了解生物圈(二)

官方生物老师·15 页·进阶(有基础,想深入原理)·0 次浏览·4 天前
生态系统能量流动物质循环自我调节

了解生物圈(二)

拆开生态系统的运转机制,把能量流动、物质循环、自我调节一次讲透

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生态系统能量流动物质循环自我调节

了解生物圈(二)

拆开生态系统的运转机制,把能量流动、物质循环、自我调节一次讲透

1第 1 页 · 了解生物圈(二)

生产者

上页说到生态系统由生物和非生物环境共同构成。那在生物世界里,谁是负责'造饭'的那个角色,让其他生命有东西可吃、有能量可用?

定义
能把无机物(CO₂、水)合成为有机物的自养生物
主要方式
光合作用占绝对主导,少数细菌靠化能合成
典型代表
绿色植物、藻类、蓝细菌、硫细菌等
生态地位
食物链第一营养级,是能量流动的起点
学校食堂的厨房对应 →生产者

厨房把米面肉菜(原料)做成饭菜,养活全校;生产者把阳光、水、CO₂(原料)变成有机物,养活整个生态系统

2第 2 页 · 生产者

消费者

上页说到生产者像食堂厨房,把阳光空气水变成可口的饭菜。那这些饭菜做出来给谁吃、怎么个吃法?这就是消费者要回答的问题。

定义
不能自己合成有机物,必须直接或间接通过吃其他生物来获取能量和营养
初级消费者
直接以生产者为食的草食动物,如牛、羊、兔、蝗虫
次级与高级消费者
吃初级消费者的叫次级(如青蛙吃虫),再往上的叫高级(如蛇吃蛙、鹰吃蛇)
能量传递作用
消费过程推动能量沿食物链流动,每级只有约10%~20%能量传给下一级
超市里挑菜的顾客对应 →生态系统中的消费者

货架上的蔬菜(生产者)摆好了,顾客来挑——只买菜的是初级,专挑肉的是高级消费者

3第 3 页 · 消费者

分解者

消费者吃活的,那动物老死、植物落叶、粪便堆积呢?没人收拾地球早被废物淹没——这就是分解者的活儿。

定义
把动植物遗体、排泄物中的有机物分解为无机物的生物
主要类群
细菌和真菌是主力,蚯蚓、蜣螂等腐食动物也参与
核心作用
把有机物拆解为无机物,让元素重新回归土壤与空气
生态意义
若缺失则物质循环断裂,养分无法回到生产者手中
垃圾处理厂对应 →分解者

接收废弃物(死有机物),处理后输出原料(无机物)供生产者重新利用

4第 4 页 · 分解者

食物链

前几页我们认识了生产者、消费者、分解者——它们各有分工,却不是孤立的个体。它们通过『吃与被吃』的捕食关系串成了一条链,这种链状结构就叫食物链。

食物链定义
生态系统中生物间因吃与被吃关系形成的链状营养结构
起点与终点
起点是生产者(绿色植物),终点是最高级消费者;分解者不入链
箭头方向
箭头由被捕食者指向捕食者,表示能量流动方向
营养级
链上每一环就是一个营养级,反映所处的捕食层级
能量递减
相邻营养级间能量传递效率仅约10%,呈金字塔形递减
快递包裹的层层传递对应 →食物链的能量流动

包裹(能量)从仓库(生产者)经各站点(消费者)到客户,每过一站都要被抽成损耗一些,到终点已所剩无几

5第 5 页 · 食物链

食物网

上页的『草→兔→狐』是一条直线。但真实草原上,狐也吃鼠、鼠也吃草籽——多条链交错连接,才构成真实的生态系统。

定义
一个生态系统中,多条食物链彼此交错连接形成的复杂营养结构
形成原因
一种生物既捕食多种其他生物,又被多种生物所捕食
生态意义
路径冗余让生态系统更稳定,一条链断了还有别的路可走
城市公交地铁网对应 →食物网

一条线路 = 一条食物链;多线在换乘站交错连通 = 食物网

6第 6 页 · 食物网

物质和能量沿食物链/食物

前面我们认识了食物链和食物网——它们像一张张「谁吃谁」的网。但食物链真正在传递的,不是关系本身,而是两样东西:物质和能量。这两样东西的流动方式完全不同。

能量:单向流动、逐级递减
从太阳能→生产者→各级消费者,每级只传 10%~20%,其余以热量散失
物质:可循环回归
碳、氮等元素在生物与环境间反复流转,分解者是关键
流动方向相反
能量像下楼梯只往下,物质像转圈能回到起点
理解流动的两大意义
解释食物链一般不超过 4~5 级;提醒人类排放会影响整张网
接力赛的接力棒与选手体力对应 →物质循环与能量单向递减

接力棒在队员间反复传递(物质),但体力跑完就消耗不会回流(能量)

En=E0×(10%20%)nE_n = E_0 \times (10\%\sim20\%)^n
7第 7 页 · 物质和能量沿食物链/食物

有毒物质沿食物链积累(生

前面已经看到,食物网会把物质从低营养级带到高营养级。若污染物进入这个网络后不易消失,就可能留在生物体内,并让更高营养级承受更大风险。

污染物进入
可经摄食、饮水和呼吸进入,并在组织中暂时存留。
难降解、难排出
若物质难分解或排出缓慢,摄入量就可能超过清除量。
浓度逐级升高
捕食者摄入多个低营养级个体,污染物浓度常逐级升高,形成生物富集。
高营养级风险
低端的微量经过多级传递,可能在高营养级动物或人体中达到危险水平。
案例与监测
DDT、汞等可通过食物网富集,比较不同营养级浓度可判断生态风险。
多餐摄入仍有残留对应 →生物富集

每次摄入只排出一部分,残留不断叠加;高营养级取食更多前一级生物,负担便更集中。

8第 8 页 · 有毒物质沿食物链积累(生

生态系统的自动调节能力

我们已经学过食物网——每种生物都和别的生物有联系。那这些联系凑在一起,能让整个系统保持稳定吗?今天我们看生态系统是怎么'自己管自己'的。

自我调节
生态系统通过内部生物间的相互制约,维持自身结构和功能相对稳定的能力
负反馈调节
某种群数量增多→天敌增多、食物减少→该种群数量回落→自动回归平衡,核心是'反向纠正'
调节有极限
调节能力并非万能;食物网越复杂,调节能力通常越强;外界干扰一旦超过限度,系统就会崩溃
两种稳定性
抵抗力稳定性:抵抗外界干扰、保持原状的能力;恢复力稳定性:被破坏后恢复原状的能力
空调恒温器对应 →生态系统的负反馈调节

温度高了→启动制冷→温度降回;兔多了→狼跟着多→兔子回落——都是'偏离—纠正—回归'的过程

9第 9 页 · 生态系统的自动调节能力

生物圈

生态系统有自动调节能力,但这个能力有「上限」——当人类活动超过上限,整个系统就会崩溃。所有生态系统加在一起,加上它们的环境,就构成了生物圈。

定义
地球上所有生物与其生存环境的总和
范围
包括大气圈底部、水圈大部、岩石圈表面
最大生态系统
生物圈是地球上最大的生态系统
生存基本条件
阳光、空气、水、适宜温度、生存空间
保护意义
保护生物圈就是保护人类共同的家园
舞台对应 →生物圈

生物圈是生命表演的舞台——阳光、空气、水循环共同搭建,缺一不可

10第 10 页 · 生物圈

生物圈的范围

前面我们认识了生产者、消费者、分解者,也理解了生态系统能自我调节——但这些生态系统加起来到底覆盖地球多大范围?把镜头拉到太空再回望一眼。

大气圈底部
可达海平面以上约10~15千米,是鸟类和昆虫飞行的上限
水圈大部
可达海平面以下约11千米,阳光透到的海洋上层生命最旺盛
岩石圈表面
一般不超过地下100米,是植物根系和土壤生物活动的区域
薄层结构
相对地球半径(≈6371千米)极薄,所有生命都挤在这一层
苹果的果皮对应 →生物圈

地球像苹果,生物圈只占薄薄一层果皮,生命的活动空间远比想象中小

11第 11 页 · 生物圈的范围

生态系统类型的多样性

前面我们知道了生物圈是最大的生态系统,由生物与非生物环境构成。但地球上并不是「一片混沌」——它由许多不同类型的生态系统拼接而成,每种都有独特的生物和气候组合。

生态系统类型丰富
地球表面分布着森林、草原、荒漠、海洋等多种生态系统,各有气候、土壤、生物组合
两大基本类别
按环境分为陆地生态系统和水域生态系统,后者又分淡水和海洋
陆地主要类型
森林、草原、荒漠、湿地等,分布主要受降水量和温度影响
水域主要类型
海洋占地球表面71%,是最大的生态系统;湖泊、河流属于淡水生态系统
还有人工生态系统
农田、城市、养殖池塘等由人建立,与自然生态系统并存
一座大城市的功能分区对应 →生物圈中的多种生态系统

商业区、住宅区、公园像不同生态系统,城市整体就像生物圈——各司其职又互相连通

12第 12 页 · 生态系统类型的多样性

生态系统之间的关联

上一页讲到有毒物质会沿食物链积累,但这些毒素不会乖乖待在一个生态系统里——一只吃了被污染鱼的水鸟,飞到另一片森林排泄,就把毒素带过去了。生态系统之间,其实是相通的。

生态系统并非孤岛
每个生态系统都与邻近系统存在物质、能量和信息的交换,并非独立存在
非生物因素穿针引线
风带花粉飘过森林与草原,水流把营养盐从河流送到海洋,大气在区域间循环
生物因素跨界搬运
候鸟、洄游鱼类、随风飘的种子、随水漂的果实,都在跨生态系统转运物质
区域差异与整体统一
各地生态系统的类型和结构有差异,但通过这些关联,构成生物圈这一统一整体
候鸟往返于两地对应 →生态系统之间的关联

候鸟从一片湿地飞往一片林地,吃的、拉的、掉的羽毛都是物质搬运——它就是不同生态系统间的「快递员」

13第 13 页 · 生态系统之间的关联

本节要点

  • 生物圈是最大生态系统,涵盖所有生物与环境
  • 物质循环流动,能量单向递减,有毒物质逐级富集
  • 生态系统具自我调节能力,但超过限度会崩溃
  • 不同生态系统通过物质循环相互关联
延伸主题:生态平衡的破坏与保护碳循环与全球变暖生物多样性的意义
14第 14 页 · 本节要点

课后思考

先合上书自己想一想,再看参考答案。三道题覆盖回顾、应用与边界。

1为什么分解者在生态系统中不可缺少?如果一个生态系统里没有分解者,一段时间后会发生什么?

参考答案分解者把动植物遗体、粪便中的有机物分解为无机物,归还土壤和空气供生产者重新利用。没有分解者,物质循环会中断,遗体堆积,养分无法回归,整个生态系统终将崩溃。

2农田喷洒农药后,为什么食物链越高端的生物体内残留越多?这对选择食物有什么启发?

参考答案有毒物质难分解,沿食物链逐级富集,营养级越高残留越多。所以高营养级肉类、鱼类风险更高,启示我们选食多样、关注产地、关注农残检测。

3若把一片草原上的所有生物搬走,只留下阳光、空气、水和土壤,还算"生态系统"吗?为什么?

参考答案不能。生态系统由生物群落和无机环境共同构成,缺了生物就没有生产者、消费者、分解者,物质循环和能量流动都无法进行。这正好说明生物成分不可替代。

15第 15 页 · 课后思考