人类活动与生态系统的健康

第6章人类活动与生态系统的健康

一、本章教材结构

二、本章教材分析

1.本章教材的主线

本章教材的编写是依据《上海市高中科学课程标准（征求意见稿）》“人与自然”主题的要求，主要选择与上海生态环境联系十分紧密的上海九段沙湿地和苏州河水体污染及其治理的两个实例，以“生态系统的健康”为主线，分析生态系统的形成和发育、能量流动和物质循环的规律，人类活动引起生态系统退化和健康状态恶化的规律，以及人类对受损生态系统进行恢复和重建的规律，使学生认识到生态系统有自身发展的规律，人类活动不能违背这些规律，以及人类在认识这些规律的基础上是有能力使受损的生态系统恢复和重建的，人类是能够与生态系统协调、和谐发展的。

2.本章的核心知识和重点、难点

本章的核心知识主要有以下几方面：

(1)以九段沙湿地为例，认识生态系统形成和发育的规律：它的形成需要一定的条件(重点)，发育成熟的生态系统生物多样性高，功能健全；与非生命系统一样，生态系统是一个开放的系统。生态系统，特别是湿地生态系统，有十分重要的生态价值(难点)，人类必须保护它们。

(2)与非生命系统一样，生态系统能量流动中总能量变化是守恒的(重点和难点)。但是，由于生态系统具有生物组织结构，在系统中能量的存储量是大于耗散量的，是与非生命系统不同的(重点和难点)。

(3)在生态系统中，物质的生物循环和非生物循环同时存在，并且存在着有限的自我负反馈调节(难点)。

(4)生态系统健康状态的宏观判断标准。

(5)生态系统退化的表现，实质是能量流动、物质循环和信息传递受阻(重点和难点)，其原因在很大程度上是人类的不合理活动(重点)。

(6)退化的生态系统的恢复，大多在消除人类活动的干扰后可以自然进行。

(7)严重受阻的生态系统，除消除干扰外，还需采用综合人工措施，即进行生态重建。就苏州河生态系统重建而言，除消除有机物的污染外，需增加水体溶解氧的含量(重点和难点)，还需要全体上海市市民人人参与和保护。苏州河生态系统重建的初步成功，说明人类是能够使受损的生态系统进行重建的，人类和自然是能够协调、和谐发展的(重点)。

三、本章教学目标

1.知道生态系统形成和发育的条件以及它的生态价值，自觉保护生态系统。

2.理解生态系统与非生命系统一样，是开放的系统。

3.知道生态系统的能量变化与非生命系统一样，能量是守恒的；其特点是输入的能量中，存储量大于耗散量。

4.知道在生态系统中同时存在物质的生物循环和非生物循环；负反馈能有限地调节生态系统中的物质循环，并自觉规范自己的行为。

5.知道生态系统退化的表现和实质，及其恢复健康的途径，以及认识人类的活动要尊重自然规律的重要性。

6.知道苏州河生态系统严重破坏的原因及其重建措施的生态意义。

7.从苏州河生态系统重建初步成功实例，认识人类和自然能够协调、和谐发展的。

五、各节教材分析和教学要求

第1节九段沙湿地生态系统的形成和发育

(一)教学目标

1.知道生态系统形成和发育的条件。

2.知道成熟的生态系统的特点。

3.知道湿地生态系统的重要生态价值，培养正确的价值观，自觉爱护周围的生态系统。

4.理解生态系统和非生命系统一样，是一种开放的系统。

(二)教材分析和教学建议

本节教材首先复习了《生命科学》课程中有关生态系统的知识，指出生态系统的核心是生物，随着地球上生命的出现和进化，以及人类社会的形成和发展，出现了各种类型的生态系统。当地球上出现新的地质、气候等变化时，又可能形成新的生态系统。

由于九段沙湿地生态系统是在20世纪70年代以来，在基本上没有人类活动干扰的情况下形成的，而且它就在上海市长江口，对上海生态环境有益的作用很大，因此本节教材以它为实例，介绍生态系统形成和发育的知识。

本节教材中有关生态系统形成和发育的知识，是通过“九段沙湿地生态系统”的阅读材料介绍的。在教学中，建议教师先展示九段沙1916～1927、1972、1976年和1980年的4幅地图，说明由于地质变化在长江口形成一些涨潮时淹没，落潮时露出水面的湿地，然后提出以下问题组织学生重点阅读这个材料并参阅“上海的湿地生态系统”资料：①九段沙湿地为新的湿地生态系统形成提供了哪些必要条件?②九段沙湿地生态系统逐渐发育成熟有哪些表现?③九段沙湿地生态系统对上海的发展有哪些经济价值和生态价值?④为什么要保护好九段沙湿地生态系统?在学生阅读这个材料后，可组织学生讨论，最后由教师对这几个问题作归纳小结。

本节教材的另一个阅读材料是九段沙湿地生态系统是一个开放的系统。虽然生态系统在物质循环上是一个相对独立的系统，但是它并没有明显的边界。在阅读这个材料前，可向学生提出，九段沙湿地生态系统是一个具有一定独立性的系统，为什么它又是一个开放的系统?在学生阅读和交流、讨论之后，教师可运用图6.3进行归纳小结，得出任何一个生态系统都和非生命系统一样，是开放系统。

在本节教学中，在帮助学生提升观念上应注意几个问题：①九段沙湿地生态系统是在没有人为干扰下自然形成的，自然界的力量是很大的，我们要尊重自然规律；②生态系统与非生命系统一样，也是一个开放的系统；③九段沙湿地生态系统不仅有很大的经济价值，而且有巨大的生态价值，树立正确的价值观；④任何生态系统都具有很大的生态价值，保护生态系统人人有责，保护生态系统就是保护人类自己。

(三)阅读指导

1.九段沙湿地生态系统形成与发育

本阅读材料可以获取的知识信息有：①地质变化为该生态系统的形成提供了必要的条件，在这里核心的问题是为生物的生存、繁殖，形成种群、群落提供了条件，而长江江水流动和涨落潮，即湿地的条件加速了该生态系统的形成；②生态系统的形成是有一个过程的，特别是生物群落的演替，生物多样性增加，导致了生态系统的发育成熟；③该生态系统不仅具有很大的经济价值(如芦苇2002年的总量达15.84×10６kg，是造纸、建筑、中药芦根的重要原料)，而且具有很大的生态价值。

本阅读材料可以获取的提升观念和教育功能的信息有：①生态系统的形成和发育是有规律的，大自然的力量是巨大的，人类应遵循这些规律，尊重大自然；②生态系统有巨大的生态价值，树立正确的价值观；③生态系统，特别是湿地生态系统为人类的生存提供了不可代

替的良好环境，保护生态系统就是保护人类自己，保护生态系统人人有责。

2.九段沙湿地生态系统是一个开放的系统

本阅读材料可以获取的知识信息有：①该生态系统不断与外界发生能量、物质和信息的交流，特别长江江水东流和潮水涨、落加速了这种交流；②水流和该生态系统的地理位置(我国东海岸中部，候鸟和旅鸟必经之地)，为生物的迁入与迁出提供了条件。

本阅读材料可以获取的提升观念的信息：与非生命系统一样，生态系统也是一个开放的系统。

(四)教学参考资料

1.湿地

湿地是涨水时淹没、落水时露出水面的土地。在没有人为干扰的情况下，生物种群、群落的形成，生物多样性形成条件好，形成快，湿地生态系统形成快，生态效益高。上海市的湿地面积高达3197.14km2，占上海市总面积的40.8%。

2.九段沙湿地

九段沙湿地位于长江口，东西长18km，南北宽13km，东向东海，西接长江，气候湿和湿润、雨量充沛、日照充足，四季分明，有利于植物的生长。

九段沙具有河流和潮夕双重作用的特征。长江江水平均沙量为0.518kg/m3。九段沙平均潮差为2.67m。九段沙沉积的泥沙以细颗粒为主，上层为粉砂质黏土，中层为粉沙，下层为砂质粉沙。

九段沙湿地生态系统形成只有二、三十年，是在基本没有人为干扰的情况下形成的，是我国少有的原生湿地生态系统。为保护该生态系统，1999年上海市政府成立了地方级自然保护区，2005年成立国家级自然保护区。

3.海三棱藨草

海三棱藨草(Scirpus mariqueter)属单子叶植物莎草科藨草属，1961年首次发表，是我国特有的植物。海三棱藨草是多年生草本植物，株高20～60cm，叶三棱形，光滑，具须根，有细长的匍匐茎和球茎。海三棱藨草的营养器官具有水生植物的一些特征，又具有某些旱生植物的特征，不怕水淹和日晒。

海三棱藨草主要通过根状茎顶端形成的球茎进行无性繁殖。有性繁殖依靠种子，种子萌发时最先突破种皮的是胚芽而不是胚根，萌发的种子可在滩涂上漂浮到更远的地方。

由于海三棱藨草适应滩涂生长，是九段沙湿地的先锋植物，形成以它为主的群落后，再演替成以芦苇为主的群落。海三棱藨草的大片生长能促进泥沙淤泥成陆。

在九段沙，海三棱藨草为主的群落的面积达25.91km2，是九段沙面积最大的植物。海三棱藨草的坚果和球茎是鸟类的重要食物，它能招引鸟类。

4.芦苇

芦苇属禾本科芦苇属的多年生植物，株高1～3m，植株分根、根状茎、茎、叶、花、种子六个部分：根为大型须根系；根状茎(俗称芦根)在泥中横向生长；茎直立，高1～3m；叶披针形；秋季开花结果。

芦苇以根状茎进行无性繁殖，也进行有性繁殖。芦苇生长在浅水区，耐寒。九段沙以芦苇为主的群落面积9.10km2，地上部分的总生物量高达15.84×106kg，是九段沙生物量最高的一种植物，常由海三棱藨草群落演替而来。

在芦苇丛中，生活着大量浮游生物、底栖动物和昆虫，能为鸟类提供食物、栖息、筑巢、繁育后代的场所，能招引鸟类等动物，还能调节气候、保持水土、净化水质。

5.九段沙的鸟类

九段沙的鸟类有113种，其中湿地鸟类有70种，远远高于其他湿地。

九段沙的鸟类以旅鸟和冬候鸟为主，其中旅鸟最多。在旅鸟中又以形目最多，如环颈、黑腹滨鹬等，其他旅鸟还有大白鹭、白腹鸫等。冬候鸟以雁形目最多，如绿翅鸭、斑嘴鸭、绿头鸭、小天鹅等。

九段沙的鸟类数量较多，这与它的地理位置有关，在1996年曾观察记录到旅鸟16万只。

6.九段沙的水生哺乳动物

在九段沙湿地及其临近水域曾观察记录过水生哺乳动物14种，如长须鲸、抹香鲸、中华白海豚、江豚、白暨豚、斑海豹等。

7.九段沙的经济、社会和生态价值

生态价值是根据国际通常的估算法计算而成，它是指某生态系统服务功能所产生的价值。生态价值能为改善区域生态环境产生很大的影响。

九段沙湿地生态系统有很高的生态价值，它在维系上海市乃至整个长江口生态系统稳定性上起着巨大的作用，这也是我们要在这里设立国家级自然保护区，保护它保持其原生状态的原因。

8.候鸟和旅鸟

候鸟是指随季节不同作定时迁徙而变更栖息地区的鸟类。如在九段沙的小天鹅春季飞往黑龙江札龙繁殖，秋冬飞回九段沙越冬，它在九段沙就属于冬候鸟。

旅鸟是指在南迁北徙途中经过某地区的鸟类。例如环颈，夏季在东北和西伯利亚繁殖，秋季从北方飞往澳大利亚越冬，经过九段沙短暂停留，在九段沙就属于旅鸟。

(五)“思考与讨论”的参考答案

1.从九段沙湿地生态系统形成的例子中，你认为一个新的生态系统的出现需要什么条件?九段沙湿地生态系统的形成和发育对我们兴建人工绿地或人工森林有什么启示?

新的生态系统形成的条件是：①出现新的地质、气候等变化；②新的变化适合多种生物的生存和繁殖；③具有生物迁入和迁出的通道；④没有自然或人为的强烈干扰。

对兴建工人绿地或人工森林的启示是：①环境要适合多种生物的生存和繁殖；②引入的生物种类要多，具有生物多样性，并能为生物的迁入提供条件；③尽量减少人为的干扰。

2.为什么说九段沙湿地生态系统是一个开放的生态系统?我们周围的人工绿地是开放系统吗?为什么?

九段沙湿地生态系统虽然具有相对的独立性，但它是一个开放的系统，这是因为该生态系统并没有一个明显的边界，能量和物质可以进入和离开这个系统，生物可以迁入和迁出这个系统。

我们周围的绿地也是一个开放的系统，这是因为它也没有明显的边界，能量、物质和生物都可以进入和离开。

第2节生态系统的能量流动

(一)教学目标

1.知道生态系统能量流动的特点。

2.知道生态系统与非生命系统一样，总能量变化是守恒的。

3.知道生态系统与非生命系统不同，它具有生物组织结构，储存的能量大于耗散的能量。

4.会用生态系统能量流动的规律，初步解释森林乱砍乱伐、草原过度放牧、农田掠夺式耕作等人类不合理活动对生态系统造成的损害。

(二)教材分析和教学建议

本节教材首先提供了一个美国塞达波格湖生态系统能量流动定量分析的资料，帮助学生回顾和复习以前学习过的生态系统能量流动的知识。

图6.4数据具体、图像直观，有利于学生理解生态系统能量流动的特点。但是，本图涉及的概念较多，如食物链、营养级、化学能等，要帮助学生复习一下。在这里，特别重要的是要学会理解任何物质及其形式，包括光、植物体、动物体都含有能量，第一营养级植物通过光合作用将光能转化成化学能，并储存在植物体中；第二营养级的草食动物取食植物，就把化学能从植物流动到草食动物体内。这些概念清楚了，生态系统能量流动的特点就很容易从图6.4总结出来。

本节教材教学的重点和难点是组织学生阅读教材中的两个阅读材料，从而知道生态系统中的能量变化与非生命系统有什么相同和不同，也就是在这一点上帮助学生提升科学观念。

第一个阅读材料是要知道，与非生命系统一样，生态系统中的能量变化是守恒的。在本教材第三章中学生已经知道，在非生命系统中，能的形式可以发生转化，但能的总量保持不变，总能量等于系统储存的能量与耗散的能量之和。在生态系统中的情况又是怎样呢?本阅读材料提供了一组数据，在教学中帮助学生计算，就可以使学生知道在生态系统中，总能量也是等于存储的能量与耗散的能量之和的。在学生阅读前，要使学生先知道，总生产力(能量输入量)p g、净初级生产力(能量存储量)p n和呼吸作用耗散的能量R的含义，并用关系式p g=p n+R计算阅读材料中的数据，即764.4×103J=508.2×103J+256.2×103J,从而得出在生态系统中总能量变化也是守恒的概念。实际上，图6.4中的数据也同样可计算出上述结果，如第一营养级p g=464.7×104J,p n=62.8×104J,R=96.3×104J+293.1×104J+12.5×104J,p g也是等于p n和R之和。总之，这个“阅读”要学生通过阅读和计算得出在生态系统也是能量守恒这个概念。

第二个阅读材料是要知道生态系统与非生命系统不同之处。在非生命系统中，总能量是单方向耗散，熵增加的，而在生态系统中，生物组织通过生长存储了许多能量于组织中，而且存储的能量大于耗散的能量，从而保持低熵状态，因此生态系统比非生命系统要稳定。在教学中，可以先提出生态系统与非生命系统在能量变化上有什么不同的问题，同时建议学生还可以利用上一个阅读材料中的数据。在这个问题解决后，还可以组织学生讨论一、两个人类不合理活动对生态系统能量流动影响的问题。

(三)阅读指导

1.生态系统中总能量守恒

本阅读材料可以获取的知识信息：①1m2绿色植物的能量输入(p g)、能量存储(p n)和能量耗散(R)；②用关系式p g=p n+R计算，得出生态系统的能量变化，总能量是守恒的。

本阅读材料可以获取的提升科学观念的信息：与非生命系统一样，生态系统的能量变化

符合能量守恒定律。

2.生态系统中的能量存储与耗散

本阅读材料可以获取的知识信息：①在生态系统中，能量的存储量大于耗散量；②人类的不合理活动降低生态系统能量的存储量，使能量流动失衡。

本阅读材料可以获取的提升观念和教育功能的信息：①与非生命系统不同，生态系统能量的存储量大于耗散量，系统的稳定性好；②认识人类的不合理活动降低生态系统的稳定性，从而自觉地保护好人类赖以生存的生态系统。

(四)教学参与资料

1.绿色植物的总生产力和净初级生产力

在植物初级生产中，植物固定的能量有一部分被自身的呼吸作用消耗掉，剩下的可用于植物生长和生殖，这部分生产量称为净初级生产力(或称为净初级生产量)。净初级生产力相当于能量存储量，即p n。

总生产力(总生产量)是净初级生产力和呼吸作用耗散的能量之和，它相当于能量的输入量，即p g。

在p g=p n+R关系式中，R相当于能量输出，实际上除呼吸作用消耗外，还包括生物以热的形式耗散的能量和无法利用的能量。

地球上各种类型的生态系统，其p g、p n和R的量是不同的。例如p n热带雨林和湿地较高，湖泊、海洋较低。

2.生态系统的稳定性

生态系统的稳定性是指生态系统保持和恢复自身结构和功能相对稳定的能力，它包括抵抗外界干扰的抵抗力稳定性和受损后的恢复力稳定性。

在健康成熟的生态系统中，能量存储量大于耗散量，表明它的结构完整、功能较强，具有较大的抵抗力稳定性和恢复力稳定性，因此整个生态系统稳定性好。

当生态系统受到自然或人为的干扰，特别是乱砍乱伐、过度放牧、掠夺式耕作等强烈干扰时，它的结构和功能都会受到很大的影响，尤其是能量存储量下降，耗散量增加，使系统的能量流动失衡，从而导致生态系统稳定性下降，甚至退化和破坏。

(五)“思考与讨论”的参考答案

1.从塞达波格湖生态系统能量流动情况，可以看出生态系统的能量流动有什么特点?与非生命系统的能量变化有何异同?

生态系统能量流动的特点是：①以食物链为载体，主要以化学能的形式从一个营养级传递到下一个营养级；②能量流动是单方向的；③随着能量流动，可利用的能量是各营养级逐级减少的；④每个营养级的能量都有输入、存储和耗散。

非生命系统中的能量移动有时也能逐级传递，流动的方向也是单方向的，可利用的能量也是逐级减少的，直至与环境相同，但生态系统能将能量储存在生物体中，因此比它的环境保持更高的能量水平。

2.生态系统的能量流动中，能量有存储也有耗散，其规律与非生命系统有什么相同和不同之处?生态系统能保持稳定状态与生物具有组织结构有什么关系?

非生命系统也有能量存储，例如石油、煤中存储有能量，但它们存储的能量经过燃烧基本被耗散了。而在生态系统中，生物获得的能量很多是以有机物的形式(化学能的形式)储存在生物组织中，而且能量的存储量大于耗散量。生态系统通过生物组织存储能量，能使系统保持高度有序状态，从而使生态系统稳定性增加。

第3节生态系统的物质循环

(一)教学目标

1.知道在生态系统中同时存在物质的生物循环和非生物循环，以及它们之间的联系和区别。

2.知道负反馈调节在生态系统物质循环中的作用。

3.知道应用生态系统自我调节有限性的规律，规范人类自身的活动。

(二)教材分析和教学建议

在自然界，许多物质都在循环的，生态系统也不例外。与非生命系统的比较，生态系统中的物质循环有什么特点呢?在本节教材的第一个阅读材料回答了这个问题。在教学中，教师可以先提出这个问题，并组织学生阅读。生态系统中，既存在物质的生物循环，又存在物质的非生物循环，这两个循环的连接点在物质的非生物库。

物质的生物循环又有什么特点呢?它的循环基本上是沿着食物链，即生产者→消费者→分解者。

本节教材的另一个阅读材料是分析生态系统是否能对其物质循环起调节作用?这种调节有什么功能?有多少大?在教学中，教师可以在先讲述什么是负反馈调节(难点)的基础上组织学生阅读，然后进行讨论。并在认识这种规律的基础上，要求学生联系实际，不要以为生态系统有自我调节作用而不注意规范个人的行为(如使用含磷洗衣粉)。

(三)阅读指导

1.生态系统的物质循环

本阅读材料可以获取的知识信息：①在生态系统中存在物质的生物循环和非生物循环，它们的连接点是物质的非生物库；②生态系统中物质的生物循环，是通过食物链：生产者、消费者和分解者；③物质的生物循环要进入非生物循环要经过分解者的“加工”，即分解作用；④有些物质的循环，既可通过生物循环，又可通过非生物循环。

本阅读材料可以获取的提升科学观念的信息：物质的生物循环是生态系统特有的。

(四)教学参考资料

1.物质的非生物库

物质的非生物库是指存在于非生命系统中的各种物质，如水、CO2、O2、NaCl、KH2PO4等，它们大多能被生物体吸收、利用。之所以讲它是一个“库”，是因为它们像一个仓库一样，生物体能从库中获取物质，生物体将有机物分解后，物质又可以进入这个库。

2.光合作用与CO2浓度

CO2是光合作用的原料，在光强、温度不变的情况下，光合作用的强度随着CO2浓度的升高而增大，但CO2浓度增加到一定值时，CO2浓度的升高并不能增强光合作用强度。

3.生物固氮

大气中，78%是氮气，但在自然界中只有根瘤菌等细菌、固氮蓝细菌(蓝藻)等原核生物能将游离氮还原成氨，它们每年大约可固定130×106t氮。固氮是依靠这些生物中的固氮酶的作用，在环境中氨态氮浓度低时固氮作用加强，浓度高时则减弱。

3.营养元素与水生生物的生长

蓝细菌、藻类等水生生物的生长、繁殖需要20多种元素，但以碳、氮、磷最为重要。由于碳(CO2)的来源恒定，变化不大，而氮、磷在水中含量一般较少，因此氮、磷在水中的含量高低往往限制水生生物的生长。由于氮的来源还可以从生物固氮获得，水体中蓝细菌、藻类等的生长更受磷含量的限制。因此，氮、磷，特别是磷的含量过高，会引起它们的大量

繁殖，消耗水体中这两种元素。

4.负反馈调节

生态系统的负反馈调节是指不利于生态系统稳定的作用增强时，生态系统会通过一系列生命活动来减弱这种作用的过程。例如，大气中CO2浓度上升，不利于生态系统，通过增强植物的光合作用，使大气中的CO2浓度下降；土壤中有效氮(氨)的缺乏，不利于生态系统，通过固氮微生物的固氮作用，使有效氮增加；水体中氮、磷等元素过多也对生态系统不利，通过蓝细菌、藻类等水生生物的加速繁殖，消耗水体中的氮、磷等元素，从而使它们的浓度降低。这些负反馈调节能使生态系统中的物质循环由不平衡趋向于平衡。由于这些作用是通过生态系统自身的作用，因此称为自我调节作用。但是，这种自我调节作用是有限的。例如，生态系统中绿色植物及其光合作用能力是有限，不可能将过高的CO2浓度降下来；水体中氮、磷等元素浓度过高，水生生物也不可能使它们的浓度降下来，而且蓝细菌、藻类的过度繁殖，还会出现水华和赤潮，大量占据水体空间，大量消耗水体中的氧气，甚至产生毒素，损伤生态系统。因此，人类的活动应充分认识这些规律，规范自己的行为。

(五)“思考与讨论”的参考答案

1.生态系统中的物质循环与非生命系统中的物质循环有什么区别和联系?

生态系统和非生命系统都存在物质循环。由于生态系统的组成包括生物组分和非生物组分，因此生态系统中同时存在物质的生物循环和非生物循环，而且与生态系统之外的物质非生物循环存在着密切联系，其联系点是物质的非生物库。

2.什么是生态系统的负反馈调节?为什么负反馈调节能使生态系统中物质循环由不平衡趋向平衡?

生态系统的负反馈调节是指不利于生态系统稳定的作用增强时，生态系统能通过一系列生命活动来减弱这种作用的过程。例如，生态系统中CO2和氮、磷等物质过多，其物质循环就会出现不平衡，生态系统通过增强光合作用和水生生物的加速繁殖，加速消耗一部分CO2和氮、磷，从而使物质循环趋向平衡。

第4节生态系统的退化与恢复

(一)教学目标

1.知道生态系统健康的宏观判断指标。

2.知道生态系统退化的表现和实质。

3.知道受损生态系统恢复健康的途径和过程。

4.从生态系统退化和恢复的规律和实例的分析，认识人类活动应尊重大自然、遵循自然规律的重要性。

(二)教材分析和教学建议

本节是本章的核心内容，包括生态系统健康、生态系统的退化和恢复等内容。

生态系统的健康是20世纪90年代以来，生态学提出的一个全新的概念。怎样判断生态系统是否健康，教材提出了一个宏观的判断标准，其内容涉及生态环境、生态系统的结构和功能以及生态问题三方面。教学中，建议联系周围的具体实例切入主题，师生一起从上述三个方面来宏观检查某个生态系统是否健康，从而判断它的健康状态，掌握这一部分内容。

生态系统的退化是生态系统健康恶化的过程。教材通过草原生态系统例子的阅读材料和凯巴伯森林生态系统退化的资料，来帮助学生学习生态系统退化的表现、实质和原因的知识。在教学中，建议教师在简单介绍草原生态系统和森林生态系统特点的基础上，提出上述问题

后组织阅读。在学生阅读后的小结中，紧紧抓住生态系统结构(生态环境、生物多样性、食物链)和功能(生产力)问题进行分析，这就自然引向生态系统退化的实质问题。至于生态系统退化的原因，可以让学生来讨论，并认识到生态系统退化在很大程度上是人类不合理的活动造成的。

受损生态系统的恢复，在阅读材料中用了两个实例，即两种类型生态系统恢复的例子。在这里，目的是要让学生认识受损生态系统是可以恢复健康的，而且在消除人类活动的干扰后，它是可以很快自然恢复的，大自然的力量是很强大的。这个阅读材料学生学习不困难，讨论也容易展开，但需要教师引导到提升观念上来。

(三)阅读指导

1.生态系统的退化

本阅读材料可以获取的知识信息有：①生态系统受到强烈的外部干扰可能发生退化；②草原生态系统退化的表现，其核心是生态系统结构和功能的受损；③生态系统退化的实质。

本阅读材料可以获取的提升科学观念和教育功能的信息有：①生态系统发生退化的原因主要是人类活动的干扰；②人类在发展经济的同时要兼顾生态系统的健康发展。

2.受损生态系统的恢复

本阅读材料可以获取的知识信息有：①受损的草原生态系统在消除干扰后可以很快自然恢复健康；②受损较重的生态系统在消除干扰，并采取适当的人工措施后，也可以恢复健康。

本阅读材料可以获取的提升观念和教育功能的信息有：①受损的生态系统在消除干扰后，能很快自然恢复健康，自然的力量是巨大的；②实施生态工程，使受损的生态系统恢复健康，是能促进人类社会、经济发展的，人类和自然是可以协调、和谐发展的。

(四)教学参考资料

1.草原生态系统

草原生态系统是内陆干旱到半湿润气候条件的产物，以旱生多年生禾本科草占绝对优势，还有少量其他草和半灌木。草原生态系统的食物链相对较简单，第一级消费者(食草动物)多为鼠、蝗虫、黄羊、野马、野骆驼等；第二级消费者(食肉动物)多为鹰、地鸨、游蛇、黄鼠狼等；分解者在土壤中(土壤微生物)数量很高。

草原生态系统的初级生产力，因条件不同变动很大。在生物量中，地下部分比地上部分大。

草原生态系统的抵抗力稳定性较差，容易发生退化；但是它的恢复力稳定性较好，受损的生态系统一旦消除干扰很快可以自然恢复。放牧的草原生态系统退化的最大干扰因素是过度放牧，退化的草原生态系统一旦禁牧，很快可以恢复健康。在牧区，牧民将草原划成若干个大片，轮流放牧与禁牧，是防止草原生态系统退化的好措施。

2.森林生态系统

森林生态系统占优势的生物是树木，还有许多森林动物和微生物。森林生态系统初级生产力高，食物链长，食物网复杂，抵抗力稳定性较好，不容易发生退化，但一旦发生退化，恢复健康较难、较慢。

森林生态系统要维持正常，食草动物和食肉动物保持合理的平衡很重要，一旦食肉动物剧烈减少或消失，草食动物会猛增，常常由此导致森林生态系统的退化和破坏。

3.生态恢复

生态恢复是指受损的生态系统恢复到接近原来状态的过程，是目前生态学研究的热点之

一。实践证明，生态恢复是能够达到的。

(五)“思考与讨论”的参考答案

1.什么是生态系统的退化?生态系统的退化有哪些表现?从物质和能量的角度分析，生态系统退化的实质是什么?

生态系统的退化是指生态系统健康状态的恶化，主要表现在生态环境恶化，生物多样性下降、食物链缩短、食物网简单化等生态系统结构的受损，以及生态系统初级生产力的下降等方面。从物质和能量角度分析，生态系统退化的实质是生态系统中的物质循环、能量流动和信息传递受阻。

2.什么是生态恢复?草原生态恢复和北大河小流域生态恢复有什么异同?

生态恢复是指受损的生态系统恢复到接近原来状态的过程。草原生态恢复和北大河小流域生态恢复主要都是依靠消除干扰，进行自然恢复，但后者由于受损较重，还需要采取人工措施。

第5节苏州河生态系统的重建

(一)教学目标

1.知道苏州河污染主要是有机物含量过高。

2.知道苏州河生态系统严重破坏的主要原因。

3.知道苏州河各种整治工程的生态学意义及在生态系统重建中的作用。

4.知道苏州河生态重建的初步成功在人与自然的关系上给我们带来的启示。

(二)教材分析和教学建议

本节教材是以苏州河生态系统的破坏和重建为例来说明严重受损的生态系统重建的规律。

对于一个严重受损的生态系统重建来说，首先要找到它受损和破坏的原因，然后有针对性地采取综合措施来重建。

本节的阅读材料分析了苏州河污染的表现，以及污染导致苏州河生态系统崩溃的关键生态因素。教学中，建议先介绍一下苏州河的地理位置、污染前的情况，以及治理前有机物污染测定用的几个指标(DO、COD、BOD、氨态氮、总磷)，然后提出一些问题，让学生阅读，例如为什么治理前的苏州河水体溶解氧含量那么低?为会么会发生黑臭?主要是什么生态因素引起生态系统的崩溃?要使苏州河生态系统重建，关键要抓什么?然后组织学生讨论其中的一、二个主要的问题，要引导学生用科学术语分析问题。

本节还详细介绍了苏州河生态系统重建的许多生态工程。在教学中，建议分析表6.3各项工程的生态功能，使学生从科学角度认识这些工程在生态重建中的作用。例如表中第1～7项是消除干扰(让有机物不进入河流)，第8～9项是增加水体溶解氧含量。苏州河生态系统重建取得初步成功，关键是抓住了增加水体溶解氧含量目标的。这些问题可以采取师生互动的方式讨论。

苏州河治理一期工程完成后，虽然水体溶解氧达到2mg/L左右，已达到国家V类地表水的标准，水体中少数生物已开始出现，但是水质尚不稳定，生物多样性很低，DO尚未达到3mg/L以上，生态系统的结构和功能都尚未恢复。因此，2004年至2005年实施二期工程解决这些问题。实际上，生态系统的重建需要一个时间较长的过程，除政府实施重大工程外，还需要全体市民的参与、爱护，从小事做起。例如，不向苏州河丢垃圾，不使用含磷洗衣粉(有的家庭洗衣废水排入非处理水总管)等。在教学中，建议组织学生讨论这些问题，以培养

学生的参与意识和保护意识。

苏州河生态系统重建为什么会引起国际社会的关注和赞扬，建议在教学中引导学生讨论这个问题，并通过这个问题的讨论，认识人与自然协调、和谐发展的必要性和可行性。面对全球生态危机的问题，有的人将经济发展和保护生态环境对立起来，有的人缺少信心。苏州河生态系统重建的初步成功，说明了经济发展和生态系统的健康发展是可以统一的，对严重受损的生态系统的重建人类是办得到的，人与自然的协调、和谐发展是可以做得到的。

上海市政府已建立了“苏州展示中心”，建议利用双休日时间组织学生参观。

(四)教学参考资料

1.苏州河

苏州河古称松江，北宋年间开始称为吴淞江，1916年以后将吴淞江市区段称为苏州河，1949年以后苏州河成为全河的通称。它起源于江苏太湖瓜泾口，向东经昆山等市，于青浦区流入上海市境内，全长125km，在上海境内长53.1km。

苏州河在历史上是太湖排水入海的主要通道，后因河道变窄，成为黄浦江的一条支流。苏州路沿途地势平坦，弯道多，流速慢，在上海市境内流速只有6m3/S。苏州河的水质原本清澈见底，水产种类繁多，松江鲈鱼曾久享盛名，1911年曾在恒丰路桥附近兴建上海第一座水厂闸北水厂。但是，从1920年起，随着城市扩大，两岸建设化工、印染、棉纺、造纸、制革、食品、制药等工厂，两岸居民猛增至300万，水质污染日益严重，至1956年起市区段已全部终年黑臭。用于判断有机物污染的COD、BOD、DO、氨态氮等指标都劣于国家V 类地面水标准，河内生物基本绝迹，生态系统几乎崩溃。

2.COD(化学需氧量)

COD指水体中被氧化的物质(主要为有机物)在规定的条件下，进行化学氧化所消耗的氧化剂的量。它的值越高，表示有机物越多，消耗水体中的氧气越多。测定COD的方法有KMnO4法和K2CrO7法，后面的一个方法常用于测定污染较严重的水样，报告时用“COD Cr”标明。

3.BOD(生化需氧量)

BOD是指水体中微生物分解有机物消耗水体中溶解氧的量。有机物的分解通常分两个阶段，第一阶段转化为氨、CO2和水，第二阶段氨转化为硝酸盐和亚硝酸盐。BOD一般是指第一阶段生化反应的耗氧量。在实际测定中，常采用在20℃条件下，经5天培养后测得的BOD，称为五日生化需氧量，并以BOD5标示。BOD5大于3～4mg/L，表示受到有机物污染，皮革、造纸工业废水的BOD5常大于1000mg/L，甚至高达20000mg/L。

4.DO(溶解氧)

DO是指溶解于水的氧含量，是水质好坏的重要指标。在水体严重遭受有机物污染时，DO值接近0mg/L。

5.硫化物

水体在DO＜1mg/L时，水体处于厌氧条件，有机物被分解成硫化氢、氨等气体，硫化氢与水中的重金属发生化学反应，如：

H2S+Fe2+→FeS(硫化亚铁)+H2

H2S+Mn2+→MnS(硫化猛)+H2

由于H2S具有腐臭气味，FeS和MnS不溶于水，呈黑色颗粒状，因此严重遭受有机物污染的水体又黑又臭。

6.生态系统的自净能力

对于健康的河流生态系统来说，它具有良好的水质(特别是DO值高)，水体中生长许多水生植物、水生动物和微生物，它们构成复杂的食物链和食物网，生物多样性高，尤其是沿岸有湿地植物和湿地动物的生活。在这种生态系统中，物质循环、能量流动和信息传递畅通。当受到轻微的外部干扰，如少量无机物(或有机物)的排放，生态系统能通过负反馈调节分解或消耗它们，从而净化水体。由于这种净化作用是生态系统自身完成的，因此称为自净。健康的生态系统具有一定的自净能力。

8.苏州河展示中心

苏州河展示中心位于宜昌路(江宁路桥附近)的梦清园，是利用上海啤酒厂老厂房改建的，展示了苏州河的过去、现在和将来。

(五)“思考与讨论”的参考答案

1.从苏州河污染实例，你能看出造成水体污染的主要原因是什么?水体污染会对生态系统造成什么影响?其起作用的决定性生态因素是什么?

苏州河原来是一条河水清澈、生物多样性高的河流，由于人类活动大量排放以有机物为主的污染物，使水体BOD和COD大幅度增加，DO下降到＜1mg/L，水体处于厌氧状态，还原性物质大量产生，导致氨、FeS、MnS等黑臭物质产生，好氧型生物绝迹，河流生态系统几乎崩溃。在这个过程中，起决定性作用的生态因素是水体溶解氧含量。

2.苏州河是通过哪些关键措施实施初步生态重建的?你认为还需要通过哪些治理措施来进一步实现生态重建?

从苏州河环境综合整治一期工程来看，所采取的关键措施包括两类：①减少有机物污染物；②增加水体溶解氧含量。但是一期工程后，仍发现下雨后河水变黑，主要是下雨后的地面水仍排放进苏州河，苏州河溶解氧含量仍然未达到3mg/L以上，生物多样性仍很低，需要建立生物通道，而且生物多样性增加不是短期内能达到的，因此需要进一步采取综合措施来解决。

六、本章参考书目和相关网址

1.李博。《生态学》。高等教育出版社，北京，2000年

2.陈家宽。《上海九段沙湿地自然保护区科学考察集》。科学出版社，北京，2003年

3.任海、彭少麟。《恢复生态学导论》。科学出版社，北京，2001年

4.许世远等。《苏州河底泥污染与整治》。科学出版社，北京，2003年

5.王麟生等。《环境化学导论》。华东师范大学出版社，上海，2001年

6.https://www.360docs.net/doc/ae13529916.html,./.~biol/102/102.html

7.https://www.360docs.net/doc/ae13529916.html,/journal/vo11/issi/art3/index.html

8.https://www.360docs.net/doc/ae13529916.html,/cgi/content/full/277/5325/500