第08讲+生态系统的功能（含生态工程）-【主题引领】备战2023年高考生物核心考点讲练

专题四生态学

第08讲生态系统的结构与功能

【学习目标】

1.使用图示模型的方式表示和说明生态系统中结构与功能，并对相关的生态学实践应用作出合理的分析和判断

2.举例说明根据生态学原理、采用系统工程的方法和技术，达到资源多层次和循环利用的目的，使特定区域中的人和自然环境均受益。

【学习过程】

探究点1 生态系统的结构与功能

【情境引领】

资料1：食物网的分析

左下图是某沙漠地区的植物模式图。其中的德克萨斯州角蜥主要以收割机蚂蚁为食，该食物约占食物总量的66%。某段时间内收割机蚂蚁的栖息地被破坏，收割机蚂蚁的种群数量急剧下降，使得火蚂蚁的数量迅速超过收割机蚂蚁的数量，从而导致德克萨斯州角蜥的种群数量也随之下降，因为德克萨斯州角蜥不以火蚂蚁为食。

资料2：碳循环

在2020年的联合国大会上，我国承诺力争在2030年前实现碳达峰(CO₂的排放不再增长，达到峰值之后逐步降低)，2060年前实现“碳中和”(净零排放)的目标，以此为建设生态文明作出贡献。森林碳汇是指森林植物通过光合作用将大气中的CO₂固定在植被与土壤中，从而减少大气中CO₂浓度的过程。碳汇造林是实现“碳中和”的重要举措。为了实现上述目标，我国采取了包括“碳减排”“碳捕集”“碳封存”和“碳利用”等多种措施。如右上图表示某生态系统中的碳循环示意图。

【教材追根】

根据资料1，分析下列问题：

1.该食物网包含多条食物链，其中最长的食物链包含________个营养级。图中的生物除了仙人掌外，都是________(组分)。山狗与响尾蛇的种间关系是________________。组成一个典型的生态系统，除图中涉及的成分外，还应有__________________________。

2.资料显示，德克萨斯州角蜥的种群数量在某段时间内下降，其原因可能是_________。

3.在最短的食物链中，碳元素在各种生物之间的传递形式是________________。

4.若仙人掌所固定的太阳能总量为y，收割机蚂蚁将仙人掌的能量同化在体内后，一部分通过呼吸作用以热能的形式散失(假设能量值为a)，另一部分用于________________(假设能量值为b)。由此可知能量在第一、二两个营养级间的传递效率为_____________。

5.一般来说，食物网的复杂程度与生态系统稳定性的关系是什么？

6.响尾蛇能够依据德克萨斯州角蜥留下的气味去捕猎后者，德克萨斯州角蜥同样也能够依据响尾蛇的气味或行为特征躲避猎捕。由此可见，信息传递具有的作用是_____________。

根据资料2，分析下列问题：

7.“碳中和”是指通过植树造林、节能减排等形式，抵消CO₂排放总量，实现相对“零排放”，达到“碳中和”时，图中X₁过程吸收的CO₂总量________(填“大于”“等于”或“小于”)Y₁、Y₂、Y₃和Z₄过程释放的CO₂总量，理由是什么？

8.植树造林是“碳捕集”的重要措施之一，造林的树种应以本地树种为主，原因是什么？“碳减排”与我们的日常生活息息相关，试从“衣、食、住、行”的角度分析“碳减排”可以采取的措施有哪些？

衣：

食：

住：

行：

9.“碳封存”是指通过技术手段捕集CO₂，再通过高压管道送到地下或者海底永久性封存。试分析该方法对环境造成的负面影响可能有哪些？

【评价检测】

1.(单选)大力推进生态文明建设，就要坚定不移地走“绿水青山就是金山银山”的绿色生态发展之路。错误的是

A.河流污染长出的水华中有多种蓝细菌，这些蓝细菌也是生态系统中的生产者

B.“桑基鱼塘”等生态农业建设实现了能量的多级利用，大大提高了能量的利用率

C.利用物理信息(音响设备)吸引鸟类捕食害虫，属于无环境污染的生物防治

D.提高生态系统的稳定性，需要控制人类对生态系统的干扰，不用进行物质和能量的投入

2.(不定项)为研究森林生态系统的碳循环，对西黄松老龄生态系统(未砍伐50～250年)和幼龄(砍伐后22年)生态系统的有机碳库及年碳收支进行检测，结果见表。错误的是

类型	生产者活生物量 /(g/m²)	净初级生产力 /[g/(m²·年)]	消费者和分解者的呼吸 /[g/(m²·年)]
老龄	12 730	470	440
幼龄	1 460	360	390
注：生产者活生物量：某一时刻单位面积内实存生产者的有机物总量。净初级生产力：生产者光合作用固定总碳的速率减去自身呼吸作用消耗碳的速率。

A.西黄松老龄群落每平方米有30 g碳用于生产者当年的生长、发育和繁殖

B.储存在生产者活生物量中的碳最终均会以CO₂的形式返回大气中的CO₂库

C.西黄松幼龄群落中每克生产者活生物量的净初级生产力小于老龄群落

D.根据年碳收支分析，西黄松老龄群落不能降低大气碳总量

探究点2 生态系统中的能量流动突破

【情境引领】

资料1：自然生态系统

探究点1的资料1中，涉及多种生物。如图可表示能量流入收割机蚂蚁后的去向。

资料2：人工生态系统

如图是某人工鱼塘生态系统能量流动过程中的部分环节，图中所示数据为该环节中涉及的能量值(单位为10³ kJ·m^－2·a^－1)。

【教材追根】

根据资料1，分析下列问题：

1.初级消费者摄入的能量是其同化量吗？它们之间存在什么关系？

2.初级消费者粪便中的能量是其同化量的一部分吗？为什么？

3.第二营养级能量的去路有________(填图中字母)三条。

4.第二营养级的摄入量(a)，同化量(b)及净同化量(e)分别可以如何计算(用图中字母的表达式表示)?

5.生态系统的能量流动具有单向流动、逐级递减的原因分别有哪些？

根据资料2，分析下列问题：

6.该生态系统中流入生物群落的总能量有哪些来源？

7.生产者、植食性动物和肉食性动物固定的总能量分别是________________________。

8.生产者→植食性动物、植食性动物→肉食性动物的能量传递效率分别是____________(计算结果精确到0.1%)

【评价检测】

1.(不定项)某草原生态系统的食物网结构如图，错误的是

A.图中属于次级消费者的生物有3种

B.生态系统中的物质、能量和信息沿着食物链和食物网循环流动

C.该草原生态系统的组成成分由非生物的物质和能量及图中生物构成

D.能量传递效率按20%计算，若蛇取食鼠的比例由1/4调整到3/4，则蛇体重增加1 kg，能为人多提供羊10 kg

2.(单选)某生态系统中有a、b、c、d四种生物，构成食物链a→b→c，d为分解者，如图是该生态系统中能量流入b处发生的一系列变化示意图，错误的是

A.图中的甲表示b的同化量，乙表示b用于生长、发育和繁殖的能量

B.参与丁过程的都是异养型生物，主要包括营腐生的细菌、真菌等

C.当生态系统处于相对稳定状态时，b的种群数量一般处于K/2

D.图中d的能量不全部来自b生物

探究点3 生态农业及生态修复

【情境引领】

资料1：

陕西省榆阳区在连阴雨雪天气时，会出现光热采暖热量不足、冬季低温沼气池难以启动运行甚至冻坏池体的现实情况，如图是为了应对这些情况设计的采用光伏发电、光热太阳能采暖和沼气系统组合运行应用的能源生态模式，可以解决单一系统新能源使用受限问题，实现清洁能源互补持续利用和农业废弃物循环高效利用。该示范基地形成了“羊→沼→粮(果、菜)”生态种养循环生产模式，实现了物质能量高效利用和产业绿色发展，有效推进美丽新农村建设和乡村全面振兴。

资料2：

我国的环境治理已取得了很好的成效，在治理前，我国部分地区的污染处理模式是“污水靠蒸发，垃圾靠风刮”，生活垃圾和污水得不到较好的处理。单纯套用其他地区生活垃圾的分类、处置及管理方式，不能满足这些地区生活垃圾的处理需求。为解决这些地区生活垃圾及污水处理的问题，某学院提出了如图所示的治理方案。

【教材追根】

根据资料1，分析下列问题：

1.生态工程建设的目的是什么？

2.连阴雨雪天气，该模式中采用光伏电能和沼气两种能源作为太阳能采暖补充能源，其中沼气发酵中的微生物属于生态系统组成成分中的__________，沼气池是连接种植业和养殖业的桥梁，可实现种植业和养殖业废弃物无害化处理及能源和资源化利用，这种生产模式体现了生态系统具有__________功能。

3.“羊→沼→粮(果、菜)”生态种养循环生产模式使能量能够更多地被人类利用，原因是什么？

4.从图中可知，人类生活中所需的能源来自光伏电能、沼气等，与利用煤炭相比，减少了燃烧煤炭所产生的污染。该系统能生产出无公害农作物的原因是_______________________。

5.通过种植业和养殖业的合理优化技术提高经济和社会效益。该生态系统遵循的原理主要是____________和生物多样性原理。

6.有人认为生态农业建设中，食物链和营养级应越长越多越好，你是否支持该观点，请解释。

根据资料2，分析下列问题：

7.厨余垃圾主要包括居民日常生活产生的食物残渣(如剩菜、剩饭等)、厨房下脚料(菜根、菜叶等)和果皮等，这部分垃圾可发酵产生沼气，参与发酵的微生物的作用是什么？这些微生物可将垃圾中的有机物分解成无机物或沼气，此过程中发生的能量变化主要是什么？

8.包装垃圾如纸杯、塑料袋等，若通过焚烧处理，其有害产物可能会出现在南极企鹅体内，原因是______________________________。

9.有害垃圾主要包括废旧电池、过期药物等，此类垃圾若进入土壤或水体中，其中的重金属离子等物质对人类的危害较大，请分析原因。

10.若某处土壤堆积的生活垃圾过多，则会导致该处土地失去功能，此时要提高其稳定性，可采取的措施有哪些？

11.食品垃圾中有很多含有淀粉。某研究小组探究土壤微生物对淀粉的分解作用，本实验的因变量是__________________，请写出实验的操作步骤。

【评价检测】

1.(单选)茶树菇味道鲜美，常野生于油茶树枯朽的树桩上。某林场尝试在树下套种茶树菇，并用桐树、柳树、杨树脱落的枝叶制作培养基。正确的是

A.生长在油茶树树桩上的茶树菇属于生态系统中的分解者

B.茶树菇利用的油茶树枯朽树桩中的能量不属于油茶树的同化量

C.套种技术可以提高树木和茶树菇对阳光等资源的利用率

D.该林场的做法实现了能量的多级利用，提高了能量的传递效率

2.(不定项)如图为一富营养化河流生态修复工程的示意图，正确的是

A.曝气可增加厌氧微生物降解有机污染物的能力

B.吸附基质增加了微生物附着的表面积，提高了净化能力

C.植物浮床有吸收水体氮、磷的能力，可减少富营养化

D.增加水体透明度，恢复水草生长是该修复工程的目标之一

【跟踪检测】

1.(单选)为修复长期使用农药导致有机物污染的农田，向土壤中投放由多种微生物组成的复合菌剂。错误的是

A.加入菌剂可增加土壤中的物种多样性，提高土壤生态系统的稳定性

B.该菌剂减少了残留农药进入农作物，一定程度上阻碍了土壤中的物质循环

C.土壤有毒物质的减少有利于增加农田动物的种类，降低害虫的优势度

D.农药降解菌具有分解农药的特殊代谢途径，体现了基因多样性的应用价值

2.(不定项)如图所示为一个小型人工生态农场的模式图以及该小型人工生态农场中农作物和鸡的部分能量值(单位：10⁴ kJ)。错误的是

项目	净同化量(同化量－呼吸消耗量)	呼吸消耗量	流向分解者	未利用
农作物	110	70	21	58
鸡	8	10	2	3

A.该小型生态系统的结构包括生物成分及它们之间形成的营养结构

B.该小型生态系统通过食物网流向人的能量值为1.7×10⁵ kJ

C.该生态系统中第一营养级到第二营养级的能量传递效率约为17.2%

D.与常规农业种植模式相比，人工生态农场实现能量的多级利用，提高了能量传递效率

3.(不定项)R如图表示某草原生态系统中能量流动图解，①～④表示相关过程能量流动量。正确的是

A.①是流入该生态系统的总能量

B.图中②/①的值代表草→兔的能量传递效率

C.③和④分别属于草和兔同化量的一部分

D.分解者获得的能量最少

4.(单选)为助力“美丽乡村”建设，科研人员对某地富营养化水体实施生态恢复，先后向水体引入以藻类为食的某些贝类，引种芦苇、香蒲等水生植物，以及放养植食性鱼类等。经过一段时间，水体基本实现了“水清”“景美”“鱼肥”的治理目标。错误的是

A.治理前的水体不能实现自我净化，说明该生态系统抵抗力稳定性强

B.引种芦苇、香蒲既可吸收水中的无机盐，又能遮光抑制藻类生长繁殖

C.放养植食性鱼类可使生态系统中的物质和能量更好地流向人类

D.这一成功案例说明调整生态系统的结构是生态恢复的重要手段

5.(不定项)“粮桑渔畜”农业生态系统是江浙平原水网地区典型的高效农业系统，如图表示这一农业生态系统的基本模式。正确的是

A.沼气池的建立既充分发挥了资源的生产潜力，又减少了环境污染

B.通过巧接食物链使原本流向分解者的能量更多地流向了人，提高了能量的传递效率

C.这一生态工程模式主要适用于江浙平原而不适用于西北地区，这是因为在建立生态工程时还需要遵循整体、协调原理

D.题述农业生态系统通过改善和优化系统的结构达到改善系统功能的效果

6.如图1为某湖泊生态系统的能量金字塔简图，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的营养级，m₁、m₂代表不同的能量形式。图2为能量流经该生态系统某一营养级的变化示意图，其中a～g表示能量。

(1)图1中，m₁、m₂表示的能量形式分别为________、________。位于营养级Ⅳ的生物个体数量一般远远少于营养级Ⅲ，主要原因是______________________________________。

(2)图2中，若a表示图1中营养级Ⅱ所摄入的全部能量，则b表示____________________，e表示________________________。若图1中营养级Ⅰ所固定的太阳能总量为y，营养级Ⅰ、Ⅱ间的能量传递效率是____________(用图中所给字母的表达式表示)。

(3)若图1中营养级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各有一种生物甲、乙、丙，它们构成的食物关系如图3。其中，甲能量中比例为x的部分直接提供给丙，要使丙能量增加A kJ，至少需要消耗甲的能量为________kJ(用含所给字母的表达式表示)。

生态浮床技术是净化富营养化水体的有效措施之一。研究人员以豆瓣菜(茎叶类栽培蔬菜)制作生态浮床，研究其对江苏某地区不同季节富营养化水体的净化效果，得到如图所示结果。

(1)生态浮床净化水体的主要原理是_____________________________________________。选择豆瓣菜等有较高经济价值的植物为浮床植物进行水体净化，体现了生态工程的_________原理。

(2)浮床栽培豆瓣菜时常会发生蚜虫等虫害，请用箭头和文字将浮床系统中氮元素流经豆瓣菜的途径补充完整。

水体中氮元素―→豆瓣菜同化的氮元素

(3)根据实验结果分析，该地区在________(季节)使用豆瓣菜生态浮床系统净化富营养化水体，能够获得更好的生态和经济效益，主要依据是①________________________________；②____________________________。

(4)上面的研究结果还不能体现利用生态浮床在净化富营养化水体方面的优势，理由是________________________________________。

【归纳建模】

通过本课题的深入探究，可以构建以“生态系统的结构与功能”为核心的知识网络体系，建构以下思维模型。请在空白处，拓展需要整理的知识内容。

参考答案

探究点1

【教材追根】

1.5 消费者捕食和种间竞争非生物的物质和能量、分解者

2.失去其食物供应

3.(含碳)有机物

4.自身的生长、发育和繁殖等生命活动 a＋by×100%

5.食物网越复杂，系统的自我调节能力越强，抵抗力稳定性越高；反之食物网越简单，则调节平衡的能力越弱，抵抗力稳定性越低

6.调节生物的种间关系，维持生态系统的平衡与稳定

7.大于达到“碳中和”时，X₁过程吸收的CO₂总量应等于CO₂排放总量，而CO₂排放总量除包括Y₁、Y₂、Y₃和Z₄过程释放的CO₂外，还包括化石燃料的开采和使用过程中排放的CO₂等。

8.避免外来物种入侵，保证本地生态系统的安全性；本地物种具有较高的生态适应性。衣，少买不必要的衣服，减少资源浪费；食，尽量自带餐具，少用或者不用一次性餐具；住，节约用水用电，生活垃圾分类处理；行，短途路程尽量骑自行车或者步行。

9.过高浓度的CO₂将杀死土壤微生物或深海生物(或使土壤或海水酸化，影响土壤或海洋生物的生存)，从而对生物多样性造成威胁；封存在地下或海底的CO₂也有可能会逃逸到大气当中，加剧温室效应。

【评价检测】1.D 2.ABD

探究点2

【教材追根】

1.初级消费者摄入的能量不等于其同化量，它们之间的关系：同化量＝摄入量－粪便量。

2.不是。初级消费者粪便中的能量不属于其同化的能量，而是属于生产者所同化的能量。

3.d、i、f

4.摄入量(a)＝b＋c；同化量(b)＝a－c＝d＋e＝d＋i＋f；净同化量(e)＝b－d＝i＋f。

5.(1)单向流动的原因

①能量流动是沿食物链进行的，食物链中各营养级之间的捕食关系是长期自然选择的结果，是不可逆转的。

②各营养级通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落重复利用，因此能量流动无法循环。

(2)逐级递减的原因

①各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。

②各营养级的能量都会有一部分流入分解者。

③还有一部分能量未被利用。

6.光能、输入的有机物中的化学能。

7.肉食性动物固定的总能量＝(0.25＋0.05＋2.1＋5.1)×10³＝7.5×10³ (kJ·m^－2·a^－1)；

植食性动物固定的总能量＝[(7.5－5)＋0.5＋4＋9]×10³＝16×10³(kJ·m^－2·a^－1)；

生产者固定的总能量＝[(16－2)＋3＋70＋23]×10³＝110×10³( kJ·m^－2·a^－1)。

8.生产者→植食性动物的能量传递效率为植食性动物固定的能量中来自生产者的能量/生产者固定的总能量×100%＝(16－2)/110×100%≈12.7%；

植食性动物→肉食性动物的能量传递效率为肉食性动物固定的能量中来自植食性动物的能量/植食性动物固定的总能量×100%＝(7.5－5)/16×100%≈15.6%。

【评价检测】1.ABC 2.C

探究点3

【教材追根】

1.遵循生态学规律,充分发挥资源的生产潜力,防止环境污染,达到经济效益和生态效益的同步发展

2.分解者物质循环

3.养殖业产生的粪便进入沼气池，沼气作燃料，沼渣作肥料等，实现了能量的多级利用

4.减少了化肥和农药的使用量，减少了对环境的污染

5.循环

6.否食物链越长,营养级越多,则能量损耗越多,能量的利用效率越低,不符合生态工程建设的目的

7.将垃圾中的有机物分解为无机物有机物中的化学能转变成热能。

8.生态系统的物质循环具有全球性。

9.重金属通过食物链(和食物网)逐级积累富集，最后可能出现在人体内。

10.对该处的生活垃圾进行合理化处理，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。

11.淀粉的分解程度取两个烧杯编号为A、B，放入等量淀粉糊。在A烧杯中加入30 mL土壤浸出液，B烧杯中加入30 mL蒸馏水。在室温(20 ℃左右)环境放置7 d后，分别取A、B烧杯中的溶液20 mL，各放入两支试管中，分别编号为A₁、A₂，B₁、B₂。在A₁、B₁中加入碘液，在A₂、B₂中加入斐林试剂。观察试管中溶液的颜色变化，记录实验结果。

【评价检测】1.A 2.BCD

【跟踪检测】1.B 2.ABD 3.ABD 4.A 5.ACD

6.(1)太阳能(或同化固定的能量) 热能(或呼吸作用散失的热量) 营养级越高，可利用的能量越少

(2)营养级Ⅱ同化的能量营养级Ⅱ用于生长、发育和繁殖的能量 b/y×100%

(3)25A/(1＋4x)

7.(1)浮床植物能吸收水体中的无机盐从而净化水体整体

(2)如图：

(3)春秋季

①春秋季(气温22 ℃左右)豆瓣菜对水体去氮率最高

②与其他栽培温度相比，22 ℃左右栽培的豆瓣菜茎秆粗壮，品质好

(4)缺少不用浮床处理的对照组实验数据