精確，故C正確；調查植物種群密度最常用的方法是樣方法，而像蚜蟲、跳蝻等活動范圍小、活動能力弱的動物也可以采用這種方法，故D錯誤。
考點二　種群數量的變化規律及應用
,　)
1．種群數量變化的研究
(1)方法：構建數學模型。
(2)步驟：觀察研究對象，提出問題→提出合理的假設→根據實驗數據，用適當的數學形式對事物的性質進行表達→通過進一步實驗或觀察等，對模型進行檢驗或修正。
2．種群數量增長的兩種曲線
(1)區別
項目 “J”型曲線 “S”型曲線
增長模型
前提條件 理想狀態： ①食物和空間條件充裕； ②氣候適宜； ③沒有敵害； ④無遷入、遷出 現實狀態： ①食物、空間有限； ②不斷變化的自然條件； ③有種內斗爭和種間競爭
K值 無K值，增長率保持不變 有K值，K/2時增長速率最大
(2)聯系
①圖中陰影部分代表環境阻力或被環境所淘汰的個體數目。
②兩種增長曲線的差異主要是由環境阻力的有無造成的，它們可以發生轉化：“J”型曲線“S”型曲線
3．影響種群數量變化的因素
(1)內因
①起始種群個體數量。
②導致種群數量增加的因素：出生率和遷入率。
③導致種群數量減少的因素：死亡率和遷出率。
(2)外因
①自然因素：氣候、食物、天敵、傳染病等。
②人為因素：種植業、養殖業發展，砍伐森林，獵捕動物，環境污染等。
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易錯整合，判斷正誤。
(1)不同種生物的K值各不相同，但每種生物的K值固定不變(　×　)
(2)影響種群數量變化的因素可能來自外部也可能來自種群內部(　√　)
(3)“J”型增長中種群數量增長速率先增大后減小(　×　)
(4)研究種群數量的變化有利于對有害動物的防治以及對野生生物資源的保護和利用(　√　)
(5)外來入侵物種進入一個新環境中必定表現為“J”型增長(　×　)
,　　)
1．調查某地烏鴉連續10年的種群數量變化，圖中λ表示該種群數量是一年前種群數量的倍數，請思考：
(1)圖示模型是否可表示種群“J”型增長？
(2)圖中第3年和第9年的烏鴉種群數量是否相同？
(3)圖中第6年種群數量最少，對嗎？
[提示](1)“J“型增長曲線其λ值應固定，故圖示曲線不可代表“J”型增長。(2)、(3)在第3年到第9年間，λ<1，說明種群數量在逐年減少，到第9年數量最少。
2．如圖表示兩種增長方式的增長速率變化，請據圖思考下列問題：
(1)甲和乙分別表示哪種增長方式？
(2)乙圖中在哪個時刻增長速率最快？在t1→t2時段內，種群數量是不是會逐漸減少？
[提示](1)甲表示的是“J”型增長，乙表示的是“S”型增長。
(2)在t1時刻增長速率最快，在t1→t2時段內，種群數量仍然增加，只是增長的速率減緩。
重 難 精 講
1．K值和K/2值在實踐中的應用
(1)K值的應用
①野生生物資源保護：保護野生生物生活的環境，減小環境阻力，增大K值。
②有害生物的防治：增大環境阻力(如為防鼠害而封鎖糧食、清除生活垃圾、保護鼠的天敵等)，降低K值。
(2)K/2值的應用
①資源開發與利用：種群數量達到環境容納量的一半時種群增長速率最大，再生能力最強——把握K/2值處黃金開發點，維持被開發資源的種群數量在K/2值處，可實現“既有較大收獲量又可保持種群高速增長”，從而不影響種群再生，符合可持續發展的原則。
②有害生物防治：務必及時控制種群數量，嚴防達K/2值處(若達K/2值處，可導致該有害生物成災)。
2．K值的易誤點解讀
(1)K值不是一成不變的：K值會隨著環境的改變而發生變化，當環境遭到破壞時，K值會下降；當環境條件狀況改善時，K值會上升。
(2)在環境不遭受破壞的情況下，種群數量會在K值附近上下波動。當種群數量偏離K值的時候，會通過負反饋調節使種群數量回到K值。
(3)K值并不是種群數量的最大值：K值是環境容納量，即在保證環境不被破壞前提下所能容納的最大值；種群所達到的最大值會超過K值，但這個值存在的時間很短，因為環境已遭到破壞。
[易錯警示]
(1)“S”型曲線的開始部分并非“J”型曲線。“J”型曲線由始到終都保持指數式增長，“S”型曲線自始至終具有環境阻力，增長速率先增加后減少。所以絕不能認為“S”型曲線的開始部分是“J”型曲線。
(2)種群增長率≠種群增長速率
①種群增長率：指單位數量的個體在單位時間內新增加的個體數，無單位。計算公式：
增長率＝×100%
②種群增長速率：指單位時間內新增加的個體數(即種群數量增長曲線的斜率)有單位，如個/年。計算公式：增長速率＝ 。
(3)λ≠增長率
①λ為某時段結束時種群數量為初始數量的倍數，而非增長率。
②增長率＝(末數－初數)/初數×100%
＝(N0λt＋1－N0λt)/N0λt×100%＝(λ－1)×100%。
精 準 命 題
考向一　種群數量變化
例3　(2017·全國卷Ⅱ，31)林場中的林木常遭到某種山鼠的危害。通常，對于鼠害較為嚴重的林場，僅在林場的局部區域(苗圃)進行藥物滅鼠，對鼠害的控制很難持久有效。回答下列問題：
(1)在資源不受限制的理想條件下，山鼠種群的增長曲線呈J型。
(2)在苗圃進行了藥物滅鼠后，如果出現種群數量下降，除了考慮藥物引起的死亡率升高這一因素外，還應考慮的因素是苗圃中山鼠種群中個體的遷出。
(3)理論上，除藥物滅鼠外還可以采取生物防治的方法控制鼠害，如引入天敵，天敵和山鼠之間的種間關系是捕食。
(4)通常，種群具有個體所沒有的特征，如種群密度、年齡結構等。那么，種群的年齡結構是指種群中各年齡期的個體在種群中所占的比例。
[解析]　(1)在資源不受限制的理想條件下，山鼠種群數量呈“J”型增長。(2)僅在林場的局部區域(苗圃)進行藥物滅鼠后，如果出現種群數量下降，除了考慮藥物引起的死亡率升高這一因素外，還應考慮的因素是苗圃中山鼠種群中個體的遷出。(3)采用生物防治的方法控制鼠害，如引入天敵，天敵和山鼠的種間關系為捕食。(4)種群的年齡結構是指種群中各年齡期個體在種群中所占的比例。
考向二　種群增長曲線模型分析及應用
例4　(2017·全國卷Ⅰ，5)假設某草原上散養的某種家畜種群呈S型增長，該種群的增長率隨種群數量的變化趨勢如圖所示。若要持續盡可能多地收獲該種家禽，則應在種群數量合適時開始捕獲，下列四個種群數量中合適的是(　D　)
A．甲點對應的種群數量　　　　 B．乙點對應的種群數量
C．丙點對應的種群數量 D．丁點對應的種群數量
[解析]　根據題圖，種群數量約為最大種群數量的1/2時，種群增長率最大，種群有最大持續產量。與甲、乙、丙點相比，在丁點時捕獲，捕獲后使種群處于最大增長率附近，能達到持續盡可能多地收獲該種家畜的目的。
技巧點撥
解讀λ值和K值兩種曲線
(1)λ值變化曲線
當年種群數量是一年前種群數量的λ倍，λ值隨時間的變化曲線。
①oa段，λ＝1，出生率＝死亡率，種群數量不變，年齡組成為穩定型。
②ab段，λ<1，出生率<死亡率，種群數量減少，為衰退型。
③bc段，λ<1，種群數量繼續減少。
④cd段，λ>1，出生率>死亡率，種群數量增加。
⑤de段，λ不變，種群數量呈J型增長。
(2)K值的不同表示曲線
圖中A、B、C、D時間所對應的種群數量為K值，A′、C′、D′時間所對應的種群數量為K/2值。
〔對應訓練〕
3．(2018·山東省泰安市高三上學期期末)下圖是根據某有益生物種群當年種群數量與前一年種群數量的比值而繪制的曲線圖，據圖分析正確的是(　D　)
A．第4～10年種群年齡組成均為穩定型
B．第12年后收獲該生物并使生物數量保持第12年水平，可獲得最大經濟價值
C．第20年時種群數量達到K值，種內斗爭最激烈
D．第20～24年種群年齡組成為增長型
[解析]　第4～10年λ小于1，說明種群增長率小于0，年齡組成均為衰退型，A錯誤。第20年種群增長率最大，使生物數量保持在這一水平，可獲得最大經濟價值，B錯誤。第20年時種群增長率最大，處于增長型，而K值為穩定型，C錯誤。第20～24年，λ大于1，說明種群增長率大于0，其年齡組成為增長型，D正確。
4．(2018·天津一中月考)環保工作者對某地區最主要的草食動物某野兔種群數量進行連年監測，得到如圖所示的數量增長變化(λ)曲線，λ＝t年種群數量/(t－1)年種群數量，據圖分析下列敘述正確的是(　B　)
A．在第1年至第3年期間種群呈“J”型增長
B．在第4年初至第5年末，種群數量先增后減
C．第3年末種群數量與第5年中期種群數量相等
D．野兔的種群數量在第4年末達到最大
[解析]　從第1年至第3年期間，λ的數值接近1，說明種群數量基本不變，A錯誤；由于λ表示當年種群數量是前一年種群數量的倍數，當λ>1時，種群數量增長，從第4年初到第5年末，λ先大于1，后小于1，說明種群數量先增加后減少，B正確；從第3年末到第5年中期，λ一直大于1，種群數量一直增長，兩時間點種群數量不相等，C錯誤；野兔的種群數量在第5年達到最大值，D錯誤。
考點三　　實驗：探究培養液中酵母菌種群數量的變化
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1．實驗原理
(1)用液體培養酵母菌，種群的增長受培養液的成分、空間、pH、溫度等因素的影響。
(2)在理想的無限環境中，酵母菌種群呈“J”型增長；自然界中資源和空間總是有限的，酵母菌種群呈“S”型增長。
(3)計算酵母菌數量可用抽樣檢測的方法——顯微計數法。
2．實驗流程
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易錯整合，判斷正誤。
(1)一定容積的培養液中酵母菌的數量增長呈“S”型(　√　)
(2)在取樣液前要將培養液振蕩，目的是使酵母菌均勻分布(　√　)
(3)酵母菌的數量隨時間的變化情況只能用“S”型曲線的形式表示(　×　)
(4)重復實驗次數可以減少實驗的誤差(　√　)
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　如圖為探究培養液中酵母菌種群數量的變化的實驗相關曲線，據圖回答下列問題：
(1)相當一段時間內，酵母菌的增長符合哪種模型？
(2)de段曲線下降的原因可能有哪些？
(3)試著畫出酵母菌的增長速率的曲線。
[提示](1)符合“S”型增長。
(2)營養物質隨著消耗逐漸減少，有害產物逐漸積累，培養液的pH等理化性質發生改變等。
(3)如圖所示
重 難 精 講
　血細胞計數板計數法
(1)適用于需借助顯微鏡計數的微生物。
(2)計數方法：血細胞計數板有兩種方格網，對于16×25的方格網，計四角的4個中方格共計100個小方格中的個體數量；而對于25×16的方格網，計四角和正中間的(共5個)中方格共計80個小方格中的個體數量。如圖所示。
(3)計算方法：大方格長度為1 mm，高度為0.1 mm(即規格為1 mm×1 mm×0.1 mm)，則每個大方格的體積為0.1 mm3(10－4 mL)，故1 mL培養液中細胞個數：(中方格中的細胞總數/中方格中小方格個數)×400×104×稀釋倍數。
(4)注意事項：搖勻取樣，適當稀釋。
[易錯警示]
(1)顯微計數時，對于壓在小方格邊線上的酵母菌，應只計數相鄰兩個邊及其頂角的酵母菌。
(2)從試管中吸出培養液進行計數前，需將試管輕輕振蕩幾次，目的是使培養液中的酵母菌均勻分布，減小誤差。
(3)結果記錄最好用記錄表，如下：
時間/天 1 2 3 4 5 6 ……
數量/個 ……
(4)每天計數酵母菌數量的時間要固定。
(5)培養和記錄過程要尊重事實，不能主觀臆造。
精 準 命 題
例5　(2018·湖北宜昌模擬)有關“探究培養液中酵母菌種群數量的變化”實驗的操作，錯誤的是(　D　)
A．吸取培養液前應將培養瓶輕輕振蕩
B．先將蓋玻片放在計數室上再滴加培養液
C．不同實驗組測得的結果可能存在較大差異
D．對照組用不含有機物的培養液培養酵母菌
[解析]　本探究實驗因為有前后的自身對照，因此不需要設置對照實驗，D錯誤。
〔對應訓練〕
5．(2017·江西師大附中模擬)下列對“探究培養液中酵母菌種群數量的變化”實驗的敘述，錯誤的是(　B　)
A．從試管中吸出培養液之前應振蕩試管，有利于正確計數
B．先將培養液滴在計數板上，輕蓋蓋玻片防止氣泡產生
C．當一個小方格中酵母菌數量過多時，應將培養液按比例稀釋處理
D．壓在方格邊上的酵母菌，只計數相鄰兩邊及其頂角的個體數
[解析]　應先輕蓋蓋玻片，后將培養液滴在計數板上，防止氣泡產生，B錯誤。
課末總結
1．〔思維導圖〕
2．〔高考必背語句〕
1．種群的數量特征包括種群密度、年齡組成、性別比例、出生率與死亡率及遷入率與遷出率，其中種群密度是種群最基本的數量特征。
2．直接決定種群密度的是出生率與死亡率、遷入率與遷出率，年齡組成是預測種群數量變化趨勢的依據。
3．”J”型增長曲線的形成條件：食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害。
4．“S”型增長曲線成因：資源和空間條件有限，隨種群密度增大，種內斗爭加劇，天敵數量增多，從而使出生率降低、死亡率升高，直至平衡。
5．在自然界中，氣候、食物、天敵、傳染病等均會影響種群數量，故大多數種群數量總處于波動中。
3．〔探究高考·明確考向〕
1．(2018·全國卷Ⅰ)種群密度是種群的數量特征之一。下列敘述錯誤的是(　D　)
A．種群的S型增長是受資源因素限制而呈現的結果
B．某林場中繁殖力極強老鼠種群數量的增長會受密度制約
C．魚塘中某種魚的養殖密度不同時，單位水體該魚的產量有可能相同
D．培養瓶中細菌種群數量達到K值前，密度對其增長的制約逐漸減弱
[解析]　A對：當空間、資源有限時，種群呈S型增長。B對：林場空間、資源有限，老鼠種群的增長會由于密度增加而逐漸減慢。C對：魚塘中某種魚的養殖密度不同時，由于魚的大小不同等，單位水體中產量有可能相同。D錯：培養瓶中細菌種群數量達到K值前，由于環境阻力逐漸增大，密度對其增長的制約逐漸增強。
2．(2016·全國卷Ⅱ，2)如果采用樣方法調查某地區(甲地)蒲公英的種群密度，下列做法中正確的是(　C　)
A．計數甲地內蒲公英的總數，再除以甲地面積，作為甲地蒲公英的種群密度
B．計數所有樣方內蒲公英總數，除以甲地面積，作為甲地蒲公英的種群密度
C．計算出每個樣方中蒲公英的密度，求出所有樣方蒲公英密度的平均值，作為甲地蒲公英的種群密度
D．求出所有樣方蒲公英的總數，除以所有樣方的面積之和，再乘以甲地面積，作為甲地蒲公英的種群密度
[解析]　蒲公英個體較小，分布較廣，不方便逐個計數，A錯誤；樣方法是估算種群密度的方法，應在被調查范圍內，隨機選取若干個樣方，通過計數每個樣方內的個體數，求得每個樣方內的種群密度，以所有樣方內種群密度的平均值作為該地區種群的種群密度估計值，故B、D錯誤，C正確。
3．(2015·全國卷Ⅱ，31)某生態系統總面積為250 km2，假設該生態系統的食物鏈為甲種植物→乙種動物→丙種動物，乙種動物種群的K值為1 000頭。回答下列問題：
(1)某次調查發現該生態系統中乙種動物種群數量為550頭，則該生態系統中乙種動物的種群密度為2.2頭/km2；當乙種動物的種群密度為2頭/km2時，其種群增長速度最快。
(2)若丙種動物的數量增加，則一段時間后，甲種植物數量也增加，其原因是由于乙種動物以甲種植物為食，丙種動物數量增加導致乙種動物數量減少，從而導致甲種植物數量增加(其他合理答案也可)。
(3)在甲種植物→乙種動物→丙種動物這一食物鏈中，乙種動物同化的能量大于(填“大于”、“等于”或“小于”)丙種動物同化的能量。
[解析]　(1)乙的種群密度為550/250＝2.2頭/km2；因乙動物的K值是1 000，K/2時增長速率最快，此時的種群密度為500/250＝2頭/km2。(2)丙的數量增加會導致乙的數量減少，從而引起甲的數量增加。(3)每個營養級同化的能量都會以呼吸熱能的形式散失一部分，乙同化的總能量只有一部分被丙同化。
4．(2015·全國卷Ⅰ，31)現有一未受人類干擾的自然湖泊，某研究小組考察了該湖泊中處于食物鏈最高營養級的某魚種群的年齡組成，結果如下表。
年齡 0＋ 1＋ 2＋ 3＋ 4＋ 5＋ 6＋ 7＋ 8＋ 9＋ 10＋ 11＋ ≥12
個體數 92 187 121 70 69 62 63 72 64 55 42 39 264
注：表中“1＋”表示魚的年齡大于等于1、小于2，其他以此類推。
回答下列問題：
(1)通常，種群的年齡結構大致可以分為三種類型，分別是增長型、衰退型、穩定型。研究表明：該魚在3＋時達到性成熟(進入成年)，9＋時喪失繁殖能力(進入老年)。根據表中數據可知幼年、成年和老年3個年齡組個體數的比例為1：1：1，由此可推測該魚種群數量的變化趨勢是保持穩定。
(2)如果要調查這一湖泊中該魚的種群密度，常用的調查方法是標志重捕法。標志重捕法常用于調查活動能力強、活動范圍廣的動物的種群密度。
(3)在該湖泊中，能量沿食物鏈流動時，所具有的兩個特點是單向流動、逐級遞減。
[解析]　(1)種群的年齡組成有增長型、穩定型、衰退型三種類型。表中幼年個體數為92＋187＋121＝400，成年個體數為70＋69＋62＋63＋72＋64＝400，老年個體數為55＋42＋39＋264＝400，該魚種群幼年、成年、老年比例適中且為1：1：1，年齡組成屬于穩定性，將來一段時間內種群數量保持相對穩定。(2)對于活動能力強、活動范圍廣的動物，常用標志重捕法調查其種群密度。(3)生態系統中能量流動的特點是沿食物鏈單向流動、逐級遞減。
第二講　群落的結構和演替
,考綱要求)群落的結構特征　Ⅰ
群落的演替　Ⅰ
實驗：土壤中小動物類群豐富度的研究
考點一　群落的結構
,　)
1．群落及物種組成
(1)群落概念要點
①同一時間；②一定區域；③各種生物種群。
(2)群落的物種組成
①作用：區別不同群落的重要特征。
②豐富度：群落中物種數目的多少。
2．種間關系及實例(連線)
3．群落的空間結構
(1)寫出圖中群落空間結構的類型
A圖：垂直結構，B圖：水平結構。
(2)根據上圖分析，決定群落空間結構的主要因素
A圖：①植物分層：陽光。
②動物分層：棲息空間和食物條件。
B圖：地形的變化、土壤、濕度、鹽堿度的差異、光照強度的不同、生物自身生長特點的不同以及人與動物的影響等。
,　　)
易錯整合，判斷正誤。
(1)單位面積或體積中某物種的個體數量多少稱物種豐富度(　×　)
(2)“苗多欺草，草多欺苗”反映的種間關系是競爭(　√　)
(3)洪澤湖近岸區和湖心區不完全相同的生物分布，構成了群落的水平結構(　√　)
(4)土壤動物群落不存在分層現象(　×　)
(5)喬木層的疏密程度不會影響草本層的水平結構(　×　)
(6)森林生態系統中的明顯垂直結構，可以提高群落利用陽光等資源的能力(　√　)
(7)草原生態系統比農田生態系統的群落結構簡單(　×　)
(8)植物病毒與植物間是互利共生關系(　×　)
(9)用樣方法研究固著在巖礁上貝類的種間關系(　×　)
,　　)
1．群落中物種多少與群落的穩定性有何關系？
[提示]群落結構的形成是不同物種的有機結合，一般而言，物種越多，群落的種間關系越復雜，群落的穩定性越強。
2．不同高度的山坡上分布著不同的植物類群，這是群落的垂直結構嗎？
[提示]不是群落的垂直結構，屬于植物的地帶性分布。
3．植物在垂直方向上都具有明顯的分層現象，影響它們分布的主要生態因素是什么？
[提示]是光照強度等。
4．不同的植物層次中分布著不同的鳥類，鳥類的這種分層主要取決于什么因素？
[提示]取決于食物的分布和棲息場所的位置。
5．(教材必修3P77“練習·2”改編)在一個水族箱中生活著兩種原生動物且A捕食B，二者間用一屏障隔開，經一段時間養殖使二者均達到最大值，倘若在此時撤掉屏障，請推測兩種群的變化趨勢。
[提示]屏障撤掉后，很可能出現以下情況：由于種群A捕食種群B，種群B的數量減少，而種群A的數量增加。但隨著種群B的數量減少，種群A因食物來源減少而出現數量減少，種群B的數量又會出現一定的增加。這樣，假設水族箱中資源和其他條件較穩定，種群A和種群B將出現此消彼長的相對穩定情況。
重 難 精 講
1．種間關系的比較
關系 名稱 數量坐標圖 能量關系圖 特點 舉例
互 利 共 生 相互依賴，彼此有利。如果彼此分開，則雙方或者一方不能獨立生存。數量上兩種生物同時增加，同時減少，呈現出“同生共死”的同步性變化 地衣內的真菌與藻類；大豆與根瘤菌
寄 生 無 對寄主有害，對寄生生物有利。如果分開，則寄生生物難以單獨生存，而寄主會生活得更好 蛔蟲與人；菟絲子與大豆；噬菌體與被侵染的細菌
競 爭 兩種生物生存能力不同，數量上呈現出“你死我活”的“同步性變化”，如圖a；生存能力相同，則如圖b。 一般生態需求越接近的不同物種間競爭越激烈 牛與羊；農作物與雜草；大草履蟲與雙小核草履蟲
捕 食 一種生物以另一種生物為食，數量上呈現出“先增加者先減少，后增加者后減少”的不同步性變化 羊和草；狼與兔；青蛙與昆蟲
2.群落的結構
(1)垂直結構
①植物的垂直結構
a．具體表現：植物群落垂直方向上的分層。
b．影響因素：主要與光照強度有關，群落中的光照強度總是隨高度的下降而逐漸減弱(如圖所示)。
②動物的垂直結構：主要原因是植物為動物創造了多種多樣的棲息空間和食物條件。
(2)水平結構
在水平方向上由于光照強度、地形、鹽堿度和濕度等因素的影響，不同地段上分布著不同生物種群。
(3)群落結構形成的原因和意義
①原因：群落結構與環境中生態因素有關，群落結構的具體表現都是在長期自然選擇的基礎上形成的對環境的適應。
②意義：生物在垂直方向及水平方向上的配置關系有利于提高生物群落整體對自然資源的充分利用。
3．區分“高山植被分布”與“群落垂直結構”
(1)高山植被的垂直分布是由于隨海拔高度升高，溫度下降明顯，從而導致不同海拔高度植被分布不同，從低到高依次為闊葉林→針葉林→高原草甸→苔原。
(2)高山植被分布不屬于群落垂直結構，因為在每一個自然區域地段，均具有自然群落，而每一個群落都有各自的垂直結構與水平結構。如圖所示。
[易錯警示]
形成群落空間結構應注意的問題
(1)要有多個種群構成群落，如竹林中竹子只是一個種群，就不存在垂直結構和水平結構。
(2)各個種群間要形成不同的種間關系，如捕食、競爭等。通過各種不同的種間關系，使各個生物種群分別占據不同的空間，形成群落的空間結構。
(3)要存在形成分層現象的環境條件，如光照、溫度、食物、棲息場所等。
精 準 命 題
考向一　群落及其物種組成
例1　(2017·海南卷，18)在某一農田生態系統中，大面積單一種植某種農作物(甲)可導致害蟲A的爆發，改成條帶狀合理地間作當地另一種農作物(乙)后，乙生長良好，害蟲A的爆發也受到了抑制。對此，不合理的解釋是(　D　)
A．新的種間關系不利于害蟲A
B．新的群落空間結構不利于害蟲A
C．乙的出現使害蟲A的環境容納量下降
D．乙和害蟲A存在互相抑制的競爭關系
[解析]　由題目所給信息“間作當地另一種農作物(乙)后，乙生長良好，害蟲A的爆發也受到了抑制”可以直接推出新的種間關系和群落空間結構對害蟲A是不利的且乙的出現使害蟲A的環境容納量下降，ABC正確。由題目所給信息“乙生長良好，害蟲A的爆發受到了抑制”可判斷出乙和害蟲A之間不存在互相抑制的關系，D錯誤。
技巧點撥
種間關系判斷的技巧
(1)弄清是同種生物還是不同種生物，同種生物以同種的幼體為食，或同種生物之間對資源和空間的爭奪都為種內斗爭，不同種生物之間對資源和空間的爭奪就是競爭，簡單記為：“同斗爭，異競爭”。
(2)不同種生物要注意區分競爭和捕食：競爭是爭奪資源、空間等生活條件而發生的斗爭，不直接獲取食物；捕食則是一種生物以另一種生物為食，目的是獲得食物與能量，以維持自身生存。
(3)兩種生物甲和乙以同一植物為食，但取食的部位不同并不構成競爭關系，例如：人吃玉米子粒，而牛吃秸稈。
(4)坐標圖中捕食者和被捕食者的判斷
①看曲線上升和下降的先后關系，一般先上升或下降的曲線代表被捕食者。
②看曲線峰值的高低，一般曲線峰值高的是被捕食者，另外，被捕食者的個體一般也比捕食者的小，所以被捕食者的數量相對較多。
右圖曲線中a為被捕食者，b為捕食者。
考向二　群落的結構
　　例2　(2018·湖北襄陽五中開學考)對植物群落分層現象的解釋，正確的是(　C　)
①分層現象是植物群落對環境的一種適應
②森林中植物的分層現象主要是受光照強度影響形成的
③動物的分層現象決定了植物的分層現象
④群落中生物的垂直分布和水平分布，有利于生物群落整體對自然資源的充分利用
⑤在農業生產上，可以將玉米與大豆套種，充分利用分層現象
⑥種植玉米時，因植物群落分層現象的存在，所以要合理密植
A．①②③④⑤⑥ B．②④⑤⑥
C．①②④⑤ D．③⑥
[解析]　植物為動物提供食物和棲息空間，植物的分層現象決定了動物的分層現象，③錯誤；合理密植是針對同種生物來說的，與植物的分層無關，⑥錯誤。
〔對應訓練〕
1．(2018·濰坊質檢)下圖1中所示的生物間關系，A、B代表兩種生物，C代表生物的生活條件，箭頭表示營養流動的方向；圖2在坐標系中表示兩種生物之間的關系。下列相關判斷中，錯誤的是(　B　)
A．圖1中①～④表示的種間關系分別是互利共生、種內斗爭、捕食和競爭
B．圖1中的③中A的數量大量減少后，B的數量一直增加
C．圖2中的甲、乙、丙分別對應圖1中的①、③、④
D．在一個生態系統中，兩種生物可能同時存在如圖2中的乙和丙兩種關系
[解析]　根據圖1中幾種生物關系的模式圖可判斷①、③、④分別表示互利共生、捕食和競爭，但②表示的不是種間關系，而是生物A的不同個體間的種內斗爭，A正確。圖l的③中A與B是捕食關系，當A大量減少后，B的數量也不能一直增加，B錯誤。圖2中的甲、乙和丙分別表示互利共生、捕食和競爭，對應圖1中的①、③、④，C正確。在食物網中，兩種生物可能既存在捕食關系也存在競爭關系，D正確。
2．(2015·海南卷，22)關于森林群落的敘述，錯誤的是(　B　)
A．碳可在森林群落和無機環境之間進行循環
B．森林群落在垂直方向上沒有明顯的分層現象
C．互利共生、捕食和競爭等可以出現在森林群落中
D．群落中植物放出的氧氣可被動物、植物及微生物利用
[解析]　物質循環中C、N等元素在無機環境和生物群落之間往復循環，A正確；森林群落在垂直方向上有明顯的分層現象，B錯誤；捕食、競爭、寄生、互利共生等種間關系在生物群落中普遍存在，C正確；群落中綠色植物釋放出的氧氣可被動物、植物及微生物等生物所利用，D正確。
3．(2016·海南卷，22)下列有關群落的敘述，錯誤的是(　D　)
A．群落有垂直結構和水平結構
B．演替是生物群落的特征之一
C．群落中物種之間是相互聯系的
D．群落是由空氣、水和生物組成的
[解析]　群落的空間結構包括垂直結構和水平結構；群落特征包括物種豐富度、種間關系、空間結構、群落演替等；群落是一定自然區域內所有生物個體的總和，不包括無機環境。
考點二　群落的演替
,　)
1．群落演替的概念和類型
(1)概念：隨著時間的推移，一個群落被另一個群落代替的過程。
(2)過程：(以裸巖上的演替為例)
(3)演替的類型
　 類型 　項目　　 初生演替 次生演替
起點 一個從來沒有被植物覆蓋的地面，或者是原來存在過植被、但被徹底消滅了的地方 原有植物雖已不存在，但原有土壤條件基本保留，甚至還保留了植物的種子或其他繁殖體的地方
時間 經歷的時間漫長 經歷的時間較短
速度 緩慢 較快
影響因素 自然因素 人類活動較為關鍵
典例 沙丘、火山巖、冰川泥上的演替 森林砍伐地、棄耕農田上的演替
(4)人類活動對群落演替的影響：會使群落演替按照不同于自然演替的速度和方向進行。
2．群落演替的特征
(1)方向：一定的方向性。
(2)能量：群落有機物總量增加。
(3)結構：營養結構變得復雜，物種多樣性增加。
,　　)
易錯整合，判斷正誤。
(1)初生演替中草本階段比灌木階段的群落自我調節能力強(　×　)
(2)演替達到相對穩定的階段后，群落內物種組成不再變化(　×　)
(3)某島嶼由海底火山噴發形成，現已成為旅游勝地，島上植被茂盛，風景優美。該島嶼形成后最初進行的群落演替屬于次生演替(　×　)
(4)森林階段動物的分層比灌木階段的簡單(　×　)
(5)決定群落演替的根本原因存在于群落外部的環境條件，諸如氣候、地貌、土壤和火等(　×　)
,　　)
1．(教材必修3P78“思考與討論”改編)在群落演替進程中，地衣為苔蘚的生長提供了怎樣的基礎？為何苔蘚能取代地衣？
[提示]通過地衣分泌有機酸加速巖石風化形成土壤，并積累起了有機物，這為苔蘚的生長提供了條件。而苔蘚生長后，由于其植株高于地衣能獲得更多的陽光，處于優勢地位，其結果是逐漸取代了地衣。
2．群落演替時，不同種群間是取而代之還是優勢取代？在森林階段，還能否找到地衣、苔蘚等其他植物？
[提示]在群落演替過程中，一些種群取代另一些種群是指優勢取代，而不是“取而代之”。形成森林后，喬木占據了優勢，取代了灌木的優勢，但在森林中各種類型的植物都是存在的。
重 難 精 講
1．群落演替的三個過程
群落演替的過程可人為地劃分為三個階段
(1)侵入定居階段：一些物種侵入裸地定居成功并改良了環境，為以后侵入的同種或異種物種創造有利條件。
(2)競爭平衡階段：通過種內斗爭或競爭，優勢物種定居并繁衍后代，劣勢物種被排斥，相互競爭過程中共存下來的物種在資源上達到相對平衡。
(3)相對穩定階段：資源利用更為充分有效，群落結構更加完善，有比較固定的物種組成和數量比例，群落結構復雜，層次多。
2．“二看法”區分初生演替和次生演替
[易錯警示]
關于群落演替的易誤點
(1)演替是“不可逆”的
演替是生物和環境反復相互作用，發生在時間和空間上的不可逆變化，但人類活動可使其不按自然演替的方向和速度進行。
(2)群落演替是一個漫長但并非永無休止的過程
當群落演替到與環境處于平衡狀態時，就以相對穩定的群落為發展的頂點。
(3)并不是所有群落都可以演替到森林階段。如果陸地環境條件適宜，群落都能演替到最高階段——森林階段。在干旱地區，一般只能演替到草原或低矮灌木階段。
精 準 命 題
例3　(2018·江蘇南京、鹽城一模)火山噴發大量巖漿可形成火山巖，預測若干年后，火山巖上可生出草本植物。下列有關這一群落演替過程的敘述，錯誤的是(　B　)
A．該群落演替類型屬于初生演替
B．該過程通常不出現地衣和苔蘚植物
C．人類活動會影響該過程的方向和速度
D．該過程最先出現的動物是植食性動物
[解析]　初生演替是指在一個從來沒有植被覆蓋的地面，或者是原來存在植被，但被徹底消滅了的地方發生的演替，例如在沙丘、火山巖、冰川泥地上進行的演替，題中所給演替類型發生在火山巖，因此屬于初生演替，A正確；在光裸的巖石上發生的初生演替包括以下階段：裸巖階段→地衣階段→苔蘚植物階段→草本植物階段→灌木階段→森林階段，因此該過程會出現地衣和苔蘚植物，B錯誤；人類可以砍伐森林、填湖造地、捕殺動物，也可以封山育林、治理沙漠、管理草原，甚至可以建立人工群落，故人類活動往往會使群落演替按照不同于自然演替的速度和方向進行，C正確；初生演替過程中，最先出現的植物為地衣，其次是苔蘚，有了植物，土壤才能固定，才有可利用的有機物，才會出現動物，所以最先出現的動物應為植食性動物，D正確。
〔對應訓練〕
4．(2018·江蘇無錫期末)圖中兩條曲線表示群落演替的兩種類型，下列有關敘述錯誤的是(　C　)
A．曲線①可表示森林火災前后的演替過程
B．曲線②可表示發生在火山巖上的演替過程
C．M、N點物種組成基本不會發生改變
D．①類型的演替速度明顯快于②類型
[解析]　圖中兩條曲線，①開始時物種多，②開始時物種數為0，說明前者是次生演替，后者是初生演替，次生演替的速度明顯快于初生演替，由于環境因素和人類活動等的影響，演替前后M、N點物種組成一般會發生變化，故A、B、D正確，C錯誤。
5．(2018·廣西桂林、賀州、崇左聯合調研)2017年，國家繼續投入大批資金用于退耕還林。下表數據是某退耕地不同退耕時間物種多樣性指數變化情況。
退耕時 間(年) 1 5 10 15 20 25 30 35
物種多樣 性指數 1.41 1.75 2.46 3.04 3.36 3.52 3.55 3.55
(1)在調查該退耕地土壤中小動物類群的豐富度時，由于許多土壤動物有活動能力較強、身體微小的特點，常采用取樣器取樣的方法進行采集、調查。
(2)在退耕還林過程中，生產者固定的太陽能的變化趨勢是逐漸增大至相對穩定，從碳循環的角度分析，退耕還林可在一定程度上緩解溫室效應。
(3)分析表中數據可以看出第25年到第35年間，該退耕地已經演替到頂級階段，能不能確定頂級階段就是森林群落？不能，理由是群落演替受土壤和氣候等自然條件影響，只有在具備森林群落生存和發展的自然條件下才能演替為森林群落。
考點三　(實驗)土壤中小動物類群豐富度的研究
,　)
1．實驗原理
(1)土壤條件：不僅為植物提供水分和礦質元素，也是一些小動物的良好棲息場所。
(2)取樣方法：許多土壤動物身體微小且有較強的活動能力，可用取樣器取樣的方法進行采集、調查。
(3)統計方法：記名計算法和目測估計法。
2．實驗流程
(1)提出問題：不同區域土壤中，物種豐富度相同嗎？
(2)制訂計劃：包括步驟、時間、地點、內容、方法、備注等。
(3)實施計劃
步驟 實施
實施計劃 準備 及取樣 用取樣器取樣(如用采集罐、吸蟲器等進行取樣)的方法進行采集、調查
采集 小動物 ①誘蟲器采集 ②簡易采集法：用解剖針撥找同時用放大鏡觀察，發現小動物后進行采集 ③采集到的小動物可放入酒精中，也可將活著的小動物放入試管中
觀察 和分類 ①可借助放大鏡、實體鏡進行觀察 ②可借助動物圖鑒查清小動物名稱，并進行分類
統計 和分析 豐富度的統計方法：記名計算法和目測估計法
實驗結論 組成不同群落的優勢種是不同的，不同群落的物種豐富度是不同的。一般來說，環境條件越優越，群落發育的時間越長，物種越多，群落結構也越復雜
3.采集小動物所用到的儀器
A　　　　　　　　　　　　　　　B
(1)誘蟲器(A圖)：
該裝置中的電燈是發揮作用的主要部件，該裝置利用土壤動物具有趨暗、趨濕、避高溫的習性，使土壤動物遠離光源、熱源。
(2)吸蟲器(B圖)：
該裝置中的紗布作用是防止將土壤小動物吸走。
,　　)
易錯整合，判斷正誤。
(1)調查時既可調查某處土壤中小動物類群豐富度，也可以通過調查來比較不同土壤中小動物類群豐富度(　√　)
(2)在同一地塊不同時間或不同深度土層，調查結果應一致(　×　)
(3)吸蟲器主要用于采集體型較大的小動物(　×　)
(4)采集的小動物應一律放于70%的酒精中(　×　)
,　　)
　如圖表示的是兩種采集土壤中小動物的裝置。甲裝置的花盆壁丙和放在其中的土壤之間留一定空隙的目的是什么？利用該裝置采集主要利用了小動物的什么習性？乙裝置采集的小動物保存的主要方法是什么？
　　　　　甲　　　　　　　　　乙
[提示]甲裝置的花盆壁丙和放在其中的土壤之間留一定空隙的目的是便于空氣流通。甲裝置主要是利用土壤動物避光、避高溫、趨濕的習性采集。用乙裝置采集的土壤動物可放入體積分數為70%的酒精溶液中，也可放入試管中。
精 準 命 題
例4　在土壤中小動物類群豐富度的研究中，某小組設計的采集小動物的裝置如圖所示，正確的說法是(　D　)
A．利用土壤動物的趨光、趨濕的特性
B．圖示裝置為吸蟲器，適于采集身體微小的土壤小動物
C．金屬篩網可以用多層紗布代替，阻止小動物向下移動
D．廣口瓶中可加入體積分數為70%的酒精溶液或放置濕棉花
[解析]　土壤動物一般具有避光趨濕的特性，A錯誤；圖示裝置為誘蟲器，B錯誤；用金屬篩網的目的就是讓小動物向下移動，C錯誤。
〔對應訓練〕
6．(2017·河南名校月考)某地土壤中小動物的物種數和個體總數如表所示，以下有關敘述正確的是(　A　)
土層 物種數 個體總數
0～5 cm 11 79
5～10 cm 4 20
10～15 cm 3 13
A.表中的信息說明群落具有垂直結構
B．不同土層中小動物的分布與光照無關
C．不同土層中的小動物都是消費者
D．土壤中某種小動物個體總數下降則該地物種豐富度隨之下降
[解析]　表中數據顯示，在垂直方向上不同的土層中分布著不同的物種，這體現了群落的垂直結構，A正確；表層土壤中的小動物分布與光照有關，B錯誤；不同土層中的小動物不一定都是消費者，如土壤中的蚯蚓是分解者，C錯誤；物種豐富度是指群落中物種數目的多少，某物種的個體數量減少，只要該物種不消失，就不會影響該地物種豐富度，D錯誤。
7．(2018·北京清華大學高三學術能力診斷)下列關于用黑光燈誘捕的方法調查昆蟲的種群密度的敘述，正確的是(　B　)
A．該方法利用了昆蟲的避光性原理
B．該方法是調查活動能力強的農業害蟲的種群密度的常用方法
C．將大田中用黑光燈誘捕法獲取的種群密度與歷史記錄作對照，可得出反映種群密度大小的準確數據
D．用該方法調查種群密度能很好地預測種群數量的變化趨勢
[解析]　用黑光燈誘捕的方法調查昆蟲的種群密度利用了昆蟲的趨光性原理，A錯誤；黑光燈誘捕的方法是調查活動能力強的農業害蟲的種群密度的常用方法，B正確；將大田中用黑光燈誘捕法獲取的種群密度與歷史記錄作對照，只能得出反映種群密度大小的估算值，不能得出準確數據，C錯誤；預測種群數量的變化趨勢，依據的是種群的年齡組成，而不是種群密度，D錯誤。
課末總結
1．〔思維導圖〕
2．〔高考必背語句〕
1．群落的物種組成是區別不同群落的重要特征。
2．群落中物種數目的多少稱作豐富度。
3．在群落中，各個生物種群分別占據了不同的空間，使群落形成一定的空間結構。
4．在垂直方向上，大多數群落都具有明顯的分層現象，植物的分層現象主要與光照有關；動物的分層現象則與棲息空間和食物條件有關。在水平方向上，群落的不同種群常呈鑲嵌分布。
5．隨著時間的推移，一個群落被另一個群落代替的過程稱為群落演替，包括初生演替和次生演替。
3．〔探究高考·明確考向〕
1．(2018·江蘇卷，13)下圖是某處沙丘發生自然演替過程中的三個階段，下列敘述正確的是(　D　)
階段Ⅰ
階段Ⅱ
階段Ⅲ
A．從形成沙丘開始發生的演替是次生演替
B．階段Ⅰ的沙丘上草本植物占優勢，群落尚未形成垂直結構
C．階段Ⅰ與Ⅱ的沙丘上生長的植物種類完全不同
D．階段Ⅲ沙丘上的群落對外界干擾的抵抗力穩定性最強
[解析]　A錯：在沙丘、火山巖、冰川泥上進行的演替屬于初生演替。B錯：在垂直方向上，大多數群落具有明顯的分層現象。C錯：群落演替是指優勢取代而非取而代之，所以階段Ⅰ與Ⅱ的沙丘上的植物種類并非完全不同。D對：階段Ⅲ沙丘上的群落生物種類最多，營養結構最復雜，自我調節能力最強，所以對外界干擾的抵抗力穩定性最強。
2．(2015·全國卷Ⅰ，4)下列關于初生演替中草本階段和灌木階段的敘述，正確的是(　D　)
A．草本階段與灌木階段群落的豐富度相同
B．草本階段比灌木階段的群落空間結構復雜
C．草本階段比灌木階段的群落自我調節能力強
D．草本階段為灌木階段的群落形成創造了適宜環境
[解析]　初生演替的一般過程為裸巖階段→地衣階段→苔蘚階段→草本植物階段→灌木階段→森林階段。草本植物階段植物種類及動物種類較少，而灌木階段的植物種類和動物種類增加，所以灌木階段的豐富度大、群落空間結構復雜，自我調節能力較強，A、B、C錯誤；由于草本植物群落階段土壤繼續增加，小氣候也開始形成，同時土壤微生物和小型土壤動物的活力增強，植物的根系可深入到巖石縫隙，因此環境條件得到了大大的改善，為一些木本植物的生長創造了條件，D正確。
3．(2017·天津卷，7)大興安嶺某林區發生中度火燒后，植被演替過程見下圖
據圖回答：
(1)該火燒跡地上發生的是次生演替。與①相比，③中群落對光的利用更充分，因其具有更復雜的垂直結構。
(2)火燒15年后，草本、灌木豐富度的變化趨勢均為下降后保持相對穩定，主要原因是它們與喬木競爭時獲得的光逐漸減少。
(3)針葉林凋落物的氮磷分解速率較慢。火燒后若補栽喬木樹種，最好種植闊葉樹，以加快氮磷循環。
(4)用樣方法調查群落前，需通過逐步擴大面積統計物種數繪制“種——面積”曲線，作為選取樣方面積的依據。下圖是該林區草本、灌木、喬木的相應曲線。據圖分析，調查喬木應選取的最小樣方面積是S3。
[解析]　(1)由圖中信息可知，火災后群落中迅速出現了多種草本植物和灌木，這說明大火后還保留原有土壤條件，甚至還可能保留了植物的種子或其他繁殖體，所以該火燒跡地上發生的是次生演替。群落中植物的垂直結構有利于群落對光能的充分利用。(2)從圖中可以看出，火燒15年后草本和灌木豐富度下降，到40年后基本保持相對穩定，主要原因是草本和灌木在與喬木的競爭中得到的光逐漸減少。(3)火燒后若補栽喬木樹種，最好種植闊葉樹，因為針葉樹的凋落物不易被分解，物質循環速度慢，而由題知喬木中除了針葉樹就是闊葉樹，因此應該種植的是闊葉樹。(4)從樣方大小和物種數間的關系可判斷，坐標曲線中最下面的曲線為喬木對應的曲線，從該曲線可以看出，當樣方面積為S3時喬木的物種數就達到最大，所以調查喬木應選取的最小樣方面積為S3。
第三講　生態系統的結構、能量流動和物質循環
,考綱要求)1.生態系統的結構　Ⅰ
2．生態系統中的物質循環和能量流動的基本規律及應用　Ⅱ
考點一　生態系統的結構
,　)
1．生態系統的概念：
由__生物群落與它的無機環境相互作用而形成的統一整體。地球上最大的生態系統是生物圈。
2．生態系統的結構
3．生態系統的營養結構
(1)食物鏈
①概念：生態系統中各生物之間由于食物關系形成的一種聯系。
②實例
③表現形式：起點總是生產者，終點是不被其他動物所食的動物(最高營養級)。
④消費者級別＝營養級級別－1。
(2)食物網
①概念：在一個生態系統中，許多食物鏈彼此相互交錯連接成的復雜營養結構。
②形成原因：生態系統中，一種綠色植物可能是多種植食性動物的食物，而一種植食性動物既可能吃多種植物，也可能被多種肉食性動物所食。
,　　)
易錯整合，判斷正誤。
(1)稻田生態系統中的分解者能將鴨的糞便分解成無機物以促進水稻的生長(　√　)
(2)所有的生產者都是植物，所有的動物都是消費者，所有的細菌和真菌都是分解者(　×　)
(3)生態系統的結構指的就是食物鏈和食物網(　×　)
(4)生態系統的食物鏈中營養級越高的生物，其體型必然越大(　×　)
(5)三級消費者在食物鏈中屬于第四營養級(　√　)
(6)草、鹿、兔、狼、狐和土壤中微生物共同形成了一個生態系統(　×　)
,　　)
1．(教材必修3P88旁欄思考題改編)一個動物園中全部動物是一個系統嗎？全部動物和植物呢？為什么？
[提示]動物園中的全部動物不能說是一個系統，因為不同種動物是分開飼養的，彼此之間沒有內在聯系和相互影響，不是一個有機的整體。同理，動物園中的全部動物和植物也不是一個系統。
2．(教材必修3P92“基礎題T1”改編)如圖是某海洋生態系統中，生產者固定太陽能和海洋水深關系的曲線，請思考：
①就遠洋水域和近海水域而言，其生產者固定太陽能數量明顯降低的水深深度分別為多少米？影響這一變化的主要非生物因素是什么？
②近海水域水深為多少時，生產者數量最多？在水深超過35米后，哪種水域還有較多生產者？
③從生態系統的組成成分角度看，生活在水深100 m以下的生物，主要屬何種成分？是否還有生產者？
[提示]①近海水域10 m、遠洋水域30 m，光照。②10～15 m遠洋水域。③主要為消費者、分解者，不再有光合自養型生產者，但還可能有化能合成作用類型的生產者。
重 難 精 講
1．各組成成分的比較
比較項目 組成內容 作用 生物同化類型 地位
非生物的物質和能量 陽光、熱能、空氣、水分、無機鹽等 為生物提供物質和能量 ，是生物群落賴以生存和發展的基礎 必備 成分
生產者 主要是綠色植物，也包括化能自養型微生物(如硝化細菌) 制造有機物，儲存能量；為消費者提供食物和棲息場所 自養型 主要成分(基石)
消費者 主要包括絕大部分動物，包括寄生生活的微生物和植物(如菟絲子) 加快生態系統中的物質循環；有利于植物的傳粉和種子的傳播 異養型 最活躍的成分
分解者 營腐生生活的微生物及腐食性的動物(如蚯蚓、蜣螂) 通過分解作用將生物遺體、排泄物分解為無機物，供生產者重新利用 異養型 物質循環中的關鍵成分
聯 系 各成分相互作用形成一個統一整體
[易錯警示]
(1)生態系統成分的誤區類型與特例分析
誤區類型 特例
細菌都是 分解者 硝化細菌是自養生物，屬于生產者；寄生細菌屬于特殊消費者
動物都是 消費者 蚯蚓、蜣螂、禿鷹及某些種類的軟體動物是以動植物殘體為食的腐生動物，屬于分解者
生產者都是 綠色植物 藍藻、硝化細菌等自養原核生物也是生產者，應該說生產者主要是綠色植物
植物都是 生產者 菟絲子等一些寄生植物營寄生生活，屬于消費者
(2)生態系統組成成分關系圖解分析
①先據雙向箭頭“??”確定“非生物的物質和能量”和“生產者”，再判斷兩者中有“3”個指出箭頭的D為“生產者”，有“3”個指入箭頭的C為“非生物的物質和能量”，最后根據D→A→B，確定A為消費者、B為分解者。
②若問D、A、B具體是什么生物，則D主要為綠色植物，A為動物，B為營腐生生活的細菌和真菌。
③圖示中D、A、B共同構成生物群落，食物鏈(網)中只包括D和A。
2．食物網中生物數量的變化分析
(1)食物鏈的第一營養級生物減少，相關生物都減少。
(2)“天敵”減少，被捕食者數量增加，但隨著數量增加，種內斗爭加劇，種群密度還要下降，直到趨于穩定。
(3)“中間”營養級生物減少的情況，舉例如下：
若青蛙突然減少，則以它為食的蛇將減少，鷹過多捕食兔和食草鳥，從而導致兔、食草鳥減少，因鷹不只捕食蛇一種生物，它可以依靠其他食物來源維持數量基本不變。
[易錯警示]
(1)距離基本能源(如生產者)越近的生物，受到捕食或取食的壓力越大，因而其種類和數量越多，生殖能力越強。
(2)食物網越復雜，最高營養級生物就越能獲得持續穩定的能量。
(3)取食對象一般選取低營養級生物的原因：低營養級生物所含的能量多；富集有毒物質少。
精 準 命 題
考向一　生態系統的概念及成分
例1　(2018·山東省實驗中學一診)下列有關生態系統的結構的描述，正確的是(　C　)
A．不能進行光合作用的生物一定不是生產者
B．分解者只包括腐生細菌和真菌
C．生態系統的營養結構是指生態系統中由營養關系形成的食物鏈和食物網
D．生產者和分解者是生態系統的基石，消費者不是生態系統的必備成分
[解析]　有些生物雖然不能進行光合作用，但是能進行化能合成作用，也屬于生產者，例如硝化細菌，A錯誤。分解者包括腐生細菌、真菌以及營腐生生活的動物(例如禿鷲、蚯蚓等)，B錯誤。生態系統的結構包括生態系統的組成成分、食物鏈和食物網，其中食物鏈和食物網構成生態系統的營養結構，C正確。生產者(能把無機物合成有機物)是生態系統的基石；分解者(能把有機物分解成無機物)是生態系統的必備成分；消費者只是加快生態系統的物質循環，若是沒有消費者，生態系統的物質循環雖然變慢但仍可以進行，所以消費者不是生態系統的必備成分，D錯誤。
考向二　生態系統的營養結構——食物鏈、網
例2　(2018·湖南省長沙市高三理科綜合模擬)某地土壤和水體中鎘超標，鎘進入生態系統后蓄積在動物肝、腎中引發“痛痛病”。某生態系統有甲、乙、丙、丁四個營養級，在某一時間測得所含鎘的相對濃度如圖所示。下列相關敘述中，正確的是(　A　)
A．當地人要預防“痛痛病”要少吃動物肝、腎等內臟
B．丙營養級所含能量最多
C．該生態系統肯定沒有分解者
D．四個營養級所同化的能量值的關系可表示為丁<甲＋乙＋丙
[解析]　富集作用是隨著營養級越高含量會越高，由題意可知鎘進入生態系統后蓄積在動物肝、腎中而引發“痛痛病”，所以人類要預防該病應少吃動物肝、腎等內臟，A正確。丙營養級所含鎘濃度最高，說明丙營養級最高，而能量是單向流動、逐級遞減的，丙營養級所含能量最少，B錯誤。任何一個生態系統中都必須有分解者，C錯誤。四個營養級同化的能量值的關系可以表示為丁>甲＋乙＋丙，D錯誤。
技巧點撥
食物鏈變式模型的分析
(1)下圖中圖1和圖2都是以每個營養級中有機物多少為依據，圖l中的食物鏈是丙→甲→乙→丁，圖2中的食物鏈是丙→丁→甲→乙。
(2)圖3表示甲和乙之間為捕食關系，甲是被捕食者，乙是捕食者，在食物鏈中，甲是低營養級，乙是高營養級。
(3)圖4表示的是生態系統的組成成分圖解，A是生產者，B是消費者，C是分解者，D是非生物的物質和能量，其中的食物鏈是A→B。
〔對應訓練〕
1．(2018·甘肅張掖一檢)下列關于生態系統結構和功能的敘述，正確的是(　A　)
A．在生態系統中，生產者不一定都是植物
B．食物鏈中各營養級的能量都沿著食物鏈流動
C．物質循環只與生態系統中的生產者和分解者有關
D．所有反饋調節對生態系統的穩定性都具有積極意義
[解析]　在生態系統中，生產者是自養生物，但不一定都是植物，例如硝化細菌也是生產者，A正確；食物鏈中各營養級的能量，沿著食物鏈流動的約占各營養級能量的10%～20%，B錯誤；物質循環與生態系統中的生產者、消費者和分解者均有關，C錯誤；負反饋調節對生態系統的穩定性具有積極意義，正反饋調節的作用往往使生態系統遠離穩態，D錯誤。
2．(2018·四川成都期末調研)如圖是某草原生態系統中部分食物網簡圖，據圖判斷下列說法錯誤的是(　D　)
A．圖中所示的食物網中，一共有4條食物鏈
B．蛇在此食物網中，分別屬于兩個不同營養級
C．青蛙和蜘蛛之間既有競爭關系，也有捕食關系
D．若蜘蛛忽然全部死亡，則蛇的數量一定迅速減少
[解析]　圖中食物網中有4條食物鏈，A正確；蛇在此食物網中占據第四、第五兩個營養級，B正確；從食物網看，青蛙和蜘蛛都捕食蝗蟲，青蛙和蜘蛛的種間關系是競爭，青蛙又捕食蜘蛛，故二者之間既有競爭關系，也有捕食關系，C正確；若蜘蛛忽然全部死亡，青蛙僅占第三營養級，青蛙可能會獲得更多的能量，其種群數量會有所增加，則一定時間內蛇的數量也會增加，D錯誤。
考點二　生態系統的能量流動
,　)
1．生態系統的能量流動過程、特點及意義
2．消費者的能量流動
注意：最高營養級消費者的能量沒有流向下一營養級這條途徑。
(1)上述圖解可以得到：攝入量＝同化量＋糞便量。
(2)在各營養級中，能量的幾個去路：通過呼吸作用以熱能的形式散失；被下一營養級生物利用；被分解者利用；未被利用。
,　　)
易錯整合，判斷正誤。
(1)生態系統相對穩定時無能量的輸入和散失(　×　)
(2)生產者固定的能量除用于自身呼吸外，其余均流入下一個營養級(　×　)
(3)兔吃草后排出的糞便中的能量是兔同化量的一部分(　×　)
(4)一只狼捕食了一只兔子，該狼獲得了兔子能量的10%～20%(　×　)
(5)能量流動規律可用“能量金字塔”表示，一個生態系統的營養級越多，在能量流動過程中散失的熱能越多，所以能量流動一般不會超過4～5個營養級(　√　)
(6)拔去田地中的雜草是人為地調整能量流動的方向，可以提高生態系統的能量傳遞效率(　×　)
,　　)
　下圖表示A、B兩個特定生態系統的能量金字塔，請思考：
(1)依生態學原理看同樣的玉米，上述哪種營養結構可養活更多的人口？為什么？
(2)一個吃玉米的人所獲得的能量一定比一個吃牛肉的人獲得的能量多，對嗎？為什么？
(3)若土壤中含相同濃度的難降解污染物，則A中的人與B中的人體內污染物濃度哪個更高？
[提示](1)A種營養結構，因為B中人處于第三營養級，能量損耗加大，養活的人口更少。(2)不對。A、B營養結構中“牛”“人”代表的是相應的營養級環節，并非“一個人”。(3)B中更高。
重 難 精 講
1．流入某一營養級的能量來源和去路
(1)能量來源
(2)能量去向：流入某一營養級(最高營養級除外)的能量去向可從以下兩個角度分析：
②定量定時：流入某一營養級的一定量的能量在一定時間內的去路可有四條：a.自身呼吸消耗；b.流入下一營養級；c.被分解者分解利用；d.未被自身呼吸消耗，也未被下一營養級和分解者利用，即“未利用”。如果是以年為單位研究，這部分的能量將保留到下一年。
2．能量流動特點及原因分析
(1)單向流動
①能量流動是沿食物鏈進行的，食物鏈中各營養級之間的捕食關系是長期自然選擇的結果，是不可逆轉的。
②各營養級通過呼吸作用所產生的熱能不能被生物重復利用，因此能量流動無法循環。
(2)逐級遞減
①各營養級生物都會因呼吸作用消耗大部分能量。
②各營養級的能量都會有一部分流入分解者，包括未被下一營養級生物利用的部分。
3．流動模型——生態金字塔的類型、含義比較
類型 能量金字塔 數量金字塔 生物量金字塔
形狀
特點 正金字塔形 一般為正金字塔形 一般為正金字塔形
象征 含義 能量沿食物鏈流動過程中具有逐級遞減的特性 一般生物個體數目在食物鏈中隨營養級升高而逐級遞減 一般生物有機物的總質量沿食物鏈升高逐級遞減
每一階 含義 每一營養級生物所含能量的多少 每一營養級生物個體的數目 每一營養級生物的有機物總量
特殊 形狀 無 極少
[易錯警示]
能量流動中的三個易誤點
(1)動物同化的能量不等于攝入的能量
動物同化的能量＝攝入量－糞便有機物中的能量，即攝入的食物只有部分被同化。例如蜣螂利用大象的糞便獲得能量，就不能說蜣螂獲得了大象的能量。
(2)糞便量不是該營養級同化量的一部分
消費者產生的糞便不屬于該營養級同化的能量，它實際上與上一營養級的遺體、殘骸一樣，屬于上一營養級被分解者利用的部分。
(3)能量傳遞效率與能量利用效率的區別
①能量傳遞效率：能量在沿食物鏈流動的過程中，逐級減少，若以“營養級”為單位，能量在相鄰兩個營養級之間的傳遞效率為10%～20%。其計算公式為能量傳遞效率＝(一個營養級同化量/上一營養級同化量)×100%。
②能量利用效率：通常考慮的是流入人體中的能量占生產者能量的比值，或流入最高營養級的能量占生產者能量的比值。合理調整能量流動關系，可提高能量的利用效率。
精 準 命 題
考向一　生態系統能量流動的過程和特點
例3　(2017·貴州畢節適應性監測)某稻田生態系統中生長著水稻、稗草，卷葉螟是水稻的主要害蟲，擬水狼蛛是卷葉螟的天敵。下列敘述錯誤的是(　A　)
A．防治害蟲可提高生產者和消費者之間的能量傳遞效率
B．害蟲與擬水狼蛛間的信息傳遞可調整種間關系
C．該稻田中的上述四種生物形成三個營養級
D．除去稗草，可使水稻固定的太陽能增加
[解析]　在食物鏈中，防治害蟲只能提高能量利用率，使得能量朝有利于人的方向流動，能量傳遞效率并未提高，A錯誤；害蟲與擬水狼蛛間的信息傳遞可調整種間關系，維持生態系統的穩定，B正確；該稻田中的上述四種生物形成三個營養級，水稻、稗草屬于第一營養級，卷葉螟屬于第二營養級，擬水狼蛛屬于第三營養級，C正確；除去稗草，可使水稻固定的太陽能增加，D正確。
考向二　能量流動的“分流模型”分析和“傳遞效率”的計算
例4　(2018·安徽合肥調研性檢測)在人為干預下，地震毀損的某自然保護區恢復過程中的能量流動關系如圖所示(單位為×103kJ·m－2·a－1)。請據圖分析，下列說法錯誤的是(　D　)
A．在地震中營養級較高的生物受到的影響可能較大
B．能量在第二營養級到第三營養級之間的傳遞效率為15.6%
C．肉食動物需補償輸入的能量值為5×103kJ·m－2·a－1
D．流經該生態系統的總能量是生產者固定的太陽能
[解析]　由圖可知，營養級越高，需要補償輸入的能量越多，因而在地震中營養級較高的生物受到的影響可能較大，A正確。分析圖可知，第二營養級的同化量為14×103＋2×103＝16×103(kJ·m－2·a－1)，第三營養級的同化量為0.25×103＋0.05×103＋5.1×103＋2.1×103＝7.5×103(kJ·m－2·a－1)，其中從第二營養級獲得的能量為16×103－4×103－9×103－0.5×103＝2.5×103(kJ·m－2·a－1)，因此能量從第二營養級到第三營養級的傳遞效率為(2.5÷16)×100%＝15.6%，B正確。由上述分析可知，第三營養級的同化量是7.5×103kJ·m－2·a－1，其中從第二營養級獲得的能量為2.5×103kJ·m－2·a－1，則從外界補償輸入的能量為7.5×103－2.5×103＝5×103(kJ·m－2·a－1)，C正確。該生態系統有從外界補償輸入的能量，因此流經該生態系統的總能量＝生產者固定的太陽能＋補償輸入的能量，D錯誤。
技巧點撥
“拼圖法”分析生態系統中能量流動的去向
輸入第一營養級的能量(W1)被分為兩部分：一部分在生產者的呼吸作用中以熱能的形式散失了(A1)，一部分則用于生產者的生長、發育和繁殖。而后一部分能量中，包括現存的植物體B1、流向分解者的C1、流向下一營養級的D1。參考圖示：
(1)模式圖中能量的拼接方法：流經整個生態系統的總能量是生產者固定的總能量，即W1。將圖中第三營養級同化的總能量D2“拼回”第二營養級，則剛好等于D1，即第二營養級同化的總能量；再將D1“拼回”第一營養級，則剛好等于生產者固定的總能量W1。可見，在一個生態系統中，所有生物的總能量都來自W1，所有生物總能量之和都小于W1(呼吸作用消耗的緣故)。
(2)用拼接模塊表示傳遞效率：從上圖可以看出，從第一營養級向第二營養級能量的傳遞效率等于D1/W1。〔對應訓練〕
3．(2018·寧夏平羅中學第一次月考)草→兔子→狐貍→狼為某草原上的一條食物鏈，下列關于該食物鏈的說法中正確的是(　B　)
A．在此食物鏈中能量形式的轉變順序是化學能→光能→熱能
B．兔子產生糞便中的能量不屬于兔子的同化量，而屬于草的同化量
C．當狐貍捕食兔子并同化為自身的有機物時，能量就從第一營養級流入第二營養級
D．根據能量流動的特點，狼個體體內的能量少于狐貍個體體內的能量
[解析]　在此食物鏈中能量形式的轉變順序是光能→化學能→熱能，A錯誤；兔子的同化量＝攝入量－糞便量，兔子糞便中的能量屬于上一營養級即草的同化量，B正確；兔子和狐貍分別處于第二、第三營養級，C錯誤；根據能量流動的特點，所有狼個體體內的能量之和少于所有狐貍個體體內的能量之和，D錯誤。
4．(2018·廣東省實驗中學期中)如圖為桑甚魚糖農業生態系統局部的能量流動圖解，圖中字母代表相應能量，下列說法正確的是(　D　)
A．圖中用于桑樹生長、發育和繁殖的能量是A
B．圖中未利用的能量是指蠶糞便中的能量
C．第一、二營養級間的能量傳遞效率為(A1＋B1＋C1＋D1)/C×100%
D．蠶絲中所含的能量來自蠶中的B1
[解析]　A為輸入生態系統的總能量，凈光合作用量C＝總光合作用量A－呼吸作用散失的能量B，C將用于桑樹自身的生長、發育和繁殖，A錯誤；圖中未利用的能量是指桑樹同化的總能量減去桑樹呼吸消耗的能量、被分解者分解利用的能量和流入蠶的能量后剩余的能量，B錯誤；第一、二營養級間的能量傳遞效率＝(蠶的同化量÷桑樹的同化量)×100%＝(A1＋B1＋C1＋D1)/A×100%，C錯誤；蠶絲中所含的能量來自B1，D正確。
5．(2018·安徽合肥調研性檢測)如圖表示某相對穩定的草原生態系統的能量流動過程，其中a、b、c表示各營養級同化的能量，d、e、f表示各營養級呼吸消耗的能量，g、h、i表示各營養級流向分解者的能量，請據圖回答：
(1)能量在草與老鼠之間的傳遞效率為b/a×100%。
(2)老鼠糞便中的能量包含在字母a和g中；蛇用于生長、發育和繁殖的能量為c－f(用圖中字母表示)。
(3)蛇增重2 kg需要間接消耗草2a/ckg(用圖中字母表示)。
考點三　生態系統的物質循環
,　)
1．概念
2．碳循環
(1)碳的存在形式與循環形式
A．在生物群落和無機環境間：主要以CO2形式循環。
B．在生物群落內部：以含碳有機物形式傳遞。
C．在無機環境中：主要以CO2和碳酸鹽形式存在。
(2)碳進入生物群落的途徑：生產者的光合作用和化能合成作用。
(3)碳返回無機環境的途徑
生產者、消費者的呼吸作用；
分解者的分解作用(實質是呼吸作用)；化石燃料的燃燒。
3．碳循環的破壞——溫室效應
(1)形成原因：大量化石燃料的燃燒，導致大氣中的CO2含量迅速增加，打破了生物圈中碳循環的平衡。
(2)影響：使氣溫升高，加快極地和高山冰川的融化，導致海平面上升，進而對人類和其他許多生物的生存構成威脅。
,　　)
易錯整合，判斷正誤。
(1)無機環境中的物質可以通過多種途徑被生物群落反復利用(　√　)
(2)生態系統的物質循環指的是各種化合物在生物群落與無機環境之間往復循環(　×　)
(3)生態系統的物質循環和能量流動的渠道都是食物鏈和食物網，所以物質和能量都是循環往復的(　×　)
(4)與碳循環有關的生理活動有光合作用、細胞呼吸和化能合成作用等(　√　)
(5)減少化石燃料的燃燒和大力植樹造林都可以有效地緩解溫室效應(　√　)
,　　)
1．(教材必修3P104“基礎題·4”改編)生物圈是不是一個在“物質”上自給自足的系統？“能量”上呢？
[提示]生物圈在物質上可自給自足，但在能量上不能自給自足，因為物質可以在生物圈內循環利用，而能量不能循環利用——它必須由生物圈外的太陽能源源不斷地輸入方可維持正常運轉。
2．(教材必修3P104“二、拓展題”改編)氮元素在生物群落與無機環境間能否循環利用？你如何解釋需不斷向農田中施加氮肥？
[提示]能。農田是人工生態系統，是以提高農作物的產量和效益，使能量更多地流向人類，滿足人類的需要為目的的。農田土壤中氮的含量往往不足以使作物高產，加之農產品源源不斷地自農田生態系統輸出，其中的氮元素并不能都歸還土壤，所以需要施加氮肥。這與物質循環并不矛盾。
重 難 精 講
1．物質循環與能量流動的關系
項目 能量流動 物質循環(以碳循環為例)
形式 太陽能→化學能→熱能
特點 單向流動、逐級遞減 全球性、循環性
范圍 生態系統各營養級 生物圈(全球性)
聯系 同時進行、相互依存，不可分割 ①能量的固定、儲存、轉移和釋放，離不開物質的合成和分解 ②物質是能量沿食物鏈(網)流動的載體 ③能量是物質在生態系統中往復循環的動力
圖示
[易錯警示]
正確理解生態系統物質循環的四個關鍵點
(1)生態系統的物質循環中所說的“生態系統”并不是一般的生態系統，而是指地球上最大的生態系統——生物圈，因此物質循環具有全球性。
(2)生態系統的物質循環中所說的“物質”并不是指組成生物體的化合物，而是指組成生物體的化學元素，如C、H、O、N、P、S等。
(3)碳在生態系統各成分之間傳遞并不都是雙向的，只有生產者與無機環境之間的傳遞是雙向的，其他各成分間的傳遞均是單向的。
(4)重金屬和DDT等農藥的生物富集：生物富集問題與能量流動相反，能量沿食物鏈流動時逐級遞減，而農藥或重金屬在食物鏈中則存在“生物富集作用”，即營養級越高，該物質濃度越高。
精 準 命 題
例5　(2018·河北重點中學月考)如圖表示某生態系統中四種成分之間的關系。以下相關敘述正確的是(　C　)
A．1和2包含的所有種群構成群落
B．3代表的一定是原核生物
C．4可以表示大氣中的CO2庫
D．①代表光合作用，②代表呼吸作用
[解析]　由圖可知1是生產者，2是消費者，3是分解者，4是非生物的物質和能量，群落應是一定區域內所有的生物，除1、2外還應包含3，A錯誤；分解者也可以是真核生物，如蚯蚓，B錯誤；4可以代表大氣中的二氧化碳庫，C正確；①代表的是捕食，②是呼吸作用，③是光合作用，D錯誤。
技巧點撥
對物質循環過程相關圖解的識別
(1)碳循環過程示意圖
(2)將上圖換成字母，如下面三種變式圖。據圖判斷A、B、C、D各代表哪種成分。
①圖1——先根據雙向箭頭判斷：A和B應為生產者和大氣中CO2庫，再根據A→C判斷：C為消費者，剩下的D為分解者。
②圖2——根據A與C之間的雙向箭頭判斷：A是生產者，C是大氣中CO2庫。根據A、B、D的箭頭都流向E，可進一步判斷：B是初級消費者，D是次級消費者，E是分解者。
③圖3——根據A與E之間的雙向箭頭判斷：A為大氣中CO2庫，E為生產者。然后觀察剩余的幾個成分，其中其他生物部分的箭頭都指向C，所以C是分解者，剩余的B、D、F則為消費者。整個圖解中，食物鏈是E→F→D→B。
〔對應訓練〕
6．(2018·廣西桂林期中)根據如圖所示碳循環的部分過程進行的有關分析，不正確的是(　B　)
A．生物群落內部進行碳循環的物質形式是有機物
B．參與過程②的生物屬于消費者和分解者
C．可以通過增強過程③減少大氣中CO2的含量
D．開發太陽能、水能、核能等新能源，可減少人類對過程①的依賴
[解析]　碳在生物群落內以含碳有機物的形式傳遞，A正確；參與過程②的生物包括生產者、消費者和分解者，B錯誤；生活中可以通過植樹造林、退耕還林(草)等途徑增強植物的光合作用固定CO2，以減少大氣中的CO2量，C正確；開發太陽能、水能、核能等新能源，可減少人類對過程①的依賴，D正確。
7．下列關于物質循環的敘述錯誤的是(　A　)
A．生產者、消費者與無機環境之間都可以直接進行碳循環
B．物質循環是指物質在生物和無機環境之間反復出現、循環流動，且帶有全球性
C．物質循環沿著食物鏈、食物網進行
D．物質循環過程中始終伴隨著能量流動
[解析]　生產者可以通過光合作用(綠色植物等)或化能合成作用(硝化細菌等)將無機環境中的CO2轉化成貯存能量的含碳有機物，又可通過有氧呼吸將含碳的有機物(主要是糖類)轉變成CO2釋放到無機環境中，但是消費者不能利用無機環境中的碳，所以A錯誤。
8．為研究森林生態系統的碳循環，對西黃松老齡(未砍伐50～250年)和幼齡(砍伐后22年)生態系統的有機碳庫及年碳收支進行測定，結果見下表。據表回答：
　　　 　碳量　　 西黃　　　　 松生　　　 態系統　　 生產者活 生物量 (g/m2) 死有機質 (g/m2) 土壤有機碳 (g/m2) 凈初級 生產力* (g/m2·年) 異養呼吸** (g/m2·年)
老齡 12 730 2 560 5 330 470 440
幼齡 1 460 3 240 4 310 360 390
*凈初級生產力：生產者光合作用固定總碳的速率減去自身呼吸作用消耗碳的速率
**異養呼吸：消費者和分解者的呼吸作用
(1)西黃松群落被砍伐后，可逐漸形成自然幼齡群落，體現了生態系統的恢復力穩定性。
(2)大氣中的碳主要在葉綠體基質部位被固定，進入生物群落。幼齡西黃松群落每平方米有360克碳用于生產者當年的生長、發育、繁殖，儲存在生產者活生物量中；其中，部分通過生態系統中消費者的呼吸作用，部分轉變為死有機質和土壤有機碳后通過分解者的分解作用，返回大氣中的CO2庫。
(3)西黃松幼齡群落中每克生產者活生物量的凈初級生產力大于(大于/等于/小于)老齡群落。根據年碳收支分析，幼齡西黃松群落不能(能/不能)降低大氣碳總量。
[解析]　(1)西黃松群落被砍伐后，一段時間后又形成了自然幼齡群落，將來還可能會形成成熟群落，體現了生態系統的恢復力穩定性。(2)大氣中的碳以CO2形式存在，在葉綠體的基質中發生CO2的固定。本題中，每平方米生產者當年用于自身生長、發育、繁殖的生物量＝光合作用固定總碳的速率－呼吸作用消耗碳的速率＝凈初級生產力，所以幼齡西黃松群落每平方米有360克碳用于自身的生長、發育、繁殖，儲存在生產者活生物量中。這部分有機物中的碳，一部分會流向消費者，通過消費者的呼吸作用，轉化成CO2，返回大氣；一部分通過動植物死亡轉變為死有機質和土壤中的有機碳，并通過分解者的分解作用，轉化成CO2，返回大氣。(3)西黃松幼齡群落中每克生產者活生物量的凈初級生產力為360÷1 460≈0.25，西黃松老齡群落中每克生產者活生物量的凈初級生產力為470÷12 730≈0.037，所以西黃松幼齡群落中每克生產者活生物量的凈初級生產力大于西黃松老齡群落中每克生產者活生物量的凈初級生產力。影響大氣碳總量的過程有光合作用、呼吸作用、分解者的分解作用等。西黃松幼齡群落每年每平方米光合作用固定量－自身呼吸作用消耗量＝凈初級生產力＝360 g，小于每年每平方米的異養呼吸量390 g，所以幼齡西黃松群落不能降低大氣碳總量。
課末總結
1．〔思維導圖〕
2．〔高考必背語句〕
1．生態系統的組成成分
(1)生態系統都包含非生物的物質和能量、生產者、消費者和分解者四種成分。
(2)生產者通過光合作用或化能合成作用，把光能或化學能固定在它們制造的有機物中，被生物所利用，因此生產者是生態系統的基石。
(3)細菌不都是分解者，如硝化細菌是生產者；動物不都是消費者，如蚯蚓和蜣螂是分解者；植物不都是生產者，如菟絲子等寄生植物屬于消費者。
2．生態系統的營養結構
(1)食物鏈的開始都是生產者，即第一營養級總是生產者，各種動物在不同的食物鏈中所處的營養級可能不同；食物鏈的最末都是最高營養級(消費者)，中間不能斷，且一般不超過5個營養級。
(2)食物鏈和食物網是生態系統的營養級，是生態系統能量流動和物質循環的渠道。
3．生態系統的能量流動和物質循環
(1)生態系統的能量來自生產者固定的太陽能，經食物鏈和食物網的傳遞，最終以熱能形式散失。
(2)能量流動是單向的；能量在流動過程中逐級遞減，有效傳遞效率只有10%～20%。
(3)生態系統的物質循環中所說的“物質”并不是指組成生物體的化合物，而是指組成生物體的化學元素，如C、H、O、N、P、S等。
(4)能量流動和物質循環是生態系統的主要功能，二者同時進行，相互依存，不可分割，物質是能量流動的載體，能量是物質循環的動力。
3．〔探究高考·明確考向〕
1．(2016·全國卷Ⅲ，5)我國諺語中的“螳螂捕蟬，黃雀在后”體現了食物鏈的原理。若鷹遷入了蟬、螳螂和黃雀所在的樹林中，捕食黃雀并棲息于林中。下列敘述正確的是(　C　)
A．鷹的遷入增加了該樹林中蟬及其天敵的數量
B．該生態系統中細菌產生的能量可流向生產者
C．鷹的遷入增加了該生態系統能量消耗的環節
D．鷹的遷入改變了該生態系統能量流動的方向
[解析]　鷹遷入前，食物鏈為植物→蟬→螳螂→黃雀；鷹遷入后，食物鏈為植物→蟬→螳螂→黃雀→鷹；故鷹的遷入會使該樹林中螳螂(蟬的天敵)的數量增加，蟬的數量減少，A錯誤。題干所述的食物鏈是捕食鏈，細菌是分解者，不參與該食物鏈的構成，即細菌產生的能量不能流向生產者，流向生產者的能量是太陽能，B錯誤。鷹的遷入使得最高營養級由第四營養級增加到第五營養級，增加了能量消耗的環節，C正確。能量流動是沿著食物鏈進行的，鷹的遷入沒有改變該生態系統能量流動的方向，D錯誤。
2．(2018·全國卷Ⅱ，31)大型肉食性動物對低營養級肉食性動物與植食性動物有捕食和驅趕作用，這一建立在“威懾”與“恐懼”基礎上的種間關系會對群落或生態系統產生影響，此方面的研究屬于“恐懼生態學”范疇。回答下列問題：
(1)當某種大型肉食性動物遷入到一個新的生態系統時，原有食物鏈的營養級有可能增加。生態系統中食物鏈的營養級數量一般不會太多，原因是生產者固定的能量在沿食物鏈流動過程中大部分都損失了，傳遞到下一營養級的能量較少。
(2)如果將頂級肉食性動物引入食物網只有三個營養級的某生態系統中，使得甲、乙兩種植食性動物間的競爭結果發生了反轉，即該生態系統中甲的數量優勢地位喪失。假定該反轉不是由于頂級肉食性動物的直接捕食造成的，那么根據上述“恐懼生態學”知識推測，甲的數量優勢地位喪失的可能原因是甲對頂級肉食性動物的恐懼程度比乙高，頂級肉食性動物引入后甲逃離該生態系統的數量比乙多(答出一點即可)。
(3)若某種大型肉食性動物在某地區的森林中重新出現，會減輕該地區野豬對農作物的破壞程度。根據上述“恐懼生態學”知識推測，產生這一結果的可能原因有大型肉食性動物捕食野豬；野豬因恐懼減少了采食(答出兩點即可)。
[解析]　(1)生態系統中能量沿食物鏈的傳遞特點是單向流動、逐級遞減。食物鏈中生產者固定的能量在沿食物鏈流動過程中大部分都損失了，傳遞到下一個營養級的能量較少，所以一條食物鏈的營養級數量一般不會太多。
(2)根據題中信息可知，頂級肉食性動物對環境中的植食性動物有驅趕作用，這種作用是建立在“威懾”與“恐懼”基礎上的。甲的數量優勢地位喪失的原因可能是其對頂級肉食性動物的恐懼程度比乙高，導致甲逃離該生態系統的數量比乙多。
(3)大型肉食性動物捕食野豬或野豬因恐懼減少了采食，從而減輕了野豬對該地區農作物的破壞。
3．(2018·北京理綜，31)因含N、P元素的污染物大量流入，我國某大型水庫曾連續爆發“水華”。為防治“水華”，在控制上游污染源的同時，研究人員依據生態學原理嘗試在水庫中投放以藻類和浮游動物為食的鰱魚和鳙魚，對該水庫生態系統進行修復，取得了明顯效果。
(1)在該水庫生態系統組成中，引起“水華”的藻類屬于生產者。水庫中各種生物共同構成(生物)群落。
(2)為確定鰱、鳙的投放量，應根據食物網中的營養級，調查投放區鰱、鳙的捕食對象/食物的生物積累量(在本題中指單位面積中生物的總量，以t·hm－2表示)：為保證鰱、鳙的成活率，應捕殺鰱、鳙的捕食者/天敵。
(3)藻類吸收利用水體中的N、P元素，浮游動物以藻類為食，銀魚主要以浮游動物為食。由下圖可知，將鰱、鳙魚苗以一定比例投放到該水庫后，造成銀魚生物積累量明顯下降，引起該變化的原因是鰱、鳙與銀魚在食物上存在競爭關系。
(4)投放鰱、鳙這一方法是通過人為干預，調整了該生態系統食物網中相關物種生物積累量的比例，從而達到改善水質的目的。
(5)鰱魚和鳙魚是人們日常食用的魚類。為繼續將投放鰱、鳙的方法綜合應用，在保持良好水質的同時增加漁業產量，以實現生態效益和經濟效益的雙贏，請提出兩條具體措施定期適度捕撈鰱、鳙；定期合理投放鰱、鳙；控制性捕殺鰱、鳙的捕食者；控制人類活動(工業、農業、旅游等)對該水庫生態環境的負面影響。
[解析]　(1)引起水庫生態系統中“水華”的藻類，可利用太陽能合成有機物，屬于生產者。生物群落是指同一時間內聚集在一定區域中的各種生物種群的集合。
(2)欲確定鰱、鳙的投放量，需考慮投放區鰱、鳙的捕食對象(即上一營養級)的生物積累量，然后根據能量傳遞效率計算出鰱、鳙的投放量。為保證鰱、鳙的成活率，應捕殺水庫中鰱、鳙的捕食者(天敵)。
(3)分析柱狀圖，將鰱、鳙魚苗以一定比例投放后，銀魚的生物積累量明顯下降，可能原因是鰱、鳙和銀魚都以浮游動物為食，三者之間存在競爭關系。
(4)通過在水庫中人為投放鰱、鳙這一方法，調整水庫中相關物種(如浮游動物、藻類)生物積累量的比例，從而達到改善水質的目的。
(5)為了實現生態效益和經濟效益的雙贏，要注意控制鰱、鳙的數量，如定期適度捕撈鰱、鳙，定期合理投放鰱、鳙，控制性捕殺鰱、鳙的捕食者等，還要注意控制人類活動(工業、農業、旅游等)對該水庫生態環境的負面影響。
4．(2017·江蘇卷，26)某地因采礦導致地表下沉，成為無法利用的荒地。為了改變這種狀況，有關部門因地制宜，通過引水等措施，將該地改造成濕地生態公園，一些生物陸續遷入，并逐漸形成相對穩定的生物群落。下圖是該公園生態系統食物網的一部分，請回答下列問題：
(1)該公園生物群落的變化屬于次生演替。
(2)圖中昆蟲與雜食性魚類之間的種間關系有捕食和競爭。
(3)在黑斑蛙的繁殖季節，雄蛙通過叫聲這種物理信息求偶；雌蛙通常在近岸水深10～30cm的草叢間產卵，可采用等距取樣法了解該蛙卵塊的密度。
(4)因該水域有些滲漏，補水時曾不慎引入含除草劑的水，導致一些水草死亡。水草腐爛后，圖中所示的生物類群中最先快速增殖的是浮游生物類。
(5)圖中既含有初級消費者，又含有次級消費者的生物類群有底棲動物類、雜食性魚類、濾食性魚類。若蛙類與猛禽之間還存在1個營養級，請寫出該營養級中2類不同綱的生物：蛇類、肉食性魚類、鼠類(任寫其中兩類)。
[解析]　(1)荒地改造成濕地生態公園屬于次生演替。(2)雜食性魚類捕食昆蟲，昆蟲和雜食性魚類都以水草為食，故昆蟲和雜食性魚類之間的種間關系為捕食和競爭。(3)叫聲是通過物理形式來傳遞信息的，屬于物理信息。因“雌蛙通常在近岸水深10～30 cm的草叢間產卵”，故可用等距取樣法調查雌蛙的卵塊密度。(4)水草腐爛，與其具有競爭關系的浮游生物類最先快速增殖。(5)由題圖可知，雜食性魚類既是初級消費者(第二營養級)又是次級消費者(第三營養級)。浮游生物包括浮游植物和浮游動物，則底棲動物類和濾食性魚類也是既含有初級消費者又含有次級消費者。以蛙為食的兩種不同綱的生物有蛇、肉食性魚類、鼠類等。
5．(2016·四川卷，9)豌豆蚜和鱗翅目幼蟲是利馬豆的主要害蟲，蟬大眼蝽可取食利馬豆及兩類害蟲。研究人員用蔬果劑處理去除部分豆莢后，測試以上動物密度的變化，結果見下表(單位：個/株，蔬果劑對以上動物無危害)。
物種 分組 第7天 第14天 第21天
蟬大眼蝽 對照組 0.20 0.62 0.67
處理組 0.20 0.10 0.13
豌豆蚜 對照組 0.20 4.00 2.90
處理組 2.00 8.70 22.90
鱗翅目幼蟲 對照組 1.00 1.31 0.82
處理組 1.13 2.19 2.03
(1)調查豌豆蚜的種群密度

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