【精品】高中生物 （人教大纲版）第二册 第九章人与生物圈 1生物圈的稳态(备课资料)VIP免费

●备课资料一、生物圈的概念1875年，奥地利地质学家修斯对生物圈这一名词做出了概念性的解释。他认为生物圈就是由地球上所有生物形成的特殊圈层，是生物的总和，是一个统一的整体，但是他并未明确指出作为生物生存环境的其他圈层也是生物圈的组成部分。20世纪20年代以后，维尔纳茨基明确指出生物圈是地球上所有存在生命的地带，包括一切生物体及其生存环境，其范围包括部分岩石圈、大气圈和全部水圈。20世纪后半期，生物圈的概念得到了广泛的应用，但在不同学者的著作中，生物圈的含义略有差别。有的学者认为地球上有生物分布和生物代谢产物分布的区域就是生物圈，这样大气圈的平流层虽然没有生物，但是有生物产生的氧气，也就属于生物圈的范围之内了。有的学者认为生物圈的范围包括所有生物群落及其生存环境，强调生物圈作为生态系统的功能特点，其范围比较窄，但是整体性特点比较突出。总之，关于生物圈的概念，有以下几点是大家公认的：第一，地球上凡是有生物分布的区域都属于生物圈的范围。第二，生物圈是由生物和非生物环境组成的具有一定结构和功能的统一整体，是高度复杂而有序的系统，而不是松散无序的集合体。第三，生物圈是地球上最大的多层次的生态系统，其结构和功能是不断变化的，并且不断趋向于相对稳定的状态。二、研究生物圈的方法生物圈作为一个范围广阔、变量众多、无比复杂的系统，对它的研究除了要采用生态学和地球科学的研究方法外，还要采用模拟方法和系统科学的方法。1.定位观测和全球监测系统定位观测是指选定一些生物群落或地段，建立观测站，系统测量它的能量流和物质流，测定光合作用速率、有机物分解率，计算各营养级的生物量和生产力，记录群落的物种构成和种群动态。这种观测能够积累起各种生态系统的定量数据，为生物圈整体能量流和物质流的测算提供基础。“人与生物圈”（MAB）计划的实施，使这种定位研究达到了全球规模。与地面上的定位观测相结合，科学家们还建立起对大气、海洋、地壳、地貌和植被进行监测的全球监测系统，从整体上来研究生物圈各个圈层动态，了解人类活动对生物圈的影响。这主要是通过各种观测卫星来进行的。通过定位观测和全球监测系统可以收集到关于生物圈动态的大量数据，在此基础上，再运用生态学规律和系统科学的观念和方法进行综合，就能对生物圈的结构、功能、自动调节机制，稳态反应阈限等做出理论概括和系统描述，对人与生物圈关系提出新的观点。这是生物圈科学研究的主要方法，也是生物圈研究的主要方向。2.对生物圈过程的数学模拟随着系统生物学的理论体系趋于完善，系统工程学、系统分析与数学模拟方法在生态学领域的应用取得了显著成果。1972年，联合国教科文组织召开了有关全球研究的学术讨论会，会上提出了对生物圈进行数学模拟研究的设想。会后前苏联科学院制定了建立生物圈的数学模型的研究计划。这项研究计划，从建立数学模型包含众多子模型系统，如气候模型，生物地球化学大循环模型等。每个子模型系统又包含大量的方程式、等式和不等式，其中的各种数据则来源于定位观测、全球监测系统等方面的资料。应当指出的是，对生物圈进行数学模拟，需要克服的困难还有很多。要把极为复杂的变化过程表达为有限的数学模型，必须要进行简化处理，而简化的程度与结果的精确度之间的关系却很难把握。另外，现在生物圈的内部还有许多不为人知的奥秘，人们在建立生物圈模型时遇到很多不确定因素，因而难以确定不同因素间的函数关系。三、生物圈稳态反应的表现生物圈在各个层次，各个方面都表现出稳态反应机制。例如，在整个生物圈范围内，各个物质储存库（如碳库、氮库、硫库等）的输出和输入都有保持动态平衡、抵消波动的趋势。当二氧化碳含量显著增加时，海洋吸收的二氧化碳会明显增加，生物吸收和沉积的碳酸钙也会增多，同时，绿色植物光合作用的效率提高，固定二氧化碳的能力会增强，使更多的二氧化碳转化为有机物，这样就使大气中的二氧化碳含量趋于恢复正常。再例如，气候的变化也存在许多反馈环节。当某个地区气温降低时，水蒸气会加速凝结，释放热量当气温上升时，则水分蒸发加剧，吸收一部分热量，从而缓冲气温...