种群、群落和生态系统的保护及其稳定性

朱春花+陈洪根

一、近三年高考回眸

二、考点要求和目标

三、核心知识结构图

四、高考经典扫描

【例1】（2016·北京卷·3）豹的某个栖息地由于人类活动被分隔为F区和T区。20世纪90年代初，F区豹种群仅剩25只，且出现诸多疾病。为避免该豹种群消亡，由T区引入8只成年雌豹。经过十年，F区豹种群增至百余只，在此期间F区的（ ）

A.豹种群遗传（基因）多样性增加 B.豹后代的性别比例明显改变

C.物种丰（富）度出现大幅度下降

D.豹种群的致病基因频率不变

【错因分析】对个体→种群→群落→生态系统→生物圈这样的生命系统层次的研究内容只会机械性地识记，而不能从本质上深入理解，并做到灵活运用。

【答案】A

【拓展】生态学中，生命系统结构层次区别明显，需要特别注意的是不同生命层次上研究问题存在的差异。例如，生物个体一般讨论的是性别、年龄、出生、死亡等问题；生物种群水平的研究内容一般有出生率、死亡率、年龄组成、性别比例、生物的生殖、进化、遗传多样性等问题；群落水平的研究内容一般有丰富度、优势种、不同种群间的关系及其占据的生态位、群落演替、群落的空间结构等问题。

【例2】（2016·江苏卷·27·节选）高密度水产养殖常会引起池塘水体富营养化，影响养殖。下图为利用稻田生态系统净化鱼塘尾水的示意图，箭头所指为水流方向。请回答下列问题：

（2）图示系统在实现了水资源循环利用的同时，鱼塘富营养化水还为水稻生长提供了一定的_____________元素营养。

（3）为调查图中稻田害虫的发生状况，可采用_____________法，分别统计_____________的种群密度。

（5）出现藻类水华的鱼塘尾水流经稻田后，B处水样中藻类数量大大减少。从生态学角度分析，藻类数量减少的原因有 _____________。

【错因分析】一是误认为稻田中仅有一种害虫，即仅涉及种群问题，因而答案中没有强调“各种”害虫；二是对移动能力强与弱的动物及土壤中小动物的丰富度调查方法理解不到位。

【答案】（2）N、P （3）五点取样 各种害虫 （5）竞争光照和营养、动物摄食、微生物等产生杀藻物质

【拓展】（1）稻田是一个生态系统，不可能仅存在一种害虫；调查种群密度的取样方法取决于地块的形状。若为正方形，则常用五点取样法；若为长方形，则常用等距取样法。

（2）种群密度的调查方法见下表：

【例3】（2016·全國Ⅲ卷·5）我国谚语中的“螳螂捕蝉，黄雀在后”体现了食物链的原理。若鹰迁入了蝉、螳螂和黄雀所在的树林中，捕食黄雀并栖息于林中。下列叙述正确的 是（ ）

A.鹰的迁入增加了该树林中蝉及其天敌的数量

B.该生态系统中细菌产生的能量可流向生产者

C.鹰的迁入增加了该生态系统能量消耗的环节

D.鹰的迁入改变了该生态系统能量流动的方向

【错因分析】一是不会判断一种生物的出现及变化对食物网或食物链中其他生物数量的影响；二是对能量流动的起点和方向的判断标准模糊不清。

【答案】C

【拓展】（1）判断一种生物的出现对另一种生物的影响时，可以画出相应的食物链，从捕食关系引起的数量变化上进行考虑。无论是否引进某种生物，能量传递的渠道一定是食物链和食物网。在一个生态系统中，营养级越多，能量消耗的环节也就越多。

（2）生态系统中四种成分的判断，如下图所示：

如上图所示，①先根据双向箭头确定“非生物的物质和能量”和“生产者”，再根据两者中有“3”个指出箭头的D为“生产者”，有“3”个指入箭头的C为“非生物的物质和能量”，最后根据D→A→B，确定A为消费者、B为分解者。

②若问D、A、B具体表示何种生物，则D主要为绿色植物，A为动物，B为营腐生生活的细菌和真菌等。

③图示中D、A、B共同构成生物群落，食物链（网）中只包括D和A。

（3）食物网分析技巧：

①每条食物链的起点总是生产者，终点是不被其他动物所捕食的动物，即最高营养级。中间的任何停顿都不能算完整的食物链。分解者不构成食物链，即分解者不占据营养级。

②食物链中的捕食关系是长期自然选择的结果，不会倒置，因此箭头一定是由上一营养级指向下一营养级。

③某一营养级的生物代表处于该营养级的所有生物，不代表生物个体或某一特定种群。

④同一种生物在不同的食物链中，可以占据不同的营养级，如上图中鹰可在不同的食物链中分别占据第三、第四、第五和第六营养级，也就是说鹰在该食物网中可占据四个不同的营养级。

⑤在食物网中，两种生物之间的种间关系有可能出现不同概念上的重合，如上图中食虫鸟与食虫昆虫，二者之间既是捕食关系，又是竞争关系。

⑥分析复杂食物网中某种群数量变化引起的连锁反应时，应以中间环节少的途径作为分析依据，考虑方向和顺序为从高营养级依次到低营养级。

⑦食物网的复杂程度取决于有食物联系的生物种类而非生物数量。

【例4】（2015·全国Ⅰ卷·4）下列关于初生演替中草本阶段和灌木阶段的叙述，正确的 是（ ）

A.草本阶段与灌木阶段群落的丰富度相同

B.草本阶段比灌木阶段的群落空间结构复杂

C.草本阶段比灌木阶段的群落自我调节能力强

D.草本阶段为灌木阶段的群落形成创造了适宜环境

【错因分析】对群落演替的原因、方向、涉及的物质和能量变化把握不透。

【答案】D

【拓展】对群落演替的分析：

（1）演替的原因：

①植物繁殖体的迁移、散布和动物的活动。

②群落内部环境变化。

③种内和种间关系的改变。

④外界环境条件的变化。

⑤人类的活动。

（2）演替的特征：

①方向：有一定的方向性。

②能量：总生产量增加，净生产量逐渐降低，群落的有机物总量增加。

③结构：营养结构越来越复杂，物种多样性越来越强，稳定性也越来越强。

④生活史：生物个体增大，生活周期变长，生态位变窄。

⑤物质循环：由开放转为封闭，交换速度变慢。

（3）初生演替和次生演替的比较：

①初生演替：在一个从来没有过植被，或者原来存在过植被，但被彻底消灭了的地方发生的演替；经历时间漫长，速度较慢；影响因素为自然因素。例如，裸岩、火山岩、沙丘、冰川泥等上进行的演替。

②次生演替：在原有植被虽已不存在，但原有土壤条件基本保留，甚至还保留了植物的种子或其他繁殖体的地方发生的演替；经历时间较短，速度较快；人类活动的影响较为关键。例如，火灾过后的草原、过量砍伐的森林、弃耕的农田上进行的演替。

【例5】（2014·山东卷·27·节选）6月8日是世界海洋日。海洋是生物圈的重要组成部分，与人类的生存和发展息息相关。根据下图分析，要获得最大持续捕捞量，捕捞后大黄鱼种群数量应处于_______ 点。用标志重捕法调查大黄鱼种群密度时，若标记个体更易于被捕食，则种群密度的估计值 ____________（填“偏高”“偏低”或“不變”）。

【错因分析】不会从相关图像中分析有关种群数量的变化。

【答案】b 偏高

【拓展】（1）标志重捕法：

先捕获M个个体并进行标记，然后放回至原来环境中，一段时间后进行重捕。若重捕的个体数为n，其中已被标记的个体数为m，则有N∶M=n∶m，从而求得调查区域中某种群的数量，即N=Mn/m。若某动物被捕一次后更难捕捉，或者标志物脱落，或者再次捕获期间有少数个体迁出，则都会导致公式中m的数值变小，使结果偏大。若误将部分未标记个体统计为标记个体，则会导致结果偏小。在用标志重捕法进行种群密度调查时，还要注意在密度调查期间，种群内没有较多的个体出生或死亡；没有较多的个体迁入或迁出；标记个体与未标记个体在重捕时被捕获的概率相等；标记物和标记方法不能影响被标记动物的正常活动，也不能导致其发生疾病、感染等；标记符号必须能维持一段时间，但又不能过分醒目。

（2）样方法：

①取样：样方应随机选取。

②样方大小：一般草本植物为1 m×1 m；灌木为4 m×4 m；乔木为10 m×10 m；如果种群个体数较少，样方面积需要适当扩大；另外，计算时应以物种个体数达到最稳定时的最小面积计算。

③样方数目：总体面积大要多取，总体面积小可少取。

④样本统计：位于样方边线上的植物计数相邻两边及其交点上的植物；不同生长期的个体都应统计。如下图所示，图甲是方形样方，图乙是圆形样方，实心圆表示统计或测量的个体，虚线表示圆形样方的直径。

五、重难点归纳

1.关于种群数量的变化

（1）两种曲线的比较：

（2）K值与K/2值在实践中的应用：

（3）血球计数板：计数室通常有两种规格的血球计数板，如下图所示：

一种是大方格内分为16中格，每一中格又分为25小格；另一种是大方格内分为25中格，每一中格又分为16小格。但不管是哪种规格，它们都有一个共同的特点，即每一大方格都是由16×25=25×16=400个小方格组成。第一种取4个中格为样方（共100小格），第二种取5个中格为样方（共80小格）。

16格×25格的血球计数板的计算公式：

酵母细胞数/mL=100小格内酵母细胞个数/100×400×104×稀释倍数；

25格×16格的血球计数板的计算公式：

酵母细胞数/mL=80小格内酵母细胞个数/80×400×104×稀释倍数。

【思维拓展】

①显微计数时，对于压在小方格界线上的酵母菌，应遵循“计上不计下，计左不计右”的计数原则。

②从试管中吸出培养液进行计数前，需将试管轻轻振荡几次，目的是使培养液中的酵母菌均匀分布，以减小误差。

③每天计数酵母菌数量的时间要固定。

④溶液要进行定量稀释。

2.种间关系的基本图形

说明：（1）互利共生关系中，两种生物表现为“生死与共”，因此两条曲线始终保持同步。

（2）寄生关系中，第一种表现为体外寄生，第二种表现为体内寄生。

（3）竞争关系中，图a实际表示的是一种占优势，另一种被淘汰的情形；还有一种竞争表现为势均力敌的情形，可用图b表示。

（4）捕食关系中，曲线表现为“此消彼长”。其中，先增加先减少者为被捕食者，即上图中A为被捕食者，B为捕食者。

3.土壤小动物类群的丰富度调查

（1）丰富度调查的方法：由于大多数土壤小动物身体微小、活动能力强，标记个体难以与未标记个体充分混匀，因此，土壤小动物调查一般不能采用标志重捕法，而是采用取样器取样法进行采集、调查。

（2）丰富度的统计方法：一是记名计算法（指在一定面积的样地中，直接数出各种群的个体数目，该法一般用于个体较大、种群数量有限的群落）；二是目测估计法（指按预先确定的多度等级来估计单位面积上个体数量的多少，等级的划分和表示方法有非常多、多、较多、较少、很少等）。

（3）利用诱虫器采集土壤小动物的原理：诱虫器利用土壤小动物趋暗、趋湿、避高温的特性，使土壤小动物从土样进入诱虫器下部的试管中，以达到采集目的。

4.生态系统成分中几种错误观点的辨析

5.关于能量流动

（1）实质：生态系统中能量的输入、传递、散失和转化的过程。

（2）过程：

①输入途径：主要是生产者的光合作用（流经一个生态系统的总能量是生产者固定的全部太阳能）。

②能量传递的渠道：食物链和食物网。能量在食物链（网）中的传递形式为有机物中的化学能。

③能量散失的主要途径：细胞呼吸（包括各营养级生物自身的呼吸消耗以及分解者的呼吸作用）。

④能量转化的过程：太阳光能→生物体有机物中的化学能→热能（最终散失）。

（3）特点：

①单向流动：能量流动只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面的各个营养级，不可逆转，也不可循环流动。

单向流动的原因：a.食物链中生物间捕食关系不可逆；b.能量以热能形式散失后，不可重复利用。

②逐级递减：能量在沿食物链流动的过程中逐级减少，能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%～20%。

逐级递减的原因：a.自身呼吸作用消耗；b.分解者利用；c.未利用。

6.关于生态金字塔

（1）三种生态金字塔的比较：

（2）对三种类型金字塔的理解：

①在一条食物链中，由低营养级向高营养级推算，前一营养级比后一营养级含量一定多的指标是“能量”，而“数量”和“生物量”均可能出現反例。

②在人工生态系统中因能量可人为补充，可能会使能量金字塔呈现倒置情况。例如，人工鱼塘中生产者的能量未必比消费者（鱼）多。在天然生态系统中，必须当能量状况表现为正金字塔形状时，方可维持生态系统的正常运转，从而维持生态系统的稳定性。

③某营养级“粪便”中的能量不同于“尿液”中的能量。前者应归于上一营养级，属于未被该营养级利用的能量（含在上一营养级同化能量的80%～90%中）；后者则归于该营养级，属于该营养级所同化的能量中的一部分（含在上一营养级传递来的10%～20%的能量中）。

（3）特殊实例及其分析：

数量金字塔在前一营养级的生物个体数量很多，而后一营养级的生物个体数量很少时，会出现倒置现象。例如，树林中树、昆虫和食虫鸟个体数量的比例关系可形成下图所示的数量金字塔。

生物量金字塔也有特殊形状。例如，海洋生态系统中，生产者（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其捕食者（浮游动物）的生物量。但这并不能说明流经生产者这一环节的能量比流经浮游动物的能量少。

7.利用“拼图法”解决能量流动中的难题

输入第一营养级的能量（W1）被分为两部分：一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失（A1），一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖（B1+C1+D1）。而在后一部分能量中，包括现存的植物体B1、流向分解者的C1和流向下一营养级的D1。参考图示，很容易理解以下问题：

（1）流经整个生态系统的总能量是生产者固定的总能量，即W1。将图中第三营养级同化的总能量D2“拼回”第二营养级，则刚好等于D1，即第二营养级同化的总能量；再将D1“拼回”第一营养级，则刚好等于生产者固定的总能量即W1。由此可见，在一个生态系统中，所有生物的总能量都来自W1，所有生物总能量之和都小于W1（呼吸作用消耗的缘故）。

（2）能量传递效率不会是100%。从上图可以看出，从第一营养级向第二营养级能量的传递效率为D1/W1，因此不会达到100%，一般情况下，能量的传递效率为10%～20%。

（3）在解决有关能量传递的计算问题时，首先要确定相关的食物链，厘清不同生物在营养级上的差值。

8.关于物质循环

（1）碳循环过程示意图（见下图）：要弄清箭头的方向及其代表含义。

（2）将上图换成字母，并尝试判断四种成分，得到下面三种变式图：

据图判断A、B、C、D各代表哪种成分？

①图1——先根据双向箭头确定A和B应为生产者和非生物的物质和能量，不能写“无机环境”，也不能写“生物类别”；再根据A→C确定C为消费者，剩下D为分解者。

②图2——先根据A与C之间的双向箭头确定A是生产者，C是非生物的物质和能量；再根据A、B、D的箭头都流向E，可进一步确定B是初级消费者，D是次级消费者，E是分解者。

③图3——首先找出相互之间具有双向箭头的两个成分即A和E，它们一个为生产者，一个为大气中的CO2库；又因为其他各个成分都有箭头指向A，所以A为大气中的CO2库，E为生产者；然后观察剩余的几个成分，其中其他生物部分的箭头都指向C，所以C是分解者，剩余的B、D、F则为消费者。整个图示中，食物链为E→F→D→B。

9.生态系统的稳定性

（1）原因：生态系统具有一定的自我调节能力（和自我恢复能力）。

（2）调节机制：负反馈调节。负反馈调节在生态系统中普遍存在，它是生态系统自我调节能力的基础。

（3）判断方法：物种数目越多，营养结构越复杂，自我调节能力越强，抵抗力稳定性越高。

（4）提高生态系统稳定性的方法：

①一方面要控制对生态系统的干扰程度，对生态系统的利用应该适度，不应超过生态系统的自我调节能力。

②另一方面，对人类利用强度较大的生态系统，应实施相应的物质能量投入，保证生态系统内部结构与功能的协调。

（5）生态系统抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性的关系，如下图所示：

①图中两条虚线之间的部分表示生态系统功能正常的作用范围。

②Y表示一个外来干扰使生态系统功能偏离这一范围的大小，偏离的大小可以作为抵抗力稳定性的定量指标，偏离越大说明抵抗力稳定性越弱；反之，抵抗力稳定性越强。例如，热带雨林与草原生态系统相比，二者在受到相同干扰后，草原生态系统的Y值要大于热带雨林的Y值。

③X可以表示恢复到原状态所需的时间，时间的长短可以作为恢复力稳定性的定量指标，X越大表示恢复力稳定性越弱；反之，恢复力稳定性越强。

④TS表示曲线与正常范围之间所围成的面积，可作为总稳定性的定量指标，这一面积越小，即X与Y越小，说明这个生态系统的总稳定性越强。

10.人口增长对生态环境的影响

（1）研究人口增长的原因：

一个国家或地区的全部人口可以看作是一个种群。该种群也具有其他种群所具有的一般特征，种群的特征及其相互关系可用下图表示。由于人类在生态系统中处于最高统治地位，缺少天敌，受其他生物及非生物因素的干扰较小，即外界条件适宜，所以近百年来，人口增长过快，需要人为政策控制人口增长。

（2）人口增长给生态环境带来的压力，分析图解如下：

①人口增长过快引发了环境、自然资源以及经济发展等一系列的问题。主要体现在水资源危机、森林破坏、土地资源丧失以及环境污染等方面。

②人口增长和经济发展使污染物的总量加大。大量的工农业废弃物和生活垃圾排放到环境中，影响了环境的纳污量以及对有毒物质的降解能力，加剧了环境污染。

（3）我国由人口引发的问题及采取措施：

①引发的问题：我国有关土地面积、草地面积、森林面积等多项自然资源总量综合排序位于世界前列，但人均占有量却明显居后；人均耕地面积远低于世界平均水平，且有继续减少的趋势；人均淡水占有量也远低于世界水平。

②采取的措施：控制人口增长、保护基本农田、启动南水北调工程、加大保护资源和环境的力度等。

（4）全球性生态环境问题归纳图：

（5）生物多样性的原因分析：

①从分子水平看：

②从进化角度看：

物种多样性与生态系统多样性主要是生物的不定向变异与定向选择在进化过程中共同作用的结果。

（6）生物多样性锐减的原因：

人为因素是生物多样性面临威胁的主要原因。主要体现在以下四个方面：

①生存环境的改变和破坏；

②掠夺式开发和利用；

③环境污染；

④外来物种入侵。

（7）外来物种入侵与生物多样性问题：

①引发生态危机的原因：入侵物种对环境适应能力强，迁入地环境条件适宜，缺少天敌的控制。

②外来物种入侵的后果：入侵物种短时间内有可能呈现“J”型增长。随着时间的推移，会破坏原生态系统的稳定性或生态平衡，使原生态系统的生物多样性受到严重威胁。

六、强化训练

1.下列有关种群和群落的叙述，正确的 是（ ）

A.雪松种子常落在母株附近形成集群，这属于种群的数量特征

B.四大种群鱼在水域中的分布状况体现了群落的水平结构

C.种群数量达到K值后，种群数量保持不变

D.人口的年龄组成可预测一个国家或地区人口数量的变化趋势

2.下图为生态系统碳循环示意图，图中A、B、C代表生态系统成分，数字表示碳的流动。下列叙述正确的是（ ）

A.图中生产者、B、C、A构成了两条食物链

B.①②⑥⑦为CO2形式，③④⑤为有机物形式

C.③④⑤⑥⑦之和等于生产者同化的碳的总量

D.经③流向B的碳全部储存在B体内的有机物中

3.江苏某水库现有沉水植物16种、浮游植物86种、浮游动物87种、底栖动物11种、鱼类43种。下列有关叙述正确的是（ ）

A.该水库拥有的多种生物构成了水库的生物多样性

B.该水库物种丰富度指水库中所有生物个体的总和

C.调查该水库中浮游动物种群密度可用标志重捕法

D.不同动植物分布于不同水层体现了群落的垂直结构

4.下列有关生态系统稳态与生物多样性的叙述，正确的是（ ）

A.生物多样性是保持生态系统稳态的重要条件

B. 森林能调节气候属于生物多样性的直接价值

C. 生物多样性包括种群、物种、生态系统三个层次的内容

D. 抵抗力稳定性越弱的生态系统，其恢复力稳定性一定越强

5.对某地区引入的一種生物进行种群数量的调查研究，得到的数据见下表（单位：只）。

下列曲线中与2004年至2006年该生物种群数量的变化规律最相符的是（ ）

6.图1为某生态系统的碳循环示意图，其中甲、乙、丙、丁为生态系统的组成成分，A、B、C、D是丙中关系密切的四种生物；图2为某生态系统的能量金字塔简图，其中①②③④分别代表不同的营养级；图3为能量流经图2所示生态系统第二营养级的变化示意图，其中能量的单位为kJ。请据图回答下列问题：

（1）图1生态系统中的分解者是____________ ，②过程中碳的传递形式是____________ ，丙中A为第 ____________ 营养级，③代表的生理作用为 ____________ 。

（2）若图1中的生产者固定了2000 kJ的能量，则图中D理论上最多可获得的能量为 ____________ kJ。

（3）若图2中营养级①所固定的太阳能总量为3125 kJ，则营养级①②之间的能量传递效率是____________ 。从中可以看出生态系统的能量流动具有____________ 的特点。

（4）分析图3中能量关系可知，乙表示第二营养级生物用于生长发育繁殖的能量，这其中包括 ____________ 生物粪便中的能量。

7.由于围湖造田、网箱养鱼、农家乐等无序发展，导致湿地生态功能遭到破坏。为治理生态环境，某地建立了多条截污河道进行湿地恢复。请据图回答下列问题：

（1）该湿地中所有生物构成 ____________ 。在污水净化过程中，湿地植物所起的作用是 ____________ ；淤泥中的腐生细菌、真菌的作用是 ____________ 。

（2）研究该湿地生态污水处理能力，应对____________ 的水质进行监测，通过比较其中N、P等含量的差值，来分析人工湿地的净化功能。要治理水体污染，除了依靠湿地生态系统自身的功能外，还应加强对污染源的控制，因为生态系统的____________ 有限。

（3）微囊藻产生的有毒物质会污染水体，在湖滩种植芦苇、茭白等植物，对微囊藻的生长繁殖有一定的抑制作用，主要原因是这些植物与微囊藻之间在利用 ____________ 等资源（至少答两项）时存在明显的竞争关系。

（4）下图为某池塘能量流动部分示意图，①②③④表示各营养级生物同化的能量，⑤⑥⑦表示各级消费者从人工投放的饲料中同化的能量。初级消费者与次级消费者间的能量传递效率是____________ （用含序号的算式表示）。