师:同学们,今天我们一起来学习高二人教版生物学选择性必修2第二章群落的结构第二课时。本节课教学目标如下:一是举例说明群落的空间结构、群落的季节性及其影响因素,认同生物的生态位是生物进化和适应的结果,会随各种因素变化而变化,建立进化与适应观,培养社会责任;二是尝试运用取样调查的方法研究土壤小动物类群丰富度,提高科学思维和科学探究素养。
首先,我们来学习群落的空间结构。群落中各种种群分别占据不同空间,从而形成一定空间结构,这是群落空间结构形成的原因。群落的空间结构分为垂直结构和水平结构。在垂直方向上,大多数群落都有明显分层现象,比如森林自上而下有乔木层、灌木层、草本层;湖泊中的植物有挺水层、浮水层、沉水层。
那森林和湖泊中的植物为什么会分层呢?其实植物分层与对光的利用有关,不同植物适于在不同光照条件下生长,这种分层现象显著提高了群落利用阳光等环境资源的能力。除光照外,决定植物地上分层的环境因素还有温度等;决定植物地下分层的环境因素则是水分。
植物的分层影响了动物,所以动物在垂直方向上也有分层现象,原因是群落植物的垂直分层为动物创造了多种多样的栖息空间和食物条件。例如在森林里,鹰、黄鹂、杜鹃等常在林冠层活动,吃高大乔木的种子;山雀、啄木鸟、翁鹰等鸟类常在森林中层筑巢;画眉、八哥等则是典型的森林底层鸟类,吃地面上的苔藓和昆虫。
群落结构特征不仅表现在垂直方向,还表现在水平方向。在水平方向上,不同地段往往分布着不同种群,同一地段上种群密度也有差别,它们常常呈镶嵌分布。影响群落水平结构的因素包括地形变化、土壤湿度和盐碱度差异、光照强度不同、生物自身生长特点不同以及人与动物的影响等。
群落不仅有空间结构,在时间上还存在季节性,这是本节课第二个问题。由于阳光、温度和水分等随季节变化,群落的外貌和结构也会随之改变,这种变化往往呈季节交替,具有周期性。比如有些种类的植物在早春来临时开始萌发并迅速开花结实,到夏季生活周期结束;另一些种类的植物则在夏季到达生命活动高峰,导致群落春季和夏季的物种组成和空间结构发生改变。对动物而言,像大多数典型的草原鸟类和高鼻羚羊等有蹄类动物在冬季会向南方迁移到雪少、食物充足的地方生活;旱獭、仓鼠等啮齿类动物在冬天会休眠,有些动物在炎热的夏季也会进入夏眠。
第三个问题是生态位。什么是生态位呢?一个物种在群落中的地位或作用,包括所处空间位置、占用资源情况以及与其他物种的关系等,称为这个物种的生态位。如果要研究某种动物的生态位,通常要研究它的栖息地、食物、天敌以及与其他物种的关系;而研究某种植物的生态位,只需搞清楚它在某区域内的出现频率、种群密度、植株高度以及它与其他物种的关系。群落中每种生物都占据相对稳定的生态位,研究生态位问题有利于不同生物充分利用环境资源,生态位的形成是群落中物种之间以及生物与环境之间协同进化的结果。
请同学们把课本翻到第28页,思考讨论栏目,分析当地自然群落中某种生物的生态位。请阅读资料并思考后面四个问题。第一题,这四种鸟选择觅食生境的策略有哪些异同?哪一种鸟觅食生境的范围更广?从表格里我们可以分析出:栗翅鸦和褐鹈鹕选择觅食生境的策略基本相同,两者均选择生境一和生境三,并以生境一为主,不选择生境二;绿涂鸦主要选择生境一;青脚鹬在三个生境中都出现,在生境三出现的概率高于前两处,青脚鹬的觅食生境范围更宽。
这是第一题。第二题,如果两种鸟的觅食生境一样,生态位就完全一样了吗?其实不一定,我们以绿翅鸭和鹤鹬为例,绿翅鸭和鹤鹬选择的觅食生境基本相同,但是食物种类有较大差异,占用的资源以及与其他物种的关系也不一样。这是第二题。第三题,任选一种鸟分析它的食性,从觅食角度看与它有竞争关系的鸟类有哪些?我们可以以绿翅鸭为例,绿翅鸭以小坚果为主要食物,还吃贝类、螺类等,绿头鸭也是,二者存在明显的种间竞争关系。绿翅鸭与绿头鸭、青脚鹬也有种间竞争关系,因为它们都捕食螺类;绿翅鸭与绿头鸭都吃贝类。这是第三题。
第四题,任选一种鸟,从觅食、生境、种间关系等多个方面综合描述这种鸟的生态位。如果要描述鸟类的生态位,通常需要考虑它们的觅食生境、食物以及与其他物种的种间关系等。以青脚鹬为例,青脚鹬的觅食生境包括低潮线、滩涂带、海三棱藨草带、海堤类、鱼塘、芦苇区,以草蟹、螺类、甲壳类为食。青脚鹬与黑鹬存在明显种间竞争,因为它们都以草蟹和螺类为食物;青脚鹬与绿翅鸭、绿头鸭也存在种间竞争,因为它们都捕食螺类;青脚鹬和绿头鸭还捕食甲壳类。
从以上分析可以看出,群落中每种生物都占据相对稳定的生态位,研究生态位问题有利于不同生物充分利用环境资源。下面请同学们把课本翻到第29页,思维训练数与形推理。某湖泊中生活着鲈鱼和短吻鳄,短吻鳄会捕食鲈鱼,而鲈鱼又是人们喜爱的美味,当地居民为提高鲈鱼产量大量捕杀短吻鳄,短吻鳄被捕杀几乎绝迹后,鲈鱼产量却没增加,调查表明,湖中鲈鱼种群数量比原来还下降了。追溯原因,有人提出以下可能:a.气候变化造成鲈鱼食物短缺;b.短吻鳄捕食的另外一种鱼以鲈鱼为食;c.捕杀短吻鳄前,鲈鱼种群已经衰退;d.人类主要捕捞鲈鱼幼龄鱼,造成种群衰退。那以上4种解释都有道理吗?你认为哪种是最可能的原因?做出推断后应该怎样进一步判别?其实这里提出的4种解释都有一定道理,b的说法是最可能的原因,但到底是不是,我们还需要在做出推测后做深入调查,从而为进一步判别提供证据。
接下来请同学们把课本翻到30页,探究实践,研究土壤中小动物类群的丰富度。1. 调查内容包括群落中的物种数和物种在群落中的相对数量。2. 物种丰富度调查方法:土壤小动物活动能力较强且身体微小,不适用于样方法和标志重捕法,所以我们用取样器取样法研究土壤小动物类群丰富度。物种相对数量的统计方法有记名计算法和目测估计法。实验器材有两种,为诱虫器和吸虫器。诱虫器中的电灯是发挥主要作用的装置,它利用土壤动物具有趋暗、祛湿、避高温的习性,使其远离光源、热源;而吸虫器中纱布的作用是防止将土壤小动物吸走,将其收集在试管中。
