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高考生物高頻考點講解及訓練（5）
生態系統的結構與功能
1 生態系統結構分析
(2020·山東卷)與常規農業相比，有機農業、無公害農業通過禁止或減少化肥、農藥的使用，加大有機肥的應用，對土壤生物產生了積極的影響。某土壤中部分生物類群及食物關系如圖所示，三種農業模式土壤生物情況如表所示。
(1)土壤中的線蟲類群豐富，是土壤食物網的關鍵組分。若捕食性線蟲為該土壤中的最高營養級，與食細菌線蟲相比，捕食性線蟲同化能量的去向不包括________________。某同學根據生態系統的概念認為土壤是一個生態系統，其判斷依據是___________________
__________________________________________________________________。
(2)取樣深度不同，土壤中生物種類不同，這體現了群落的__________結構。由表中數據可知，土壤生態系統穩定性最高的農業模式為__________，依據是__________________。
(3)經測定該土壤中捕食性線蟲體內的鎘含量遠遠大于其他生物類群，從土壤生物食物關系的角度分析，捕食性線蟲體內鎘含量高的原因是________________________。
(4)植食性線蟲主要危害植物根系，研究表明，長期施用有機肥后土壤中植食性線蟲的數量減少，依據圖中信息分析，主要原因是__________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
解析：(1)一個營養級的生物所同化著的能量一般用于4個方面：一是呼吸消耗；二是分解者分解；三是流入下一營養級；四是未利用的能量。根據題圖可知，捕食性線蟲處于最高營養級，因此與食細菌線蟲相比同化能量的去向不包括流入下一營養級。根據生態系統的概念分析可知，土壤是由各類土壤生物組成的生物群落與土壤非生物環境相互作用構成的統一整體，因此屬于生態系統。(2)群落的空間結構包括垂直結構和水平結構，垂直結構的特點是分層現象，水平結構的特點是鑲嵌分布，因此土壤深度不同，土壤動物的不同體現了明顯的分層現象，屬于群落的垂直結構。生態系統穩定性與自我調節能力有關，一般來說，生態系統中的組分越多，食物網越復雜，其自我調節能力就越強，穩定性就越高，因此分析表中數據可知，有機農業土壤中生物組分多，食物網復雜程度高，是土壤生態系統穩定性最高的農業模式。(3)生物富集作用指通過生態系統中食物鏈或食物網的各營養級的傳遞，某些污染物，如放射性化學物質和合成農藥等，在生物體內逐步濃集增大的趨勢。而且隨著營養級的不斷提高，有害污染物的濃集程度也越高，因此土壤中的污染物鎘隨著食物鏈延長逐漸積累，出現富集現象，在最高營養級生物捕食性線蟲體內含量最高。(4)根據圖中信息可知，長期施用有機肥后，土壤中腐生細菌數量增加，導致食細菌線蟲數量增加，在食物網中引起捕食性線蟲數量的增加，這使得植食性線蟲由于被大量捕食而數量減少，且減少量多于因植物根系增長而增加的數量。
答案：(1)流入下一個營養級　土壤是由各類土壤生物組成的生物群落和非生物環境相互作用而形成的統一整體　(2)垂直　有機農業　生物組分多，食物網復雜程度高　(3)鎘隨著食物鏈的延長逐漸積累　(4)長期施用有機肥后腐生細菌增加使食細菌線蟲增加，引起捕食性線蟲增加，植食性線蟲因被大量捕食而減少，減少量多于其因植物根系增長而增加的量
1．辨析生態系統組成成分的三類“不一定”和兩類“一定”
(1)生產者不一定是植物(如藍細菌、硝化細菌)，植物不一定是生產者(如菟絲子營寄生生活，屬于消費者)。
(2)消費者不一定是動物(如營寄生生活的微生物等)，動物不一定是消費者(如禿鷲、蚯蚓、蜣螂等以動植物遺體或排泄物為食的腐生動物屬于分解者)。
(3)分解者不一定是微生物(如蚯蚓等動物)，微生物不一定是分解者(如硝化細菌、藍細菌屬于生產者，寄生細菌屬于消費者)。
(4)生產者一定是自養型生物，自養型生物一定是生產者。
(5)營腐生生活的生物一定是分解者，分解者一定是營腐生生活的生物。
2．食物鏈(網)中生物數量變動的分析方法
(1)若處于食物鏈中第一營養級的生物(生產者)數量減少，整個食物鏈中的其他生物數量都會減少，簡單記為：“一級生物若減少，其他生物跟著跑。”
(2)“天敵”一方減少，短時間內被捕食者數量會增加，但從長時間來看，其數量會先增加后減少，最后趨于穩定，簡單記為：“如果天敵患了病，先增后減再穩定。”
(3)若處于中間營養級的生物數量減少，則這種生物數量的變化視具體食物鏈而定：“中間生物被捕殺，不同情況要分家。”大體遵循如下思路：
①生產者數量相對穩定原則，即消費者某一種群數量發生變化時，一般不考慮生產者數量的增加或減少。
②最高營養級的生物種群數量相對穩定原則，即當處于最高營養級的生物種群的食物有多種來源時，若其中一條食物鏈中某種生物減少，該種群的數量不會發生較大變化。
③在食物網中，當某種生物因某種原因而數量減少時，對另一種生物數量的影響，沿不同的食物鏈分析結果不同時，應以中間環節少的為依據。
1．科學家在深海中的火山口周圍發現了熱泉。經過對熱泉生態系統的研究，科學家認為熱泉口的環境與地球上早期生命所處的環境相似。熱泉噴出的海水中富含硫化氫和硫酸鹽，硫細菌通過氧化硫化物和還原CO2來制造有機物。管蠕蟲吞入硫細菌形成細菌囊，并不斷將從海水中吸收的硫化氫等物質輸送給囊中硫細菌，同時也從硫細菌獲取能量。下列說法錯誤的是(　　)
A．硫細菌是自養生物，硫細菌與管蠕蟲的種間關系為寄生
B．研究深海熱泉生態系統，有助于了解生命的起源
C．該生態系統的能量源頭主要是硫化物氧化釋放的化學能
D．硫細菌與硝化細菌同化作用類型相同，都屬于生產者
A　解析：硫細菌通過氧化硫化物和還原CO2來制造有機物，故同化作用類型是自養型；而“管蠕蟲吞入硫細菌形成細菌囊，并不斷將從海水中吸收的硫化氫等物質輸送給囊中硫細菌，同時也從硫細菌獲取能量”，說明硫細菌與管蠕蟲的種間關系為互利共生，A錯誤。研究深海熱泉生態系統，有助于了解生命的起源，B正確。深海中幾乎無光，該生態系統的能量源頭主要是硫化物氧化釋放的化學能，C正確。硫細菌與硝化細菌都是自養生物，都屬于生產者，D正確。
2．(2021·山東省實驗中學質檢)在美國西海岸的一個基巖質海岸的潮間帶棲息著藤壺、貽貝、帽貝和石鱉等幾種動物，這些動物被海星所捕食。科學家將海星從實驗小區中移除一段時間后，調查該小區中被捕食物種的數量由15種迅速下降到8種，同時發現藤壺和貽貝種群數量明顯增加。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．小區中藤壺、貽貝、帽貝和石鱉等動物構成一個生物群落
B．海星可以位于第三營養級
C．海星移除后，該小區物種數量下降的原因是被捕食者之間競爭加劇
D．實驗結果說明捕食者的存在有利于維持生態系統物種多樣性
A　解析：生物群落是指相同時間聚集在一定地域中各種生物種群的集合，包括動物、植物和微生物，A錯誤；海星以藤壺、貽貝、帽貝和石鱉等幾種動物為食，可以是第三營養級，B正確；海星移除后，“該小區中被捕食物種的數量由15種迅速下降到8種，同時發現藤壺和貽貝種群數量明顯增加”，說明被捕食者之間競爭加劇，而藤壺和貽貝在競爭中獲勝，還說明捕食者的存在有利于維持生態系統物種多樣性，C、D正確。
3．下圖表示一個海灘濕地生態系統中部分生物的食物關系，下列敘述錯誤的是(　　)
A．細菌既可作為分解者，又可作為消費者的食物
B．第三營養級的生物有食草蟲、線蟲、海螺
C．若大米草死亡，將導致藻類數量增加，沼蟹數量增加
D．若噴灑只殺滅食草蟲的殺蟲劑，則蜘蛛數量將減少
B　解析：細菌既可作為分解者，又可作為消費者的食物；食物鏈的起點是生產者，海螺、線蟲和食草蟲均能以生產者為食，故三者應為第二營養級；大米草與藻類之間存在種間競爭關系，大米草死亡會導致藻類數量增加，藻類數量增加會導致線蟲數量增加，進而導致以線蟲為食的沼蟹數量增加；殺蟲劑殺死食草蟲，會導致蜘蛛的食物減少，進而導致蜘蛛數量減少。
4．圖1是一個草原生態系統的物質循環示意圖，其中甲、乙、丙為生態系統中的三種組成成分，a～d代表4種動物；圖2是該生態系統中鼠攝食后能量的流向示意圖，A、B、C代表能量。請回答下列相關問題：
(1)草原群落中的碳元素進入非生物環境的途徑主要是________(填生理過程)，碳在生物群落與非生物環境之間循環的主要形式是________。
(2)請寫出圖1中存在的食物鏈(網)：____________________。
(3)圖2中B的含義為______________________________；若A中能量為m，B中能量為n，鼠的天敵同化的能量為p，則該生態系統中從鼠到其天敵的能量傳遞效率為______________。
(4)每年的旱季來臨時，草原的部分食草動物會遷徙到水草豐富的地帶，這一過程體現了生態系統的________功能。
解析：(1)草原群落中的碳元素進入非生物環境的途徑主要是各種生物的呼吸作用；碳在生物群落與非生物環境之間循環的主要形式是二氧化碳，在生物群落內傳遞的主要形式是含碳有機物。(2)分析題圖1，由于生產者既可以進行光合作用，又可以進行呼吸作用，因此其與大氣之間的物質交換是雙向的，由此可確定圖中甲為生產者，乙為消費者，丙為分解者；食物鏈中只包括生產者和消費者，由于營養級之間的能量傳遞效率為10%～20%，因此a屬于第二營養級，b、c屬于第三營養級，d屬于第四營養級。故該生態系統中的食物網為 。(3)題圖2是該生態系統中鼠攝食后能量的流向示意圖，其中A表示鼠同化的總能量，B表示鼠用于生長、發育和繁殖的能量，C表示被分解者利用的能量。根據題意知，A中能量為m，鼠的天敵同化的能量為p，則該生態系統中從鼠到其天敵的能量傳遞效率為p/m×100%。(4)每年的旱季來臨時，草原的部分食草動物會遷徙到水草豐富的地帶，體現了生態系統的信息傳遞功能。
答案：(1)呼吸作用　二氧化碳　(2)　(3)鼠用于生長、發育和繁殖的能量　p/m×100%　(4)信息傳遞
2 生態系統功能分析
(2020·全國卷Ⅲ)假設某種藍藻(藍細菌)(A)是某湖泊中唯一的生產者，其密度極大，使湖水能見度降低。某種動物(B)是該湖泊中唯一的消費者。回答下列問題：
(1)該湖泊水體中A種群密度極大的可能原因是___________(答出2點即可)。
(2)畫出該湖泊生態系統能量流動的示意圖。
(3)假設該湖泊中引入一種僅以A為食的動物(C)后，C種群能夠迅速壯大，則C和B的種間關系是________。
解析：(1)A是藍藻(藍細菌)，是該湖泊唯一的生產者，所以其種群密度極大的原因可能有該水域污染，水體富營養化，造成藍藻(藍細菌)爆發和缺少其他生產者競爭。(2)該生態系統存在唯一一條食物鏈A→B，所以能量流動關系如答案所示。(3)C和B都以A為食，所以二者是種間競爭關系。
答案：(1)水體富營養化，沒有其他生產者的競爭　(2)如下圖所示
(3)種間競爭
1．能量流經不同營養級示意圖
(1)植物光合作用與同化量之間的關系：真光合作用量＝同化量，凈光合作用量＝用于生長、發育和繁殖的能量(因為真光合作用量＝凈光合作用量＋呼吸消耗量；同化量＝呼吸消耗量＋用于生長、發育和繁殖的能量)。
(2)動物攝入量與同化量之間的關系：攝入量＝動物的同化量＋糞便量，即攝入的食物只有一部分被同化。
(3)流入一個營養級的能量是指這個營養級的同化量。
(4)某營養級同化量的“2個”“3個”“4個”去路①“2個”去路：同化量＝呼吸消耗量＋用于生長、發育和繁殖的能量。
②“3個”去路(定量不定時，在足夠長的時間內能量的最終去路)：同化量＝呼吸消耗量＋流向分解者的能量＋下一營養級的同化量。
③“4個”去路(定量定時，即流入某營養級的一定量的能量在一定時間內的去路)：同化量＝呼吸消耗量＋流向分解者的能量＋下一營養級的同化量＋未利用的能量。
注：最高營養級的生物沒有下一營養級的同化量。
(5)未利用的能量：包括生物每年的積累量和動植物殘體以化石燃料的形式被儲存起來的能量。
2．能量傳遞效率的計算公式
3．能量傳遞效率的相關“最值”計算
若題干中未做具體說明，則一般認為能量傳遞的最低效率為10%，最高效率為20%。
(1)在食物鏈A→B→C→D中，則有
注：①食物鏈越短，最高營養級獲得的能量越多；
②生物間的取食關系越簡單，生態系統的能量流動過程中損耗的能量越少。
(2)在食物網中則有
1．下圖是一個生態系統的能量流動簡圖，甲、乙、丙、丁構成生態系統的生物群落。下列有關說法正確的是(　　)
A．流入該生態系統的總能量為8.5×108J/(m2·a)
B．能量在第二營養級和第三營養級之間的傳遞效率為20%
C．圖示表明生態系統能量逐級遞減的原因之一是每營養級中有部分能量流入丁
D．圖示僅展現了能量沿食物鏈(網)傳遞這一路徑
C　解析：題圖中甲、乙、丙、丁構成生態系統的生物群落，則甲為生產者，乙、丙為消費者，丁為分解者。流入該生態系統的總能量是甲(生產者)固定的太陽能，即7.5×106J/(m2·a)，A錯誤；能量在第二營養級(乙)和第三營養級(丙)之間的傳遞效率是(2.7×105)/(1.5×106)×100%＝18%，B錯誤；題圖表明各營養級都有一部分能量流向丁(分解者)，這是能量逐級遞減的原因之一，C正確；題圖不僅展示了能量沿食物鏈(網)傳遞(即甲→乙→丙)，也展示了能量以遺體殘骸等形式流向分解者(丁)，D錯誤。
2．下圖為生態系統中能量流動圖解部分示意圖(字母表示能量的多少)，下列敘述不正確的是(　　)
A．圖中f代表初級消費者通過呼吸作用消耗的能量
B．在“草→兔→狼”這一條食物鏈中，狼糞便中的能量屬于d
C．若有未被利用的能量，則在g和i中有一處表示未被利用的能量
D．初級消費者與次級消費者之間的能量傳遞效率為e/b×100%
D　解析：分析題圖可知，c表示初級消費者同化的能量，f表示初級消費者呼吸作用消耗的能量，A正確；在“草→兔→狼”這一食物鏈中，狼糞便中的能量未被狼(次級消費者)同化，仍屬于其上一個營養級(初級消費者)的能量，即屬于d，B正確；g和i中有一處表示未被利用的能量，另一處表示流向分解者的能量，C正確；初級消費者與次級消費者之間的能量傳遞效率＝(次級消費者同化量/初級消費者同化量)×100%，而圖中b表示初級消費者的攝入量，c表示初級消費者的同化量，e表示次級消費者的攝入量，但不清楚次級消費者的同化量，所以無法計算能量傳遞效率，D錯誤。
3．下圖為某人工魚塘生態系統的能量流動過程中部分環節涉及的能量[單位為×103kJ/(m2·a)]，其中有機物輸入是指人工飼喂過程中各營養級同化的能量，請回答有關問題：
(1)圖中①代表的生理過程是________，圖中②代表的物質中的能量主要以__________________的形式儲存。
(2)該生態系統生產者固定的總能量為________kJ/(m2·a)，能量從第二營養級到第三營養級的傳遞效率約為______。
(3)若該魚塘對某類魚的容納量為8 000尾，則捕撈后這種魚的數量為________尾時可獲得最大持續捕撈量。
解析：(1)由題圖可以看出，各營養級生物和分解者都有①過程，并且此過程的能量流出該生態系統，所以①過程應是呼吸作用，圖中的②是人從魚塘得到的各種產品，其能量主要以有機物中化學能的形式儲存。(2)因為圖中生產者流向初級消費者、初級消費者流向次級消費者的能量均沒有給出，所以應先分析并計算次級消費者的總能量：2.1＋5.1＋0.05＋0.25＝7.5×103[kJ/(m2·a)]，但是這些能量中有5×103kJ/(m2·a)是人工輸入的，所以肉食性動物從植食性動物中獲得的能量是7.5－5＝2.5×103[kJ/(m2·a)]，則植食性動物的總能量為4＋9＋0.5＋2.5＝16×103[kJ/(m2·a)]，同理這些能量中有2×103kJ/(m2·a)是人工輸入的，所以植食性動物從生產者中獲得的能量是16－2＝14×103[kJ/(m2·a)]，最后可以算出生產者固定的能量為14＋23＋70＋3＝110×103[kJ/(m2·a)]。第二營養級是植食性動物，第三營養級是肉食性動物，所以從第二營養級到第三營養級的能量傳遞效率是2.5÷16×100%≈15.6%。(3)若該魚塘對某類魚的容納量K＝8 000尾，則捕撈后這種魚的數量為K/2＝4 000尾時可獲得最大持續捕撈量。
答案：(1)呼吸作用　有機物中化學能　(2)110×103　15.6%　(3)4 000
【易錯警示】生態系統的能量流動中的3個誤區
誤區一：生產者固定的能量只能是光能。由于生產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學能，所以生產者固定的能量是光能或化學能。
誤區二：生物數量金字塔與能量金字塔完全一致。能量金字塔體現的是營養級與營養級所含總能量的關系，而生物數量金字塔體現的是營養級與個體數量的關系，所以生物數量金字塔有時會出現倒置的現象。
誤區三：能量傳遞效率＝能量利用率。能量傳遞效率體現的是能量流動過程中所遵循的客觀規律，不能隨意改變；但能量利用率可以人為改變，例如充分利用作物秸稈就可以提高能量利用率。
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