普通高中教科书·生物学选择性必修2 生物与环境.pdf

生物与环境普通高中课程标准教科书生物学普通高中教科书生物与环境选择性必修2生物学选择性必修 2普 通 高 中 教 科 书绿 色 印 刷 产 品 绿 色 印 刷 产 品 定价：元SHENGWUXUEPUTONG GAOZHONG JIAOKESHU生物选择性必修2封面6.0.indd 1生物选择性必修2封面6.0.indd 12020/6/16 上午10:512020/6/16 上午10:51生物与环境选择性必修 2普通高中教科书生物学北京人民教育出版社 课程教材研究所生 物 课 程 教 材 研 究 开 发 中 心编著普通高中教科书 生物学 选择性必修2 生物与环境人民教育出版社 课程教材研究所生 物 课 程 教 材 研 究 开 发 中 心 编著出网版（北京市海淀区中关村南大街17号院1号楼 邮编：100081）址 http:/ 版权所有未经许可不得采用任何方式擅自复制或使用本产品任何部分违者必究如发现内容质量问题，请登录中小学教材意见反馈平台：如发现印、装质量问题，影响阅读，请与联系调换。电话：-主 编：朱正威 赵占良副 主 编：何奕騉本册主编：温 青 谭永平编写人员：（以姓氏笔画为序）于 璇 王 颖 王永胜 王德利 赵占良 夏献平 责任编辑：王 颖美术编辑：王 喆目录科学家访谈 尊重自然、顺应自然、保护自然与方精云院士一席谈第 1 章 种群及其动态.1第 1 节 种群的数量特征.2 探究实践 调查草地中某种双子叶植物的 种群密度.5 生物科技进展 调查种群数量的其他方法.6第 2 节 种群数量的变化.7 探究实践 培养液中酵母菌种群数量的变化.11 科学家的故事 生态学巨匠马世骏.12第 3 节 影响种群数量变化的因素.13 与生物学有关的职业 植保员.18第 2 章 群落及其演替.21第 1 节 群落的结构.22 探究实践 研究土壤中小动物类群的丰富度.30 科学技术社会 立体农业.32第 2 节 群落的主要类型.33 与生物学有关的职业 林业工程师.37第 3 节 群落的演替.38第 3 章 生态系统及其稳定性.47第 1 节 生态系统的结构.48 科学技术社会 黄石公园灭狼与引狼入园 的启示.53第 2 节 生态系统的能量流动.54 探究实践 调查当地某生态系统中的能量 流动情况.59第 3 节 生态系统的物质循环.61 探究实践 探究土壤微生物的分解作用.65 与生物学有关的职业 景观设计师.67第 4 节 生态系统的信息传递.68第 5 节 生态系统的稳定性.73 探究实践 设计制作生态缸，观察其稳定性.78第 4 章 人与环境.81第 1 节 人类活动对生态环境的影响.82 探究实践 调查当地的环境状况，提出保护 环境的建议或行动计划.87 科学技术社会 塞罕坝今昔.89第 2 节 生物多样性及其保护.90 探究实践 搜集保护生物多样性的实例.94 科学技术社会 关注生态伦理道德.97第 3 节 生态工程.98 一 生态工程的基本原理.98 二 生态工程的实例和发展前景.104 生物科技进展 定量评估我国陆地生态系统的 固碳效应.110 科学技术社会 前景广阔的沼气工程.1112017 年 10 月的一天，编者如约来到方精云院士在北京大学的办公室。一整面墙的书柜塞满了学术专著和期刊；不大的书桌，边缘已经磨得掉漆了。就在这个简朴而安静的办公室里，方精云院士接受了编者的采访。问：您是一位生态学家，能否先给大家讲讲什么是生态学？答：生态学是研究生物与环境相互关系的科学，是自然科学的重要组成部分，它 就 是 在 研 究 生 态 系 统 的 What、How、Why，以及它的效应。What，就是研究生态系统的组成、结构和功能。How，就是研究生态系统各组分之间是如何工作的，也就是各组分之间的相互关系。Why，就是研究生态系统为什么会形成上述的组成、结构和功能。生态系统的效应，是生态系统的服务功能，这主要是针对人类而言的，科学家访谈尊重自然、顺应自然、保护自然与方精云院士一席谈是现代农业的基础。问：我国提出了“加快生态文明体制改革、建设美丽中国”的新目标，确立了“生态兴则文明兴”“人与自然是生命共同体”等一系列新思想。这彰显了我国对生态文明的重视。生态学在建设生态文明中会起到什么作用？答：生态文明建设是我国的重大战略之一。人类必须尊重自然、顺应自然、保护自然。这里的“自然”就是指生态环境。尊重自然就是要尊重生态学规律，顺应自然就是适应环境的变化，保护自然就是保护自然界的部分或整体。生态文明强调的是“和谐”而不是“妥协”，人类的能动性依然重要。生态文明并不是简单的返璞归真，而是依托当代先进的生产力，实现人与自然的和谐共生。生态学是生态文明建设的科学支撑。方精云安徽怀宁人，生态学家，北京大学教授，中国科学院院士，发展中国家科学院院士。方精云院士系统研究了中国植被的动态变化及其成因，构建了中国第一个国家尺度的陆地碳循环模式，对中国和世界主要国家的碳排放进行了测算，定量评估了中国陆地生态系统的固碳效应，为中国制定气候变化谈判政策提供了科学依据。生态学使人类认识了生态系统的结构、动态变化以及机制。只要尊重自然规律，在可允许的范围内操作，就可以既不损害自然，又能合理利用自然，促进自然和社会的协调。而生态文明建设会为生态学及相关学科提供发展的机会和平台，有利于推动科学的发展。问：看来生态学确实非常重要。您在生态学研究上取得了丰硕的成果，最想跟大家分享的研究成果是什么？答：很多人都将“碳循环”作为我的科研“标签”，因为我是国内最早系统研究碳循环的，成果也不错。实际上，我花费时间和精力最多的是对植被的动态变化及其与环境的关系的研究。植被是地球表面最充满生命活力的部分，这里生活着多种植物、动物和微生物，是生物基因资源的载体。它不仅为人类提供衣食住行的物质材料，也为我们塑造了千姿百态的绿色家园。为了研究我国的植被，我带领学生几乎踏遍了全国所有重要的山脉，从东北的大兴安岭到海南的尖峰岭，再到西部的青藏高原此外，我们建立了目前最为全面、系统的我国木本植物分布数据库，这成为了解木本植物分布的“手册”；提出了基于植被 气候关系的我国植被带的划分原则和划分依据。实际上，我们对碳循环的研究，只是植被研究的一个方向。问：您刚才提到，您几乎踏遍全国所有重要的山脉。您为什么要这么辛苦地去翻山越岭呢？答：生态学家要走进大自然，去了解和研究大自然。野外调查是了解和认识大自然的基本方法，是获得一手资料并进行数据分析绕不过去的“路”。野外调查时采集到样品后，要在实验室进行分析以获取数据，然后通过建构模型、分析数据，得出结论。问：我们了解到，您野外调查还到过北极，曾参加我国早期的北极科考。北极科考给您留下什么印象？答：参加北极科考给我留下了两段难忘的回忆。第一段是选拔，1994 年冬天，我们在松花江上进行了严格的封闭式选拔。当时条件艰苦、装备落后。我们要在冰面1992 年，方精云（右 2）与同事在海南岛热带雨林考察时，测定树木的生长状况1995 年，方精云在北极科考时采集海冰和海水样品我国极地破冰船雪龙号上连续行走和生活7天，不能上岸。记得那时天气极为寒冷，晚上冰面上气温接近 40，我们只能睡在简陋的帐篷里，艰苦程度可想而知。第二段是 1995 年 4 月远征北极点。北极并没有想象中那么冷，那时太阳只比地平线高一点，一直绕着地平线“滚动”，不会落下去。在北极取样很难，当镐尖与冻土接触的那一刹那，手臂会震得酸麻，连带地五脏六腑好像也被震得要翻个个儿。我采集了北极的生物、冻土、冰、雪、大气等大量样品。后来通过对样品的分析，我发现这些样品中的元素含量有很强的相关性，这促使我后来研究植物体的元素含量与环境之间的相互关系。问：您认为做科学研究成功的秘诀有哪些？答：做科学研究一定要坚守、要持之以恒！认真、努力的工作态度也必不可少。此外，思考非常重要。在做一项具体研究前，先思考怎么做，有了想法后再查阅文献，这样既可以查阅与之相关的进展，也可以避免受到其他研究思路的干扰，做出来的工作可能更有创新性。问：学习生态学有哪些意义？您对高中生学习这方面内容有什么建议？答：高中生学习生态学可以更全面地认识、理解世界和大自然，可以使自己有更大的格局、视野和胸怀。不学生态学，掌握的知识有可能是片面的，至少对大自然的理解是有欠缺的。要想学好生态学，除掌握好基础知识和科学方法外，还要多实践，多到大自然中去，在与大自然接触的过程中认识大自然，在了解大自然的过程中对生态学有所领悟。我最想对高中生说的话：美丽的大自然就是我们的家园，但它常常是脆弱的，需要我们去敬畏、去呵护。愿大家在学习生态学知识的同时，多到大自然中走一走、看一看，多一些了解，多一份珍爱，也希望有更多的同学加入到保护大自然的队伍中来。2017年10月2003 年，方精云（右 2）带领学生在青藏高原进行草原植被的样方调查第1节 种群的数量特征1任何物种都不可能以单一个体生存和繁衍。在一定的空间范围内，同种生物所有个体形成的集合就是种群。你听说过东北豹吗？它分布在我国东北、俄罗斯远东等地，是我国一级保护动物。它有灵敏的嗅觉和听觉，有健壮的四肢、锋利的爪子和牙齿，是山林中的捕猎能手。然而，我国的野生东北豹一度不足 10 只，濒临灭绝。为什么强悍凶猛的动物也会濒危呢？濒危动物保护、有害生物防治、渔业上合理捕捞量的确定等，都离不开种群的研究。种群研究的中心问题是种群的数量特征及其变化规律：该种群的个体数量状况如何？其数量将会怎样变化？影响其数量变化的因素有哪些？第1章种群及其动态威震山林也有衰亡时刻，群体共存才有生命长河。从个体到种群，从种群到群落，无不揭示一个原理“整体大于部分之和”！2第1章 种群及其动态第1节种群的数量特征“问题探讨”中所说的长白山脉北部地区有42只东北豹，以及组成种群个体的年龄状况和雌雄个体的数目，都是种群的数量特征。如果你进一步追问在某区域内平均每只东北豹有多大的生活面积，这个问题就涉及东北豹的种群密度。种群密度及其调查方法种群在单位面积或单位体积中的个体数就是种群密度（population density）。种群密度是种群最基本的数量特征。濒危动物保护、农田杂草状况调查、农林害虫的监测和预报、渔业上捕捞强度的确定等，都需要对种群密度进行调查研究。在调查分布范围较小、个体较大的种群时，可以逐个计数，如调查某山坡上的珙桐密度。在多数情况下，逐个计数非常困难，需要采取估算的方法。例如，对于有趋光性的昆虫，可以用黑光灯进行灯光诱捕来估算它们的种群密度（图1-1）。样方法 估算种群密度常用的方法之一是样方法：在被调查种群的分布范围内，随机选取若干个样方，通过计数每个样方内的个体数，求得每个样方的种群密度，以所有样方种群密度的平均值作为该种群的种群密度估算值。调查草地上蒲公英的密度，农田中某种昆虫卵的密度，作物植株上蚜虫的密度、跳蝻的密度等，都可以采用样方法。2015年，我国科学家基于长期的野外观测宣布：在我国东北长白山脉北部地区，共监测到东北豹42只，其中，幼体2只，雄性和雌性的成体分别为21只和17只，未能判断性别的成体2只。讨论1调查东北豹的种群数量对于保护它们有什么意义？2调查东北豹种群中雌雄个体的数目对于预测该种群的发展趋势有什么意义？问题探讨红外触发相机拍摄到的东北豹 怎样估算种群密度？如何提高估算的准确性？种群的数量特征有哪些？如何根据种群的特征预测其未来的发展趋势？本节聚焦图1-1 黑光灯的示意图支架灯座灯管挡虫板集虫漏斗毒瓶标记重捕法 许多动物的活动能力强，活动范围大，不宜用样方法来调查它们的种群密度。常用的方法之一是标记重捕法。这种方法是在被调查种群的活动范围内，捕获一部分个体，做上标记后再放回原来的环境，经过一段时间后进行重捕，根据重捕到的动物中标记个体数占总个体数的比例，来估算种群密度。例如，在对某种鼠的调查中，调查范围为1hm2，第一次捕获并标记39只鼠，第二次捕获34只鼠，其中有标记鼠15只，这样就可以估算出这种鼠的种群密度为393415=88.4只/hm2。种群密度反映了种群在一定时期的数量，但