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第十三单元 生态系统及环境保护
生态系统的范围
概念：是由生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体。
范围：地球上最大的生态系统是生物圈，包括地球上全部生物及其无机环境。
2.生态系统的类型
（1）自然生态系统：水域生态系统、陆地生态系统。
（2）人工生态系统：农田生态系统、城市生态系统等。
3.生态系统的组成成分
组成内容 作用
非生物的物质和能量 阳光、热能、空气、水、无机盐等 微生物提供物质和能量，是生物群落赖以生存和发展的基础
生产者 ①光合作用：绿色植物、光合细菌、蓝藻；②化能合成作用：硝化细菌 无机物→有机物；光能、无机化学能→有机化学能；为消费者提供食物条件和栖息场所
消费者 包括营捕食生活的生物和营寄生生活的生物（如菟丝子） 加快生态系统中的物质循环，有利于植物的传粉和种子的传播
分解者 营腐生生活的微生物及腐食性的动物（如蚯蚓、蜣螂） 将生物遗体、排泄物分解为无机物，供生产者重新利用
4.生态系统各成分的相互关系
（1）非生物的物质和能量是生态系统中生物群落的物质和能量的最终来源。
（2）生产者是生态系统中唯一能把非生物的物质和能量转变成生物体内的物质和能量（有机物及其贮存的化学能）的成分，因此，可以说生产者是生态系统的基石。
（3）从理论上讲，消费者的功能活动不会影响生态系统的根本性质，所以消费者不是生态系统必要的基础成分，但在自然生态系统中，生产者、消费者和分解者都是紧密联系、缺一不可的。
（4）分解者在生态系统中占有重要地位。如果一个生态系统中没有分解者，则动植物的遗体残骸就会堆积如山，生态系统就会崩溃，因此，从物质循环角度看，分解者在生态系统中占有重要地位。
（5）生产者和分解者是联系生物群落和无机环境的两大“桥梁”；生产者与各级消费者以捕食关系建立的食物链和食物网是能量流动和物质循环的渠道。
5.食物链
（1）概念：生态系统中各种生物因食物关系形成的一种联系。
（2）特点：生产者为第一营养级；消费者所处的营养级并不是一成不变的；食物链上一般不超过5个营养级。
（3）实例：
6.食物网
（1）概念：生态系统中许多食物链彼此相互交错，连接成的复杂营养结构。
（2）形成的原因：一种绿色植物可能是多种植食性动物的食物；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）功能
食物链和食物网是生态系统的营养结构，是能量流动和物质循环的渠道。
食物网越复杂，生态系统抵抗外界干扰的能力就越强，生态系统越稳定。
7.能量流动：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。
8.过程
能量流经第一营养级的过程
（1）输入：生产者通过光合作用把太阳能转化为化学能，固定在有机物中。
（2）能量去向
在生产者的呼吸作用中以热能形式散失。
随着残枝败叶等被分解者分解而释放出来。
被初级消费者摄食同化，流入第二营养级。
能量流经第二营养级的过程
输入：通过摄食生产者获得。
去向
通过呼吸作用以热能形式散失。
随尸体、排泄物流向分解者。
被次级消费者摄食同化，流入下一营养级。
9.能量流动的过程图解
※流入每一营养级的能量最终去向：
通过自身呼吸作用以热能形式散失。
被下一营养级同化。
被分解者分解利用。
10.能量流动的特点
（1）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。
（2）逐级递减：①能量在沿食物链流动的过程中逐级减少，传递效率约为10%～20%。②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4～5个营养级。
11.能量金字塔
将单位时间内各个营养级所得到的能量数值，由低到高绘制成图，可以形成一个金字塔图形。
12.研究能量流动的意义
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。
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。
13.生态系统的物质循环
概念：组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素，都不断地进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程。
范围：生物圈。
渠道：食物链和食物网。
14.物质循环的特点
（1）全球性——生物地球化学循环。
（2）循环性——物质可被生物群落反复利用。
15.碳循环
（1）碳的存在形式
无机自然环境：以CO2和碳酸盐（石灰岩、珊瑚礁）等形式存在。
生物群落：主要以含碳有机物的形式存在。
（2）循环形式
在生物群落与无机环境间：主要以CO2的形式进行。
在生物群落内：以含碳有机物的形式进行。
（3）过程图解
16.温室效应
（1）形成原因：化学燃料短时间内大量燃烧使大气中CO2含量迅速增加，打破了生物圈中碳循环的平衡。
（2）危害：气温升高，加快极地和高山冰川的融化，导致海平面上升，进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁。
17.探究土壤生物的分解作用
（1）原理：
土壤中存在种类、数目繁多的细菌、真菌等微生物，它们在生态系统中的成分为分解者。
分解者的作用是将环境中的有机物分解为无机物，其分解速度与环境中的温度、水分等生态因子相关。
（2）材料用具：新鲜土壤、蒸馏水、淀粉糊、碘液、斐林试剂
（3）实验方案：
项目 案例1 案例2
实验假设 微生物能分解落叶使之腐烂 微生物能分解淀粉
实验设计 实验组 对土壤进行高温灭菌处理 A烧杯中加入30 mL土壤浸出液+淀粉糊
对照组 对土壤不做任何处理 B烧杯中加入30mL蒸馏水+等量淀粉糊
自变量 土壤中是否含微生物 土壤中是否含微生物
实验现象 在相同时间内对照组落叶腐烂程度快于实验组 A烧杯中加入碘液蓝色变淡，加入斐林试剂出现砖红色沉淀；而B烧杯未出现此种实验现象
实验结论 微生物对落叶有分解作用 土壤浸出液中的微生物能分解淀粉
18.物质循环和能量流动的关系
（1）区别
物质循环具有全球性和循环性的特点。
能量流动是逐级递减的，是单方向的。
（2）联系
二者同时进行，相互依存，不可分割。
物质是能量流动的载体，能量是物质循环的动力。
信息：一般将可以传播的消息、情报、指令、数据与信号等称作信息。
20.信息的基本类型
（1）物理信息
概念：通过物理过程传递的信息。
举例：光、声、温度、湿度和磁力等。
（2）化学信息
概念：生物在生命活动过程中，产生的可以传递信息的化学物质。
举例：植物的生物碱、有机酸等代谢产物，以及动物的性外激素等。
（3）行为信息
概念：对于同种或异种生物能够通过特殊行为传递的信息。
举例：蜜蜂跳舞、雄鸟的“求偶炫耀”。
21.信息传递在生态系统中的作用
（1）个体水平：生命活动的正常进行，离不开信息的作用。
（2）种群水平：生物种群的繁衍，也离不开信息的传递。
（3）群落水平：信息能够调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定。
22.信息传递在农。业生产中的应用
（1）提高农产品或畜产品的产量。如利用模拟的动物信息吸引大量的传粉动物，就可以提高果树的传粉率和结实率。
（2）对有害动物进行控制。如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。
23.生态平衡：生态系统的结构和功能处于相对稳定的一种状态。
24.处于生态平衡的生态系统的特征
（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，保证了物质总在循环，能量不断流动，生物个体持续发展和更新。
（3）收支平衡：在某生态系统中，植物在一定时间内制造的可供其他生物利用的有机物的量，处于比较稳定的状态。
25.生态系统的稳定性
（1）概念：生态系统的维持或恢复自身结构和功能处于相对平衡的能力，即维持生态平衡的能力。
（2）原因：生态系统具有一定的自我调节能力。
（3）调节基础：负反馈调节。
（4）特点：生态系统的自我调节能力是有限的，当外界干扰因素的强度超过一定限度时，生态系统的自我调节能力会迅速丧失，生态系统原状难以维持。
（5）反馈调节的类型
项目 负反馈调节 正反馈调节
概念 当一个变化产生时，调节机制会减弱这个变化，使之回归正常 受控部分发出反馈信息，其方向与控制信息一致，可以促进或加强控制部分的活动
举例
作用 生态系统自我调节能力的基础，能使生态系统达到和保持平衡 使生态系统远离平衡状态
调节方式 抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化 加速最初发生变化的那种成分所发生的变化
结果 有利于生态系统保持相对稳定 常使生态系统远离稳态
（6）生态系统稳定性的类型
项目 抵抗力稳定性 恢复力稳定性
概念 生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状的能力 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
特点 生态系统的成分越复杂，抵抗力稳定性越高，反之越低 生态系统的成分越简单，一般越容易恢复；反之越难
26.提高生态系统稳定性的措施
控制对生态系统的干扰程度，对生态系统的利用应该适度，不应超过生态系统的自我调节能力。
对人类利用强度较大的生态系统，应实施相应物质和能量的投入，保证生态系统内部结构与功能的协调。
27.设计并制作生态缸，观察其稳定性
目的要求：探究生态系统保持稳定性的条件。
实验原理：
生态缸中必须包括生态系统的四种成分，特别需要注意必须有足够的分解者。
各种生物之间以及生物与无机环境之间，必须能够进行物质循环和能量流动。
生物之间要有合适的食物链结构，生物的数量不宜过多。
生态缸必须是透明的，这样可以保证生态缸中有充足的太阳能。当然，生态缸一定要封闭，防止外界生物或非生物因素的干扰。
（3）实验流程：
铺垫细沙
注水：注入适量的河水或池塘水，使缸内有陆上与水下之分
放置动植物：根据生物本身的生活习性正确放置适量的生物个体
密封生态缸：用胶带将生态缸口密封
放置生态缸：将生态缸放置在光线良好的散射光下
观察记录：每周定时观察生态缸中生物的存活和水质变化情况
（4）结果分析
生态缸中虽然成分齐全，生产者、消费者和分解者之间可以进行能量流动和物质循环，但由于生态缸中的生态系统极为简单，自我调节能力极差，所以抵抗力稳定性极低，生态系统的稳定性极易被破坏。因此，生态缸内的生物只能保持一定时间的活性。
如果生态缸是一个开放的生态系统，则生态系统的成分复杂，自我调节、自我修复和自我延续的能力强，在没有巨大外界环境干扰的情况下会长期保持相对稳定。
28.生态足迹
概念：又叫生态占用，是指在现有技术条件下，维持某一人口单位生存所需的生产资源和吸纳废物的土地及水域的面积。
计算方法：将人类为了维持自身生存需要的物质等，换算为相应的自然士地和水域面积。
影响：生态足迹的值越大，代表人类所需的资源越多，对生态和环境的影响就越大。
特点：生活方式不同，生态足迹的大小可能不同
29.人口增长对生态环境的影响
从世界范围看，人口还将继续增长，人类的消费水平将继续提高
我国人口的现状
我国人口基数大，虽然人口增长过快的情况得到了有效的控制，人口出生率和自然增长率明显下降，目前已进入了低生育水平国家的行列。不过，我国依然是世界第一人口大国。
（3）对生态环境的影响
全球的人口持续飞速増长，未来，养活地球人口的环境压力不断増大，全球生态环境可能会面临更大的压力。
30.生态环境问题的类型
（1）生态环境问题类型及主要原因
类型 主要成因
全球气候变化 CO2等温室气体的大量排放
水资源短缺 人口多；污染严重
臭氧层破坏 氟利昂等物质的大量排放
酸雨 化石燃料的大量燃烧
土地荒漠化 植被的破坏
海洋污染 污染物通过河流和空气进入海洋；石油泄露和倾倒污染物等
生物多样性锐减 生物生存环境被破坏
（2）特点：全球性
影响对生物圈的稳态造成严重威胁，同时也影响了人类的生存和可持续发展。
我国政府的态度
倡导生态文明建设，将“全面协调可持续发展”作为基本国策。
建设生态文明，要求每一个公民从我做起。
31.生物多样性的价值
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2生物多样性的层次
（1）遗传多样性：地球上所有生物携带的遗传信息的总和。但通常所说的遗传多样性是指种内的遗传多样性，即种内个体之间或一个种群内不同个体的遗传变异总和。
（2）物种多样性：由自然界中每个物种的独特性构成
（3）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。
32.生物多样性形成的原因：生物进化。
33.生物多样性的价值
（1）直接价值：有实用意义的价值：食用、药用和工业原料等；有非实用意义的价值：旅游观赏、科学研究和文学艺术创作等。
食用：人类的食物基本来源于种植农作物和养殖家畜、家禽及海产品，例如水稻和奶牛等为人类提供食物。
药用：绝大多数药物来自植物、动物、微生物的代谢产物，例如我国科学家屠呦呦从黄花蒿中提取出治疗疟疾的药物青蒿素。
工业原料：如木材、纤维、橡胶、饲料、淀粉、蚕丝、皮器具等。
（2）间接价值：调节生态系统的功能等方面（主要）；促进生态系统中基因流动和协同进化等方面。
植物能进行光合作用，具有制造有机物、固碳、调节生态系统的功供氧等功能能等方面的体现
森林和草地具有防风固沙、水土保持作用
湿地可以蓄洪防旱净化水质调节气候
（3）潜在价值：目前人们尚不太清楚的价值。例如，某种目前没有直接价值的植物，有可能在未来被发现含有治疗某种疾病的重要成分。
生物多样性的间接价值明显大于它的直接价值生物多样性的间接价值是指生物在涵养水源保持水土调节气候、维持生态系统的稳定性等方面的“生态功能”，这种功能的价值远远大于其在工业原料、食用、药用等方面的直接价值，这也是不能使在直接价值方面表现为“有害”的物种灭绝的原因。
34.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：栖息地丧失或碎片化。
掠夺式利用：过度采伐、滥捕乱猎。
（2）环境污染
（3）农业和林业品种的单一化
（4）外来物种的盲目引入
35.保护生物多样性的措施：
（1）就地保护：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（最有效保护）
（2）易地保护：指把保护对象从原地迁出，在异地进行专门保护
（3）利用生物技术，如建立精子库、种子库、基因库利用人工授精、组织培养、胚胎移植等生物技术对濒危物种基因进行保护
（4）加强立法、执法和宣传教育
36.生态工程
技术手段：系统分析、设计和调控。
特点：少消耗，多效益，可持续。
建设目的：防止环境污染，达到经济效益和生态效益的同步发展。
任务：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。
27.基本原理
（1）自生
理论基础：自组织、自我优化、自我调节、自我更新和维持。
意义：实现系统结构和功能的协调，形成有序的整体。
实例：湿地生态工程建设有效选择生物组分、合理布设，并创造有利条件。
（2）循环
理论基础：物质循环。
意义：通过系统设计实现循环，使前一环节产生的废物尽可能被后一环节利用，减少整个生产环节废物的产生。
实例：无废弃物农业。
（3）协调
理论基础：生物与生物、生物与环境的协调与适应。
意义：生物数量不超过环境承载力，避免系统的失衡和破坏。
实例：西北地区的防护林建设出现的问题。
（4）整体
理论基础：社会、经济、自然构成的复合系统。
意义：统一协调各种关系，保障生态系统的平衡和稳定。
实例：林业建设中自然系统与社会、经济系统的关系问题。
38.生态工程的实例
农村综合发展型生态工程
问题：资源有限，人多地少，产出不足。
主要原理：循环原理，整体原理。
对策：建立综合发展型生态工程实现物质的多级循环利用，保证在资源有限的条件下有较多产出。
实例：北京郊区某村以沼气工程为中心的生态工程。
湿地生态恢复工程
问题：湿地面积的缩小和破坏。
主要原理：自生原理，协调原理，整体原理。
对策：控制污染、动植物物种引进建立缓冲带等。
实例：厦门筼筜湖生态恢复工程。
矿区废弃地的生态恢复工程
问题：矿区生态环境的破坏。
主要原理：协调原理，整体原理。
对策：修复土地恢复植被。
实例：赤峰市元宝山矿区生态修复工程。
39.我国生态工程存在的问题
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。
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。
缺乏理论指导。
40.我国目前而临的生态危机及对策
危机：人口激增、能源短缺资源与环境破坏等问题。
对策：发挥生态工程建设的作用，重视生态环境保护，注重与经济社会效益相结合。

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