第五节　生态系统及其稳定性

一、生态系统的结构

（一）相关概念

①生态系统：由生物群落与它的无机环境相互作用形成的统一整体。生态系统的空间范围有大有小。

②生物圈：由地球上的全部生物及其生存的无机环境构成，是地球上最大的生态系统。

③生产者：把无机物制造成有机物，同时储存能量的生物，主要是绿色植物。

④消费者：不能自己制造有机物，只能从外界吸收现成的有机物的生物。

⑤分解者：把动植物遗体和动物排遗物中的有机物分解成简单的无机物的生物。

⑥食物链：生态系统中各种生物因食物关系形成的联系。

⑦食物网：许多食物链彼此相互交错连接成的复杂的营养结构。

⑧营养级：处于食物链同一环节上所有生物的总和。

（二）生态系统的成分及相互关系

见表3-12。

（三）营养结构：食物链和食物网

①食物链：包括捕食链、寄生链、腐生链三种。捕食链不包括分解者和非生物的物质和能量，一般不超过五个环节，且具有单向性。

②食物网：是生态系统中物质循环和能量流动的渠道，也是生态系统保持相对稳定的重要条件，食物网越复杂，生态系统越稳定。

典型考题

例　下列有关生态系统结构的说法，正确的是（　）。

A.生态系统的营养结构只包含生产者与消费者两种成分

B.不能进行光合作用的生物一定不是生产者

C.营腐生生活的细菌不一定是分解者

D.生产者和分解者是生态系统的基石，消费者不是生态系统的必备成分

【答案】A。解析：生态系统的营养结构是指食物链和食物网，只包含生产者和消费者两种成分，A项正确；不能进行光合作用的生物也可能是生产者，如能进行化能合成作用的硝化细菌，B项错误；营腐生生活的细菌一定是分解者，C项错误；生态系统的基石是生产者，D项错误。

二、生态系统的能量流动

（一）生态系统的功能

包括能量流动、物质循环、信息传递三个功能。

（二）生态系统能量流动

①生态系统的能量流动图解（见图3-25）。

②能量流动分析（见表3-13）。

（三）能量流动的特点

①单向流动：能量只能沿着食物链从低营养级向高营养级流动，不可逆转，不可循环流动。

②逐级递减：能量传递效率=下一营养级同化量/上一营养级同化量=10％～20％。

（四）生态金字塔

①能量金字塔：表示营养级与能量间的关系，为正金字塔，营养级越高，单位时间内所得能量越少。

②生物量（重量）金字塔：表示营养级与生物量间的关系，一般为正金字塔。

③数量金字塔：表示营养级与数量之间的关系，一般为正金字塔。

（五）研究能量流动的意义

①可以帮助人们科学规划，设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。

②可以帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系。

（六）生态农业

运用生态学原理，在环境与经济协调发展的思想指导下，应用现代科学技术建立起来的多层次、多功能的综合农业生产体系。

典型考题

例　表3-14是某营养级昆虫摄食植物后能量流动的情况，下列说法不正确的是（　）。

A.呼吸作用会有能量散失是能量传递效率不能达到100％的原因之一

B.昆虫同化的能量中约有35％用于其生长发育和繁殖

C.昆虫的后一个营养级能够获得的能量最多为14kJ

D.昆虫的前一营养级的能量至少有1000kJ

【答案】C。解析：输入到一个营养级的能量一部分用于呼吸作用散失，一部分流入分解者，不可能全部流入下一个营养级，A正确；昆虫同化的能量中用于其生长发育和繁殖的占70/（410-210）约有35％，B正确；昆虫的后一个营养级能够获得的能量最多为（410-210）×20％=40kJ，C错误；昆虫的前一营养级的能量至少有（410-210）÷20％=1000kJ，D正确。

三、生态系统的物质循环

（一）含义

组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素，都不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程。具有全球性、循环性的特点。

（二）碳循环

①循环的主要形式：CO2。

②范围：全球性。

③进入群落的途径：光合作用和化能合成作用。

④回归大气的途径：呼吸作用、分解作用和化石燃料的燃烧。

⑤碳循环平衡的破坏——温室效应。

（三）氮循环

①生物固氮：固氮菌把氮气和氢气转变成氨气的过程。

②氨化作用：一些异养需氧的细菌、真菌等把含氮有机物转变成氨气的过程。

③反硝化作用：反硝化细菌在异养厌氧的条件下把硝酸根还原成氮气的过程。

④硝化作用：硝化细菌把土壤中的氨氧化成硝酸的过程。

（四）能量流动和物质循环

①区别：物质循环的物质具有全球性，循环利用的特点，而能量流动具有单向性、不可循环性，且在流经各营养级时逐级递减。

②联系：两者同时进行，彼此相互依存，不可分割；物质作为能量的载体，使能量沿着食物链（食物网）流动；能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。

（五）生物富集作用

指有毒物质如农药、重金属通过食物链在生物体内积累的过程，一般来说，营养级越高，富集作用越强。

典型考题

例　保护环境，减少温室气体CO2的排放，需要世界各国的共同努力，是因为（　）。

A.物质循环具有全球性

B.物质循环具有单向性

C.能量流动具有单向性

D.能量流动是逐级递减的

【答案】A。解析：温室气体CO2参与生物地球化学循环，具有物质循环的全球性特点，所以为了保护环境，减少温室气体CO2的排放，需要世界各国的共同努力，A正确。

四、生态系统的信息传递

（一）生态系统中的信息种类

分为物理信息、化学信息和行为信息三种。

（二）信息传递在生态系统中的作用

①生命活动的正常进行离不开信息传递。

②生物种群的繁衍，离不开信息传递。

③调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定。

典型考题

例　下列关于生态系统信息传递的叙述中，不正确是（　）。

A.生态系统中的信息包括物理信息、化学信息和生物信息

B.生态系统的反馈调节必须依赖于生态系统的信息传递

C.生物的生存和繁衍，离不开信息的传递

D.信息传递把生态系统各组分联系起来成为一个整体

【答案】A。解析：生态系统中的信息包括物理信息、化学信息和行为信息，没有生物信息，A错误。

五、生态系统的稳定性

（一）含义

生态系统具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力。

（二）原因

生态系统具有自我调节能力。

①基础：负反馈。

②实例：森林中害虫数量增加时，食虫鸟类因食物丰富数量增加，害虫种群数量增长受到抑制，害虫数量下降；食虫鸟因食物减少而数量减少，少量鸟吃少量害虫。

③调节范围：同种生物内部，异种生物之间，生物与无机环境之间。

④特点：自我调节能力有限。

（三）表现

生态系统的稳定性主要表现在抵抗力稳定性和恢复力稳定性两个方面（见表3-15）。

（四）提高生态系统的稳定性

①控制对生态系统的干扰程度，对生态系统的利用应该适度，不应超过生态系统的自我调节能力。

②对人类利用强度较大的生态系统，应实施相应的物质、能量投入，保证生态系统内部结构与功能的协调。

典型考题

例　下列关于生态系统稳定性的叙述，不正确的是（　）。

A.自然生态系统常常趋向于稳态

B.依靠自我调节实现生态系统稳态

C.生态系统依赖于外界能量输入

D.营养结构越复杂恢复力稳定性越强

【答案】D。解析：生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能的相对稳定的能力称为生态系统的稳定性，A正确；生态系统稳定性是由自我调节来实现的，B正确；任何生态系统都需要从外界输入能量，C正确；生态系统恢复力稳定性的大小与生态系统中营养结构的复杂程度有关，营养结构越复杂恢复力稳定性越弱，D错误。