高中生物新教材为什么要增加「生态位」及教学建议

发布时间:2023-09-25 09:52|栏目:第1节 群落的结构 |浏览次数:

 

图片

生态位作为生态学研究中的经典概念在种间关系、群落结构和物种多样性等研究中被广泛应用。根据《普通高中生物学课程标准(2017年版)》的要求,生态位相关内容将纳人我国高中生物学课程。

1. 生态位的概念

 

生态位是生态学研究中的经典概念,从它被提出至今已经有超过百年的历史。1917年,格林内尔(J.Grinnell)指出在同一动物区系中定居的两个种不可能具有完全相同的生态位。并正式定义生态位为正好被一个种(或亚种)所占据的环境限制性因子单元。1927年,埃尔顿(C.Elton)指出生态位不仅表现物种对其生活环境的需求,而且表明物种在群落关系中的角色以及其对生境的影响。1958年哈钦森(G.E.Hutchinson)从空间、资源利用等多方面考虑提出了生态位的多维超体积模式,认为生态位是每种生物对环境(温度、湿度、营养等)的选择范围。百年来,研究界对生态位的概念并未能完全达成共识,或者说生态位的概念是一直在发展的。

 

在高中阶段,我们可以将生态位理解为: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,与其他物种的关系,活动时间等多个维度。例如,对动物来说,它们有一定的活动空间范围,有食物与天敌,有偏好活动的时间(如有些动物会昼伏夜出、冬眠)等;对于植物来说,不同的植物有各自适宜生存的范围,有对温度、光照、水分、养分的不同需求等。

 

2. 群落构建(群落生物多样性的形成与维持)的生态位分析理论

 

物种共存和生物多样性维持一直是生态学研究的中心论题之一。基于物种生态位分化的群落构建理论已经发展了近一个世纪。

 

1934年,生态学家高斯(G.F.Gause)研究了两种草履虫的种间竞争后提出竞争排除原理,即由于对限制性环境资源的竞争,生态位相似的物种是不能够稳定生存的,该原理证实了生态位分化是维持物种共存的必要条件。传统的观点认为,各种物种特征的权衡和组合的不同决定了其生活史对策(如资源利用方式)的不同,由此决定了各物种在群落中所占有的生态位不同,进而决定了多物种的稳定共存。

 

结合高中的知识内容,当群落中物种存在相似生态位时可能因竞争共同资源发生竞争排除,群落生物多样性之所以能够形成并维持稳定,是因为群落中的各个物种发生了生态位的分化,最终达到各个物种“各安生态位”的共存状态。例如,树林中如果存在多种鸟,它们往往都有各自偏好的分布范围,但如果树林中仅存在其中一种鸟,它的分布范围明显扩大,这种现象的产生也是群落构建时生态位分化的结果。
群落构建是一个复杂的课题,随着生态学研究的不断发展,传统的生态位构建理论也受到一些质疑。例如,该理论不能很好地解释像热带雨林那样,生境中限制性资源不多,多物种生态位分化不明显,依然稳定共存的现象。近年来,越来越多的学者认为群落构建是多种作用整合的结果。
 

生态位理论要点

(1)生态位宽度:一个物种利用的各种各样不同资源综合的幅度。一种生物或生物类群所表现出来的资源利用的多样性。可利用的资源少,生态位的宽度就大,促使生态位泛化;资源丰富,可供选择的生态位宽度减小,促使生态位特化。

(2)生态位重叠:不同物种生态位的重叠现象(或共同利用),生态位重叠是竞争的必要条件但并不是绝对条件,而决定于资源状态。资源丰富,生态位重叠也不发生种间竞争;资源贫乏,生态位稍有重叠,发生激奋的竞争关系。

(3)生态位分离:两个物种在资源的利用上分离程度。如果许多物种占据一个特定的环境,它们共同生活下去,必然要存在某种生态位差别,否则很难永久地共存。

(4)生态位移动:种群对资源利用的变动,这是环境胁迫或竞争的结果。

 

3. 生态位与种间竞争

 

生态位重叠是描述一个物种生态位以及物种间关系的重要指标之一,可以理解为两个物种在生态位上相似性的量度。种间竞争与生态位重叠是密切相关的:如果两个物种的生态位是完全分开的,则不会有种间竞争,但在这种情况下可能会有未被利用的资源;一般来说,生态位重叠越大意味着物种间可能存在的竞争越大(图2-2)。但也有例外情况,当资源很丰富时,有生态位重叠的两种生物就可以共同利用同一资源而不给对方带来损害,如资源十分丰富的热带雨林。

例如,高中教材中双核小草履虫和大草履虫共同培养的结果可以理解为两者有生态位重叠,因竞争共同资源发生竞争排除造成的。当然,生态位重叠造成的结果并不一定是“你死我亡”,如树林中如果存在多种鸟,他们往往都有各自偏好的分布范围,但如果树林中仅存在其中一种鸟,它的分布范围会明显扩大,这种现象的产生也是在群落构建时生态位分化的结果。

4.案例分析——家猫生态位的形成

一万年前的谷仓给了老鼠机会,不夸张地估计,老鼠已经吃掉了人类粮食总产量的1/10,所以人类视老鼠为大敌。而猫的祖先,非洲野猫又是这样一种生物,它的体型不大,不是群居动物,像群居的食肉动物是可以通过协同作战,捕捉比自己体型大很多的食草类动物的,非洲野猫不是,它是单独行动的。所以对猫来说,老鼠那个尺寸的身材是刚刚好能做猎物的,所以哪儿的老鼠丰富,哪儿就有可能出现猫。

而野猫又是这样一种生物,它虽然是纯食肉类动物,但是体型对人类又几乎没有威胁,这个猫小小的身材没法造成大规模的破坏,甚至连人类婴儿都不在它的食谱里。而且当人类发现,它们主要的食物就是那些糟蹋粮食储备的老鼠的时候,那就更不介意猫生活在他们周围了。于是,猫就成了一种可以在人类群落周围得到足够多好处,又能避免被人类集中猎杀的食肉性动物。

人类在农业社会出现之后,制造出来一个稳定的生存机会,它能给一个生物提供稳定的食物来源和生存空间 。这个生存机会有一个专有名词,叫做生态位。

 

5.生态位概念教学的实施建议

 

以实例支撑概念构建,从概念升华至观念。虽然有关生态位的概念之前并未在高中教学中直接涉及,但其实生态位的理论是蕴含在很多生态学现象以及生态学原理中的。

生物入侵现象的发生,可以认为是外来物种在新环境中缺少竞争者以及天敌,所以迅速地抢占了生态位造成大量繁殖。在构建人工群落时,既要避免物种生态位的过多重叠,又要尽量保证资源的充分利用,如四大家鱼的混养、立体农业等。

在生态修复工程中,人工物种引进等环节都需要充分考虑各物种的生态位,以实现群落的稳定以及对资源的合理利用。以实例来支撑概念更利于学生认识生态位的科学内涵,使他们能够利用生态位去解释更多的生态学现象,并在这个过程中实现由对概念的建构逐步升华至对生命观念的提炼与理解。

 

 

 

Copyright © 2002-2017 高中生物新人教 版权所有
电话:400xxx8888 地址:北京市朝阳区国贸大厦8888 备案号:皖ICP备18004561号-1 皖公网安备 34112502000087