生态系统，复习笔记

概览

生态系统是在某地区共同生活的不同种群组成的群落，与其非生物环境（如光照、温度、水分与土壤）相互作用而形成的。本章讲授群落如何组织、把生物连接起来的取食关系、能量在生态系统中的流动与养分的循环，以及控制种群大小的因素。

食物链、食物网、生态金字塔以及能量在生态系统中单向流动，是常考内容，通常以图表形式要求学生解读、构建或解释，因此在练习这些图表的同时理解每种模式背后的原因，是备考的重要一环。

除了取食关系，群落中的生物还以本章涵盖的其他方式相互作用：竞争发生于两个生物需要同一种有限资源时，捕食发生于一个生物捕捉并吃掉另一个生物时，而共生则描述两个物种之间紧密而长期的关系，包括互利共生、偏利共生与寄生，各自依据是一方、双方，还是没有一方从中受益而区分。 大多数关于本节的考题实际考查的，是能否在不熟悉的例子中辨认出这三种互动类型属于哪一种，而不是死记一份固定的命名配对清单。

种群生态学是本章的最后部分，说明种群大小如何随时间变化，通常遵循一条 S 形增长曲线，在种群达到其环境的负荷量后趋于平稳，同时区分依赖密度的因素（如食物供应与疾病）与不依赖密度的因素（如洪水或干旱），这些因素共同限制种群能够增长到多大。 本章所属的环境可持续性主题，依赖于把人类活动控制在种群与生态系统能够承受的限度之内，而不致使负荷量本身被永久降低。

种群、群落与生态系统（内容标准24.1）

种群是生活在同一地区、同一时间、能够相互交配的同一物种的所有个体。群落是共同生活在该地区的所有不同种群，而生态系统则是该群落连同其环境的非生物因素，如光照强度、温度、水分供应与土壤类型，共同构成，两者持续相互作用。

考题常考查这三个术语是否在正确的尺度上使用：池塘中同一种鱼是种群，池塘中所有鱼类、植物及其他生物的所有种群共同构成群落，而池塘本身，包括其水质与温度，则是生态系统。

非生物因素并非仅仅与群落并存；它们决定了哪些物种能在此生存，以及每个种群能增长到多大，而群落反过来也能改变非生物因素，例如植被覆盖改变局部湿度，或分解者改变土壤养分含量。

取食关系：食物链与食物网（内容标准24.1）

生产者通过光合作用自行制造食物，构成每条食物链的基础；初级消费者直接取食生产者，次级或三级消费者则取食其他消费者。分解者主要是细菌与真菌，在每一层分解死亡的生物与废弃物，把养分归还给环境，而不是占据食物链中的固定位置。

食物链显示单一的能量通路，箭头从被吃掉的生物指向吃它的生物，例如草到蚱蜢到青蛙到蛇。由于大多数生物取食不止一种食物、也被不止一种捕食者取食，实际的群落更适合用食物网来表示，一个由相互重叠的食物链构成的网络。

常见的题型以文字给出一组生物及其取食关系，要求学生据此构建食物链或食物网，或把每种生物归类为生产者、某类消费者或分解者。箭头方向是本部分最常失分的地方之一。

生态系统中的能量流动（内容标准24.1）

来自太阳的能量通过光合作用进入生态系统，随后只沿一个方向流动，从生产者流经各级消费者，绝不循环。在营养级之间的每一次传递中，只有一小部分能量被传递下去；其余的能量在呼吸作用中作为热量散失，用于生物自身的生命过程（如运动与生长），或留存在未被吃掉的部分中。

这种逐级递减解释了为何食物链很少超过四或五个营养级：因为已没有足够可用的能量支撑再多一个消费级别。它也解释了为何生物总量通常在每个后续营养级中递减。

关于这一主题的考题通常要求解释而不只是描述能量为何沿食物链递减，因此作答时应具体说出损耗的去向，呼吸作用中的热量、用于生命过程，以及未被吃掉的部分，而不只是笼统地说‘能量流失’。

养分循环：碳与氮（内容标准24.1）

与只在生态系统中流动一次的能量不同，碳、氮等养分在生物与非生物环境之间反复循环，因此同样的原子被一次又一次地重复利用，而不是不断由外界补充。

在碳循环中，生产者在光合作用中从空气中吸收二氧化碳，消费者通过取食其他生物获得这些碳，而所有生物的呼吸作用连同死亡物质的分解，则把二氧化碳归还给大气。在氮循环中，固氮细菌把大气中的氮气转化为植物能够吸收的形式，分解者从死亡的生物与废弃物中释放氮化合物，其他细菌再通过进一步的步骤把这些化合物转化，最终把氮气归还给大气。

关于养分循环的考题通常给出标注好的图解，要求学生说出每个箭头所代表的过程，因此能够准确说出每一步骤由哪种生物或过程，光合作用、呼吸作用、分解、固氮作用，负责，比单纯背诵循环本身更为重要。

比较生态金字塔（内容标准24.1）

生态金字塔把食物链的每个营养级表示为一根水平柱条，生产者置于底部堆叠而成，通常绘成向顶端逐渐变窄的形状，因为生物量与可用能量都会在每个后续营养级中减少。

考查的生态金字塔有三种，它们的形状并不总是彼此一致。数量金字塔计算个体生物的数目，有时会呈现不寻常的形状，例如当一棵大树支撑着许多小型植食动物时。

生物量金字塔测量每个营养级生物的干重，形状更可靠地呈金字塔状，不过在某些水生生态系统中仍可能倒转。能量金字塔测量每个营养级在固定时间内可用的能量，永远呈真正的金字塔形，因为能量在各级之间总是会流失，绝不会在食物链上层增加。

生境、生态位与物种间关系（内容标准24.1）

生境仅仅是生物生活的物理场所，例如河岸或森林树冠，通常可以用一个词或简短短语说明。生态位的范围要广得多：它是生物在生态系统中的功能角色，涵盖它吃什么、被什么捕食、什么时候活跃，以及它如何与其他物种互动，因此两个生物可以共享同一生境，却占据相当不同的生态位。

群落中的生物以三种明确界定的方式互动。竞争发生于两个生物需要同一种有限资源时，可以是同一物种成员之间的种内竞争，也可以是不同物种之间的种间竞争。

捕食发生于捕食者捕捉并吃掉猎物时。共生描述两个物种之间紧密而长期的关系，当双方都受益时称为互利共生，一方受益而另一方不受影响时称为偏利共生，一方受益而另一方受损时称为寄生。

本节最常见的考试陷阱，是死记一份固定的命名配对清单（例如蜜蜂与花朵代表互利共生），而不是能够在不熟悉的例子中辨认出这三种互动类型属于哪一种。仔细阅读描述以确定谁受益、谁受损、谁不受影响，才是真正被考查的能力。

种群增长与负荷量（内容标准24.2）

任何时刻的种群大小，取决于增加个体的出生与迁入，与减少个体的死亡及迁出之间的平衡。当种群被引入一个资源充裕的新环境时，通常起初增长缓慢，随后迅速增长，最后在达到负荷量，该环境能够持续供养的最大种群数量，后于 S 形曲线中趋于平稳。

限制种群大小的因素分为两类。依赖密度的因素，如食物供应、疾病与捕食，会随种群变得更大、更拥挤而产生更强的限制作用。

不依赖密度的因素，如洪水、火灾或极端寒冷，则不论种群原本大小如何，都会以大致相近的比例使其减少。

当条件一时有利时，种群可以暂时超过其负荷量，但随后有限的资源会导致死亡率上升、出生率下降，使种群回落到可持续的大小；这种先超出后回落的模式常在种群增长图上表现为一个峰值后接一段下降，能辨认出这一模式是常被考查的读图能力。

须掌握的关键概念

• 群落与生态系统, 种群是生活在某地区的同一物种的所有个体；群落是生活在该地区的不同物种的所有种群；生态系统则是该群落连同其非生物环境因素（如光照、温度、水分与土壤）共同构成，两者相互作用。
• 取食关系, 生产者通过光合作用自行制造食物，初级消费者取食生产者，次级或三级消费者取食其他消费者；分解者分解死亡的生物与废物，把养分归还给环境。这些取食关系把生物连接成食物链，而相互重叠的食物链共同构成食物网。
• 能量流动, 来自太阳的能量通过光合作用进入生态系统，并沿食物链从生产者单向流向消费者，在每个营养级都会减少，因为大量能量在呼吸作用中作为热量散失、用于生物自身的生命过程，或存在于未被吃掉的部分中。
• 养分循环, 与只在生态系统中流动一次的能量不同，碳、氮等养分通过光合作用、呼吸作用、分解，以及氮元素特有的细菌固氮等过程，在生物与非生物环境之间反复循环，因此同样的原子被一次又一次地重复利用。
• 种群生态, 任何时刻的种群大小，取决于增加个体的过程（出生与迁入）与减少个体的过程（死亡与迁出）之间的平衡，再加上环境中的限制因素，如食物供应、疾病、捕食者与竞争者。
• 生态金字塔, 数量、生物量或能量金字塔把食物链的每个营养级表示为一根柱条，通常向顶端逐渐变窄，因为生物量与可用能量在每个后续营养级都会减少，不过数量金字塔有时也可能呈现不寻常的形状。
• 生境与生态位, 生境是生物生活的物理场所，例如池塘或森林地面，而生态位则是该生物在生态系统中的功能角色，包括它吃什么、被什么捕食，以及它如何与其他生物互动。两个物种可以共享同一生境，却很少能长期占据完全相同的生态位。
• 物种间关系, 生物以明确界定的方式相互作用：竞争发生于两个生物需要同一种有限资源时，捕食发生于捕食者捕捉并吃掉猎物时，共生则描述两个物种之间紧密而长期的关系，当双方都受益时称为互利共生，一方受益而另一方不受影响时称为偏利共生，一方受益而另一方受损时称为寄生。
• 种群增长与负荷量, 被引入新环境的种群通常起初增长缓慢，随后在资源充裕时快速增长，最后在达到负荷量后于 S 形曲线中趋于平稳，负荷量是指该环境凭借其可用的食物、空间及其他资源所能持续供养的最大种群数量。
• 影响种群大小的因素, 依赖密度的因素，如食物供应、疾病与捕食，会随着种群变得更大、更拥挤而产生更强的限制作用；而不依赖密度的因素，如洪水、火灾或极端寒冷，则不论种群原本大小如何，都会以相近的比例使其减少。

快速回想清单

1. 你能定义并解释群落与生态系统吗？
2. 你能定义并解释取食关系吗？
3. 你能定义并解释能量流动吗？
4. 你能定义并解释养分循环吗？
5. 你能定义并解释种群生态吗？
6. 你能定义并解释生态金字塔吗？
7. 你能定义并解释生境与生态位吗？
8. 你能定义并解释物种间关系吗？
9. 你能定义并解释种群增长与负荷量吗？
10. 你能定义并解释影响种群大小的因素吗？

常见问题

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