第二节　食物链和食物网形成生态系统的营养结构

一、生态系统各生物之间单向的营养关系形成食物链和食物网

1．食物链

(1)概念：在生态系统各生物之间，通过一系列的取食和被取食关系，不断传递着生产者所固定的能量，我们把这种单向的营养关系称为食物链。

(2)类型

①捕食食物链：以生产者为起点的食物链。

②腐食食物链：以死亡生物或现成有机物为起点的食物链。

(3)主要存在类型

在大多数陆地生态系统和浅水生态系统中，常以腐食食物链为主。海洋生态系统则以捕食食物链为主。

2．食物网

(1)概念：由许多食物链彼此交错形成的复杂的单向的营养关系称为食物网。

(2)成因：在生态系统中一种绿色植物可能是多种植食动物的食物。而一种植食动物既可能食多种植物，也可能被多种肉食动物所食。自然界的每种生物都处于食物链的某个环节，伴随不同的食物链而与其他生物发生联系。

(3)意义：错综复杂的食物网是生态系统保持相对稳定的一个重要条件。如果一条食物链中某种生物减少或消失，则它在食物链上的位置可能由其他生物来取代。

(4)特点：一般认为，食物网越复杂，生态系统抵抗外界干扰的能力就越强。

3．营养级

(1)概念：处于食物链某一环节上的全部生物的总和称为营养级。

(2)级别：某一生态系统中所有的生产者为第一个营养级，所有的初级消费者为第二个营养级，所有的次级消费者为第三个营养级，以此类推。

(3)特点：通常情况下，营养级的位置越高，处于这个营养级的生物种类、个体数量和能量就越少。

二、某些有害物质会通过食物链不断地富集

1．概念：生物富集又称生物浓缩，是指生物体由于对环境中某些元素或难以分解的化合物的积累，使这些物质在生物体内的浓度超过环境中浓度的现象。

2．生物体吸收情况

(1)靠体表直接吸收，如藻类植物、原生动物和多种微生物等。

(2)靠根系吸收，如高等植物。

(3)从食物中进行吸收，如大多数动物。

3．特点：随着食物链的延长和营养级的增加，这些物质逐级积累和浓缩，使处于高位营养级的生物体内浓度高于处于低位营养级的生物。

三、生态系统各营养级间的生物量或个体数量关系呈金字塔形

1．生态金字塔的概念

把生态系统中各个营养级有机体的生物量、个体数量或能量，按营养级的顺序由低至高排列起来，所绘制的图形称为生态金字塔。

2．生态金字塔的类型

(1)生物量金字塔

①生物量的概念：生物量是指生物在某一特定时刻，单位面积或单位体积内实际存在的有机物质(包括生物体内所存的食物)的鲜重或干重总量，常以干重表示。

②生物量金字塔的特点：一般来说，在陆地和浅水生态系统中，生物量金字塔呈现下宽上窄的正金字塔形；在湖泊和开阔海洋的生态系统中，生物量金字塔会呈现下窄上宽的倒金字塔形。这是因为这两种生态系统中的生产者主要是单细胞藻类，这些藻类个体小、繁殖快，含纤维素少，世代周期短，只能积累较少的有机物，可以被浮游动物整个吞食和消化，从而迅速转化为下一营养级的生物量。

(2)数量金字塔

各营养级的生物个体数量也往往呈现正金字塔形。但是，在生产者数量少而个体非常巨大的情况下也会呈现倒金字塔形。

(3)能量金字塔

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．食物链和食物网被称为生态系统的营养结构。 (√)

2．食物链和食物网是物质和能量循环的主要途径。 (×)

提示：食物链和食物网是能量流动和物质循环的主要途径。

3．生态系统中的食物链的类型只有两种。 (×)

提示：食物链类型较多，主要有腐生链和捕食链。

4．热带雨林是地球上最稳定的生态系统。 (√)

5．一个生态系统中的营养级一般不超过5个。 (√)

6．数量金字塔可能倒置，但生物量金字塔不会倒置。 (×)

提示：数量金字塔可能倒置，生物量金字塔也可能会倒置。

　食物链、食物网及营养级

1．食物链的分析

2．食物网的分析

(1)营养级级别：同一种消费者在不同的食物链中，可以占有不同的营养级。如鹰在该食物网中分别占有第三、四、五3个营养级。

(2)种间关系：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，如蛇与鹰，两者之间既存在捕食关系，又存在竞争关系。

(3)生物种类与食物网的复杂程度：食物网的复杂程度主要取决于有食物联系的生物种类，而并非取决于生物数量。

3．食物网中生物数量变化的分析与判断

(1)食物链的第一营养级生物减少，相关生物都减少。

(2)“天敌”减少，被捕食者数量增多，但随着数量增多，种内斗争加剧，种群密度下降，直到趋于稳定。

(3)“中间”营养级生物减少的情况，举例如下：

若青蛙突然减少，则以它为食的蛇将减少，鹰过多捕食兔和食草鸟，从而导致兔、食草鸟减少，因鹰不只捕食蛇一种生物，它可以依靠其他食物来维持数量基本不变。

1．有同学认为，生态系统的结构指的就是食物链和食物网，试分析该同学的观点并解释原因。

提示：不对。生态系统的结构包括两个方面，一是组成成分：包括非生物的成分、生产者、消费者和分解者；二是营养结构：包括食物链和食物网。

2．有人认为，在一条食物链中，生产者的数量一定大于消费者的数量。试分析该观点并举例说明。

提示：不一定。生产者的数量大于消费者的数量：如食物链“草→昆虫→鸟”；生产者的数量小于消费者的数量：如食物链“树→虫→食虫鸟→猫头鹰”。

1．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。分析判断下列叙述错误的是(　　)

A．林中绿色植物是食物链的起点

B．蝉、螳螂、黄雀和鹰都是消费者

C．该食物链中螳螂属于第三营养级

D．鹰迁入增加了该树林中蝉及其天敌的数量

D　[林中绿色植物为生产者，是食物链的起点，A正确；在该树林中，绿色植物为生产者，蝉、螳螂、黄雀和鹰都是消费者，B正确；根据“螳螂捕蝉，黄雀在后”可写出食物链：植物→蝉→螳螂→黄雀，由此可以看出该食物链中螳螂属于第三营养级，C正确；鹰可以捕食黄雀，因此鹰迁入会导致黄雀数量减少，使螳螂的数量增加，蝉的数量减少，D错误。]

2．某生态系统中生活着大量动植物等生物，其中由7种生物组成的某食物网如图所示。下列有关叙述正确的是(　　)

A．该食物网中最短的食物链含有4个营养级

B．B、E全部生物个体组成该生态系统的第二营养级

C．食物链是因捕食关系而形成的，图中生物间只存在捕食关系

D．A为生产者，若A的数量减少，则其他生物的数量一定减少

A　[该食物网中最短的食物链为D→E→F→G、D→B→F→G，含有4个营养级，A正确；B、E全部生物个体组成该食物网的第二营养级，B错误；食物链是因捕食关系而形成的，图中生物间不是只存在捕食关系，如C和G之间既有捕食，也有竞争，C错误；A为生产者，若A的数量减少，B可以通过捕食更多的D而维持数量相对稳定，D错误。]

　“三步法”分析食物网

　有害物质通过食物链地富集

1．生物富集的概念

生物体从周围环境吸收、积蓄某种元素或难以降解的化合物，使其在机体内浓度超过环境浓度的现象，称作生物富集。

2．发生生物富集的条件

(1)富集物质在环境中的存在形式必须是比较稳定的。

(2)富集物质必须是生物体能够吸收的。

(3)富集物质在生物代谢过程中是不易被分解的。

3．常见存在生物富集现象的污染物

重金属如铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)等，人工合成的有机物如DDT、六六六等以及一些放射性物质。

4．富集的过程

(1)途径：食物链。

(2)实例——铅的富集过程

1．DDT作为杀虫剂使用，为什么会在顶级捕食者体内的脂肪中大量积累？

提示：DDT是一种有机氯农药，化学结构稳定，在环境中不易降解，通过生物富集现象在顶级捕食者体内的脂肪中大量积累。

2．施用农药DDT的地区，虽然占陆地面积的一小部分，可是在远离施药地区的南极地区，动物体内也发现了明显高于环境含量的DDT，这种现象说明了什么？

提示：生物富集具有全球性。

1．下列关于食物链和食物网的叙述，错误的是(　　)

A．食物网中的不同植食动物属于同一营养级

B．食物链和食物网为物质循环和能量流动提供了渠道

C．在一条捕食食物链中由生产者、消费者和分解者组成

D．难降解的有害物质会沿着食物链进行转移和富集

C　[食物网中的植食动物都属于第二营养级，A正确；生态系统的营养结构是食物链和食物网，是物质循环和能量流动的渠道，B正确；由捕食构成的食物链中只有生产者和各级消费者，不包含分解者，C错误；难降解的有害物质会沿着食物链转移和富集，D正确。]

2．科研人员为了了解某电镀厂排放的污水对附近池塘的污染程度，他们对池塘内几种生物体内残留的重金属铅的浓度进行了测量，数据如下表所示。则该池塘的这几种生物最可能构成的食物链(网)是(　　)

A．A→E→C→B→D

B．D→B→C→E→A

D　[有毒物质沿食物链逐级积累，所处营养级越低的生物有毒物质积累越少，所处营养级越高的生物有毒物质积累越多。从表格中可以看出，各种生物体内残留的重金属铅浓度从少到多依次是A(0.05)、E(0.50)、C(0.56)、B(7)、D(58)，其中E和C的重金属铅浓度差不多，所处营养级可能相同，因此这几种生物最可能构成的食物链是，A、B、C错误；D正确。]

　生态金字塔

1．比较三种类型的生态金字塔

2．生物量金字塔与数量金字塔的分析

(1)生物量金字塔：浮游植物的个体小，寿命短，又不断被浮游动物吃掉，所以某一时间浮游植物的生物量(用质量来表示)可能低于浮游动物的生物量。

(2)数量金字塔：许多昆虫生活在一株大树上时，该数量金字塔的塔形也会发生变化。

1．生态学中常以金字塔形象地说明营养级与能量、生物体个体数量、生物量之间的关系，是定量研究生态系统的直观体现。生态金字塔有能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔三种类型。结合如图，下列有关叙述正确的是(　　)

A．该金字塔可表示树林中树(①)、害虫(②)和食虫鸟(③)之间的个体数量关系

B．如果表示能量金字塔，则能量的流动方向只能依次是③→②→①

C．该金字塔可表示浮游植物(①)和浮游动物(②)的能量之间的关系

D．在城市生态系统中该金字塔中的①表示生产者

C　[营养级越高，含有的能量越少，但数量可以出现倒金字塔形，树上可以有很多虫子，显然不可用图示的金字塔表示，A错误；如果表示能量金字塔，位于塔基的是生产者，依次为第二营养级、第三营养级，则能量的流动方向只能是①→②→③，B错误；能量金字塔中，营养级越低，含有的能量越多，浮游植物处于第一营养级，含有的能量最多，浮游动物处于第二营养级，能量比第一营养级少，C正确；城市生态系统是特殊的人工生态系统，生产者数量少，流经城市生态系统的总能量大于该生态系统中所有生产者固定的太阳能总量，D错误。]

2．甲、乙、丙、丁是某同学绘制的生态金字塔，下列与之相关的说法，错误的是(　　)

甲　　　　 　　乙          丙　　　　　丁

A．生态金字塔包括能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔，基本呈现图丙所示形态

B．由于能量流动具有逐级递减的特征，能量金字塔通常呈现丙图所示形态

C．可用图乙表示某些生物数量金字塔

D．生态金字塔中每一层代表一个营养级，分解者不包含在其中

C　[生态金字塔包括能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔，大多数情况下呈现图丙所示的正金字塔形，A正确；能量沿食物链(网)流动时逐级递减，因此能量金字塔通常呈现正金字塔形，B正确；某些食物链，如树→虫→鸟，其数量金字塔可能如图甲，C错误；生态金字塔表示不同营养级上能量、生物量或数量的关系，不包含分解者，D正确。]

以生物富集的实验结果为真实情境信息，通过设问(1)考查科学思维；通过设问(2)考查生命观念。

(1)怎样推测该生态系统的食物链？(科学思维)

提示：在食物链中，营养级越高的生物，体内积累的有毒物质就越多，根据该点可推测该生态系统的食物链是丁→乙→甲→丙。

(2)经测定，该生态系统生物体内重金属浓度超过环境浓度，且营养级越高，生物体内重金属浓度的相对值越高，原因是什么？(生命观念)

提示：生物富集现象，重金属等有害物质可通过食物链富集。

[课堂小结]

1．下列选项对食物链的表达中，正确的是(　　)

A．草→昆虫→食虫鸟   B．食虫鸟→昆虫→草

C．草→食虫鸟→昆虫   D．虫→食虫鸟

A　[A项食物链正确的表示了生产者草与初级消费者食草昆虫、次级消费者食虫鸟三者的关系，A正确；食虫鸟属于消费者，而食物链的起点必须是生产者，B错误；食虫鸟捕食昆虫，C项两者关系反了，C错误；D项缺少生产者，D错误。]

2．如图为某生态系统的食物网，其中箭头未标出，已知图中各食物链的起点和终点是一致的。下列叙述正确的是(　　)

A．该食物网共有3条或4条食物链

B．若e为三级消费者，则c是生产者

C．若a属于第二营养级，则b一定是生产者

D．若e固定的能量最多，则e一定是生产者

D　[根据题干中“图中各食物链的起点和终点是一致的”可推出，该食物网的起点一定不是d，a、b、c、e都可以作为生产者，无论是其中哪一个作为生产者，该食物网都共有3条食物链，A错误；若e为三级消费者，则b或c是生产者，即食物链为b→a→d→e或c→a→d→e，B错误；当b或c为生产者时，a都属于第二营养级，C错误；根据能量流动的逐级递减性，可知固定能量最多的一定是生产者，如e固定的能量最多，则e是生产者，D正确。]

3．下图中Y、X、Z分别为某生态系统中第一、第二和第三营养级，每个营养级不同物种的个体数量如图甲所示(图中每一柱条代表一个物种)。一段时间后个体数量发生变化，结果如图乙所示。下列叙述错误的是(　　)

甲　　　　　　　　乙

A．同一营养级的生物之间存在竞争关系

B．对比两图，X营养级的生物被捕食的压力明显增加

C．一种生物在生态系统中的位置不可由其他生物代替

D．营养级的生物种类可以体现生态系统的营养结构复杂程度

C　[同一营养级的生物之间在空间、资源方面具有竞争关系，A正确；对比图甲、图乙可以看出，一段时间后，X营养级的生物数量减少，被捕食的压力明显增加，B正确；一种生物大量减少，其在生态系统中的位置可由同一营养级的其他生物代替，C错误；营养级的生物种类可以体现生态系统的营养结构复杂程度，一般来讲，生物种类越多，营养结构越复杂，D正确。]

4．棉铃虫是棉花蕾铃期主要的钻蛀性害虫，主要蛀食蕾、花、铃，也取食嫩叶。以下分析错误的是(　　)

A．棉铃虫属于群落中的第二营养级

B．棉铃虫属于群落中的消费者

C．棉铃虫对棉田的物质循环有促进作用

D．棉铃虫在棉田的能量金字塔中位于最底部

D　[棉铃虫以棉花嫩叶、花、铃为食，说明其为初级消费者，属于第二营养级，A、B正确；棉铃虫是消费者，消费者的作用是加速生态系统的物质循环，C正确；棉铃虫是消费者，在能量金字塔中位于最底部的是生产者，而不是消费者，D错误。]

5．图甲是某草原生态系统中几种生物之间的食物关系示意图，据图回答下列问题：

甲

乙

(1)图甲中共有________条食物链，蚱蜢属于________消费者。

(2)同时具有两个营养级的动物是________，占第__________营养级。

(3)蛇和鹰的关系是________________。

(4)给牧草施加含32P标记的复合肥后，检测32P在蚱蜢和青蛙体内的放射性强度，结果见图乙，图中B为__________。若增加对鹰和蛇体内的放射性强度的检测，则达到最高峰时的强度应________(填“高于”或“低于”)前两者。

(5)若蛇数量大量减少，则鹰的数量会________，青蛙的数量________。

[解析]　(1)图甲中共有4条食物链，蚱蜢处于第二营养级，属于初级消费者。

(2)鹰同时占第四、五两个营养级，其他生物都只有一个营养级。

(3)鹰能捕食蛇，且蛇和鹰都能捕食青蛙，因此蛇和鹰的关系有捕食和种间竞争两种。

(4)因蚱蜢所处的营养级低于青蛙，故青蛙体内的放射性出现的时间应落后且高于蚱蜢，因此图中B为青蛙。鹰和蛇所处的营养级高于蚱蜢和青蛙，因此放射性强度达到峰值时的强度应高于蚱蜢和青蛙。

(5)蛇数量大量减少，但蚱蜢和蟋蟀的数量不变，故青蛙数目基本不变，但蛇减少后，鹰能捕食青蛙，食物链缩短，则青蛙流向鹰的能量增加，因此鹰的数量增加。

[答案]　(1)4　初级　(2)鹰　四、五　(3)捕食和种间竞争　(4)青蛙　高于　(5)增加　基本不变