種群、群落和生態系統的保護及其穩定性

朱春花+陳洪根

一、近三年高考回眸

二、考點要求和目標

三、核心知識結構圖

四、高考經典掃描

【例1】（2016·北京卷·3）豹的某個棲息地由于人類活動被分隔為F區和T區。20世紀90年代初，F區豹種群僅剩25只，且出現諸多疾病。為避免該豹種群消亡，由T區引入8只成年雌豹。經過十年，F區豹種群增至百余只，在此期間F區的（ ）

A.豹種群遺傳（基因）多樣性增加 B.豹后代的性別比例明顯改變

C.物種豐（富）度出現大幅度下降

D.豹種群的致病基因頻率不變

【錯因分析】對個體→種群→群落→生態系統→生物圈這樣的生命系統層次的研究內容只會機械性地識記，而不能從本質上深入理解，并做到靈活運用。

【答案】A

【拓展】生態學中，生命系統結構層次區別明顯，需要特別注意的是不同生命層次上研究問題存在的差異。例如，生物個體一般討論的是性別、年齡、出生、死亡等問題；生物種群水平的研究內容一般有出生率、死亡率、年齡組成、性別比例、生物的生殖、進化、遺傳多樣性等問題；群落水平的研究內容一般有豐富度、優勢種、不同種群間的關系及其占據的生態位、群落演替、群落的空間結構等問題。

【例2】（2016·江蘇卷·27·節選）高密度水產養殖常會引起池塘水體富營養化，影響養殖。下圖為利用稻田生態系統凈化魚塘尾水的示意圖，箭頭所指為水流方向。請回答下列問題：

（2）圖示系統在實現了水資源循環利用的同時，魚塘富營養化水還為水稻生長提供了一定的_____________元素營養。

（3）為調查圖中稻田害蟲的發生狀況，可采用_____________法，分別統計_____________的種群密度。

（5）出現藻類水華的魚塘尾水流經稻田后，B處水樣中藻類數量大大減少。從生態學角度分析，藻類數量減少的原因有 _____________。

【錯因分析】一是誤認為稻田中僅有一種害蟲，即僅涉及種群問題，因而答案中沒有強調“各種”害蟲；二是對移動能力強與弱的動物及土壤中小動物的豐富度調查方法理解不到位。

【答案】（2）N、P （3）五點取樣 各種害蟲 （5）競爭光照和營養、動物攝食、微生物等產生殺藻物質

【拓展】（1）稻田是一個生態系統，不可能僅存在一種害蟲；調查種群密度的取樣方法取決于地塊的形狀。若為正方形，則常用五點取樣法；若為長方形，則常用等距取樣法。

（2）種群密度的調查方法見下表：

【例3】（2016·全國Ⅲ卷·5）我國諺語中的“螳螂捕蟬，黃雀在后”體現了食物鏈的原理。若鷹遷入了蟬、螳螂和黃雀所在的樹林中，捕食黃雀并棲息于林中。下列敘述正確的 是（ ）

A.鷹的遷入增加了該樹林中蟬及其天敵的數量

B.該生態系統中細菌產生的能量可流向生產者

C.鷹的遷入增加了該生態系統能量消耗的環節

D.鷹的遷入改變了該生態系統能量流動的方向

【錯因分析】一是不會判斷一種生物的出現及變化對食物網或食物鏈中其他生物數量的影響；二是對能量流動的起點和方向的判斷標準模糊不清。

【答案】C

【拓展】（1）判斷一種生物的出現對另一種生物的影響時，可以畫出相應的食物鏈，從捕食關系引起的數量變化上進行考慮。無論是否引進某種生物，能量傳遞的渠道一定是食物鏈和食物網。在一個生態系統中，營養級越多，能量消耗的環節也就越多。

（2）生態系統中四種成分的判斷，如下圖所示：

如上圖所示，①先根據雙向箭頭確定“非生物的物質和能量”和“生產者”，再根據兩者中有“3”個指出箭頭的D為“生產者”，有“3”個指入箭頭的C為“非生物的物質和能量”，最后根據D→A→B，確定A為消費者、B為分解者。

②若問D、A、B具體表示何種生物，則D主要為綠色植物，A為動物，B為營腐生生活的細菌和真菌等。

③圖示中D、A、B共同構成生物群落，食物鏈（網）中只包括D和A。

（3）食物網分析技巧：

①每條食物鏈的起點總是生產者，終點是不被其他動物所捕食的動物，即最高營養級。中間的任何停頓都不能算完整的食物鏈。分解者不構成食物鏈，即分解者不占據營養級。

②食物鏈中的捕食關系是長期自然選擇的結果，不會倒置，因此箭頭一定是由上一營養級指向下一營養級。

③某一營養級的生物代表處于該營養級的所有生物，不代表生物個體或某一特定種群。

④同一種生物在不同的食物鏈中，可以占據不同的營養級，如上圖中鷹可在不同的食物鏈中分別占據第三、第四、第五和第六營養級，也就是說鷹在該食物網中可占據四個不同的營養級。

⑤在食物網中，兩種生物之間的種間關系有可能出現不同概念上的重合，如上圖中食蟲鳥與食蟲昆蟲，二者之間既是捕食關系，又是競爭關系。

⑥分析復雜食物網中某種群數量變化引起的連鎖反應時，應以中間環節少的途徑作為分析依據，考慮方向和順序為從高營養級依次到低營養級。

⑦食物網的復雜程度取決于有食物聯系的生物種類而非生物數量。

【例4】（2015·全國Ⅰ卷·4）下列關于初生演替中草本階段和灌木階段的敘述，正確的 是（ ）

A.草本階段與灌木階段群落的豐富度相同

B.草本階段比灌木階段的群落空間結構復雜

C.草本階段比灌木階段的群落自我調節能力強

D.草本階段為灌木階段的群落形成創造了適宜環境

【錯因分析】對群落演替的原因、方向、涉及的物質和能量變化把握不透。

【答案】D

【拓展】對群落演替的分析：

（1）演替的原因：

①植物繁殖體的遷移、散布和動物的活動。

②群落內部環境變化。

③種內和種間關系的改變。

④外界環境條件的變化。

⑤人類的活動。

（2）演替的特征：

①方向：有一定的方向性。

②能量：總生產量增加，凈生產量逐漸降低，群落的有機物總量增加。

③結構：營養結構越來越復雜，物種多樣性越來越強，穩定性也越來越強。

④生活史：生物個體增大，生活周期變長，生態位變窄。

⑤物質循環：由開放轉為封閉，交換速度變慢。

（3）初生演替和次生演替的比較：

①初生演替：在一個從來沒有過植被，或者原來存在過植被，但被徹底消滅了的地方發生的演替；經歷時間漫長，速度較慢；影響因素為自然因素。例如，裸巖、火山巖、沙丘、冰川泥等上進行的演替。

②次生演替：在原有植被雖已不存在，但原有土壤條件基本保留，甚至還保留了植物的種子或其他繁殖體的地方發生的演替；經歷時間較短，速度較快；人類活動的影響較為關鍵。例如，火災過后的草原、過量砍伐的森林、棄耕的農田上進行的演替。

【例5】（2014·山東卷·27·節選）6月8日是世界海洋日。海洋是生物圈的重要組成部分，與人類的生存和發展息息相關。根據下圖分析，要獲得最大持續捕撈量，捕撈后大黃魚種群數量應處于_______ 點。用標志重捕法調查大黃魚種群密度時，若標記個體更易于被捕食，則種群密度的估計值 ____________（填“偏高”“偏低”或“不變”）。

【錯因分析】不會從相關圖像中分析有關種群數量的變化。

【答案】b 偏高

【拓展】（1）標志重捕法：

先捕獲M個個體并進行標記，然后放回至原來環境中，一段時間后進行重捕。若重捕的個體數為n，其中已被標記的個體數為m，則有N∶M=n∶m，從而求得調查區域中某種群的數量，即N=Mn/m。若某動物被捕一次后更難捕捉，或者標志物脫落，或者再次捕獲期間有少數個體遷出，則都會導致公式中m的數值變小，使結果偏大。若誤將部分未標記個體統計為標記個體，則會導致結果偏小。在用標志重捕法進行種群密度調查時，還要注意在密度調查期間，種群內沒有較多的個體出生或死亡；沒有較多的個體遷入或遷出；標記個體與未標記個體在重捕時被捕獲的概率相等；標記物和標記方法不能影響被標記動物的正?；顒?，也不能導致其發生疾病、感染等；標記符號必須能維持一段時間，但又不能過分醒目。

（2）樣方法：

①取樣：樣方應隨機選取。

②樣方大?。阂话悴荼局参餅? m×1 m；灌木為4 m×4 m；喬木為10 m×10 m；如果種群個體數較少，樣方面積需要適當擴大；另外，計算時應以物種個體數達到最穩定時的最小面積計算。

③樣方數目：總體面積大要多取，總體面積小可少取。

④樣本統計：位于樣方邊線上的植物計數相鄰兩邊及其交點上的植物；不同生長期的個體都應統計。如下圖所示，圖甲是方形樣方，圖乙是圓形樣方，實心圓表示統計或測量的個體，虛線表示圓形樣方的直徑。

五、重難點歸納

1.關于種群數量的變化

（1）兩種曲線的比較：

（2）K值與K/2值在實踐中的應用：

（3）血球計數板：計數室通常有兩種規格的血球計數板，如下圖所示：

一種是大方格內分為16中格，每一中格又分為25小格；另一種是大方格內分為25中格，每一中格又分為16小格。但不管是哪種規格，它們都有一個共同的特點，即每一大方格都是由16×25=25×16=400個小方格組成。第一種取4個中格為樣方（共100小格），第二種取5個中格為樣方（共80小格）。

16格×25格的血球計數板的計算公式：

酵母細胞數/mL=100小格內酵母細胞個數/100×400×104×稀釋倍數；

25格×16格的血球計數板的計算公式：

酵母細胞數/mL=80小格內酵母細胞個數/80×400×104×稀釋倍數。

【思維拓展】

①顯微計數時，對于壓在小方格界線上的酵母菌，應遵循“計上不計下，計左不計右”的計數原則。

②從試管中吸出培養液進行計數前，需將試管輕輕振蕩幾次，目的是使培養液中的酵母菌均勻分布，以減小誤差。

③每天計數酵母菌數量的時間要固定。

④溶液要進行定量稀釋。

2.種間關系的基本圖形

說明：（1）互利共生關系中，兩種生物表現為“生死與共”，因此兩條曲線始終保持同步。

（2）寄生關系中，第一種表現為體外寄生，第二種表現為體內寄生。

（3）競爭關系中，圖a實際表示的是一種占優勢，另一種被淘汰的情形；還有一種競爭表現為勢均力敵的情形，可用圖b表示。

（4）捕食關系中，曲線表現為“此消彼長”。其中，先增加先減少者為被捕食者，即上圖中A為被捕食者，B為捕食者。

3.土壤小動物類群的豐富度調查

（1）豐富度調查的方法：由于大多數土壤小動物身體微小、活動能力強，標記個體難以與未標記個體充分混勻，因此，土壤小動物調查一般不能采用標志重捕法，而是采用取樣器取樣法進行采集、調查。

（2）豐富度的統計方法：一是記名計算法（指在一定面積的樣地中，直接數出各種群的個體數目，該法一般用于個體較大、種群數量有限的群落）；二是目測估計法（指按預先確定的多度等級來估計單位面積上個體數量的多少，等級的劃分和表示方法有非常多、多、較多、較少、很少等）。

（3）利用誘蟲器采集土壤小動物的原理：誘蟲器利用土壤小動物趨暗、趨濕、避高溫的特性，使土壤小動物從土樣進入誘蟲器下部的試管中，以達到采集目的。

4.生態系統成分中幾種錯誤觀點的辨析

5.關于能量流動

（1）實質：生態系統中能量的輸入、傳遞、散失和轉化的過程。

（2）過程：

①輸入途徑：主要是生產者的光合作用（流經一個生態系統的總能量是生產者固定的全部太陽能）。

②能量傳遞的渠道：食物鏈和食物網。能量在食物鏈（網）中的傳遞形式為有機物中的化學能。

③能量散失的主要途徑：細胞呼吸（包括各營養級生物自身的呼吸消耗以及分解者的呼吸作用）。

④能量轉化的過程：太陽光能→生物體有機物中的化學能→熱能（最終散失）。

（3）特點：

①單向流動：能量流動只能從第一營養級流向第二營養級，再依次流向后面的各個營養級，不可逆轉，也不可循環流動。

單向流動的原因：a.食物鏈中生物間捕食關系不可逆；b.能量以熱能形式散失后，不可重復利用。

②逐級遞減：能量在沿食物鏈流動的過程中逐級減少，能量在相鄰兩個營養級間的傳遞效率是10%～20%。

逐級遞減的原因：a.自身呼吸作用消耗；b.分解者利用；c.未利用。

6.關于生態金字塔

（1）三種生態金字塔的比較：

（2）對三種類型金字塔的理解：

①在一條食物鏈中，由低營養級向高營養級推算，前一營養級比后一營養級含量一定多的指標是“能量”，而“數量”和“生物量”均可能出現反例。

②在人工生態系統中因能量可人為補充，可能會使能量金字塔呈現倒置情況。例如，人工魚塘中生產者的能量未必比消費者（魚）多。在天然生態系統中，必須當能量狀況表現為正金字塔形狀時，方可維持生態系統的正常運轉，從而維持生態系統的穩定性。

③某營養級“糞便”中的能量不同于“尿液”中的能量。前者應歸于上一營養級，屬于未被該營養級利用的能量（含在上一營養級同化能量的80%～90%中）；后者則歸于該營養級，屬于該營養級所同化的能量中的一部分（含在上一營養級傳遞來的10%～20%的能量中）。

（3）特殊實例及其分析：

數量金字塔在前一營養級的生物個體數量很多，而后一營養級的生物個體數量很少時，會出現倒置現象。例如，樹林中樹、昆蟲和食蟲鳥個體數量的比例關系可形成下圖所示的數量金字塔。

生物量金字塔也有特殊形狀。例如，海洋生態系統中，生產者（浮游植物）個體小、壽命短，又會不斷被浮游動物吃掉，因而某一時間調查到的浮游植物的生物量可能要低于其捕食者（浮游動物）的生物量。但這并不能說明流經生產者這一環節的能量比流經浮游動物的能量少。

7.利用“拼圖法”解決能量流動中的難題

輸入第一營養級的能量（W1）被分為兩部分：一部分在生產者的呼吸作用中以熱能的形式散失（A1），一部分則用于生產者的生長、發育和繁殖（B1+C1+D1）。而在后一部分能量中，包括現存的植物體B1、流向分解者的C1和流向下一營養級的D1。參考圖示，很容易理解以下問題：

（1）流經整個生態系統的總能量是生產者固定的總能量，即W1。將圖中第三營養級同化的總能量D2“拼回”第二營養級，則剛好等于D1，即第二營養級同化的總能量；再將D1“拼回”第一營養級，則剛好等于生產者固定的總能量即W1。由此可見，在一個生態系統中，所有生物的總能量都來自W1，所有生物總能量之和都小于W1（呼吸作用消耗的緣故）。

（2）能量傳遞效率不會是100%。從上圖可以看出，從第一營養級向第二營養級能量的傳遞效率為D1/W1，因此不會達到100%，一般情況下，能量的傳遞效率為10%～20%。

（3）在解決有關能量傳遞的計算問題時，首先要確定相關的食物鏈，厘清不同生物在營養級上的差值。

8.關于物質循環

（1）碳循環過程示意圖（見下圖）：要弄清箭頭的方向及其代表含義。

（2）將上圖換成字母，并嘗試判斷四種成分，得到下面三種變式圖：

據圖判斷A、B、C、D各代表哪種成分？

①圖1——先根據雙向箭頭確定A和B應為生產者和非生物的物質和能量，不能寫“無機環境”，也不能寫“生物類別”；再根據A→C確定C為消費者，剩下D為分解者。

②圖2——先根據A與C之間的雙向箭頭確定A是生產者，C是非生物的物質和能量；再根據A、B、D的箭頭都流向E，可進一步確定B是初級消費者，D是次級消費者，E是分解者。

③圖3——首先找出相互之間具有雙向箭頭的兩個成分即A和E，它們一個為生產者，一個為大氣中的CO2庫；又因為其他各個成分都有箭頭指向A，所以A為大氣中的CO2庫，E為生產者；然后觀察剩余的幾個成分，其中其他生物部分的箭頭都指向C，所以C是分解者，剩余的B、D、F則為消費者。整個圖示中，食物鏈為E→F→D→B。

9.生態系統的穩定性

（1）原因：生態系統具有一定的自我調節能力（和自我恢復能力）。

（2）調節機制：負反饋調節。負反饋調節在生態系統中普遍存在，它是生態系統自我調節能力的基礎。

（3）判斷方法：物種數目越多，營養結構越復雜，自我調節能力越強，抵抗力穩定性越高。

（4）提高生態系統穩定性的方法：

①一方面要控制對生態系統的干擾程度，對生態系統的利用應該適度，不應超過生態系統的自我調節能力。

②另一方面，對人類利用強度較大的生態系統，應實施相應的物質能量投入，保證生態系統內部結構與功能的協調。

（5）生態系統抵抗力穩定性、恢復力穩定性和總穩定性的關系，如下圖所示：

①圖中兩條虛線之間的部分表示生態系統功能正常的作用范圍。

②Y表示一個外來干擾使生態系統功能偏離這一范圍的大小，偏離的大小可以作為抵抗力穩定性的定量指標，偏離越大說明抵抗力穩定性越弱；反之，抵抗力穩定性越強。例如，熱帶雨林與草原生態系統相比，二者在受到相同干擾后，草原生態系統的Y值要大于熱帶雨林的Y值。

③X可以表示恢復到原狀態所需的時間，時間的長短可以作為恢復力穩定性的定量指標，X越大表示恢復力穩定性越弱；反之，恢復力穩定性越強。

④TS表示曲線與正常范圍之間所圍成的面積，可作為總穩定性的定量指標，這一面積越小，即X與Y越小，說明這個生態系統的總穩定性越強。

10.人口增長對生態環境的影響

（1）研究人口增長的原因：

一個國家或地區的全部人口可以看作是一個種群。該種群也具有其他種群所具有的一般特征，種群的特征及其相互關系可用下圖表示。由于人類在生態系統中處于最高統治地位，缺少天敵，受其他生物及非生物因素的干擾較小，即外界條件適宜，所以近百年來，人口增長過快，需要人為政策控制人口增長。

（2）人口增長給生態環境帶來的壓力，分析圖解如下：

①人口增長過快引發了環境、自然資源以及經濟發展等一系列的問題。主要體現在水資源危機、森林破壞、土地資源喪失以及環境污染等方面。

②人口增長和經濟發展使污染物的總量加大。大量的工農業廢棄物和生活垃圾排放到環境中，影響了環境的納污量以及對有毒物質的降解能力，加劇了環境污染。

（3）我國由人口引發的問題及采取措施：

①引發的問題：我國有關土地面積、草地面積、森林面積等多項自然資源總量綜合排序位于世界前列，但人均占有量卻明顯居后；人均耕地面積遠低于世界平均水平，且有繼續減少的趨勢；人均淡水占有量也遠低于世界水平。

②采取的措施：控制人口增長、保護基本農田、啟動南水北調工程、加大保護資源和環境的力度等。

（4）全球性生態環境問題歸納圖：

（5）生物多樣性的原因分析：

①從分子水平看：

②從進化角度看：

物種多樣性與生態系統多樣性主要是生物的不定向變異與定向選擇在進化過程中共同作用的結果。

（6）生物多樣性銳減的原因：

人為因素是生物多樣性面臨威脅的主要原因。主要體現在以下四個方面：

①生存環境的改變和破壞；

②掠奪式開發和利用；

③環境污染；

④外來物種入侵。

（7）外來物種入侵與生物多樣性問題：

①引發生態危機的原因：入侵物種對環境適應能力強，遷入地環境條件適宜，缺少天敵的控制。

②外來物種入侵的后果：入侵物種短時間內有可能呈現“J”型增長。隨著時間的推移，會破壞原生態系統的穩定性或生態平衡，使原生態系統的生物多樣性受到嚴重威脅。

六、強化訓練

1.下列有關種群和群落的敘述，正確的 是（ ）

A.雪松種子常落在母株附近形成集群，這屬于種群的數量特征

B.四大種群魚在水域中的分布狀況體現了群落的水平結構

C.種群數量達到K值后，種群數量保持不變

D.人口的年齡組成可預測一個國家或地區人口數量的變化趨勢

2.下圖為生態系統碳循環示意圖，圖中A、B、C代表生態系統成分，數字表示碳的流動。下列敘述正確的是（ ）

A.圖中生產者、B、C、A構成了兩條食物鏈

B.①②⑥⑦為CO2形式，③④⑤為有機物形式

C.③④⑤⑥⑦之和等于生產者同化的碳的總量

D.經③流向B的碳全部儲存在B體內的有機物中

3.江蘇某水庫現有沉水植物16種、浮游植物86種、浮游動物87種、底棲動物11種、魚類43種。下列有關敘述正確的是（ ）

A.該水庫擁有的多種生物構成了水庫的生物多樣性

B.該水庫物種豐富度指水庫中所有生物個體的總和

C.調查該水庫中浮游動物種群密度可用標志重捕法

D.不同動植物分布于不同水層體現了群落的垂直結構

4.下列有關生態系統穩態與生物多樣性的敘述，正確的是（ ）

A.生物多樣性是保持生態系統穩態的重要條件

B. 森林能調節氣候屬于生物多樣性的直接價值

C. 生物多樣性包括種群、物種、生態系統三個層次的內容

D. 抵抗力穩定性越弱的生態系統，其恢復力穩定性一定越強

5.對某地區引入的一種生物進行種群數量的調查研究，得到的數據見下表（單位：只）。

下列曲線中與2004年至2006年該生物種群數量的變化規律最相符的是（ ）

6.圖1為某生態系統的碳循環示意圖，其中甲、乙、丙、丁為生態系統的組成成分，A、B、C、D是丙中關系密切的四種生物；圖2為某生態系統的能量金字塔簡圖，其中①②③④分別代表不同的營養級；圖3為能量流經圖2所示生態系統第二營養級的變化示意圖，其中能量的單位為kJ。請據圖回答下列問題：

（1）圖1生態系統中的分解者是____________ ，②過程中碳的傳遞形式是____________ ，丙中A為第 ____________ 營養級，③代表的生理作用為 ____________ 。

（2）若圖1中的生產者固定了2000 kJ的能量，則圖中D理論上最多可獲得的能量為 ____________ kJ。

（3）若圖2中營養級①所固定的太陽能總量為3125 kJ，則營養級①②之間的能量傳遞效率是____________ 。從中可以看出生態系統的能量流動具有____________ 的特點。

（4）分析圖3中能量關系可知，乙表示第二營養級生物用于生長發育繁殖的能量，這其中包括 ____________ 生物糞便中的能量。

7.由于圍湖造田、網箱養魚、農家樂等無序發展，導致濕地生態功能遭到破壞。為治理生態環境，某地建立了多條截污河道進行濕地恢復。請據圖回答下列問題：

（1）該濕地中所有生物構成 ____________ 。在污水凈化過程中，濕地植物所起的作用是 ____________ ；淤泥中的腐生細菌、真菌的作用是 ____________ 。

（2）研究該濕地生態污水處理能力，應對____________ 的水質進行監測，通過比較其中N、P等含量的差值，來分析人工濕地的凈化功能。要治理水體污染，除了依靠濕地生態系統自身的功能外，還應加強對污染源的控制，因為生態系統的____________ 有限。

（3）微囊藻產生的有毒物質會污染水體，在湖灘種植蘆葦、茭白等植物，對微囊藻的生長繁殖有一定的抑制作用，主要原因是這些植物與微囊藻之間在利用 ____________ 等資源（至少答兩項）時存在明顯的競爭關系。

（4）下圖為某池塘能量流動部分示意圖，①②③④表示各營養級生物同化的能量，⑤⑥⑦表示各級消費者從人工投放的飼料中同化的能量。初級消費者與次級消費者間的能量傳遞效率是____________ （用含序號的算式表示）。