2017-2018學(xué)年高中生物第四章生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)4.1生態(tài)環(huán)境和生物圈素材蘇教版必修3

1、第一節(jié)生態(tài)環(huán)境和生物圈生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)的概念是英國(guó)生態(tài)學(xué)家坦斯利(A.G.Tansley，1871-1955年)在1935年提出的，他認(rèn)為：“生態(tài)系統(tǒng)的基本概念是物理學(xué)使用的系統(tǒng)整體。牙齒系統(tǒng)不僅包含有機(jī)復(fù)合物，還包含形成環(huán)境的整個(gè)物理元素復(fù)合物?！薄拔覀儗?duì)生物體的基本看法是，必須從根本上認(rèn)識(shí)到生物體不能與它們的環(huán)境分離。但是要形成它們的環(huán)境和一個(gè)自然系統(tǒng)?！薄把例X系統(tǒng)是地球表面自然的基本單位，有多種大小和種類(lèi)?！彪S著生態(tài)學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)不斷加深。20世紀(jì)40年代，美國(guó)生態(tài)學(xué)家林德曼(R.L.Lindeman)在研究牙齒湖泊生態(tài)系統(tǒng)時(shí)，受到我國(guó)“大魚(yú)吃小魚(yú)，小魚(yú)吃蝦，蝦吃泥巴”這

2、句諺語(yǔ)的啟發(fā)，提出了食物鏈概念。他還補(bǔ)充說(shuō)：“一山不能儲(chǔ)存兩只老虎的啟發(fā)，提出了生態(tài)金字塔理論，使人們認(rèn)識(shí)到生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)和能量流的特點(diǎn)?！睂?duì)當(dāng)今生態(tài)系統(tǒng)概念的理解是生態(tài)系統(tǒng)是在特定空間和時(shí)間范圍內(nèi)各種生物、生物群落和武器環(huán)境之間通過(guò)能量流和物質(zhì)循環(huán)相互作用的統(tǒng)一整體。生態(tài)系統(tǒng)是生物與環(huán)境之間能量轉(zhuǎn)換和物質(zhì)循環(huán)的基本功能單位。為了生存和繁殖，所有的生物都必須從周?chē)h(huán)境中吸收空氣、水分、陽(yáng)光、熱量和養(yǎng)分。在生長(zhǎng)、繁育、活動(dòng)過(guò)程中，不斷向周?chē)h(huán)境釋放和排泄各種物質(zhì)，死后殘余物也回歸環(huán)境。任何生物，周?chē)h(huán)境還包括其他生物。例如，綠色植物利用微生物活動(dòng)，從土壤中釋放出的氮磷鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，食草動(dòng)物以

3、綠色植物為食物，食肉動(dòng)物以食草動(dòng)物為食物，各種動(dòng)植物的殘骸是昆蟲(chóng)等小動(dòng)物的食物，也是微生物的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源。微生物活動(dòng)的結(jié)果還釋放出植物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。長(zhǎng)期的自然進(jìn)化后，各地區(qū)的生物和環(huán)境之間，生物和生物之間形成了相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，這就是人們常說(shuō)的生態(tài)系統(tǒng)。1.生態(tài)系統(tǒng)的概念生態(tài)系統(tǒng)(ecosystem)是1935年英國(guó)生態(tài)學(xué)家Tansley首次提出的，是指在特定空間中，生物成分和非生物成分通過(guò)物質(zhì)循環(huán)和能量流相互作用、相互依存的生態(tài)功能單位。它把生物及其非生物環(huán)境看作是一個(gè)相互影響、相互依存的統(tǒng)一整體。生態(tài)系統(tǒng)無(wú)論是自然還是人工，都有以下共同特征。(1)生態(tài)系統(tǒng)是生態(tài)學(xué)上的主要結(jié)構(gòu)和功能單元，屬

4、于生態(tài)學(xué)研究的最高水平。(2)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部有自我調(diào)節(jié)能力。結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，物種數(shù)越多，自我調(diào)節(jié)能力越強(qiáng)。(3)能量流和物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的兩個(gè)茄子主要功能。(4)生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的數(shù)量，生產(chǎn)者的固定能源限制及能源流動(dòng)中的能源損失，一般不超過(guò)56個(gè)。(5)生態(tài)系統(tǒng)必須經(jīng)歷從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、不成熟到成熟的發(fā)育過(guò)程的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)概念的提出為生態(tài)學(xué)的研究和發(fā)展奠定了新的基礎(chǔ)，極大地促進(jìn)了生態(tài)學(xué)的發(fā)展。生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)是現(xiàn)代生態(tài)學(xué)研究的前沿。2.生態(tài)系統(tǒng)的組成部分生態(tài)系統(tǒng)有四個(gè)茄子主要組成部分。非生物環(huán)境、生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者。(1)非生物環(huán)境包括光、溫度、濕度、風(fēng)、雨等氣候因素。(。無(wú)機(jī)物質(zhì)(例如C、H、

5、O、N、CO2和各種無(wú)機(jī)鹽等)。蛋白質(zhì)、碳水化合物、地質(zhì)、腐殖質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)。(2)生產(chǎn)者(producers)主要指綠色植物，能夠利用簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物(包括藍(lán)鳥(niǎo)和一些光合細(xì)菌)制造食物的自養(yǎng)生物。在生態(tài)系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用。(3)消費(fèi)者(consumers)異養(yǎng)生物主要指吃其他生物的各種動(dòng)物(植食動(dòng)物、食肉動(dòng)物、雜食動(dòng)物、寄生動(dòng)物等)。(4)分解器(decomposers)異養(yǎng)生物主要是細(xì)菌和真菌，包括一些原生動(dòng)物和大型腐蝕性動(dòng)物，例如蚯蚓、白蟻、鷹等。(。分解動(dòng)植物的殘骸、糞便、復(fù)雜的有機(jī)化合物等，吸收特定的分解物，將有機(jī)物分解成簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物。牙齒無(wú)機(jī)物參與物質(zhì)循環(huán)后，可以自養(yǎng)生物重復(fù)使用。3.生態(tài)

6、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以從兩個(gè)茄子方面理解。一種是生物種類(lèi)、種群、種群的空間格局、種群的時(shí)間變化、群落的垂直和水平結(jié)構(gòu)等形式結(jié)構(gòu)。形態(tài)結(jié)構(gòu)與植物群落的結(jié)構(gòu)特征一致，加上土壤、大氣中非生物成分、消費(fèi)者和分解者的形態(tài)結(jié)構(gòu)。第二種是營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)。營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)是以營(yíng)養(yǎng)為紐帶，將生物與非生物緊密結(jié)合的功能單元，構(gòu)成以生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者為中心的三大功能群。他們產(chǎn)生與環(huán)境密切的物質(zhì)循環(huán)和能量流。4.生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)和二次生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)的能量流始于綠色植物的光合作用。光合作用積累的能量是進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)能量，這種能量的積累過(guò)程就是初級(jí)生產(chǎn)。積累初級(jí)生產(chǎn)能源的速度稱為初級(jí)生產(chǎn)力，制造的有機(jī)物質(zhì)稱為初級(jí)生產(chǎn)或初

7、級(jí)生產(chǎn)(primary production)。初級(jí)生產(chǎn)的一部分是通過(guò)植物本身的呼吸消耗的，另一部分是以可見(jiàn)有機(jī)物的形式用于植物的生長(zhǎng)和生殖，我們把牙齒部分的產(chǎn)量稱為凈初級(jí)生產(chǎn)(net primary production，NPP)，將包括呼吸消耗的能量(R)在內(nèi)的全部產(chǎn)量稱為總初級(jí)生產(chǎn)(R)，這三個(gè)人之間的關(guān)系稱為GPPGPP和NPP通常表示為每年平方米生產(chǎn)的有機(jī)物質(zhì)干重(g/m2.a)或固定能源值(J/m2.a)，在牙齒情況下稱為總(凈)第一生產(chǎn)力，生產(chǎn)力是比率的概念，產(chǎn)量是數(shù)量的概念。在特定時(shí)間點(diǎn)，生態(tài)系統(tǒng)單位面積內(nèi)積累的生活有機(jī)物的質(zhì)量稱為生物質(zhì)。生物量是凈產(chǎn)量的累積量，某一時(shí)刻的生物量是科