题型四 生态与环保综合应用

题型四生态与环保综合应用类型一关于种群数量变化和种群演替的综合【例1】某研究小组的同学利用样方法研究野山坡上A、B、C三个不同地点的植物群落，同时还测量了各种土壤特征和环境因素，结果见下表。根据所得数据回答问题：植物种类地点A地点B地点C非生物因素地点A地点B地点C草359风速低高高蕨类植物758距地面1.5米的光强低中高灌木1542土壤湿度（%）483515松树020土壤的有机物（%）6.53.8205落叶树2050土壤深度（cm）＞300≈100＜15土壤氨量（mg·kg-1）9.44.52.3（1）根据调查结果判断，物种丰富度最大的地点是。如果分别用甲、乙表示地点B中的两种松树，二者的关系可表示为下列图中的()（2）土壤中有机物的多少往往与土壤中动物种类的多少是分不开的，要调查植物群落土壤中的某种动物的种群密度，一般不能采用的理由是。（3）如果遭遇山火，山坡的植被被彻底烧光，那么原地点将发生的群落演替属于。（4）参考表中非生物因素，落叶树在地点C不能生长的原因是、（至少说出两个原因）。（5）若某一年，在这个山坡上的田鼠大量繁殖，会导致的结果是：草本植物会；当田鼠的数量多至以啃食草根为生时，则草本植物会；田鼠的数量会。解析据图表可知，A处植物的种类和数量都很多，所以三处相比，A处应该是物种丰富度最大的。要调查土壤中的某种生物，由于大多数土壤动物身体微小，活动范围小，标记个体很难与无标记个体充分混匀，所以不能用标志重捕法。生物的生长与周围的环境是密切联系的，落叶树多以高大乔木为主，只有在具有一定的土壤深度，适宜的湿度，土壤中氮磷等元素含量多的地方才能生长良好，因此C地点不适宜落叶树答案（1）AC（2）标志重捕法大多数土壤动物身体微小难以标记，且其活动范围小，标记个体很难与无标记个体充分混匀（3）次生演替（4）土壤深度不够，不足以支持高大树木的生长土壤湿度小，水分不足以支持树木的生长（或土壤氨的含量低，缺少养分供树木生长）（5）减少继续减少，甚至消亡，无法再生随之减少的生长。田鼠大量繁殖的结果是生产者草本植物数量急剧下降，当草根也被啃食，草木植物就无法再生；接着，田鼠之间会因缺乏食物发生种内斗争，数量也会减少。解法总结种群数量的变化规律在生物群落的演替，种群变化的预测以及农业生产中存在着广泛的应用，是一个重要考点。复习时，需要明确掌握几个关键点：（1）种群“J”型曲线增长型公式中的“λ”的理解所谓增长率是指在一段时间后的种群数量相对于初始种群数量的增加部分占初始数量的比例。公式可表示为：种群增长率=（Nt-Nt-1）/Nt-1=Nt/Nt-1-1=λ-1。公式变形可得λ=1+种群增长率，由“J”型增长曲线中种群增长率不变，故λ不变。显然，λ为某时段结束时种群数量的倍数，而非增长率。（2）种群增长率与增长速率的区分种群增长速率是种群数量在单位时间内的增加值，若用v表示增长速率，t为统计种群数量变化的时间，Nt-Nt-1为t时间内种群数量增加值，公式可表示为：v=（Nt-Nt-1）/t。种群增长速率不反映种群的起始数量，只与造成种群数量增加的时间和种群数量增加值的大小有关。根据种群增长率的公式可知：种群增长率与种群的起始数量呈反相关，与增加值呈正相关。即种群数量增加值不变时，种群起始数量越大种群增长率越小，反之，种群增长率越大；若统计时间相同，对一个种群而言，种群增长率与增长速率呈正相关，与初始数量的大小呈反相关，若增长速率不变，种群初始数量越大增长率越小，反之，种群增长率越大。由于种群初始数量的大小不同，增长速率大的增长率不一定大，增长速率小的增长率也不一定小，即不能把种群增长率与种群增长速率等同起来。（3）种群“S”型曲线中的K/2时增长速率最大。类型二关于生态系统的结构和功能的综合应用【例2】对生态系统中能量流动的研究可以在种群、食物链和生态系统三个层次上进行。1960~1962年，L.B.Slobodkin用一种单细胞藻来喂养水蚤，以不同的速率添加单细胞藻来控制食物供应量，还以各种速率移走水蚤并变更移走水蚤的年龄，测定不同年龄对能量转化效率的影响。他比较详细地研究了Y/I与各种因素的关系，其中Y代表收获量（即移走的水蚤量），I代表取食量（即添加的单细胞藻量，通常全部都被水蚤吃掉），请据图回答下列问题：（1）水蚤在生态系统中属于（成分），该实验研究的是在层次上的能量流动分析。（2）单细胞藻转化为水蚤生物量的效率为。（3）研究表明水蚤的Y总是远小于I，主要原因是，这体现了能量流动的特点是。（4）假如水蚤的呼吸量为R，单细胞藻未被利用的量为Q，请用等式表示它们与Y、I的关系。（5）Y/I与移走水蚤的年龄有关，此值在移走成年水蚤时较，而在移走幼年水蚤时较，试分析其原因。（6）这项研究对渔业生产所具有的指导意义是。解析单细胞藻为水蚤提供的能量，即水蚤的摄入量（I），水蚤的移走量代表水蚤合成的生物量（Y），用于水蚤的生长、繁殖等，储存在生物体中；水蚤摄入水藻后，有一部分未被利用以粪便（Q）形式被分解者分解，大部分被水蚤同化（I-Q），水蚤同化的能量即为输入到水蚤这个营养级的能量，一方面用于水蚤的呼吸作用（R），一方面用于水蚤自身的生长繁殖等生命活动（Y）。答案（1）消费者种群（2）Y/I（3）水蚤的呼吸消耗逐级递减（4）I=Y+R+Q（5）高低移走成年个体，使种群年龄趋向增长型，有利于种群增长（6）合理确定捕捞量，及时捕捞成鱼解法总结食物网中种群数量变化的连锁反应剖析由于生态系统中的各种生物之间总存在一定的营养联系，因此某生物种群的个体数量变化，常会导致与其相关的其他生物种群个体数量的变化，即引发连锁反应。如何分析连锁反应导致的种群变化，一直是困扰大多数学生的一个难题。现归纳如下：（1）单条食物链中生物数量变动关系单条食物链中的生物因只存在捕食与被捕食的关系，故其数量变动关系确认比较简捷，即若食物方减少则天敌方也减少，食物方增多，天敌方亦会随之增多。若天敌方增多，则食物方减少，天敌方减少，则食物方会增多；一般情况下，被捕食者的个体比捕食者小，被捕食者数量比捕食者数量要多得多。在生态系统中，捕食者数量先减少，则被捕食者数量就会增多；若捕食者数量增多，则被捕食者数量就会下降；还有一种极端现象可能使被捕食者数量难以恢复。（2）复杂食物网中某种群数量变化引起的连锁反应分析在一个复杂的食物网中，当某生物种群因某种原因而发生变化时，对另一种群生物数量的影响，沿不同的线路分析会有不同的结果，此时应遵循以下原则：①生产者相对稳定，即生产者比消费者稳定得多，所以当某一种群数量发生变化时，一般不用考虑生产者数量的增加或减少。②处于最高营养级的种群其食物有多种来源时，若其中一条食物链中断，则该种群的数量不会发生较大变化。③分析时以中间环节少的作为分析依据，考虑方向和顺序时，应从高营养级到低营养级。类型三关于人口、生态环境问题和生物多样性保护的综合【例3】有“植物王国”和“基因宝库”美称的云南，由于一些外来物种的入侵引发了生态危机。紫茎泽兰原产美洲，十多年前经东南亚侵入云南。紫茎泽兰的毒素会使牛羊中毒，其种子又多又小，散落范围大，生存能力强，能到处传播，所到之处其他草木都无法生长，紫茎泽兰生长特别快，正以每年三十公里的速度向我国北部地区蔓延，一直扩展到四川北部的凉山地区。（1）如果不能采取有效措施制止这场生态灾难，其严重后果是，并请预测自然状况下的最终结果是。（2）云南当地人称紫茎泽兰为霸王草，墨西哥人称之为魔草。魔草在墨西哥(原产地)与霸王草在凉山的情形是否相同？请作必要描述。（3）请你就本材料，提出能引起人们思考的问题或有价值的建议。。解析本题理解生物多样性面临威胁的关键是：被外来物种入侵的地区，一般会因为缺少天敌而使外来入侵物种得到较好的生存条件，其种群数量在一段时间内呈“J”型增长。答案（1）破坏当地生物资源，生态平衡被破坏通过长期的自然选择，建立新的平衡（2）不相同。在墨西哥，经长期自然选择，魔草与其他生物相互依赖和制约，彼此保持适度规模，形成和谐的生态系统；而在凉山地区，霸王草没有天敌，过度繁殖，造成生态灾难（3）如何消除这场生态灾难？从这一事件中人类应该吸取什么教训？（答案合理即可）解法总结当前生态学研究的热点问题（1）全球变暖：全球变暖主要是由人类活动导致的地球的较大变化。由于人类向大气中排放的二氧化碳过多，速度过快，使地球难以适应，导致了全球气候变暖，物种由低纬度地区向高纬度地区迁移，极端天气增加，海平面上涨等一系列问题，这就使得二氧化碳的减排成为一个紧要的问题。（2）恢复生态学：恢复生态学在我国南方研究开始较早。它主要研究自然界原有生长的植物，并按照自然植被原有的状况用人工的方式对其恢复，即原来的生境只长草，那么就恢复其植被为草地。例如对废弃的矿山、矿井原有植被的恢复，水土流失的干旱地区的退耕还林、还草。（3）生态系统：涵养水源，保持水土是森林生态系统的主要功能，还有助于维持生物多样性。但是森林涵养水源的功能不是绝对的、万能的，例如，西部过于干旱的地区，因环境因素不适于种植森林，那么还要种植森林来涵养水源，就起不到森林应有的作用。生态效益是对生态系统服务功能的评价，生态系统的生态效益要远远大于生态系统的经济效益，破坏生态系统的行为得不偿失。（4）沙尘暴：沙尘暴是一个越来越严重的问题，沙尘暴的扬尘、扬沙部分来自本地，更多的是来自外地。治理沙尘暴的关键是在起沙地区恢复植被，即用人工方式根据恢复生态学恢复其原有植被。（5）生态安全：生态安全是一个新问题，包括食品安全等。环境污染，人口剧增，资源开发过度，都会增加社会不安定因素，产生生态难民。1.如图表示生态系统内各种成分相互的作用关系。据图回答：（方括号内写字母）（1）该生态系统的能量流动是从［］的开始的。（2）G代表，它是所产生的。（3）F的作用是。（4）如果发生瘟疫，初级肉食动物大量死亡，C将发生的变化是，E将发生的变化是。（5）如果C的总能量为5000千焦，E的总能量最多是千焦。解析本题中B是生产者，C是植食动物属初级消费者，D是次级消费者，E应是这里的最高营养级。要求E得最多总能量，按能量的传递效率20%来计算，所以从C到E最多应是5000×20%×20%=200千焦。图中G是从所有生物排到无机环境的，应该是CO2。题图中D初级肉食动物大量死亡，因为没有天敌，所以C增多，E会因为缺少食物导致数量减少。答案（1）A太阳能（2）CO2生物的呼吸作用（3）分解生态系统中的其他生物成分，实现物质循环（4)数量增多数量减少（5）2002.某校生物研究性学习小组在对某森林生态系统进行种群密度调查后，得到如下统计数据：第一年第二年第五年第八年甲种群449041206710乙种群2012032104500请根据以上调查结果回答下列问题：（1）甲种群与乙种群之间存在着关系，可能是导致甲种群密度变化的重要因素。而影响甲种群密度变化的其他生物因素可能还有。（2）甲种群和乙种群若为生态系统的生产者，那么它们为其他生物的生存提供所需的。（3）从甲、乙两个种群的演替过程，可以说明生态系统具有能力。（4）甲种群逐渐减少，甚至可能灭绝的情况，给该生态系统造成的影响可能是。（5）甲种群植物可能灭绝的内在因素是。解析从表格所给数据可知，甲、乙两种群数量变化明显相反，所以可推测它们之间存在着竞争关系，影响种群变化的因素有生物因素和非生物因素，这里其他生物因素应该还包括种内斗争、寄生、捕食等。生态系统中的生产者为其他生物提供能量和有机物。生态系统的自我调节能力是有限的，如果生态系统中的生物类群少，则它的调节能力相对就弱,相对应的生物之间的相互影响作用就强,物种灭绝的可能性就大。答案（1）竞争种内斗争、寄生、捕食等（2）能量和有机物（3）自我调节（4）以甲种群植物为食的其他生物也随之减少，甚至灭绝（5）缺乏有利变异3.下图所示为某人工池塘生态系统的主要食物链（除去太阳能环节），括号内前一数值表示一年内该营养级生物的总能量，后一数值表示一年内该营养级生物同化的总能量，单位为J/（cm2·a），据图回答问题：（1）