第1节
生态环境和生物圈
一、教学目标
1.举例说明什么是生态系统。
2.讨论某一生态系统的结构。
3.尝试建构生态系统的结构模型。
二、教学重点和难点
1.教学重点
讨论生态系统的结构。
2.教学难点
说明生态系统是一个整体。
三、教学设想
学生对“生态系统”一词并不陌生，对其最基本的内涵通过初中生物课的学习已有初步的了解。生态系统的概念是形成生态学思想的基础，本章是围绕着剖析生态系统概念的实质展开的。因此，在教学中要突出生态系统内各组分的相互联系与相互作用、有序与和谐、多样与复杂等。要从培养学生的生态学思想的角度，制定教学策略。
本节可以结合“思考与讨论”中的素材，讨论“你认为什么是生态系统”的话题。让学生根据自己对生态系统的理解，列举五个生态系统的实例，并列出生态系统的判断要点。学生之间相互交换作业，并对同伴的作业作出评判。
四、教学过程
生物在生命活动中要从环境中不断地摄取物质和能量，因而受到环境的限制，同时生物的生命活动又能不断地影响和改变环境。这说明生物与环境是一个统一的整体。研究生物与生物之间以及生物与环境之间相互关系的科学叫生态学。那么，环境对生物的影响有什么规律呢？
在学生讨论的基础上，教师以池塘生态系统为例，进一步分析“思考与讨论”中提出的问题。有条件的学校，教师可制作若干个不同控制条件的“生态缸”，让学生观察各个生态缸中的状况，增加感性认识。问题7是让学生尝试建构生态系统的结构模型，这是本节的教学目标之一。生态系统中各种生物和非生物成分繁多且关系复杂，无法逐个研究它们在生态系统中的结构和功能，所以引入了生产者、消费者和分解者的概念，将营养功能相同的生物类群看成一个整体结构，研究其中的物质与能量变化、信息传递，使研究问题得到简化。这是一种系统科学的研究方法，在其他宏观研究中也常常要应用这种方法。
生态系统的结构包括两方面的内容：生态系统的成分，食物链和食物网。大多数学生在讨论了问题1~5后，应当能达成这一教学目标。对此，教师可进一步提出本节“问题探讨”中的素材，让学生演练，使学生对生态系统具有一定的结构有一定认识。
生物群落与其无机环境之间的关系不是静止的，而是处于动态的变化之中：能量在其中流动，物质在其中循环，信息在其中传递，多种多样的生物及其与环境之间构建起了动态平衡的关系。
一、环境、环境因子与生态因子的概念及关系
环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间及直接、间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。生物的环境因子是指生物体周围直接或间接地影响生物生存的全部因素。生态因子是指环境中影响生物的形态、生理、行为和分布的因素，如光、温度、水分、空气等。而海拔高度、水域深度等因素则只属于环境因子，因为它们的作用是通过温度、光照、气压等生态因子间接地体现出来的，它们本身对生物没有直接影响。
二、谢尔福德耐受性定律
谢尔福德耐受性定律表明，每一种生物对每一个生态因子都有一个耐受的上限和下限，上、下限之间的范围被称为能耐受范围（这个范围又称为生态幅），而能耐受范围中又存在着一个最适范围（又称最适区），耐受范围的两端（即除去最适范围后所剩的部分）为生理受抑区，若再往外延伸超出能耐受范围后，则为不能耐受区。
生态系统的空间大小各异，一个池塘、一片草地、一块农田、一座山林、一条河流等，都可以各自成为一个生态系统。地球上的全部生物及其无机环境构成的生态系统称为生物圈。在生物圈中，繁衍着各种各样的生物，每一种生物都生活在各自的特定环境中，它们既利用环境资源满足了自身生长发育的需要，使种群得到延续，同时，它们自身也是构成环境的重要因素。
通过列举生态系统的各种类型，启发学生思考生态系统类型多种多样，但在结构上具有许多共同点。重点从“生产者、消费者、分解者”之间的关系，阐释生态系统中各组成成分之间紧密联系构成一个统一整体，体现一定的结构和功能。
“生态系统是一个统一整体”是教学的难点。在各种类型的生态系统中，都包含有非生物的物质和能量、植物、动物和微生物等组成成分。这些组成成分之间并不是毫无联系的，而是通过物质和能量的联系形成一定的结构。
关于“食物链与食物网”的教学，教师要向学生说明：群落是生态系统中有生命的部分，群落中生物间的“营养联系”就是生态系统的“生命线”，其主要形式就是“食物联系”。接着以教材中的图示为例，分析生物之间的食物关系，从而建立食物链、营养级和食物网的概念。
生态系统的营养结构
生态系统内各要素之间的作用是通过以食物联系连接的营养结构实现的。营养结构包括食物链与食物网。
（1）食物链
食物链是指生产者所固定的能量和物质，通过一系列取食和被食关系在生态系统中传递，各种生物按其食物联系排列的链状顺序。食物链上的每一环节，称为营养阶层（营养级）。自然生态系统主要有三种类型的食物链。
①牧食食物链或捕食食物链：是以活的绿色植物为基础，从食草动物开始的食物链，例如，小麦→蚜虫→瓢虫→食虫鸟。
②碎屑食物链或分解食物链：是以死亡的动植物残体为基础，从真菌、细菌和某些土壤动物开始的食物链，例如，死亡的动植物残体→跳虫、螨类→食虫昆虫、蜘蛛→食虫鸟、小型哺乳动物。
③寄生食物链：以活的动植物有机体为基础，从某些专门营寄生生活的动植物开始的食物链，例如，鸟类→跳蚤→鼠疫细菌。
生态系统中的食物链不是固定不变的，它不仅在进化历史上有改变，在短时间内也有改变。动物在个体发育的不同阶段里，食物的改变（如蛙）就会引起食物链的改变。动物食性的季节性变化也会引起食物链的改变。因此，食物链往往具有暂时的性质，只有在生物群落组成中成为核心的、数量上占优势的种类，食物链才是比较稳定的。
一般生态系统中的能量在沿着食物链的传递过程中，从前一环节到后一环节，能量大约要损失90％左右（能量转化效率大约是10％）。因此，越是处于食物链顶端的动物，生物量越小，能量也就越少。处于顶位的肉食动物最少，以致于不可能再有别的动物以它们为食，因为从它们身上所获得的能量不足以弥补为搜捕它们所消耗的能量。一般说来，能量从太阳开始沿着食物链传递几次以后就所剩无几了，所以食物链一般都很短，通常只由4~5个环节构成，很少有超过6个环节的。
（2）食物网
在生态系统中，一种生物不可能固定在一条食物链上，而往往同时属于数条食物链。实际上，生态系统中的食物链很少单条、孤立地出现（除非食性是专一的），它们往往相互交叉，形成复杂的网络式结构，即食物网。食物网形象地反映了生态系统内各生物有机体间的营养位置和相互关系，生物正是通过食物网发生直接和间接的联系，保持着生态系统结构和功能的相对稳定。
五、教后感:
一般地说，具有复杂食物网的生态系统，一种生物的消失不致引起整个生态系统的失调，但食物网简单的系统，尤其是在生态系统功能上起关键作用的种，一旦消失或遭受严重破坏，就可能引起这个系统的剧烈变动。教育学生要有环保意识,自觉保持环境。第四章
生态系统的稳态
第二节
生态环境的稳态（第一课时）
一、教学目的
1.以碳循环为例，分析生态系统中的物质循环。
2.尝试探究土壤微生物的分解作用。
3.说明能量流动和物质循环的关系。
4.关注碳循环平衡失调与温室效应的关系。
5.举例说出生态系统中的信息传递。
6.说出信息传递在生态系统中的作用。
7.描述信息传递在农业生产中的应用
8.掌握生态系统能量流动的过程和特点。
9.了解研究生态系统能量流动的意义。
二、教学重点
1.分析生态系统中的物质循环。
2.说出信息传递在生态系统中的作用
3．生态系统能量流动的过程和特点。
三、教学难点
1．说明能量流动和物质循环的关系。
2．生态系统能量流动的特点及其形成原因。
四、教学过程：
复习：生态系统的营养结构是什么？（回答：是食物链和食物网。）
复习：如果我们写一个一般的食物链，就是：生产者→初级消费者→次级消费者，这么写的意思是什么？
学生：是后一营养级以前一营养级为食的现象，后一营养级从前一营养级获得了物质和能量，物质和能量就从前一营养级流动到后一营养级。我们现在就学习生态系统的能量是怎样流动的。
提问：那么，能量是怎样输入生态系统的？能量流动的渠道是什么？能量流动的过程是怎样的？请同学们阅读教材“能量流动的过程”一段，并思考这些问题。
（在同学们阅读后，分别请几位同学总结这几个问题。）
讲述：生态系统流动的能量来自太阳能，即生态系统中能量的源头是太阳。但并不是所有的太阳能都参与生态系统中的能量流动，必须是输入到生态系统的第一营养级的能量才能开始在生态系统中流动。怎样输入？依赖于生产者的光合作用把太阳能转变成化学能。生产者固定的太阳能总量就是流经这个生态系统的总能量。它沿着食物链流动。
提问：输入生态系统的能量是怎样流动的？或者说，生产者固定的太阳能流向什么方向？
讲述：生产者固定的太阳能有三个去处：一部分被自身的生命活动消耗了，即被呼吸作用分解了；储存在体内的能量一部分被初级消费者摄食同化流入下一营养级，没被初级消费者利用的枯枝落叶和初级消费者摄食未消化而排出的粪便中的这一部分被分解者释放出来。简单他说，生产者固定的太阳能的三个去处是：呼吸消耗，下一营养级同化，分解者分解。对于初级消费者所同化的能量，也是这三个去处。并且可以认为，一个营养级所同化的能量＝呼吸散失的能量十分解者释放的能量十被下一营养级同化的能量。但对于最高营养级的情况有所不同。
提问：生态系统中能量流动有什么特点？形成这些特点的原因是什么？相邻两个营养级之间的能量传递效率是多少？教材107页也有两个问题，请同学们带着这些问题阅读教材“能量流动的特点”一段，阅读完后，可以讨论一下这些问题。
（待同学们阅读完后）现在请一位同学概括一下能量流动的特点。
是单向流动和逐级递减。为什么是这样呢？请继续回答。 讲述：对于单向流动来讲，是说能量只能从前一营养级流向后一营养级，而不能反向流动，可以理解为肉食动物以植食动物为食，植食动物不能以肉食动物为食。植物与植食动物的关系也是如此。
对于逐级递减来讲，也是教材的第二个问题，一个营养级同化的能量，不能百分之百流向下一营养级，除了自身呼吸消耗外，还有一部分未被下一营养级利用。这就决定了能量越流越少。
在赛达伯格湖，第二营养级只获得第一营养级同化能量的13．5％，第三营养级只获得第二营养级同化能量的20％，能量在相邻两个营养级间的传递效率只有10％～20％，那么，其余80％～90％的能量哪里去了？请一位同学回答这个问题。
讲述：对，被呼吸消耗，被分解者释放，还有一大部分未被利用。未被利用的，可以理解为后一营养级不能利用的（如荒地中的草根）和后一营养级能利用而未利用的（如羊不可能将草地的草吃净。这些未利用的能量除少量被分解者分解释放外，它们或者进入别的生态系统，如被河水冲向海洋，或者沉积在湖底成为有机质沉积物，或者仍然是前一营养级的生存个体，保持了前一营养级的生产能力。
提问：在赛达伯格湖一个营养级所同化的能量，是怎样分配的？
是未利用的>呼吸的>下一营养级同化的>分解者释放的。
提问：能量金字塔是什么含义？如以生物个体数量表示有无例外？（请一位同学回答）
讲述：研究能量流动的意义在于使能量持续高效地流向对人类有益的部分。比如草原怎样放牧产畜量高而草原又不退化？农作物怎样才能给人类提供更多的产品？教材中提到的办法就是一个好办法。假如给你一个池塘，你该怎样经营，才能最大获益？请大家讨论。
（讨论后请几个同学阐述他们的结论）
现在已经出现一种叫做“生态农业”的农业经营模式。这种经营模式可以最小投入，得到最大收益。比如桑基渔塘就是一例。（在此稍作解释）
总结：通过学习生态系统的能量流动，我们知道生态系统必须不断地从外界获取能量。能量是一切生命的动力，是生态系统的基础。能量流动维持各个营养级的生命和繁殖后代，使得一个生态系统得以存在和发展。
一、生态系统中的物质循环概念和特点
1、概念：生态系统中的物质循环又称为生物地球化学循环，是指在生态系统中，组成生物体的C、H、O、N、P、Ca等化学元素，不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落回到无机环境的循环过程。
2、特点：循环流动，反复出现
二、生态系统中的物质循环与能量流动的关系
物质循环的动力来自能量，而物质又是能量的载体，以保证能量从一种形式转变为另一种形式。因此，在生态系统中二者是紧密相连的。
三、生物圈中水、碳和氮的循环过程
1、生物圈中水循环的主要过程如下图所示
大气环流
生物圈中水循环的主要过程
2、生物圈中碳循环过程如下图所示
生态系统碳循环过程
3、生物圈中的氮循环主要过程如下图所示
生物圈中的氮循环过程
五、教后感：
教师先设计好“能量流动和物质循环的关系”图解，通过师生谈话完成“能量流动和物质循环”的知识比较，达到温故知新的作用；通过学生交流总结，使学生能够相互取长补短，获取新的知识体系，以便深入理解“能量流动和物质循环的统一关系”；通过课后写小论文，使学生扩展知识体系和进行后续学习，突出体现新课标“提高学生生物科学素养”和“探究性学习”理念，培养学生的科学态度和科学的世界观。学生在学习过程中，通过教师的引导，能积极投入到学习中去，这不仅锻炼了他们的学习习惯，更使他们在学习中找到了乐趣，对学习生物的积极性更加提高了。在课堂教学中，教师通过多媒体课件的引入，生动再现了某些画面，使课堂有声有色，气氛和谐，课堂效果得到较大的提高，这也是我们下一步继续发扬的地方。教学过程中，由于某些问题设计的阶梯性不是很强，许多同学在讨论时觉得无法找到答案，这也是教学过程中存在较多的一个问题，下一步在设置问题时一定要有阶梯性，使学生有杆可爬，以便更加有利于学生的自主学习。
大气中的水蒸气
大气中的水蒸气
蒸发
等
蒸腾作用
降
水
蒸发
蒸发
降
水
动物
植物
吸收
吸收
地表径流
陆地水（含河流、湖泊等）
海洋水
大气中的CO2
光合作用
呼吸作用
呼吸作用
燃
烧
微生物的分解作用
动物
植物
动物
摄食
泥炭、石油、煤等
动、植物的遗体和排泄物
大气中的N2
反硝化细菌转化
工业固氮
光电固氮
生物
固氮
NH4+
NO3—等
NH3
硝化细菌氧化
吸收
微生物分解
植物体内蛋白质等含氮有机物
摄食
动物体内含N有机物
尿素及动、植物遗体或遗物中的含氮有机物第1节
生态环境和生物圈
生态系统
生态系统的概念是由英国生态学家坦斯利(A.G.Tansley,
1871~1955年)在1935年提出来的，他认为，“生态系统的基本概念是物理学上使用的‘系统’整体。这个系统不仅包括有机复合体，而且包括形成环境的整个物理因子复合体”。“我们对生物体的基本看法是，必须从根本上认识到，有机体不能与它们的环境分开，而是与它们的环境形成一个自然系统。”“这种系统是地球表面上自然界的基本单位，它们有各种大小和种类。”随着生态学的发展，人们对生态系统的认识不断深入。20世纪40年代，美国生态学家林德曼(R.L.Lindeman)在研究湖泊生态系统时，受到我国“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃泥巴”这一谚语的启发，提出了食物链的概念。他又受到“一山不能存二虎的启发，提出了生态金字塔的理论，使人们认识到生态系统的营养结构和能量流动的特点。今天，人们对生态系统这一概念的理解是：生态系统是在一定的空间和时间范围内，在各种生物之间以及生物群落与其无机环境之间，通过能量流动和物质循环而相互作用的一个统一整体。生态系统是生物与环境之间进行能量转换和物质循环的基本功能单位。
为了生存和繁衍，每一种生物都要从周围的环境中吸取空气、水分、阳光、热量和营养物质；生物生长、繁育和活动过程中又不断向周围的环境释放和排泄各种物质，死亡后的残体也复归环境。对任何一种生物来说，周围的环境也包括其他生物。例如，绿色植物利用微生物活动从土壤中释放出来的氮、磷、钾等营养元素，食草动物以绿色植物为食物，肉食性动物又以食草动物为食物，各种动植物的残体则既是昆虫等小动物的食物，又是微生物的营养来源。微生物活动的结果又释放出植物生长所需要的营养物质。经过长期的自然演化，每个区域的生物和环境之间、生物与生物之间，都形成了一种相对稳定的结构，具有相应的功能，这就是人们常说的生态系统。
1.
生态系统的概念
生态系统（ecosystem）是英国生态学家Tansley于1935年首先提上来的，指在一定的空间内生物成分和非生物成分通过物质循环和能量流动相互作用、相互依存而构成的一个生态学功能单位。它把生物及其非生物环境看成是互相影响、彼此依存的统一整体。生态系统不论是自然的还是人工的，都具下列共同特性：（1）生态系统是生态学上的一个主要结构和功能单位，属于生态学研究的最高层次。（2）生态系统内部具有自我调节能力。其结构越复杂，物种数越多，自我调节能力越强。（3）能量流动、物质循环是生态系统的两大功能。（4）生态系统营养级的数目因生产者固定能值所限及能流过程中能量的损失，一般不超过5~6个。（5）生态系统是一个动态系统，要经历一个从简单到复杂、从不成熟到成熟的发育过程。
生态系统概念的提出为生态学的研究和发展奠定了新的基础，极大地推动了生态学的发展。生态系统生态学是当代生态学研究的前沿。
2.
生态系统的组成成分
生态系统有四个主要的组成成分。即非生物环境、生产者、消费者和分解者。
（1）非生物环境
包括：气候因子，如光、温度、湿度、风、雨雪等；无机物质，如C、Ｈ、O、N、CO2及各种无机盐等。有机物质，如蛋白质、碳水化合物、脂类和腐殖质等。
（2）生产者（producers）
主要指绿色植物，也包括蓝绿藻和一些光合细菌，是能利用简单的无机物质制造食物的自养生物。在生态系统中起主导作用。
（3）消费者（consumers）
异养生物，主要指以其他生物为食的各种动物，包括植食动物、肉食动物、杂食动物和寄生动物等。
（4）分解者（decomposers）
异养生物，主要是细菌和真菌，也包括某些原生动物和蚯蚓、白蚁、秃鹫等大型腐食性动物。它们分解动植物的残体、粪便和各种复杂的有机化合物，吸收某些分解产物，最终能将有机物分解为简单的无机物，而这些无机物参与物质循环后可被自养生物重新利用。
3.
生态系统的结构
生态系统的结构可以从两个方面理解。其一是形态结构，如生物种类，种群数量，种群的空间格局，种群的时间变化，以及群落的垂直和水平结构等。形态结构与植物群落的结构特征相一致，外加土壤、大气中非生物成分以及消费者、分解者的形态结构。其二为营养结构，营养结构是以营养为纽带，把生物和非生物紧密结合起来的功能单位，构成以生产者、消费者和分解者为中心的三大功能类群，它们与环境之间发生密切的物质循环和能量流动。
4.
生态系统的初级生产和次级生产
生态系统中的能量流动开始于绿色植物的光合作用。光合作用积累的能量是进入生态系统的初级能量，这种能量的积累过程就是初级生产。初级生产积累能量的速率称为初级生产力（primary
productivity），所制造的有机物质则称为初级生产量或第一性生产量（primary
production）。
在初级生产量中，有一部分被植物自己的呼吸所消耗，剩下的部分才以可见有机物质的形式用于植物的生长和生殖，我们称这部分生产量为净初级生产量（net
primary
production,
NPP），而包括呼吸消耗的能量（R）在内的全部生产量称为总初级生产量（gross
primary
production,
GPP）。它们三者之间的关系是GPP=NPP+R。GPP和NPP通常用每年每平方米所生产的有机物质干重（g/m2.a）或固定的能量值（J/m2.a）来表示，此时它们称为总（净）初级生产力，生产力是率的概念，而生产量是量的概念。
某一特定时刻生态系统单位面积内所积存的生活有机物质量叫生物量（biomass）。生物量是净生产量的积累量，某一时刻的生物量就是以往生态系统所累积下来的活有机物质总量。生物量通常用平均每平方米生物体的干重（g/m2）或能值（J/m2）来表示。生物量和生产量是两个不同的概念，前者是生态系统结构的概念，而后者则是功能上的概念。如果GP-R>O，生物量增加；GP-R次级生产是除生产者外的其它有机体的生产，即消费者和分解者利用初级生产量进行同化作用，表现为动物和其它异养生物生长、繁殖和营养物质的贮存。动物和其它异养生物靠消耗植物的初级生产量制造的有机物质或固定的能量，称为次级生产量或第二性生产量（secondary
production），其生产或固定率称次级（第二性）生产力（secondary
productivity）。动物的次级生产量可由下一公式表示：P=C-FU-R，式中，P为次级生产量，C代表动物从外界摄取的能量，FU代表以粪、尿形式损失的能量,R代表呼吸过程中损失的能量。
5.
生态系统中的分解
生态系统的分解（或称分解作用）（decomposition）是指死有机物质的逐步降解过程。分解时，无机元素从有机物质中释放出来，得到矿化，与光合作用时无机元素的固定正好是相反的过程。从能量的角度看，前者是放能，后者是贮能。从物质的角度看，它们均是物质循环的调节器，分解的过程其实十分复杂，它包括物理粉碎、碎化、化学和生物降解、淋失、动物采食、风的转移及有时的人类干扰等几乎同步的各种作用。将之简单化，可看作是碎裂、异化和淋溶三个过程的综合。由于物理的和生物的作用，把死残落物分解为颗粒状的碎屑称为碎裂；有机物质在酶的作用下分解，从聚合体变成单体，例如由纤维素变成葡萄糖，进而成为矿物成分，称为异化；淋溶则是可溶性物质被水淋洗出来，是一种纯物理过程。分解过程中，这三个过程是交叉进行、相互影响的。
分解过程的速率和特点，决定于资源的质量、分解者种类和理化环境条件三方面。资源质量包括物理性质和化学性质，物理性质包括表面特性和机械结构，化学性质如C：N比、木质素、纤维素含量等，它们在分解过程中均起重要作用。分解者则包括细菌、真菌和土壤动物（水生态系统中为水生小型动物）。理化环境主要指温度、湿度等。
6.
生态系统中的能量流动
能量是生态系统的基础，一切生命都存在着能量的流动和转化。没有能量的流动，就没有生命和生态系统。流量流动是生态系统的重要功能之一，能量的流动和转化是服从于热力学第一定律和第二定律的，因为热力学就是研究能量传递规律和能量形式转换规律的科学。
能量流动可在生态系统、食物链和种群三个水平上进行分析。生态系统水平上的能流分析，是以同一营养级上各个种群的总量来估计，即把每个种群都归属于一个特定的营养级中（依据其主要食性），然后精确地测定每个营养级能量的输入和输出值。这种分析多见于水生生态系统，因其边界明确、封闭性较强、内环境较稳定。食物链层次上的能流分析是把每个种群作为能量从生产者到顶极消费者移动过程中的一个环节，当能量沿着一个食物链在几个物种间流动时，测定食物链每一个环节上的能量值，就可提供生态系统内一系列特定点上能流的详细和准确资料。实验种群层次上的能流分析，则是在实验室内控制各种无关变量，以研究能流过程中影响能量损失和能量储存的各种重要环境因子。
在这里我们还介绍一下食物链、食物网、营养级、生态金字塔等概念。植物所固定的能量通过一系列的取食和被取食关系在生态系统中的传递，这种生物之间的传递关系称为食物链（food
chains）。一般食物链是由4~5环节构成的，如草→昆虫→鸟→蛇→鹰。但在生态系统中生物之间的取食和被取食的关系错综复杂，这种联系象是一个无形的网把所有生物都包括在内，使它们彼此之间都有着某种直接或间接的关系，这就是食物网（food
web）。一般而言，食物网越复杂，生态系统抵抗外力干扰的能力就越强，反之亦然。在任何生态系统中都存在着两种最主要的食物链，即捕食食物链（grazing
food
chain）和碎屑食物链（detrital
food
chain），前者是以活的动植物为起点的食物链，后者则以死生物或腐屑为起点。在大多数陆地和浅水生态系统中，腐屑食物链是最主要的，如一个杨树林的植物生物量除6%是被动物取食处，其余94%都是在枯死凋落后被分解者所分解。一个营养级（trophic
levels）是指处于食物链某一环节上的所有生物种群的总和，在对生态系统的能流进行分析时，为了方便，常把每一生物种群置于一个确定的营养级上。生产者属第一营养级，植食动物属第二营养级，第三营养级包括所有以植食动物为食的肉食动物，一般一个生态系统的营养级数目为3~5个。生态金字塔（ecological
pyramids）是指各个营养级之间的数量关系，这种数量关系可采用生物量单位、能量单位和个体数量单位,分别构成生物量金字塔、能量金字塔和数量金字塔。
7.
生态系统中的物质循环
生态系统的物质循环（circulation
of
materials）又称为生物地球化学循环（biogeochemical
cycle），是指地球上各种化学元素，从周围的环境到生物体，再从生物体回到周围环境的周期性循环。能量流动和物质循环是生态系统的两个基本过程，它们使生态系统各个营养级之间和各种组成成分之间组织为一个完整的功能单位。但是能量流动和物质循环的性质不同，能量流经生态系统最终以热的形式消散，能量流动是单方向的，因此生态系统必须不断地从外界获得能量；而物质的流动是循环式的，各种物质都能以可被植物利用的形式重返环境。同时两者又是密切相关不可分割的。
生物地球化学循环可以用库和流通率两个概念加以描述。库（pools）是由存在于生态系统某些生物或非生物成分中一定数量的某种化学物质所构成的。这些库借助于有关物质在库与库之间的转移而彼此相互联系，物质在生态系统单位面积（或体积）和单位时间的移动量就称为流通率（flux
rates）。一个库的流通率（单位/天）和该库中的营养物质总量之比即周转率（turnover
rates），周转率的倒数为周转时间（turnover
times）。
生物地球化学循环可分为三大类型，即水循环（water
cycles）、气体型循环（gaseous
cycles）和沉积型循环（sedimentary
cycles）。水循环的主要路线是从地球表面通过蒸发进入大气圈，同时又不断从大气圈通过降水而回到地球表面，H和O主要通过水循环参与生物地化循环。在气体型循环中，物质的主要储存库是大气和海洋，其循环与大气和海洋密切相关，具有明显的全球性，循环性能最为完善。属于气体型循环的物质有O2、CO2、N、Cl、Br、F等。参与沉积型循环的物质，主要是通过岩石风化和沉积物的分解转变为可被生态系统利用的物质，它们的主要储存库是土壤、沉积物和岩石，循环的全球性不如气体型循环明显，循环性能一般也很不完善。属于沉积性循环的物质有P、K、Na、Ca、Ng、Fe、Mn、I、Cu、Si、Zn、Mo等，其中P是较典型的沉积型循环元素。气体型循环和沉积型循环都受到能流的驱动，并都依赖于水循环。
生物地化循环是一种开放的循环，其时间跨度较大。对生态系统来说，还有一种在系统内部土壤、空气和生物之间进行的元素的周期性循环，称生物循环（biocycles）。养分元素的生物循环又称为养分循环（nutrient
cycling），它一般包括以下几个过程：吸收（absorption），即养分从土壤转移至植被；存留（retention），指养分在动植物群落中的滞留；归还（return），即养分从动植物群落回归至地表的过程，主要以死残落物、降水淋溶、根系分泌物等形式完成；释放（release），指养分通过分解过程释放出来，同时在地表有一积累（accumulation）过程；储存（reserve），即养分在土壤中的贮存，土壤是养分库，除N外的养分元素均来自土壤。其中，吸收量=存留量+归还量。
生物圈的相关知识
生物圈的概念，以下几点是公认的：①地球上凡是生物分布的区域都属于生物圈；②生物圈是由生物与非生物环境组成的具有一定结构和功能的统一整体，是高度复杂而有序的系统，而不是松散无序的集合；③由于生物种类的迁移性与无机环境的连续性使其结构和功能不断变化，并且不断趋于相对稳定的状态。地球上最大的生态系统是生物圈，陆地上最大的生态系统是森林生态系统，我国最大的生态系统是草原生态系统。
森林生态系统的作用
森林覆盖率是衡量一个国家和地区生态环境的重要指标。如果一个地区的森林覆盖率达到30%，并且分布比较均匀，就能够有效地调节气候，减少自然灾害的发生。森林的具体作用有以下几个方面：
①调节生物圈中O2和CO2的相对平衡 处于生长季节的每公顷阔叶林一天可吸收1000
kg的CO2，放出730
kg的O2。平均每人拥有10
m2的森林，即可以满足多氧环境的需要。
②净化空气 植物的枝叶能吸附烟尘、粉尘等污染物和SO2等有毒气体，如夹竹桃、梧桐、柳杉、槐树能吸收SO2，松树的针叶分泌物能杀死结核杆菌和白喉杆菌等。
③消除噪音 30
m宽的林带便可以吸收和降低噪音6～8分贝。
④涵养水源、保持水土、防风固沙。
⑤调节气候、增加降水、美化环境。
我国古代森林覆盖率高达60%以上，现在我国的森林覆盖率仅16.55%，人工造林面积居世界第一。
农业生态系统的原理
首先是生态系统中能量的多级利用和物质循环再生。食物链是生态系统能量流动和物质循环的主渠道，它既是一条能量转换链，也是一条物质传递链，还是一条增值链。其次农业生态系统的各种生物之间遵循相互依存、相互制约的原理。在农业生态系统中，人们利用生物种群之间的关系．对生物种群进行人为调节，增加有害生物的天敌种群，可以减轻有害生物的危害。如放养赤眼蜂防治稻纵卷叶螟，防止农药的污染。
生态农业的设计和布局主要从平面、垂直、时间、食物链等方面着手。平面设汁是在一定区域内．确定各种作物的种类和各种农业产业所占的比例及分布区域，即农业区划或农业规划布局。垂直设计是运用生态学的原理．将各种不同的种群组合在合理的复合生产系统，达到最充分、最合理地利用环境资源的目的。垂直结构包括地上和地下两部分，地上部分包括不同作物在不同层次空间上的茎、叶的合理配置，以便最大限度地利用光、热、水，气等自然资源。地下部分是复合作物的根系在不同土层中的分布，以更好地利用土壤中的水分和矿质元素。时间上的设计是根据各种农业资源的时间节律，设计出有效利用农业资源的生产格局。主要包括各种作物种群的嵌合设计，如套种、复种、育苗移栽，改变作物生长期的调控设计。食物链的设计是根据生态学的原理和当地的实际情况科学地设计农业生态系统内的食物链结构．实现对物质和能量的多级利用，提高整体经济效益。其重点是在原有的食物链中引入或增加新的环节。例如，引进天敌动物以控制有害昆虫的数量．增加新的生产环节将人们不能直接利用的有机物转化为可以直接利用的农副业产品等。
生态系统中某种生物减少引起其他物种变动情况。处于食物链中第一营养级的生物减少而导致的其他物种变动：在某食物链中，若处于第一营养级的生物减少，则该食物链中的其它生物都减少。这是因为第一营养级是其它各种生物赖以生存的直接或间接的食物来源，这一营养级生物的减少必会引起连锁反应，致使以下营养级依次减少。
“天敌”一方减少，对被食者数量变动的影响：若一条食物链中处于“天敌”地位的生物数量减少，则被食者数量因此而迅速增加，但这种增加并不是无限的。而是随着数量的增加，种群密度加大，种内斗争势必加剧，再加上没有了天敌的“压力”，被捕食者自身素质(如奔跑速度、警惕性、灵敏性等)必会下降，导致流行病蔓延，老弱病残者增多，最终造成密度减小，直至相对稳定，即天敌减少，造成被食方先增加后减少，最后趋向稳定。
若处于“中间”营养级的生物减少，另一种生物的变化情况应视具体食物链确定。研究时，按照从高营养级到低营养级的方向和顺序考虑。
生态标准原则
坚持生态标准原则,就是以自然、社会和人的和谐统一为主题,推进生态城市和环保模范城市群建设,发展循环经济,集中解决水污染、大气污染、森林覆盖率低、固体废弃物污染和局部环境脏乱差问题。对生态功能区和重点生态资源实施强制性保护。搞好中水回用,开发新水源,建设节水型城市。发展清洁能源。大规模植树造林,提高人均占有绿地水平。完善环境与发展综合决策机制,加强环保能力建设。
大量观测数据和经验表明，生态系统是生物体与气候、水、土等诸因素组成的相互制约和促进，相对平衡并有自我修复组织功能的系统。某种人为因素的介入会打破它的平衡，而一旦介入因素削弱或消失，大多数系统仍具有逐渐恢复到接近原生态状况的自我修复能力。这里要注意的是人力工程仅能作用于局部，自我修复则可以普惠广袤大地。第2节
生态系统稳态的维持
1.生态系统金字塔的类型
能量金字塔：利用各营养级所固定的总能量值的多少来构成金字塔。从能量的角度形象地描述能量在生态系统中的转化。
生物量金字塔：以生物组织的干重表示每个营养级中生物的总重量。但是在湖泊和开阔的海洋这样的水域生态系统中，微小的单细胞藻类是主要的初级生产者，这些生物世代周期短、繁殖迅速，只能积累很少的有机物，并且浮游生物对它们的取食强度大，因而现存生物量很小，这样就会出现金字塔的倒置。但是，一年中流过浮游植物的总能量还是比流过浮游动物的要多。
数量金字塔：食物链不同环节上生物个体的数量存在巨大的差异。通常在食物链的始端个体数量多，之后的各环节上生物的数量逐渐减少。数量金字塔的缺点是忽视了生物的重量因素，譬如，一棵树上生活着许多某种昆虫。因而数量金字塔在某种情况下也可能出现倒置的现象。
【例1】一片树林中，树、昆虫和食虫鸟类的个体数比例关系如右图所示。下列选项能正确表示树、昆虫、食虫鸟之间的能量流动关系的是（选项方框面积表示能量的大小）（ ）
思路：题目给出的是树、昆虫、食虫鸟三者的生物个体数量金字塔，要求从选项中选出树、昆虫和食虫鸟三者的能量金字塔。数量金字塔是以生态系统中每一营养级的生物个体数目为指标绘制的，有时会倒置，本题就是一个实例。而能量金字塔是不会倒置的，也就是说，生态系统中能量流动逐级递减的规律是普遍适用于各种生态系统的。本题中尽管昆虫的数目较多，但个体却很小，所含的能量也少。所以三者之间的能量流动关系应该是沿食物链“树→昆虫→食虫鸟”中营养级的顺序逐级递减。
答案：C
2.加强图示和表解题型的训练
通过图示能将有关知识内容量的变化、质的变化以及内在联系表示出来。学习中要学会读懂模式图、示意图和图解，理解图、表的主要内容及特征，并对自然科学基础知识能够用适当的形式（文字、图或表）进行表达。如画出食物链、生物间的关系、补充完善物质循环图等。
【例1】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）所含有机物的含量，如下图所示。在一段时间内，如果乙的种群数量增加，则会引起（ ）
A.甲、丁的种群数量增加，丙的种群数量下降
B.甲、丙、丁的种群数量均增加
C.甲、丁的种群数量下降，丙的种群数量增加
D.甲的种群数量下降，丙、丁的种群数量增加
思路：本题考查的主要知识是：食物链、食物链中各营养级、各营养级之间的“能量金字塔”关系，种群数量及其制约因素。考查的目标是：理解食物链的概念；理解食物链上各营养级能量逐级递减的原理；理解各营养级生物所含有机物与所含能量的递变关系是一致的原理；理解在捕食关系作用下种群数量变动的规律；能理解题目中图示的四种生物种群所含有机物总量的多少的比较。在平衡的生态系统内，食物链上某一种群数量的增加，应该导致其前一营养级生物种群数量因天敌的压力增大而减少，同时后一营养级生物种群数量因食物压力减小而增加。从图示量值关系看出，有机物占有量依次为丙、甲、乙、丁，因此按营养级由低至高关系形成的食物链应该是丙→甲→乙→丁。如果以种群乙的数量增加为起因，继而引起的变化应以D项合理。
答案：D
【例2】在下列四个生态系统中，绿色植物所固定的太阳能相等。如果物种甲是人类所需的资源，那么能提供给甲最多能量的生态系统是（ ）
思路：本题考查生态系统的功能中能量流动的特点。在生态系统中，生物间的取食关系越复杂，生物在生存斗争中消耗的能量就越多；反之则越少。图A非常类似于取食关系较简单的人工生态系统，能量传递渠道简单，食物链较少，取食关系比较固定，故能使甲获得较多的能量。
答案：A
3.外来种的入侵从字面上理解是增加了一个地区的生物多样性。事实上，历史上那些无害的生物也是通过人的努力而扩大了分布范围的，一些驯化的作物或动物已经成为人类的朋友。如我们食物中的马铃薯、西红柿、芝麻、南瓜、白薯、芹菜等；树木中的洋槐、英国梧桐、火炬树；动物饲料中的苜蓿；动物中的虹鳟鱼、海湾扇贝等，这些物种进入到异国他乡带来的利益是大于危害的。
然而，以下实例却违背了人们的初衷，造成了生物多样性的锐减并危及当地生态系统的稳定。你能否分析出现这种结果的原因？
实例1：为了保护海岸带免受海水的侵蚀，1963年南京大学钟崇信教授从英国和丹麦引进大米草，经过几十年的努力，引种成功了50多万亩，而且使大米草的分布范围从温带向南扩大，并证明大米草具有明显的生态效应与经济效应。然而，不幸的事还是发生了，由于大米草的强烈扩张性，很快影响了贝类等的养殖，使贝类产量急剧下降。而再除去大米草，则是十分困难的事情。目前，人们逐步认识到了引种大米草对中国自然海滩生态系统的可能负面影响，连引种大米草的钟教授本人也认为需要开展进一步的研究。
实例2：水葫芦（凤眼莲），上世纪70年代作为猪饲料引进我国，后又被证明该物种具有明显的吸收污染物的功能，是水污染净化的优良种类。因此，国内大部分水域开始引种，没有想到，它的侵占能力是如此巨大，引进数株水葫芦，几个月后就会密布水面，且分布的区域有我国南方的热带亚热带地区，直到北方的温带寒温带地区。许多湖泊如滇池、洞庭湖、微山湖深受其害。国家曾投资40亿元人民币处理滇池的水葫芦污染，收效却不大，可见生物入侵的危害有多大。
实例3：陕西长青自然保护区是以保护大熊猫为主的保护区。该保护区的前身是国有林场，上世纪60年代为了生产的需要，引种了大量日本落叶松。目前，落叶松大量繁殖，其落叶造成了土壤的酸性，原来生长良好的大熊猫的食物箭竹却适应不了日本落叶松产生的酸性环境，而生长不起来，造成箭竹死亡或根本不能萌发。这样，在大熊猫活动的领域就形成了一大片的食物空白，成为保护区的一大害。现在，自然保护区的技术人员与领导向国内外专家求援，要求迅速除掉这些入侵的日本落叶松。
实例4：食人鲳的故乡在南美洲的亚马孙，它有着美丽的外衣，其实是一种很有威胁的物种，一旦进入到自然环境，由于缺乏天敌的控制，会无限泛滥，对其他物种造成致命的危害，已经影响到城市水域、鱼塘、河流等。鉴于这种严重问题，中国有关部门于2002年12月18日下达了紧急通知，对食人鲳实行“捕杀令”，虽对大部分公众场所内的食人鲳实行了消灭，但分散在个人家庭中的该物种仍然得不到控制。
对生态系统稳定性和生物多样性来讲，生物的入侵毕竟是个扰乱生态系统稳定性的过程，因为，任何地区的生态平衡和生物多样性是经过了几十亿年演化的结果，这种平衡一旦打乱，就会失去控制而造成危害。或者说，一些物种种群的增加，可能导致其他物种种群的衰退，从而使一个地区的物种多样性减少。
人们最初引进物种时，仅是引入了原产地生态系统的一个组分，食物网中的一些天敌或者它所控制的物种是没有办法引进的。这样，在缺少天敌、环境又适宜的情况下，数量就会剧增，控制不好，成灾就不可避免。而成灾的一个直接后果是造成对生态系统其他生物的破坏，对当地的生态多样性造成危害，生态系统的营养结构简化，生态系统的稳定性下降，甚至是灭顶之灾。
4.
生态系统的结构、功能与其稳定性的关系。
生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力，叫做生态系统的稳定性，它包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性两个方面。生态系统的稳定性是其结构与功能发展协调的重要标志。生态系统的稳定程度，取决于它的物种组成、营养结构和非生物因素之间的协调关系。
生态系统的营养结构是能量流动和物质循环的渠道，完善的营养结构是保障能量流动和物质循环畅通运行的结构基础；而能量流动和物质循环又能使生态系统的四种成分紧密地联系在一起，有利于形成典型的食物链关系，推动生态系统的生存与发展。当生态系统发展到一定阶段时，它的结构与功能能够保持相对稳定。系统内各种生物的种类和数量虽有波动，但总是大体相同的，表现为生物的种类组成、数量比例保持相对稳定。
完善的营养结构使生态系统具有一种反馈调节机制，进而抵抗外界干扰，维持自身稳定。例如，在森林生态系统中，当害虫数量增加时，林木的生长自然受到危害，但食虫鸟类由于食物丰富数量增多，这样害虫种群增长就会受到抑制，出现了“有虫不成灾”的现象。生态系统的自动调节能力有大有小，因此抵抗力稳定性有高有低。生态系统抵抗力稳定性的高低，是由它的成分和营养结构决定的。一般地说，生态系统的成分越单纯，营养结构越简单，自动调节能力就越小，抵抗力稳定性就越低；相反，生态系统中各个营养级的生物种类越多，营养结构越复杂，自动调节能力就越大，抵抗力稳定性就越高。第1节
生态系统和生物圈
1.请简要叙述你对生态系统概念的理解。
我的思路:
生态系统是生物群落和非生物环境相互作用而形成的不可分割的统一整体。它强调了自然界中生物成分和非生物成分之间在功能上的统一性，在这个功能整体中，生物成分与生物成分、生物成分与非生物成分之间通过能量流动、物质循环和信息传递而相互影响、依存和制约，组成一个具有自动调节能力的统一整体。地球上最大的生态系统是生物圈。
生态系统的内涵包括以下三个方面：
（1）生态系统的基本组成
非生物环境为生物群落的存在和发展提供物质和能量。
非生物环境与生物群落之间物质与能量的转化关系与光合作用、化能合成作用及生物的细胞呼吸及分解者的分解作用密切相关，即是依赖生物群落内不同生物的生理活动来完成的。
（2）生态系统的基本功能——物质循环和能量流动
（3）生态系统在结构和功能上的统一
生物与生物之间、生物与非生物环境之间虽然可以构成或表现不同的生物关系，但都体现着物质和能量的联系，依靠物质循环和能量流动将相对独立的各个部分联系成为一个整体。四种不同的组成成分在物质循环和能量流动中所起的作用不同，但它们之间是相互依赖的关系。
分解者：分解动、植物遗体，保证物质循环的正常运行，为生产者的“再生产”提供无机原料。
2.生态系统的每种组成成分是多种多样的，各种成分在生态系统中的地位也不一样，请阐述你对这两个问题的理解。
我的思路:非生物环境主要包括阳光、土壤、水、温度等；生产者的特征为将无机物合成有机物，因此除了绿色植物以外，还包括进行光合作用的细菌及进行化能合成作用的化能合成细菌等；消费者的特征为消耗现存生物的有机物，所以包括除去营腐生生活的生物以外的各类异养生物；分解者特征为将动植物遗体、排出物、残落物中的有机物分解为无机物，所以包括各类营腐生生活的细菌、真菌及蚯蚓、蜣螂等动物。
非生物环境是不可缺少的环境；生产者和分解者是联系生物群落及非生物环境的两大“桥梁”，是生态系统中不可缺少的成分；消费者是生态系统的能量流动和物质循环的主要渠道，现实生态系统中是不可缺少的，但由于生产者和分解者的“桥梁”作用，所以理论上消费者并不是必需的。
3.怎样理解生产者和分解者是联系生物群落和非生物环境的“桥梁”？
我的思路:在生态系统的成分中，起主导作用的是生产者，太阳能主要依靠具有叶绿素的植物进行光合作用而进入生物群落，它们吸收太阳能，将简单的无机物质CO2和H2O同化为含有能量的有机物，这些有机物一部分供给自身的生长和代谢的能量需要，而另一部分维持着其他全部有机体的生命活动。如果没有生产者，生态系统的物质循环和能量流动就会停止，生态系统的功能丧失，生态系统也就无法生存。
分解者能将动植物遗体等分解成无机物，如果没有分解者，动植物的遗体便会堆积如山，生态系统也将崩溃。
4.为什么说绿色植物是生态系统的主要成分？
我的思路:（1）从生态系统各生物成员的联系看：生态系统各生物成员是通过物质循环和能量流动相互制约的。具体途径是食物链和食物网，而食物链的基础是绿色植物。
（2）从形态结构看：绿色植物决定一个生态系统的形态结构。在生态系统中，动物和微生物都是依附于绿色植物而生存，植物的空间分布支配着动物和微生物的空间分布。植物的结构越复杂，为动物和微生物提供的生活环境就越多样，动物和微生物的种类就越丰富，生态系统的稳定性就越大，生态系统的稳态就越容易维持。
（3）从能量流动来看：生态系统流动的能量基本来源是绿色植物固定的太阳能。没有绿色植物，消费者和分解者就不可能获得生命必需的能量。所以，绿色植物是生态系统的存在基础。
（4）从物质循环来看：绿色植物是生态系统中能利用无机物合成有机物的自养生物，是沟通无机界与有机生物界的桥梁。绿色植物通过光合作用合成的有机物是生态系统中其他生物的食物来源。因此，绿色植物的光合作用是生态系统中物质循环的最基本环节。
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