第六章 第二节 生态系统与生物圈（课件）-《生物基础》（高教版）同步精品课堂

第六章 生物与环境 第二节 生态系统与生物圈（2课时） 高等教育出版社第1版 《生物基础》 教学目标 一 掌握种群、生物群落、生态系统和生物圈的概念及其层次关系； 理解生态系统的四种基本成分及其作用，掌握食物链与食物网的概念； 理解生态系统能量流动的过程、特点和意义；掌握物质循环的基本过程。 教学重难点 二 能量流动特点的理解与能量金字塔的构建；抵抗力稳定性与恢复力稳定性关系的理解 生态系统的成分与营养结构；生态系统能量流动的过程与特点；生态平衡的概念 重点 难点 导入新课 三 “上节课我们学习了生态因子，知道了每个生物都受环境的影响。那么，在一定的区域里，所有的生物和它们的环境是彼此孤立的吗？” “今天，我们就来学习生物是如何组织起来，与环境构成一个个生命系统的——这就是‘生态系统与生物圈’。” 个体 → 种群 → 生物群落 → 生态系统 → 生物圈 新知讲授 四 一、种群 （一）种群的概念 种群是一定时期内占据特定空间的同种生物个体的集合。自然种群具有3个特征： (1)空间特征。即种群具有一定的分布区域和分布形式。 (2)数量特征。即有一定密度、出生率、死亡率、年龄结构和性别比例，每单位面积(或空间) 上的个体数量(即密度)随时间而发生变动。 (3)遗传特征。种群有一定的外形特征，即种群具有特定的基因组成，以区别其他物种。 新知讲授 四 一、种群 （二）种群的数量特征 1. 种群密度 种群密度即单位空间内某种群的个体数量。不同种群的密度变异很大。种群密度是一个变量，随时间更替，数量也有变化。在适宜条件下种群密度大；反之则小。稻田中的飞蝗，在夏天种群密度较高， 秋末则密度降低。 2. 出生率和死亡率 出生率指种群中单位数量的个体在单位时间内新产生的个体数目。死亡率则指种群中单位 数量的个体在单位时间内死亡的个体数目。出生率和死亡率是决定种群大小和密度的重要 因素。 新知讲授 四 作业 3. 年龄结构 年龄结构是指一个种群中各年龄期的个体数目的比例。种群的年龄结构与出生率和死亡率 密切相关。 增长型：幼年多，老年少 → 种群扩张 稳定型：各年龄比例均衡 → 种群稳定 衰退型：幼年少，老年多 → 种群萎缩 应用：人口政策、资源管理 一、种群 （二）种群的数量特征 新知讲授 四 作业 一、种群 （二）种群的数量特征 4. 性别比例 性别比例指种群中雌雄个体的数量比，它直接影响种群的配偶关系和繁殖潜力，进而调控种群密度。例如，农业生产中常利用性引诱剂诱杀雄性害虫，破坏其正常性别比例，以降低种群繁殖率。 从增长潜力看，物种在理想条件下（如食物充足、空间无限）可呈现指数级增长，如细菌在36小时内可繁殖出巨量后代。然而在自然界中，受空间、食物等限制因素的制约，种群增长终会趋于平衡，数量保持相对稳定。 新知讲授 四 作业 二、生物群落 (一)生物群落的概念及特征 定义：在一定的自然区域内，相互之间具有直接或间接关系的各种生物的总和，称为生物群落，简 称群落。 特征： 一定的物种组成：即每个群落都由一定的植物、动物、微生物种群组成，物种组成不同是区别不同群落的首要 特征。 一定的外貌和结构：生物群落具有外貌和一系列的结构特点，包括形态结构、生态结构和营养结构。 形成群落环境：即生物群落对其居住环境产生重大影响，并形成群落环境。 物种间相互影响：物种能够组合在一起构成一个群落，应具备两个条件： 一是必须共同适应它们所处的无机环境；二是它们内 部的相互关系必须取得协调、平衡。 新知讲授 四 作业 二、生物群落 (一)生物群落的概念及特征 一定的动态特征 生物群落的动态包括群落的昼夜活动规律、季节变化与年度变化、演替与演化等。 一定的分布范围 任一群落都分布在特定地段或特定生存环境中，不同群落的生存环境和分布范围不同。 群落的边界特征 在自然条件下，有的群落具有明显的边界，有的则不具有明显边界，而处于连续变化中。 新知讲授 四 作业 二、生物群落 (二)群落中物种的组成 自然群落物种丰富，种群间关系复杂，构成具有内在联系和自我调节能力的整体，能保持相对稳定，各物种数量动态平衡而不会无故骤增或消失；相比之下，人为生物群落（如单一作物农田）物种稀少，种群数量易受干扰，一旦天敌缺失，某些害虫可能暴发。群落中物种数量不均，那些数量多、生产力高并在结构中起主导作用的物种称为优势种，其具体类型因群落结构与组成的不同而异。 新知讲授 四 作业 二、生物群落 (三)生物群落的结构 垂直结构（分层现象） 定义：群落的垂直结构主要是指在生活空间的垂直方向上，种群分布具有明显的分层现象。 森林：乔木层→灌木层→草本层→地被层 动物对应分布 新知讲授 四 作业 二、生物群落 (二)群落中物种的组成 水平结构（镶嵌分布）： 群落的水平结构是指在生活空间的水平方向上，由于地形的起伏、光照的明暗、湿度的大小 等因素的影响，不同地段往往分布着不同的种群，种群的密度也有差别。如林窗与林下植被不同。 师生互动 五 作业 1. 下列关于“种群”概念的描述，最准确的是： A. 生活在同一地区的所有生物 B. 一定时期内占据特定空间的同种生物个体的集合 C. 具有相同形态特征的所有生物 D. 生活在相似环境中的所有生物 答案与解析：B 解析：选项B是教材中给出的准确定义，强调了“同种”和“一定时空”两个关键点。A描述的是群落，C和D都不是严格的定义。 师生互动 五 作业 2. 生物群落的定义是： A. 同一地区所有生物的总和 B. 相互竞争的同种生物集合 C. 具有捕食关系的生物集合 D. 生活在相似环境中的生物 答案与解析：A 解析：教材定义：“在一定的自然区域内，相互之间具有直接或间接关系的各种生物的总和，称为生物群落”。B描述的是种内关系，C描述的是部分种间关系，D描述的是生态位相似的生物。 师生互动 五 作业 3. 造成群落水平结构差异的主要因素是： A. 光照强度的不同 B. 土壤养分的差异 C. 地形起伏的变化 D. 以上都是 答案与解析：D 解析：教材说明：“在生活空间的水平方向上，由于地形的起伏、光照的明暗、湿度的大小等因素的影响，不同地段往往分布着不同的种群”。土壤养分、湿度等都包含在内。 新知讲授 四 作业 三、生态系统 定义：生物群落 + 无机环境 = 统一整体 范围可变：池塘、森林、农田、地球 基本特征： 结构与功能单位 具有自调节能力 三大功能：能量流、物质循环、信息传递 新知讲授 四 作业 三、生态系统 (一)生态系统的成分 1. 非生物物质和能量 阳光、空气、水、无机盐 2. 生产者 自养生物（绿色植物、藻类） 生态系统的基石 3. 消费者 异养生物（动物） 初级、次级、三级消费者 4. 分解者 异养生物（细菌、真菌） 物质循环的关键 新知讲授 四 作业 三、生态系统 (二)食物链与食物网 食物链 定义：生物间因食物关系形成的链状联系 示例：草→蝗虫→青蛙→蛇→鹰 营养级： 第一营养级：生产者（草） 第二营养级：初级消费者（蝗虫） 第三营养级：次级消费者（青蛙） 第四营养级：三级消费者（蛇） 第五营养级：四级消费者（鹰） 特点：一般不超过5个环节 新知讲授 四 作业 三、生态系统 (二)食物链与食物网 食物网 定义：许多食物链相互交错形成的复杂网络 特点： 一种生物可处于多个营养级 食物网越复杂，生态系统越稳定 意义：维持生态平衡，缓冲物种变化的影响 新知讲授 四 作业 三、生态系统 (三)生态系统的类型 陆地生态系统 森林、草原、农田、荒漠 水域生态系统 海洋、淡水（河流、湖泊、池塘） 新知讲授 四 作业 三、生态系统 (四)生态系统的功能 1.能量流动 能量来源：太阳能（绝大多数） 流动渠道：食物链（网） 关键点：每个环节大部分能量通过呼吸作用以热能散失 新知讲授 四 作业 能量流动的特点 1. 单向流动 不可逆，不循环 2. 逐级递减 传递效率约10%-20% 形成能量金字塔 三、生态系统 (四)生态系统的功能 新知讲授 四 作业 能量金字塔 层级：生产者→初级消费者→次级消费者→三级消费者 启示： 食物链长度有限 人类应缩短食物链以提高能量利用率 如：多吃植物性食物更“节能” 三、生态系统 (四)生态系统的功能 新知讲授 四 作业 三、生态系统 (四)生态系统的功能 2.物质循环 定义：化学元素在生物与非生物环境间的循环 特点：全球性、循环性 主要元素：C、H、O、N、P、S 与能量流动的关系： 物质是能量的载体 能量是物质循环的动力 新知讲授 四 作业 三、生态系统 (四)生态系统的功能 水循环 过程：蒸发→凝结→降水→径流/下渗 生态意义： 连接陆地和海洋生态系统 调节气候，分配水资源 新知讲授 四 作业 三、生态系统 (四)生态系统的功能 碳循环 主要形式：二氧化碳（CO₂） 关键过程： 固定：光合作用（生物）、溶解（海洋） 释放：呼吸作用、分解作用、燃烧 现实问题：温室效应与化石燃料燃烧 新知讲授 四 作业 三、生态系统 (四)生态系统的功能 氮循环 关键挑战：大气氮气（N₂）不能被大多数生物直接利用 固氮途径： 生物固氮（根瘤菌等） 工业固氮（化肥） 大气固氮（闪电） 转化过程：氨化→硝化→吸收→反硝化 新知讲授 四 作业 三、生态系统 (五)生态平衡与调节 定义：生态系统各成分协调稳定的状态 特征： 能量流动和物质循环通畅 生物种类和数量相对稳定 输入与输出大致平衡 本质：动态平衡，非静止不变 新知讲授 四 作业 三、生态系统 (五)生态平衡与调节 生态系统稳定性 抵抗力稳定性 抵抗干扰、保持原状的能力 与物种多样性、营养结构复杂度正相关 恢复力稳定性 遭破坏后恢复原状的能力 与抵抗力稳定性往往呈相反关系 热带雨林（高抵抗力） 荒漠（高恢复力） 新知讲授 四 作业 生态平衡失调 自然因素 火山、地震、洪水、火灾 人为因素（主要） 破坏食物链（如引入外来物种） 破坏植被（砍伐森林、过度放牧） 环境污染（废气、废水、固体废物） 案例：水华、赤潮、生物入侵 三、生态系统 (五)生态平衡与调节 新知讲授 四 作业 生物圈——最大的生态系统 定义：地球全部生物及其无机环境的总和 范围： 大气圈下层（对流层） 整个水圈 岩石圈上层（土壤层） 整体性：各生态系统相互联系，物质能量全球循环 师生互动 五 作业 1. 下列关于生态系统概念的描述，最准确的是： A. 同一地区所有生物的总和 B. 生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体 C. 具有捕食关系的生物集合 D. 地球上所有生物的总称 答案与解析：B 解析：选项B是教材原文定义：“生态系统就是生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体”。A描述的是生物群落，C描述的是部分种间关系，D描述的是生物圈或全部生物。 师生互动 五 作业 2. 下列哪项不属于生态系统的四大基本成分？ A. 生产者 B. 消费者 C. 分解者 D. 竞争者和捕食者 答案与解析：D 解析：教材明确指出生态系统的四大成分是：1. 非生物的物质和能量，2. 生产者，3. 消费者，4. 分解者。“竞争者和捕食者”是生物之间的关系类型或生态角色，不是生态系统的基本成分。竞争者和捕食者都属于消费者范畴。 师生互动 五 作业 3. 在"草→兔→狼"这条食物链中，狼属于： A. 生产者 B. 初级消费者 C. 次级消费者 D. 三级消费者 答案与解析：C 解析：在这条食物链中：草（生产者，第一营养级）→ 兔（初级消费者，第二营养级）→ 狼（次级消费者，第三营养级）。次级消费者指以初级消费者（植食性动物）为食的动物。 巩固练习 八 作业 1. 影响种群密度的直接因素不包括： A. 出生率和死亡率 B. 迁入率和迁出率 C. 年龄结构和性别比例 D. 气候和土壤条件 答案与解析：D 解析：出生率、死亡率、迁入率、迁出率是直接影响种群密度的四个基本因素，年龄结构和性别比例通过影响出生率间接影响密度。气候和土壤条件属于生态因子，是间接影响因素。 巩固练习 八 作业 2. 当种群的年龄金字塔呈现“基部宽、顶部窄”的形状时，说明该种群属于： A. 增长型种群 B. 稳定型种群 C. 衰退型种群 D. 灭绝型种群 答案与解析：A 解析：教材描述“增长型的年龄结构是典型的金字塔形，基部宽而顶部窄”，这意味着幼年个体多，老年个体少，出生率>死亡率。 巩固练习 八 作业 3. 森林群落中，乔木、灌木、草本植物、苔藓的分层分布体现了群落的： A. 水平结构 B. 垂直结构 C. 时间结构 D. 营养结构 答案与解析：B 解析：教材明确：“群落的垂直结构主要是指在生活空间的垂直方向上，种群分布具有明显的分层现象”。水平结构指不同地段分布的差异。 巩固练习 八 作业 4. 如果种群的年龄结构呈现“钟形”，基部和中部宽度相当，说明该种群： A. 出生率大于死亡率 B. 死亡率大于出生率 C. 出生率约等于死亡率 D. 即将灭绝 答案与解析：C 解析：“钟形”是稳定型种群的典型特征，意味着各年龄阶段个体数大致相等，出生率与死亡率基本平衡。 巩固练习 八 作业 5. 能量在相邻营养级间的传递效率大约是： A. 1%-5% B. 10%-20% C. 30%-50% D. 60%-80% 答案与解析：B 解析：教材明确写道：“能量在相邻两个营养级间的传递效率大约为10%～20%”。这是因为能量在流动过程中大部分通过呼吸作用以热能形式散失，只有少部分储存于体内传递给下一营养级。 巩固练习 八 作业 6. 森林被称为"绿色水库"，主要是因为森林具有： A. 丰富的动植物种类 B. 复杂的垂直结构 C. 调节气候和保持水土的功能 D. 提供大量木材资源 答案与解析：C 解析：教材解释森林有“绿色水库”之称的原因是：“森林中植物可截留部分降雨，缓冲雨水对地面的冲刷，起到保持水土的作用”。选项A和B是森林的特点，但不是被称为“绿色水库”的直接原因；选项D是森林的经济价值。 巩固练习 八 作业 7. 生态平衡失调的主要原因通常是： A. 自然因素 B. 人为因素 C. 生物因素 D. 气候因素 答案与解析：B 解析：教材在分析生态平衡失调原因时指出：“造成生态平衡失调的原因主要有：一是自然因素...；二是人为因素，指人类对自然不合理的利用导致了自然生态系统的强烈变化，破坏了生态平衡”。并且在具体表现中详细列举了三条都是人为因素（食物链破坏、植被资源被毁、环境污染）。从现实情况和教材侧重来看，人为因素是主要原因和强调重点。 课堂小结 六 核心线索：层次（种群→群落→生态系统→生物圈）→结构（成分+营养结构）→功能（能量流动+物质循环）→状态（生态平衡与稳定性）。 两大功能对比：能量是动力，单向流动、逐级递减；物质是载体，循环往复、全球共享。 终极认识：生物圈是一个整体，人类活动必须尊重生态规律，维护其平衡与稳定。 布置作业 七 作业 1. 基础作业：绘制一幅包含至少3条食物链的草原生态系统食物网示意图，并标出各成分（生产者、各级消费者、分解者）及各生物所处的营养级。 2. 探究作业（二选一）： a. 调查你家或学校附近的一个小型生态系统（如池塘、花坛、草坪），分析其组成成分和可能的食物关系，写一份简短的调查报告。 b. 查阅资料，了解“碳中和”或“生物多样性保护”的某一具体案例，用本节所学原理（如碳循环、生态系统稳定性）写一篇300字左右的短评。 感谢观看 $