这个实验室有半个足球场那么大,在巨大的玻璃罩里面,有微型的森林、
沙漠、农田、海洋和溪流。1993年1月,八位科学家进入这个实验室。他们计划
在完全与外界隔绝的情况下,自己生产食物,喝溪流中的水,吸收植物释放的
氧,在这个实验室内生活两年。但是,仅仅过了一年多,这个实验室内的氧气
含量大幅度减少,粮食也严重减产,这八位科学家只好提前撤出。
为了深入地研究生态系统的结
构和功能,美国科学家于1984年开
始兴建一个完全封闭的生态实验室。
由于这个实验室是模拟生物圈的结
构和功能而建造的,因此叫做“生
物圈Ⅱ号”。
第一课时
提出问题:
1、“生物圈Ⅱ号”失败的主要原因可能是什么呢?
2、“生物圈Ⅱ号”实验失败说明了什么(小组讨论)
1、土壤中的碳与氧气反应上成二氧化碳,部分二氧化碳与建筑“生物圈Ⅱ
号”所用混凝土中的钙发生反应生成碳酸钙,导致“生物圈Ⅱ号”的氧气含
量从21%下降到14%。加之由于没有调节好内部气候,致使粮食歉收,科学
家们不得不靠吃种子勉强度日。结果是,提前撤出实验室。更令人意外的是,
“生物圈Ⅱ号”运行3年后,其中的一氧化碳含量猛增到79%,足以使人体
合成维生素B12的能力减弱,从而危害大脑健康。
2、实验向世人昭示了,地球生物圈是一个极其复杂的系统,其间的万事万
物都存在着极其微妙的联系,每一种事物的消失或受损都会带来意想不到的
连锁反应,而且,还有很多不为人知的但对于整个生物圈的维持十分重要的
因素尚未被人发现。迄今为止,地球仍是人类惟一的家园,人类应当努力保
护它,而不是破坏它。这个复杂的生物圈一旦被彻底破坏,按照人类目前的
科技水平是无法恢复的--地球是我们输不起的实验室。
一、生态系统的自我调节能力
负反馈是比较常见的一种反馈,它的作用是能够使生态系统达到和保
持平衡或稳态,反馈的结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生
的变化(图4和图5中的调节都属于负反馈)。
正反馈是比较少见的,它的作用刚好与负反馈相反,即生态系统中某
一成分的变化所引起的其它一系列的变化,反过来不是抑制而是加速最初
发生变化的成分所发生的变化,因此正反馈的作用常常使生态系统远离平
衡状态或稳态。
提出问题:
1、负反馈调节发生在生态系统哪些成分之间?
2、你还能举出一些生态系统负反馈的实例吗?尝试构建负反馈调节过程模型。
1、在生物群落内部(生物与生物之间)以及生物群落与无机环境之间普遍存在着
负反馈调节。
2、
通过生态系统概念看出,生态系统稳定性表现在两个方面:一方面是生态系统
抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状(不受侵害的)的能力,称为抵
抗力稳定性;另一方面是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,叫做恢复力稳定性。上述图3~5所反映的现象应该属于哪类稳定性呢?
提出问题:
图6、图7分别代表的不同类型生态系统,图6代表的热带雨林生态系统和图7
代表的北极苔原生态系统抵抗力稳定性有什么不同吗?为什么?
结论:一般来说,若生态系统的成份越简单,营养结构越简单,自动调节能力越
小,抵抗力稳定性就越低。相反,则自动调节能力大,抵抗力稳定性高。
提出问题:图8、图9分别为森林生态系统和草原生态系统,不同类型生态系统恢
复力稳定性高低相同吗?
结论:
热带雨林大都具有很强的抵抗力稳定性,因为它们的物种组成十分丰富,结
构比较复杂;然而,在热带雨林受到一定强度的破坏后,也能较快地恢复。相反,
对于极地苔原(冻原),由于其物种组分单一、结构简单,它的抵抗力稳定性很
低,在遭到过度放牧、火灾等干扰后,恢复的时间也十分漫长。也就是说,对于
这两种生态系统而言,热带雨林的抵抗力和恢复力稳定性都较强,而极地苔原的
抵抗力和恢复力稳定性都较弱。因此,直接将抵抗力稳定性与恢复力稳定性比较,
这种分析本身就不合适。如果要对一个生态系统的两个方面进行说明,则必须强
调它们所处的环境条件。环境条件好,生态系统的恢复力稳定性较高,反之亦然。
想象空间:
人类所生
存的地球有没
有可能像“生
物圈Ⅱ号”那
样变得不再适
合人类生存?
那时的人类将
面临咋样的命
运呢?
小组讨论问题:依据本节课学习的知识,谈谈我们应该怎样来提高生态系
统的稳定性呢?
拓展作业:课外搜集本地区提高生态系统稳定性所采取的一
些有效措施。
第二课时
复习提问:
1、前面我们学习了生态系统的结构和功能,谁能说说生态系统包括了哪
些成分?这些成分之间有什么联系?生态系统的功能又是什么呢?
2、我们上节课讨论的“生物圈Ⅱ号”结果如何呢?说明什么问题呢?
虽然在目前人类科学技术水平上“生物圈Ⅱ号”实验失败了,但是在有限的空
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
人工微生态系统却是可能的,我们自然界也有很多人工建立的微生态系统。
提出小组讨论分析问题:
1、为什么要用玻璃材料?
2、设计时要考虑的生态系统组成成分有哪些?
3、动物的大小和数量、植物种类及数量对生态系统的稳定性有什么影响?
4、为什么不能将生态缸放在阳光能直射到的地方?
5、根据已有知识,你认为生态缸的制作中还应该注意哪些问题?
1、生态缸必须是透明的,既让里面的植物见光,又便于学生进行观察。
2、设计时要考虑的生态系统组成成分包括生产者、消费者、分解者以及非生物
的物质和能量。
3、动物的大小和数量、植物种类及数量影响生态系统食物网结构、物质循环和
能量流动过程,从而影响生态系统的自动调节能力。
4、阳光能直射到的地方会导致水温过高,而使水草死亡。
5、在指导学生制作生态缸时,除了参考教材中的方法步骤外,还要注意以下几
点。
(1)生态缸可制作成封闭型,也可制作成开放型(即不加盖)。前者对生态系
统的基本成分及其比例有着更严格的要求。
(2)生态缸中放置的生物必须具有较强的生活力,放置生物的数量要合适。
(3)为了使生态缸内的沙地保持干燥,可在沙土下铺垫一张塑料布,以防止缸
中水(气)渗透上来。
(4)生态缸制作完毕后,应该贴上标签,在上面写上制作者的姓名与制作日期。
提出小组讨论分析问题:生态缸制作完毕,这样的人工生态系统稳定性
到底如何还需要我们进一步实验观察。你能设计一份实验观察记录表吗?
成分
时间
生产者 消费者 分解者 水质 基质1 2 … 1 2 … 1 2 …
第一周
第二周
……
分析
参考:
提出问题:
如果我们要验证某因素是否会影响生态系统的稳定性,应该如何设计
实验来验证呢?
对照实验
布置任务:
1、以学习小组为单位,每组合作分工,完成小生态缸的制作以及稳定性的观
察(可以按照教材实验,也可以另行设计),并完成实验报告。
2、每组同时完成一种影响生态系统稳定性因素的探究。实验过程中,运用必
要手段对实验过程进行记录,完成后,全体小组集中展示并进行评比。
课堂练习:
有关设计并制作生态缸实验的说法正确的是
A.将生态缸置于光线良好的地方,注意避免阳光直射
B.生态缸所模拟生态系统稳定性大小只由缸内物种丰富度决定
C.利用生态缸稳定性观察记录表,可定期记录动植物的生活情况,水质情
况及基质变化等,对不同生态缸进行比较,分析生态缸中生态系统稳定性差
异的原因
D.生态缸可制作成封闭型,也可制作成开放型(即不加盖)。前者对生态系
统的基本成分及其比例有着更严格的要求