专题生态系统的结构功能与稳态课件.pptx

1、专题23生态系统的结构、功能与稳态生物（浙江选考专用）第1页，共55页。考点考点1 1生态系统的结构生态系统的结构基础知识基础知识一、生态系统概述一、生态系统概述1.生态系统生态系统:是由生物群落及非生物环境所构成的一个生态学功能系统。2.类型类型:自然生态系统和人工生态系统。3.结构组成结构组成(1)生态系统的成分:非生物成分(无机物、有机物、气候、能源)和生物成分(生产者、消费者和分解者)考点清单第2页，共55页。(2)营养结构:食物链和食物网。4.功能功能:物质循环、能量流动和信息传递。二、生态系统的营养结构二、生态系统的营养结构1.食物链食物链(1)含义:在生态系统各生物之间,通过一系

2、列的取食和被取食关系,不断传递着生产者所固定的能量的单方向营养关系。(2)类型:捕食食物链和腐食食物链,陆地生态系统常以腐食食物链为主,海洋生态系统则以捕食食物链为主。(3)作用:能量流动和物质循环的渠道。第3页，共55页。2.生物放大生物放大(1)含义:化学杀虫剂和各种有害物质通过食物链逐级积累和浓缩,在生物体内高度富集,导致危害的现象。(2)途径:食物链。(3)实例:DDT的污染。3.食物网食物网(1)含义:在一个生态系统中,许多食物链彼此相互交错连接的复杂营养关系。(2)与生态系统稳定性的关系:食物网越复杂,生态系统抵抗外力干扰的能力越强,食物网越简单,生态系统越容易发生波动和毁灭。第4

3、页，共55页。三、营养级和生态金字塔三、营养级和生态金字塔1.营养级营养级(1)含义:处于食物链同一环节上的全部生物的总和。(2)划分标准:植物(起点)植食动物(小型)肉食动物第一营养级第二营养级第三营养级(中型)肉食动物(大型)肉食动物第四营养级第五营养级(3)特点:营养级的位置越高,归属于该营养级的生物种类、数量和能量越少。第5页，共55页。2.生态金字塔生态金字塔(1)含义:各营养级之间的某种数量关系。(2)类型:生物量金字塔、能量金字塔和数量金字塔。在自然生态系统中,能量金字塔绝不会倒置。第6页，共55页。成分代谢类型组成成分在生态系统中的作用非生物的物质和能量无机物、有机物、气候、能

4、源生物群落中的物质和能量的根本来源生产者自养型生物(1)绿色植物和藻类(2)光合细菌,如蓝细菌(蓝藻)(3)化能合成细菌如硝化细菌将无机环境中的物质和能量通过光合作用或化能合成作用引入生物群落,为消费者、分解者提供物质和能量消费者异养型生物(1)绝大多数动物(2)寄生生物加快生态系统的物质循环;帮助生产者传粉、传播种子等分解者异养型生物(1)腐生细菌和真菌(2)腐食动物如蚯蚓、蜣螂等把动植物遗体、排出物和残落物中的有机物分解成简单的无机物重点难点重点难点一、生态系统的组成成分比较一、生态系统的组成成分比较第7页，共55页。联系各成分之间相互作用,形成一个统一的整体第8页，共55页。知能拓展知能

5、拓展(1)细菌并不都是分解者,如硝化细菌是自养型生物,属于生产者;寄生细菌属于特殊的消费者。(2)动物并不都是消费者,如蜣螂、蚯蚓、某些原生动物等以植物残体、粪便为食的腐食动物属于分解者。(3)生产者并不都是绿色植物,如蓝藻、硝化细菌等自养原核生物也是生产者,应该说生产者包含绿色植物。(4)植物并不都是生产者,如菟丝子营寄生生活,属于消费者。第9页，共55页。二、生态系统的营养结构分析二、生态系统的营养结构分析第10页，共55页。3.(捕食捕食)食物链、食物网的综合分析食物链、食物网的综合分析(1)分解者、非生物的物质和能量不参与食物链的组成。(2)一般不超过5个营养级。(3)一种生物不固定于

6、一条食物链上。(4)食物链是能量流动、物质循环的渠道。(5)食物链在一定时间内和进化历史上可以发生变化。(6)距离基本能源(如生产者)越近的生物,受到捕食或取食的压力越大,因而其种类和数量越多,生殖能力越强。(7)食物网越复杂,最高营养级生物就越能获得持续稳定的能量。生态系统抵抗外界干扰的能力就越强。第11页，共55页。4.(捕食捕食)食物链条数、不同的营养级动物种间关系的判断食物链条数、不同的营养级动物种间关系的判断(1)任何一条食物链都是从生产者开始,终点是不被其他动物所食的动物,中间有任何停顿都不能算完整的食物链。(2)在食物网中,两种生物之间的种间关系有可能出现不同概念上的重合。5.生

7、物放大生物放大(1)放大物特点:化学性质稳定不易被分解;在生物体内积累而不易被排出。(2)放大过程:随着食物链的延长而不断加强,即营养级越高的生物体内放大物的浓度越高。例如:有机氯农药在水中溶解度虽然很低,但是通过“浮游植物浮游动物小鱼肉食性鱼”这样一条食物链,可以千万倍地放大。(3)危害:对位于食物链顶位的物种造成灾难性影响。第12页，共55页。知能拓展知能拓展(1)生产者位于第一营养级,所以找食物链时应从生产者开始。(2)由于一种动物可以捕食多种其他动物,所以一种动物可以出现在不同的食物链中,并且在不同食物链中所处的营养级可以不同。一般来说,一种动物所处的营养级越高,其食物来源就越广泛,参

8、与构成的食物链也就越多。第13页，共55页。类型项目能量金字塔数量金字塔生物量金字塔形状特点正金字塔形一般为正金字塔形,有时会出现倒金字塔形一般为正金字塔形象征含义能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减生物量(现存生物有机物的总质量)沿食物链流动逐级递减每一级含义每一营养级生物所含能量的多少每一营养级生物个体的数目每一营养级生物的有机物总量三、生物量金字塔、能量金字塔与数量金字塔的比较分析三、生物量金字塔、能量金字塔与数量金字塔的比较分析第14页，共55页。知能拓展知能拓展生态金字塔在一些特殊情况下也会出现特例:(1)数量金字塔在某一营养级的生物个

9、体很大,而后一营养级的生物个体很小时,会出现倒置现象。(2)生物量金字塔也有特殊形状,如海洋生态系统中,生产者浮游植物个体小、寿命短,又会不断被浮游动物吃掉,因而某一时间调查到的浮游植物生物量可能要低于其捕食者浮游动物的生物量。但这并不是说流过生产者这一环节的能量比流过浮游动物的要少。(3)在人工生态系统中因能量可人为补充,可能会使能量金字塔呈现倒置状况。如人工鱼塘中生产者的能量未必比消费者(鱼)的多。第15页，共55页。四、生产量和生物量四、生产量和生物量1.初级生产量初级生产量:指绿色植物通过光合作用所制造的有机物质或所固定的能量。单位:g/(m2a)或J/(m2a)(a代表年)(1)生产

10、过程的化学反应式:6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O(2)总初级生产量:包括呼吸消耗在内的全部生产量,用GP表示。(3)净初级生产量:在初级生产量中,有一部分被植物的呼吸(R)消耗掉了,剩下的用于植物的生长和繁殖,用NP表示,即净初级生产量NP=GP-R。地球各地的净初级生产量随温度和雨量的不同有很大差异。第16页，共55页。2.生物量生物量:净生产量在某一调查时刻前的积累量。(1)单位:g/m2或J/m2。3.次级生产量次级生产量:异养生物(包括消费者和分解者)利用现成有机物质而生产出来的有机物质。(1)单位:g/(m2a)或J/(m2a)。(2)生产过程第17页，共55页

11、。考点考点2 2生态系统的功能生态系统的功能基础知识基础知识一、生态系统中的能量流动一、生态系统中的能量流动1.含义含义:指在生态系统中,能量不断沿着太阳植物植食动物肉食动物顶位肉食动物的方向流动。2.渠道渠道:沿食物链的营养级依次传递。3.过程分析(1)输入生态系统的总能量:生产者固定的太阳能。(2)起点:从生产者固定的太阳能开始。第18页，共55页。(3)每个营养级能量的去路是:呼吸消耗、下一营养级同化、分解者分解和未利用。(4)结果:最终以热能的形式耗散到周围空间中去。4.特点特点(1)单方向、不可逆:能量只能从某一营养级流向后一营养级,而不能反向流动。(2)逐级递减:传递效率约为10%

12、。二、生态系统中的物质循环二、生态系统中的物质循环1.含义含义:生态系统中组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素在相对封闭的循环圈中周而复始、往复循环的过程。第19页，共55页。2.特点特点:参与循环的物质数量恒定,而且可以得到重复利用。3.碳的全球循环碳的全球循环(1)在无机环境与生物群落之间的主要循环形式:二氧化碳。(2)路线:大气圈植物和动物分解者大气圈。第20页，共55页。重点难点重点难点一、生态系统的能量流动过程一、生态系统的能量流动过程1.能量流动的过程图解能量流动的过程图解第21页，共55页。(1)能量的来源:太阳能。(2)起点:从生产者固定的太阳能开始。(3)总量:流经生态系

13、统的总能量,是生产者通过光合作用所固定的全部太阳能。(4)渠道:食物链和食物网。(5)能量转化:太阳能有机物中的化学能热能(最终散失)。(6)流动形式:有机物中的化学能。(7)散失途径:呼吸作用,包括各个营养级自身的呼吸消耗以及分解者的呼吸作用。(8)能量散失的形式:以热能形式散失。第22页，共55页。2.流入某一营养级的能量来源和去路流入某一营养级的能量来源和去路第23页，共55页。(1)能量来源(2)能量去向:流入某一营养级(最高营养级除外)的能量去向可以从以下两个角度分析:定量不定时(能量的最终去路)这一定量的能量不管如何传递,最终都以热能形式从生物群落中散失,生产者源源不断地固定太阳能

14、,才能保证生态系统能量流动的正常进行。生产者的能量主要来自太阳能消费者的能量来自上一营养级同化的能量a.b.c.自身呼吸消耗流入下一营养级被分解者分解利用第24页，共55页。定量定时如果是以年为单位研究,未被利用的能量将保留到下一年。3.能量流动特点原因的分析能量流动特点原因的分析(1)单向流动的原因:食物链中各营养级的顺序是不可逆转的,这是长期自然选择的结果,如肉食动物以植食动物为食,而植食动物不能以肉食动物为食,植物与植食动物的能量关系也是如此。各营养级生物通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落重复利用,第25页，共55页。因此能量无法循环。(2)逐级递减的原因:各营养级生物都会因呼吸作用

15、消耗大部分能量;各营养级的能量都会有一部分流入分解者,包括未被下一营养级生物所利用的部分。第26页，共55页。二、物质循环二、物质循环(以碳循环为例以碳循环为例)1.碳循环图示碳循环图示第27页，共55页。2.碳循环解读碳循环解读(1)碳的循环形式在生物群落与无机环境间主要以CO2形式循环;在生物群落内部是以含碳有机物的形式流动。(2)大气中的CO2来源生产者、消费者的呼吸作用;分解者的分解作用;化石燃料的燃烧。(3)实现碳在生物群落和无机环境之间进行循环的关键环节是生产者和分解者。(4)目前由于大气中CO2含量持续增加,碳循环平衡被打破,形成温室效应。第28页，共55页。三、物质循环和能量流

16、动的比较三、物质循环和能量流动的比较项目能量流动物质循环形式以有机物为载体无机物特点单向流动、逐级递减循环往返范围生物群落生物圈(全球性)图示联系结合上图可以看出:二者同时进行、相互依存,不可分割能量的固定、贮存、转移和释放,离不开物质的合成和分解等过程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循环往返的动力第29页，共55页。知能拓展知能拓展(1)碳在无机环境中的主要存在形式:二氧化碳或碳酸盐;碳在生物群落内的存在和传递形式:含碳有机物。(2)碳在无机环境与生物群落之间传递时,只有生产者与无机环境之间的传递是双向的,其他各成分间的传递均是单向的。(3)研究生态系统的能量流动可以

17、帮助人们科学规划、设计人工生态系统,使能量得到最有效地利用;帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。(4)根据生态系统的能量流动规律,要提高对能量的利用率,我们可以在实际生活中借鉴下面的一些措施:尽量缩短食物链;充分地利用生产者;充分利用分解者,如利用秸秆培育食用菌,利用植物残体生产沼气等。第30页，共55页。四、比较初级生产量、生物量和次级生产量四、比较初级生产量、生物量和次级生产量初级生产量生物量次级生产量定义指绿色植物通过光合作用所制造的有机物或所固定的能量指生物在某一调查时刻前的有机物或能量的积累量指在生态系统中第二次的有机物质生产量能量来源

18、太阳光能太阳光能或有机物植物生产的有机物能量去向绿色植物和动物绿色植物和动物次级生产者描述单位g/(m2a)或J/(m2a)g/m2或J/m2g/(m2a)或J/(m2a)能量大小最大较大较小三者的联系总初级生产量(GP)=净初级生产量(NP)+植物呼吸量(R)当净生产量表示在某一时刻前的有机物积累量时即为生物量次级生产量的能量来源于初级生产量初级生产量、生物量和次级生产量的能量均直接或间接来源于太阳光能第31页，共55页。考点考点3 3生态系统的稳定性生态系统的稳定性基础知识基础知识生态系统的稳态及其调节生态系统的稳态及其调节1.生态系统的稳态生态系统的稳态:生态系统发展到一定的阶段,它的结

19、构和功能能够保持相对稳定,表现出物种多样化、结构复杂化和功能完善化。2.稳态的原因稳态的原因:生态系统具有自我调节功能。3.稳态的调节稳态的调节:反馈调节(1)负反馈:抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化结果使生态系统保持稳定。(2)正反馈:加速最初发生变化的那种成分所发生的变化结果使生态系统远离稳态。第32页，共55页。4.生态系统稳态的破坏生态系统稳态的破坏(1)破坏原因:外来干扰超过一定的限度,生态系统的自我调节功能本身就会受到损害。(2)破坏因素:自然因素和人为因素。(3)对生产生活的启示:人类活动除了要讲究经济效益和社会效益外,还要特别注意生态效益和生态后果。第33页，共55

20、页。重点难点重点难点1.生态系统的一个重要特点就是它常常趋向于稳态,使系统内部的所有成分彼此相互协调,保持稳定。(1)结构的相对稳定:生态系统中动、植物种类及数量保持相对稳定。变化如图所示:(2)功能的相对稳定:生物群落中物质和能量的输入量与输出量保持相对平衡。第34页，共55页。(3)生态系统的稳态是系统内部自我调节的结果,这种自我调节主要是依靠群落内部种间关系及种内斗争来实现的。2.生态系统的自我调节生态系统的自我调节反馈调节反馈调节生态系统通过反馈调节达到其稳态。反馈调节分为正反馈和负反馈两种。其中负反馈调节在生态系统中普遍存在,是生态系统自我调节能力的基础,也是生态系统的主要调节方式。

21、两者比较如下:第35页，共55页。比较项目正反馈负反馈模型图解调节方式加速最初发生变化的那种成分所发生的变化抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化结果常常使生态系统远离稳态有利于生态系统保持相对稳定实例分析已污染的湖泊污染加剧草原上食草动物与植物的平衡第36页，共55页。3.维持生态系统稳态的措施维持生态系统稳态的措施(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,不应该超出其自我调节能力。(2)对人类利用强度较大的生态系统应实施相应的物质和能量的投入,保证生态系统内部结构和功能的协调。知能拓展知能拓展(1)在自然条件下,生态系统总是朝着物种多样化、结构复杂化和功能完善化的方向

22、发展,直到达到稳态。(2)生态系统具有自我调节功能,其大小与物种丰富度成正比,但自我调节能力是有限度的。(3)生态系统中负反馈调节起主要作用。(4)生态系统结构和功能的稳定是人类生存和发展的基础。第37页，共55页。考点考点4 4人类与生物圈人类与生物圈基础知识基础知识一、生物圈一、生物圈概念是指地球有生物存在的部分,包括所有生物及其生存环境,是地球表面不连续的一个薄层,是地球上最大的生态系统范围在大气中扩展,构成副生物圈带,并扩展到地下植物最深的根际处和深海地壳的热裂口特点(1)整个生物圈是地球表面不连续的一个薄层(2)生物圈内生物的DNA、RNA、蛋白质、糖类、脂质的结构相似功能为人类制造

23、氧气、生产食物、处理废物和维持其他所有生物的生存第38页，共55页。2.发展:据乐观的预测,世界人口在达到大约110亿时才会稳定下来。3.限制因素:地球的资源、食物的生产都是有限的。4.采取措施:人类生存的唯一出路就是设法降低出生率,做到自我控制,最终使全球人口保持在一个稳定的水平上。二、全球人口动态二、全球人口动态1.人口变化规律人口变化规律(1)古代:人口长期处于很低的水平上。(2)近代:世界人口开始激增,类似于指数增长。第39页，共55页。问题原因危害措施温室效应煤、石油和天然气的大量燃烧,使大气中CO2浓度升高南极冰盖融化,海平面上升;改变全球降雨格局,影响农业生产等开发新能源,减少C

24、O2的排放量,大力植树造林臭氧减少人类使用的氟利昂逸散到大气圈,通过化学反应使臭氧量减少到达地球表面的紫外线辐射强度增加,人类皮肤癌患者数量增加,农作物产量减少,水产品损失,人体免疫功能减退等限制氟利昂的生产和消费,保护臭氧层酸雨煤、石油、天然气的大量燃烧而产生的硫和氮的氧化物与大气中的水结合而形成的酸性产物杀死水生生物、破坏水体生态平衡,伤害陆地植物,破坏土壤肥力,腐蚀金属、建筑物等限制SO2和NO的排放量,或从燃料中把这些物质去掉水体污染人类向水体中排放大量污染物全球河流受到普遍污染严格控制污染源、发展生产工艺无害化、工业用水封闭化、采用无水造纸法、无水印染法和建立污水处理厂等生物多样性下

25、降人类的大肆猎杀包括生态系统多样性、物种多样性和遗传多样性在内的全球生物多样性下降保护生物多样性,保护生物的生存环境三、全球性环境问题三、全球性环境问题第40页，共55页。重点难点重点难点一、人口增长对生态环境的影响一、人口增长对生态环境的影响1.人口增长对环境的影响人口增长对环境的影响第41页，共55页。人口增长对环境的影响主要体现在土地资源、水资源、森林资源、能源和环境污染等五个方面上的压力。2.人口增长引发环境问题的实质人口增长引发环境问题的实质人类活动超出了环境的承受能力,对自身赖以生存的生态系统的结构和功能造成了破坏。3.解决人口增长对环境影响的措施解决人口增长对环境影响的措施(1)

26、控制人口增长,保持人口、经济、环境协调发展,走可持续发展道路。(2)开发多种可利用资源,满足人类对资源的需求。第42页，共55页。二、全球性污染问题二、全球性污染问题环境污染的来源及后果环境污染的来源及后果第43页，共55页。三、保护生物多样性三、保护生物多样性1.生物多样性的内容生物多样性的内容:生物圈内所有生物所拥有的全部基因、物种、生态系统。2.生物多样性的内涵生物多样性的内涵第44页，共55页。3.生物多样性减少或丧失的原因生物多样性减少或丧失的原因(1)生存环境的改变或破坏,栖息地的丧失。(2)人类掠夺式开发和利用。(3)外来物种的入侵。(4)环境污染。4.生物多样性的保护生物多样性

27、的保护(1)关键:协调好人类与生态环境的关系。控制人口增长。坚持合理利用资源,反对盲目地、掠夺式地开发利用,坚持“可持续发展”和“合理利用”。防治环境污染。第45页，共55页。(2)措施就地保护:把包含保护对象在内的一定面积的陆地或水体划分出来,进行保护和管理,主要包括有代表性的自然生态系统和珍稀濒危动植物的天然集中分布区等。就地保护是对生物多样性最有效的保护。易地保护:由于生态条件不复存在,物种数量极少,难以找到配偶等原因,将生存和繁殖受到严重威胁的物种迁出原地,进行特殊保护和管理。植物资源方面建立种子库,动物资源方面建立精子库等。加强教育和法制管理。第46页，共55页。5.对于生物多样性的

28、保护与利用要防止两个极端对于生物多样性的保护与利用要防止两个极端(1)避免盲目掠夺式开发利用,坚持可持续发展的道路。(2)避免禁止开发和利用,坚持合理开发是最好的保护,如规定禁渔期和禁渔区、退耕还林(还草、还湖)等。6.生物多样性保护的意义生物多样性保护的意义:生物多样性是人类赖以生存和发展的基础,是人类及其子孙后代共有的宝贵财富。生物多样性决定了生态系统的自我调节能力,也有利于维持生物圈的稳定性。第47页，共55页。方法方法有关生态系统的图形分析有关生态系统的图形分析1.巧辨碳循环模式图中的成分巧辨碳循环模式图中的成分(1)常考图示:突破方法第48页，共55页。(2)突破方法:先据双向箭头“

29、”确定“大气中CO2库”与“生产者”。再根据两者中有1个指入箭头的为“生产者”(如甲中A,乙中1,丙中E),有1个指出箭头的为“大气中CO2库”(如甲中B,乙中4,丙中A)。最后据食物链从生产者初级消费者次级消费者及生产者和各级消费者均有箭头指向分解者确认各级消费者及分解者(如三个图中分解者为甲中D,乙中3,丙中C;丙中F为初级消费者,D为次级消费者,B为三级消费者)。第49页，共55页。2.两种不同的能量流动模型两种不同的能量流动模型(1)第二营养级的能量流动过程模型图中箭头指的是摄入量,若没有箭头,则代表的是同化量。第50页，共55页。(2)“拼图法”分析能量流动过程第51页，共55页。3

30、.解读抵抗力稳定性和恢复力稳定性的关系解读抵抗力稳定性和恢复力稳定性的关系第52页，共55页。易混易错易混易错1.能量传递效率与能量利用率不同(1)能量传递效率=(下一营养级同化量该营养级同化量)100%,约为10%。(2)能量利用率一般指流入最高营养级(或人类)的能量占生产者固定总能量的比值。一般来说,食物链越短,能量利用率越高。有时考虑分解者的参与,使营养结构更复杂,以实现能量的多级利用,从而提高能量利用率。第53页，共55页。例例1如图为生态系统中能量流动图解部分示意图(字母表示能量的多少),下列选项中正确的是()A.图中b=h+c+d+e+f+iB.生产者与初级消费者之间的能量传递效率为100%C.“草兔狼”这一关系中,狼粪便中的能量属于dD.缩短食物链可以提高能量传递效率ba第54页，共55页。思路导引思路导引解析解析图中b=h+c,A错误;生产者与初级消费者之间的能量传递效率为(b-h)/a100%,B错误;“草兔狼”这一关系中,狼粪便中的能量未被狼同化,仍属于其上一个营养级的能量,即属于兔同化的能量的一部分,即属于d,C正确;缩短食物链可以减少能量的损耗,但不能提高能量传递效率,D错误。答案答案C第55页，共55页。