# 核心：生态系统

> IB 生物 HL · IB 生物 HL 2025+ 教学大纲
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-biology-hl-u1-core-ecosystems/

本子主题涵盖生态系统的核心结构与功能，包括区分生物成分和非生物成分、营养级间的能量传递以及物质循环。我们还会讲解生态金字塔和食物网构建。

**先修:** [基础细胞生物学](https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-biology-hl-u1-cell-introduction/); [生物分类](https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-biology-hl-u1-classification/)

## 学习目标

- 区分生态系统的生物成分和非生物成分
- 解释能量流动和物质循环的区别
- 根据营养级和摄食方式对生物进行分类
- 解读和构建生态金字塔

## 生态系统的关键成分

**生态系统** — 相互依存的活生物（生物成分）与其非生物物理环境相互作用，形成的稳定自我维持系统

*例:* 一个小池塘或一片大型温带森林都是生态系统的例子

生态系统的大小差异极大，从一小块土壤到整个生物群系都可以是生态系统。所有生态系统都需要持续输入外部能量（几乎都是太阳能）来维持功能，而营养物质则在系统内持续循环。

**例题:** 区分岩质潮间带的生物因子和非生物因子，各举两个例子。

1. 首先，定义这两个类别：
2. 生物因子 = 生态系统中所有有生命的成分；非生物因子 = 所有非生物的物理/化学成分。
3. 生物因子的两个例子：贻贝种群、海葵种群
4. 非生物因子的两个例子：海水盐度、岩石表面温度

> **考试提示:** 在P2中被要求区分术语时，一定要给出具体例子才能拿满分。

## 摄食关系与营养级

**营养级** — 生物在食物链中所处的位置，由其与生态系统中其他生物的摄食关系定义

生物按摄食方式分类：生产者是通过光合作用合成自身有机物的自养生物。消费者是以其他活生物为食的异养生物。食碎屑生物和腐生生物都是分解者，它们分解死亡有机物以循环利用营养物质。

> **warning**
>
> 食碎屑生物和腐生生物的区别是本主题最常考的知识点之一。

**例题:** 按营养级和摄食方式对以下生物进行分类：橡树、狐狸、蘑菇、蚯蚓。

1. 橡树：生产者（自养生物），营养级1。通过光合作用合成有机物。
2. 狐狸：次级/三级消费者（异养生物），以其他消费者为食，营养级3或4。
3. 蘑菇：腐生分解者，在体外分解死亡有机物以循环利用营养物质。
4. 蚯蚓：食碎屑分解者，在体内消化落叶中的死亡有机物。

## 能量流动与生态金字塔

能量在生态系统中仅单向流动，这与持续循环的营养物质不同。只有约10%的能量能从一个营养级传递到下一个，因为大部分能量通过细胞呼吸以热能形式散失，或残留在未利用的废物中。

**例题:** 如果某生态系统中的生产者从太阳光捕获了10,000 kJ能量，你预期三级消费者的能量是多少？

1. 应用营养级间的10%能量传递法则。从生产者水平（营养级1）开始：10,000 kJ。
2. 初级消费者（营养级2）：10,000的10% = 1000 kJ。
3. 次级消费者（营养级3）：1000的10% = 100 kJ。
4. 三级消费者（营养级4）：100的10% = 10 kJ。最终答案 = 10 kJ。

生态金字塔表示每个营养级的生物数量、生物量或能量。能量金字塔总是正立的，因为更高营养级的能量总是减少。数量金字塔和生物量金字塔可以是倒置的，例如当一棵大型生产者（一棵树）支撑许多小型植食动物时。

## 物质循环

与能量不同，碳、氮、水等营养物质在生态系统中持续循环。分解者在分解死亡有机物、将无机营养释放回土壤和大气供生产者重新利用方面发挥着至关重要的作用。

**例题:** 解释腐生生物在碳循环中的作用。

1. 腐生生物（真菌和细菌）将消化酶分泌到死亡动植物的死亡有机物上。
2. 酶将复杂有机碳化合物分解为更小的分子，供腐生生物吸收用于生长。
3. 腐生生物的呼吸作用将二氧化碳释放回大气，可供生产者在光合作用中固定，完成循环。

## 常见错误

- **错误做法:** 声称营养物质和能量一样在生态系统中单向流动
  - 原因: 能量从太阳持续输入并以热能形式散失，因此单向流动。地球的营养物质是有限的，必须循环利用。
  - 正确做法: 说明能量单向流动，而营养物质通过分解者持续循环。
- **错误做法:** 混淆食碎屑生物和腐生生物，将真菌归类为食碎屑生物
  - 原因: 食碎屑生物在体内摄入死亡有机物，而腐生生物经体外消化后吸收营养。
  - 正确做法: 将真菌/细菌归类为腐生生物，将蚯蚓/蜣螂归类为食碎屑生物。
- **错误做法:** 声称所有生态金字塔都是正立的
  - 原因: 只有能量金字塔符合这个规律；数量金字塔和生物量金字塔可以倒置。
  - 正确做法: 仅说明能量金字塔总是正立的；其他类型的金字塔可以倒置。
- **错误做法:** 声称生产者捕获了入射太阳能的10%
  - 原因: 生产者仅通过光合作用捕获约1%的入射太阳能；10%是营养级之间的传递效率。
  - 正确做法: 记住生产者捕获1%，营养级间传递10%。
- **错误做法:** 将生产者归类为异养型
  - 原因: 生产者合成自身的有机物，因此是自养型，不是异养型。
  - 正确做法: 将生产者归类为自养生物；所有消费者和分解者都是异养生物。

## 速查表

| 成分 | 定义 | 核心要点 |
| --- | --- | --- |
| 生态系统 | 群落 + 非生物环境 | 需要持续能量输入 |
| 生物成分 | 有生命成分 | 例如：植物、动物、细菌 |
| 非生物成分 | 无生命成分 | 例如：温度、pH、水 |
| 生产者 | 自养生物，营养级1 | 捕获1%太阳能 |
| 10%法则 | 营养级间的能量传递 | 90%以热能散失 |
| 能量金字塔 | 每个营养级的能量 | 总是正立 |
| 食碎屑生物 | 摄入死亡有机物 | 例如：蚯蚓 |
| 腐生生物 | 吸收消化后的死亡物质 | 例如：真菌、细菌 |
| 能量 | 在生态系统中的移动 | 单向流动，不循环 |
| 营养物质 | 生长所需元素 | 通过分解者循环 |

## 下一步

理解生态系统的核心结构是IB生物 HL后续所有生态学主题的基础。这些知识能帮助你理解气候变化影响、物种相互作用和保护生物学，这些内容在P1和P2中都经常考查。接下来，你将在此核心知识的基础上，更详细地探索具体的物质循环，包括碳循环及其与气候变化的联系。你还将学习种群动态、环境容纳量和人类对生态系统的影响，这些都是P2中常见的拓展回答题考点。掌握这里涵盖的基础术语和概念，会让这些更高级的主题容易理解得多。

- [AHL：分子多样性](https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-biology-hl-u1-ahl-molecular-diversity/)
- [AHL: 细胞多样性与内共生](https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-biology-hl-u1-ahl-cell-diversity-and-endosymbiosis/)
- [AHL: 支序分类学与分类](https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-biology-hl-u1-ahl-cladistics-and-classification/)

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