高中生物《生态系统的结构》文字素材7 中图版必修3.doc

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1、《生态系统的结构》拓展提高1.系统研究方法在生态学中的应用生态系统是极其复杂的综合系统，单凭传统的定性方法研究，已不能适应深入研究的需要，因此必须借助于系统分析（systemanalysis）的方法和技术。所谓系统分析就是利用数学的概念和方法，采用系统科学的研究途径来解决复杂的系统问题。这一方法来源于系统科学，其理论基础有：运筹学、控制论、数学及电子计算机原理。自20世纪中叶系统分析方法引入生态学后，它在解决复杂的生态学问题上发挥了巨大的作用，用系统分析方法研究生态系统各部分的相互联系及其整体功能已成为生态学研究的发展趋势。把系统分析的方法应用于生态学，就称为系统生态学（syst

2、emecology）或生态系统分析（ecosystemanalysis）。生态学的系统可以很大，也可以很小，大的系统可以包括有很多生物群落的复杂生态系统，小的系统可以是两个种群组成的捕食—被捕食系统。生态系统分析是以数学模型为中心的。建立一个系统的模型通常有以下六个逻辑步骤（图5-3）：图5-3建立系统模型的步骤①确定模拟对象首先应明确要解决什么问题并且划定它在系统中空间与时间上的界限与范围。这一步骤不能一次完成，以后还会有变动。②确定系统结构即确定组分与组分之间的相互作用。一般来说，模型越复杂越能准确地描述现实系统，因为所考虑的因素和变量多。但是由于因素增多，参数、变量的数目就

3、变得庞大，使系统模型难以确切地建立。因此，应根据研究目的及系统本身的特点，确定适当的变量以及它们之间的相互关系。③建立数学模型用一系列数学方程将系统的各个组分之间的相互关系定量描述。建立数学模型的方法应尽可能简单，着重于有应用价值的模型，而不是追求数学理论与方法的高深研究。④模型的有效性检验也称为模型的验证（verification）。在数学模型建立之后，需要对模型在执行模型对象方面的效应进行分析，如果发现模型的模拟效果很差，即模型未能将系统的真实性结构包含进去，就需要对模型进一步改进。⑤灵敏度分析即研究输入变量与参数的变化对模型行为的影响。⑥系统的模拟和控制一旦构成了一个有效的

4、模型，就可以应用于模拟自然系统，预测预报系统的变化趋势，其中包含改变一些参数来预测系统的发展。2.生态系统的开放性、整体性原理（1）生态系统是开放的系统自然生态系统总是与外界进行物质、能量与信息的交流，即使是相对独立的池塘生态系统也是这样，它的四面八方亦都是与外界相通的，不断有能量和物质的进入和输出。生态系统的开放性也表现在熵（3entropy）的交换。生态系统不断地摄入能量，并将代谢过程中所产生的熵排向环境。生态系统的开放性具有重要意义，具体体现为：①有开放，才有输入。对一个系统而言，有输入才有输出，输入的变化总会引起输出的变化。输出是输入的结果，而输入是原因。②开放促进了要素

5、间的交流。开放使生态系统各要素间有了不断的交换，促使系统内各要素间关系始终处于动态之中。例如，系统内生物个体生理活动和适应性对策的变动，种群之间交流的变化，种与种之间关系的改变等都能在开放环境中得到改善。③开放使系统得到发展。例如，外界气候常常决定生物群落的分布和外貌，也影响到群落的结构和生产力。无论从长期还是短暂的角度看，气候都是生态系统发生演替的诱发原因。可以说，生态系统的开放性决定了系统的动态和变化，开放给生态系统提供了可持续发展的可能性。开放性原理提示人们在研究生态系统时，应持开放动态的思维。要把研究的对象和生态系统一起放到周围环境之中。运用开放性原理就能更全面、深刻地揭

6、示事物的本质。（2）整体性原理整体性（holism）原理是生态系统的另一重要原理。整体性是指系统的有机整体，其存在的方式、目标、功能都表现出统一的整体性。任何一个生态系统都是多个要素综合而成的统一体，这个统一体不再是各要素结合前的分散状态，而是发生了巨大变化。整体性是生态系统要素与结构的综合体现，主要有三个论点：①整体大于各部分之和。当要素按照一定规律组织起来具有综合性的功能时，各要素在相互联系、相互制约、相互作用下出现了不同的性质、功能和运动规律，尤其是出现了新质（emergentproperties），这是各要素独立存在时所没有的。②一旦形成了系统，各要素不能再分解成独立要素

7、存在。如果要硬性分开的话，分解出去的要素就不再具有系统整体性的特点和功能。③各要素的性质和行为对系统的整体性是有作用的，这种作用是在各要素相互作用过程中表现出来的。各要素是整体性的基础，系统整体如果失去其中一些关键性要素，也难以成为完整的形态而发挥作用。生态系统的整体性越强，就越像一个无结构的整体。在一定条件下，可以以一个要素的身份参加到更大的系统中去，这种整体性正是生态系统的实质和核心。生态环境的治理，局部的行动已不能彻底扭转，迫切需要以整体性原则来处理。3.生态系统的营养结构