高中生物 2.3.2《生态系统的功能》知识梳理 中图版必修3
思维激活
市场上肉类和鸡蛋的价格比粮食和蔬菜高，你能从生态学角度分析肉类和鸡蛋价格高的原因吗？
提示:在农业生态系统中，动物一般处于第二、三营养级，新陈代谢要消耗一些能量，只有10%—20%的能量传到下一营养级，而蔬菜和粮食处于第一营养级，所以与粮食和蔬菜相比，要得到同质量的肉类和鸡蛋，需要消耗更多的能量，故肉类、鸡蛋成本高，价格也高。
自主整理
1.生态系统的功能
（2）能量流和物质流渠道：食物链(食物网)构成了生态系统中物质流和能量流的渠道。
2.能量流动
（1）输入生态系统的总能量等于生产者固定太阳能的总量。
（2）起点：从生产者固定太阳能开始。
（3）能量流动的途径：食物链和食物网。
（4）能量流动的特点： 一是能量流动是单向的，不可逆转的，也不能循环流动；二是能量在流动的过程中逐级递减，能量在相邻两个营养级间的传递效率大约是10%—20%。
（5）能量流动的模型：如果将单位时间内各个营养级所得的能量数值由低到高绘制成图，可形成一个金字塔形，叫做能量金字塔。在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动中消耗的能量也就越多。生态系统中能量流动一般不超过4—5个营养级。
3.物质循环
（1）概念
组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素,都不断地进行着从无机环境到生物落, 又从生物落到无机环境的循环过程，这就是生态系统的物质循环。
（2）物质循环的特点
全球性和反复循环。
（3）碳循环
①循环形式：碳在生物落与无机环境之间的循环主要是以二氧化碳的形式进行的。
②循环途径：食物链和食物网。
③图解：
消费者在生态系统的功能①—⑥表示的生理过程分别是：①光合作用，②呼吸作用，③呼吸作用，④捕食，⑤呼吸作用，⑥燃烧。
A、B、C、D表示的生物类是A.生产者，B.分解者，C.次级消费者，D.初级消费者。
（4）水循环、氮循环和磷循环
①循环形式：水、氮和磷在生物落与无机环境之间的循环主要是以无机物的形式进行的，在生物落内水主要以无机物的形式循环，氮和磷以有机物的形式循环。
②循环途径：食物链和食物网。
③富营养化：水中N、P过多引起藻类大量繁殖进而导致生态系统稳定性被破坏。
（5）物质循环与能量流动的区别与联系
①区别：物质循环的特点不同于能量流动，物质可以被生物落反复利用，而能量流动是单向的，逐级递减的，是不循环的。
②联系：生态系统的主要功能是能量流动和物质循环二者同时进行,彼此相互依存,不可分割，使生态系统的各组成成分紧密地联系在一起，形成一个统一的整体。
4.生态系统的信息传递
(1)物理信息
①概念：生态系统中的光、温度、声、湿度、磁力等通过物理过程传递的信息，称为物理信息。
②来源：无机环境、生物。
(2)化学信息
①概念：生态系统中以代谢产物等化学物质传递的信息，例如，植物的生物碱、有机酸等代谢产物以及动物的性外激素等，这就是化学信息。
②来源：生物代谢活动。
（3）行为信息
①概念：生态系统中以生物的表现或动作传递的信息称为行为信息。
②来源：动物。
高手笔记
1.地球上几乎所有的生态系统所需的能量都来自太阳能。
2.生态系统能量的输出是生产者、消费者和分解者通过呼吸作用以热能的形式散失的。
3.生态系统中每个营养级能量的来源：生产者的能量来源是生产者固定的太阳能；消费者的能量来自从上一个营养级同化的能量；分解者的能量来自生产者和消费者。
4.生态系统中每个营养级能量的去路：一是呼吸作用热能散失；二是被下一个营养级摄取；三是分解者的分解作用。
5.物质循环在生物落与无机环境之间是以二氧化碳的形式进行的，在生物落内以含碳有机物的形式进行。
6.温室效应的原因主要是化石燃料的燃烧。
7.碳输入生态系统是通过生产者的光合作用实现的，输出生物落是通过呼吸作用进行的。
8.生态系统中的信息传递发生在生物个体内、种内、不同种之间以及生物与无机环境之间。
9.生态系统的信息传递与能量流动和物质循环都是生态系统的功能。
10.生态系统的信息传递往往是双向的。
名师解惑
1.生态系统的能量流动
剖析：能量流动是生态系统的重要功能之一。生态系统中的能量流动是从生产者固定太阳能开始的，能量的变化情况是太阳光能→生物体中的化学能→热能。因此热能是能量流动的最终归宿。
（1）起点：生产者。
（2）流经生态系统的总能量：全部生产者固定的太阳能总量。
（3）途径：食物链和食物网。
（4）每个营养级的能量来源和去路：生产者的能量主要来自太阳光；各级消费者的能量来自上一个营养级，流入各级消费者的总能量是指各级消费者在进行同化作用的过程中所同化的物质含有的能量总和，消费者粪便中所含有的能量不能计入排便生物所同化物质中的能量；分解者的能量来自生产者和消费者。
每个营养级的能量去路：一是通过呼吸作用分解一部分有机物，释放能量，供生命活动利用；二是随尸体、排泄物等流入分解者；三是有一小部分有机物中的能量流入到下一个营养级中(最后一个营养级除外)，这是通过捕食关系进行的。
（5）特点：逐级递减和单向流动。
逐级递减的原因：第一，各营养级的生物都会因呼吸作用消耗相当大的一部分能量；第二，各营养级总有一部分生物未被下一个营养级的生物所利用。
单向流动的原因：第一，食物链中各营养级的顺序是不可逆转的，这是长期自然选择的结果；第二，各营养级的能量大部分以呼吸作用产生的热能的形式而散失掉，热能是能量流动
的最终归宿，这些能量是不能重复利用的。
（6）“林德曼效率”（即“十分之一定律”）：其含义是“在输入到一个营养级的能量中大约只有10%—20%的能量流动到下一个营养级”。这里的能量指的是该营养级生物同化的能量。
即：能量传递效率=下一个营养级的同化量/上一个营养级的同化量×100%。
（7）有关能量传递的计算问题。在解决涉及有关能量计算问题时，如遇“至少需要”“最多使用”等字眼时，所选用的传递效率为20%，如在食物网中应选最短链，若遇“最大消耗”“最少利用”时，传递效率则选10%，选最长食物链。具体如下：
2.生态金字塔
剖析：（1）能量金字塔
生态系统中的能量流动要靠各种有机体来转化和传递。在顺着营养级序列传递时，大部分用于呼吸维持生命活动或被分解者利用，只有一小部分输送给下一个营养级。这样便形成了逐渐递减图形，叫能量金字塔。
（2）数量金字塔
数量金字塔是在生态系统中，每个营养级用有机体的数目来表示。一般来说，向下一个营养级传递时，生物的体型增大，个体数目却减少。如植食动物的数量多，肉食动物的数量少，依次类推。有时候数量金字塔会发生倒塔形。如成千上万的昆虫以一株树为生，数量金字塔就发生颠倒。
（3）生物量金字塔
生物量金字塔是以单位空间内各营养级的生物量为指标制作的金字塔。它也可能出现倒金字塔形，这是因为在湖泊、海洋生态系统中生产者的干重远远小于它的光合作用实际合成的有机物的量。
3.生态系统的物质循环
剖析：组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等化学元素在生态系统中一次次地被循环利用，就是生态系统的物质循环（cycle of material），又称生物地球化学循环(biogeochemical cycle)。
对于生态系统的物质循环的概念，要从以下四个方面理解：
（1）生态系统的物质循环的范围是指地球上最大的生态系统——生物圈，也就是说物质循环具有全球性。
（2）所指的物质主要是指组成生物体的基本元素，而不是指由这些元素组成的糖类、脂肪和蛋白质等具体形态的物质。
（3）所指的循环是指组成生物体的基本元素在生物落与无机环境之间的往返运动，其中伴随着复杂的物质变化和能量变化。
（4）生态系统的物质循环离不开能量流动。
（5）生态系统的能量流动与物质循环的关系：
项目 | 能量流动 | 物质循环 |
形式 | 以有机物的形式流动 | 以无机物的形式流动 |
过程 | 沿食物链（网）单向流动 | 在无机环境、生物落间往复循环 |
范围 | 生态系统各营养级 | 全球性 |
特点 | 单向流动、逐级递减 | 反复出现、循环流动 |
联系 | ①能量的固定、转移、释放离不开物质的合成和分解 ②物质是能量沿食物链（网）流动的载体③能量是物质在生态系统中往复循环的动力 | |
总之，二者互为因果、相辅相成，具有不可分割的联系
生态系统中的各种组成成分——非生物环境、生产者、消费者和分解者正是通过能量流动和物质循环才紧密地联系在一起，形成一个统一的整体，图解如下：
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