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第 3 章 生态系统及其稳定性
第 1 节 生态系统的结构
1.P 问题探讨：大豆是发源于我国的重要粮食作物。大豆田里生长着稗草、简麻、鸭跖草等多种杂草，分
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布着七星瓢虫、大豆蚜等动物，土壤里还有蚯蚓、线虫，以及多种微生物。每公顷大豆与共生根瘤蘭每年
固氮可以超过100 kg。
（1）大豆根系会给土壤帶来哪些变化?
提示：大豆根系的根瘤菌把空气中的N 固定，进而转化成NH、NO，可增加土壤含氮量，同时，大豆根
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系的生长疏松了土壤。
（2）大豆与其他生物之间存在什么关系?
提示：大豆与根瘤菌之间是互利共生关系，大豆与稗草、苘麻、鸭跖草等之间是种间竞争关系，大豆与七
星瓢虫、大豆蚜之间是捕食关系。
（3）根据以上讨论结果，请用一句话概括生物与环境的关系。
提示：生物能适应环境并能影响环境。
2.P 思考·讨论：分析生态系统的结构
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（1）分析上述生态系统中生物之间的食物关系，你能画出多少条食物链?与其他同学画出的食物链进行比
较，分析各自的食物链是否需要修改，共同完善该生态系统的食物链和食物网。
提示：根据生态系统中生物之间的食物关系，画出食物链。注意食物链的起点是生产者，终点是最高级的
消费者。
（2）按照不同种类生物的营养方式，以及它们在生态系统中的作用，将上述生态系统中的生物进行归类。
提示：可以分为生产者，如地锦、胡枝子、画眉草、狗尾草、猪毛蒿、水草、栅藻、团藻等；消费者，如
蝗虫、蝼蛄、叶蛾、土蜂、姬蜂、步甲、园蛛、蜈蚣、鱼、虾、草履虫等；分解者，如细菌、真菌、放线
菌等。
（3）在上述生态系统中，食物链之外还有哪些成分?它们对生态系统来说是不可缺少的吗?为什么?
提示：还有非生物的物质和能量、分解者。物质和能量是生命活动存在的最基本条件，生命活动本质上也
是物质与能量的变化。非生物物质还是生物赖以生存的环境。分解者能将动植物遗体和动物排遗物分解成
无机物，是生态系统的必需成分。
（4）每个生物体的生存都离不开物质和能量。这些生物是怎样获得物质和能量的?不同种类的生物获取物
质和能量的途径--样吗?提示：绿色植物通过光合作用把无机物转变为有机物，将太阳能转化为化学能。动物通过摄取其他生物获
得物质和能量。各种生物获取物质和能量的途径是不一样的。微生物通过呼吸作用将有机物分解成无机物，
将有机物中的化学能转变成热能。
（5）参照一般系统的结构模式图(下图)，尝试画出生态系统的结构模型。
提示：生态系统的结构模型可以有多种形式。在不考虑物质的输入和输出的情况下，可以表示为下图这样
的简化模型。
3.P 旁栏思考：食物链上一般不超过五个营养级，想一想，这是为什么?
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提示：具体内容将在本章第2节讲解。
4.P 练习与应用
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一、概念检测
1.研究表明，在我国华北地区某苹果园里生活着多种昆虫，害虫主要有卷叶蛾、蚧虫、蚜虫和食心虫等;害
虫的天敌(即天敌昆虫)为草蛉、异色瓢虫、螳螂等;既非害虫又非害虫天敌的中性昆虫有蚊、蝇、蚂蚁等。
在果园中种草，天敌昆虫的种类和数量都有增加。判断下列说法是否正确。
(1)卷叶蛾、蚧虫、蚜虫等植食性动物是初级消费者。()
(2)卷叶蛾→螳螂→黄雀构成一条食物链,其中螳螂位于第二营养级。()
(3)中性昆虫在果园生态系统中是多余的。( )
(4)种草后，果园中的食物网更复杂，有助于果园生态系统抵抗外界干扰。()
(1)√ 解析：植食性动物都是初级消费者。
(2)× 解析：食物链的起点是生产者，卷叶蛾是植食性动物，属于第二营养级，螳螂属于第三营养级。
(3)× 解析：中性昆虫在果园生态系统中也具有调节作用。
(4)√ 解析：种草后，果园中生物的种类更多，食物网更复杂，抵抗外界干扰的能力更强。
2.食物链彼此相互交错形成食物网。以下有关食物网的说法正确的是()
A.每种动物可以吃多种植物 B.每种生物都被多种生物捕食
C.每种生物都只位于一条食物链上 D.一种生物可能属于不同的营养级
D [在食物网中只有某些植食性动物可能吃多种植物，肉食性动物不吃植物，A错误；在食物网中有些生
物可被多种生物捕食(如草)，而位于较高营养级的生物可能只被一种生物捕食，位于最高营养级的生物不被捕食，B错误；在食物网中，一些生物往往不只位于一条食物链上，C错误。]
3.动物园里饲养着各种动物，栽培了多种植物。它们构成一个群落吗?动物园是个生态系统吗?
提示：它们不能构成一个群落，动物园也不是一个生态系统。
解析：动物园中不同种动物是分开饲养的，彼此之间没有内在联系和相互影响，所以，动物园里饲养的各
种动物和栽培的植物不能构成群落。同理，动物园也不是一个生态系统。
二、拓展应用：
下图是某海洋生态系统中，生产者固定太阳能的数量与水深关系的曲线。
请据图回答以下问题。
(1)在远洋水域，从水深30m处开始，随着水深增加，固定太阳能的数量逐渐减少，影响这一变化的非生物
因素主要是_______。
(2)近海水域水深为________时，生产者的数量最多。
(3)生活在水深100m以下的生物，从生态系统的组成成分看，主要是_______。
(1)阳光
解析：在海洋生态系统中，随着海水深度的增加，光照强度减弱，生产者可利用的光能减少，阳光是影响
这一变化的主要非生物因素。
(2)10～15 m
(3)消费者、分解者
提示：(1)在海洋生态系统中，随着海水深度的增加，光照强度减弱，生产者固定的太阳能逐渐减少。(2)从
图中近海水域的曲线变化看，在水深10～15 m处，生产者的数量最多。(3)在100 m深的水域中，生产者
固定太阳能的数量为0，因而此处以及水深100 m以下的生物以消费者和分解者为主。
第 2 节 生态系统的能量流动1.P 问题探讨：假设你像小说中的鲁滨逊那样，流落在一个荒岛上，那里除了有能饮用的水，几乎没有任
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何食物。你身边尚存的食物只有1只母鸡、15kg玉米。讨论
你认为以下哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援。
（1）先吃鸡，再吃玉米。
（2）先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下的蛋，最后吃鸡。
提示：应该先吃鸡，再吃玉米(即选择1)。若选择2，则增加了食物链的长度，能量在流动过程中逐级递减，
最后人获得的能量较少。
2.P 思考·讨论：生态系统中的能量流动
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（1）生态系统中的能量流动和转化是否遵循能量守恒定律?为什么?
提示：遵循。生态系统是一个开放的能量耗散系统，太阳能必须不断地输入生态系统中才能满足各营养级
生物对能量的需求。但生态系统从属于“物理系统”，其能量流动和转化遵循能量守恒定律。
（2）流经某生态系统的能量能否再回到这个生态系统中来?为什么?
提示：不能。当能量沿食物链流动时，每个营养级的生物都要进行呼吸作用，释放一部分热能，这部分热
能一旦散失，就不可恢复，因此能量不能循环流动。
3.P 思考·讨论：分析赛达伯格湖的能量流动
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（1）用表格的形式，将图中的数据进行整理。例如，可以将每一营养级上的能量“流入”和“流出”整
理成为一份清单(“流出”的能量不包括呼吸作用散失的能量)。
（2）计算“流出”该营养级的能量占“流入”该营养级能量的百分比。
1、2答案见下表：
流出能量[J/
营养级 流入能量[J/(cm2·a)] (cm2·a)] (输入下 出入比
一个营养级)
生产者 464.6 62.8 13.52%
植食性动物 62.8 12.6 20.06%
肉食性动物 12.6 － －
分解者 14.6 － －
（3）流入某一营养级的能量，为什么不会百分之百地流到下一个营养级?
提示：流入某一营养级的能量主要有以下去向：一部分通过该营养级的呼吸作用散失了；一部分作为排出
物、遗体或残枝败叶不能进入下一个营养级，而被分解者所利用；还有一部分未被利用。所以，流入某一
营养级的能量不可能百分之百地流到下一个营养级。
（4）通过以上分析，你能总结出什么规律?
提示：生态系统中的能量流动是单向的；能量在流动过程中逐级递减。4.P 旁栏思考：能量在流动过程中逐级递减，与能量守恒定律矛盾吗?为什么?
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提示：不矛盾。因为能量在生态系统中流动转化后，一部分储存在生态系统中，而另一部分被利用，散失
到非生物环境中，两者之和与流入生态系统的能量相等，所以能量在沿食物链流动的过程中，既遵循逐级
递减的规律，又遵循能量守恒定律。
5.P 旁栏思考：人类位于食物链的顶端，从能量合字塔来看，人口数量日益增长，这会对地球上现有的生
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态系统造成什么影响?
提示：从能量金字塔来看，人类位于食物链的顶端，生存需要消耗大量能量，随着人口数量的日益增长，
对资源的消耗越来越大，地球的生态环境会越来越恶化，甚至会崩溃。
6.P 旁栏思考：生物量金字塔在什么情况下，可能是上宽下维的倒置形呢?
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提示：在海洋生态系统中，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
浮游植物的生物量可能要低于浮游动物的生物量，这时就出现了上宽下窄的倒金字塔形。
7.P 探究·实践：调查当地某生态系统中能量流动的情况
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调查过程中要注意对以下问题进行分析。
（1）当地农田生态系统中生产者的主体是什么?还有哪些种类的生物是生产者?农民是用什么方法抑制其他
生产者的数量的?
参考调查点：稻田生态系统。组成成分：(1)非生物的物质和能量。(2)生产者：水稻、杂草、浮游植物等。
(3)消费者：田螺、泥鳅、黄鳝、鱼类、青蛙、浮游动物、昆虫、鸟类等。(4)分解者：多种微生物。
提示：生产者的主体是水稻，其他生产者有杂草、浮游植物等。农民主要通过喷洒除草剂或人工除草的方
法抑制杂草的生长。
（2）初级消费者有哪些?其中哪些是对农业生产有益的?哪些是有害的?对这些初级消费者，农民分别采取
了哪些措施?
提示：初级消费者：田螺、浮游动物、植食性昆虫、植食性鱼类、青蛙、鸟类等。一般而言，如青蛙可捕
食害虫，对稻田增产有益；而植食性昆虫和鸟类等往往对水稻生长构成危害，田螺、植食性鱼类数量较多
时也会对水稻生长构成危害。农民采取喷洒农药、竖稻草人等措施防止或减少这些动物的危害。
（3）次级消费者有哪些?它们与农作物是什么关系?
提示：次级消费者：泥鳅、黄鳝、肉食性鱼类、青蛙等。一般而言，这些消费者对水稻生长的利大于害。
农民通过禁捕或适量放养等措施，实现生态农业的目标。
（4）养殖动物的饲料来源有哪些?
提示：养殖动物的饲料来源于农田的秸秆等和饲料企业的成品饲料。
（5）农民对作物秸秆是如何处理的?提示：农民对秸秆的传统处理方式有焚烧或填埋等；现代农业提出了综合利用思想，如秸秆可作为工业原
材料，还可以用来生产沼气，以充分利用其中的能量。
（6）人们通过什么方式来提高光能利用效率?
提示：主要通过合理密植的方法提高作物的光能利用效率。
（7）怎样才能使该生态系统中的能量得到更充分的利用?
提示：通过稻田养鱼等措施，实现立体化生态农业；通过建造沼气池，实现能量的多级利用等。
8.P 思维训练：分析和处理数据
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1926年，美国一位生态学家研究了一 坎玉米田的能量流动情况，得到如下数据。
（1）这块田共收割玉米约10000株，质量为6000kg。通过对玉米植株的化学成分进行分析，计算出其中
共含碳2675 kg。
（2）据他估算，这些玉米在整个生长过程中通过细胞呼吸消耗的葡萄糖共 2 045 kg。3.1kg葡萄糖储存
1.6x 10* kJ能量。4.在整个生长季节，人射到这块玉米田的太阳能总量为8.5x10'kJ。
请根据以上数据计算:
这些玉米的含碳量折合成葡萄糖是多少?这些葡萄糖储存的能量是多少?这些玉米呼吸作用消耗的能量是多
少?
(1)这些玉米的含碳量折合成葡萄糖是 6 687.5 kJ，计算公式为 ×180，这些葡萄糖储存的能量是
1.07×108 kJ(计算公式为E ＝M ×1.6×104)。
G G
(2)这些玉米呼吸作用消耗的能量是3.272×107 kJ(计算公式为ΔE ＝ΔM ×1.6×104)。
呼 G
(3)这些玉米在整个生长季节所固定的太阳能总量是1.397 2×108kJ(计算公式为E ＝E ＋
固 G
E )，呼吸作用消耗的能量占所固定太阳能总量的比例是23.4%。
呼
(4)这块玉米田的太阳能利用效率是1.64%，计算公式为η＝
[(1.397 2×108)/(8.5×109)]×100%。
能量利用情况如下图所示：
9.P 练习与应用
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一、概念检测
1.生态系统中所有生物的生命活动都需要能量，而不同营养级的生物获取能量的途径是有差别的。据此判断下列表述是否正确。
(1)太阳能只有通过生产者才能输人到生态系统中。()
(2)生态系统中初级消费者越多，次级消费者获得的能量越少。()
(3)能量沿食物链流动是单向的。()
(1)√ 解析：生产者通过光合作用把太阳能转化成化学能，固定在它们所制造的有机物中，太阳能才输入
生态系统中。
(2)× 解析：生态系统中初级消费者越多，次级消费者获得的能量越多。
(3)√ 解析：由于食物链中捕食者与被捕食者的关系不可逆转，故能量沿食物链流动是单向的。
2.流经神农架国家级自然保护区的总能量是()
A.该保护区中生产者体内的能量 B.照射到该保护区中的全部太阳能
C.该保护区中生产者所固定的太阳能 D.该保护区中所有生产者、消费者、分解者体内的能量
C [流经某一生态系统的总能量是生产者通过光合作用所固定的太阳能。]
3.在一定时间内，某生态系统中全部生产者固定的能量值为a，全部消费者所获得的能量值为b,全部分解者
所获得的能量值为c，则a.b.c之间的关系是()
A.a=btc B.a>btc C.a
