高中生物浙科版必修三教学案第六章 第一二节 生态系统的营养结构 生态系统中的生产量和生物量.docx

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高中生物浙科版必修三教学案第六章第一二节生态系统的营养结构生态系统中的生产量和生物量

第一、二节

生态系统的营养结构　生态系统中的生产量和生物量

1.生态系统是由生物群落及非生物环境构成的一个生态学功能系统。

生态系统通常由无机物、有机物、气候、能源、生产者、消费者和分解者七大成分组成。

能量流动和物质循环是生态系统的两大基本功能。

2．生态系统各生物之间通过取食和被取食而建立起的营养关系称为食物链，它不仅是能量流动和物质移动通道，而且也是有害物质和杀虫剂移动和浓缩的通道，有害物质和杀虫剂通过食物链逐级积累和浓缩，在生物体内高度富集，导致危害的现象称为生物放大。

3．食物网越复杂，生态系统抵抗外力干扰的能力就越强；食物网越简单，生态系统越容易发生波动和毁灭。

4．生态金字塔中，能量金字塔绝不会是倒的，而数量金字塔、生物量金字塔可能有倒的。

5．初级生产量是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。

总初级生产量（GP）＝净初级生产量（NP）＋植物呼吸量（R）。

陆地生态系统的初级生产量大小为：

热带雨林>北方针叶林>温带草原>苔原。

6．生物量是指净生产量在某一调查时刻前的积累量。

次级生产量是在生态系统中第二次有机物质的生产量。

食物链和生物放大

1．生态系统概念[判断]

（1）生态系统包括所有的生产者、消费者和分解者。

（×）

（2）太阳光来源于地球以外，不属于生态系统的成分。

（×）

（3）生态系统基本功能是能量流动和物质循环。

（√）

2．食物链

（1）概念：

在生态系统的各生物之间，通过一系列的取食和被取食关系，不断传递着生产者所固定的能量，这种单方向的营养关系叫食物链。

由于能量每次传递都会损失掉一大半，所以食物链通常只有四五个环节。

（2）类型：

①捕食食物链：

一般指以活的植物为起点的食物链。

②腐食食物链：

是以死亡生物或现成有机物为起点的生物链。

陆地生态系统通常以腐食食物链为主，而海洋生态系统则以捕食食物链为主。

3．生物放大

化学杀虫剂和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，导致危害的现象就叫生物放大。

1．用概念图的形式表示个体、种群、群落和生态系统等概念的关系。

提示：

2．结合生态系统的组成成分及其作用，思考：

（1）组成生产者的生物除绿色植物外还有哪些生物？

提示：

光能合成细菌，比如蓝细菌等。

（2）动物都是消费者吗？

并举例。

提示：

动物不都是消费者，比如蚯蚓、蜣螂属于分解者。

（3）细菌在生态系统中可以作为哪些成分？

提示：

细菌因营养方式不同，可以是生产者、消费者，也可以是分解者，如自养型细菌是生产者，肺炎双球菌等寄生细菌为消费者，枯草杆菌等营腐生生活的细菌则为分解者。

3．捕食食物链中不能出现的成分有哪些？

提示：

无机物、有机物、气候、能源、分解者。

4．食物链中箭头可以倒转吗？

提示：

食物链中生物之间关系是长期自然选择形成的，不会倒转，因此箭头一定是从上一营养级指向下一营养级。

1．生态系统中各成分的地位与关系

（1）非生物成分：

主要包括无机物、有机物、气候、能源等，它们为生物提供物质和能量，是生物群落（包括生产者、消费者、分解者）赖以生存和发展的基础。

（2）生物成分：

①生产者，是生态系统中唯一能把非生物的物质和能量转变成生物体内的物质和能量（有机物及其储存的化学能）的成分，如果没有生产者，消费者和分解者都不能生存，所以说生产者是生态系统的主要成分，也是生态系统存在的前提。

②分解者，如果一个生态系统没有分解者，动植物的遗体残骸就会堆积如山，生态系统就会崩溃，所以说分解者在一个生态系统中的地位也很重要。

③消费者，它一方面直接或间接地以绿色植物为食；另一方面也是对绿色植物加以分解的过程，如果没有食草动物对绿色植物的摄食，一方面增加了分解者的负担，另一方面绿色植物也将非常不利于被分解者分解。

（3）生态系统各成分相互关系：

（4）部分生物在生态系统中地位的误区分析：

误区类型

特　例

细菌都是分解者

光合细菌是自养型，属于生产者；寄生细菌属于特殊消费者

动物都是消费者

像蚯蚓等以动植物遗体为食的腐生动物属于分解者

生产者都是绿色植物

蓝细菌、光合细菌等自养原核生物也是生产者，应该说，绿色植物都是生产者，生产者包括绿色植物

植物都是生产者

菟丝子属于植物，营寄生生活，属于消费者

2.食物链与生物放大

食物链不仅是能量流动和物质循环的通道，而且也是杀虫剂和各种有害物质移动和浓缩的通道，各营养级沿食物链向前移动时，营养级别越高的生物，其体内化学杀虫剂和很难分解的有害物质积聚越多，愈发“浓缩”，从而导致在生物体内高度富集而造成危害，这一现象就叫生物放大。

如DDT沿着食物链转移几次后，其浓度可增加几万倍，从而对位于食物链顶位的物种造成灾难性影响。

食物网与营养级

1．食物网

（1）概念：

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，叫食物网。

（2）成因：

因为食物链的每一个环节都不止与上、下两种生物发生联系，而是与周围的很多种生物有着错综复杂的联系，好像一张无形的网和无数的网结把所有生物都直接或间接地联系起来。

（3）食物网与生态系统抵抗外力干扰能力强弱的关系：

食物网越复杂，生态系统抵抗外力干扰的能力就越强；食物网越简单，生态系统就越容易发生波动和毁灭。

热带雨林是地球上最稳定的生态系统，而苔原则是最脆弱的生态系统。

2．营养级

（1）概念：

营养级是指处于食物链某一环节上的全部生物的总和。

（2）分级及特点：

①所有绿色植物都处于食物链的起点，它们构成了第一营养级，即生产者属于第一营养级，所有以植物为食的动物属第二营养级，第三营养级则包括全部以植食动物为食的肉食动物，以此类推。

②通常营养级的位置越高，归属这个营养级的生物种类、数量和能量就越少。

1．假如一个岛屿上只有草、鹿和狼，在这种情况下，如果狼首先灭绝，则草的数量怎么变化？

提示：

减少。

2．食物网的复杂程度主要取决于什么？

提示：

有食物联系的生物种类而非取决于生物的数量。

3．营养级的级别与生物种类、数量和能量之间有什么关系？

理由是什么？

提示：

营养级越高，归属于该营养级的生物种类、数量和能量越少。

因为能量随食物链逐级递减，营养级越高，能量越少。

4．分析下图，思考：

（1）图示食物网中包含__________条食物链。

（2）图中属于次级消费者的生物是：

______________。

（3）写出图中含营养级最多的食物链：

______________________________________。

（4）图中猫头鹰同时占有第________________营养级。

（5）猫头鹰所在的最短的食物链是：

____________。

（6）该图作为生态系统缺少的成分：

_____________________________________。

（7）从图中可以看出，青蛙和蜘蛛之间的关系是：

____________________________。

提示：

（1）8　

（2）狐、猫头鹰、吃虫的鸟、蜘蛛、青蛙、蛇　（3）草→食草昆虫→蜘蛛→青蛙→蛇→猫头鹰　（4）三、四、五、六　（5）草→鼠→猫头鹰　（6）非生物的物质和能量、分解者　（7）竞争和捕食

1．有关食物网的分析

某生态系统中部分生物的食物关系如右图，其形成原因及各种生物之间的关系分析如下：

（1）形成原因：

生态系统中生物之间的食性关系是复杂的，一种生物可以摄食多种其他生物，一种生物也可以被多种生物所摄食。

（2）各种生物之间的关系：

在食物网中，有时两种生物之间既是捕食关系又是竞争关系。

如在该食物网中，鹰与蛇之间既是捕食关系，又是竞争关系（因为它们都以鼠为食）。

（3）食物链（网）中各环节生物数量变化关系：

①处于食物链的第一营养级生物减少的情况：

第一营养级生物数量减少会导致其他生物都减少，即出现连锁反应，因为第一营养级生物是其他生物直接或间接的食物来源。

②天敌减少的情况：

天敌减少，则被捕食者数量增加。

但随着数量增加，种内斗争加剧，种群密度下降，直到趋于稳定，但结果比原来数量要大。

③中间营养级生物减少的情况：

如上图所示食物网中，鼠的数量突然减少，以它为食的蛇的数量也将减少，鹰要过多地捕食食草鸟和兔，从而导致兔和鸟减少，但因为鹰不只捕食鼠和蛇，它可依靠其他食物来源来维持数量基本不变。

（4）查食物网中有几条食物链的方法——分枝法。

即：

以生产者（第一营养级）为起点，查出它有几种捕食者——初级消费者（第二营养级），然后再以每一种初级消费者为起点，查出它有几种捕食者——次级消费者（第三营养级），以此类推。

2．食物链中营养级与消费者级别的划分

食物链

草―→兔―→狐―→狼

生态系统的成分

生产者

初级消费者

次级消费者

三级消费者

营养级别

第一营养级

第二营养级

第三营养级

第四营养级

所属类型

主要是绿色植物

植食性动物

小型肉食性动物

大型肉食性动物

营养状况

自养

异养

异养

异养

生态金字塔

1．概念

生态金字塔是指各营养级之间的某种数量关系，可采用生物量单位、能量单位和个体数量单位。

图示如下：

能量金字塔

数量金字塔

生物量金字塔

2．特点

生态金字塔通常都是下宽上窄的正金字塔图形，但也有倒金字塔形的，其中数量金字塔在夏季的温带森林中可呈倒金字塔形，生物量金字塔也有倒置的，但能量金字塔绝不会有倒置的，能量从一个营养级流向下一个营养级总是逐渐减少的，这一点任何生态系统都不会有例外。

1．如果把每个营养级的生物量及生物数量关系用能量金字塔的方式表示出来，是不是也是正金字塔形？

有没有例外？

提示：

一般情况下，也是正金字塔形。

但是有时候会出现倒置的塔形。

例如，在海洋生态系统中，由于生产者（浮游植物）的个体小，寿命短，又会不断地被浮游动物吃掉，所以某一时刻调查到的浮游植物的生物量可能低于浮游动物的生物量。

当然，总的来看，一年中流过浮游植物的总能量还是比流过浮游动物的要多。

同理，成千上万只昆虫生活在一株大树上，该数量金字塔的塔形也会发生倒置。

2．能量金字塔绝不会倒立，说明能量流动有什么特点？

特点：

逐级递减。

三种生态金字塔的比较

　类型

项目

能量金字塔

数量金字塔

生物量金字塔

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（现存生物中有机物的总质量）沿食物链随营养级升高而逐级递减

每一阶含义

食物链中每一营养级生物所含的总能量

每一营养级生物个体的总数目

每一营养级现存生物中有机物的总质量

初级生产量、生物量、次级生产量

1．初级生产量

初级生产量是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。

初级生产量的单位通常是g/（m2·a）或J/（m2·a）。

2．净初级生产量

在初级生产量中，有一部分是被植物的呼吸（R）消耗掉了，剩下的才用于植物的生长和繁殖，这就是净初级生产量（NP），而将包括呼吸消耗在内的全部生产量，称为总初级生产量（GP），三者之间的关系是GP＝NP＋R。

3．生物量

生物量实际上就是净生产量在某一调查时刻前的积累量，生物量（干重）的单位通常用g/m2或J/m2表示，若GP－R>0，则生物量增加；GP－R<0，则生物量减少，GP－R＝0，则生物量不变。

4．次级生产量

（1）概念：

动物性有机物质是靠动物吃植物、吃其他动物和吃一切现成有机物质而生产出来的，这类生产在生态系统中是第二次的有机物质生产，故称次级生产量。

（2）次级生产者与次级生产量：

凡是异养生物（包括各种分解者）都属于次级生产者。

在海洋生态系统中，植食性动物利用藻类的效率比陆地动物利用植物效率高，由于这个特点，海洋的初级生产量之和虽然只有陆地初级生产量的1/2，但海洋的次级生产量比陆地次级生产量多。

1．如何理解“没有初级生产量就没有消费者和分解者，也就不会有生态系统”？

提示：

生态系统中所有消费者和分解者都直接或间接地依赖初级生产量。

2．陆地生态系统中热带雨林的净初级生产量为2000g/（m2·a），北方针叶林是800g/（m2·a），苔原是140g/（m2·a）；海洋生态系统中珊瑚礁和藻床是2000g/（m2·a），河口是1800g/（m2·a），大陆架是360g/（m2·a），开阔大洋是127g/（m2·a），这些数值说明净初级生产量的特点是什么？

提示：

地球各地不同生态系统的净初级生产量受温度、光照与雨量影响，差异性很大。

3．观察教材P107图6－7，分析初级生产量、次级生产量、生物量之间关系？

提示：

1．初级生产量、生物量和次级生产量的联系

（1）总初级生产量（GP）＝净初级生产量（NP）＋植物呼吸量（R）。

当净初级生产量几乎等于0时，GP＝R，森林植物达到环境容纳量，生态系统处于成熟和稳定状态，此时森林中生物资源量最大。

（2）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。

（3）次级生产量的能量来源于初级生产量。

（4）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。

2．净初级生产量的制约因素

（1）不同生态系统的净初级生产量随“温度”和“雨量”的不同而有很大差异。

（2）不同生态系统中的净初级生产量与该生态系统中植物群落状况有关——如热带雨林中植物群落具有明显的分层现象，则其光合效率较高，其净初级生产量也相对较高。

相反，苔原生态系统中植物群落较单纯，其净初级生产量也较小。

　以图示为载体，考查食物链、食物网、营养级

[例1]　（广东高考）下图为南极某海域的食物网，据图判断正确的是（　　）

A．此食物网共有6条食物链

B．硅藻既是生产者，又是分解者

C．磷虾在不同食物链上都属于同一营养级

D．严禁过度捕杀蓝鲸是由于其对该食物网影响最大

[精讲精析]　从左向右依次标出所给食物网中的每条食物链上每个生物的营养级，进而计算出食物网中食物链的数量是解题的突破口。

此食物网中有9条食物链。

硅藻是植物，属于生产者，不是分解者。

而磷虾仅以硅藻为食，在每一条食物链中都是第二营养级。

在一个食物网中，对食物网影响最大的是最低营养级，即生产者，而不是最高营养级。

答案为C。

1．下图是某草原生态系统中部分食物网简图，据图判断下列说法不正确的是（　　）

A．青蛙和蜘蛛之间既有竞争关系，也有捕食关系

B．图中的所有生物构成此生态系统中的生物群落

C．图中所示的食物网中共有4条食物链

D．蛇在此食物网中处于两个不同营养级

解析：

选B　上述的食物网中，共有4条食物链。

青蛙和蜘蛛都以蝗虫为食物，所以两者既有竞争关系又有捕食关系。

蛇在不同的食物链中所处的营养级不同。

生物群落在上述的食物网的基础上还应该包括这个环境中的所有其他生物。

2.右图食物网中，若大鱼全部死亡，磷虾的数量将会（　　）

A．增多　　　　　B．减少

C．A、B都有可能D．不变

解析：

选A　在该食物网中大鱼全部死亡，可导致企鹅数量减少，虎鲸将更多地捕食须鲸，从而导致磷虾数量增多。

以知识信息为依托，考查对生物放大的理解

[例2]　为研究环境污染物对某湖泊中生物的影响，一组学生开展了研究性学习。

他们首先选取了该湖泊中5种不同的生物A、B、C、D、E，并对其进行消化道内食物组成的分析；然后又请当地一所湖泊研究所的专家对这5种生物体内2种污染物的含量进行了测定；再将研究数据绘制成下表。

生物种类

消化道内食物组成

千克体重污染物含量/mg

汞

某种杀虫剂

A

鱼（甲）

鱼（乙）

78

96

B

河蚌

水蚤、小球藻

25

57

C

小球藻

/

3

5

D

鱼（乙）

水蚤

10

31

E

水蚤

小球藻

5

15

（1）为更直观地表达研究结果，请尝试利用上表中的数据，在所给坐标上规范绘制柱形图，以比较5种生物体内2种污染物的含量。

5种生物体内2种污染物含量比较图

（2）根据上表提供的信息，以食物网的形式表示5种生物之间的营养关系（以A、B、C、D、E代表5种生物）。

[精讲精析]　汞和杀虫剂在生物体内不易被分解，在食物链中随物质循环和能量流动而逐级放大。

在营养级越高的生物体内，两种物质的含量越高，反之含量越低。

从图表给出的汞、杀虫剂的含量以及各种生物消化道内的食物组成等信息即可判断出5种生物之间的营养关系。

[答案]　

（1）如下图所示：

5种生物体内2种污染物含量比较图

（2）

杀虫剂和各种有害物质沿食物链、食物网所进行的移动与浓缩与生态系统能量流动的“逐级递减”特点恰好相反——这种浓缩作用可实现“逐级递增”从而导致有害物质沿食物链转移几次后浓度增加几万倍，最终导致位于食物链顶位的物种遭受灾难性影响。

3．某水域生态系统被汞污染后，该水域生态系统中的5种生物体内存有不同浓度的汞，其含量如下表，下列关于该生态系统的描述不正确的是（　　）

检测生物

甲

乙

丙

丁

戊

汞（千克体重污染物含量/mg）

3

25

10

78

5

A.该生态系统的5种生物受汞毒害最大的是丁

B．生态系统中汞移动和浓缩的通道是食物链

C．如果检测的5种生物恰好能构成一条食物链，该食物链可表示为：

甲→戊→丙→乙→丁

D．汞通过食物链由上一个营养级传递到下一个营养级后，汞浓度逐渐降低

解析：

选D　汞通过食物链由上一个营养级传递到下一个营养级后，浓度逐渐升高，即在食物链中，营养级越高，体内积累的有毒物质越多，受污染程度越严重。

以相关实例和图示为背景，考查生态金字塔

[例3]　右图是一片树林中的每个营养级生物的数量多少而绘制的金字塔，其中“1”、“2”、“3”分别代表第一、二、三个营养级的生物。

下面哪一条食物链与金字塔相符合：

①草　②树　③昆虫　④兔　⑤鸟　⑥狼（　　）

A．①→③→⑤　　　　　　B．①→④→⑥

C．②→③→⑤D．②→③→⑥

[思路点拨]

[精讲精析]　“1”是第一营养级（生产者），根据题意可知，此生态系统的草和树是生产者，树木的数量远比草的数量要少，从题图中可看出，“1”的数量最少，故“1”应是“树”的数目。

可以作为第二营养级的生物是昆虫（植食性昆虫）和兔，“2”数量最多，故只能是“昆虫”，因为昆虫的数目比兔的数目和树的数目多得多。

可作为第三营养级的生物是狼和鸟（肉食性鸟），以昆虫为食的是鸟，况且狼的数量是最少的：

从数量上分析，此题的第三营养级也不是狼。

一般地说，数量金字塔和能量金字塔一样，呈正金字塔形，草食动物的数量多，肉食动物少，依次类推。

有时候数量金字塔也会发生变化，该题所描述的就是如此。

答案为C。

（1）一般情况下，营养级越高，归属该营养级的生物种类、数量和能量越少。

（2）能量流经下一营养级总是逐渐减少的，对于任何生态系统都不会有例外情况，因而能量金字塔不会倒置。

4.一片树林中，树、昆虫和食虫鸟的个体数比例关系如右图所示。

下列选项能正确表示树、昆虫、食虫鸟之间的能量流动关系的是（选项方框面积表示能量的大小）（　　）

解析：

选C　数量金字塔是以生态系统中每一营养级的生物个体数目为指标绘制的，有时会倒置，本题就是一个实例。

而能量金字塔是不会倒置的，也就是说，生态系统中能量流动逐级递减的规律是普遍适用于各种生态系统的。

本题中尽管昆虫的数目较多，但个体却很小，所含的能量也少。

所以三者之间的能量流动关系应该是沿食物链“树→昆虫→食虫鸟”中营养级的顺序逐级递减。

　　初级生产量、生物量、次级生产量的概念理解

[例4]　下列关于生态系统中净初级生产量与总初级生产量的叙述不正确的是（　　）

A．初级生产量是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

B．绿色植物的初级生产量形成于叶绿体中

C．初级生产量的单位通常用g/m2或J/m2表示

D．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

[精讲精析]　初级生产量的单位应为g/（m2·a）或J/（m2·a）（a代表年）表示，即初级生产量应体现年生产量，而不是某一时刻的生产量。

答案为C。

生态系统的总初级生产量即绿色植物通过光合作用所制造的有机物或所固定的能量，净初级生产量则为总初级生产量与呼吸消耗量的差值，地球各地的净初级生产量随温度和雨量不同而有很大差异。

5．下列关于生态系统生物量与次级生产量的叙述不正确的是（　　）

A．生物量的概念和计量单位同样也应用于动物

B．通过动物生物量的计算，可以推测各类动物在生态系统中的相对重要性

C．次级生产量归根结底是依靠植物在光合作用中所产生的有机物质

D．次级生产量既包含生产者生产量，也包括消费者和分解者生产量

解析：

选D　用于植物生长和繁殖的生产量应为净初级生产量；生物量实际上就是净初级生产量在某一调查时刻前的积累量，其单位为g/m2或J/m2，但生产量的单位应为g/（m2·a）或J/（m2·a），生物量的概念和单位同样也可应用于动物；通过动物生物量的计算，可以推测各类动物在生态系统中的相对重要性；次级生产量归根结底是要依靠植物在光合作用中所产生的有机物质。

[课堂回扣练习]

一、概念原理识记题

1.在夏季测量某温带落叶林中的一个淡水池塘的净初级生产量，结果如右图所示，下列说法错误的是（　　）

A．曲线中随水深增加，初级生产量下降，可能原因是光照强度下降

B．若该池塘生态系统长期处于c点所示的状态，则可处于稳定状态

C．净初级生产量用于植物的生长繁殖，a处的植物长势最好

D．生产者的生物量就是净初级生产量在某一调查时刻前的积累量

解析：

选B　植物净初级生产量的概念：

通俗的讲就是指绿色植物的净光合作用量。

它随光照强度减弱而下降，水越深光照强度越弱。

在生态系统处于c点时，净初级生产量为0，即有机物没有积累，所以不可能处于稳定状态。

净初级生产量是生产者积累的有机物量，用于自身的生长繁殖。

所以净初级生产量越大，用于自身生长繁殖的有机物就越多，长势越好。

生物量就是净初级生产量在某一调查时刻前的积累量。

2．下列属于生态系统中食物网特征的是（　　）

A．一种生物只能被另一种生物捕食　　　　　

B．食物链的环节数是无限的

C．一种生物可能属于不同的营养级

D．食物网上的生物之间都是捕食关系

解析：

选C　在食物网中，一种绿色植物可能是多种植食性动物的食物，而一种植食性动物既可能吃多种植物，也可能成为多种肉食性动物的捕食对象，所以一种生物可能属于不同的营养级。

食物链的环节数不能是无限的，因为食物链中的能量流动是逐级递减的，当减少到一定程度时，就不能维持另一个营养级的存在。

在食物网中，有些生物之间既有捕食关系，也有竞争关系。

二、易错易混辨析题

3．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

解析：

选B　在食物链“草→山羊→狼”中，狼是第三营养级，次级消费者。

三、基本原理应用题

4.（广东高考改编）右图所示某湖泊的食