指向滲透生命觀念的“生態系統”專題復習

安徽 四川

生命觀念是指對觀察到的生命現象及相互關系或特性進行解釋后的抽象，是人們經過實證后的觀點，是能夠理解或解釋生物學相關事件和現象的意識、觀念和思想方法。相對于科學思維、科學探究和社會責任，生命觀念最具有學科本質屬性，是學科核心素養的標志，是高考生物滲透考查的關鍵學科核心素養。生態系統是宏觀層次的生命系統，所蘊含的生命觀念為分析和解決相關生物學現象和問題提供了思路方法和方向，契合了生態文明建設中運用生態學原理解決生產實踐問題的重要內容，符合高考生物強調應用性、發揮生物學科育人功能的特點。

1.“生態系統”專題中的生命觀念類群

“生態系統”作為一個開放的宏觀生命系統，通過系統思想對其結構及功能進行分析，明確生態系統是一個可以達到平衡并具有穩態的有機整體，引領學生逐步強化結構與功能觀、進化與適應觀、穩態與平衡觀、信息觀等生命觀念，促進學生領悟宏觀的生命本質，揭示了生命系統是統一整體的思想。

2.構建大概念，確立指向生命觀念滲透的復習目標

復習課上聚焦“生態系統”專題大概念，可以精簡容量、突出重點。構建生態系統相關概念過程就是形成生命觀念、逐步發展學科核心素養的過程。“生命觀念”作為理解或解釋生態學相關現象的觀念和思想方法，是以事實支撐的具有學科邏輯又符合系統思想的抽象。因此，深刻理解和運用“生態系統”專題內容所蘊含的生命觀念內涵，是確立教學目標的前提（如圖1所示）。

圖1 生命觀念滲透下的“生態系統”概念體系

3.指向滲透生命觀念的“生態系統”專題復習過程

3.1 系統分析整體性，滲透生態系統的“結構與功能觀”

系統分析方法能夠統觀生態系統全局，開拓有效思維，強調生命結構是一個有機整體，各構成要素相互關聯可以體現出特定的各組成部分沒有生命特征。同時，特定的生命結構會表現出特有的功能，所以認識某宏觀水平的生命系統層次的功能，不能離開上一層次的整體。生態系統是建立在種群和群落上的，系統地比較各層次上“結構與功能相適應，并呈現其特有的生命現象”（如表所示）的內容可以有利于滲透生態系統的“結構與功能觀”。例如：竹林的竹子生長得高矮不一、錯落有致的現象是同種植物——竹子爭奪陽光等資源時種內斗爭的情況，屬于種群水平的研究內容，而不是竹林群落的垂直結構。

表 宏觀生命系統結構層次的結構與功能

續表

【例1】如圖2表示某種鼠類在草原中的分布隨著種群密度變化的情況。下列敘述不正確的是（ ）

圖2

A.調查該鼠的種群密度變化可以預測草原生態系統的穩定性變化

B.該鼠種群在高密度時的分布體現了群落水平方向的結構特征

C.圖2信息說明種群在密度不相同的情況下可以有不同的分布類型

D.該鼠種群在高密度下的均勻分布可能與其種內斗爭有關

【答案】B

【分析】根據結構與功能觀，鼠屬于草原生態系統的初級消費者，鼠數量增多會大量啃食草原植物導致草原生態系統穩定性減弱，A正確；根據表中對種群、群落和生態系統的類比可知，圖2展示的是種群的空間分布，不是群落的空間特征，B錯誤；由圖2知，低密度下是隨機分布，中密度下是集群分布，高密度下是均勻分布，C正確；高密度下的均勻分布可能是個體間對資源與空間的爭奪引起的，D正確。

系統分析下的生態系統的結構與功能觀之間是可變的，具有作用與反作用。物種的增減會引起當地生態系統成分的組成變化，從而引起營養結構的改變，進而在能量流動的環節、物質循環的速度或者信息傳遞的方向等功能上改變。例如：從“結構與功能相適應”角度比較稻鴨共育生態農業與使用化肥農藥下的農田生態系統兩種模式，分析鴨子在農田中對捕食害蟲的能量流動；改善植物根部呼吸，加強對無機鹽吸收的物質循環；分解者對鴨糞的分解作用三個方面來歸納稻鴨共育生態農業模式經濟效益好的原因。

3.2 整合能量流動與物質循環，滲透生態系統的“物質與能量觀”

生命體是特殊的物質存在，在能量驅動下形成了有序的結構，例如：硅藻可以從海水中主動吸收硅化物來制造絢麗多彩的外形。生態系統各成分的劃分是基于對物質與能量的考量：生產者把非生物界的無機物（H2O和CO2等）同化成有機物的同時，將非生物的光能或者化能合成作用中不穩定的化學能轉化成穩定的化學能；消費者和分解者直接或間接利用生產者固定的有機物，前者是營捕食或寄生，后者是腐生生活。生物通過呼吸作用釋放有機物中的化學能合成ATP、散失熱能維持體溫，與此同時，產生的CO2可重新被生產者固定完成碳循環。由于能量守恒定律，除去呼吸作用散失的熱能與流向分解者的能量，各營養級間能量流動是呈金字塔式的單向逐級遞減。所以，生態系統的能量流動與物質循環是以物質為載體、能量為動力、營養結構為渠道的、系統性的有序生命整體。可通過這三個等式進行定性與定量分析（以某營養級為例）：（1）同化量=用于生長發育和繁殖的量（相當于植物的凈光合作用量）+呼吸作用的量；（2）同化量=流向分解者的量+流向下一營養級的量+呼吸作用的量；（3）某時間段內的同化量=流向分解者的量+流向下一營養級的量+未利用的量+呼吸作用的量。

【例2】圖3是某地生態系統的能量流動圖解，N1～N6表示能量數值。請回答下列有關問題：

圖3

（1）流經該生態系統的總能量為____________（用N1～N6中的字母表示），碳元素在生物群落和無機環境之間的循環形式是_____________________________________。

（2）在該地群落內部的能量主要以____________形式存在，圖3中由初級消費者傳遞給蜣螂的能量為____________________。

（3）圖3中N3表示______________________________。能量由生產者傳遞給初級消費者的傳遞效率為___________（用N1～N6中的字母表示）。

（4）種草可有效改善生態環境。據研究，與未種草前相比，該地土壤有機質含量顯著提高，有機質經微生物分解，可提高植物的光合作用。請闡明理由：_________________________。

【答案】（1）N2CO2（2）有機物 0（3）生產者用于生長、發育和繁殖的能量 （N5/ N2）×100% （4）分解者將有機物分解為CO2和無機鹽，CO2是植物光合作用的原料，無機鹽可被植物根吸收用于自身物質的合成

【分析】本題以模型形式考查能量流動的過程及特點，也穿插了物質循環的內容，說明物質循環與能量流動是相互依存、不可分割的。輸入的總能量是生產者同化的能量N2，不是太陽能N1；初級消費者產生的流向蜣螂的糞便是未同化量，屬于生產者的同化量的一部分，此問是對攝入量與同化量的辨析比較。定性分析同化量（N2）是呼吸作用的量和用于發育和繁殖的量（N3）相加，而傳遞效率是生態系統能量流動特點的定量分析，是前后兩個營養級同化量的比值。第（4）問是對能量流動與物質循環整合研究意義的實踐。

3.3 構建“信息觀”的調控模型，滲透生態系統的“穩態與平衡觀”

物理信息、化學信息和行為信息有利于生態系統中生物的生命活動正常進行、種群的繁衍（例如雌激素對雄飛蛾吸引的驗證實驗）和調節種間關系維持生態系統的穩定。穩態是開放的生態系統具有的一種能力和顯著特征（以生物圈Ⅱ號實驗為反例），稱作生態系統穩定性，包括抵抗力的穩定性與恢復力的穩定性。穩態是以負反饋調節為基礎的自我調節能力，通過對種群數量的調節達到整個生態系統相對平衡的狀態，如圖4所示。

圖4 生態系統中信息對生態平衡的調控

【例3】生態平衡是一種動態平衡，包括結構和功能上的穩定。圖5中“置位點”為生態系統所具有的某個平衡狀態，其中A、B、C表示其生物成分，箭頭表示物質的傳遞方向。請分析并回答下列問題：

圖5

（1）自然生態系統中，能量的輸入依賴于_________（填圖中字母），碳元素在A、B、C間以____________的形式傳遞。

（2）若B與C表示消費者，則兩者的種間關系是______________________。C捕獵B過程中的叫聲可能會引起B的警覺而逃跑，說明信息傳遞可以________________________。

（3）任何生態系統都具有保持或恢復自身結構和功能相對穩定的能力，是由于生態系統具有___________能力，一般而言，A、B、C的種類越多，該能力越___________，其基礎是_____________（填“正反饋”或“負反饋”）調節。

（4）若圖5中置位點是農田生態系統，請從物質循環角度分析向農田中不斷施加氮肥的主要原因是______________；在生產中，將大豆和玉米輪作的方法，可以減少氮肥的施用，減少環境污染，原因是__________________________。

【答案】（1）A 含碳有機物 （2）競爭與捕食

調節種間關系，維持生態系統的穩定 （3）自我調節 強 負反饋 （4）農產品不斷自農田生態系統輸出，其氮元素不能歸還給土壤 與大豆具有互利共生關系的固氮菌進行固氮作用，可補充農田中氮元素的含量

【分析】維護生態系統穩定性需要信息傳遞調控下的物質、能量的輸入和輸出的動態平衡。能量輸入主要通過A生產者的光合作用；若B與C是消費者，通過捕食和競爭中存在信息之間的相互傳遞以保持二者數量的動態平衡，進而維持了生態系統的穩定；生態系統之所以能維持穩定是因為生態系統具有自我調節的能力，它的基礎是負反饋調節。如果農田中氮元素隨著農產品的輸出而得不到補充，就會導致土壤貧瘠，得到需要氮元素輸入的反饋結果，否則會影響農田生態系統的穩定性，減少收成。固氮菌固氮在輸入氮元素的同時，還避免了對環境的污染。

所以，生態系統干擾或利用應該適度，對人類利用強度加大的生態系統，在信息調控下應實施相應的物質、能量投入，保證生態系統的動態平衡。

3.4 強調生態環境保護的意義，滲透生態系統的“進化和適應觀”

進化觀解釋了包括生態系統在內的生命系統的統一性與多樣性，自然界中各種生物和生態系統是協同進化而來的，進化的方向是由自然選擇決定的。漫長的生命進化使各種生物占據環境中相應的生態位，呈現出群落特定的空間結構特征與復雜的種間關系，與自然環境相適應，形成不容分割的生命有機整體。人類需要順應自然、敬畏生命、保護生態系統，與大自然和諧共生。

【例4】在漫長的歷史時期內，我們的祖先通過自身的生產和生活實踐，積累了對生態方面的感性認識和經驗，并形成了一些生態學思想，如：自然與人和諧統一的思想。根據這一思想和生態學知識，下列說法錯誤的是（ ）

A.“退耕還林、還草”是體現自然與人和諧統一思想的實例

B.人類改造環境，使自然更加適合人類生存而不用考慮其他生物

C.生態系統的物質循環和能量流動有其自身的運行規律

D.對環境資源消耗的適度，以不破壞生態系統穩定性為前提

【答案】B

【分析】自然與人和諧統一的哲學思想體現了“進化和適應觀”，對生態環境的保護起到重要的指導作用，它要求人類遵循“物質循環和能量流動”的自然規律，“退耕還林、還草”協調好人與生態環境的關系。與其他生物一樣，人是大自然的一部分，長期演化與其他生物之間存在直接或間接的關系，維持著整個生物圈的平衡，B錯誤。

“生態系統”專題包括生態系統的結構、能量流動、物質循環、信息傳遞，生態系統的穩定性和生態環境的保護，知識內容細且多，易被忽略。在復習過程中，以生命觀念為指導思想和方法，能夠認識生態系統的獨特性與復雜性，更有利于形成科學的自然觀和生態學意識，進而指導探究生命系統的規律，解決實際問題，保護生態環境。