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生物与环境

IGCSE 生物 · 第 19 主题

训练
讲义 词汇表
19.1

能量流动

大纲
Core Supplement
1 State that the Sun is the principal source of energy input to biological systems
2 Describe the flow of energy through living organisms, including light energy from the Sun and chemical energy in organisms, and its eventual transfer to the environment

来源:剑桥国际大纲

太阳是几乎所有生命的能量(energy)的主要来源。植物通过光合作用(photosynthesis)捕获光能并把它作为化学能储存在食物中。这个能量随即随着生物取食从一个生物传到另一个。在每一步,一些能量被损失(大多作为来自呼吸作用(respiration)的热)到环境(environment)中。能量单向流动——它不被回收。

探索

Energy flow through a food chain

Energy from the Sun enters living things through plants, then passes along the food chain — losing a lot at each step.

词汇表 训练
英文 中文 拼音
energy 能量 néng liàng
photosynthesis 光合作用 guāng hé zuò yòng
respiration 呼吸作用 hū xī zuò yòng
environment 环境 huán jìng
19.2

食物链与食物网

大纲
Core Supplement
1 Describe a food chain as showing the transfer of energy from one organism to the next, beginning with a producer
2 Construct and interpret simple food chains
3 Describe a food web as a network of interconnected food chains and interpret food webs
4 Describe a producer as an organism that makes its own organic nutrients, usually using energy from sunlight, through photosynthesis
5 Describe a consumer as an organism that gets its energy by feeding on other organisms
6 State that consumers may be classed as primary, secondary, tertiary and quaternary according to their position in a food chain
7 Describe a herbivore as an animal that gets its energy by eating plants
8 Describe a carnivore as an animal that gets its energy by eating other animals
9 Describe a decomposer as an organism that gets its energy from dead or waste organic material
10 Use food chains and food webs to describe the impact humans have through overharvesting of food species and through introducing foreign species to a habitat
11 Draw, describe and interpret pyramids of numbers and pyramids of biomass 15 Draw, describe and interpret pyramids of energy
12 Discuss the advantages of using a pyramid of biomass rather than a pyramid of numbers to represent a food chain 16 Discuss the advantages of using a pyramid of energy rather than pyramids of numbers or biomass to represent a food chain
13 Describe a trophic level as the position of an organism in a food chain, food web or ecological pyramid
14 Identify the following as the trophic levels in food webs, food chains and ecological pyramids: producers, primary consumers, secondary consumers, tertiary consumers and quaternary consumers
17 Explain why the transfer of energy from one trophic level to another is often not efficient
18 Explain, in terms of energy loss, why food chains usually have fewer than five trophic levels
19 Explain why it is more energy efficient for humans to eat crop plants than to eat livestock that have been fed on crop plants

来源:剑桥国际大纲

非洲稀树草原上的大象
一个稀树草原生态系统:由取食关系连接的生物。

一个食物链(food chain)显示能量从一个生物到下一个的转移,以一个生产者开始。每个箭头指向能量流动的方向:

草 → 兔子 → 狐狸

一个食物链:草(生产者)到兔子(初级消费者)到狐狸(次级消费者),箭头显示能量沿这条链流动
一个食物链:箭头显示能量从生产者传给消费者

一个食物网(food web)是许多食物链连接在一起。

一个食物网:草和三叶草被一只兔子、昆虫和老鼠吃,它们又被一只狐狸和一只鸟吃,箭头显示能量流动
一个食物网是几个食物链连接在一起

Producers, consumers and decomposers

类型 意义
生产者(producer) 制造它自己的食物(有机营养物质(nutrients)),通常通过光合作用
消费者(consumer) 通过取食其他生物得到它的能量
食草动物(herbivore) 一个吃植物的消费者
食肉动物(carnivore) 一个吃其他动物的消费者
分解者(decomposer) 从死的或废物材料得到它的能量,引起分解(decomposition)

消费者按它们的位置命名:一个初级消费者吃生产者;一个次级消费者吃初级消费者;然后是三级四级消费者。

Trophic levels and pyramids

一个营养级(trophic level)是一个生物在一个食物链中的位置(生产者第一,然后初级消费者,如此等等)。你可以把一个食物链显示为一个金字塔(pyramid):

  • 一个数量金字塔数每一级的生物。
  • 一个生物量金字塔(pyramid of biomass)显示每一级的总质量——通常是一个更好的图景,因为它不取决于生物有多大。
  • (补充) 一个能量金字塔显示每一级的能量——所有中最有用的图景。
一个金字塔,生产者在宽底,然后初级消费者、次级消费者和顶部的食肉动物在窄尖;能量在每一级作为热损失,所以只有约 10% 往上传
只有约 10% 的能量往每一级上传,所以各级变小

Energy loss along a chain (Supplement)

只有约 10% 的一个营养级的能量传到下一个。其余的作为热(来自呼吸作用)、在运动中和在废物中损失。因为损失了这么多能量,食物链通常有少于五个营养级。人们直接吃农作物(crop plants)比吃被那些作物喂养的动物更节能,因为每个额外的级浪费能量。

例题。 一片田地里的生产者固定了 40 000 kJ 的能量。大约有多少能到达次级消费者?为什么食物链都很短?每一步大约只有 10% 传递下去。初级消费者得到 40 000 的 10% = 4000 kJ。次级消费者得到 4000 的 10% = 400 kJ - 只有植物所固定能量的 1%。经过几个营养级之后,剩下的能量已经少到无法再支撑一级,所以食物链很少超过五级。10% 要在每一步都再用一次,而不是整条链只用一次。

Human impact

人类能通过以下损害食物网:

  • 过度捕捞(overharvesting)——取太多的一个物种(如过度捕鱼),所以它的数目崩溃。
  • 引入一个外来物种(foreign species)——一个新物种可能没有捕食者,并可能挤走本地物种。
探索

Food web energy route

Move energy from producer to consumers and see why each link loses energy.

探索

Build the pyramid of energy

Drag the energy the plants capture and watch only a tenth pass up each level — so the top predator is left with almost nothing.

词汇表 训练
英文 中文 拼音
food chain 食物链 shí wù liàn
food web 食物网 shí wù wǎng
producer 生产者 shēng chǎn zhě
nutrients 营养物质 yíng yǎng wù zhì
consumer 消费者 xiāo fèi zhě
herbivore 食草动物 shí cǎo dòng wù
carnivore 食肉动物 shí ròu dòng wù
decomposer 分解者 fēn jiě zhě
decomposition 分解 fēn jiě
trophic level 营养级 yíng yǎng jí
pyramid 金字塔 jīn zì tǎ
biomass 生物量 shēng wù liàng
crop plants 农作物 nóng zuò wù
overharvesting 过度捕捞 guò dù bǔ lāo
foreign species 外来物种 wài lái wù zhǒng
species 物种 wù zhǒng
ecosystem 生态系统 shēng tài xì tǒng
19.3

营养物质循环

大纲
Core Supplement
1 Describe the carbon cycle, limited to: photosynthesis, respiration, feeding, decomposition, formation of fossil fuels and combustion
2 Describe the nitrogen cycle with reference to: • decomposition of plant and animal protein to ammonium ions • nitrification • nitrogen fixation by lightning and bacteria • absorption of nitrate ions by plants • production of amino acids and proteins • feeding and digestion of proteins • deamination • denitrification
3 State the roles of microorganisms in the nitrogen cycle, limited to: decomposition, nitrification, nitrogen fixation and denitrification (generic names of individual bacteria, e.g. Rhizobium, are not required)

来源:剑桥国际大纲

不像能量,营养物质被回收——一遍又一遍地使用。

The carbon cycle

碳循环(carbon cycle)中:

  • 光合作用从空气中移除二氧化碳(carbon dioxide)。
  • 呼吸作用和燃烧(combustion,烧)把二氧化碳还给空气。
  • 取食把碳从一个生物传给下一个。
  • 分解把碳还给空气和土壤。
  • 经过数百万年,死的生物能构成化石燃料(fossil fuels,煤和油),它们在被烧时释放二氧化碳。
碳循环:光合作用把二氧化碳从空气带进植物;呼吸作用、化石燃料的燃烧,以及死物的腐烂把它还回;取食把碳传给动物
碳循环:光合作用移除 CO₂;呼吸作用、燃烧和腐烂把它还回

The nitrogen cycle (Supplement)

氮循环(nitrogen cycle)回收氮以制造蛋白质(proteins)。微生物(microorganisms)做大多数工作:

  • 分解:分解者把死的蛋白质分解成铵离子(ammonium ions)。
  • 硝化作用(nitrification):细菌把铵离子变成硝酸根离子(nitrate ions)。
  • 固氮作用(nitrogen fixation):闪电和一些细菌(bacteria)把氮气变成植物能用的化合物。
  • 植物吸收硝酸根离子以制造氨基酸(amino acids)和蛋白质;动物通过取食和消化(digestion)得到它们。
  • 脱氨基作用(deamination,在肝脏中)和分解再次释放氮化合物。
  • 反硝化作用(denitrification):一些细菌把硝酸根离子变回氮气。
氮循环:固氮作用把氮气变成硝酸盐、植物吸收硝酸盐以制造蛋白质、分解制造铵离子、硝化作用把这些变回硝酸盐,而反硝化作用把氮气还给空气
氮循环:微生物在空气、土壤和生物之间移动氮
探索

The carbon cycle

Carbon moves between the air, living things and the ground in a never-ending cycle.

词汇表 训练
英文 中文 拼音
carbon cycle 碳循环 tàn xún huán
carbon dioxide 二氧化碳 èr yǎng huà tàn
combustion 燃烧 rán shāo
fossil fuels 化石燃料 huà shí rán liào
nitrogen cycle 氮循环 dàn xún huán
proteins 蛋白质 dàn bái zhì
microorganisms 微生物 wēi shēng wù
ammonium ions 铵离子 ǎn lí zi
nitrification 硝化作用 xiāo huà zuò yòng
nitrate ions 硝酸根离子 xiāo suān gēn lí zi
nitrogen fixation 固氮作用 gù dàn zuò yòng
bacteria 细菌 xì jūn
amino acids 氨基酸 ān jī suān
digestion 消化 xiāo huà
deamination 脱氨基作用 tuō ān jī zuò yòng
denitrification 反硝化作用 fǎn xiāo huà zuò yòng
19.4

种群

大纲
Core Supplement
1 Describe a population as a group of organisms of one species, living in the same area, at the same time
2 Describe a community as all of the populations of different species in an ecosystem
3 Describe an ecosystem as a unit containing the community of organisms and their environment, interacting together
4 Identify and state the factors affecting the rate of population growth for a population of an organism, limited to food supply, competition, predation and disease
5 Identify the lag, exponential (log), stationary and death phases in the sigmoid curve of population growth for a population growing in an environment with limited resources
6 Interpret graphs and diagrams of population growth 7 Explain the factors that lead to each phase in the sigmoid curve of population growth, making reference, where appropriate, to the role of limiting factors

来源:剑桥国际大纲

一个满是鱼的珊瑚礁
一个珊瑚礁是一个支持许多相互依赖物种的丰富生态系统。
  • 一个种群(population)是一个物种(species)的一组生物,在同一个时间生活在同一个区域。
  • 一个群落(community)是一个地方所有不同物种的所有种群。
  • 一个生态系统(ecosystem)是群落连同它的环境,全部相互作用。

Population growth

一个种群的增长取决于食物供应、竞争(competition)、捕食(predation,被吃)和疾病。

当一个种群在一个资源有限的地方增长时,它的增长遵循一条 S 形曲线,带四个阶段:

阶段 发生什么
延迟期(lag phase) 起初缓慢的增长,当数目还小时
对数期(exponential phase) 非常快的增长,有大量的食物和空间
稳定期(stationary phase) 增长停止;出生 ≈ 死亡(一个限制因素(limiting factor)如食物拖住它)
衰亡期(death phase) 随着食物用尽、废物积累,或疾病传播,数目下降
一条随时间的 S 形种群增长曲线,标出四个阶段:一个缓慢的延迟期、一个快的对数期、一个平的稳定期,和一个下降的衰亡期
一个有限空间中的种群分四个阶段增长:延迟、对数、稳定、衰亡
探索

How a population grows

Change the growth rate and the carrying capacity. Growth is fast at first, then levels off as resources run short.

词汇表 训练
英文 中文 拼音
population 种群 zhǒng qún
community 群落 qún luò
competition 竞争 jìng zhēng
predation 捕食 bǔ shí
resources 资源 zī yuán
lag phase 延迟期 yán chí qī
exponential phase 对数期 duì shù qī
stationary phase 稳定期 wěn dìng qī
limiting factor 限制因素 xiàn zhì yīn sù
death phase 衰亡期 shuāi wáng qī
19.4

考试技巧

  • 能量从太阳进入、沿链单向流动,并在每一步作为热损失。营养物质被回收。
  • 食物链以一个生产者开始;箭头显示能量流动。学习生产者、消费者、食草动物、食肉动物、分解者。
  • 只有 ~10% 的能量往每个营养级上传,所以链短,而吃植物更高效。
  • 碳循环:光合作用 ↔ 呼吸作用和燃烧;氮循环(补充):微生物的固氮、硝化、反硝化。
  • 种群:一个物种、一个区域、一个时间。学习 S 形增长曲线的四个阶段。

本主题的互动课程

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