2026年高考生物一轮复习：人教版选择性必修2 稳态与调节 知识点考点提纲 讲义

这是一份2026年高考生物一轮复习：人教版选择性必修2 稳态与调节 知识点考点提纲 讲义，共36页。学案主要包含了种群密度，出生率和死亡率，迁入率和迁出率，年龄结构和性别比例，人类活动对群落演替的影响，研究意义，措施等内容，欢迎下载使用。
第1章 种群及其动态
第1节 种群的数量特征
一、种群密度：
（一）定义：种群在单位面积或单位体积中的个体数。
（二）特点：是种群最基本的数量特征。
（三）研究意义（应用）：濒危动物保护、农田杂草状况调查、农林害虫的监测和预报、渔业上捕捞强度的确定等，都需要对种群密度进行调查研究。
（四）调查方法：
1．逐个计数法：
（1）条件：在调查分布范围较小、个体较大的种群。
（2）举例：如调查某山坡上的珙桐密度。
（3）特点：在多数情况下，逐个计数非常困难。
2．估算法：
（1）举例：例如，对于有趋光性的昆虫，可以用黑光灯进行灯光诱捕的方法来估算它们的种群密度。
（2）方法：
①样方法
●方法：在被调查种群的分布范围内，随机选取若干个样方，通过计数每个样方内的个体数，求得每个样方的种群密度，以所有样方种群密度的平均值作为该种群的种群密度估算值。
●举例：调查草地上蒲公英的密度，农田中某种昆虫卵的密度，作物植株上蚜虫的密度、跳蝻的密度等。
●【探究·实践】调查草地中某种双子叶植物的种群密度
②标记重捕法
●适用范围：活动能力强，活动范围大的许多动物。
●方法：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。
●举例：在对某种鼠的调查中，调查范围为1hm2，第一次捕获并标记39只鼠，第二次捕获34只鼠，其中有标记鼠15只，这样就可以估算出这种鼠的种群密度为39×34÷15=88.4只/hm2。
（五）局限：种群密度反映了种群在一定时期的数量，但不能反映种群数量的变化趋势。
二、出生率和死亡率
（一）出生率：
1．定义：指在单位时间内新产生的个体数目占该种群个体总数的比值。
2．举例：例如，截至2015年年末，我国大陆总人口约为13.7亿，2015年出生1655万人，我国大陆人口在这一年的出生率约为12‰。
（二）死亡率：
1．定义：指在单位时间内死亡的个体数目占该种群个体总数的比值。
2．举例：例如，2015年，我国大陆死亡人口为975万，死亡率约为7‰。
三、迁入率和迁出率
（一）定义：对一个种群来说，单位时间内迁入或迁出的个体占该种群个体总数的比值，分别称为迁入率或迁出率。
（二）研究意义：如果你研究一座城市人口的变化，迁入率和迁出率更是不可忽视的因素。
四、年龄结构和性别比例
（一）年龄结构：
1．定义：指一个种群中各年龄期的个体数目的比例。
2．类型：
（二）性别比例
1．定义：指种群中雌雄个体数目的比例。
2．应用：例如，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，改变了害虫种群正常的性别比例，就会使很多雌性个体不能完成交配，从而使该种害虫的种群密度明显降低。
关系：如下图
1．种群密度是种群最基本的数量特征。
2．出生率和死亡率、迁入率和迁出率直接决定种群密度。
3．年龄结构影响出生率和死亡率，性别比例影响出生率，进而影响种群密度。
种群数量
种群密度
(最基本特征)
出生率和死亡率
性别比例
迁入率和迁出率
年龄结构
直接影响
决定
预测
决定
影响
影响
第2节 种群数量的变化
一、研究方法—建构种群模型的方法（数学模型）：
二、变化规律—种群增长的“J”型曲线和“S”型曲线：
（一）“J”型曲线：
1．实例：美国某岛屿环颈雉种群数量的增长
2．数学模型
（1）模型假设（前提条件）：在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条件下，种群的数量每年以一定的倍数增长，第二年的数量是第一年的λ倍。
（2）建立模型：
①公式模型（规律）：t年后种群数量为：Nt＝N0λt，其中N0为该种群的起始数量，t为时间，Nt表示t年后该种群数量，λ表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。
②图像模型：教材【思考·讨论】“分析自然界种群增长的实例”中的图。
（二）“S”型曲线：
1．实例：高斯曾做过的实验：大草履虫种群数量的增长。
2．数学模型：
（1）模型假设（前提条件）：自然界的资源和空间有限，当种群密度很大时，种内竞争加剧，会使种群的出生率降低，死亡率升高。
（2）建立模型：种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定，即达到K值（一定的环境条件所能维持的种群最大数量称为环境容纳量，又称K值），教材图1-5。
3．种群数量的波动（种群达到K值后的数量变化）
（1）在自然界，有的种群能够在一段时期内维持数量的相对稳定。如某地野牛、狮的种群数量往往比较稳定。
（2）对于大多数生物的种群来说，种群数量总是在波动中。如对某地区东亚飞蝗种群数量多年的变化情况所做的研究表明，该东亚飞蝗的种群数量在1913—1961 年一直处于不规则的波动状态。
（3）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。如蝗灾、鼠灾、赤潮等。
（4）当种群长久处于不利条件下（如遭遇人类乱捕滥杀和栖息地破坏），种群数量会出现持续性的或急剧的下降。如大熊猫栖息地遭到破坏后，由于食物的减少和活动范围的缩小，其K值就会变小。
（5）当一个种群的数量过少，种群可能会由于近亲繁殖等原因而衰退、消亡。如多种鲸在遭遇人类过度捕捞后，种群数量急剧下降，有的鲸濒临灭绝。
三、【探究·实践】培养液中酵母菌种群数量的变化：
第3节 影响种群数量变化的因素
一、非生物因素
（一）阳光：例如，森林中林下植物的种群密度主要取决于林冠层的郁闭度（林冠层遮蔽地面的程度），即主要取决于林下植物受到的光照强度。
（二）温度：
1．在温带和寒温带地区，许多植物的种子在春季萌发为新的植株，这主要是受气温升高的影响。
2．蚊类等昆虫在寒冷季节到来时一般会全部死亡，这主要是受气温降低的影响。
（三）水：
1．干旱缺水会使许多植物种群的死亡率升高。
2．动物种群在寻找水源的过程中也常常发生个体的死亡。
3．对于东亚飞蝗来说，气候干旱是其种群爆发式增长的主要原因。
说明：非生物因素对种群数量变化的影响往往是综合性的。例如：春夏时节动植物种群普遍迅速增长，除气温升高外，日照延长、降水增多也是重要原因。
二、生物因素
（一）内部生物因素：随着种群的增长，种内竞争会加剧，从而使种群的增长受到限制。
（二）外部生物因素：
1．捕食与被捕食的关系：
（1）内容：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。如果食物匮乏，动物种群会出现出生率降低、死亡率升高的现象。
（2）举例：例如，松鼠以红松、云杉等植物的种子为食，其种群数量与食物的丰欠密切相关。在食物丰富的年份，每只松鼠平均能产3窝，每窝4~6只幼仔；而食物不足的年份会有20%~30%的成熟雌性个体不繁殖，繁殖者每年产仔数也明显减少。天敌对猎物种群数量影响的例子更是不胜枚举。
2．相互竞争的关系：森林中不同植物竞争阳光和养分，草原上非洲狮与猎豹竞争猎物。
3．寄生关系：作为宿主的动物被寄生虫寄生，细菌或病毒引起传染病，也会影响种群的出生率和死亡率等特征，进而影响种群的数量变化。
说明：
1．密度制约因素：
（1）含义：食物和天敌等生物因素对种群数量的作用强度与该种群的密度是相关的。
（2）举例：例如，同样是缺少食物，种群密度越高，该种群受食物短缺的影响就越大，因此，这些因素称为密度制约因素。
2．非密度制约因素：
（1）含义：气温和干旱等气候因素以及地震、火灾等自然灾害，对种群的作用强度与该种群的密度无关，因此被称为非密度制约因素。
（2）举例：例如，在遭遇寒流时，有些昆虫种群不论其种群密度高低，所有个体都会死亡。
三、种群研究的应用
研究种群的特征和数量变化的规律，在野生生物资源的合理利用和保护、有害生物的防治等方面都有重要意义。
（一）在濒危动物的保护方面：只有通过调查获知种群密度、出生率和死亡率、性别比例、年龄结构等特征，以及影响该种群数量变化的因素，才能准确了解该种群的生存状态，预测该种群的数量变化趋势，进而采取合理的保护对策。
（二）野生生物资源的合理利用方面：如在渔业上，人们总是希望长期获得较高的捕捞量。这就需要研究捕捞量与种群数量变化之间的关系。从理论上说，“S”形增长的种群在种群数量达到K值时，出生率与死亡率相等，这时即使不捕捞，种群数量也不会增加。研究表明，中等强度的捕捞（捕捞量在K/2左右）有利于持续获得较大的鱼产量。
（三）在有害生物的防治方面：
1．在鼠害发生时，既适当采用化学和物理的方法控制现存害鼠的种群数量，又通过减少其获得食物的机会等方法降低其环境容纳量，才能使鼠害得到有效防治。
2．对农林害虫的防治，如果一味依赖喷洒农药的方法，既造成环境污染，又伤及害虫的天敌；有效保护或引入天敌生物，则有利于将害虫数量控制在较低的水平。
第2章 群落及其演替
第1节 群落的结构
一、定义：在相同时间聚集在一定地域中各种生物种群的集合，叫作生物群落，简称群落。
二、研究内容：
（一）群落的物种组成：
1．意义：
（1）认识一个群落的首先工作。
（2）是区别不同群落的重要特征。
（3）是决定群落性质最重要的因素。
2．研究内容：
（1）物种区别。
（2）物种丰富度：
①含义：一个群落中的物种数目，称为物种丰富度。
②【探究·实践】研究土壤中小动物类群的丰富度：
（3）优势物种：在群落中，数量很多，对群落中其他物种的影响大，占据优势的物种。
3．特点：
（1）群落中的物种组成不是固定不变的。
（2）随着时间和环境的变化，群落中的优势物种可能发生改变。原来不占优势的物种可能逐渐变得有优势；原来占优势的物种也可能逐渐失去优势，甚至从群落中消失。
（二）种间关系：
1．种间互助：
（1）原始合作：
①定义：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。
②举例：海葵固着于寄居蟹的螺壳上，寄居蟹的活动，可以使海葵更有效地捕食；海葵则用有毒的刺细胞为寄居蟹提供保护。
（2）互利共生：
①定义：两种生物长期共同生活在一起，相互依存，彼此有利。
②举例：豆科植物与根瘤菌之间：植物向根瘤菌提供有机养料，根瘤菌则将空气中的氮气转变为含氮的养料，供植物利用。
2．种间斗争：
（1）捕食：
①定义：一种生物以另一种生物为食的现象。
②举例：翠鸟捕鱼。
（2）寄生：
①定义：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。
②举例：马蛔虫与马。
（3）种间竞争：
①定义：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。
②举例：同一草原上生活的非洲狮和斑鬣狗。
（三）群落的空间结构
1．垂直结构：
（1）含义：在垂直方向上，大多数群落都具有明显的分层现象。
（2）举例：
①植物：
●森林：自上而下分别有乔木、灌木和草本植物，形成群落的垂直结构。
●湖泊：有挺水层（如芦苇、莲、菱白）、浮水层（如凤眼蓝、浮萍）和沉水层（如水车前、小眼子菜、竹叶眼子菜、黑藻）等。这些植物分别利用了湖泊中的不同空间，形成了湖泊群落的垂直结构。
②动物：某森林中栖息着多种鸟类，大多数鸟类可同时利用几个不同的层次，但每一种鸟都有一个自己经常活动的层次：林冠层栖息着鹰、黄鹂、杜鹃等；中层栖息着山雀、啄木鸟、鸽、莺等；林下层则生活着画眉、八色鹅等。
（3）决定因素：
①植物：
●与对光的利用有关：不同植物适于在不同的光照强度下生长。这种分层现象显著提高了群落利用阳光等环境资源的能力。
●陆生群落：决定植物地上分层的环境因素还有温度等条件；决定植物地下分层的环境因素则是水分、无机盐等。
②动物：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。
2．水平结构：
举例：某草地在水平方向上，由于地形的变化、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因素，不同地段往往分布着不同的种群，同一地段上种群密度也有差别，它们常呈镶嵌分布。
（四）群落的季节性
1．含义：群落的外貌和结构会随阳光、温度和水分等随季节变化而发生有规律的变化。
2．举例：
（1）植物：有些种类的植物在早春来临时开始萌发，并迅速开花和结实，到了夏季其生活周期结束；另一些种类的植物则在夏季达到生命活动的高峰，从而导致群落在春季和夏季的物种组成和空间结构发生改变。
（2）动物：大多数典型的草原鸟类和高鼻羚羊等有蹄类动物，在冬季都向南方迁移，到雪被较少、食物充足的地区生活。旱獭、仓鼠等啮齿类动物在冬季会冬眠，有些动物则在炎热的夏季进入夏眠。
（五）生态位
1．定义：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．研究内容：
（1）动物：通常要研究它的栖息地、食物、天敌以及与其他物种的关系等。
（2）植物：通常要研究它在研究区域内的出现频率、种群密度、植株高度等特征，以及它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。
（六）其他：群落的范围和边界、群落的演替（详见第3节）等。
第2节 群落的主要类型
一、群落的类型：
（一）荒漠生物群落
1．分布：分布在极度干旱区（原因：这里年降水量稀少且分布不均匀）。
2．特点：荒漠里物种少，群落结构非常简单。
3．生物种类及适应性特征：荒漠中的生物具有耐旱的特性。
（1）植物：
①生物种类：有仙人掌属植物、骆驼刺属植物等。
②适应性特点：仙人掌具有肥厚的肉质茎，叶呈针状，气孔在夜晚才开放。骆驼刺植株才几厘米高，但根可长达15m。
（2）动物：
①生物种类：主要是爬行类、啮齿目、鸟类和蝗虫等。
②适应性特征：爬行动物蜥蜴和蛇的表皮外有角质鳞片，有助于减少水分蒸发；它们的蛋壳坚硬，能保护正在发育的胚胎；它们的体温是变化的，其调节体温的方式是每天早早起来到阳光充足的地方，让身体暖和起来，待天热时退到地下等阴凉处。某些爬行动物以固态尿酸盐的形式排泄含氮废物，而不是产生需要更多水才能溶解的尿素。
（二）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．特点：草原上动植物的种类较少，群落结构相对简单。
3．生物种类及适应性特征：
（1）生物种类：
①植物：在草原上，各种耐寒的旱生多年生草本植物占优势，有的草原上有少量的灌木丛，乔木非常少见。
②动物：由于缺水，在草原上，两栖类和水生动物非常少见。稀树干草原上，生长着伞形树冠状乔木，动物主要以斑马、长颈鹿和狮子为主。
（2）适应性特征：
①植物：往往叶片狭窄，表面有茸毛或蜡质层，能抵抗干旱。
②动物：大都具有挖洞或快速奔跑的特点。
（三）森林生物群落
1．分布：湿润或较湿润的地区。
2．特点：群落结构非常复杂且相对稳定。
3．生物种类及适应性特征：
（1）生物种类：
①植物：有乔木、灌木、草本和藤本植物。
②动物：种类繁多，森林为动物提供了丰富的食物和栖息场所。因此，树栖和攀缘生活的动物种类特别多，如长臂猿、松鼠、蜂猴、犀鸟、避役和树蛙等。
（2）适应性特征：阳生植物多居上层，能吸收比较强的阳光。林下光线相对较弱，在热带雨林中，林下几乎都是散射光，仅有稀疏的光点和光斑。阴生植物生活在林下。阴生植物的茎细长，叶薄，细胞壁薄，机械组织不发达，但叶绿体颗粒大、呈深绿色，因此，这类植物适应在弱光条件下生存。
（四）其他生物群落：
1．湿地生物群落：
（1）分布：沼泽、河流、湖泊等地。
（2）特点：动植物物种十分丰富，既有水生生物也有陆生生物，常见的有芦苇、香蒲、黑藻、金鱼藻等植物，以及鱼类、两栖类、鸟类等动物。
2．海洋生物群落：在海洋中，数量众多的微小浮游植物，浅海区生长的大型藻类（如海带、裙带菜等），以及种类繁多的动物。
二、分布规律：在我国，东部湿润地区往往随处可见森林；在内陆半干旱区，分布有大片的草原；再到西部的干旱区，则出现荒漠群落。
三、特征：
1．不同群落在物种组成、群落外貌和结构上都有着不同的特点。
2．不同群落中的生物也都有适应其环境的特征。
3．每一类生物群落又都可以分为更具体的群落类型。例如，我国典型的森林类型可以分为寒温带针叶林、温带针阔叶混交林、暖温带落叶阔叶林、亚热带常绿阔叶林、热带季雨林和热带雨林等。在不同的森林群落中，生物适应环境的方式不尽相同。
四、影响因素：
（一）非生物因素：群落类型受水分、温度等因素的影响很大。生活在这一地区的物种能够形成群落，是因为它们都能适应所处的非生物环境。例如，草原上的植物一般比较耐旱，不能耐旱的高大乔木就难以在草原上生长。
（二）生物因素：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。例如，在森林中，许多动物需要植物提供食物和庇护，不少植物则依赖动物传播花粉和种子；森林中的乔木、灌木与草本植物之间，虽然对土壤、空间、阳光的利用存在一定程度的竞争，但可以因生态位的不同而达到相对平衡的状态，和谐共存。
第3节 群落的演替
一、定义：随着时间的演替推移，一个群落被另一个群落代替的过程，叫作群落演替。
二、类型
（一）初生演替：
1．含义：指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．经历的阶段：裸岩阶段→地衣阶段→苔藓阶段→草本植物阶段→灌木阶段→森林阶段，详见选择性必修2教材图2-11。
3．举例：如在沙丘、火山岩、冰川泥上进行的演替。
4．特点：速度慢，趋向形成新群落，经历的阶段相对较多。
（二）次生演替：
1．含义：指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．经历的阶段（以弃耕农田为例）：弃耕农田→草本植物阶段（干旱的荒漠地区）→灌木阶段（干旱的荒漠地区）→森林阶段（气候条件适宜），详见选择性必修2教材图2-12。
3．举例：如在火灾过后的草原、过量砍伐的森林、弃耕的农田上进行的演替。
4．特点：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。
三、结果：土壤中的有机物越来越丰富，群落中物种丰富度逐渐加大，食物网越来越复杂，群落的结构也越来越复杂。
四、影响因素
（一）因素：外界环境的变化，生物的迁入、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。
（二）结果：
1．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，因此，群落就不断地演替。
2．最终都会达到一个与群落所处环境相适应的相对稳定的状态。
五、人类活动对群落演替的影响
（一）结果：人类的许多活动正在影响着群落的演替，往往使群落演替按照不同于自然演替的方向和速度进行。
（二）举例：
1．破坏行为：
（1）砍伐森林可以在短期内改变森林群落中的物种组成和物种丰富度，进而改变群落的演替方向；
（2）过度放牧则可能很快导致土地荒漠化，使草原生物群落演替为荒漠生物群落；
（3）未经处理的污水直接排入河流，可能给水生生物带来灭顶之灾。
2．保护行为：通过封山育林、治理沙漠、管理草原，甚至建立人工群落等，人类活动也可以使群落朝着物种增多、结构复杂的方向演替。
六、研究意义：在自然界，群落的演替是普遍现象，而且有一定的规律，人类掌握了这些规律就能根据现有情况，预测群落的未来，从而正确掌握群落的动向，使之朝着对人类有益的方向发展。
七、措施：退耕还林、还草、还湖
问题
可以调查同一块地中不同双子叶植物的种群密度，也可以调查不同地块中一种或几种双子叶植物的种群密度。通过小组讨论，确定要探究的问题。
制订计划
①确定调查地点和范围；
②确定调查时间；
③讨论列出材料用具清单；
④确定小组成员分工
实施计划
准 备
观察地形、分析安全隐患、提出安全注意事项
确定调查对象
单子叶植物常常是丛生或蔓生的，从地上部分难以辨别是一株还是多株。而双子叶草本植物则容易辨别个体数目。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。
确定
样方
确定样方的多少
确定样方的大小
一般以1m2的正方形为宜。如果该种群的个体数目较少，样方面积可适当扩大。
取样方法
原则
随机取样
常用方法
五点取样法
等距取样法
计数
计数每个样方内所调查植物的数量，做好记录。对于样方边缘上个体的处理方法一般是：样方顶边、左边及左角处的个体统计在内，其他边缘不作统计。
计算种群密度
统计好样方中个体数量后，求得样方种群密度的平均值，该值即为调查区域该种群密度的估计值。
结论
分析调查结果，得出结论。将结论写在记录本上。
类型
种群特征
出生率与死亡率
种群数量
增长型
幼年个体数大于成年、老年个体数
出生率＞死亡率
增大
稳定型
各年龄期个体数比例适中
出生率≈死亡率
相等
衰退型
幼年个体数小于成年、老年个体数
出生率＜死亡率
减小
概念
是用来描述一个系统或它的性质的数学方式。
步骤
研究方法
研究实例
观察研究对象，提出问题
细菌每20min分裂一次，怎样计算细菌繁殖代后的数量？
提出合理的假设
在资源和空间无限多的环境中，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响
建立数学模型：根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达。
公式法：Nn＝2n，N代表细菌数量，n表示第几代
图像法：曲线图能更直观地反映出种群数量的增长趋势。
计算一个细菌产生的后代在不同时间（单位为min）的数量，并填入下表：
时间(min)
20
40
60
80
100
120
140
160
180
细菌数量
以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌的种群增长曲线。
通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正
观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验或修正
提出问题
培养液中酵母菌种群数量是怎样随时间变化的？
作出假设
开始一段时间酵母菌呈“J”型增长，随着时间推移，因环境资源和空间有限，呈“S”型增长。
讨论探究
思路
1.菌种、培养液以及各种实验器材由教师提供。
2.讨论探究思路：制定计划前思考并与同学讨论教材中相关的思考题。
制定计划
1.在小组讨论的基础上，写出探究方案：培养液的配制、接种、培养、取样、计数、记录。
2.确定小组同学间的分工。
3.向老师汇报本小组的探究计划，以求得老师的指导。
实施计划
首先通过显微镜观察，估算出10mL培养液中酵母菌的初始数量（N0），在此之后连续观察7天的数值。把相关数据记录到下面的表格中：
次数
1
2
3
4
5
6
7
8
时间（h）
0
24
48
72
96
120
144
168
酵母菌数（10mL）
A
B
C
分析结果
1.以时间为横坐标，菌体数量为纵坐标，将所得数值用曲线图表示出来。
2.分析实验结果是否支持你的假设。
得出结论
探究的结论是：酵母种群数量呈“S”型增长。
表达交流
1.向全班汇报本小组7数据，算出每一天全班各组数据的平均值，根据平均值重新画酵母菌种群数量的增长曲线。将这个增长曲线进行比较，分析其相似程度，并做出合理的解释。
2.根据各组平均数据画出的增长曲线有没有什么总趋势？如果有，请作出说明。
3.影响酵母菌种群数量增长的因素可能是什么？
进一步探究
根据你对影响酵母菌种群数量增长的因素作出推测，设计实验进行验证。
相关理论
许多土壤动物有较强的活动能力，而且身体微小，常用取样器取样的方法进行采集、调查，即用一定规格的捕捉器（如采集罐、吸虫器等）进行取样，通过调查样本中小动物的种类来推测某一区域内土壤动物的物种数目和物种在群落中的相对数量。
常用的统计物种相对数量的方法有两种：
1．记名计算法：指在一定面积的样地中，直接数出各个种群的个体数目，这一般用于个体较大、种群数量有限的物种。
2．目测估计法：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。
方法步骤
提出问题
可依据自己的兴趣，并考虑可行性，经小组讨论后，确定要探究的问题。例如：
1．受人类活动影响程度不同的土壤中小动物类群丰富度的比较研究；
2．调查和比较不同时间（白天和晚上）或不同空间（如不同深度土层）的土壤中小动物类群的丰富度；等等。
制定计划
研究计划表
步骤
时间
地点
内容
方法
备注
第一步
×年×月×日
环境考察
观察与测量
带温度计、干湿计、记录本
第二步
……
实施计划
1．准备
（1）制作取样器。可选择直径为5cm的硬质金属饮料罐，在距离顶端5cm处剪断。这样的取样器容积约为100mL。
（2）记录调查地点的地形和环境的主要情况。提出安全注意事项。
2．取样
选择取样地点，将表层土上的落叶轻轻拨开，用手来回旋转罐子，将其按入土中，按压到罐底与地表几乎齐平，用铲子将罐内的土连同罐子一起挖出。将罐子中的土壤倒入塑料袋中。（塑料袋上应标明取样的地点和时间等。）
3．采集小动物
（1）方法：
①在去底花盆中放一个金属网，将取到的土壤样品放置在金属网上。为了使空气流通，土壤与花盆壁之间要留一定的空隙。然后，将花盆放置在诱虫器上，打开电灯。
②也可以采取以下简易采集法：将取到的土壤样品放在瓷盆内（要注意防止小动物逃走），用解剖针拨找小动物，同时用放大镜观察，发现体型较大的小动物，可用包着纱布的镊子取出来，体型较小的则可以用吸虫器采集。
（2）采集的小动物可以放入体积分数为70%的酒精溶液中，也可放入试管中。
4．观察和分类
①可借助有关的动物图鉴查清小动物的名称，并进行分类。
②有些小动物难以用肉眼识别，可用镊子或吸管取出，放在载玻片上，借助放大镜、体视显微镜进行观察。应一边观察一边做好记录。
③如果还是无法知道小动物的名称，可记为“待鉴定××”，并记录它们的特征。
说明：观察时最好用体视显微镜。如用普通光学显微镜，可在4倍的物镜和5倍的目镜下进行观察。
5．统计和分析：根据前面介绍的丰富度统计方法，设计一个数据统计表，分析所记录的数据，完成一份研究报告。
第3章 生态系统及其稳定性
第1节 生态系统的结构
一、定义：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，叫作生态系统。
二、范围：有大有小。一片森林、一个湖泊、一片草原、一条河流、一块农田等，都可以各自成为一个生态系统。地球上的全部生物及其非生物环境的总和，构成地球上最大的生态系统——生物圈。
三、类型：生态系统类型众多，一般可分为：
（一）自然生态系统：
1．水域生态系统：可进一步分为海洋生态系统、淡水生态系统等；
2．陆地生态系统：可进一步分为森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统、冻原生态系统等。
（二）人工生态系统：可分为农田生态系统、人工林生态系统、果园生态系统、城市生态系统等。
四、生态系统的结构
（一）生态系统的组成成分
1．成分：
（1）非生物的物质和能量：
①能量：光、热
②物质：水、空气、无机盐等。
（2）生产者：
①代表生物：主要是绿色植物
②代谢类型：自养生物
③作用：生产者通过光合作用，将太阳能固定在它们所制造的有机物中。太阳能转化成化学能，从而可以被生物所利用，因此，生产者可以说是生态系统的基石。
（3）消费者：
①代表生物：动物，包括植食性动物、肉食性动物、杂食性动物和寄生动物等。
②作用：
●能够加快生态系统的物质循环：消费者通过自身的新陈代谢，能将有机物转化为无机物（CO2、水、氨等），这些无机物排出体外后又可以被生产者重新利用。
●对于植物的传粉和种子的传播等具有重要作用。
（4）分解者：
①代表生物：主要是细菌和真菌。
②作用：能将动植物遗体和动物的排遗物分解成无机物。如果没有分解者，动植物的遗体和动物的排遗物会堆积如山，生态系统就会崩溃。
2．各组分间的关系：在生态系统中，生产者、消费者和分解者是紧密联系，缺一不可的（教材图3-1）。正是由于生态系统中各组成成分之间的紧密联系，才使生态系统成为一个统一的整体，具有一定结构和功能。
3．生态系统的结构模型：教材图3-2。
（二）生态系统的营养结构—食物链和食物网
1．食物链：
2．食物网：
（1）概念：食物链彼此相互交错连接成的复杂营养关系，就是食物网。
（2）举例：选择性必修2教材图3-4
（3）特点：
①各种动物所处的营养级并不是一成不变的。
②食物网越复杂，生态系统抵抗外界干扰的能力就越强。
3．食物链和食物网的作用：是生态系统的物质循环和能量流动的渠道。
第2节 生态系统的能量流动
一、含义：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。
二、过程：如下图解
三、特点：
1．单向流动：在生态系统中，能量流动只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面的各个营养级，不可逆转，也不能循环流动。
2．逐级递减：传递效率为10%～20%。因此，生态系统中的能量流动一般不超过5个营养级。（表示方法：能量金字塔）
四、生态金字塔
（一）能量金字塔：
1．含义：将单位时间内各营养级所得到的能量数值转换为相应面积（或体积）的图形，并按照营养级的次序排列，形成的金字塔图形。
2．特点：直观地反映出生态系统各营养级间能量的关系。由于能量在流动过程中总是逐级递减，因此能量金字塔通常都是上窄下宽的金字塔形。
（二）生物量金字塔：
1．含义：如果用同样的方法表示各个营养级生物量（每个营养级所容纳的有机物的总干重）之间的关系，就形成生物量金字塔。
2．特点：大多是上窄下宽的金字塔形。
【知识解析】生物量金字塔的特殊形状：如海洋生态系统中，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其捕食者浮游动物的生物量，但这并不是说流过生产者这一环节的能量比流过浮游动物的要少。
（三）数量金字塔：
1．含义：如果表示各个营养级的生物个体的数目比值关系，就形成数量金字塔。
2．特点：表明每个营养级中生物个体的数量。在一个草原生态系统中，吃草的鼠比草的数目少，吃鼠的鼬又比鼠的数目少，这时，数量金字塔是上窄下宽的金字塔形。但是，如果消费者个体小而生产者个体大，如昆虫和树，那么数量金字塔就会呈现上宽下窄倒置的金字塔形。
五、研究能量流动的实践意义
1．可以帮助人们将生物在时间、空间上进行合理配置，增大流入某个生态系统的总能量。如：农田生态系统中，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。
2．可以帮助人们科学地规划和设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。如：农业生态系统中，将秸秆用作饲料喂牲畜，可获得肉、蛋、奶等；将牲畜的粪便作为沼气池发酵的原料，可以生产沼气提供能源；沼气池中的沼渣还可以作为肥料还田，这样就实现了对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率。
3．可以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：在一个草场上，根据草场的能量流动特点，合理确定草场的载畜量，才能保持畜产品的持续高产。
六、【探究·实践】调查当地某生态系统中的能量流动情况：
第3节 生态系统的物质循环
一、物质循环
（一）举例－碳循环
1．碳的作用：是构成生物体的重要元素之一，组成生物体的蛋白质、糖类、脂质和核酸等都是以碳链为基本骨架形成的。
2．碳在生物群落与非生物环境之间循环的主要形式：CO2。
3．途径：
4．特点：由于二氧化碳能够随着大气环流在全球范围内进行，因此，碳循环具有全球性。
5．海洋对于调节大气中碳含量的作用：当大气中二氧化碳含量增加，水圈中的二氧化碳含量也随之增加；如果大气中的二氧化碳发生局部短缺，水圈中的二氧化碳也能及时进入大气。
6．与社会的联系－温室效应：
（1）产生原因：世界范围内，化石燃料的开采和使用大大增加了二氧化碳的排放。
（2）影响：引起全球性的气候变化。
（3）措施：我国一方面采取积极措施减少二氧化碳排放，另一方面大力提倡植树种草，提高森林覆盖率。
（二）定义：
1．物质：组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素。
2．循环途径：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。
3．生态系统：这里所说的生态系统指的是地球上最大的生态系统－生物圈。
4．特点：具有全球性
5．别名：又叫生物地球化学循环。
（三）启示：物质在生态系统中循环往复运动的特点，对于改进农业生产方式有多方面的启示。例如，可采用种养结合的模式，在稻田中养鸭养鱼，动物的取食、消化能促进物质循环，它们排出的粪便中氮、磷等可供水稻吸收利用，它们呼出的二氧化碳还可为水稻的光合作用补充原料。
（四）问题－生物富集
1．形成条件：
（1）人类活动向环境中排放的有害物质，包括一些重金属，如铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）等，以及人工合成的有机化合物，如DDT、六六六等。
（2）这些有害物质一进入环境便参与生态系统的物质循环。
（3）它们的循环过程却与碳、氮等元素的循环过程不同，不能较快地通过食物链回归非生物环境。
2．举例－铅的生物富集：
（1）特点：铅是一种毒性很强的化学元素，以比较稳定的形式存在于环境中。
（2）人类活动改变了铅在环境中的分布：在煤燃烧、有色金属冶炼的过程中，铅会以直径不足0.5um的微小颗粒被排放进入大气，然后沉降在土壤和植被表面。一部分铅颗粒随降雨进入土壤，另一部分进入水体。植物的根从土壤中吸收铅，叶片也会摄入吸附的铅。在水中生活的植物、浮游动物会直接吸收水中的铅。动物饮用含有铅的水，也会直接摄入铅。
（3）体内积蓄：进入体内的铅，能够形成多种比较稳定的铅化合物，分布于生物体的多种组织细胞中，导致铅不易被生物体排出，从而积蓄在体内。
（4）食物链富集：一旦含有铅的生物被更高营养级的动物食用，铅就会沿着食物链逐渐在生物体内聚集，最终积累在食物链的顶端。
3．定义：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，称作生物富集。
4．物质：
（1）举例：
①镉、汞等重金属
②DDT、六六六等有机化合物
③一些放射性物质。
（2）来源：人类活动向环境中排放。
5．特点：由于这些有害物质可以通过大气、水和生物迁移等途径扩散到世界各地，因此，这种现象是全球性的。
二、能量流动和物质循环的关系
（一）联系：能量流动和物质循环是生态系统的主要功能，它们同时进行，彼此相互依存，不可分割。能量的固定、储存、转移和释放，都离不开物质的合成和分解等过程。物质作为能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动；能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和非生物环境之间循环往返。生态系统中的各种组成成分，正是通过能量流动和物质循环，才能够紧密地联系在一起，形成一个统一的整体。
生产者
初级
消费者
次级
消费者
分解者
大气中的CO2
太阳能
CO2
热能
热能
CO2
光合作用
能量
有机物
能量
有机物
遗体 粪便
残枝败叶
粪便遗体
呼 吸
呼 吸
……
（二）区别：在物质循环过程中，非生物环境中的物质可以被生物群落反复利用；能量流动则不同，能量在流经生态系统各营养级时，是逐级递减的，而且流动是单方向不循环的。
三、【探究·实践】探究土壤微生物的分解作用
第4节 生态系统的信息传递
一、信息和信息流的含义：
（一）信息的含义：在日常生活中，人们通常将可以传播的消息、情报、指令、数据与信号等称作信息。
（二）信息流的含义：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。
二、信息的种类：
（一）物理信息：
1．含义：自然界中的光、声、温度、湿度、磁场等，通过物理过程传递的信息，称为物理信息。
2．来源：可以是非生物环境，也可以是生物个体或群体。
3．举例：蜘蛛网的振动频率、头狼的嚎叫声。
（二）化学信息：
1．含义：在生命活动中，生物产生的一些可以传递信息的化学物质，如植物的生物碱、有机酸等代谢产物，以及动物的性外激素等，这就是化学信息，它们对其他生物有不同影响。
2．举例：昆虫、鱼类以及哺乳类等生物体中都存在能传递信息的化学物质——信息素。
（三）行为信息：
1．含义：动物的特殊行为，主要指各种动作，这些动作也能够向同种或异种生物传递某种信息，即动物的行为特征可以体现为行为信息。
2．举例：蜜蜂跳舞、雄鸟的“求偶炫耀”。
三、信息传递的特点：
（一）生物可以通过一种或者多种信息类型进行交流。例如：
1．孔雀既可以通过开屏等行为信息进行求偶，也可通过鸣叫等物理信息与同类交流。
2．当草原返青时，食草动物先在远处通过识别植物的绿色（物理信息）来搜寻食物，然后在近处通过植物的气味（化学信息）来辨别和摄取食物。
（二）生态系统中的信息传递既存在于同种生物之内，也发生在不同生物之间。在非洲大陆上，犀牛与牛惊鸟之间有频繁的信息交流，鸟的鸣叫与跳跃可以提醒犀牛附近有危险情况。
四、信息传递的组成要素：
1．信息产生的部位——信息源；
2．信息传播的媒介——信道：空气、水以及其他介质均可以传播信息；
3．信息接收的生物或其部位——信息受体：动物的眼、鼻、耳、皮肤，植物的叶、芽以及细胞中的特殊物质（如光敏色素）等可以接收多样化的信息。
五、信息传递在生态系统中的作用：
（一）生命活动的正常进行，离不开信息的作用。如：
1．海豚进行捕食、探路、定位和躲避天敌等行为几乎都依赖于超声波；
2．有些植物，像莴苣、茄、烟草的种子必须接收某种波长的光信息，才能萌发生长。
（二）生物种群的繁衍，离不开信息的传递。如：
1．植物开花需要光信息刺激（日照长度）；
2．许多动物都能在特定时期释放用于吸引异性的信息素。
（三）信息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：
1．当烟草植株受到蛾幼虫攻击后，能够产生和释放可挥发的化学物质。这些化学物质，白天可以吸引蛾幼虫的天敌——寄生虫或捕食者，夜间又能够驱除夜间活动的雌蛾，使它们不能在植物叶片上停留产卵。
2．草原的“绿色”为草原动物提供了可以开始采食的信息。
3．森林中，狼既能用眼睛辨别猎物，也可以根据耳朵听到的声音作出反应，以追捕猎物；兔同样能够依据狼的气味或行为特征躲避猎捕。
六、信息传递在农业生产中的应用：
（一）提高农畜产品的产量。如：
1．农业：动物的传粉对于许多农作物的结实不可缺少。模拟动物信息吸引传粉动物可提高果树的传粉效率和结实率。
2．畜牧业：延长光照时间会刺激鸡卵巢的发育和雌激素的分泌，可以大大提高鸡的产蛋率。
（二）对有害动物进行控制。
1．控制动物危害的技术方法大致有三种：化学防治，生物防治和机械防治。
2．生物防治：
（1）优点：对人类生存环境无污染的、有效。
（2）举例：利用信息来发挥作用。例如：
①利用光照、声音信号诱捕或驱赶某些动物，使其远离农田；
②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；
③可以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，从而减缓有害动物对农作物的破坏。
第5节 生态系统的稳定性
一、生态平衡
（一）含义：生态系统的结构和功能处于相对稳定的一种状态，就是生态平衡。
（二）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，例如，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。
由此可见，生态平衡并不是指生态系统一成不变，而是一种动态的平衡。
（三）调节机制——负反馈调节：
1．含义：是指在一个系统中，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．举例：在一片草地上，如果兔大量增加，草就会被大量啃食，于是兔之间对食物等资源的竞争就会加剧，导致兔的生存空间和资源减少；同时，捕食者狼因食物（兔）丰富而数量增多，它们会捕食更多的兔。这样经过一段时间后，兔的数量又会恢复或接近原来的水平。在森林中，随着植被的大量生长，森林逐渐变得郁闭，林间阳光减少，制约了林下树苗的成长，还导致枯枝落叶的积累，增加了发生自然火灾的可能性。不久，一场森林火灾发生了，灾后由于光照更加充足，土壤的无机养料增多，于是许多种子萌发，幼苗迅速成长，森林面貌逐渐恢复。
3．意义：负反馈调节在生态系统中普遍存在，它是生态系统具备自我调节能力的基础。
二、生态系统的稳定性
（一）含义：人们把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，叫作生态系统的稳定性。
（二）实质：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。
（三）原因：生态系统具有自我调节能力。
（四）类型：
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）举例：当草原遭受蝗虫的采食后，草原植物会增强其再生能力，尽可能减缓种群数量的下降；当森林遭遇持续的干旱气候时，树木往往扩展根系的分布空间，以保证获得足够的水分，维持生态系统正常的功能。
（3）特点：
①内容：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。
②举例：在热带雨林中，动植物种类繁多，营养结构非常复杂，假如其中的某种植食性动物大量减少，它在食物网中的位置还可以由这个营养级的多种生物来代替，整个生态系统的结构和功能仍然能够维持在相对稳定的状态。相反，在北极冻原生态系统中，动植物种类稀少，营养结构简单，其中生产者主要是地衣，其他生物大都直接或间接地依靠地衣来维持生活。假如地衣受到大面积破坏，整个生态系统就会崩溃。
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）举例：森林局部火灾后，森林仍能逐步恢复原状。
（3）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。
①河流与土壤的污染：轻微污染可通过自身的净化作用很快恢复到接近原来的状态；重度污染下自身的净化作用已不足以消除大部分有毒物质，恢复力稳定性被破坏。
②热带雨林在遭到严重的砍伐，草原受到极度放牧后，恢复原状的时间漫长，难度极大！
（五）破坏：
原因：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，生态系统的稳定性急剧下降，生态平衡就会遭到严重的破坏。
（六）保护—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，如粮油、蔬果、肉蛋奶、木材等农副产品。
（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的范围内，合理适度地利用生态系统。例如，对过度利用的森林与草原，首先应封育，待恢复到较好状态时再适度利用。
（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。例如，为使单一作物的农田生态系统保持稳定，需要不断施肥、灌溉、控制病虫害；还可以人工建造“生态屏障”。我国在东北、华北和西北地区已经建造了大规模的“三北”防护林，防护林有效地防风阻沙，保护了这些地区的草原与农田。
（七）【探究·实践】设计并制作小生态缸，观察其稳定性
项目
绿色植物
植食性动物
肉食性动物
肉食动性物
肉食性动物
结构模式
生产者
初级消费者
次级消费者
三级消费者
四级消费者
营养环节
第一营养级
第二营养级
第三营养级
第四营养级
第五营养级
举 例
植物─────→蝗虫──────→蛙──────→蛇───────→鹰
目的要求
1.调查当地的农田生态系统，明确它的组成成分。
2.分析农田生态系统中的能量流动的情况，并作出评价。
3.对所调查的农田生态系统提出能量流动方面的改进建议。
活动建议
调查方式
农村同学：进行实地调查
城市同学：询问亲友、电话访谈、搜集书籍报刊资料、走访农业部门等方式
参考调查点—稻田生态系统
生态系统组成成分
非生物的物质的能量
生产者
主体：水稻
其他：杂草、浮游植物等
消费者
初级消费者
田螺、浮游动物、植食性的昆虫和鸟等。一般而言,植食性的昆虫和鸟等对水稻生长构成危害，田螺数量较多时也会对水稻生长构成危害。
次级消费者
肉食性鱼、青蛙和蜘蛛等。
分解者
多种微生物
相应措施
1.从农分上看，应采取的措施：
（1）农民主要通过喷洒除草剂，或人工除草的方式抑制杂草的生长。
（2）农民采取喷洒农药、竖稻草人等措施防止或减少田螺、植食性昆虫等动物的危害。
（3）对于对水稻生长利大于害的次级消费者，农民通过禁捕，或适量放养等措施，实现生态农业的目标。
2.提高农作物光能利用率的措施：主要通过合理密植
3.秸秆处理方式：传统方式有焚烧或填埋等；现代农业生态工程提出了综合利用思想，如可作为多种工业原料，还可用来生产沼气。
改进建议
通过稻田养鱼等措施，实现立体化生态农业；通过建沼气池，实现能量多级利用。
撰写调
查报告
整理调查结果，尽可能详尽地画出农业生态系统的食物链和食物网，写一篇有关农业生态系统能量流动情况的调查分析报告。
交流
就调查报告的主要内容与农民进行交流。农民对你们的建议持什么态度？如果实施你们的建议，他们有什么困难？
根据和农民交流的情况，对调查报告作进一步修改。
提出问题
结合自己的生活经历，列举土壤微生物分解作用的实例，提出想探究的问题，例如落叶或淀粉在土壤中能被分解掉，这究竟主要是土壤的物理化学因素的作用，还是土壤中微生物的作用呢？
作出假设
土壤微生物可通过自身产生的酶的作用，将较复杂的有机物分解成简单有机物或无机物。
设计实验方案
案例1
落叶是在土壤微生物的作用下腐烂吗？
案例2
探究土壤微生物对淀粉的分解作用
1.取带有落叶的土壤，平分为两组，编号为甲（实验组）、乙（对照组）。
2.甲组土壤用塑料袋包好，放在60℃恒温箱中灭菌1h，目的是排除土壤中微生物的作物，同时尽可能避免土壤理化性质地改变。乙组的土壤不做处理（自然状态）。
3.把落叶分成两等份，编号为甲'和乙'，装入网袋，分别埋在甲、乙土壤中深约5cm。
4.几周后挖出，观察分别埋在甲、乙土壤中甲'和乙'叶片的腐烂情况。
1.将取自农田、林地或花盆等处的土壤放入里面垫有厚纱布的烧杯中，加水搅拌，然后将纱布连同土壤一起取出。将留在烧杯中的土壤浸出液静置一段时间备用。
2.另取两个烧杯，编号为A、B，放入等量淀粉糊。在A烧杯中加入30mL土壤浸出液，B烧杯中加入30mL蒸馏水。
3.在室温（20℃左右）环境放置7d后，分别取A、B烧杯中的溶液20mL，各放入两支试管中，分别编号为A1、A2，B1、B2。
4.在A1、B1中加入碘液，在A2、B2中加入斐林试剂。
5.观察试管中溶液的颜色变化，记录实验结果。
进行实验
实验过程中要注意控制变量，让实验组和对照组除自变量外的条件保持一致。本实验可能等几天甚至几周以上的时间才出结果，因此要有计划地观察和记录。
分析结果
得出结论
对照组的落叶比实验组的落叶腐烂程度要高，这个实验结果说明土壤中的微生物对落叶是具有分解作用的。
A1的溶液不显蓝色，B1的溶液为深蓝色，A2中为砖红色溶液，B2中是蓝色的絮状沉淀，这个实验结果说明淀粉在土壤中的微生物的作用下被分解了。
表达和
交流
完成实验报告，在班级内进行交流，听取其他同学的质疑，对本小组的实验进行解释和说明。如果有必要，应对实验方案进行修改和完善。
目的要求
设计一个生态缸，观察这一人工生态系统的稳定性。
基本原理
在有限的空间内，依据生态系统原理，将生态系统具有的基本成分进行组织，构建一个人工微生态系统是可能的。要使人工微生态系统正常运转，在设计时还要考虑系统内不同营养级生物之间的合适比例。应该注意，人工生态系统的稳定性是有条件的，也可能是短暂的。
设计方案
生态系统的类型多样，每种生态系统的组成和稳定性是不一样的。下面介绍一种制作生态缸的材料用具、实验步骤等，供你们参考。你们也可以选择制作其他类型的生态缸，并观察稳定性。在实验之前，应设计观察记录表。
实验材料
见教材相关内容
实验步骤
制生态缸框架
用玻璃板和粘胶制作生态缸的框架。
铺土、石块
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5~15cm，在沙土上铺一层含腐殖质较多的土，厚度为5~10cm，铺垫好的土和石块整体呈坡状。
做景观
在土坡上放几块有孔的假山石，可作为小动物栖息的场所。
加水
向缸内倒入自来水，水位高5～10cm，在水中放几块鹅卵石。
放生物成分
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、蛐蜓、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。
安置
封上生态缸盖，放置于室内通风、光线良好的地方，但要避免阳光直接照射。
观察
每一个星期观察一次生态找内的生物种尖与数量变化，并进行记录。
结果与结论
根据观察结果完成实验报告。
第4章 人与环境
第1节 人类活动对生态环境的影响
一、人口增长与生态足迹
（一）生态足迹
1．含义：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．举例：一个人的粮食消费量可以转换为生产这些粮食所需要的耕地面积，而他所排放的二氧化碳总量可以转换成吸收这些二氧化碳所需要的森林、草地或农田的面积。
3．对生态环境的影响：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。
4．组成：主要包括：
（1）建设用地：表示交通设施、住房、工业建筑物、水电库区等人类基础设施所占用的土地面积。
（2）林地：表示生产木材、纸浆、薪柴等林木产品所需的林地面积。
（3）草地：表示生产肉、奶、毛、皮等畜牧产品所需的草地面积。
（4）耕地：表示用来种植人类消费的作物、油料、橡胶以及生产牲畜饲料等农产品所需的农田面积。
（5）渔业用地：表示支持水产品生产所需的水域面积。
（6）碳足迹：表示扣除海洋对碳的吸收量之后，吸收化石燃料燃烧排放的二氧化碳等所需的森林面积。
5．影响因素：
（1）生活方式的改变：
①原因：随着经济和社会的发展，人们的生活得到了更好的物质支持，人们的消费水平在不断提高；
②影响：生活方式不同，生态足迹的大小可能不同。
③举例：与步行相比，开车出行会增大生态足迹。增加的部分既包括汽车对道路、停车场的直接占用面积，也包括吸收尾气所需要的林地面积等。又如，与食用蔬菜相比，吃牛肉也会增大生态足迹。
（2）人口增长过快
（二）人口增长：
1．带来的影响：
（1）全球进入生态超载状态。
（2）全球变暖：化石燃料的使用、水泥的生产以及土地利用的变化等，导致二氧化碳浓度升高。
（3）我国生态赤字严重。
2．趋势：从世界范围看，人口还将继续增长，人类的消费水平也将继续提高。未来，全球生态环境可能会面临更大的压力。
3．我国概况：我国人口基数大。近年来，虽然在计划生育等基本国策的调控下，我国人口增长过快的情况得到了有效控制，人口出生率和增长率明显下降，目前已进入了低生育水平国家行列。不过，我国依然是世界第一人口大国，未来城市化和人口老龄化还将加速。处理好人口增长和资源、环境的关系显得尤为重要。
二、全球性生态环境问题
（一）主要问题：
1．全球气候变化：
（1）原因：煤、石油和天然气的大量燃烧以及水泥的生产等导致大气中二氧化碳浓度升高，使温室效应加剧。
（2）影响：全球变暖，导致南极冰盖融化，地球海平面上升，进而对人类和许多生物的生存产生威胁。
2．水资源短缺：淡水约占地球水资源的3%，但是其中可被人类直接利用的不到1/3。人口剧增以及人类的活动加剧了水资源短缺的危机。
3．臭氧层破坏：
（1）原因：人类对氟氯烃（CFCS）、哈龙等化合物的使用，大气中臭氧的含量持续下降，在南北极附近，甚至出现了“臭氧层空洞”。
（2）影响：臭氧层变薄意味着到达地面的太阳紫外线增强，会对人和其他生物的生存造成极大危害。
4．土地荒漠化：人类活动会导致干旱区、半干旱区等地区的土地退化，甚至完全荒漠化。目前，除了南极洲，其他各洲均存在土地荒漠化。
5．生物多样性丧失：生物多样性在急剧下降。目前平均每天有一个物种消失，物种灭绝的速率是自然灭绝速度的1000倍！
6．环境污染：
（1）类型：污染最为常见的是大气污染、水体污染和土壤污染。
（2）影响：大气污染会导致雾霾、酸雨频发。
（二）影响：对生物圈的稳态造成严重威胁，并影响到人类的生存和可持续发展。
（三）措施：正确处理环境保护与经济发展的关系，践行经济、社会和生态相互协调的可持续发展理念。
（四）我国概况：我国政府倡导生态文明建设，将“全面协调可持续发展”作为基本国策。近些年来，我国采取了一系列措施，使整体生态环境得到了明显改善。建设生态文明，要求每一个公民从我做起，积极投身到生态文明建设中。对于节能环保的绿色生活方式，我们不仅要深入理解，身体力行，而且要广为宣传，使之成为全社会的共识。
第2节 生物多样性及其保护
一、生物多样性：
（一）含义：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。
（二）类型：
1．遗传多样性（基因多样性）：是指地球上所有生物携带的遗传信息的总和；
2．物种多样性：自然界中每个物种都具有独特性，从而构成了物种的多样性；
3．生态系统多样性：是指地球上的生境、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。
（三）生物多样性的价值：
1．直接价值：
（1）有实用意义的价值：食用、药用和工业原料等。
（2）非实用意义的价值：旅游观赏、科学研究和文学艺术创作等。
2．间接价值：主要体现在调节生态系统的功能等方面。例如：
（1）植物能进行光合作用，具有制造有机物、固碳、供氧等功能；
（2）森林和草地具有防风固沙、水土保持作用；
（3）湿地可以蓄洪防旱、净化水质、调节气候，等等。
3．生态价值：促进生态系统中基因流动和协同进化等方面。
4．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。
（四）意义：对于维持生态系统稳定性具有重要意义，奠定了人类文明形成的物质条件，是人类赖以生存和发展的基础。
（五）产生：是数十亿年生物进化的结果。
（六）生物多样性丧失：
原因：人类活动的范围和影响强度不断增大。威胁野生物种生存的人类活动，主要是对野生物种生存环境的破坏和掠夺式利用等。
1．野生物种生存环境的破坏：
（1）主要表现：某些物种的栖息地丧失和碎片化。
（2）举例：将森林砍伐或开垦为耕地，交通（高速公路、高速铁路）和水利（修建水坝）设施、房地产工程项目的修建，都可能导致某些野生物种栖息地的丧失或者碎片化。
2．掠夺式利用：包括过度采伐、滥捕乱猎，这是物种生存受到威胁的重要原因。
3．其他：
（1）环境污染也会造成生物多样性的丧失；
（2）农业和林业品种的单一化会导致遗传多样性的丧失，以及与之相应的经长期协同进化的物种消失。
（3）外来物种的盲目引入会导致物种的灭绝，使生物多样性丧失。
二、保护生物多样性
（一）措施：
1．就地保护：是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，这是对生物多样性最有效的保护。。
2．易地保护：是指把保护对象从原地迁出，在异地进行专门保护。例如，建立植物园、动物园以及濒危动植物繁育中心等，这是为行将灭绝的物种提供最后的生存机会。
3．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，等等，也是保护濒危物种的重要措施。
4．关键是处理好人与自然的相互关系。当前主要是降低破坏地球生态环境的速度，这包括控制人口增长、合理利用自然资源以及废物的重复利用等。
5．加强立法、执法、宣传教育，使每个人都能树立保护生物多样性的意识，自觉形成保护生物多样性的行为和习惯。
（二）理解：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。
第3节 生态工程
一、生态工程的基本原理
一、人类经济发展带来的环境问题：
1．20世纪60年代以来，全球经济进入了快速增长阶段，人们生活水平提高、人口迅速增长，人类也随之更多地从自然中索取。
2．毁林种地，围湖造田，大量使用化肥、农药等农业生产方式，以及工业的迅猛发展，正在大量消耗自然资源。这样的生产方式，已经严重影响了人类的可持续发展。
二、解决方法：为了实现可持续发展，经济发展必须符合生态学规律，改变“人类能征服自然”的错误观念，旨在解决环境与经济发展协调问题的一门新学科——生态工程应运而生并迅速发展。
三、生态工程
（一）定义：
1．基本原理和方法：人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法。
2．操作内容：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。
3．目的：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。
（二）建设目的：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。
（三）特点：与传统的工程相比，生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。
（四）涉及范畴：生态工程是人类学习自然生态系统“智慧”的结晶，是生态学、工程学、系统学、经济学等学科交又而产生的应用学科。
（五）工程基础：生态工程以生态系统的自组织、自我调节功能为基础。
（六）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、自我更新和维持就是系统的自生。
（2）要求：
①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。例如湿地修复中净化能力较强的多水生植物的选择以及物种间互利共存关系的形成。一般而言，应尽量提高生物多样性程度，利用种群之间互利共存关系，构建复合的群落，这样即便某个种群消亡，其他种群也能弥补上来，从而有助于生态系统维持自生能力。
②要维持系统的自生，就需要创造有益于生物组分的生长、发育、繁殖，以及它们形成互利共存关系的条件。例如湿地生态工程中降低水体污染物，增加水体溶氧量，改善水生生物的生存环境。
2．循环：
（1）含义：循环是指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）要求：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地被后一环节利用，减少整个生产环节“废物”的产生。如无废弃物农业。
3．协调：
（1）含义：生态工程建设要考虑生物与环境、生物与生物的协调与适应。如西北一些地区树苗的选择。
（2）要求：处理好生物与环境、生物与生物的协调与平衡，需要考虑环境容纳量。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）含义：遵从自然生态系统的规律，各组分之间要有适当的比例，不同组分之间应构成有序的结构，通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的。
（2）要求：
①进行生态工程建设时，不仅要考虑自然生态系统的规律，更要考虑经济和社会等系统的影响力。例如，在进行林业工程建设时，一方面要号召农民种树，另一方面一定要考虑贫困地区农民的生活问题。
②社会习惯、法律制度等对生态工程建设有着重要影响。
（七）注意：
生态工程需要根据工程的目的，以及当地自然、社会和经济的情况，从系统的不同角度综合考虑问题。因此，不但要考虑生态学原理，而且要考虑经济和社会的实际状况，通过系统学、工程学的设计，在充分利用自然的基础上，考虑节省投资和维护成本，提供务实、可持续的解决方案。
二、生态工程的实例和发展前景
一、生态工程的实例
（一）农村综合发展型生态工程
1．问题：我国农村人多地少，资源有限。
2．对策：建立农村综合发展型生态工程，是实现这一目标的有效途径。
3．案例：北京郊区某村以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程（详见教材内容）
4．原理：主要运用了生态工程的整体、协调、循环、再生等原理。
（二）湿地生态恢复工程
1．问题：
（1）湿地的功能：具有蓄洪防旱，调节区域气候，控制土壤侵蚀，自然净化污水，为迁飞的鸟类和其他多种动植物提供栖息地，以及为人们提供休闲娱乐的环境等功能。
（2）我国概况：
①湿地的缩小导致局部气候恶化、地下水位下降、生物多样性降低、迁飞鸟类绝迹等。
②湿地的环境污染、生物资源的过度利用等，导致湿地生态系统严重退化。
2．对策：
（1）采用工程学和生态学措施相结合的方法，如废水处理、点源和非点源污染控制、土地处理工程，以及动植物物种引进等，使受到干扰的湿地得以恢复。
（2）在湿地的周围建立缓冲带，尽量减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能。
3．案例：厦门筼筜湖生态恢复
（1）引潮入湖、输送新鲜海水、西水东调等措施，湖水水质显著改善。
（2）清挖湖底淤泥，沿湖修建驳岸、导流堤及环湖林荫步行道等措施，进一步改善了湖水水质，美化了湖区景观。
（三）矿区废弃地的生态恢复工程
1．问题：
（1）矿藏开采造成山体、土壤和植被，乃至整个地区生态系统的破坏。
（2）恶劣的土地条件会阻碍植被的生长。
（3）对土地景观造成巨大的影响，产生严重的重金属污染。
2．对策：人工制造表土、多层覆盖、特殊隔离、土壤侵蚀控制、植被恢复工程等。其中，关键在于植被恢复，以及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。首先通过机械方法平整压实土地，人工制造表土；然后，在人造表土上，植树种草。
3．案例：赤峰市元宝山矿区生态恢复工程
（1）围栏、排石整地、植树、种草等措施；
（2）建立了饲料工厂及饲养场，进行肉牛的养殖和粪肥的利用。
二、生态工程的发展前景
（一）对生态工程的理解：
1．在肯定生态工程的作用，特别是看到它在恢复、重建受损生态环境方面可发挥重要作用的同时，不要忘记大自然固有的强大的生态恢复力量；
2．更不能误认为只要有了生态工程，就可以走“先污染、破坏，后治理”的老路。
（二）我国概况：
1．生态工程的不足之处：如：
（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．目前面临的生态危机：已经不单纯是环境污染问题，而是与人口激增、环境与资源破坏、能源短缺等问题结合在一起的“并发症”。
3．解决办法：重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益的结合，需要生态工程发挥作用。
4．发展前景：
（1）我国党和政府高度重视生态文明建设。
（2）中华民族传承古老的天人合一理念，在发展中尊重自然、顺应自然、保护自然。
（3）古老的智慧融合了现代科学成就，生态工程的发展和应用，将在建设美丽中国的过程中大有作为。