資源簡介

第十三單元 生態系統及環境保護
生態系統的范圍
概念：是由生物群落與它的無機環境相互作用而形成的統一整體。
范圍：地球上最大的生態系統是生物圈，包括地球上全部生物及其無機環境。
2.生態系統的類型
（1）自然生態系統：水域生態系統、陸地生態系統。
（2）人工生態系統：農田生態系統、城市生態系統等。
3.生態系統的組成成分
組成內容 作用
非生物的物質和能量 陽光、熱能、空氣、水、無機鹽等 微生物提供物質和能量，是生物群落賴以生存和發展的基礎
生產者 ①光合作用：綠色植物、光合細菌、藍藻；②化能合成作用：硝化細菌 無機物→有機物；光能、無機化學能→有機化學能；為消費者提供食物條件和棲息場所
消費者 包括營捕食生活的生物和營寄生生活的生物（如菟絲子） 加快生態系統中的物質循環，有利于植物的傳粉和種子的傳播
分解者 營腐生生活的微生物及腐食性的動物（如蚯蚓、蜣螂） 將生物遺體、排泄物分解為無機物，供生產者重新利用
4.生態系統各成分的相互關系
（1）非生物的物質和能量是生態系統中生物群落的物質和能量的最終來源。
（2）生產者是生態系統中唯一能把非生物的物質和能量轉變成生物體內的物質和能量（有機物及其貯存的化學能）的成分，因此，可以說生產者是生態系統的基石。
（3）從理論上講，消費者的功能活動不會影響生態系統的根本性質，所以消費者不是生態系統必要的基礎成分，但在自然生態系統中，生產者、消費者和分解者都是緊密聯系、缺一不可的。
（4）分解者在生態系統中占有重要地位。如果一個生態系統中沒有分解者，則動植物的遺體殘骸就會堆積如山，生態系統就會崩潰，因此，從物質循環角度看，分解者在生態系統中占有重要地位。
（5）生產者和分解者是聯系生物群落和無機環境的兩大“橋梁”；生產者與各級消費者以捕食關系建立的食物鏈和食物網是能量流動和物質循環的渠道。
5.食物鏈
（1）概念：生態系統中各種生物因食物關系形成的一種聯系。
（2）特點：生產者為第一營養級；消費者所處的營養級并不是一成不變的；食物鏈上一般不超過5個營養級。
（3）實例：
6.食物網
（1）概念：生態系統中許多食物鏈彼此相互交錯，連接成的復雜營養結構。
（2）形成的原因：一種綠色植物可能是多種植食性動物的食物；一種植食性動物既可能吃多種植物，也可能被多種肉食性動物所食。
（3）功能
食物鏈和食物網是生態系統的營養結構，是能量流動和物質循環的渠道。
食物網越復雜，生態系統抵抗外界干擾的能力就越強，生態系統越穩定。
7.能量流動：生態系統中能量的輸入、傳遞、轉化和散失的過程。
8.過程
能量流經第一營養級的過程
（1）輸入：生產者通過光合作用把太陽能轉化為化學能，固定在有機物中。
（2）能量去向
在生產者的呼吸作用中以熱能形式散失。
隨著殘枝敗葉等被分解者分解而釋放出來。
被初級消費者攝食同化，流入第二營養級。
能量流經第二營養級的過程
輸入：通過攝食生產者獲得。
去向
通過呼吸作用以熱能形式散失。
隨尸體、排泄物流向分解者。
被次級消費者攝食同化，流入下一營養級。
9.能量流動的過程圖解
※流入每一營養級的能量最終去向：
通過自身呼吸作用以熱能形式散失。
被下一營養級同化。
被分解者分解利用。
10.能量流動的特點
（1）單向流動：沿食物鏈由低營養級流向高營養級，不可逆轉，也不能循環流動。
（2）逐級遞減：①能量在沿食物鏈流動的過程中逐級減少，傳遞效率約為10%～20%。②營養級越多，在能量流動過程中消耗的能量就越多，生態系統中的能量流動一般不超過4～5個營養級。
11.能量金字塔
將單位時間內各個營養級所得到的能量數值，由低到高繪制成圖，可以形成一個金字塔圖形。
12.研究能量流動的意義
幫助人們科學規劃、設計人工生態系統，使能量得到最有效的利用。
幫助人們合理地調整生態系統中的能量流動關系，使能量持續高效地流向對人類最有益的部分。
13.生態系統的物質循環
概念：組成生物體的C、H、O、N、P、S等元素，都不斷地進行著從無機環境到生物群落，又從生物群落到無機環境的循環過程。
范圍：生物圈。
渠道：食物鏈和食物網。
14.物質循環的特點
（1）全球性——生物地球化學循環。
（2）循環性——物質可被生物群落反復利用。
15.碳循環
（1）碳的存在形式
無機自然環境：以CO2和碳酸鹽（石灰巖、珊瑚礁）等形式存在。
生物群落：主要以含碳有機物的形式存在。
（2）循環形式
在生物群落與無機環境間：主要以CO2的形式進行。
在生物群落內：以含碳有機物的形式進行。
（3）過程圖解
16.溫室效應
（1）形成原因：化學燃料短時間內大量燃燒使大氣中CO2含量迅速增加，打破了生物圈中碳循環的平衡。
（2）危害：氣溫升高，加快極地和高山冰川的融化，導致海平面上升，進而對人類和其他許多生物的生存構成威脅。
17.探究土壤生物的分解作用
（1）原理：
土壤中存在種類、數目繁多的細菌、真菌等微生物，它們在生態系統中的成分為分解者。
分解者的作用是將環境中的有機物分解為無機物，其分解速度與環境中的溫度、水分等生態因子相關。
（2）材料用具：新鮮土壤、蒸餾水、淀粉糊、碘液、斐林試劑
（3）實驗方案：
項目 案例1 案例2
實驗假設 微生物能分解落葉使之腐爛 微生物能分解淀粉
實驗設計 實驗組 對土壤進行高溫滅菌處理 A燒杯中加入30 mL土壤浸出液+淀粉糊
對照組 對土壤不做任何處理 B燒杯中加入30mL蒸餾水+等量淀粉糊
自變量 土壤中是否含微生物 土壤中是否含微生物
實驗現象 在相同時間內對照組落葉腐爛程度快于實驗組 A燒杯中加入碘液藍色變淡，加入斐林試劑出現磚紅色沉淀；而B燒杯未出現此種實驗現象
實驗結論 微生物對落葉有分解作用 土壤浸出液中的微生物能分解淀粉
18.物質循環和能量流動的關系
（1）區別
物質循環具有全球性和循環性的特點。
能量流動是逐級遞減的，是單方向的。
（2）聯系
二者同時進行，相互依存，不可分割。
物質是能量流動的載體，能量是物質循環的動力。
信息：一般將可以傳播的消息、情報、指令、數據與信號等稱作信息。
20.信息的基本類型
（1）物理信息
概念：通過物理過程傳遞的信息。
舉例：光、聲、溫度、濕度和磁力等。
（2）化學信息
概念：生物在生命活動過程中，產生的可以傳遞信息的化學物質。
舉例：植物的生物堿、有機酸等代謝產物，以及動物的性外激素等。
（3）行為信息
概念：對于同種或異種生物能夠通過特殊行為傳遞的信息。
舉例：蜜蜂跳舞、雄鳥的“求偶炫耀”。
21.信息傳遞在生態系統中的作用
（1）個體水平：生命活動的正常進行，離不開信息的作用。
（2）種群水平：生物種群的繁衍，也離不開信息的傳遞。
（3）群落水平：信息能夠調節生物的種間關系，以維持生態系統的穩定。
22.信息傳遞在農。業生產中的應用
（1）提高農產品或畜產品的產量。如利用模擬的動物信息吸引大量的傳粉動物，就可以提高果樹的傳粉率和結實率。
（2）對有害動物進行控制。如利用昆蟲信息素誘捕或警示有害動物，降低害蟲的種群密度。
23.生態平衡：生態系統的結構和功能處于相對穩定的一種狀態。
24.處于生態平衡的生態系統的特征
（1）結構平衡：生態系統的各組分保持相對穩定。
（2）功能平衡：生產—消費—分解的生態過程正常進行，保證了物質總在循環，能量不斷流動，生物個體持續發展和更新。
（3）收支平衡：在某生態系統中，植物在一定時間內制造的可供其他生物利用的有機物的量，處于比較穩定的狀態。
25.生態系統的穩定性
（1）概念：生態系統的維持或恢復自身結構和功能處于相對平衡的能力，即維持生態平衡的能力。
（2）原因：生態系統具有一定的自我調節能力。
（3）調節基礎：負反饋調節。
（4）特點：生態系統的自我調節能力是有限的，當外界干擾因素的強度超過一定限度時，生態系統的自我調節能力會迅速喪失，生態系統原狀難以維持。
（5）反饋調節的類型
項目 負反饋調節 正反饋調節
概念 當一個變化產生時，調節機制會減弱這個變化，使之回歸正常 受控部分發出反饋信息，其方向與控制信息一致，可以促進或加強控制部分的活動
舉例
作用 生態系統自我調節能力的基礎，能使生態系統達到和保持平衡 使生態系統遠離平衡狀態
調節方式 抑制和減弱最初發生變化的那種成分所發生的變化 加速最初發生變化的那種成分所發生的變化
結果 有利于生態系統保持相對穩定 常使生態系統遠離穩態
（6）生態系統穩定性的類型
項目 抵抗力穩定性 恢復力穩定性
概念 生態系統抵抗外界干擾并使自身的結構與功能保持原狀的能力 生態系統在受到外界干擾因素的破壞后恢復到原狀的能力
特點 生態系統的成分越復雜，抵抗力穩定性越高，反之越低 生態系統的成分越簡單，一般越容易恢復；反之越難
26.提高生態系統穩定性的措施
控制對生態系統的干擾程度，對生態系統的利用應該適度，不應超過生態系統的自我調節能力。
對人類利用強度較大的生態系統，應實施相應物質和能量的投入，保證生態系統內部結構與功能的協調。
27.設計并制作生態缸，觀察其穩定性
目的要求：探究生態系統保持穩定性的條件。
實驗原理：
生態缸中必須包括生態系統的四種成分，特別需要注意必須有足夠的分解者。
各種生物之間以及生物與無機環境之間，必須能夠進行物質循環和能量流動。
生物之間要有合適的食物鏈結構，生物的數量不宜過多。
生態缸必須是透明的，這樣可以保證生態缸中有充足的太陽能。當然，生態缸一定要封閉，防止外界生物或非生物因素的干擾。
（3）實驗流程：
鋪墊細沙
注水：注入適量的河水或池塘水，使缸內有陸上與水下之分
放置動植物：根據生物本身的生活習性正確放置適量的生物個體
密封生態缸：用膠帶將生態缸口密封
放置生態缸：將生態缸放置在光線良好的散射光下
觀察記錄：每周定時觀察生態缸中生物的存活和水質變化情況
（4）結果分析
生態缸中雖然成分齊全，生產者、消費者和分解者之間可以進行能量流動和物質循環，但由于生態缸中的生態系統極為簡單，自我調節能力極差，所以抵抗力穩定性極低，生態系統的穩定性極易被破壞。因此，生態缸內的生物只能保持一定時間的活性。
如果生態缸是一個開放的生態系統，則生態系統的成分復雜，自我調節、自我修復和自我延續的能力強，在沒有巨大外界環境干擾的情況下會長期保持相對穩定。
28.生態足跡
概念：又叫生態占用，是指在現有技術條件下，維持某一人口單位生存所需的生產資源和吸納廢物的土地及水域的面積。
計算方法：將人類為了維持自身生存需要的物質等，換算為相應的自然士地和水域面積。
影響：生態足跡的值越大，代表人類所需的資源越多，對生態和環境的影響就越大。
特點：生活方式不同，生態足跡的大小可能不同
29.人口增長對生態環境的影響
從世界范圍看，人口還將繼續增長，人類的消費水平將繼續提高
我國人口的現狀
我國人口基數大，雖然人口增長過快的情況得到了有效的控制，人口出生率和自然增長率明顯下降，目前已進入了低生育水平國家的行列。不過，我國依然是世界第一人口大國。
（3）對生態環境的影響
全球的人口持續飛速増長，未來，養活地球人口的環境壓力不斷増大，全球生態環境可能會面臨更大的壓力。
30.生態環境問題的類型
（1）生態環境問題類型及主要原因
類型 主要成因
全球氣候變化 CO2等溫室氣體的大量排放
水資源短缺 人口多；污染嚴重
臭氧層破壞 氟利昂等物質的大量排放
酸雨 化石燃料的大量燃燒
土地荒漠化 植被的破壞
海洋污染 污染物通過河流和空氣進入海洋；石油泄露和傾倒污染物等
生物多樣性銳減 生物生存環境被破壞
（2）特點：全球性
影響對生物圈的穩態造成嚴重威脅，同時也影響了人類的生存和可持續發展。
我國政府的態度
倡導生態文明建設，將“全面協調可持續發展”作為基本國策。
建設生態文明，要求每一個公民從我做起。
31.生物多樣性的價值
生物圈內所有的植物、動物和微生物等，它們所擁有的全部基因，以及各種各樣的生態系統，共同構成了生物多樣性2生物多樣性的層次
（1）遺傳多樣性：地球上所有生物攜帶的遺傳信息的總和。但通常所說的遺傳多樣性是指種內的遺傳多樣性，即種內個體之間或一個種群內不同個體的遺傳變異總和。
（2）物種多樣性：由自然界中每個物種的獨特性構成
（3）生態系統多樣性：地球上的生境、生物群落和生態系統的多樣化，還包括生態系統的組成、結構、功能等隨著時間變化而變化的多樣性。
32.生物多樣性形成的原因：生物進化。
33.生物多樣性的價值
（1）直接價值：有實用意義的價值：食用、藥用和工業原料等；有非實用意義的價值：旅游觀賞、科學研究和文學藝術創作等。
食用：人類的食物基本來源于種植農作物和養殖家畜、家禽及海產品，例如水稻和奶牛等為人類提供食物。
藥用：絕大多數藥物來自植物、動物、微生物的代謝產物，例如我國科學家屠呦呦從黃花蒿中提取出治療瘧疾的藥物青蒿素。
工業原料：如木材、纖維、橡膠、飼料、淀粉、蠶絲、皮器具等。
（2）間接價值：調節生態系統的功能等方面（主要）；促進生態系統中基因流動和協同進化等方面。
植物能進行光合作用，具有制造有機物、固碳、調節生態系統的功供氧等功能能等方面的體現
森林和草地具有防風固沙、水土保持作用
濕地可以蓄洪防旱凈化水質調節氣候
（3）潛在價值：目前人們尚不太清楚的價值。例如，某種目前沒有直接價值的植物，有可能在未來被發現含有治療某種疾病的重要成分。
生物多樣性的間接價值明顯大于它的直接價值生物多樣性的間接價值是指生物在涵養水源保持水土調節氣候、維持生態系統的穩定性等方面的“生態功能”，這種功能的價值遠遠大于其在工業原料、食用、藥用等方面的直接價值，這也是不能使在直接價值方面表現為“有害”的物種滅絕的原因。
34.生物多樣性喪失的原因
（1）人類活動
對野生物種生存環境的破壞：棲息地喪失或碎片化。
掠奪式利用：過度采伐、濫捕亂獵。
（2）環境污染
（3）農業和林業品種的單一化
（4）外來物種的盲目引入
35.保護生物多樣性的措施：
（1）就地保護：指在原地對被保護的生態系統或物種建立自然保護區以及國家公園等（最有效保護）
（2）易地保護：指把保護對象從原地遷出，在異地進行專門保護
（3）利用生物技術，如建立精子庫、種子庫、基因庫利用人工授精、組織培養、胚胎移植等生物技術對瀕危物種基因進行保護
（4）加強立法、執法和宣傳教育
36.生態工程
技術手段：系統分析、設計和調控。
特點：少消耗，多效益，可持續。
建設目的：防止環境污染，達到經濟效益和生態效益的同步發展。
任務：對已被破壞的生態環境進行修復、重建，從而提高生態系統的生產力或改善生態環境。
27.基本原理
（1）自生
理論基礎：自組織、自我優化、自我調節、自我更新和維持。
意義：實現系統結構和功能的協調，形成有序的整體。
實例：濕地生態工程建設有效選擇生物組分、合理布設，并創造有利條件。
（2）循環
理論基礎：物質循環。
意義：通過系統設計實現循環，使前一環節產生的廢物盡可能被后一環節利用，減少整個生產環節廢物的產生。
實例：無廢棄物農業。
（3）協調
理論基礎：生物與生物、生物與環境的協調與適應。
意義：生物數量不超過環境承載力，避免系統的失衡和破壞。
實例：西北地區的防護林建設出現的問題。
（4）整體
理論基礎：社會、經濟、自然構成的復合系統。
意義：統一協調各種關系，保障生態系統的平衡和穩定。
實例：林業建設中自然系統與社會、經濟系統的關系問題。
38.生態工程的實例
農村綜合發展型生態工程
問題：資源有限，人多地少，產出不足。
主要原理：循環原理，整體原理。
對策：建立綜合發展型生態工程實現物質的多級循環利用，保證在資源有限的條件下有較多產出。
實例：北京郊區某村以沼氣工程為中心的生態工程。
濕地生態恢復工程
問題：濕地面積的縮小和破壞。
主要原理：自生原理，協調原理，整體原理。
對策：控制污染、動植物物種引進建立緩沖帶等。
實例：廈門筼筜湖生態恢復工程。
礦區廢棄地的生態恢復工程
問題：礦區生態環境的破壞。
主要原理：協調原理，整體原理。
對策：修復土地恢復植被。
實例：赤峰市元寶山礦區生態修復工程。
39.我國生態工程存在的問題
缺乏定量化模型的指導，難以像“精確農業”那樣設計出標準化、易操作的生態工程樣板。
有些設計缺乏高科技含量。
生態系統的調控尚缺乏及時準確的監測技術的支持。
缺乏理論指導。
40.我國目前而臨的生態危機及對策
危機：人口激增、能源短缺資源與環境破壞等問題。
對策：發揮生態工程建設的作用，重視生態環境保護，注重與經濟社會效益相結合。

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