生物与环境知识点总结-2025-2026学年高二上学期生物人教版选择性必修2

高中生物学选择性必修2知识点整理 第一章 种群及其动态 第1节　种群的数量特征 一、种群与种群密度 1．种群的概念 （1）定义：生活在一定区域的同种生物的全部个体的集合。 （2）数量特征： 种群密度 、 出生率和死亡率 、 迁入率和迁出率 、 年龄组成 和 性别比例 。 其中最基本的数量特征是种群密度。 2．种群密度的概念 （1）含义：指种群在单位面积或单位体积中的个体数。种群密度强调“单位面积或单位体积”，即种群数量增加，种群密度不一定增加。 （2）表示方式：种群密度＝ （3）调查方法 其他方法 3．样方法 （1）适用生物：适用于植物或活动能力弱、活动范围小的动物，如昆虫卵、蚜虫、跳蝻、青蛙等。 （2）调查程序：随机选取若干个样方→计数每个样方内的 个体数 →求每个样方的种群密度→求所有样方种群密度的 平均值 。 【探究】调查草地中某种双子叶植物的种群密度 （1）调查对象：宜选用 双子叶 草本植物，因单子叶植物多为 丛生或蔓生 ，难以计数。 单子叶植物的叶片一般呈条形或披针形，叶脉一般是平行脉；双子叶的叶脉一般是网状脉。 （2）方法步骤 （3）用样方法估算种群密度时的注意事项 ①随机取样。对于方形地块常用五点取样法(如图甲)，狭长地块常用等距取样法 ②样方大小随植物类型而定，草本植物一般为1 m2，灌木一般为16 m2，如乔木一般为100 m2。 ③样方数量不宜太少。 ④同种生物个体无论大小都要计数。 【提醒】①样方法更适合用于调查双子叶植物(填“单子叶植物”或“双子叶植物”)，单子叶植物常常是丛生或蔓生的，从地上部分难以辨别是一株还是多株。 ②进行样方法调查时，为了确保所选择的样方具有代表性，不受主观因素的影响，使通过样方统计的结果(估算值)能更接近真实的情况，应做到“随机取样”。调查时若样方的数量太少，其统计结果的误差可能就较大；一般而言，样方越多，其统计结果越接近真实情况。但是，样方数量太多，整体取样花费的时间、精力就越多。从统计学上看，一定数量的样方即可以保证统计结果的真实性。 ③计数方法：同种生物个体无论大小都要计数，应统计样方内的个体和相邻两边及其顶角上的个体。边界线上的遵循“计上不计下，计左不计右”的原则，如图(实心圈表示统计的个体)。 注：图甲为方形样方，图乙为圆形样方，实心圈表示要统计或测量的个体，虚线表示圆形样方的直径。 ④标记重捕法中标记物要合适，不能过于醒目；不能影响被标记对象的正常生理活动；标记物不易脱落，能维持一定时间。 ⑤标记重捕法中两次捕捉期间种群数量要稳定：被调查种群在调查期间没有大量迁入和迁出、出生和死亡的现象。 4．标记重捕法 （1）适用生物：适用于活动范围大、活动能力强的动物，如鼠、鸟类等。 （2）调查程序： （3）计算公式：＝ 个体总数＝ 注意事项：调查期间无大规模迁入和迁出、出生和死亡；标志物对所调查动物生命活动无影响，不能太过醒目、不易脱落、标记个体必须在种群中分布均匀、标记个体与未标记个体被捕机会相等。 5．黑光灯诱捕法 对于趋光性昆虫，还可以用黑光灯进行灯光诱捕的方法调查种群密度。 【重点探究】 【归纳】凡是能导致标记个体减少的因素都会使调查数值比实际偏高。 【注意事项】（1）标记物必须在调查期间不会消失。 （2）标记个体与未标记个体在重捕时被捕获的概率相同。 （3）调查期间没有较多的个体出生和死亡，没有大规模迁入和迁出，没有外界的强烈干扰。 二、种群的其他数量特征 1．出生率和死亡率 （1）概念：单位时间内新产生或死亡的个体数目占该种群个体总数的比值。 ：出生率：指在单位时间内新产生的个体数目占原种群个体总数的的比值。 （死亡率：指在单位时间内死亡的个体数目占原种群个体总数的的比值。 （2）计算公式：出生率（死亡率）＝×100% （3）与种群密度的关系：出生率死亡率 （4）意义：出生率和死亡率是决定种群密度的直接因素。 练习：某种群年初时的个体数为100，年末时个体数为110，其中新生个体数为20，死亡个体数为10， 则该种群的年出生率为 20% ，死亡率为 10% 。 （2）意义：是种群大小和种群密度的 决定 因素。繁殖能力强的种群出生率 高 ，种群增长 快 。 注：增长率＝ 出生率 － 死亡率 ，差值最大时，种群增长率最大，种群数量增长最快。 （3）与社会的联系：要控制人口过度增长，关键是降低人口 出生率 。 2．迁入率和迁出率 （1）概念：单位时间内迁入或迁出的个体占该种群个体总数的比值。 （2）与种群密度的关系：迁入率迁出率 （3）意义：迁入率和迁出率直接决定种群密度。 3．年龄结构 （1）概念：一个种群中各年龄期的个体数目的比例。 （2）类型 种群特征 出生率与死亡率 种群密度变化趋势 类型 幼年个体数大于成年、老年个体数 出生率>死亡率 增大 增长型 各年龄期个体数比例适中 出生率≈死亡率 稳定 稳定型 幼年个体数小于成年、老年个体数 出生率<死亡率 减小 衰退型 （3）意义：影响出生率和死亡率，可预测种群数量的变化趋势。（年龄结构只是预测种群密度的变化趋势，但该趋势不一定能够实现，还要看影响种群密度变化的其他因素，如气候、食物、天敌、传染病等。） （4）变式图辨析： 曲线图中：A图表示 增长型 B图表示 衰退型 柱形图中：A图表示 衰退型 B图表示 增长型 C图表示 稳定型 4．性别比例 （1）概念：指种群中 雌雄个体数目 的比例。 （2）意义：对 种群密度 有一定的影响。性别比例通过影响种群的 出生率 来间接影响种群密度。 （3）应用：用人工合成的性引诱剂(信息素)诱杀害虫的雄性个体，破坏害虫种群正常的 性别比例 ，使很多雌性个体不能完成交配，使 出生率 降低，从而使害虫的种群密度明显 降低 。 年龄结构和性别比例不直接决定种群密度，年龄结构通过影响种群的出生率和死亡率，从而预测种群数量变化趋势，性别比例能够影响种群的出生率间接影响种群密度。 （4）相同年龄组成情况下 性别比例 ♀＞♂→种群密度增长 快 性别比例 ♀≈♂→种群密度 基本不变 性别比例 ♀＜♂→种群密度增长 慢 【重点探究】 1．下图为种群特征间的相互关系，图中A～F分别代表：A．迁入率，B.出生率，C.性别比例，D.年龄结构，E.迁出率，F.死亡率。 2．我国放开二孩政策后，直接影响图中的出生率 3．春运期间，影响北京、广州等大城市人口数量的主要因素是迁入率和迁出率。 4．我国人口老龄化越来越严重，作出这一判断的依据是年龄结构。 深挖教材：1．(选择性必修2第2页正文)黑光灯诱捕昆虫和性外激素诱杀害虫的原理相同吗？分别属于生态系统中的何种信息传递？ 提示：原理不同。前者利用了昆虫的趋光性，后者利用了昆虫之间通过化学物质传递信息的原理。前者属于物理信息，后者属于化学信息。 2．(选择性必修2第4页“思考·讨论” )年龄结构为稳定型的种群，种群数量在近期一定能保持稳定吗？ 提示：年龄结构为稳定型的种群，种群数量也不一定总是保持稳定。因为出生率和死亡率不完全决定于年龄结构，还会受到食物、天敌、气候等多种因素的影响。此外，种群数量还受迁入率和迁出率的影响。 判断正误 (1)对某地灰松鼠群体中某年出生的所有个体进行逐年观察，所观察的这些灰松鼠构成一个种群(山东，11)(　×　) 提示　种群是指在一定的空间范围内，同种生物所有个体形成的集合，题干中观察的灰松鼠并非该地全部灰松鼠。 (2)一块草地上所有的蒲公英的数量就是这个蒲公英的种群密度(　×　) 提示　一块草地上所有的蒲公英的数量除以该草地面积才是蒲公英的种群密度。 (3)在互花米草相对集中的区域选取样方以估算其在入侵地的种群密度(山东，19)(　×　) 提示　在利用样方法进行种群密度的调查时，取样的关键是随机取样。 (4)野外调查本土田螺的种群密度，通常采用样方法调查(湖南，20)(　√　) (5)某自然保护区内越冬灰鹤通常在同一地点集群夜宿，调查灰鹤种群数量245只，该数据是通过标记重捕法估算获得(辽宁，19)(　×　) 提示　灰鹤数量较少，个体较大，且集群夜宿，统计保护区内灰鹤种群数量应采用逐个计数法。 第2节　种群数量的变化 一、种群数量的增长、变化曲线及其应用 1．建构种群增长模型的方法 （1）数学模型：是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。 （2）构建数学模型的方法步骤：观察研究对象，提出问题→提出合理的假设→根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达，即建立数学模型→通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正。 （3）表达形式 ①数学公式：精确，但不够直观。 ②曲线图：直观，但不够精确。 （4）根据教材中“细菌数量增长规律”分析：若N表示细菌数量，n表示第n代，则细菌增长的公式模型为Nn＝2n；曲线模型如右图 2．种群的“J”形增长 （1）前提条件：食物和空间条件充裕、气候适宜、没有天敌和其他竞争物种等（即理想条件）。 （2）建立模型 ①参数的含义：Nt：t年后种群的数量；N0：种群的起始数量；t：时间（年数）；λ：该种群数量是前一年种群数量的倍数。 ②数学公式：Nt＝N0λt。 ③曲线图 曲线特点：种群数量以一定的倍数连续增长，没有K值。 增长率=（N0 λt - N0 λt-1）/N0 λt-1=λ-1 增长速率=（N0 λt - N0 λt-1）/[t-（t-1)]=N0 λt-1（λ-1） 种群的“J”形增长在理论上是存在的，一般在实验室条件下或当一个种群刚迁入新环境时可能出现，但在自然生态系统中几乎是不可能存在的，因为资源和空间不可能是无限的。 3．种群的“S”形增长 （1）产生条件：资源和空间有限、受其他生物的制约等。 （2）对曲线的分析 ①a点以前是生物对环境的适应期，种群数量增长较慢的原因是个体数量少，因此增长速率很小。 ②ab段是快速增长期，种群数量快速增长，时增长速率达到最大，此时食物、空间相对充裕，天敌数量少。 ③bc段，随着种群密度的增加，个体间因食物、空间和其他生活条件的争夺而导致种内竞争加剧，使种群出生率降低，死亡率升高。 ④达到K值时，种群出生率等于死亡率，种群数量保持相对稳定。 （3）K值的含义：又称为环境容纳量，指一定的环境条件所能维持的种群最大数量。 （4）应用 ①野生大熊猫数量锐减的原因：栖息地遭到破坏，食物减少和活动范围缩小，K值变小。 ②应对措施：建立自然保护区，改善栖息环境，提高环境容纳量（是保护大熊猫的根本措施）。 S形增长的数学模型 4. 增长率≠增长速率 种群增长率是指单位数量的个体在单位时间内新增加的个体数。 种群增长速率指单位时间内新增加的个体数(即种群数量增长曲线的斜率) 5.K值的表示方法及K值的变化 (1)K值的四种表示方法 (2)K值不是一成不变的 M不是K值，因为种群数量不能在其附近波动。K1、K2是不同环境条件下该种群的K值。 ①K值会随着环境的改变而发生变化，当环境遭到破坏时，K值会下降；当环境条件改善时，K值会上升。 ②在环境条件稳定、K值一定的情况下，种群数量也不是一成不变的，会在K值上下波动。当种群数量大于或小于K值时，会通过负反馈调节使种群数量回到K值。 ③K值不等于种群能达到是最大数量，种群能达到的最大数量是在某个特定时间出现的，一般来，该值出现时间短且大于K值。 6. K值与K/2的应用 注：对家鼠等有害动物的控制，应通过打扫卫生、做好粮食储存、硬化地面、饲养天敌等增大环境阻力来降低其环境容纳量。 7. 种群数量的波动 （1）影响因素 （2）数量变化：①大多数生物的种群数量总是在波动中。处于波动中的种群，在某些特定条件下可能出现种群爆发。 ②当种群长期处于不利条件下，种群数量会出现持续性的或急剧的下降。 ③当一个种群的数量过少，种群可能会由于近亲繁殖等而衰退、消亡。 【重点探究】 1．下图体现了“J”形和“S”形曲线之间的关系，二者之间的阴影部分代表环境阻力. 【归纳总结】增长率、增长速率、λ值的辨析 （1）在“J”形曲线中增长率不变；在“S”形曲线中增长率逐渐减小。不能认为“S”形曲线的开始部分是“J”形曲线。 （2）在“J”形曲线中种群增长速率不断增大；在“S”形曲线中种群增长速率先增大，在时达到最大，然后逐渐减小。 （3）λ值为某时段结束时种群数量为初始数量的倍数，而非增长率。在“J”形曲线中增长率和λ的关系是：λ＝增长率＋1。 【重点突破】关注“λ”值内涵 种群“J”型增长的数学模型：Nt＝N0λt，λ代表种群数量是一年前种群数量的倍数，不是增长率。 图中 D点种群数量最少，图中 EA 段种群数量呈现“J’增长；当λ>1时，种群年龄结构为增长型；当λ=1时，种群年龄结构为稳定型；当λ<1时种群年龄结构为衰退型；当λ=0时，雌性个体没有繁殖，种群在下一代灭亡。 二、培养液中酵母菌种群数量的变化 1．实验目的：初步学会酵母菌等微生物的计数及种群数量变化曲线的绘制。 2．实验原理 （1）用液体培养液培养酵母菌，种群的增长受培养液的成分、空间、pH、温度等因素的影响。 （2）在理想环境中，酵母菌种群的增长呈“J”形曲线；在有限的环境条件下，酵母菌种群的增长呈“S”形曲线。在恒定培养液中当酵母菌种群数量达到K值后，还会转而下降直至全部死亡（是营养物质消耗、代谢产物积累及pH变化所致）。 （3）计算酵母菌数量可用抽样检测法。 3．实验步骤（1）将10 mL无菌马铃薯培养液或肉汤培养液加入试管中。 （2）将酵母菌接种到试管中的培养液中，并放在适宜条件下培养。 （3）每天在固定的时间取样并计数酵母菌种群数量。在显微镜下计数，估算10 mL培养液中酵母菌种群的初始数量N0。连续观察7天，记录数据。 （4）分析数据，以时间为横坐标，以酵母菌数量为纵坐标，画出坐标曲线，分析曲线走向，揭示酵母菌种群数量变化规律。 4．实验结果分析 根据实验数据可得如图所示的增长曲线。 开始时培养液的营养充足，空间充裕，条件适宜，酵母菌大量繁殖，种群数量剧增；随着酵母菌数量的不断增加，营养消耗，pH变化，生存条件逐渐恶化，酵母菌死亡率高于出生率，种群数量下降。 【注意事项】（1）本实验不需要设置对照实验，因为酵母菌种群数量的变化在时间上形成前后自身对照；需要做重复实验，目的是尽量减少误差。需对每个样品计数三次，取其平均值。 （2）从试管中吸出培养液进行计数前，需将试管轻轻振荡几次，目的是使培养液中的酵母菌均匀分布，减小误差。 （3）制片时，先将盖玻片放在血细胞计数板的计数室上，用吸管吸取培养液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入。多余培养液用滤纸吸去。 （4）制好装片后，应稍待片刻，待酵母菌全部沉降到计数室底部，再用显微镜进行观察、计数。 （5）显微镜计数时，对于压在小方格界线上的酵母菌，应只计数相邻两个边及其顶角的酵母菌。 （6）如果一个小方格内酵母菌过多，难以数清，应当稀释适当倍数后再计数，以每小方格内含有4～5个酵母细胞为宜。稀释培养液时要进行定量稀释，便于计算。 （7）每天计数酵母菌数量的时间要固定。结果的记录最好使用记录表，如： 时间(d) 1 2 3 4 5 6 …… 数量(个) …… 5．血细胞计数板及相关计算 或 (1)计数室的容积为0.1 mm3(1×10-4 mL),1个计数室共400个小方格。 (2)计数室通常有两种规格:25个中方格×16个小方格(如图3)和16个中方格×25个小方格(如图4) (2)计算公式：酵母菌种群密度（个/mL） = 每个小方格酵母菌数×400（小方格数）×104×稀释倍数 （注意：104为单位由0.1mm3转化为mL而得出来的） 【重点探究】 1.若测得的酵母菌种群数量偏高，原因是①取样时未振荡，取样于试管底部。②计数的酵母菌中，有已死亡的个体。 2.用染色法区分计数的酵母菌是活的还是死亡个体。活细胞的细胞膜有选择透过性，所以不会被染色，而死细胞可被染色。 第3节　影响种群数量变化的因素 一、影响种群数量变化的因素 凡是影响种群重要特征的因素，都会影响种群的数量变化。 分类一： 注意：①传染病对生物的影响与密度密切相关，因而是密度制约因素。 ②而杀虫剂是均匀喷洒的，与种群密度关系不大，是非密度制约因素。 1．非生物因素 （1）在自然界，种群的数量变化受到阳光、温度、水等非生物因素的影响。 如：①森林中林下植物的种群密度主要取决于林冠层的郁闭度，即主要取决于林下植物受到的光照强度。 ②种子的萌发，主要受气温升高的影响；昆虫的死亡，主要受气温降低的影响。 ③干旱缺水植物种群死亡率升高；动物缺水可导致个体的死亡或种群爆发式增长。 （2）非生物因素对种群数量变化的影响往往是综合性的。 2．生物因素 （1）内部因素——种内竞争。 （2）外部因素 ①捕食与被捕食关系：除顶级捕食者外，每种动植物都可能是其他某种生物的捕食对象，每种动物都需要以其他生物为食，使各种生物种群数量控制在一定范围内。 ②相互竞争关系：不同植物竞争阳光和养分，不同动物竞争食物和生存空间，导致种群数量的变化。 ③寄生关系：宿主被寄生生物寄生，影响种群的出生率和死亡率，进而影响种群的数量变化。 【重点探究】如图表示两种生物的关系，请据图思考下列问题： （1）图中可表示双小核草履虫与大草履虫关系的是①，可表示雪兔与猞猁关系的是②。 （2）判断图②中的捕食者和被捕食者的关系：个体数先增加或先减少的是被捕食者，如图②中的a；个体数后增加或后减少的是捕食者，如图②中的b。 （3）图①和图③中的两种种间关系的区别：图①中的两种生物的竞争力悬殊，竞争的结果往往会使处于竞争不利地位的生物灭绝；图③中的两种生物的竞争力相当，不会导致一种生物灭绝。 二、种群研究的应用 1．濒危动物的保护：通过调查种群特征及影响因素，了解种群生存状态，预测种群的数量变化趋势，采取保护措施以降低环境阻力，提高K值（或环境容纳量）。 2．渔业方面：中等强度的捕捞（捕捞后在K/2左右），有利于持续获取较大的鱼产量。 3．有害生物的防治 （1）采用化学和物理的方法控制现存种群数量。 （2）通过减少食物、有效保护或引入天敌生物等方法降低其环境容纳量。 【重点探究】 项目  K/2（增长速率最大）   K值 有害生物防治 有害动物的防治：降低K值，在之前捕杀，因此有害动物的种群数量应控制在远低于 K/2 的水平 改变环境，如地面硬化、垃圾清理等，从而降低 K 值，使之不适合鼠生存 合理利用生物资源 渔业捕捞应在以后，捕捞后，鱼的种群数量维持在 K/2 附近，鱼的种群数量会迅速回升，因此捕捞后鱼等资源的数量应不低于 K/2 改善环境，如定期休渔、封山育林，从而提高 K 值 濒危物种保护 除用于科研外，禁止其他任何形式的开发利用 改善濒危物种的生活环境，如建立自然保护区，从而提高K值 第二章 群落及其演替 第1节　群落的结构 一、群落及其物种组成 1．群落的概念：在相同时间聚集在一定地域中各种生物种群的集合。 (1)群落概念三要素 ①相同时间；②一定地域；③各种生物种群(包括全部植物、动物、微生物)。 2．群落水平上研究的问题：物种组成、种间关系、群落的演替、空间结构（包括垂直结构和水平结构）、生态位和群落的范围与边界等。 3．群落的物种组成 （1）意义：物种组成是区别不同群落的重要特征，也是决定群落性质最重要的因素。 （2）衡量指标：物种丰富度，即一个群落中的物种数目。我国从东北到海南的森林群落越靠近热带地区，单位面积内的物种越丰富。 （3）优势种：在群落中数量很多，对群落中其他物种的影响也很大，往往占据优势。 二、种间关系 数量坐标图 营养关系图 举例 1.原始合作（互惠）：两种生物共同生活在一起时，双方都受益，但分开后，各自也能独立生活。 海葵与寄居蟹 2.互利共生：两种生物长期共同生活在一起，相互依存，彼此有利。 地衣、大豆与根瘤菌 3.寄生：一种生物从另一种生物（宿主）的体液、组织或已消化的物质中获取营养并通常对宿主产生危害的现象。 蛔虫与人、病毒与宿主 4.种间竞争：两种或更多种生物共同利用同样的有限资源和空间而产生的相互排斥的现象。 结果：常表现为相互抑制，有时表现为一方占优势，另一方处于劣势甚至灭亡。 牛与羊，农作物与杂草 5.捕食：一种生物以另一种生物为食的现象。 狼与兔，青蛙与昆虫 区分捕食者和被捕食者：被捕食者先发生变化，即“先增先减”。 【重点探究】 为判断种间关系的类型，请从以下角度回答问题： （1）从两种生物的数量变化趋势看，出现“同升同降”的有互利共生、原始合作，出现“你升我降”的有种间竞争，出现“升降紧相随”的是捕食。 （2）从最终结果看，能长期共存的除互利共生、原始合作外，还有捕食、寄生和种间竞争，可能会淘汰一方的是种间竞争。 原始合作与互利共生 共同点：共同在一起时对双方都有利 区别：原始合作的双方分开后均能独立生活，而互利共生的双方分开后出现两方或其中一方不能正常生活的现象 种内竞争与种间竞争 种内竞争：同种生物之间存在的对于空间和资源的竞争。如绵羊和绵羊、棉花与棉花 种间竞争：不同种生物之间的竞争，如棉花与杂草 捕食与竞争 捕食是一种生物以另一种生物为食，目的是获得食物与能量，用以维持自身的生存 竞争是生物为了争夺食物、空间等资源而发生的相互排斥的现象 三、群落的空间结构 1．空间结构类型：在群落中，各个生物种群分别占据了不同的空间，形成一定的空间结构。群落的空间结构包括垂直结构和水平结构等。 2．垂直结构 （1）概念：在垂直方向上，大多数群落都具有明显的分层现象。 （2）植物的分层 ①植物的分层与对光的利用有关，显著提高了群落利用阳光等环境资源的能力。 ②除了光照，在陆生群落中，决定植物地上分层的环境因素还有温度等；决定植物地下分层的环境因素则是水分、无机盐等。 （3）动物的分层：群落中植物的垂直分层为动物创造了多种多样的栖息空间和食物条件。 3．水平结构 （1）分布：常呈镶嵌分布。 （2）决定因素：地形的变化、土壤湿度和盐碱度的差异、光照强度的不同、生物自身生长特点的不同，以及人与动物的影响等。 【提醒】 ①一般情况下，任何群落都有垂直结构和水平结构。 ②群落存在空间结构，而种群不具有空间结构。比如竹林中箭竹错落有致，不是群落的结构特征，这里的箭竹属于种群的范畴，不构成群落的垂直结构和水平结构。 ③植物的分层现象决定了动物的分层现象。 ④群落空间结构的形成是 自然选择 的结果。 【重点探究】 如图a、b、c分别代表的是在－200 m～3 800 m的海拔内，山坡a、森林b、海洋c三个不同的自然区域内植物的分布状况。回答下列问题： （1）a处不是群落的垂直结构。高山植被的垂直分布是由于随海拔高度升高，温度下降明显，从而导致不同海拔高度植被分布不同，依次为：阔叶林→针叶林→高原草甸→苔原。这种状况与地球南(北)半球随纬度升高植被分布的原理相同，属于植物的地带性分布，不是群落垂直结构中的分层现象。 （2）b、c处的植物在垂直方向上都具有明显的分层现象，b处森林中植物的垂直分层现象主要是受光照强度影响形成的，c处藻类植物的分层现象是受光质（光的波长）影响形成的。这是群落的垂直结构。 （3）b处动物在群落中也有垂直分层现象，群落中植物的垂直分层为动物创造了多种多样的栖息空间和食物条件。 （4）有人说：“b处桦树高低错落有致，只存在垂直结构，而野草丛比较矮小，只存在水平结构”，你认为这种说法不对。垂直结构和水平结构都是指群落中不同种生物的分层或分布关系。同种生物如桦树的不同分布属于种群层次，不能构成垂直结构。矮小的野草丛有垂直结构和水平结构的存在。 四、群落的季节性和生态位 1．群落的季节性：由于阳光、温度和水分等随季节而变化，群落的外貌和结构也会随之发生有规律的变化。 (1)影响因素：阳光、温度和水分等随季节而变化。 (2)表现：群落的外貌和结构也会随之发生有规律的变化。 2．生态位 （1）概念：一个物种在群落中的地位或作用，包括所处的空间位置，占用资源的情况，以及与其他物种的关系等，称为这个物种的生态位。 （2）研究范围 ①动物：栖息地、食物、天敌及与其他物种的关系等。 ②植物：在研究区域内的出现频率、种群密度、植株高度等特征及与其他物种的关系等。 （3）特点：群落中每种生物都占据着相对稳定的生态位。 （4）原因：群落中物种之间以及生物与环境间协同进化的结果。 （5）意义：有利于不同生物充分利用环境资源，是群落中物种之间及生物与环境间协同进化的结果。 拓展：生态位的变化与重叠 (1)生态位的变化：随着环境的改变，原来的适应者可能会发生生态位移动或改变，也可能因不适应新环境而被淘汰，新的适应者将取代其生态位，与其他种群共同维持群落的和谐与稳定。 (2)生态位重叠：生态位重叠：当两个或更多的物种共同利用某些资源时，即出现了生态位重叠，如果资源供应不足，就会产生种间竞争，如果竞争激烈，种群对资源的利用就会发生改变，可能出现(a)生态位移动或(b)一个物种绝灭。 人们根据动物或植物的生态位的不同进行混养或间作，既降低了种间竞争的激烈程度，又充分利用了空间和资源。 ①生态位重叠的两个物种因竞争排斥原理而难以长期共存，除非空间和资源十分丰富。 ②资源有限的情况下，生态位重叠的物种之间竞争总会导致重叠程度降低，如彼此分别占领不同的空间位置和在不同空间部位觅食等。 ③图A和图B中3个物种的资源利用状况不同。图A中3个物种的生态位狭窄，种内竞争激烈；图B中3个物种的生态位重叠程度大，种间竞争激烈。 【重点探究】 资料：某人工鱼塘混合放养甲、乙、丙、丁四种鱼。甲鱼栖息在水体的中下层，以水底的螺、蚌及水生昆虫等为食；乙鱼栖息于水体的中下层，主要以水草为食；丙鱼生活在 水体的中上层，主要以浮游动物为食，也食用部分浮游植物；丁鱼主要以浮游植物为食，生活在水体的上层。根据上述资料回答问题： （1）甲、乙均栖息在中下层，生态位不完全一样。虽栖息地相同，但食物、天敌等不完全一样。 （2）仅从觅食角度分析，与丁有竞争关系的鱼类有丙。 （3）此人工鱼塘混合放养四种鱼的意义是有利于不同生物充分利用资源，提高经济效益。 深挖教材：1．(选择性必修2第29页“拓展应用1”) 《诗经·小雅·小宛》中写道：“螟蛉有子，蜾蠃负之。”请说出两种生物的种间关系。 提示：螟蛉是一种绿色小虫，蜾蠃是一种寄生蜂。蜾蠃常捕捉螟蛉存放在窝里，产卵在它们身体里，卵孵化后，蜾蠃幼虫就拿螟蛉作食物，两者是捕食关系。 2．(选择性必修2第28页“思考·讨论”)如果两种鸟的觅食生境一样，生态位就完全一样吗？ 提示：不一定。绿翅鸭和鹤鹬选择的觅食生境基本相同，但是食物种类有较大差异，占用的资源以及与其他物种的关系也不一样。 五、研究土壤中小动物类群的丰富度 1．实验原理 （1）土壤动物具有趋暗、趋湿、避高温的习性。 （2）调查方法：常用取样器取样法进行采集、调查。 （3）调查对象：样本中肉眼可见的所有动物。 （4）调查指标：样本中小动物的种类和数量。 （5）统计方法：一是记名计算法；二是目测估计法。 ①记名计算法：指在一定面积(体积)的样地中，直接数出各个种群的个体数目。一般用于个体较大、种群数量有限的物种。 ②目测估计法：按预先确定的多度等级来估计单位面积(体积)中的种群数量。等级的划分和表示方法有：非常多、多、较多、较少、少、很少，等等。 2．实验步骤 提出问题：如土壤中有哪些小动物，它们的种群密度是多少？ 制订计划：用列表的方法制订研究计划。 采集土壤小动物的方法 (1)简易采集法：镊子（取大）或吸虫器取虫采集（取小）。 (2)诱虫器采集：大小都行 (3)吸虫器中纱布的作用是防止将小动物吸走，从而使其留在试管中。 说明：采集到的小动物可放入体积分数为70%的酒精溶液中，也可将活着的小动物放入试管中。 3．实验结论 （1）组成不同群落的优势种是不同的，不同群落的物种丰富度是不同的。 （2）一般来说，环境条件越优越，群落发育的时间越长，物种越丰富，群落结构也越复杂。 【注意事项】（1）使用诱虫器采集小动物时利用了土壤小动物具有趋暗、趋湿、避高温的特点。 （2）用体积分数为70%的酒精杀死并及时固定小动物，防止腐烂。 （3）体型较大的小动物可用包着纱布的镊子直接取出来，体型较小的小动物则需用吸虫器采集。 （4）注意区分丰富度的两种统计方法 ①记名计算法是指在一定面积的样地中，直接数出各个种群的个体数目。一般用于个体较大、种群数量有限的物种。 ②目测估计法是按预先确定的多度等级来估计单位面积（体积）中的种群数量。等级的划分和表示方法有：非常多、多、较多、较少、少、很少，等等。 （5）花盆壁和放在其中的土壤之间留一定空隙的目的是：为了使空气流通。 拔高：样方法、取样器取样法、抽样检测法的区别 样方法一般是针对植物和活动能力不强的动物如跳蝻，取样器取样法是针对土壤中的小动物，抽样检测法针对单独的细胞或微生物，各有侧重。取样器取样法用于调查物种丰富度，样方法和抽样检测法可以比较准确地计算出种群的数量。另外，样方法计数的是活的种群个体数，抽样检测法微生物时可能死活都有。 第2节　群落的主要类型 一、陆地生物群落的主要类型 1.荒漠生物群落 稀少且分布不均匀 少 非常简单 极度干旱 2.草原生物群落 耐寒 挖洞或快速奔跑 旱生多年生 相对简单 较少 半干旱地区、不同年份或季节雨量不均匀 3.森林生物群落 树栖和攀缘 非常复杂 2．群落中生物的适应性 （1）适应非生物环境：水分、温度等。 （2）适应生物环境：群落中不同种群之间通过复杂的种间关系，相互依存、相互制约形成有机整体，从而维持种群之间的协调和平衡。 （3）生物适应环境的方式不尽相同，群落是一定时空条件下不同物种的天然群聚。 二、群落的分布规律与决定因素 1. 不尽相同 温度 分 水 草原 草甸 荒漠 森林 荒漠 草原生物 森林生物 不尽相同 适宜的生存环境 复杂的种间关系 协调和平衡 时空条件 适应 不同 群落外貌和结构 物种组成 【本节归纳】 第3节　群落的演替 一、群落的演替 1．演替的概念：随着时间的推移，一个群落被另一个群落代替的过程。 2．演替的类型 （1）初生演替 ①概念（特征）：在一个从来没有被植物覆盖的地面，或者是原来存在过植被、但被彻底消灭了的地方发生的演替。 ②过程（以发生在裸岩上的演替为例）：裸岩阶段→地衣阶段→苔藓阶段→草本植物阶段→灌木阶段→乔木阶段。 ③实例：在沙丘、火山岩、冰川泥上进行的演替。 （2）次生演替 ①概念（特征）：在原有植被虽已不存在，但原有土壤条件基本保留，甚至还保留了植物的种子或其他繁殖体（如能发芽的地下茎）的地方发生的演替。 ②过程（以发生在弃耕农田上的演替为例）： 弃耕农田→一年生杂草→多年生杂草→灌木阶段→乔木阶段。 ③实例：火灾过后的草原、过量砍伐的森林、弃耕的农田上进行的演替。 （3）比较初生演替和次生演替 类型 初生演替 次生演替 不 同 点 起始条件 不同 演替速度 慢 快 趋向 形成新群落 恢复原群落 经历阶段 较多 较少 相同点 群落结构由简单到复杂，物种数量和群落层次增多，土壤、光能得到更充分的利用 3．影响演替的因素：群落外界环境的变化，生物的迁入和迁出，群落内部种群相互关系的发展变化，以及人类的活动等等。 4．演替的结果：适应变化的种群数量增长或得以维持，不适应的数量减少甚至被淘汰。最终会达到一个与群落所处环境相适应的相对稳定的状态。 群落演替的四个易误点(1)在群落演替的过程中，光裸的岩地上首先定居的是地衣，而不是苔藓和草本植物的原因是苔藓和草本植物无法直接从裸岩中获取养分，而地衣可通过分泌有机酸从裸岩中获取养分。 (2)演替并不是“取而代之”。演替过程中一些种群取代另一些种群，是一种“优势取代”而非“取而代之”，如形成森林后，乔木占据优势地位，但森林中仍有灌木、草本植物、苔藓等。 (3)次生演替比初生演替时间短的原因是次生演替的原有土壤条件基本保留，甚至还保留了植物的种子或其他繁殖体。 (4)演替是“不可逆”的，但人类活动可改变自然演替的速度和方向。 群落演替到与环境处于平衡状态时，就以相对稳定的群落为发展的顶点，此时群落内物种组成处于动态变化中。 (5)并不是所有群落都可以演替到森林阶段，如干旱地区或冻土地带，一般只能演替到草原或低矮灌木阶段。 (6)群落的结构不一定越来越复杂。群落结构也可能从复杂到简单，如从草原演变为沙漠。 方向 简单→复杂→稳定 复杂→简单→稳定 实例 大多数自然群落(环境条件适宜) 受污染或破坏的群落 变化曲线 结果 最终都会达到一个与群落所处环境相适应的相对稳定的状态 (7)群落演替是一个漫长但并非永无休止的过程。当群落演替到与环境处于动态平衡时，就达到相对稳定的状态，演替不再进行。 【重点探究】 下图为两个群落演替过程中物种丰富度的变化。 （1）甲是次生演替，乙是初生演替。从二者起点来看，乙群落开始时物种丰富度为0，甲群落不为0。 （2）甲中①②处的物种组成不一定相同，①②两处的物种丰富度虽相同，但是物种组成不一定相同，因为演替过程中，可能出现新物种。 三、人类活动对群落演替的影响 1．人类活动对群落演替的影响 （1）活动方式 ①破坏性行为：砍伐森林、过度放牧、污水直接排放等。 ②保护性行为：封山育林、治理沙漠、管理草原、建立人工群落等。 （2）影响后果 人类活动往往会使群落演替按照不同于自然演替的速度和方向进行。 2．退耕还林、还草、还湖 （1）原因：毁林开荒、围湖造田等以牺牲环境为代价的垦殖活动，导致了严重的水土流失，并且成为洪涝灾害频繁发生的重要原因。 （2）解决方案：走可持续发展道路，我国政府明确提出退耕还林、还草、还湖和退牧还草，颁布了《退耕还林条例》，自2003年1月20日起施行。2014年启动了新一轮退耕还林还草工程；2015年将这项工程列为生态文明体制改革的组成部分；2018年我国启动了大规模国土绿化行动。 第三章 生态系统及其稳定性 第1节　生态系统的结构 一、生态系统的范围 1．概念：在一定空间内，由生物群落与它的非生物环境相互作用而形成的统一整体。 2．范围 （1）生态系统的空间范围有大有小。 （2）生物圈是地球上最大的生态系统，包括地球上的全部生物及其非生物环境。 3．（1）自然生态系统 ①水域生态系统：海洋生态系统、淡水生态系统等。 ②陆地生态系统：森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统、冻原生态系统等。 （2）人工生态系统：农田生态系统、人工林生态系统、果园生态系统、城市生态系统等。 二、生态系统的组成成分 1．生态系统的结构：包括 生态系统的组成成分 和 食物链和食物网(营养结构) 。 2．生态系统各组成成分 成分 地位 作用 实例 非生物的物质和能量 基础 为生物提供物质和能量 物质：水、空气、无机盐等； 能量：光、热等 生 物 成 分 生产者（自养） 基石、必需成分 生产者主要通过光合作用，将太阳能固定在它们所制造的有机物中。 光能自养生物：绿色植物（主要）蓝细菌等； 化能自养生物：硝化细菌 消费者（异养） 最活跃的成分、非必需成分 ①加快生态系统的物质循环； ②帮助植物传粉和种子的传播 ①营捕食生活的生物：植食、肉食、杂食性动物；（主要） ②营寄生生活的生物：蛔虫、菟丝子、寄生的细菌、真菌和病毒 分解者（异养） 关键成分、必需成分 将动植物遗体残骸和动物粪便分解成无机物 ①营腐生生活的细菌和真菌 ②营腐生生活的动物：蚯蚓、蜣螂、秃鹫等 注意：（1）植物≠生产者：菟丝子（植物）营寄生生活，属于消费者；蓝细菌是原核生物，能进行光合作用，属于生产者。生产者不一定是植物(如蓝细菌、硝化细菌)，植物不一定是生产者(如菟丝子营寄生生活，属于消费者)。 （2）动物≠消费者：秃鹫、蚯蚓等营腐生生活的动物属于分解者。消费者不一定是动物(如营寄生生活的微生物等)，动物不一定是消费者(如秃鹫、蚯蚓、蜣螂等以动植物遗体或排遗物为食的腐生动物属于分解者)。 （3）细菌≠分解者：硝化细菌等是自养生物，属于生产者；寄生细菌属于消费者；腐生细菌才是分解者。 分解者不一定是微生物(如蚯蚓等动物)，微生物不一定是分解者(如硝化细菌、蓝细菌属于生产者，寄生细菌属于消费者)。 （4） 两个“一定” ①生产者=是自养型生物。②营腐生=分解者。 3． 生态系统各组成成分的相互关系 联系群落和非生物环境的桥梁：生产者、分解者 【重点探究】 根据下图完成生态系统四种成分的联系及分析： （1）图中A、B、C、D分别代表生态系统组成成分的生产者、消费者、分解者、非生物的物质和能量。 （2）图中A、B、C共同构成生物群落 。 三、生态系统的营养结构——食物链和食物网 1．食物链 （1）实例 （2） 特点：生产者为第一营养级，消费者所处营养级因食物关系而不固定，但一般不会超过五个营养级。 一般不会超过五个营养级原因：各个营养级的生物都会因呼吸作用消耗掉大部分能量，其余能量有部分流入分解者，只有一小部分能被下一营养级利用。流到第五营养级时，余下的能量很少，甚至不足以养活一个种群。 2．食物网 （1）概念：在生态系统中，许多食物链彼此相互交错连接成的复杂营养关系。 （2）形成的原因 ①一种绿色植物可能是多种植食性动物的食物。 ②一种植食性动物既可能吃多种植物，也可能被多种肉食性动物所食。 （3）特征：如果一条食物链上的某种动物减少或消失，它在食物链上的位置可能会由其他生物来取代。 3．食物链和食物网的意义 （1）是生态系统的营养结构。 （2）是生态系统物质循环和能量流动的渠道。 （3）是生态系统保持相对稳定的重要条件，一般认为，食物网越复杂，生态系统抵抗外界干扰的能力越强。 【特别提醒】（1）食物链的起点是生产者，终点是不被其他动物捕食的动物（最高营养级）。 （2）食物链（网）中只含有生态系统成分中的生产者和消费者。 （3）生产者是第一营养级，初级消费者是第二营养级，依次类推，即消费者的营养级别＝消费者级别＋1。 （4）在食物网中，两种生物间关系：捕食 或者 捕食、种间竞争。 【基础探究】 1.下图是某生态系统的食物网组成，请分析回答下列问题： （1）图中有4条食物链。最长的是绿色植物→食草昆虫→青蛙→蛇→鹰。 （2）鹰占有第三、四、五营养级。鹰和蛇之间是捕食和种间竞争关系。 2.“中间”营养级生物减少的情况，举例如下： （1）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。 （2）若人类的捕杀导致鹰大量减少，兔、食草鸟、蛇的数量先增加后减少，最后趋于稳定，但结果比原来的数量要增大。 （3）若图中的兔大量减少，短时间内鹰的数量基本不变，因为鹰有多种食物来源。 【重点突破】 1.生态系统中各成分的判断 根据双向箭头关系判断 A是生产者；B是消费者；C是分解者；D是非生物的物质和能量。 2.构建食物链的一般方法 (1)依据种群数量变化曲线图构建 ①分析依据：先上升、先下降者为被捕食者。 ②结果：图1可形成一条食物链：乙→丙→甲。 (2)依据所含能量(生物量)构建 结果：图2可形成一条食物链：丙→甲→乙→丁 图3生物可形成食物网： (3)根据生物体内有害物质的浓度“由少到多”构建食物链(网)。 生物体 A B C D E 有机汞浓度/ppm 0.06 7 0.51 68 0.39 ①分析依据：生物的富集作用，即营养级越高的个体中含有有害物质的量越多，其含量往往是上一营养级个体含量的5～10倍。 ②结果： (4)根据题目提供的捕食信息构建 ①信息：古树上有红蜘蛛、蚜虫、草蛉、七星瓢虫、麻雀、花喜鹊6种动物，它们之间的关系是草蛉、七星瓢虫捕食红蜘蛛、蚜虫；红蜘蛛、蚜虫以植物的各器官为食物；麻雀、花喜鹊以红蜘蛛、蚜虫、草蛉为食。 ②依据捕食关系直接绘图如下： 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数量减少，有关生物数量都减少，即出现连锁反应，因为第一营养级的生物是其他生物直接或间接的食物来源。 (2)“天敌”减少，短时间内被捕食者数量增加，（未说短期还是长期时）被捕食者数量变化：先增加后减少，最后趋于稳定。 (3)在食物网中沿不同食物链分析结果不同时： ①以中间环节少的作为分析依据，考虑顺序从高营养级依次到低营养级。 ②处于最高营养级的生物有多种食物来源时，若其中一条食物链中断，则该生物可通过多食其他生物而维持其数量基本不变。 (4) 同时占有两个营养级的种群数量变化的连锁反应分析能量流动的环节越多损耗越多，所以该类连锁变化的规律是：当a种群的数量变化导致b种群的营养级降低时，则b种群的数量将增加；若导致b种群的营养级升高时，则b种群的数量将减少。 拔高：食物网中的生物数量变化分析 1．第一营养级减少，将连锁性地引发各个营养级生物减少。这是因为生产者是其他各种生物赖以生存的直接或间接的食物来源。可简单记为“一级生物若减少，其他生物跟着跑”。 2．天敌减少，则被捕食者数量的变化是先增加后减少，最后趋于稳定。可简单记为“如果天敌患了病，先增后减再稳定”。 3．在复杂食物网中，分析中间某一种群的数量变化对其他生物数量的影响时，应遵循以下原则： （1）从天敌和食物两个角度分析，以中间环节少的为主。若中间环节一样多，则以天敌的影响为主。 （2）生产者往往数量较多且相对稳定，所以当某一种群数量发生变化时，一般不考虑生产者数量的增加或减少。 （3）当捕食者有多种食物来源时，若其中一条食物链中断，则该种群可通过捕食其他食物而维持其数量短期内基本不变。 （4）若处于最高营养级的生物同时占有不同的营养级，某种原因导致其营养级降低，则处于最高营养级的生物的数量最终会增加，反之则减少。 例1　下图表示某湖泊的食物网，其中鱼a、鱼b为两种小型土著鱼，若引入一种以小型鱼类为食的鲈鱼，将出现的情况是（　　） A．鱼a和鱼b间的种间竞争将会减弱 B．土著鱼在与鲈鱼的种间竞争中处于劣势 C．浮游动物总量锐减后再急升 D．浮游植物总量急升后再锐减 答案　A 例2　如果一个生态系统有四种生物，并构成一条食物链。在某一时间分别测得这四种生物（甲、乙、丙、丁）所含的个体数量和每种生物的平均体重如图所示。已知生物量＝生物个体数量×该种生物的平均体重，且生物量越大，该生物营养级越低。下列说法正确的是（　　） A．丙处于第二营养级，为次级消费者 B．若乙的种群数量增加，则会引起甲和丁的数量增加，丙的数量下降 C．若丁的种群数量下降，则会引起乙和丙的数量下降，甲的数量上升 D．若甲的种群数量下降，则会引起丙和丁的种群数量增加 答案　B　由题意可知，生物量＝生物个体数量×该种生物的平均体重，生物量越大，该生物营养级越低，题中四种生物营养级从低到高分别是丁、丙、乙、甲，它们构成的食物链为丁→丙→乙→甲。其中丙处于第二营养级，为初级消费者，A错误；若乙的种群数量增加，则会引起丙的种群数量减少，丁因缺少天敌而数量增多，甲因食物增多而数量增多，B正确；丁作为生产者，其数量下降，丙、乙、甲的数量都要下降，C错误；若甲的种群数量下降，则会引起乙和丁的种群数量上升，丙的种群数量下降，D错误。 第2节　生态系统的能量流动 一、能量流动的概念和过程 1．能量流动的概念：是指生态系统中能量的输入 、传递 、转化 和散失 的过程。 2．能量流动的过程 (1)第一营养级能量流动 (2)第二营养级能量流动过程分析 ①输入该营养级的总能量是指 生产者光合作用固定的太阳能总量 ，初级消费者的摄入量=初级消费者的同化量 +粪便量 。 ②粪便中的能量 不属于 该营养级同化的能量，应为上一个营养级同化的能量中流向分解者的部分 。（但尿液中(如尿素)所含能量应属于 家兔同化量的一部分。） ③初级消费者同化的能量＝呼吸作用散失的热能 ＋用于生长、发育和繁殖等生命活动的能量 。 ④生长、发育和繁殖的能量＝流入下一营养级的能量 ＋分解者分解的能量 ＋未被利用的能量 。 ⑤流入量=同化量 拔高：（1）“拼图法”分析能量流动过程 理解方法一： 理解方法二： ①W1、D1指相应营养级的同化量，B1、B2指相应营养级中未被利用的能量； ②各营养级用于生长、发育和繁殖的能量为B1＋C1＋D1或B2＋C2＋D2。 ③能量传递效率不会是100%。从上图可以看出，相邻两个营养级的传递效率等于D1/W1×100%，一般情况下，能量在相邻两个营养级间的传递效率为10%～20%。 ④利用“拼图法”可得关系式： (2)含“摄入量”“粪便量”情况下的能量流动分析 (3)含人工能量输入时能量传递效率的计算 人工输入的能量包括饲料中的能量或污水中有机物中的能量等。人工输入的能量属于该营养级(乙)同化量的一部分,但不属于上一营养级(甲)输入的能量:①计算该营养级(乙)与上一营养级(甲)间的传递效率时:不考虑人工输入的能量,即甲和乙间的能量传递效率为B/A×100%。②计算该营养级(乙)与下一营养级(丙)间的传递效率时:应加上 人工输入的能量,即乙和丙间的能量传递效率为C/(B+L)×100%。 3．能量在某个生态系统中流动的过程图解 可以看出：生产者及各级消费者（除最高营养级）能量流动相同的去向是通过呼吸作用以热能的形式散失；流向下一营养级；被分解者分解利用； （未被利用）。 【重点探究】 如图表示能量流经第二营养级示意图，请据图思考下列问题： （1）摄入量（a）和粪便量（c）、初级消费者的同化量（b）之间的关系：摄入量＝粪便量＋同化量。 （2）初级消费者粪便中的能量属于第一营养级的能量。第三营养级粪便中的能量属于第二营养级的能量 【关键点拨】生态系统的能量流动 （1）流经一个生态系统的总能量：主要是生产者光合作用固定的太阳能。 （2）能量的输出：各生物成分的呼吸散失的热能。 （3）消费者的同化量=摄入量－粪便量。 （4）同化量的去路=呼吸作用散失的热能＋用于生长、发育和繁殖的能量＝呼吸作用散失的热能＋流入下一营养级的能量＋被分解者利用的能量＋（未被利用的能量）。 二、能量流动的特点 1．能量流动的特点 (1)单向流动 ①方向：沿食物链由低营养级流向高营养级。 ②特点：不可逆转，也不能循环流动。 单向流动的原因：①各营养级生物之间的捕食关系是自然选择的结果，不可逆转。 ②呼吸作用散失的热能不能被生物群落重复利用（能量不能循环利用）。 (2)逐级递减 ①能量传递效率：相邻两个营养级间的能量传递效率为10%～20%。 ②营养级数量：生态系统中的能量流动一般不超过5个营养级。 2．能量传递效率的计算 （1）计算公式：能量传递效率＝×100%。 （2）一般生态系统中相邻两个营养级间的能量传递效率为10%～20%。 区分：能量传递效率与能量利用率 (1)能量传递效率 能量传递效率＝×100% (2)能量利用率 能量利用率＝×100% ①一般指流入最高营养级(或人类)的能量占生产者固定总能量的比值； ②一般来说，食物链越短，能量利用率越高； ③有时考虑分解者的参与，使营养结构更加复杂，以实现能量的多级利用，从而提高能量利用率。 3．生态系统维持正常功能的条件：任何生态系统都需要不断得到来自系统外的能量补充，以便维持生态系统的正常功能。 【重点探究】 根据赛达伯格湖的能量流动图解，回答以下问题： 注：图中数字为能量数值，单位是J/（cm2·a）；为研究方便，将肉食性动物作为一个整体看待。 （1）图中生产者、植食性动物、肉食性动物之间由于存在捕食关系而形成食物链（网），而且这种关系是不可逆的，因而能量只能由生产者→植食性动物→肉食性动物，即能量流动是单向的。 （2）据图分析，该生态系统中生产者、植食性动物、肉食性动物固定或同化的能量分别是464.6、62.8、12.6 J/（cm2·a）；即在生态系统中生物所处的营养级越高，获取的能量越少，说明能量流动具有逐级递减的特点。 （3）第一营养级到第二营养级之间的能量传递效率是13.5%。能量不能100%流入下一营养级的原因是一部分通过呼吸作用散失，一部分被分解者分解利用，一部分未被利用。 三、生态金字塔及研究能量流动的实践意义 1．生态金字塔 （1）概念及类型：将单位时间内各营养级的能量数值、生物量、生物个体的数目转换为相应面积（或体积）的图形，并将图形按照营养级的次序排列，可形成一个金字塔图形，分别叫作能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔，统称为生态金字塔。 （2）三种金字塔的比较 类型 能量金字塔 生物量金字塔 数量金字塔 形状 特点 天然生态系统一定为上窄下宽的（正）金字塔形 一般为上窄下宽的（正）金字塔形 一般为上窄下宽的（正）金字塔形，有时会出现上宽下窄倒置的（倒）金字塔形 象征含义 能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性 一般生物量（每个营养级所容纳的有机物的总干重）沿食物链中营养级的升高而逐级递减 一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级减少 特殊形状 某些人工生态系统（如人工鱼塘）可呈现倒置状况 在海洋生态系统中，生产者浮游植物个体小、寿命短，又会不断被浮游动物吃掉，因而某一时间调查到的浮游植物的生物量可能要低于浮游动物的生物量 如一棵树与树上昆虫及鸟的数量关系： 2．研究能量流动的实践意义 （1）帮助人们将生物在时间、空间上合理配置，增大流入某个生态系统的总能量。如农田系统中的间种套作、蔬菜大棚中的多层育苗、稻—萍—蛙等立体农业生产方式都充分利用了空间和资源，获得了更大收益。 （2）帮助人们科学地规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。如“桑基鱼塘”等生态农业实现了对能量的多级利用，提高了能量的利用率。 （3）帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。如合理确定草场的载畜量、划区轮牧、农田捉虫、除草等。 【特别提醒】（1）能量能多级利用，但不能循环利用。（2）提高的是能量的利用率，而不是传递效率。 深挖教材：1．(选择性必修2第54页“科学方法”拓展)如果将一个营养级的所有种群作为一个整体来研究能量流动的情况，其优点是什么？ 提示：将一个营养级的所有种群作为一个整体来研究能量流动，可以比较精确地测量每一个营养级能量的输入值和输出值。 2．(选择性必修2第57页“旁栏思考”)人类位于食物链的顶端，从能量金字塔来看，人口数量日益增长，这会对地球上现有的生态系统造成什么影响？ 提示：人口数量日益增长，会要求低营养级有更多的能量流入人类所处的营养级，也就是说人类所需要的食物会更多，将不得不种植或养殖更多的农畜产品，会给地球上现有的自然生态系统带来更大的压力。 拔高1：（简化版） 1．能量传递效率的相关“最值”计算 (1)食物链越短，最高营养级获得的能量越多。 (2)生物间的取食关系越简单，生态系统的能量流动过程中消耗的能量越少。具体计算方法如下： 2.能量传递效率的有关“定值”计算 (1)已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算，而需按具体数值计数。例如，在食物链A→B→C→D中，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D获得的能量为M×a%×b%×c%。 (2)如果是在食物网中，某一营养级同时从上一营养级多种生物获得能量，且各途径所获得的生物量比例确定，则按照各单独的食物链进行计算后合并。 (3)能量流动中的定值计算 ①已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算，而需按具体数值计算。例如，在食物链A→B→C→D中，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D获得的能量为M×a%×b%×c%。 ②如果是在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物获得能量，且各途径所获得的生物量比例确定，则需按照各单独的食物链进行计算后合并。 3．具有人工能量输入的能量传递效率计算 人为输入某一营养级的能量是该营养级同化量的一部分，但却不是从上一营养级流入的能量。如求第二营养级至第三营养级传递效率时，应为第三营养级从第二营养级同化的能量(不包括人工输入第三营养级的能量)/第二营养级的同化量(包括人工输入第二营养级的能量)×100%。 拔高2：能量流动的相关分析（加深理解版） 一、流经某营养级的能量去向分析 在不同的题目情境中，自然生态系统某营养级的能量可能只有1个来源，可能有2个、3个或4个去向。可从以下两个角度分析能量的去路： （1）定量，不定时 （2）定量，定时 例1　如图表示能量流经某生态系统第二营养级示意图[单位：J/（cm2·a）]，据图分析，下列有关说法正确的是（　　） A．该生态系统第一营养级同化的能量至少为400 J/（cm2·a） B．第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量是100 J/（cm2·a） C．能量由第二营养级到第三营养级的传递效率是20% D．该生态系统第三营养级同化的能量是15 J/（cm2·a） 答案　A　题图为能量流经某生态系统第二营养级的示意图，其中a表示该营养级摄入的能量，b表示该营养级同化的能量，c表示该营养级用于生长、发育和繁殖的能量，d表示该营养级通过呼吸作用以热能的形式散失的能量，e表示分解者利用的能量，B错误；第二营养级同化的能量值为100（摄入量）－20（粪便中的能量）＝80[J/（cm2·a）]，根据能量传递效率倒推出第一营养级同化的能量至少为400 J/（cm2·a），A正确；题图仅表示能量流经第二营养级的过程，并不能得出第三营养级的同化量，因此无法计算由第二营养级到第三营养级的能量传递效率，C错误；次级消费者摄入的能量并不等同于第三营养级同化的能量，D错误。 例2　生态学家研究了某草原生态系统的能量流动情况，其局部能量流动情况如图所示，字母代表能量。下列分析正确的是（　　） A．能量D1的最终去向是流向下一营养级和分解者 B．生产者用于生长、发育和繁殖等生命活动的能量是C1＋D1＋E1 C．第一、二营养级间的能量传递效率为×100% D．应尽可能多地增加草原牲畜的放牧量以提高能量传递效率 答案　B　能量D1的最终去向是流向分解者，A错误；生产者用于生长、发育和繁殖等生命活动的能量是同化量减去呼吸消耗，即C1＋D1＋E1，B正确；第一、二营养级间的能量传递效率为第二营养级的同化量/第一营养级的同化量＝×100%，C错误；能量传递效率不能提高，只能提高能量的利用率，D错误。 二、能量传递效率的计算规则 1．在食物网中，能量传递效率不是以个体或种群为单位的，而是以营养级为单位的，如对于食物网，由第一营养级到第二营养级的能量传递效率是指（B＋C）同化的总能量占A同化的总能量的10%～20%。 2．求最高营养级获得能量的“最大值”或“最小值” （1）在一条食物链中，若生产者（第一营养级）能量为100%，那么第二营养级所获得的能量最多是20%，最少为10%，第三营养级所获得的能量最多为20%×20%＝4%，最少为10%×10%＝1%，则第n营养级获得的能量最多为（20%）n－1，最少为（10%）n－1。 （2）在多条食物链中，最高营养级从不同渠道得到的能量比不定，已知较低营养级生物的能量，求较高营养级生物获得的能量： 3．求最低营养级消耗量的“至少”或“最多” （1）如一条食物链共有n个营养级，则第n营养级生物每增加1 kg体重： ①“至少”需要消耗的生产者的量：＝＝5n－1。 ②“最多”需要消耗的生产者的量：＝＝10n－1。 （2）在多条食物链中，若已知较高营养级生物的能量，求所需较低营养级生物的能量： 4．关于“定值”的计算 在食物网中，某一营养级同时从上一个营养级的多种生物中按一定比例获取能量，则按照单独的食物链进行计算后再合并。 例5　如图表示某生态系统食物网的图解，猫头鹰体重每增加1 kg，至少消耗A约（　　） A．100 kg B．44.5 kg C．25 kg D．15 kg 答案　C　图中共含有三条食物链，而题中所求为至少消耗的A，根据能量流动规律分析可知，食物链越短损耗越少，效率以20%计算。故食物链A→B→猫头鹰为最短，消耗的A为1÷20%÷20%＝25 kg。 例6　如果一个人的食物中有1/2来自绿色植物、1/4来自小型肉食动物、1/4来自羊肉，假如能量传递效率为10%，那么此人每增加1千克体重，需消耗植物（　　） A．10千克 B．5千克 C．100千克 D．280千克 答案　D　根据题意可以写出三条食物链：①植物→人，在此食物链中人要增重0.5千克，消耗植物：0.5÷10%＝5（千克）；②植物→羊→人，在此食物链中，人要增重0.25千克，消耗植物：0.25÷10%÷10%＝25（千克）；③植物→植食动物→小型肉食动物→人，在此食物链中，人要增重0.25千克，消耗植物：0.25÷10%÷10%÷10%＝250（千克）。所以人要增重1千克，需消耗植物280千克。 第3节　生态系统的物质循环 一、生态系统的物质循环 1．碳循环 （1）碳是构成生物体的重要元素之一，在生物群落中主要以含碳有机物形式存在，大气中的碳主要是二氧化碳。 （2）大气中碳元素进入生物群落的途径是光合作用和化能合成作用，形式是二氧化碳。 （3）生物群落中的碳元素回到非生物环境中的途径有分解者的分解作用、动物和植物的呼吸作用、化石燃料的燃烧，形式是二氧化碳。 （4）碳在生物群落与非生物环境间循环的形式是二氧化碳，在生物群落内部传递的形式是含碳有机物，途径是食物链（网）。 （5）海洋对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用。 （6）温室效应的形成原因是化石燃料的大量燃烧，打破了碳平衡。缓解温室效应的方法是减少二氧化碳排放，大力植树种草等。 2．概念：组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素，都在不断进行着从非生物环境到生物群落，又从生物群落到非生物环境的循环过程。 3．特点 （1）全球性：物质循环的概念中所说的“生态系统”指地球上最大的生态系统——生物圈，因此又叫生物地球化学循环。 （2）循环性：循环往复运动。 【重点探究】 下列各图均为生态系统碳循环示意图，请据图回答： （1）图甲中A～D代表的成分依次是生产者、大气中的二氧化碳库、消费者、分解者。 （2）图乙中代表生产者的是A ，代表消费者的是B、D ，代表分解者的是E ，代表大气中的二氧化碳库的是C 。 （3）图丙中，代表生产者的是E ，代表消费者的是F、D、B ，代表分解者的是C ，代表大气中的二氧化碳库的是A 。 【关键点拨】根据结构图判断生态系统的组成成分 如图所示，先根据双向箭头确定D、C为“非生物的物质和能量”或“生产者”，则A、B为“消费者”或“分解者”；再根据出入箭头数量的多少进一步判断，在D、C中指出箭头多的D为“生产者”，指入箭头多的C为“非生物的物质和能量”；最后根据D→A→B确定A为“消费者”、B为“分解者”。 二、生物富集及能量流动和物质循环的关系 1．生物富集 （1）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。 （2）实例：铅、镉、汞等重金属，DDT、六六六等有机化合物以及一些放射性物质等。 （3）进入生物体方式：①动、植物直接吸收。 ②沿食物链在生物体内逐渐聚集，积累在食物链的顶端。 （4）在生物体的分布：形成稳定化合物分布于多种组织细胞中，不易被排出，积蓄在体内。 （5）特点：全球性。 2．能量流动和物质循环的关系 项目 能量流动 物质循环 范围 生态系统各营养级 生物圈 特点 单向流动，逐级递减 全球性、循环性 联系 同时进行、相互依存，不可分割：①能量的固定、储存、转移和释放，离不开物质的合成和分解；②物质是能量沿食物链（网）流动的载体；③能量是物质在生物群落和非生物环境间循环往复的动力 【方法技巧】能量流动和物质循环关系分析 （1）能量流动和物质循环相伴而行，但能量在传递过程中由光能→化学能→热能，而物质在循环（以碳循环为例）过程中，由无机物（CO2）→有机物→无机物（CO2）。 （2）能量流动的终点是热能散失到非生物环境中，不能循环利用。而物质循环产生的CO2又被重新利用，所以没有终点。 三、探究土壤微生物的分解作用 1．实验原理 （1）土壤中生活着细菌、真菌、放线菌等微生物，它们在生态系统中主要充当分解者。在不同的气候与环境条件下，落叶在土壤中被分解的时间也不同。 （2）淀粉还原糖砖红色沉淀。 2．案例设计 项目 案例1 案例2 实验假设 土壤微生物能分解落叶使之腐烂 土壤微生物能分解淀粉 实验 设计 实验组 对土壤高温处理 A烧杯中加入30 mL土壤浸出液＋淀粉糊 对照组 对土壤不做任何处理（自然状态） B烧杯中加入30 mL蒸馏水＋与A等量的淀粉糊 自变量 土壤中是否含有微生物 是否加土壤浸出液 实验现象 在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组 A A1 不变蓝 A2 产生砖红色沉淀 B B1 变蓝 B2 不产生砖红色沉淀 结论分析 微生物对落叶有分解作用 土壤浸出液中的微生物能分解淀粉 注：在A1、B1中加入碘液，在A2、B2中加入斐林试剂并加热。 第4节　生态系统的信息传递 一、生态系统中信息的种类 1．信息的概念：可以传播的消息、情报、指令、数据与信号等。 2．信息传递：生态系统中的生物种群之间，以及它们内部都有信息的产生与交换，能够形成信息传递，即信息流。 3．生态系统中信息的种类 　　种类 项目 物理信息 化学信息 行为信息 概念 通过物理过程传递的信息 生物在生命活动过程中产生的可以传递信息的化学物质 动物的特殊行为在同种或异种生物之间传递的信息 举例 自然界中的光、声、温度、湿度、磁场等 植物的生物碱、有机酸等代谢产物，以及动物的性外激素等 蜜蜂跳舞、雄鸟的“求偶炫耀” 来源 非生物环境、生物个体或群体 生物在生命活动过程中产生 动物的行为特征 4．信息传递过程：信息源信息受体。 【重点探究】 下面展示了10种信息，请分析回答下列问题： ①花椒树上的刺　②昆虫的性外激素　③孔雀开屏　④鸟类鸣叫声所发出的信息　⑤猎豹和猫科动物有着高度特化的尿标志的信息　⑥蜜蜂的舞蹈行为　⑦某些植物花朵的颜色、形状等给传粉昆虫的信息　⑧花香引蝶和老马识途　⑨萤火虫的闪光　⑩鼬遇到危险时，由肛门排出有强烈恶臭味的气体，起到报警和防御的功能 （1）属于物理信息的①④⑦⑨。（2）属于化学信息的有②⑤⑧⑩。（3）属于行为信息的有③⑥。 【关键点拨】⑴生态系统中信息的来源可以是非生物环境也可以是生物个体或群体，但化学信息和行为信息一般不可能来自非生物环境； ⑵生物之间的信息传递并不限于有捕食关系的个体之间。 ⑶生态系统的信息传递不包括细胞之间的信息传递，而是指种群内部个体之间，种群之间以及生物与无机环境之间的传递。 ⑷物理信息既可以来源于环境，如光、电、波等；也可以来源于生物，如花的颜色、鸟的鸣叫。 如何判断生态系统信息传递的类型 (1)涉及声音、颜色、植物形状、磁力、温度、湿度这些信号，通过动物感觉器官皮肤、耳朵、眼或植物光敏色素、叶、芽等感觉上述信息，则判断为物理信息。 (2)若涉及化学物质挥发性(如性外激素等)这一特点，则判断为化学信息。 (3)凡涉及“肢体语言”者均属于行为信息。　 二、信息传递的作用及其应用 1．信息传递在生态系统中的作用 （1）个体：生命活动的正常进行，离不开信息的作用。如海豚的“回声定位”，烟草等种子的萌发生长。 （2）种群：生物种群的繁衍，离不开信息的传递。如植物开花、昆虫交尾。 （3）群落和生态系统：能够调节生物的种间关系，进而维持生态系统的平衡与稳定。如食物链中相邻物种间“食”与“被食”的关系。 2．信息传递在农业生产中的应用 （1）提高农畜产品的产量 举例：①模拟动物的信息吸引大量的传粉动物，可以提高果树的传粉效率和结实率。②养鸡时，在增加营养的基础上，延长光照时间，会刺激鸡卵巢的发育和雌激素的分泌，可提高产蛋率。 （2）对有害动物进行控制 ①控制方法：化学防治、生物防治和机械防治。 ②举例：a.利用光照、声音信号诱捕或驱赶某些动物；b.利用昆虫信息素诱捕或警示有害动物，降低害虫的种群密度；c.利用特殊的化学物质扰乱某些动物的雌雄交配，使有害动物的繁殖力下降。 种类 化学防治 机械防治 生物防治 措施 喷施化学药剂 人工捕捉等 引入天敌、寄生虫或使用信息素等 优点 ①作用迅速②短期效果明显 ①无污染②见效快，效果好 ①无污染②有效且持久 缺点 ①会使害虫的抗药性增强 ②可能杀害害虫天敌，破坏生态平衡 ③污染环境 ①费时费力 ②对体型很小的害虫无法实施 天敌数量不明确，甚至可能会引发生态危机（可能引起物种入侵） 【重点探究】 1．在森林中，猞猁能依据兔留下的气味来捕食后者，兔同样能依据猞猁的气味或行为躲避追捕，这个事实说明信息能够调节生物的种间关系，进而维持生态系统的平衡与稳定。 2．在三种控制动物危害的技术方法中，人们更倾向于生物防治，原因是其对人类生存环境无污染、有效。①施用人工合成的化学物质——性引诱剂诱剂捕农田害虫，属于 生物 防治，因为化学防治是利用药物直接杀死有害生物，而性引诱剂诱捕害虫是利用了生态系统信息传递的原理进行的，所以属于生物防治而非化学防治。 ②某种鸟类在受到惊吓后，会突然飞起并发出尖叫，给同伴传递行为信息和物理信息。 ③当食草动物看到青草明显减少时，部分个体会另觅取食地，这体现了生态系统信息传递的功能. ④当食草动物看到青草明显减少时，部分个体会另觅取食地，这体现了生态系统中的信息能够调节生物的种间关系，进而维持生态系统的平衡与稳定。 项目 能量流动 物质循环 信息传递 区别 来源 几乎都来自太阳能 生态系统 生物或非生物环境 途径 食物链或食物网 多种 特点 单向流动、逐级递减 全球性、循环性 往往是双向的 范围 生物群落 群落和非生物环境间 生物与生物之间或生物与非生物环境间 地位 生态系统的动力 生态系统的基础 决定能量流动和物质循环的方向和状态 联系 信息传递存在于生态系统的各种成分之间，把生态系统各组分联系成一个统一的整体，并调节生态系统的稳定性 第5节　生态系统的稳定性 一、生态平衡与生态系统的稳定性 1．生态平衡 （1）概念：生态系统的结构和功能处于相对稳定的一种状态。 （2）特征——动态平衡。 ①结构平衡：生态系统的各组分保持相对稳定。 ②功能平衡：生产—消费—分解的生态过程正常进行。 ③收支平衡。 （3）调节机制——负反馈调节。 ①在一个系统中，系统工作的效果，反过来又作为信息调节该系统的工作，并且使系统工作的效果减弱或受到限制，它可使系统保持稳定。 ②负反馈调节在生态系统中普遍存在，是生态系统具备自我调节能力的基础。 2．生态系统的稳定性 （1）概念：生态系统维持或恢复自身结构与功能处于相对平衡状态的能力。 （2）原因：生态系统具有自我调节能力。 （3）特点：生态系统的自我调节能力是有限的。 归纳提升　生态系统的负反馈调节和正反馈调节的比较 项目 正反馈调节 负反馈调节 作用 使生态系统远离平衡状态 是生态系统自我调节能力的基础，能使生态系统保持相对平衡 结果 加速最初发生变化的那种成分的变化，从而远离生态平衡状态 抑制和减弱最初发生变化的那种成分的变化，从而保持生态平衡 实例 若一个湖泊受到的污染超过其自我调节能力，则污染会越来越严重 草原上食草动物和植物的数量变化 二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性 1．抵抗力稳定性 （1）含义：生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状（不受损害）的能力。 （2）规律：一般来说，生态系统中的生物种类越多，食物网越复杂，其自我调节能力越强，抵抗力稳定性就越高。如热带雨林生态系统。 2．恢复力稳定性 （1）含义：生态系统在受到外界干扰因素的破坏后恢复到原状的能力。 （2）特点：生态系统在受到不同的干扰（破坏）后，其恢复速度与恢复时间是不一样的。 3．提高生态系统的稳定性 （1）原因 ①处于生态平衡的生态系统可以持续不断地满足人类生活所需。 ②处于生态平衡中的生态系统能够使人类生活与生产的环境保持稳定。 （2）措施 ①控制对生态系统的干扰强度，在不超过生态系统自我调节能力范围内，合理适度地利用生态系统。 ②对人类利用强度较大的生态系统，应给予相应的物质、能量的投入，保证生态系统内部结构与功能的协调。 【重点探究】 下图表示抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性的关系，据图分析： （1）在受到干扰之前，曲线在正常范围内波动是由于该生态系统具有自我调节能力。 （2）热带雨林生态系统与草原生态系统相比，受到相同干扰时，草原生态系统的y值要大于热带雨林的y值。 （3）x的大小可作为恢复力稳定性强弱的指标，x值越大，说明恢复力稳定性越低。 （4）TS表示曲线与正常范围之间所围成的面积，TS值越大，说明生态系统的总稳定性越低。 【关键点拨】（1）抵抗力稳定性和恢复力稳定性的判断 某一生态系统在受到外界轻微干扰，应视为抵抗力稳定性，如河流轻度污染的净化；若遭到彻底破坏，则其恢复过程应为恢复力稳定性，如火灾后草原的恢复等。 （2）抵抗力稳定性和恢复力稳定性的关系 a为抵抗力稳定性，b为恢复力稳定性，一般情况下，二者呈负相关，但在北极苔原生态系统中，抵抗力稳定性和恢复力稳定性都很低。 三、设计制作生态缸，观察其稳定性 1．实验目的 设计一个生态缸，观察这一人工生态系统的稳定性。 2．实验原理 （1）在有限的空间内，依据生态系统原理，将生态系统的基本成分进行组织，构建一个人工微生态系统是可能的。 （2）在设计时，要考虑系统内组分及营养级之间的合适比例。 3．实验步骤 （1）用玻璃板和粘胶制作生态缸的框架。 （2）在生态缸内底部的一侧铺垫几块石块作为基垫，再铺上一层颗粒较细的沙土，厚度为5～15 cm，在沙土上铺一层含腐殖质较多的土，厚度为5～10 cm，铺垫好的土和石块整体呈坡状。 （3）在土坡上放几块有孔的假山石，可作为小动物栖息的场所。 （4）向缸内倒入自来水，水位高5～10 cm，在水中放几块鹅卵石。 （5）在土坡上选择苔藓、铁线蕨、鸭跖草、马齿苋、罗汉松、翠云草等进行种植，放入鼠妇、蚰蜓、蚯蚓、蜗牛等小动物；在水中放入浮萍、金鱼藻等水生植物，放入虾、小鱼和小乌龟等小动物。 （6）封上生态缸盖。将生态缸放置于室内通风、光线良好的地方，但要避免阳光直接照射。 （7）每个星期至少观察一次生态缸内生物种类及数量的变化，并且进行记录。 4．注意事项 （1）生态缸一般是密闭的，以防止外界生物或非生物因素的干扰。 （2）生态缸中要有非生物的物质和能量、生产者、消费者和分解者，投放的几种生物必须具有很强的生活力，目的是使生态缸中能够进行物质循环和能量流动，并在一定时期内保持稳定。 （3）制作生态缸的材料必须是透明的，以便为生产者进行光合作用提供光能，保持生态缸的温度，且便于观察。 （4）选择的动物不宜太多，个体不宜太大，目的是减少对O2的消耗，防止生产量<消耗量。 5．结果分析 （1）生态缸中的生物只能存活一段时间。虽然生态缸中生态系统成分齐全，但其结构比较简单，自我调节能力差。 （2）不同的生态缸中生态系统的稳定性时间有长有短。 【重点探究】 某同学设计了一个小生态瓶，要想较长时间保持稳态，一定要做到的是①②③④ 。 ①要有稳定的能量来源　②生产者、消费者、分解者的数量要搭配合理　③植物的光合作用能满足动物对氧气和养料的需要　④动物产生的CO2能满足植物进行光合作用　⑤瓶底应放一些鹅卵石 第四章 人与环境 第1节　人类活动对生态环境的影响 一、人口增长与生态足迹 1．生态足迹 （1）概念：生态足迹又叫生态占用，是指在现有技术条件下，维持某一人口单位（一个人、一个城市、一个国家或全人类）生存所需的生产资源和吸纳废物的土地及水域的面积。 （2）特点：①生态足迹的值越大，对生态和环境的影响越大。 ②生活方式不同，生态足迹的大小可能不同。 2．人口增长对生态环境的影响 （1）现状：生态足迹增长很快，生态承载力（地球提供资源的能力）增长较慢，环境压力不断增大。 （2）采取的措施：处理好人口增长和资源环境的关系。 （2）生态足迹示意图 a.碳足迹：表示扣除海洋对碳的吸收量之后，吸收化石燃料燃烧排放的二氧化碳等所需的森林面积。 b.渔业用地：表示支持水产品生产所需的 水域面积。 c.建设用地：表示交通设施、住房、工业建筑物、水电库区等人类基础设施所占用的土地面积。 d.耕地：表示用来种植人类消费的作物、油料、橡胶以及生产牲畜饲料等农产品所需的农田面积。 e.草地：表示生产肉、奶、毛皮等畜牧产品所需的 草地面积。 f.林地：表示生产木材、纸浆、薪柴等林木产品所需的林地面积。 【判断】 （1）与食用蔬菜相比，吃牛肉会增大生态足迹。（√） （2）人口增长过快，不但消耗大量自然资源，还加剧了对环境的污染，增加了治理的成本和难度。（√） （3）泥石流频发是由人口增长直接引发的问题。（×） （4）我国地大物博、资源丰富，但人均资源占有量不高。（√） 二、关注全球性生态环境问题 1．全球性生态环境问题的类型及主要原因 （1）全球气候变化：CO2等温室气体的大量排放。 （2）水资源短缺：①人口多；②污染严重。 （3）臭氧层破坏：氟氯烃、哈龙等化合物的使用。 （4）土地荒漠化：植被的破坏。 （5）生物多样性丧失：生物生存的环境被破坏。 （6）环境污染：最为常见的是大气污染、水体污染和土壤污染。 2．特点：全球性。 3．影响：对生物圈的稳态造成威胁，也影响到人类的生存和可持续发展。 4．我国态度：倡导生态文明建设，将“全面协调可持续发展”作为基本国策。 第2节　生物多样性及其保护 一、生物多样性及其价值 1．生物多样性 （1）概念：生物圈内所有的植物、动物和微生物等，它们所拥有的全部基因，以及各种各样的生态系统，共同构成了生物多样性。 （2）内涵 2．生物多样性的价值 （1）直接价值：对人类有食用、药用、工业原料等实用意义及有旅游观赏、科学研究和文学艺术创作等非实用意义的价值。 （2）间接价值：调节生态系统的功能；促进生态系统基因流动和协同进化。如森林和草地的防风固沙、水土保持作用，湿地的蓄洪防旱、调节气候的作用等。如某种兰花和给其传粉的蛾。如猎豹和羚羊的“军备”竞赛。 生物多样性的间接价值明显大于直接价值。 （3）潜在价值：目前人类尚不清楚的价值。 二、生物多样性丧失的原因及保护措施 1．生物多样性丧失的原因 （1）人类活动对野生物种生存环境的破坏：主要表现为使得某些物种栖息地丧失和碎片化。 （2）掠夺式利用：包括过度采伐、滥捕乱猎。 （3）环境污染。 （4）农业和林业品种的单一化。 （5）外来物种的盲目引入。 2．保护生物多样性的措施 （1）就地保护 ①含义：指在原地对被保护的生态系统或物种建立自然保护区以及国家公园等。 ②意义：是对生物多样性最有效的保护。 （2）易地保护 ①含义：指把保护对象从原地迁出，在异地进行专门保护。 ②实例：建立植物园、动物园以及濒危动植物繁育中心等。 ③意义：为行将灭绝的物种提供 。 （3）其他 ①建立精子库、种子库、基因库，利用生物技术对濒危物种的基因进行保护等。 ②利用人工授精、组织培养和胚胎移植等生物技术，加强对珍稀、濒危物种的保护。 ③处理好人与自然的相互关系，主要是降低破坏地球生态环境的速度。 ④加强立法、执法和宣传教育。 3．保护与利用的关系：保护生物多样性只是反对盲目地、掠夺式开发利用大自然，并不意味着禁止开发和利用。合理利用就是最好的保护。 4. 保护生物多样性的关键：要处理好人与自然的相互关系。 【拓展】 1.生物入侵对当地生态系统造成的危害是导致当地生物多样性下降。 2.易地保护主要是在物种层次上的保护，就地保护主要体现在生态系统层次上。 3.红树林是一种典型的湿地生态系统，红树林具有调节气候、保护海岸、旅游观光的作用。从生物多样性价值的角度分析，这属于 间接价值和直接 价值． 【重点探究】 ①湿地可以蓄洪防旱 间接价值 ②湿地公园供人游玩 直接价值 ③农田中一种不知名的野草 潜在价值 ④农田能够提供粮食 直接价值 ⑤画家旅游时即兴泼墨 直接价值 ⑥模拟鸟类外形研制飞机 直接价值 ⑦“飞流直下三千尺，疑是银河落九天” 直接价值 ⑧猎豹的追赶使羚羊的奔跑能力增强 间接价值 第3节　生态工程 一、生态工程的基本原理 1．关注生态工程建设 （1）生态工程的概念：人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法，对人工生态系统进行分析、设计和调控，或对已被破坏的生态环境进行修复、重建，从而提高生态系统的生产力或改善生态环境，促进人类社会与自然环境和谐发展的系统工程技术或综合工艺过程。 （2）生态工程建设的目的：遵循生态学规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益和生态效益的同步发展。 （3）生态工程的特点：与传统工程相比，生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。 2．生态工程所遵循的基本原理 生态工程以生态系统的自组织、自我调节功能为基础，遵循着整体、协调、循环、自生等生态学基本原理。 （1）自生原理 ①含义：由生物组分而产生的自组织、自我优化、自我调节、自我更新和维持。 ②依据：生态系统的结构和功能（生态系统的自我调节能力） ③要求 a．遵循自生原理，需要在生态工程中有效选择生物组分并合理布设。 b．维持系统的自生，需要创造有益于生物组分的生长、发育、繁殖，及它们形成互利共存关系的条件。 案例分析：在湿地修复过程中,应选择污染物净化能力较强的多种水生植物,还需要考虑这些植物各自的生态位差异,以及它们之间的种间关系,合理设计,优化食物网结构,并且尽量移除富营养化沉积物和有毒物质,减少水体污染物，增加水体溶氧量,以利于生态系统的自生。 实例（遵循或违背自生原理）:单一林比天然林易遭破坏（人工林增加植被）、退耕还林还草、湿地破坏（违背了自生原理）、减少污水排放，治理湖泊（遵循了自生原理）。 （2）循环原理 ①含义：在生态工程中促进系统的物质迁移与转化，既保证各个环节的物质迁移顺畅，也保证主要物质或元素的转化率较高。 ②依据：生态系统的物质循环功能 ③意义：通过系统设计实现不断循环，使前一环节产生的废物尽可能的被后一环节利用，减少整个生产环节“废物”的产生。 实例：无废弃物农业、沼气池。 （3）协调原理 ①含义：在进行生态工程建设时，生物与环境、生物与生物的协调与适应。 ②措施：a.处理好生物与环境、生物与生物的协调与适应， b.需考虑环境容纳量。 实例：“灰色长城”、过度放牧（未考虑环境容纳量）、橘生淮南则为橘，橘生淮北则为枳、我国西北地区防护林的建设中,应选择适合当地环境的物种、“四大家鱼混养模式，让各种鱼类都有生存的机会和空间”主要遵循了协调原理、引入水葫芦泛滥，导致多数生物死亡（违背了自生原理和协调原理）、水体富营养化，引起水华（湿地破坏，水体污染）违背了自生原理和协调原理。 （4）整体原理 ①含义：自然生态系统是通过生物与环境、生物与生物之间的协同进化而形成的一个不可分割的有机整体。 ②要求 a．遵从自然生态系统的规律。 b．考虑社会—经济—自然复合系统的影响力。 实例：前面栽树，后面砍树（既要号召农民种树，又要考虑农民的生活问题）。 二、生态工程的实例和发展前景 1．生态工程的实例分析 ⑴农村综合发展型生态工程 ⑵湿地生态恢复工程 ⑶矿区废弃地的生态恢复工程 2．生态工程的两种模式 ①桑基鱼塘模式：人工建立的高产稳产的农业生态系统。做到蚕粪养鱼，鱼粪肥塘，塘泥肥田、肥桑,从而获得稻、鱼、蚕茧三丰收。 ②沼气农田立体养殖模式：不仅实现了对能量的多级利用，而且提高了能量的利用率，使能量尽可能多地流向对人类有益的部分。 3．生态工程的发展前景 ⑴不足（我国生态工程存在的问题） ①缺乏定量化模型的指导，难以像“精确农业”那样设计出标准化、易操作的生态工程样板。 ②有些设计缺乏高科技含量，生态系统的调控尚缺乏及时准确的监测技术的支持，缺乏理论性指导等。 ⑵我国目前面临的生态危机 ①生态危机：已经不单纯是环境污染问题，而是与人口激增、环境与资源破坏、能源短缺等问题结合在一起的“并发症”。 ②解决措施：不但要重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益的结合，需要生态工程发挥作用。  ⑶我国态度：把美丽中国作为建设社会主义现代化强国的重要目标，在发展中尊重自然、顺应自然、保护自然。 第 18 页 共 29 页 $