“系統(tǒng)分析法”在生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能分析的應(yīng)用

1、“系統(tǒng)分析法在生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)造和功能分析的應(yīng)用摘要系統(tǒng)分析法是必修3科學(xué)方法的側(cè)重點(diǎn)之一，也是培養(yǎng)學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)的世界觀、方法論的重要內(nèi)容。結(jié)合實例介紹系統(tǒng)分析法在生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)造和功能分析的應(yīng)用。關(guān)鍵詞系統(tǒng)分析法定性分析定量分析生態(tài)系統(tǒng)作為一個開放的生命系統(tǒng)，對其構(gòu)造和功能的分析應(yīng)采用系統(tǒng)分析法。所謂系統(tǒng)分析就是利用數(shù)學(xué)的概念和方法，采用系統(tǒng)科學(xué)的研究途徑來解決復(fù)雜的系統(tǒng)問題。詳細(xì)地說是指把要解決的問題作為一個系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)的性質(zhì)和關(guān)系，在明確系統(tǒng)的邊界后，對系統(tǒng)要素進(jìn)展綜合分析，分析系統(tǒng)組成要素、層次構(gòu)造以及各組分間互相影響的定量關(guān)系，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，優(yōu)化系統(tǒng)構(gòu)造，實行系統(tǒng)調(diào)控，實現(xiàn)優(yōu)

2、化系統(tǒng)功能，進(jìn)而找出解決問題的分析方法。用系統(tǒng)分析方法研究生態(tài)系統(tǒng)各部分的互相聯(lián)絡(luò)及其整體功能已成為生態(tài)學(xué)研究的開展趨勢。因此，在高考復(fù)習(xí)備考中只有深入領(lǐng)悟系統(tǒng)分析的方法和思想，才能更好地把握生態(tài)系統(tǒng)這個生命系統(tǒng)的構(gòu)造和系統(tǒng)內(nèi)部及其與外界環(huán)境之間進(jìn)展的物質(zhì)交換、能量流動和信息傳遞的功能。高中階段對于生態(tài)系統(tǒng)的系統(tǒng)分析涉及到定性分析和定量研究兩個階段。下面結(jié)合實例介紹系統(tǒng)分析方法在生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)造和功能分析的應(yīng)用。1定性分析定性分析包括劃分系統(tǒng)邊界、確定系統(tǒng)組分、分析系統(tǒng)構(gòu)造層次、明確問題及研究目的。邊界指系統(tǒng)的范圍，生態(tài)系統(tǒng)的范圍可大可小，其中最大的生態(tài)系統(tǒng)是生物圈，研究生態(tài)系統(tǒng)時可根據(jù)研究的需要

3、劃定范圍、生態(tài)系統(tǒng)組成成分，即消費(fèi)者、消費(fèi)者、分解者組成的生物成分和非生物的物質(zhì)和能量組成的無機(jī)環(huán)境；構(gòu)造包括時空構(gòu)造和營養(yǎng)構(gòu)造?！纠?】表1表示某生態(tài)系統(tǒng)的食物網(wǎng)情況(相應(yīng)動物右邊格中的表示此動物胃中含有上面的生物)，請據(jù)表分析答復(fù)：(1)該生態(tài)系統(tǒng)共有_條食物鏈。(2)假如該生態(tài)系統(tǒng)中能量傳遞效率平均為10，那么假設(shè)第一營養(yǎng)級的同化能量為2107kJ，那么鷹最終獲得的最大能量值是_。(3)鷹處于第五營養(yǎng)級的食物鏈有_條。(4)蛇和鷹的關(guān)系是_。(5)要使生態(tài)系統(tǒng)完好，還需要增加的成分是_。解析：此題考察生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)造及分析。生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)造包括生態(tài)系統(tǒng)的成分和營養(yǎng)構(gòu)造(食物鏈和食物網(wǎng))。食物鏈

4、是在一個生態(tài)系統(tǒng)中，各種生物通過食物關(guān)系而建立的一種聯(lián)絡(luò)。由于各種生物食性復(fù)雜性致使各種生物在一個生態(tài)系統(tǒng)中彼此交織聯(lián)絡(luò)形成復(fù)雜的食物網(wǎng)。在題中生態(tài)系統(tǒng)中，各種生物通過食物關(guān)系建立的食物網(wǎng)如圖1所示。計算食物鏈的數(shù)目，一定要從消費(fèi)者開場到該鏈的最高級為止，中間不能停，也不能從中間開場，該食物網(wǎng)共有8條食物鏈；獲得最大能量要根據(jù)最短的食物鏈計算，即植物一鼠一鷹，假如該生態(tài)系統(tǒng)中能量傳遞效率平均為10，假設(shè)第一營養(yǎng)級的同化能量為2107KJ，那么鷹最終獲得的最大能量值是2107kJ1010=2105kJ；不同食物鏈生物之間的關(guān)系不同，蛇吃食蟲鳥或鼠等時與鷹的關(guān)系為競爭，鷹吃蛇時為捕食關(guān)系；完好的生

5、態(tài)系統(tǒng)包括消費(fèi)者、消費(fèi)者、分解者生物成分和非生物的物質(zhì)和能量。答案：(1)8(2)2105kJ(3)3(4)競爭和捕食(5)非生物物質(zhì)和能量及分解者2定量分析定量分析是基于數(shù)學(xué)工具進(jìn)展定量研究各組分間的影響關(guān)系、建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的過程。生態(tài)系統(tǒng)都是開放系統(tǒng)，系統(tǒng)與環(huán)境之間具有物質(zhì)、能量和信息的交流，兩者互相聯(lián)絡(luò)、互相影響，共同組成一個統(tǒng)一的整體。每個生態(tài)系統(tǒng)都具有一定的自動調(diào)節(jié)才能，在不斷變化的環(huán)境條件下，依靠自我調(diào)節(jié)機(jī)制維持其穩(wěn)態(tài)，實現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)和能量流動的相對穩(wěn)定，最后到達(dá)生態(tài)平衡狀態(tài)。通過對生態(tài)系統(tǒng)功能的定量分析，便于把握其變化規(guī)律?！纠?】在生態(tài)系統(tǒng)中，消費(fèi)者通過光合作用固定的能量稱為總

6、初級消費(fèi)量。消費(fèi)者固定的能量一部分被自己呼吸作用消耗掉，剩下的可用于生長、發(fā)育和繁殖，這部分能量稱為凈初級消費(fèi)量。表2列出四個生態(tài)系統(tǒng)中總初級消費(fèi)量與總?cè)肷淙展饬?、消費(fèi)者呼吸消耗量與總初級消費(fèi)量的比值。(1)四個生態(tài)系統(tǒng)中，光能利用效率最高的是_，總初級消費(fèi)量轉(zhuǎn)化為凈初級消費(fèi)量比例最高的生態(tài)系統(tǒng)是_。(2)圖2表示草原生態(tài)系統(tǒng)中具有食物關(guān)系的甲、乙、丙、丁四個種群和分解者的能量相對值。請在虛框內(nèi)繪制由甲、乙、丙、丁四個種群形成的食物網(wǎng)簡圖。(3)根據(jù)第(2)小題的信息，在以下圖虛框中用文字補(bǔ)充完成能量流經(jīng)丙種群的情況。解析：(1)生態(tài)系統(tǒng)對太陽能的利用率等于總初級消費(fèi)量總?cè)肷淙展饬?，根?jù)表中數(shù)

7、據(jù)可知光能利用效率最高的是玉米田；消費(fèi)者固定的能量一部分被自己呼吸作用消耗掉，剩下的可用于生長、發(fā)育和繁殖，這部分能量稱為凈初級消費(fèi)量。結(jié)合表中數(shù)據(jù)總初級消費(fèi)量轉(zhuǎn)化為凈初級消費(fèi)量比例最高的生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)該是消費(fèi)者呼吸消耗總初級消費(fèi)量最小的荒地。(2)食物網(wǎng)是在一個生態(tài)系統(tǒng)中各種食物鏈彼此交織連接構(gòu)成的復(fù)雜網(wǎng)狀構(gòu)造。而典型的食物鏈?zhǔn)怯邢M(fèi)者和各級消費(fèi)者構(gòu)成的捕食鏈，分解者不參與捕食鏈構(gòu)成。這樣根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)能量流動沿著食物鏈逐級遞減，傳遞效率為10-20的規(guī)律，便可寫出甲、乙、丙、丁四個種群形成的食物網(wǎng)簡圖。(3)能量流經(jīng)某一營養(yǎng)級時，從系統(tǒng)分析角度分析，一部分用于自身呼吸作用消耗，以熱能形式散失；另

8、一部分用于生長發(fā)育和繁殖，這部分能量可以傳遞給下一個營養(yǎng)級，也可通過遺體殘骸傳遞給分解者，被分解者利用。由于丙屬于最高營養(yǎng)級，它所同化的能量不再往下一營養(yǎng)級傳遞。答案：(1)玉米田荒地(2)變式訓(xùn)練：1近年來在防治稻田蟲害方面進(jìn)展了多種嘗試，如構(gòu)建稻萍魚生態(tài)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，雖有危害水稻的病菌、害蟲和雜草，但魚的活動可起到除蟲、松土和增氧的作用，紅萍葉片內(nèi)的藍(lán)藻固氮可促進(jìn)紅萍和水稻生長；培育轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲水稻，減少蟲害。此外，一些水稻遭遇蟲害時會釋放某些物質(zhì)，引來天敵消滅害蟲，科學(xué)家稱之為稻田三重營養(yǎng)關(guān)系。根據(jù)上述材料，請答復(fù)以下問題：(1)指出在稻萍魚生態(tài)系統(tǒng)中存在哪些種間關(guān)系。(各舉一例)

9、_(2)在稻田三重營養(yǎng)關(guān)系中，水稻通過_信息引來天敵，防治害蟲。(3)轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲水稻不可能一勞永逸地解決中國論文聯(lián)盟.Ll.蟲害問題，因為_。(4)畫出稻萍魚生態(tài)系統(tǒng)的能量流動圖(不考慮與人的聯(lián)絡(luò))。2某研究小組的同學(xué)利用樣方法研究野生山坡上A、B、三個不同地點(diǎn)的植物群落，他們也測量了各種土壤特征和環(huán)境因素，結(jié)果見表3。根據(jù)所得數(shù)據(jù)答復(fù)以下問題：(1)根據(jù)調(diào)查結(jié)果判斷，物種豐富度最大的地點(diǎn)是_。假如分別用甲、乙表示地點(diǎn)B中的兩種松樹，二者之間的物種關(guān)系可表示為以下圖中的_。(2)假如遭遇山火，山坡的植被徹底燒光，原地點(diǎn)將發(fā)生的群落演替屬于_。(3)參考表中非生物因素，落葉樹在地點(diǎn)不能生長的

10、原因是_、_(至少說出兩個原因)。(4)以下圖方框中表示被調(diào)查地點(diǎn)的生態(tài)系統(tǒng)，用箭頭畫出該生態(tài)系統(tǒng)能量流動的模型。變式訓(xùn)練答案：1(1)捕食：蟲吃水稻(或雜草)或魚吃蟲(或其他草食動物)；競爭：水稻(或紅萍)與雜草競爭；寄生：病菌寄生在水稻上；互利共生：紅萍與藍(lán)藻共生(2)化學(xué)(3)昆蟲會進(jìn)化(或產(chǎn)生抗性)(4)見以下圖2(1)A(2)次生演替(3)土壤深淺度，缺乏以支持高大樹木的生長土壤濕度小，水分缺乏以支持樹木的生長土壤氨的含量低，缺少養(yǎng)分供樹木生長(4)畫出輸入(光能)、輸出(呼吸釋放的熱能)、系統(tǒng)內(nèi)的流動(消費(fèi)者到消費(fèi)者和分解者、消費(fèi)者到分解者)總之，系統(tǒng)分析法的本質(zhì)是一種根據(jù)客觀事物所具有的系統(tǒng)特征，從事物的整體出發(fā)，分析整體與部分、部分與部分、整體與外部環(huán)境之間的互相關(guān)系的現(xiàn)代科學(xué)方法。在穩(wěn)態(tài)與環(huán)境模塊中的描繪群落的構(gòu)造特征、討論某一生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)造、說明群落的演替、分析生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)和能量流動的根本規(guī)律