生态系统的成分、食物链食物网、能量流动(单向流动、逐级递减、10%~20%)、最多最少消耗计算、碳循环、信息传递、抵抗力与恢复力稳定性——把"能量怎么流、物质怎么转、谁算营养级"一次理清,计算题一眼算对。
一个生态系统 = 非生物的物质和能量 + 生产者 + 消费者 + 分解者。生产者是基石,分解者不可缺少;只有生产者和分解者,物质循环仍能进行,但没有分解者物质无法循环。
| 成分 | 代表 | 营养方式 / 作用 | 地位 |
|---|---|---|---|
| 非生物的物质和能量 | 阳光、热、水、空气、无机盐 | 提供物质与能量来源 | 基础 |
| 生产者 | 绿色植物、光合/化能自养细菌 | 自养:无机物→有机物,固定能量 | 基石(主要) |
| 消费者 | 各类动物、寄生生物 | 异养:直接/间接以生产者为食 | 加快物质循环 |
| 分解者 | 腐生细菌、真菌、腐生动物(蚯蚓) | 异养:把动植物遗体粪便分解为无机物 | 不可缺少 |
⚠ 生产者不等于植物(硝化细菌等化能自养也是生产者);分解者不等于微生物(蓝藻是生产者、寄生细菌是消费者;蚯蚓、蜣螂是分解者)。判断看营养方式,不看类别。
点击任一生物,高亮它所在的所有捕食链,并读出它占据的营养级(可能不止一个)。整网共几条食物链也会统计出来。
只算捕食链:起点必是生产者(第一营养级),不含分解者、不含非生物成分。
食物链(捕食链):生产者 → 初级消费者 → 次级消费者 → …,箭头指向捕食者,表示物质和能量流动方向。
第一营养级永远是生产者;初级消费者=第二营养级;以此类推。分解者和非生物成分不参与食物链、不占营养级。
食物网:多条食物链交错。同一种生物在不同链中可占不同营养级(如鹰既吃兔又吃蛇,可能既是第三又是第四营养级)。食物网越复杂,营养结构越稳定,抵抗力稳定性越强。
⚠ 数食物链只数"从生产者到最高级捕食者且中间不断"的完整通路;箭头方向是"被吃→吃"。营养级是某一环节全部生物的总和,不是单个物种。
能量流动是生态系统的动力。源头=太阳能(生产者固定的太阳能是流经该生态系统的总能量);渠道=食物链和食物网;两大特点:单向流动、逐级递减。
摄入量 − 粪便量 = 同化量。同化量再分四路:
其中呼吸消耗以热能散失(是能量单向不循环的根本原因);流入下一营养级只占 10%~20%;粪便属于上一营养级流入分解者的能量,不算本营养级的同化量。
⚠ 粪便中的能量是"没被同化的食物残渣",算作上一营养级被分解者利用的部分,不是本营养级的同化量,更不是本营养级的呼吸消耗。
拖动滑块改变同化总量;四条出路(呼吸/流入下级/被分解者分解/未利用)按比例实时分配。
输入某一营养级的能量,选传递效率(10% 或 20%),自动算出相邻上/下营养级的能量,并画出金字塔。
能量金字塔永远正立(上窄下宽):越高营养级能量越少。数量/生物量金字塔可能倒置,能量金字塔不会。
给定一条食物链,已知某一营养级能量,求另一营养级的上限或下限。核心口诀:要"多"用高效率、要"少"用低效率,再看是"往上求"还是"往下求"。
设一条食物链共若干营养级,选"已知哪一级、求哪一级、要上限还是下限",自动套用 10%/20% 算出结果。
逻辑:向上(高营养级)每级乘效率;向下(低营养级)每级除以效率。求上限时,正推用20%、逆推用20%让"消耗"最小;求下限反之。计算器已自动为你选对效率。
物质循环指组成生物体的 C、H、O、N 等元素,在生物群落与无机环境之间反复循环,具有全球性(又称生物地球化学循环)。碳是主线。
▸ 碳在无机环境与生物群落之间主要以 CO₂ 形式循环;在生物群落内部以含碳有机物形式沿食物链传递。
▸ CO₂ 进入群落的唯一途径:生产者的光合作用(及化能合成)。
▸ 碳返回大气的途径:生产者与消费者的呼吸作用、分解者的分解作用、以及化石燃料的燃烧。
▸ 化石燃料大量燃烧 → 大气 CO₂ 升高 → 温室效应。
⚠ 大气 CO₂ 库 ↔ 生产者 的箭头是双向(光合吸收、呼吸释放);其余生物指向大气的箭头都是单向(呼吸/分解放 CO₂)。判断"大气 CO₂ 库"的技巧:所有生物成分都有箭头指向它、且它只有一个箭头指向生产者。
看 CO₂ 在大气与三类生物之间的流动:生产者光合吸碳(双向),消费者/分解者呼吸与分解放碳(单向),燃烧补一把。
| 类型 | 形式 / 例子 | 说明 |
|---|---|---|
| 物理信息 | 光、声、温度、湿度、磁力(萤火虫发光、鸟鸣) | 来自无机环境或生物 |
| 化学信息 | 信息素、性外激素、生物碱、有机酸 | 通过化学物质传递 |
| 行为信息 | 孔雀开屏、蜜蜂舞蹈、求偶动作 | 通过动作行为传递 |
作用:① 维持生命活动正常进行;② 有利于生物种群繁衍;③ 能调节种间关系,维持生态系统的稳定。
应用:提高农产品/畜产品产量(如模拟信息延长光照促母鸡多产蛋),对有害动物进行防治(如性引诱剂诱捕害虫)。
⚠ 信息传递往往是双向的(能量流动单向、物质循环往复,而信息可来回),这是三大功能的重要区别。
生态系统维持自身结构与功能相对稳定的能力,基础是自我调节能力(核心是负反馈调节)。分两类:抵抗力稳定性与恢复力稳定性。
| 抵抗力稳定性 | 恢复力稳定性 | |
|---|---|---|
| 含义 | 抵抗干扰、保持原状的能力 | 受破坏后恢复原状的能力 |
| 与营养结构 | 成分越多、食物网越复杂 → 越强 | 成分越多、结构越复杂 → 一般越弱 |
| 典型 | 热带雨林(高) | 草原、苔原(相对高);沙漠恢复力也可较强 |
二者一般呈负相关:抵抗力强的,恢复力往往弱(如森林抵抗力强、一旦被毁难恢复;荒漠抵抗力弱、恢复力也弱是特例)。
提高稳定性的措施:控制干扰强度在自我调节能力范围内;适当增加物种多样性(增加营养结构复杂度);对利用强度大的生态系统给予物质、能量投入。
⚠ 自我调节能力有限度:干扰超过限度,自我调节失效,生态系统将崩溃。
切换"复杂生态(雨林)"与"简单生态(草原)",施加同样强度的干扰,看谁"抗得住"、谁"恢复得快"。拖动干扰强度滑块。
触发:"下列属于生产者/分解者的是"、给出生物让你归类。
动作:只看营养方式——自养=生产者;腐生分解遗体=分解者;活体取食=消费者。
例:硝化细菌(化能自养)=生产者;蚯蚓、蜣螂(腐生)=分解者;菟丝子(寄生)=消费者。
⚠ 陷阱:凭"是不是植物/微生物"归类必错;寄生的细菌是消费者,自养的细菌是生产者。
触发:给出各营养级同化量/呼吸量/粪便量,求传递效率或某项。
动作:先分清摄入 − 粪便 = 同化;传递效率 = 下级同化 ÷ 上级同化;同化 = 呼吸 + 流入下级 + 被分解 + 未利用。
例:初级消费者同化 100,次级同化 15 → 效率 15%。
⚠ 陷阱:把"摄入量"当同化量算效率;把"粪便"算进本营养级同化量。
触发:"最多能供养多少"、"最少消耗多少生产者"。
动作:求高营养级最多→20%;最少→10%;已知高级求最少生产者→10%反推;求最多生产者→20%反推。
例:鹰(第四级)增重 1 kg,最少消耗草 = 1÷20%÷20%÷20% = 125 kg;最多 = 1÷10%³ = 1000 kg。
⚠ 陷阱:方向搞反(把求"需要多少生产者"用了20%当上限)。记牢:要多用20%、要少用10%,再看正推还是逆推。
触发:给方框箭头图,判断谁是大气 CO₂ 库、谁是生产者/消费者/分解者。
动作:找双向箭头的两端 → 一端是大气 CO₂ 库、一端是生产者;所有成分都指向的那个 = 大气 CO₂ 库;指向分解者的箭头最多。
例:A↔B 双向,C、D 都指向 A → A=大气,B=生产者。
⚠ 陷阱:把"箭头最多指向"误判为生产者;群落内部碳以有机物流动,别写成 CO₂。
触发:比较两生态系统抵抗力/恢复力强弱。
动作:物种越多、食物网越复杂 → 抵抗力越强、恢复力一般越弱(二者负相关)。
例:热带雨林抵抗力 > 北极苔原;苔原恢复力 > 热带雨林。
⚠ 陷阱:荒漠是特例(抵抗力、恢复力都低);"负相关"不是绝对,要结合环境条件。
① 能量不能循环!能量单向流动、逐级递减,最终以热能散失;能"循环"的是物质。别把能量流动说成"能量循环"。
② 传递效率 ≠ 呼吸消耗比例。10%~20% 是"流入下一营养级 ÷ 本营养级同化量";呼吸消耗是本营养级同化量里散失的另一部分,两者不是一回事。
③ 分解者不占营养级、不进食物链;非生物成分也不算营养级。食物链只由生产者+消费者组成。
④ 粪便不是本营养级同化量:粪便是没被同化的食物残渣,算上一营养级流向分解者的能量。
⑤ 流经生态系统的总能量 = 生产者固定的太阳能总量(即生产者的总光合/同化量),不是净积累量,也不是照射到地面的全部光能。
⑥ 碳在群落内部以有机物传递、在生物与无机环境间以 CO₂循环,两处形式别混。
⑦ 抵抗力与恢复力一般负相关但荒漠等极端系统两者都低,不能一刀切;稳定性以负反馈调节为基础且有限度。
▸ "同化量守恒"是能量题的总钥匙:同化量 = 呼吸散失 + (用于生长发育繁殖的净能量)。而净能量又 = 流入下一营养级 + 被分解者分解 + 未利用。做题先把这棵"分叉树"画出来,任何缺项都能倒推。
▸ 能量传递效率的"营养级之间"定义:10%~20% 是相邻两个营养级(不是两个物种)之间的同化量之比。整条链求跨多级时要连乘效率,别只乘一次。
▸ 多营养级动物的"拆分计算":当某动物同时占多个营养级(食物网),题目常给"其食物中各来源所占比例",要按比例分段用不同效率累加,而非笼统一个效率。求"最多消耗"时,让处于最低营养级来源的比例尽量大、效率取20%。
▸ 碳循环与全球变化的联动:碳循环具全球性;打破"光合固定 ≈ 呼吸+分解释放"的动态平衡(如砍伐森林、燃烧化石燃料)→ 大气 CO₂ 净增 → 温室效应。答题落点:破坏了碳的输入输出平衡。
▸ 信息传递方向 vs 能量物质:能量单向、物质循环、信息常双向——用"方向"这一维度区分三大功能,是选择题快速排错的利器。
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