了解生物圈(一)

官方生物老师·15 页·进阶(有基础,想深入原理)·0 次浏览·4 天前
生物圈生态系统物质循环

了解生物圈(一)

从阳光到深海,搞清楚生命到底住在地球的哪一层

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生物圈生态系统物质循环

了解生物圈(一)

从阳光到深海,搞清楚生命到底住在地球的哪一层

1第 1 页 · 了解生物圈(一)

科学探究的一般过程

上页我们看到生物圈是最大的生态系统——但科学家当年是怎么一步步把它'剥'出来的?今天就拆解这套方法。

提出问题
从观察现象出发,问一个可以探究的问题
作出假设
对问题的答案作出可检验的推测
制定计划
设计实验或调查方案,列出变量与对照
得出结论
分析数据,判断假设是否成立
表达交流
撰写报告,与他人讨论与复现
侦探破案对应 →科学探究

线索→假设、调查→实验、破案→结论

2第 2 页 · 科学探究的一般过程

控制变量(设置对照)

上页走完了科学探究的一般过程,知道『要做实验』。可真动手时问题来了——影响因素往往不止一个,怎么确认是『这一个』起了作用?这就要『控制变量』。

单一变量原则
每组实验只改变一个要研究的因素,其余条件保持相同
对照组与实验组
对照组不做处理,实验组施加要研究的处理,形成对比
无关变量相同
可能影响结果的其他条件全部保持一致
炒两道菜对比咸淡对应 →控制变量实验

想测盐的作用,两道菜其他食材火候全一样,唯一区别是加不加盐

3第 3 页 · 控制变量(设置对照)

重复测量与统计求平均

上一节我们用控制变量让对比公平,但即便条件一样,单次量到的数也可能差——今天这盆水 30.2℃,明天变 29.8℃,到底哪个代表真实情况?

重复测量
同一对象、同样条件下测多次,降低偶然因素的干扰
随机误差
方向和大小不可预知的波动,单次测量无法回避
求平均
多次测量值的算术均值,作为真实值的最佳估计
应用场景
测多棵树胸径、多个样方物种数,代表种群或群落的整体水平
多次称同一袋米对应 →重复测量与求平均

每次秤有微小跳动,多称几次取平均更接近真实重量

xˉ=x1+x2++xnn\bar{x} = \dfrac{x_1 + x_2 + \cdots + x_n}{n}
4第 4 页 · 重复测量与统计求平均

环境(生物的生活环境)

你养过金鱼吗?鱼缸里的水、氧气、温度、喂它的饲料——这些围绕在金鱼身边的东西,就构成了它生存的环境。其实任何生物都不能脱离环境而存在。

环境定义
生物周围直接或间接影响其生存的一切事物的总和
非生物因素
阳光、空气、水、温度、土壤等无生命物质与条件
生物因素
周围的其他生物——同种个体或不同物种
环境的作用
为生物生存提供物质、能量和空间
金鱼的家(鱼缸)对应 →生物的环境

鱼缸要配齐水、氧气、温度、食物——对应环境要配齐非生物因素和生物因素,缺一项生物就活不好

5第 5 页 · 环境(生物的生活环境)

生态因素

上一节我们说到环境是'生物生活的家',那么这个家里面,到底是哪些东西在影响生物?这就要请出今天的主角——生态因素。

定义
环境中影响生物生活和分布的因素,叫生态因素
非生物因素
光、温度、水、空气、土壤等物理化学条件
种内关系
同种生物个体之间的互助或斗争
种间关系
不同种生物间的竞争、捕食、寄生、共生
养一盆花对应 →生态因素

光温水气决定花能不能活;虫子和旁边的花决定它活得好不好

6第 6 页 · 生态因素

非生物因素

上页我们把生态因素拆成两大类——生物之间的关系是一类,另一类就是今天的主角:环境中那些没有生命、却深刻塑造生物的因素。

定义
环境中影响生物生活、但本身不具生命的因素
主要类型
阳光、温度、空气、水分、土壤的理化性质等
作用方式
直接或间接影响生物的生长、分布、行为和繁殖
典型应用
光照→光合作用;温度→物种分布;水分→群落构成
房子的硬件设施对应 →非生物因素

采光、温度、水、空气等硬件决定住得舒不舒服,非生物因素决定生物能否生存繁衍

7第 7 页 · 非生物因素

生物因素

想象你是一株小草,头顶有阳光洒落、脚下有雨水滋润——这是上一页讲的非生物因素。但旁边还有一株野花跟你抢阳光,再远点有只兔子盯着你准备下嘴。这些「活物」对你的影响,就属于生物因素。

生物因素
环境中影响某种生物生活的其他生物,主体是「活的」
种内关系
同种生物之间:种内互助(如蜂群)或种内斗争(如争偶)
种间关系
不同物种间:互利共生、寄生、竞争、捕食
与无机因素区别
随种群数量变化而波动,活物死了影响就消失
宿舍里的人际关系对应 →生物因素

室友(同种)有互助也有争抢;隔壁班同学(异种)可能是朋友也可能是对手——都直接影响你的生活

8第 8 页 · 生物因素

对照实验

对照实验:定义、要点与典型应用

对照实验
对照实验:定义、要点与典型应用
9第 9 页 · 对照实验

变量(实验变量)

上一节我们做对照实验时反复强调:一次只让一个条件变。那个被'动'的条件其实有更正式的名字——变量。它不是孤立的一个东西,而是有内部分工的。

变量
实验中可被改变、且其改变会影响结果的因素。
自变量
实验者主动操纵改变的量,是'因'。
因变量
随自变量变化而被测量记录的量,是'果'。
无关变量
其他可能影响结果的条件,需保持相同以排除干扰。
烧菜对应 →三类变量

盐量=自变量(你调的);咸度=因变量(你尝的);火候时间=无关变量(必须一样)

10第 10 页 · 变量(实验变量)

生物与环境的相互作用

前页我们谈了生态因素——非生物因素和生物因素。但生物和环境不是单向作用,而是互相塑造的。今天聚焦这一对「相互作用」。

环境影响生物
光、水、温度等条件决定生物能否生存繁衍
生物影响环境
蚯蚓松土、植物固沙都在改造生存条件
作用是相互的
不存在单方面主导,影响同时发生
趋向动态平衡
长期作用下,作用与反作用趋于稳定
跳舞的两个人对应 →生物与环境的相互作用

两人互相牵引,谁都在影响对方,也在被对方影响

11第 11 页 · 生物与环境的相互作用

生态系统

你家鱼缸看着不起眼吧?鱼游着,藻类在光合作用,细菌在分解废物,阳光从窗户照进来——这一小方玻璃缸里,生物和环境已经拧成了一个能自我维持的整体。这就是生态系统。

定义
在一定空间内,生物与环境形成的统一整体
组成成分
非生物部分(阳光、空气、水)+ 生物部分(生产者、消费者、分解者)
大小可变
大到整片森林、整个地球,小到一滴水、一个花盆,都是生态系统
鱼缸对应 →生态系统

住户(生物)+ 房子(环境)+ 内部循环,三者齐全才是个完整系统

12第 12 页 · 生态系统

生态系统的组成

把一条鱼单独放在鱼缸里——几天后它就死了。可在长着水草、有微生物的池塘里,它却能活很久。鱼缺的不仅是氧气,而是一个完整的'生物社会'。

非生物部分
阳光、空气、水、温度、土壤等,为生命提供能量和物质基础
生产者
主要是绿色植物,通过光合作用制造有机物,是系统的'食物源头'
消费者
各种动物,直接或间接以植物为食,包括草食、肉食和杂食动物
分解者
细菌、真菌等,把动植物遗体和粪便分解成无机物归还环境
一家公司运转对应 →生态系统的组成

场地设备=非生物部分;生产部门=生产者;销售客户=消费者;保洁回收=分解者

13第 13 页 · 生态系统的组成

本节要点

  • 探究有路径:问题→假设→控变量→重复→结论
  • 对照实验只动一个变量,其余保持相同
  • 环境分非生物因素与生物因素,两类共同作用
  • 生物与环境互相塑造,是双向而非单向关系
  • 生态系统靠物质循环和能量流动连成整体
延伸主题:生物圈的范围与地位生态系统的类型食物链与食物网
14第 14 页 · 本节要点

课后思考

先自己想,再看提示——三个问题对应回顾、应用、迁移。

1为什么说生物与环境是一个整体,而不是生物"住"在环境里?

参考答案提示:想想"生物因素"那页——生物间会互相影响、依存,环境也会因生物活动改变,所以是双向互动而非单向居住。

2一个池塘的鱼突然大量死亡,可能涉及哪些因素?怎么用对照实验确认?

参考答案提示:水温/pH/溶氧是非生物因素,天敌/竞争是生物因素——两类都可能导致死亡,需用对照实验逐一验证。

3在沙漠里种树改善环境——这和"生物影响环境"原理一致吗?有什么边界?

参考答案提示:原理上一致,但"生物影响环境"有前提——沙漠缺水缺土,树要先活下来才能改造环境,这里存在循环。

15第 15 页 · 课后思考