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第19章 生态系统生态系统的结构(2)

3.谚语教学,画龙点睛

为进一步揭示生产者与消费者之间的关系,运用一些生活中的谚语、俚语启发学生思考,激发学生的求知欲,有利于知识难点的解决。如讲食物链和食物网时,列举“螳螂捕蝉,黄雀在后”、“大鱼吃小鱼,小鱼吃青虾,青虾吃烂泥(其中的浮游生物)”、“鹬蚌相争,渔翁得利”等谚语,分析谚语中各种生物之间是以食物为联系的,导出食物链的概念,再引导学生分析黄雀是否仅以螳螂为食,螳螂也是否仅以蝉为食?根据学生已有的知识不难回答:黄雀兼食其他昆虫(蝗虫)、谷物等,螳螂也兼食竹节虫等昆虫。这样就形成了多条食物链,而且这些食物链之间彼此交错,形成网状,引出食物网的概念。最后再分析每条食物链中各生物所占的营养级,所属哪一级消费者,学生容易理解。这种用学生所熟悉的谚语切入知识点,易使重点突出,难点突破,起到了画龙点睛的作用。

4.运用角色扮演,实现知识升华

角色扮演是指教师提出具体的场景,提示各角色的身份,学生经过准备,充分发挥自己的能动性、积极性,通过阅读、分析思考、明确自己所扮演的角色所处的地位,对等事物所持的态度。为了巩固食物链和食物网等知识点,采用角色扮演法,学生活动积极,教学效果十分显著。规则要求每小组选派两名学生随机进行各种生物扮演(各种生物面具课前由生物学课骨干分子准备好),扮演者要精心准备,迅速准确地找到自己的捕食对象,并与它发生联系,这样很容易结成食物网。教师指着形成的“食物网”对各小组学生提问:(1)请说出你们小组同学扮演的角色在哪条食物链的何种营养级?属几级消费者;它在不同食物链中的位置是否一致,为什么?(2)若你扮演的这个物种从地球上消失,对它所在的食物链、食物网会有何影响?(3)若你们小组扮演的生产者被破坏(该同学回座位),那么,整个食物网会怎样,该生态系统会怎样?(4)你认为应该怎样来保护生态系统中的野生动植物?通过扮演和提问,全体同学都在认真思考、积极参与。这样既达到了对所学知识的巩固,也训练了独立思考的能力,还渗透了环境教育。

5.注意媒体运用,延伸知识面在“生态系统的结构”教学中,课堂结尾播放2段录像:《动物世界》片段;长江上游植被破坏引发1998年特大洪涝灾害及军民奋勇抗灾片段(该片段由教师课前将有关材料录制合成),组织学生开展如何保护我们生存的生态环境,你能为我国西部开发做点什么的讨论。许多学生表示将来要做一名民间环保活动者,并以自己的实际行动影响和教育自己的学生。

脆弱的北极生态系统

那么北极的环境系统究竟有些什么特点呢?首先是北极脆弱生态系统的脆弱的自修复能力。所谓生态系统是指在生物圈范围内相互作用、彼此进行物质交换和能量流动的生物群落与非生物环境的综合体。

而任何一个生态系统都由四个方面构成:生产者、消费者、分解者、非生命物质以及能量。判断一个生态系统是否脆弱,它的自修复或自净化能力是否脆弱,应当从这四个方面的数量大小、种类多少、运行条件难易,以及这四个方面相互之间的关系来分析。而要分析它们之间的相互关系,还必须了解生态系统的能量流动概念与食物链结构。实际上,每一个完整的生态系统都是一个能量流动的固定和转换系统,生态系统中能量转换的全过程叫做能量流动。能量沿着太阳——生产者——消费者(还原者)的途径流动,并遵循两个基本规律:第一,生态系统中的能量流动逐级递减,传递效率一般为10%,其余被呼吸和尸体等消耗。第二,能量的流动是单向的,不是循环的,最终将递减,从生态系统中消失到宇宙中去。

现在让我们把北极地区作为一个统一的区域性生态系统,来看一看它的各个构成部分。按照定义,一个生态系统的生产者是指可以利用太阳能把无机物合成为有机物的绿色植物,以及某些藻类和根瘤菌等。

那么在北极地区生产者们的“健康状况”如何呢?在北极即使在北极地区最南界,绿色植物每年的生长期也只有150天;而到北冰洋腹地的岛屿上,绿色植物每年的生长期就更短,可能只有几天,甚至连一天也没有,那里的生产者们长期“冬眠”,直到某一个特别暖和的“好年头”到来。显然,北极生产者们的生产力是相当弱小的。

那么消费者们又如何呢?与中、低纬度相比,北极消费者的最大特点是种类太少。无论是一级消费者,亦或高级消费者的种类,都比温暖地区少一到两个数量级。尽管有些种类(如北极旅鼠)的数量非常大,但是单兵种作战,遇到某些特殊情况,就靠不住了。这好比一场战争,如果一方只有坦克部队,虽然非常强大,可万一遇到缺少燃油的情况,又无其他兵种可依靠,便毫无办法,只得坐以待毙。北极生态系统消费者的命运和生产者的差不多。由于天气寒冷,北极微生物(细菌、真菌等)及微型动物(鞭毛虫、土壤线虫等)本来就在生死线上挣扎,所以它们没有多大的工作能力。

至于北极非生命物质及能量方面,除了太阳能显著匮乏外,状况倒是比前三者好得多。但究竟好多少,科学家们目前还说不清楚。从北极生态系统四个构成部分的综合状态来看,说它是一个脆弱的生态系统一点也不过分。

为什么说北极生态系统的自修复或自净化能力也是脆弱的呢?首先因为北极生态系统本身是脆弱的,所以它的自修复或自净化能力就不可能很强。这好像一个病弱的人,总不如强壮的人更容易恢复健康一样。另外,自修复或自净化能力的强弱还主要看生态系统的能量流动和食物网链。生态系统中的能量流动,是从一种生物转移到另一种生物的,具体说就是通过食物网链来进行的。而食物网链是否“结实”,关键要看生产者和各级消费者的种类多少。由于北极生物种类相当少,因此食物网链不可能“结实”,脆弱的自修复或自净化能力也就不言而喻的了。综观全局,可以说北极自然生态系统的稳定性较低,可塑性不强,多样性单薄,系统惯性很小,因此它的生态平衡的恢复和重建是相当困难的。

研究“温室效应”的科学家一直警告,北极气候变暖的趋势比在中纬度地区更明显。这是因为北极地区对于全球其他地区的气候变化具有一种放大作用。1993年夏季,阿拉斯加最北端的小城巴罗(71oN)曾出现气温高达34℃的炎热天气,连百岁老人也不知所措。爱斯基摩人抱怨在永冻土层中挖掘的贮存冻鲸肉的地窖在不断融化,他们不得不向更深层去挖掘。

生态系统拆开看

一块农田是农田生态系统,一片草原是草原生态系统,一片森林是森林生态系统,这些不同的生态系统在组成成分上的共同之处是什么呢?我们不妨把它们分解开,不同的生态系统都由非生物部分与生物部分组成。

非生物部分是生命支持系统,即非生物环境部分,主要由气候与土壤组成。气候包括光照、温度、水、风、太阳能等,而土壤包括土壤水、无机盐、氮、磷、钾等营养元素。

而生物部分,按照其在生态系统中的功能与特征,可分为三部分:生产者、分解者、消费者。生产者,在草原,是草原植物,在森林是乔木、灌木与草本植物,而在农田则是各种不同的农作物。消费者不能直接利用太阳能,只能以植物或者动物为食。分解者则是微生物与土壤动物,它们使死亡的有机体分解,释放出能量和简单的无机物,使之再为植物利用。

海洋食物网的基石

长期以来,科学家们一直以为墨西哥海峡的生态系统受其丰度最高的物种——马尾藻类海草支撑。现在,科学家们意识到是浮游微生物在食物网中发挥了至关重要的作用,尽管它们在该海峡的丰度相对较低。

墨西哥海峡养育了大量的海豚、刺鲅鱼、金枪鱼和鲭鱼。人们以为在松散的马尾藻类海草中间生活的许多鱼类、浮游生物和小虾,是在其中觅食。但通过进一步的仔细考察,美国得克萨斯A&M大学的科学家们没有发现受到刮擦、撕扯或坏掉的叶子,也就是说这一层没有什么取食活动,那么在食物网中一定有比马尾藻类海草更为基础的一环。

为了寻找该生态系统中各物种之间的关系,美国得克萨斯A&M大学的渔业生态学家Jason Turner和Jay Rooker首次分析了马尾藻类海草的脂肪酸特性,并对像植物那样进行光合作用的浮游植物——微生物的脂肪酸也进行了研究。然后Turner和Rooker在五种无脊椎动物,比如浮游动物、小虾和螃蟹,还有9种鱼中寻找具有这些特性的脂肪酸。令科学家们感到惊奇的是,正如Turner在6月11日美国湖沼学与海洋学协会的会议上报告的那样,动物体内的脂肪酸和浮游植物的脂肪酸特性一致。利用碳和氮同位素标记,表明来自浮游植物的脂肪酸转移到个体大的浮游动物和小虾体内,最后进入鱼体内。

华盛顿大学的湖沼学家Michael Brett说,该研究“向最大生物量在能源中最重要这一教条理论发起挑战”。他认为,利用脂肪酸跟踪食物链的能流是一个非常好的方法。

一物降一物,何需人插手

广州郊区的石进镇有良田万亩,因鼠害严重,农作物每年损失数万元。以前,镇上每年要花费100多万元购买毒谷灭鼠,但常常连家禽、猫狗一起毒死了。

后来,有位农民发现,一块面积约3公顷的农田有两条自然生存的水律蛇,没有鼠害发生;后来,那两条蛇被人捕食,地里的鼠害又猖獗起来了。农民们从中悟出:一物降一物,蛇能克鼠。

1997年春寒过后,当地农民开始大规模放蛇。全镇放了1000多条蛇,花费才8万元,而避免庄稼损失达300万元。以前,每亩地毒鼠成本要15元,放蛇灭鼠才花5元,一条水律蛇能看管1公顷农田。毒鼠时,每年要放毒五六次,而放蛇一次就能常年受益,既干净又省钱!

有人担心田里的蛇被人捕食,于是,石井镇制定了“乡规民约”:凡捕食田蛇者,每抓一条罚3000元,举报者每条奖1500元。

石井镇农民放蛇尝到了甜头,开始向周围的农民介绍他们的做法。如今,佛山、南海一带的农村也兴起了放蛇灭鼠的生物防治法。

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