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生物选择性必修2 生物与环境【教学设计】
第3节　群落的演替
[学习目标]
1.通过分析群落演替的概念和演替的类型,说明群落是不断发展变化的,培养比较、分析、归纳总结的能力。
2.通过分析人类活动对群落演替的影响,认识自然资源的有限性,形成自觉保护自然环境的社会责任和意识。
3.通过学习了解退耕还林、还草、还湖,认同国家的有关政策及其重要意义。
【课件自主预习】
一、演替的概念与类型
1.演替的概念
群落的演替是指随着时间的推移,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演替过程(以裸岩演替为例):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。
②实例:裸岩、沙丘、火山岩、冰川泥上进行的演替。
(2)次生演替
①演替过程(以弃耕的农田演替为例):农田→草本植物阶段→灌木阶段→乔木阶段。
②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)分类依据:根据起始条件。
(4)演替的速度:初生演替速度慢,而次生演替速度快。
(5)影响演替的因素: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。
二、人类活动对群落演替的影响及退耕还林、还草、还湖
1.人类活动对群落演替的影响
(1)结果:人类的许多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)影响的相对性
①不良活动:如过度放牧,导致土地荒漠化;污水直接排放,导致水体污染。这样使群落演替向不良方向发展,会对群落的演替不利。
②有利活动:如封山育林、治理沙漠和管理草原等,使群落朝着物种增多、结构复杂的方向演替;群落演替有一定的规律,当人类掌握了这些规律就可以根据现有情况,预测群落的未来,从而正确掌握群落的动向,使之朝着有利于人类的方向发展。
2.退耕还林、还草、还湖
退耕还林、还草、还湖,有利于处理好经济发展同人口、资源、环境的关系,走可持续发展道路。
【预习检测】
1.判断下面有关演替的概念和类型说法的正误。
(1)乔木阶段动物的分层比灌木阶段的简单。(　×　)
提示:乔木中动物种类繁多,所以乔木阶段动物的分层比灌木阶段的复杂。
(2)演替早期的种群可能在新形成的群落里出现。(　√　)
提示:群落演替的“代替”不是“取而代之”,而是指优势取代,所以演替早期的种群可能在新形成的群落里出现。
(3)初生演替形成的群落内无竞争现象。(　×　)
提示:初生演替的过程中会存在竞争,如苔藓被草本植物替代的过程中,草本植物在竞争中取得优势,次生演替中同样存在竞争。
(4)次生演替所需时间较短,是因为经历的阶段少。(　×　)
提示:次生演替具有较好的土壤条件,演替速度快,所需时间短。
2.判断下面有关人类活动对群落演替的影响说法的正误。
(1)人类活动可以影响演替的方向和速度。(　√　)
(2)人类干预对群落的演替总是不利的。(　×　)
提示:封山育林、治理沙漠和管理草原等人类活动,对群落演替是有利的。
(3)人类活动一定使群落演替向着物种多样性减少的方向进行。(　×　)
提示:人类活动可能使群落演替向着物种多样性增加的方向进行。
【课堂互动探究】
探究点一　群落演替的类型
1.尝试分析群落演替的过程
[情境1] 以裸岩为基础发生的演替叫初生演替,在先驱物种地衣的作用下,苔藓生长起来,并为草本植物创造了更好的土壤环境。草本植物阶段各种昆虫和小动物开始进入到这个地区,在动植物的共同作用下,土壤中的有机物越来越丰富,土壤的通气性越来越好;接下来灌木植物和乔木植物使得群落结构变得复杂。
[思考] (1)发生在裸岩上群落的演替过程中,其生物的演替顺序是地衣阶段→苔藓阶段→草本植物阶段→灌木阶段→乔木阶段。
(2)地衣的作用是分泌有机酸加速岩石风化形成土壤,并积累有机物。
(3)该过程土壤有机物含量和通气性如何变化
提示:土壤有机物越来越丰富,土壤的通气性越来越好。
(4)灌木阶段时为什么灌木成了优势种
提示:灌木与草本等植物竞争阳光等资源处于优势。
(5)在森林阶段,群落中还能找到地衣、苔藓、草本植物和灌木吗
提示:能找到。群落演替的“代替”不是“取而代之”,而是指优势取代,因此森林中各种类型的植物都可能是存在的。
[情境2] 一个位于槭树林和山毛榉林之间的湖泊,由于某种原因干涸了,很快长满杂草,几年后,草本植物开始减少,各种灌木却繁茂起来,最后这个湖泊演变成了一片槭树和山毛榉的混交林。
[思考] (1)该过程中生物演替的顺序是草本植物阶段→灌木阶段→乔木阶段。
(2)是不是所有的次生演替都能达到森林阶段 为什么
提示:不是。如干旱地区和极地地区,由于缺水少雨或温度过低的原因很难形成森林。
(3)该演替过程同初生演替相比,演替速度比较快的主要原因是什么
提示:湖底淤泥为演替提供了良好的土壤条件。
(4)为什么乔木阶段动物分层比较复杂
提示:因为乔木阶段为动物提供了多种多样的栖息空间和食物条件。
2.尝试分析概括演替的结果
[情境3] 某弃耕农田中植物种类在40年间的变化情况见下表。
植物 类别 物种数量/ 种
1年 4年 15年 25年 40年
草本 28 27 26 30 34
灌木 0 3 4 12 19
乔木 0 0 0 14 23
总计 28 30 30 56 76
[思考] (1)一般自然群落演替的总趋势是怎样的
提示:生物种类越来越多,营养结构越来越复杂。
(2)群落对光能的利用能力的变化是怎样的
提示:利用光的能力越来越强。
[归纳总结] (1)群落演替的类型比较
项目 初生演替 次生演替
起点 在没有被植物覆盖的地面或者是原来存在过植被,但被彻底消灭的地方发生的演替 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的地方发生的演替
时间 时间漫长 时间相对较短
速度 演替速度缓慢 速度相对较快
影响因素 自然因素 人类活动较为关键
(2)群落演替的四项特征
演替 方向 演替是群落组成向着一定方向、具有一定规律、随时间而变化的有序过程,因而它往往是能预见的或可测的,一般都可以演替到森林这一最高阶段
能量 总生产量增加,群落的有机物总量增加
结构 生物种类越来越多,群落的结构越来越复杂
稳定 性 演替是生物和环境反复相互作用,发生在时间和空间上的稳定性变化
特别说明:群落演替的趋势一般是生物数量越来越多、种类越来越丰富,群落的结构也越来越复杂,但群落的演替过程并不都是群落结构由简单到复杂的过程,如受污染或被破坏的群落,它的群落结构就是由复杂到简单。
[应用] 如图表示两个陆生群落的演替过程,据图判断,下列说法错误的是(　B　)
A.自然情况下,曲线Ⅰ的de段和曲线Ⅱ的趋势,说明群落演替的方向往往是营养结构从简单到复杂
B.曲线Ⅰ波动变化,说明群落Ⅰ的演替过程比群落Ⅱ艰难而漫长
C.Ⅰ和Ⅱ过程一般需经历:生物入侵→成功定居→竞争平衡
D.e点可代表群落已达顶极群落阶段,此时所处阶段可能为灌木阶段
解析:自然情况下,曲线Ⅰ的de段和曲线Ⅱ的趋势,说明群落演替的方向往往是营养结构从简单到复杂。Ⅰ代表群落的次生演替,Ⅱ代表群落的初生演替,初生演替的最初阶段由于资源匮乏,演替速度往往很慢,群落Ⅱ的演替过程比群落Ⅰ艰难而漫长。群落演替一般需经历生物入侵→成功定居→竞争平衡的过程,e点时,群落生物多样性稳定,已达顶极群落阶段,此时所处的阶段可能为灌木阶段。
探究点二　人类活动对群落演替的影响
[情境] 乱砍滥伐会造成水土流失,易发生泥石流、山体滑坡等灾害;物种减少或灭绝;局部雨水减少,自然灾害频发;空气环境质量下降,氧气减少,人类生存环境恶化。科学家在两块破坏程度相同的森林进行人工恢复和自然恢复的研究,20年后两块林地的生物多样性均有不同程度提高,其中人工种植的马尾松人工恢复林植物种数为137种,无人工种植的自然恢复林植物种数为226种。
[思考] (1)上述事例说明人类活动对群落演替的影响是改变了演替的速度和方向。
(2)乱砍滥伐导致空气中CO2增多,空气环境恶化的原因是植被减少,光合作用固定CO2减少,产生的O2减少,空气环境恶化。
(3)倘若两类恢复林再次受到相同程度的干扰,则哪种森林稳定性更强 原因是什么
提示:自然演替形成的恢复林。由于自然演替形成的恢复林其物种丰富度高,群落结构复杂,故再次受到相同程度干扰时,其稳定性较高。
[应用] 下列有关人类活动对群落演替影响的表述,哪一项是正确的(　C　)
A.人类活动对群落演替的影响要远远超过其他所有自然因素的影响
B.人类活动对群落的影响往往是破坏性的
C.人类活动往往使群落按照不同于自然演替的方向和速度进行演替
D.人类活动可以任意对生物与环境的相互关系加以控制
解析:人类活动对群落演替有一定的影响,但不是超过所有自然因素的影响;人类活动对群落的影响有很多是有益的,如封山育林、治理沙漠、管理草原,甚至可以建立人工群落;人类活动可以使群落按照不同于自然演替的方向和速度进行;人类可以建立人工群落,将演替的方向和速度置于人为控制下,但不是任意对生物与环境的相互关系加以控制。
课堂小结
完善概念图 记忆节节清
1.群落演替是一个群落替代另一个群落的过程。 2.初生演替和次生演替最根本的区别是起始条件不同。 3.并不是所有的次生演替都能达到森林阶段。 4.人类生产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。
随堂反馈
1.判断下列有关群落演替的概念和类型的叙述是否正确。
(1)群落演替是一个群落类型取代另一个群落类型的过程。(　√　)
(2)从弃耕后的农田开始的演替属于初生演替。(　×　)
提示:弃耕的农田保留了原来的土壤等,其演替属于次生演替。
(3)初生演替速度通常比次生演替快。(　×　)
提示:初生演替由于不具备土壤条件,其演替速度通常比次生演替慢。
2.某地退耕还林若干年后生态环境逐步改善。图甲、乙、丙表示退耕还林过程中各种量随时间的变化曲线,下列分析错误的是(　B　)
A.图甲可表示演替过程中物种丰富度与时间的关系
B.图乙可表示演替过程中阳光利用率与时间的关系
C.图丙可表示草本植物数量随时间变化的情况
D.人类活动往往会使群落演替按照不同于自然演替的方向和速度进行
解析:群落演替过程中,物种丰富度不断提高,逐渐趋于稳定;退耕还林的开始阶段,草本植物大量生长,接着灌木、乔木依次出现与草本植物形成竞争关系,草本植物数量会出现如图丙的曲线变化;群落空间结构变得复杂,对阳光的利用率不断提高并趋于稳定。
3.(不定项选择)在由裸岩向森林的演替过程中,各阶段经历的时间差异很大:地衣和苔藓阶段>木本植物阶段>草本植物阶段。下列相关推测错误的是(　AD　)
A.初生演替都要经历裸岩、地衣、苔藓、草本植物、灌木、乔木等阶段
B.裸岩向森林的演替过程中,演替速度先慢后变快,后又变慢
C.地衣阶段群落演替速度慢与其难以形成和积累土壤条件有关
D.演替过程中乔木逐渐取代灌木的优势地位是因为灌木生长缓慢
解析:条件适宜时,发生在裸岩上的演替一般要经历裸岩、地衣、苔藓、草本植物、灌木和乔木等阶段,但不是所有的初生演替过程都要经过这几个阶段,如荒漠和草原地区,难以出现乔木阶段,无法形成森林生物群落;演替过程中乔木逐渐取代灌木的优势地位是因为乔木比灌木高大,在利用阳光等资源方面占优势。
4.黄土丘陵沟壑区位于黄土高原北部,已成为黄土高原水土流失最严重的地区,同时也是我国生态环境最为脆弱的地区之一。目前通过恢复植被改善生态环境已成为该地区治理水土流失的最重要措施之一。
(1)通过人为因素恢复植被改善生态环境,会影响该地区群落演替的　　　　　　　　。
(2)封禁能使黄土丘陵沟壑区的植被逐步恢复。植被的恢复是　　　　演替的过程。短期封禁就能使草本群落得到明显恢复,主要表现在植物种类增多、植被覆盖率和生物量提高、植被保持水土功能增强。若实施中期封禁,请预测植被的恢复状况:

　。
(3)中期封禁后,物种的丰富度　　　　(填“增加”“减少”或“不变”)。
(4)封禁后群落垂直结构发生较大的变化,人工乔木林的垂直结构逐渐明显,这种垂直结构显著提高了　　　　　　　　　　　　　　　　　　,还为动物创造了　
　　　　　　。
解析:(1)人类活动会影响群落演替的方向和速度。
(2)黄土丘陵沟壑区的植被的恢复是在保留了基本的土壤条件和保留了一些植物的种子或其他繁殖体的地方进行的,属于次生演替。短期封禁就能使草本群落得到明显恢复,主要表现在植物种类增加、植被覆盖率和生物量提高、植被保持水土功能增强。若实施中期封禁,则植物种类继续增多、植被覆盖率和生物量继续提高、植被保持水土功能进一步增强。
(3)中期封禁后,随着演替的进行,物种的丰富度还在增加。
(4)封禁后群落垂直结构发生较大的变化,人工乔木林的垂直结构逐渐明显,这种垂直结构显著提高了群落利用阳光等环境资源的能力,还为动物创造了多种多样的栖息空间和食物条件。
答案:(1)方向和速度
(2)次生　植物种类继续增多、植被覆盖率和生物量继续提高、植被保持水土功能进一步增强
(3)增加
(4)群落利用阳光等环境资源的能力　多种多样的栖息空间和食物条件

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