高中生物知识框架·选择性必修第二册（人教版 2019 版）

第1章 种群及其动态　从最小的一级看起。三节按「静态—动态—原因」排：先用几个数量特征描述一个种群，再看它的数量随时间怎么变，最后问是什么在推动这些变化。

第1节 种群的数量特征　种群密度：种群在单位面积或单位体积中的个体数。它是种群最基本的数量特征。　出生率和死亡率：单位时间内新产生（或死亡）的个体数目占该种群个体总数的比率。它们直接决定种群密度。　迁入率和迁出率：单位时间内迁入（或迁出）的个体占该种群个体总数的比率。城市人口变化主要由它决定。　年龄结构：各年龄期个体数目的比例，分增长型、稳定型、衰退型。它通过影响出生率和死亡率间接预测种群密度的变化趋势。　性别比例：雌雄个体数目的比例。通过影响出生率间接影响种群密度，性引诱剂诱杀害虫正是利用这一点。　样方法与标记重捕法：前者适用于植物和活动能力弱的动物，要随机取样；后者适用于活动能力强、活动范围大的动物。

探究 调查草地中某种双子叶植物的种群密度　为什么选双子叶植物：双子叶植物植株个体数目容易辨认和计数；单子叶植物常有地下茎，一株与多株难以分清。　随机取样：常用五点取样法（适于方形地块）和等距取样法（适于狭长地块）。不能凭主观选择样方位置。　样方大小：草本植物常用 1 m×1 m。种群密度小时应适当扩大样方面积，以保证每个样方内有足够的个体。　计数规则：计上不计下、计左不计右 —— 只统计相邻两条边及其顶角上的个体，避免重复或遗漏。　取平均值：把各样方的密度取平均，作为该种群的密度估计值。样方数目太少时误差大。　结论的性质：样方法得到的是估算值，不是准确值。随机取样与足够的样方数是它可信的前提。

第2节 种群数量的变化　数学模型：用数学形式表达事物的性质与关系。建构步骤：观察提出问题、提出合理假设、用数学形式表达、检验修正。　「J」形增长：食物空间充裕、气候适宜、没有天敌等理想条件下的增长。Nₜ＝N₀λᵗ，λ 为一年后与前一年个体数的比值。　「S」形增长：资源和空间有限时的增长。种群数量达到 K 值后趋于稳定，增长速率在 K/2 时最大。　环境容纳量（K 值）：一定环境条件所能维持的种群最大数量。它不是固定值，环境改变时 K 值也随之改变。　生产上的应用：捕捞或狩猎后使剩余量保持在 K/2，此时增长速率最大、恢复最快；防治害虫则要设法降低其 K 值。　种群数量的波动与下降：自然种群大多在 K 值附近上下波动。食物短缺、天敌增多或环境恶化时会明显下降甚至消亡。

探究 培养液中酵母菌种群数量的变化　计数方法：用血细胞计数板在显微镜下计数，属于抽样检测法。先盖盖玻片再滴培养液，让液体自行渗入。　取样前要振荡：酵母菌会沉降，不摇匀取到的样本不能代表整体。这是本实验最容易出错的一步。　稀释：菌液过浓时要先稀释再计数，计算时乘以稀释倍数。过浓时细胞重叠，数不准。　计数规则：对压在方格边线上的菌体，同样按「计相邻两边」的规则处理，避免重复计数。　本实验不需另设对照：不同时间取样的数据前后自身对照。但需要重复计数、取平均值以减小误差。　结果：种群数量呈「S」形增长，随后因营养耗尽、代谢产物积累而下降。培养液是封闭有限的环境。

第3节 影响种群数量变化的因素　非生物因素：阳光、温度、水分等。它们往往是综合起作用的，且对种群的影响一般与种群密度无关。　生物因素：种内竞争、种间关系（捕食、竞争、寄生等）。食物和天敌是最主要的两项。　密度制约因素：影响强度随种群密度增大而增强，如食物、传染病。种群密度越大，作用越明显。　非密度制约因素：影响强度与种群密度无关，如气温骤降、干旱、火灾等气候和自然灾害。　种群研究的应用：濒危动物的保护要设法提高 K 值；有害生物的防治要降低其 K 值；渔业捕捞要维持在 K/2 附近。　种群数量变化的综合性：任何时刻的数量都是多种因素共同作用的结果，不能只归于某一个因素。

第2章 群落及其演替　把尺度放大一级：同一区域的所有种群合起来是群落。三节按「结构—类型—变化」排，最后一节把时间维度加了进来 —— 群落不是静止的，它一直在被替换。

第1节 群落的结构　群落：在相同时间聚集在一定地域中各种生物种群的集合。研究群落先要研究它由哪些物种组成。　物种丰富度：一个群落中的物种数目。它是区别不同群落最重要的特征。　四种种间关系：原始合作、互利共生、捕食、种间竞争，另有寄生。判别看双方的得失与数量变化的先后。　生态位：一个物种在群落中的地位或作用，包括所处的空间位置、占用资源的情况以及与其他物种的关系。　垂直结构：群落在垂直方向上的分层。植物分层主要由光照决定，动物分层依赖于植物提供的食物和栖息空间。　水平结构：由于地形起伏、光照明暗、土壤湿度和盐碱度差异等，不同地段常呈镶嵌分布。

探究 研究土壤中小动物类群的丰富度　为什么用取样器取样法：许多土壤小动物身体微小、活动能力强，样方法和标记重捕法都不适用。　诱虫器：利用土壤动物避光、避高温、趋湿的习性，用灯照使其向下移动落入试管中的酒精。　简易采集：没有诱虫器时可用镊子或吸虫器直接采集，再放入体积分数 70% 的酒精中保存。　两种统计方法：记名计算法（个体较大、数量有限时逐一计数）与目测估计法（按「非常多、多、较多…」等级估计）。　对比要点：可比较不同时间、不同地点（如林地与农田）的土壤动物丰富度，说明环境与群落的关系。　统计的是类群：本实验统计的是类群的丰富度（有多少类），不要求鉴定到种，也不统计每一类的准确数量。

第2节 群落的主要类型　陆地群落的主要类型：荒漠、草原、森林三大类。划分的主要依据是群落的外貌和物种组成，与水分、温度的分布密切相关。　荒漠生物群落：极度缺水，物种少、结构简单。生物有耐旱的形态与习性，如仙人掌的肉质茎、爬行动物的厚鳞片。　草原生物群落：半干旱地区，动植物种类较少，但个体数量往往很大。植物大多耐寒耐旱、根系发达。　森林生物群落：湿润或较湿润地区，物种繁多、结构复杂、层次分明。是陆地上最重要的群落类型。　适应是双向的：生物适应环境，群落也在改变环境。森林能涵养水源、调节小气候。　水域群落：湖泊、海洋等。分层主要由光照、温度、氧气和食物的垂直分布决定。

第3节 群落的演替　演替：随着时间的推移，一个群落被另一个群落代替的过程。它是群落内部与外界环境共同作用的结果。　初生演替：在从未有过生物或原有生物被彻底消灭的地方发生的演替，如裸岩、沙丘、冰川泥上的演替。　裸岩上的演替顺序：裸岩→地衣→苔藓→草本→灌木→森林。地衣分泌的有机酸能加速岩石风化，为后来者创造条件。　次生演替：原有植被虽已不存在，但原有土壤条件基本保留、甚至保留着种子或繁殖体的地方发生的演替。　两者的差别：起点不同（有无土壤和繁殖体），因而速度不同、经历阶段不同。次生演替快得多。　人类活动的影响：人类活动往往使演替按不同于自然演替的速度和方向进行。退耕还林还草是正向的干预。

第3章 生态系统及其稳定性　本册最长的一章，五节。第 1 节立起结构，第 2—4 节讲它的三项功能（能量流动、物质循环、信息传递），第 5 节回答「这套系统为什么能维持下去」。

第1节 生态系统的结构　生态系统的范围：由生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体。地球上最大的生态系统是生物圈。　四种组成成分：非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者。生产者和分解者是不可缺少的。　生产者：主要是绿色植物，还包括蓝细菌与化能合成作用的细菌（如硝化细菌）。它是生态系统的基石。　分解者：主要是营腐生生活的细菌和真菌，还包括蚯蚓、蜣螂等腐生动物。判据是「营腐生」，不是「是不是微生物」。　食物链与营养级：生产者是第一营养级。食物链一般不超过五个营养级，因为能量沿食物链逐级递减。　食物网：许多食物链交错形成的网状结构。同一种生物在不同食物链中可以占不同的营养级。

第2节 生态系统的能量流动　能量流动：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。源头是太阳能，总量是生产者固定的太阳能。　同化量：某营养级摄入量减去粪便量。粪便中的能量属于上一营养级，不属于本营养级的同化量。　同化量的去向：呼吸作用以热能散失、流向下一营养级、流向分解者，还有未利用的部分。　两个特点：单向流动、逐级递减。单向是因为食物链的方向不可逆，递减是因为每一级都有呼吸消耗和分解者去向。　传递效率：相邻两个营养级之间的同化量之比，一般为 10%～20%。它是营养级之间的比值，不是个体之间的。　研究的意义：帮助人们合理调整能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分，如桑基鱼塘。

探究 调查当地某生态系统中的能量流动情况　调查步骤：确定调查对象与范围、列出主要生物、绘出食物网、查阅或估算各营养级的生物量与能量。　数据来源：实地测定（生物量）、查阅文献与统计资料。要注明出处，估算值要说明依据。　生物量与能量：生物量是某一时刻单位面积上的有机物总量，可通过能量折算系数换算成能量。　结果的呈现：绘制能量流动图解或能量金字塔，标出各营养级的同化量与传递效率。

第3节 生态系统的物质循环　物质循环：组成生物体的元素在生物群落与非生物环境之间不断循环的过程。具有全球性，又叫生物地球化学循环。　碳的存在形式：在非生物环境中主要以二氧化碳和碳酸盐形式存在，在生物群落中主要以含碳有机物形式存在。　碳进入群落的途径：主要是生产者的光合作用，还有化能合成作用。这是碳循环唯一的入口。　碳返回环境的途径：生产者和消费者的呼吸作用、分解者的分解作用，以及化石燃料的燃烧。　温室效应：化石燃料大量燃烧使二氧化碳释放量超过消耗量，打破了碳循环的平衡。　与能量流动的关系：两者同时进行、彼此相依。能量的固定、储存、转移和释放，离不开物质的合成和分解。

探究 探究土壤微生物的分解作用　实验思路：以土壤中是否含微生物为自变量，观察落叶（或淀粉）被分解的情况。　对照的设置：实验组的土壤要灭菌（排除微生物），对照组保持自然状态。哪一组灭菌是本实验最关键的一处判断。　灭菌方法：常用高温处理（如 60 ℃ 恒温箱一小时或高压蒸汽灭菌），要求既杀死微生物又尽量不改变土壤的理化性质。　淀粉分解的检测：取上清液分别加碘液和斐林试剂：碘液不变蓝、斐林试剂出现砖红色，说明淀粉已被分解。　落叶实验的观察：在相同时间后比较两组落叶的腐烂程度。自然状态那组腐烂明显。　结论：土壤中的微生物能分解落叶（或淀粉），它们在生态系统中充当分解者。

第4节 生态系统的信息传递　信息的种类：物理信息（光、声、温度、湿度、磁力）、化学信息（信息素、生物碱等）、行为信息（动作、姿态）。　信息传递的作用之一：生命活动的正常进行离不开信息的作用，如植物种子的萌发需要光信息。　作用之二：生物种群的繁衍离不开信息的传递，如萤火虫的闪光、昆虫的性外激素。　作用之三：调节种间关系，以维持生态系统的平衡与稳定，如捕食者与被捕食者之间的信息。　信息传递的方向：往往是双向的。这一点与能量流动（单向）和物质循环（往复）都不同。　在生产上的应用：提高农畜产品的产量（如光照控制花期），或对有害动物进行控制（如性引诱剂诱捕害虫）。

第5节 生态系统的稳定性　生态平衡：生态系统的结构和功能处于相对稳定的状态。表现为结构平衡、功能平衡与收支平衡。　自我调节能力：生态系统维持平衡的基础是负反馈调节。营养结构越复杂，自我调节能力越强。　生态系统的稳定性：生态系统维持或恢复自身结构与功能相对稳定的能力。分抵抗力稳定性和恢复力稳定性。　抵抗力稳定性：抵抗外界干扰、使自身结构与功能保持原状的能力。营养结构越复杂，抵抗力稳定性越强。　恢复力稳定性：受到干扰后恢复到原状的能力。它与抵抗力稳定性通常呈相反关系，但也有例外。　提高稳定性的做法：控制对生态系统干扰的程度；对利用强度较大的生态系统，实施相应的物质、能量投入。

探究 设计制作生态缸，观察其稳定性　四项设计要求：生态缸应密闭；生物成分齐全且比例合适；投入的生物有较强的生活力；放在光线良好但不受阳光直射的地方。　为什么要密闭：防止外界生物或非生物因素干扰，也防止缸内生物逃逸。物质不与外界交换，能量（光）仍要输入。　比例要合适：生产者要足够多，消费者不能过量。动物过多会迅速耗尽氧气和食物。　不能阳光直射：直射会使缸内温度过高，导致水温升高、生物死亡。要放在散射光处。　观察指标：定期观察记录水质变化、生物的生活情况与数量变动，注明日期。　结论：生态缸的稳定性有限，因为生物种类少、营养结构简单、自我调节能力弱。

第4章 人与环境　全册收尾，把人放回系统里。三节按「造成了什么—要保住什么—怎么做」排：先看人类活动的影响与生态足迹，再讲生物多样性的价值与保护，最后落到生态工程这套可以设计的办法上。

第1节 人类活动对生态环境的影响　生态足迹：又叫生态占用，指维持一个人的生活所需的、以及吸纳其所产生废物所需的土地与水域的总面积。　生态足迹的含义：值越大，代表对生态和环境的影响越大。生活方式不同，同样一个人的生态足迹可以差很多。　人口增长：我国人口发展经历了高速增长到平稳的过程。人口增长会加大对资源与环境的压力。　全球性生态环境问题：全球气候变化、水资源短缺、臭氧层破坏、土地荒漠化、生物多样性丧失、环境污染等。　温室效应与碳中和：化石燃料燃烧使大气二氧化碳升高。碳中和要求排放量与吸收量相抵，对应「减排」与「增汇」两端。　污染的跨界性：大气和水体都会流动，有毒物质还会沿食物链富集，因此这些问题都是全球性的。

探究 调查当地的环境状况，提出保护环境的建议或行动计划　确定调查主题：选一个具体、可查证的问题，如某河段的水质、校园的垃圾分类、社区的绿地面积。　调查方法：实地观察与测量、问卷访谈、查阅统计资料。多种方法互相印证比单一来源可靠。　数据要有出处：引用的数据须注明来源与时间。自己测得的要写明方法、地点与次数。　建议要可执行：写清由谁做、做什么、什么时候做。「加强环保意识」这类说法无法被执行也无法被检验。

第2节 生物多样性及其保护　生物多样性的内容：生物圈内所有的植物、动物和微生物，它们所拥有的全部基因以及各种各样的生态系统。　三个层次：基因（遗传）多样性、物种多样性、生态系统多样性。基因多样性是其他两个层次的基础。　直接价值：对人类有食用、药用和工业原料等实用意义，以及旅游观赏、科研和文学艺术创作等非实用意义。　间接价值：对生态系统起重要调节作用的价值，又叫生态功能。它明显大于直接价值。　潜在价值：目前人类尚不清楚的价值。野生生物中蕴藏的基因是最典型的例子。　保护措施：就地保护（自然保护区、国家公园）是最有效的；易地保护是补充；还要加强教育和法制管理。

探究 搜集保护生物多样性的实例　实例的三要素：保护对象、采取的措施、可核查的结果。缺了结果，实例就只是一个计划。　措施的归类：归到就地保护、易地保护、法律保护或公众参与中的哪一类。归类本身就是一次分析。　来源要可靠：优先用政府公报、科研机构与正规媒体的报道，注明时间。网络传言先核实再用。　整理与呈现：按保护层次（基因／物种／生态系统）分组，比同类实例的做法与效果，比单纯罗列有价值。

第3节 生态工程　生态工程：应用生态学和系统学等原理，对已被破坏的生态环境进行修复、重建，对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善。　自生原理：由生物组分组成的自组织、自我调节功能。要有足够的生物多样性并合理配置，系统才能自我维持。　循环原理：在生态工程中促进物质在系统内的循环利用，实现「变废为宝」。桑基鱼塘是最典型的实例。　协调原理：生物与环境、生物与生物要相适应。引种要考虑当地条件，还要注意生物数量不超过环境容纳量。　整体原理：把自然生态系统与社会、经济系统作为一个整体考虑。只顾生态不顾经济，工程往往难以持续。　生态工程的特点：少消耗、多效益、可持续。它追求的是经济效益与生态效益的同步提高。