高中生物第四章生态系统的稳态第一节生态系统和生物圈学案苏教版必修3
第一节生态系统和生物圈
[学习目标] 1.了解生态因子及对生物的影响。2.分析生态系统的组成成分及相互关系。3.列举食物链和食物网。4.分析生态系统的类型和生物圈的组成。
方式一
下图为热带雨林的一个场景，图中有哪些生物和非生物？
热带雨林中的所有生物构成了群落，热带雨林中的所有生物群落和无机环境构成了生态系统。这节课，我们共同来学习生态系统和生物圈。
方式二媒体播放蒙古歌唱家德德玛演唱的《美丽的草原我的家》MV视频，然后课件展示问题：
1．画面里出现的是一个什么生态系统？你能列举一下从这首歌里听到的生物吗？
2．问题引入：什么叫生态系统？生态系统有哪几大类？各种生态系统有什么相同点？
一、环境对生物非常重要
1．生态因子的概念：环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布等有直接或间接影响的因子。
2．生态因子的分类：非生物因子和生物因子
非生物因子包括光、温度、水等；生物因子包括生物之间的各种相互关系，如捕食、竞争等。
3．观察下图，理解谢尔福德耐受性定律
从上图可以看出：生态因子在低于或超过生物体的耐受极限时，均可成为限制因子，但在生态因子的耐受范围内，每种生物都具有一个最适区。
例1分析下图，关于非生物因子对生物影响的叙述，不正确的是( )
A．图1说明影响生物种类较少的非生物因子是水分
B．图2说明光照影响植物的生长、发育和开花
C．图3说明温度能影响动物的形态
D．上述说法都不正确
答案 D
解析影响沙漠干旱地区生物分布的主要非生物因子是水分；光是光合作用的必需条件，光照时间影响植物的开花时期等；温度对植物分布有影响，对动物形态也有影响，寒冷地区的狐个体体型较大，但尾、耳、鼻端较为短小，可以减少身体的相对表面积，从而尽量减少热量的散失。
例2对海洋岩礁上的藻类植物调查发现，一般在浅水处生长着绿藻，稍深处是褐藻，再深一些的水域中则以红藻为主，直接影响海洋中藻类分布的主要因子是( )
A．阳光B．温度
C．海水含盐量D．海水含氮量
答案 A
解析植物的光合作用离不开阳光，阳光对植物分布起决定作用。由于波长不同的光，对水的穿透能力不同，而不同水生植物所需光的波长又不相同，致使不同的植物分布在不同的水层中。易混辨析生态因子≠环境因子
(1)生态因子是环境中能影响生物生长、发育、生殖、行为和分布的因子，生态因子只是周围环境因子的一部分，如阳光、温度、水及其他生物。
(2)海拔高度、水域深度等虽然是对环境因子的一种描述，但它们并不能直接影响生物的生长、发育、生殖、行为和分布，其作用是通过阳光、温度、水、气压等其他因子的作用体现出来的，因而海拔高度、水域深度是环境因子而不是生态因子。
二、生物与环境构成生态系统及食物链和食物网
1．生态系统的概念：在一定空间中的生物群落与无机环境相互作用而形成的统一体。
2．生态系统的组成成分
(1)非生物成分：光、水、空气、无机盐及非生物的有机物等。
(2)生物成分，按照其在生态系统中的功能，可分为：
①生产者：能够把简单的无机物制造成复杂的有机物的自养生物，是生态系统中最基本、最关键的生物成分，主要是指各种绿色植物。
②消费者：主要是直接或间接地以植物为食的动物。
③分解者：能够把动植物的复杂有机物分解为简单无机物的生物成分，主要是细菌和真菌，也包括蚯蚓、秃鹫等腐生动物。
3．食物链和食物网
(1)食物链：生态系统中的生物之间由于营养关系而形成的营养结构。
(2)食物网
①概念：生态系统中的许多食物链相互交错形成更为复杂的网状营养结构。
②作用：增强生态系统结构和功能的稳定性。
(3)营养级
①概念：处于食物链某一环节上的各种生物的总和。
②分类
a．第一营养级：生产者。
b．第二营养级：初级消费者，即植食性动物。
c．第三营养级：次级消费者，即小型肉食性动物。
……
(4)分析下图，探究食物网中各生物的营养级别及相互关系。
①图示食物网中包含10条食物链。
②图中属于次级消费者的生物有狐、猫头鹰、吃虫的鸟、蜘蛛、青蛙、蛇。
③写出图中含营养级最多的食物链：草→食草昆虫→蜘蛛→青蛙→蛇→猫头鹰。
④图中猫头鹰同时占有的营养级：第三、四、五、六营养级。
⑤该图作为生态系统缺少的成分是非生物成分、分解者。
⑥从图中可以看出，青蛙和蜘蛛之间的关系是竞争和捕食。
知识整合
1．生态系统三种生物成分的比较
比较项目生产者消费者分解者营养方式自养异养异养
主要生物绿色植物动物腐生细菌和真菌
特例生物光合细菌、化能合成细菌，
如硝化细菌等寄生的微生物和植物，
如寄生细菌、莬丝子等
营腐生生活的动物，如
蜣螂、蚯蚓、秃鹫等
地位生态系统的基石生态系统的重要成分生态系统的必备成分
2.关于食物链的分析
(1)起点是生产者，终点是不被其他动物所食的动物——最高营养级，且一条食物链一般不超过5个营养级。
(2)只有生产者和消费者之间的捕食关系，不能出现非生物成分及分解者。
(3)箭头表示物质和能量流动的方向，是从前一个营养级到后一个营养级，同时体现捕食与被捕食的关系；捕食关系是长期自然选择形成的，不会倒转。
(4)生产者是第一营养级。消费者级别与营养级的关系：初级消费者为第二营养级、次级消费者为第三营养级，其他以此类推，即在食物链中营养级级别＝消费者级别＋1。
(5)某一营养级的生物代表处于该营养级的所有生物，不代表单个生物个体或某种群。3．关于食物网的分析
(1)同一种消费者在不同的食物链中，可以占有不同的营养级。
(2)在食物网中，两种生物间可能既有捕食关系，又有竞争关系。
(3)食物网的复杂程度主要取决于有食物联系的生物种类，而并非取决于生物数量。
例3生态系统的成分包括生产者、消费者、分解者及非生物成分。下列关于生态系统的成分的叙述，正确的是( )
A．动物都属于消费者
B．细菌都属于自养型生物
C．生产者都属于自养型生物，是生态系统中最基本、最关键的生物成分
D．一种生物只能属于生态系统中的一种生物成分
答案 C
解析并不是所有的动物都属于消费者，如蚯蚓、秃鹫等动物属于分解者，A项错误；细菌有自养型的，如硝化细菌，属于生产者，有异养型的，如根瘤菌，属于消费者，B项错误；多数生物只属于生态系统中的一种生物成分，但有些生物如捕蝇草、猪笼草等既是生产者，也是消费者，D项错误。
易错易混有关生态系统成分的几个误区
误区类型特例
细菌都是分解者光合细菌是自养型生物，属于生产者；寄生细菌属于特殊的消费者动物都是消费者秃鹫、蚯蚓、原生动物等以动植物残体为食的腐生动物属于分解者
生产者都是绿色植物蓝藻、硝化细菌等自养型原核生物也是生产者，应该说生产者主要指绿色植物
植物都是生产者菟丝子营寄生生活，属于消费者
例4如图是一个简化的食物网，据图分析正确的是( )
A．该食物网由4条食物链组成
B．其中的初级消费者是植食性鸟
C．处于第三营养级的生物有3种
D．生态系统的4种成分中，该图上只体现了2种成分
答案 D
解析图中有5条食物链；初级消费者是植食性鸟和食草昆虫；处于第三营养级的生物有鹰、食虫鸟、蜘蛛和青蛙4种；食物网中只体现了生产者和消费者，没有包含分解者和非生物成分。例5下图是某池塘生态系统中的两条食物链，大量捕捞花鲢后，其他生物种群数量将有所变化。短期内，种群数量变化趋势正确的是( )
A．绿藻上升B．白鲢下降
C．水蚤下降D．都上升
答案 B
解析花鲢以水蚤为食，故花鲢被大量捕捞后，水蚤数量将会增加，导致绿藻数量减少；乌鱼以花鲢和白鲢为食，花鲢被大量捕捞后，乌鱼将会捕食更多的白鲢，故白鲢的数量将减少。
技巧点拨食物链(网)中各营养级生物数量变动的分析技巧
(1)第一营养级生物数量的减少，会导致其他生物数量都减少。
(2)“天敌”减少，则被捕食者数量先增加后减少最后趋于稳定。
(3)“中间”营养级生物数量减少的情况：如图所示食物网中，青蛙突然减少，则以它为食的蛇也将减少，鹰就要过多地捕食兔和食草鸟，从而导致兔和食草鸟数量减少。因为鹰不只捕食蛇，它可依靠其他食物来源维持其数量基本不变。
(4)在食物网中，当某种生物因某种原因而大量减少时，对另一种生物的影响沿不同的路线分析得出的结果不同时，应以中间环节少的为分析依据。
三、生物圈是最大的生态系统
1．概念：地球上的全部生物及其无机环境的总和。
2．范围：包括岩石圈上层、水圈和大气圈下层。水圈中生活着多种多样的水生生物，而陆生生物主要生活在大气圈下层与岩石圈上层。
3．地位：生物圈是地球上最大的多层次的生态系统，还可以分出很多个生态系统。
4．作用：人类的生存和发展离不开整个生物圈的繁荣；保护生物圈就是保护人类自身。5．分类
(1)自然生态系统
①陆地生态系统有冻原生态系统、荒漠生态系统、草地生态系统和林地生态系统等。
②水域生态系统主要包括海洋生态系统和淡水生态系统。
(2)人工生态系统：可分为农业生态系统、城市生态系统等。
例6下列关于生物圈概念的叙述，不正确的是( )
A．地球上凡是有生物分布的区域都属于生物圈的范围
B．生物圈是由生物与无机环境组成的具有一定结构和功能的统一整体
C．生物圈是地球上最大的多层次生态系统，其结构和功能不断变化，不断趋向相对稳定D．生物圈是地球上所有生物形成的特殊的圈层，是各类生物的总和
答案 D
解析生物圈是地球上最大的生态系统，地球上凡是有生物分布的区域都属于生物圈的范围。生物圈是由生物与无机环境组成的具有一定结构和功能的统一整体，其结构和功能不断变化，不断趋向相对稳定。从组成上看，生物圈的成分包括两个部分，即无机环境和生物群落。
一题多变
判断正误：
(1)森林生态系统的种群密度和群落结构一般能较长时间处于较稳定状态( )
(2)草原生态系统的种群密度和群落结构常常会发生剧烈的变化( )
(3)农业生态系统总是朝着对人有益的方向发展( )
(4)整个地球上的海洋可以看成是一个巨大的生态系统( )
答案(1)√(2)√(3)×(4)√
1．下列有关生态系统组成成分的叙述，正确的是( )
A．太阳光来源于地球以外，不属于生态系统的成分
B．硝化细菌是原核生物，在生态系统中属于生产者
C．病毒是原核生物，在生态系统中属于分解者
D．蚯蚓是真核生物，在生态系统中属于消费者
答案 B
解析生态系统的成分包括生产者、消费者、分解者和非生物成分，其中太阳光属于生态系统的非生物成分，A错误；硝化细菌能进行化能合成作用合成有机物，属于自养型生物，在生态系统中属于生产者，B正确；病毒是异养型生物，没有细胞结构，不能独立生存，只能寄生在活细胞中，所以在生态系统中属于消费者，C错误；蚯蚓分解腐烂变质的物质，在生态系统中属于分解者，D错误。
2．下列针对不同类型生态系统的表述中，不正确的是( )
A．森林生态系统的主要特点是动植物种类繁多，种群密度最大
B．草原生态系统在不同季节和年份的种群密度和群落结构常发生剧烈变化
C．湿地生态系统有十分丰富的动植物资源，具有强大的生态净化作用
D．农业生态系统结构和功能的稳定需要人工的不断维持和干预
答案 A
解析森林生态系统的主要特点是动植物种类繁多，营养结构复杂，但是每一个种群的种群密度不一定最大，A错误；草原生态系统动植物种类少，营养结构简单，所以其在不同季节和年份的种群密度和群落结构常发生剧烈变化，B正确；湿地生态系统有十分丰富的动植物资源，具有强大的生态净化作用，C正确；农业生态系统生物种类单一，营养结构简单，其结构和功能的稳定需要人工的不断维持和干预，D正确。
3．海洋植物和高山植物均有分层现象，而沙漠地区动植物种类稀少。造成这种现象的主要生态因子依次是( )
A．光照、温度、水B．温度、光照、水
C．水、温度、光照D．光照、水、温度
答案 A
解析光线进入海水中，由于水分子及悬浮物质的吸收和散射作用，使得光线很快减弱，达到一定的深度后，光就完全消失了。水域越深，光线越弱，海洋植物细胞内的叶绿素含量也越少。所以，在海洋水域的不同水层中，导致植物出现明显分层现象的主要生态因子是光照。高山植物的分层现象，则与海拔高度的不同导致温度不同有关，温度直接影响生物的生命活动。荒漠生态系统的生态条件极为严酷，年降雨量极少，所以说造成沙漠地区动植物种类稀少的主要生态因子是水。
4．在生态系统中，当狼捕食山羊时，狼是( )
A．第三营养级和初级消费者
B．第三营养级和次级消费者
C．第二营养级和次级消费者
D．第二营养级和初级消费者
答案 B
解析在食物链“草→山羊→狼”中，狼是第三营养级、次级消费者。
5．下图是处于平衡状态的简单淡水生态系统的部分成分，请据图回答下面的问题：
(1)此生态系统中共有________条食物链。
(2)此生态系统中属于第三营养级的动物是______________________，淡水虾与小鱼的关系是________，大鱼与小鱼的关系是________。
(3)此生态系统中的分解者是( )
A．水鸟B．水绵
C．水藻D．腐生细菌、真菌
(4)若所有水鸟迁徙到别处，则短时间内大鱼数目________，水藻数目________，淡水虾数目________。
(5)若此生态系统中的水绵大量减少，则( )
A．水藻大量增多B．小鱼的数目增多
C．水鸟的数目减少D．甲壳类的数目增多
(6)此生态系统中各种生物的总和，在生态学上称为____________。
答案(1)3 (2)水鸟、小鱼、淡水虾竞争捕食 (3)D (4)增多减少减少(5)A (6)群落
解析水绵大量减少，导致水蚤减少，小鱼和淡水虾减少；大鱼减少，水鸟为了获得足够的能量，多食甲壳类，导致甲壳类数量减少，水藻大量增多。
[对点训练]
题组一环境对生物非常重要
1．以下关于生态因子的叙述，不正确的是( )
A．阳光通过生产者对草食动物产生影响，所以，阳光也是影响草食动物的生态因子
B．光照时间长短是影响绿色开花植物能否繁殖的重要生态因子
C．对于海洋生物来说，水分不是影响其分布的主要生态因子
D．CO2是光合作用的原料，但在生物圈中是均匀分布的，所以不属于生态因子
答案 D
解析生态因子是指环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布等有直接或间接影响的因子。CO2是光合作用的原料，属于生态因子。
题组二生态系统的组成及食物链和食物网
2．在“草→兔→狐→狼”这条食物链中，属于第一营养级和次级消费者的生物分别是( ) A．狼和兔B．兔和狼
C．草和狐D．草和兔
答案 C
解析食物链的第一营养级为生产者，该食物链中生产者为草；次级消费者在食物链中占据第三营养级，该食物链中第三营养级为狐。