指向渗透生命观念的“生态系统”专题复习

安徽 四川

生命观念是指对观察到的生命现象及相互关系或特性进行解释后的抽象，是人们经过实证后的观点，是能够理解或解释生物学相关事件和现象的意识、观念和思想方法。相对于科学思维、科学探究和社会责任，生命观念最具有学科本质属性，是学科核心素养的标志，是高考生物渗透考查的关键学科核心素养。生态系统是宏观层次的生命系统，所蕴含的生命观念为分析和解决相关生物学现象和问题提供了思路方法和方向，契合了生态文明建设中运用生态学原理解决生产实践问题的重要内容，符合高考生物强调应用性、发挥生物学科育人功能的特点。

1.“生态系统”专题中的生命观念类群

“生态系统”作为一个开放的宏观生命系统，通过系统思想对其结构及功能进行分析，明确生态系统是一个可以达到平衡并具有稳态的有机整体，引领学生逐步强化结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、信息观等生命观念，促进学生领悟宏观的生命本质，揭示了生命系统是统一整体的思想。

2.构建大概念，确立指向生命观念渗透的复习目标

复习课上聚焦“生态系统”专题大概念，可以精简容量、突出重点。构建生态系统相关概念过程就是形成生命观念、逐步发展学科核心素养的过程。“生命观念”作为理解或解释生态学相关现象的观念和思想方法，是以事实支撑的具有学科逻辑又符合系统思想的抽象。因此，深刻理解和运用“生态系统”专题内容所蕴含的生命观念内涵，是确立教学目标的前提（如图1所示）。

图1 生命观念渗透下的“生态系统”概念体系

3.指向渗透生命观念的“生态系统”专题复习过程

3.1 系统分析整体性，渗透生态系统的“结构与功能观”

系统分析方法能够统观生态系统全局，开拓有效思维，强调生命结构是一个有机整体，各构成要素相互关联可以体现出特定的各组成部分没有生命特征。同时，特定的生命结构会表现出特有的功能，所以认识某宏观水平的生命系统层次的功能，不能离开上一层次的整体。生态系统是建立在种群和群落上的，系统地比较各层次上“结构与功能相适应，并呈现其特有的生命现象”（如表所示）的内容可以有利于渗透生态系统的“结构与功能观”。例如：竹林的竹子生长得高矮不一、错落有致的现象是同种植物——竹子争夺阳光等资源时种内斗争的情况，属于种群水平的研究内容，而不是竹林群落的垂直结构。

表 宏观生命系统结构层次的结构与功能

续表

【例1】如图2表示某种鼠类在草原中的分布随着种群密度变化的情况。下列叙述不正确的是（ ）

图2

A.调查该鼠的种群密度变化可以预测草原生态系统的稳定性变化

B.该鼠种群在高密度时的分布体现了群落水平方向的结构特征

C.图2信息说明种群在密度不相同的情况下可以有不同的分布类型

D.该鼠种群在高密度下的均匀分布可能与其种内斗争有关

【答案】B

【分析】根据结构与功能观，鼠属于草原生态系统的初级消费者，鼠数量增多会大量啃食草原植物导致草原生态系统稳定性减弱，A正确；根据表中对种群、群落和生态系统的类比可知，图2展示的是种群的空间分布，不是群落的空间特征，B错误；由图2知，低密度下是随机分布，中密度下是集群分布，高密度下是均匀分布，C正确；高密度下的均匀分布可能是个体间对资源与空间的争夺引起的，D正确。

系统分析下的生态系统的结构与功能观之间是可变的，具有作用与反作用。物种的增减会引起当地生态系统成分的组成变化，从而引起营养结构的改变，进而在能量流动的环节、物质循环的速度或者信息传递的方向等功能上改变。例如：从“结构与功能相适应”角度比较稻鸭共育生态农业与使用化肥农药下的农田生态系统两种模式，分析鸭子在农田中对捕食害虫的能量流动；改善植物根部呼吸，加强对无机盐吸收的物质循环；分解者对鸭粪的分解作用三个方面来归纳稻鸭共育生态农业模式经济效益好的原因。

3.2 整合能量流动与物质循环，渗透生态系统的“物质与能量观”

生命体是特殊的物质存在，在能量驱动下形成了有序的结构，例如：硅藻可以从海水中主动吸收硅化物来制造绚丽多彩的外形。生态系统各成分的划分是基于对物质与能量的考量：生产者把非生物界的无机物（H2O和CO2等）同化成有机物的同时，将非生物的光能或者化能合成作用中不稳定的化学能转化成稳定的化学能；消费者和分解者直接或间接利用生产者固定的有机物，前者是营捕食或寄生，后者是腐生生活。生物通过呼吸作用释放有机物中的化学能合成ATP、散失热能维持体温，与此同时，产生的CO2可重新被生产者固定完成碳循环。由于能量守恒定律，除去呼吸作用散失的热能与流向分解者的能量，各营养级间能量流动是呈金字塔式的单向逐级递减。所以，生态系统的能量流动与物质循环是以物质为载体、能量为动力、营养结构为渠道的、系统性的有序生命整体。可通过这三个等式进行定性与定量分析（以某营养级为例）：（1）同化量=用于生长发育和繁殖的量（相当于植物的净光合作用量）+呼吸作用的量；（2）同化量=流向分解者的量+流向下一营养级的量+呼吸作用的量；（3）某时间段内的同化量=流向分解者的量+流向下一营养级的量+未利用的量+呼吸作用的量。

【例2】图3是某地生态系统的能量流动图解，N1～N6表示能量数值。请回答下列有关问题：

图3

（1）流经该生态系统的总能量为____________（用N1～N6中的字母表示），碳元素在生物群落和无机环境之间的循环形式是_____________________________________。

（2）在该地群落内部的能量主要以____________形式存在，图3中由初级消费者传递给蜣螂的能量为____________________。

（3）图3中N3表示______________________________。能量由生产者传递给初级消费者的传递效率为___________（用N1～N6中的字母表示）。

（4）种草可有效改善生态环境。据研究，与未种草前相比，该地土壤有机质含量显著提高，有机质经微生物分解，可提高植物的光合作用。请阐明理由：_________________________。

【答案】（1）N2CO2（2）有机物 0（3）生产者用于生长、发育和繁殖的能量 （N5/ N2）×100% （4）分解者将有机物分解为CO2和无机盐，CO2是植物光合作用的原料，无机盐可被植物根吸收用于自身物质的合成

【分析】本题以模型形式考查能量流动的过程及特点，也穿插了物质循环的内容，说明物质循环与能量流动是相互依存、不可分割的。输入的总能量是生产者同化的能量N2，不是太阳能N1；初级消费者产生的流向蜣螂的粪便是未同化量，属于生产者的同化量的一部分，此问是对摄入量与同化量的辨析比较。定性分析同化量（N2）是呼吸作用的量和用于发育和繁殖的量（N3）相加，而传递效率是生态系统能量流动特点的定量分析，是前后两个营养级同化量的比值。第（4）问是对能量流动与物质循环整合研究意义的实践。

3.3 构建“信息观”的调控模型，渗透生态系统的“稳态与平衡观”

物理信息、化学信息和行为信息有利于生态系统中生物的生命活动正常进行、种群的繁衍（例如雌激素对雄飞蛾吸引的验证实验）和调节种间关系维持生态系统的稳定。稳态是开放的生态系统具有的一种能力和显著特征（以生物圈Ⅱ号实验为反例），称作生态系统稳定性，包括抵抗力的稳定性与恢复力的稳定性。稳态是以负反馈调节为基础的自我调节能力，通过对种群数量的调节达到整个生态系统相对平衡的状态，如图4所示。

图4 生态系统中信息对生态平衡的调控

【例3】生态平衡是一种动态平衡，包括结构和功能上的稳定。图5中“置位点”为生态系统所具有的某个平衡状态，其中A、B、C表示其生物成分，箭头表示物质的传递方向。请分析并回答下列问题：

图5

（1）自然生态系统中，能量的输入依赖于_________（填图中字母），碳元素在A、B、C间以____________的形式传递。

（2）若B与C表示消费者，则两者的种间关系是______________________。C捕猎B过程中的叫声可能会引起B的警觉而逃跑，说明信息传递可以________________________。

（3）任何生态系统都具有保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力，是由于生态系统具有___________能力，一般而言，A、B、C的种类越多，该能力越___________，其基础是_____________（填“正反馈”或“负反馈”）调节。

（4）若图5中置位点是农田生态系统，请从物质循环角度分析向农田中不断施加氮肥的主要原因是______________；在生产中，将大豆和玉米轮作的方法，可以减少氮肥的施用，减少环境污染，原因是__________________________。

【答案】（1）A 含碳有机物 （2）竞争与捕食

调节种间关系，维持生态系统的稳定 （3）自我调节 强 负反馈 （4）农产品不断自农田生态系统输出，其氮元素不能归还给土壤 与大豆具有互利共生关系的固氮菌进行固氮作用，可补充农田中氮元素的含量

【分析】维护生态系统稳定性需要信息传递调控下的物质、能量的输入和输出的动态平衡。能量输入主要通过A生产者的光合作用；若B与C是消费者，通过捕食和竞争中存在信息之间的相互传递以保持二者数量的动态平衡，进而维持了生态系统的稳定；生态系统之所以能维持稳定是因为生态系统具有自我调节的能力，它的基础是负反馈调节。如果农田中氮元素随着农产品的输出而得不到补充，就会导致土壤贫瘠，得到需要氮元素输入的反馈结果，否则会影响农田生态系统的稳定性，减少收成。固氮菌固氮在输入氮元素的同时，还避免了对环境的污染。

所以，生态系统干扰或利用应该适度，对人类利用强度加大的生态系统，在信息调控下应实施相应的物质、能量投入，保证生态系统的动态平衡。

3.4 强调生态环境保护的意义，渗透生态系统的“进化和适应观”

进化观解释了包括生态系统在内的生命系统的统一性与多样性，自然界中各种生物和生态系统是协同进化而来的，进化的方向是由自然选择决定的。漫长的生命进化使各种生物占据环境中相应的生态位，呈现出群落特定的空间结构特征与复杂的种间关系，与自然环境相适应，形成不容分割的生命有机整体。人类需要顺应自然、敬畏生命、保护生态系统，与大自然和谐共生。

【例4】在漫长的历史时期内，我们的祖先通过自身的生产和生活实践，积累了对生态方面的感性认识和经验，并形成了一些生态学思想，如：自然与人和谐统一的思想。根据这一思想和生态学知识，下列说法错误的是（ ）

A.“退耕还林、还草”是体现自然与人和谐统一思想的实例

B.人类改造环境，使自然更加适合人类生存而不用考虑其他生物

C.生态系统的物质循环和能量流动有其自身的运行规律

D.对环境资源消耗的适度，以不破坏生态系统稳定性为前提

【答案】B

【分析】自然与人和谐统一的哲学思想体现了“进化和适应观”，对生态环境的保护起到重要的指导作用，它要求人类遵循“物质循环和能量流动”的自然规律，“退耕还林、还草”协调好人与生态环境的关系。与其他生物一样，人是大自然的一部分，长期演化与其他生物之间存在直接或间接的关系，维持着整个生物圈的平衡，B错误。

“生态系统”专题包括生态系统的结构、能量流动、物质循环、信息传递，生态系统的稳定性和生态环境的保护，知识内容细且多，易被忽略。在复习过程中，以生命观念为指导思想和方法，能够认识生态系统的独特性与复杂性，更有利于形成科学的自然观和生态学意识，进而指导探究生命系统的规律，解决实际问题，保护生态环境。