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高中生物知识点——选择性必修二
选择性必修2《生物与环境》 分别是种群及其动态、群落及其演替、生态系统及其稳定性、人与环境。其中关于种群、群落的内容都有所扩展，增加影响种群数量变化的因素、群落的主要类型的内容。
编辑于2022-12-07 18:03:18 江苏省- 生物与环境
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高中生物知识，五本书， 必修1分子与细胞： 第1章走近细胞 第2章组成细胞的分子 第3章细胞的基本结构 第4章细胞的物质输入和输出 第5章细胞的能量供应和利用 第6章细胞的生命历程 必修2遗传与进化： 第1章遗传因子的发现 第2章基因和染色体的关系 第3章基因的本质 第4章基因的表达 第5章基因突变及其他变异 第6章生物的进化
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选择性必修1《稳态与调节》 人体的内环境与稳态、神经调节、体液调节、免疫调节、植物生命活动的调节
高中生物知识点——选择性必修二
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高中生物
选择性必修2
第1章 种群及其动态
第1节 种群的数量特征
种群密度及其调查方法
种群的概念
(1)定义：在一定空间范围内，同种生物所有个体形成的集合就是种群。
(2)数量特征：种群密度、出生率和死亡率、迁入率和迁出率、年龄结构和性别比例。其中最基本的数量特征是种群密度。
种群密度的概念
含义：指种群在单位面积或单位体积中的个体数。
表示方式：种群密度=个体数/空间大小（面积或体积）
调查方法
样方法
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、跳蝻等。
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
标记重捕法
适用生物：适用于活动范围大、活动能力强的动物个体，如鼠、鸟类等。
调查程序
这种方法是在被调查种群的活动范围内，捕获一部分个体，做上标记后再放回原来的环境，经过一段时间后进行重捕，根据重捕到的动物中标记个体数占总个体数的比例，来估算种群密度
计算公式
初捕标记个体数（M)/个体总数（N)=重捕中标记个体数(m)/重捕个体总数(n) 即N=M·n/m
出生率和死亡率
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。
计算公式
出生率(死亡率）=出生（死亡）个体数/ 种群个体总数×100%
意义
出生率和死亡率是决定种群密度的直接因素。
迁入率和迁出率
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。
意义
迁入率和迁出率直接决定种群密度。
年龄结构与性别比例
年龄结构
概念
一个种群中各年龄期的个体数目的比例。
类型

增长型
出生率>死亡率
幼年个体数大于成年、老年个体数
种群密度变化趋势
增大
稳定型
出生率≈死亡率
各年龄期个体数比例适中
种群密度变化趋势
稳定
衰退型
出生率<死亡率
幼年个体数小于成年、老年个体数
种群密度变化趋势
减小
性别比例
概念
种群中雌雄个体数目的比例。
意义
通过影响出生率影响种群密度。
应用
利用人工合成的性引诱剂(信息素)诱杀某种害虫的雄性个体―→破坏种群正常的性别比例―→降低害虫种群密度。
调查草地中某种双子叶植物的种群密度
1．调查对象——双子叶植物
单子叶草本植物常是丛生或蔓生的，而双子叶草本植物易于辨别个体数目。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；双子叶植物的叶脉一般是网状脉。
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。
(2)样方大小随植物类型而定，如乔木一般为100 m2，灌木一般为16 m2，草本植物一般为1 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，对于压在边线上的个体，则只计数样方相邻两边及其夹角上的个体。
第2节 种群数量的变化
建构种群增长模型的方法
数学模型：是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。
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。
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，则细菌增长的方程式模型为Nn＝2^n
曲线模型为：
种群的“J”形增长
模型假设：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。
数学方程式：Nt＝N0λ^t
曲线图
种群的“S”形增长
模型假设：自然界的资源和空间总是有限的。
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，K/2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。
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。
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。
“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(按自然选择学说，它就是在生存斗争中被淘汰的个体数量)
增长率、增长速率、λ值的辨析
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。
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K/2时达到最大，然后逐渐减小。
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。
种群数量的波动
影响因素
自然因素
人为因素：人类活动的影响
数量变化：大多数种群的数量总是在波动中；处于波动状态的种群，在某些特定条件下可能出现种群爆发。长久处于不利的条件下，种群数量会出现持续性的或急剧的下降。
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的方法。
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，因不同时间取样已形成对照；需要做重复实验，目的是尽量减少误差。
(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，应遵循“计上不计下，计左不计右”的原则计数。
(6)如果一个小方格内酵母菌过多，难以数清，应当稀释培养液重新计数，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。
第3节 影响种群数量变化的因素
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。
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。
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。
种群研究的应用
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)。
渔业方面：中等强度的捕捞(捕捞量在K/2左右)，有利于持续获取较大的鱼产量。
有害生物的防治
采用化学和物理的方法控制现存种群数量。
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。
第2章 群落及其演替
第1节 群落的结构
群落的物种组成
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。
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。
种间关系
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。

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。

捕食：一种生物以另一种生物为食的现象。

种间竞争

概念：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。
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。

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。
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。
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)意义
群落中每种生物都占据着相对稳定的生态位，这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。
研究土壤中小动物类群的丰富度
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：常用取样器取样的方法进行采集、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。
实验步骤
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%的酒精杀死并保存标本，若要保存活体通常用含有湿棉花的试管收集。
(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。
第2节 群落的主要类型
荒漠生物群落

①分布：极度干旱区，年降水量稀少且分布不均匀。
②群落结构：非常简单，物种少。
③生物特性：耐旱。
草原生物群落

①分布：主要分布在半干旱地区、不同年份或季节雨量不均匀的地区。
②群落结构：相对简单，动植物的种类较少。
③生物特性：耐寒、耐旱。
森林生物群落

①分布：湿润或较湿润的地区。
②群落结构：非常复杂且相对稳定。
③生物种类繁多，阳生植物多居上层，阴生植物生活在林下；树栖和攀缘生活的动物种类特别多。
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
第3节 群落的演替
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。
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→乔木。
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。
比较初生演替和次生演替
除了演替起点的不同，初生演替与次生演替的区别还有∶初生演替速度慢，趋向形成新群落，经历的阶段相对较多；次生演替速度快，趋向于恢复原来的群落，经历的阶段相对较少。
相同点
这两类演替，都是从结构简单的群落发展为结构复杂的群落，群落中的物种数量和群落层次增多，土壤、光能得到更充分的利用。
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。
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。
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3章 生态系统及其稳定性
第1节 生态系统的结构
生态系统的范围
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。
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。
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。
生态系统具有一定的结构

生态系统的组成成分
生态系统的结构包括生态系统的组成成分及食物链和食物网。
生态系统各组成成分

生物成分

生产者
地位
主要成分(基石)
作用
物质：无机物→有机物
能量：太阳能→化学能；无机物中的能量→化学能，为消费者提供食物和栖息场所
实例
自养生物，主要指绿色植物；还包括一些化能自养型生物
消费者
地位
最活跃的成分
作用
有利于植物的传粉和种子的传播等；能够加快生态系统的物质循环
实例
主要指动物，还包括营寄生生活的生物
分解者
地位
物质循环中的关键成分
作用
将动植物遗体和动物排遗物中的有机物分解成无机物
实例
主要是细菌和真菌
非生物的物质和能量
地位
基础
作用
生物群落赖以生存和发展的基础
实例
光、热、水、空气、无机盐等
生态系统各组成成分的相互关系
食物链和食物网
食物链

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。
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。
第2节 生态系统的能量流动
能量流动的概念
指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。
能量流动的过程
(1)输入：生产者通过光合作用把太阳能转化为化学能，固定在它们所制造的有机物中。
(2)传递、转化和散失过程(以第一营养级为例)

输入第一营养级的能量：
①一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失。
②另一部分用于生产者的生长、发育和繁殖等生命活动，储存在植物体的有机物中。
构成植物体有机物中的能量：
a．一部分随着残枝败叶等被分解者分解而释放出来。
b．另一部分则被初级消费者摄入体内，流入第二营养级。
能量流经第二营养级示意图
摄入量(a)和粪便量(c)、初级消费者的同化量(b)
摄入量＝粪便量＋同化量。
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。
初级消费者同化的能量
自身呼吸散失、被分解者利用和流向下一营养级。
生态系统的能量流动
能量的输入：生产者的同化量。
能量的输出：各生物成分的呼吸量。
消费者的同化量：摄入量－粪便量。
同化量的去路(某营养级能量的去路)：呼吸消耗量＋用于生长、发育和繁殖的能量＝呼吸消耗量＋流入下一营养级的能量＋被分解者利用的能量。
能量在某个生态系统中流动的过程图解

生产者及各级消费者(除最高营养级)能量流动相同的三个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。
能量流动的特点
特点
单向流动∶沿食物链由低营养级流向高营养级，不可逆转，也不能循环流动
逐级递减∶能量在沿食物链流动的过程中逐级减少
导致在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多。生态系统中的能量流动一般不超过5个营养级
能量传递效率的计算
计算公式
能量传递效率=下一营养级同化量/上一营养级同化量×100%
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%。
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。
赛达伯格湖的能量流动
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。
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。
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。
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。
生态金字塔
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。
三种金字塔
能量金字塔
形状
特点
天然生态系统一定为上窄下宽的(正)金字塔形
象征含义
能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性
特殊形状
某些人工生态系统(如人工鱼塘)可呈现倒置状况
生物量金字塔
形状
特点
一般为上窄下宽的(正)金字塔形
象征含义
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
特殊形状
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
数量金字塔
形状
特点
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
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
一棵树与树上昆虫及鸟的数量关系出现上宽下窄倒置的(倒)金字塔形
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。
第3节 生态系统的物质循环
碳循环

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。
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。
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。
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)。
海洋对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用。
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。
生态系统的物质循环概念
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。
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)循环往复运动。
生物富集
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。
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。
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。
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。
特点：全球性。
能量流动和物质循环的关系
能量流动
范围
生态系统各营养级
特点
单向流动，逐级递减
物质循环
范围
全球性
特点
反复利用
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
能量流动和物质循环关系分析
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，而物质在循环过程中，由无机物(CO2)→有机物→无机物(CO2)。
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。
探究土壤微生物的分解作用
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。
案例设计
 注：在A1、B1中加入碘液，在A2、B2中加入斐林试剂并加热。
案例1
土壤微生物能分解落叶使之腐烂
案例2
土壤微生物能分解淀粉
第4节 生态系统的信息传递
生态系统中信息的种类
信息的概念：可以传播的消息、情报、指令、数据与信号等。
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
生态系统中信息的种类
物理信息
物理信息
通过物理过程传递的信息
化学信息
自然界中的光、声、温度、湿度、磁场等
行为信息
非生物环境、生物个体或群体
化学信息
物理信息
生物在生命活动过程中产生的可以传递信息的化学物质
化学信息
植物的生物碱、有机酸等代谢产物，以及动物的性外激素等
行为信息
生物在生命活动过程中产生
行为信息
物理信息
动物的特殊行为在同种或异种生物之间传递的信息
化学信息
蜜蜂跳舞、雄鸟的“求偶炫耀”
行为信息
动物的行为特征
信息传递过程：信息源——信息受体。
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。
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。
第5节 生态系统的稳定性
生态平衡与生态系统的稳定性
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——负反馈机制。
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。
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。生态系统的稳定性强调的是生态系统维持生态平衡的能力。
(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。
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，生态系统中的组分越多，食物网越复杂，其自我调节能力就越强，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。
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)生态缸必须是密闭的，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。
第4章 人与环境
第1节 人类活动对生态环境的影响
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。
关注全球性生态环境问题
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。
特点：全球性。
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。
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
生物多样性的价值
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。
遗传多样性(基因多样性)：地球上所有生物携带的遗传信息的总和
物种多样性：每个物种都具有独特性，目前被描述的物种约175万种。
生态系统多样性：地球上的生境、生物群落和生态系统的多样化，还包括生态系统的组成、结构、功能等随着时间变化而变化的多样性
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。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。
生物多样性丧失的原因
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。
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最后的生存机会。
(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。
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。
第3节 生态工程
一 生态工程的基本原理
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。
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
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。
(2)循环
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。
(3)协调：处理好生物与环境、生物与生物的协调与平衡，需考虑环境容纳量。如果生物的数量超过了环境承载力的限度，就会引起系统的失衡和破坏。
(4)整体
①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。
②意义：统一协调当前与长远、局部与整体、开发建设与环境保护之间的关系，保障生态系统的平衡与稳定。
二 生态工程的实例和发展前景
生态工程的实例
农村综合发展型生态工程
问题
实现物质的多级循环利用，在资源有限的条件下能较多地产出，以解决人多地少的矛盾
原理
循环、整体
对策
建立农村综合发展型生态工程
案例
以沼气工程为中心的生态工程
湿地生态恢复工程
问题
湿地缩小和破坏
原理
自生、协调
对策
控制污染、退田还湖
案例
厦门筼筜湖的生态恢复工程
矿区废弃地的生态恢复工程
问题
矿区生态环境问题
原理
协调、整体
对策
修复土地、植被恢复
案例
赤峰市元宝山矿区生态恢复工程
生态工程的发展前景
(1)不足
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。
(2)我国面临的生态危机：环境污染、人口激增、环境与资源破坏、能源短缺等。
(3)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。