生物选择性必修2第3节 群落的演替学案设计

第3节　群落的演替

[学习目标]

1.通过分析群落演替的概念和演替的类型,说明群落是不断发展变化的,培养比较、分析、归纳总结的能力。

2.通过分析人类活动对群落演替的影响,认识自然资源的有限性,形成自觉保护自然环境的社会责任和意识。

3.通过学习了解退耕还林、还草、还湖,认同国家的有关政策及其重要意义。

一、演替的概念与类型

1.演替的概念

群落的演替是指随着时间的推移,一个群落被另一个群落代替的过程。

2.演替的类型

(1)初生演替

①演替过程(以裸岩演替为例):裸岩阶段→地衣阶段→苔藓阶段→草本植物阶段→灌木阶段→乔木阶段。

②实例:裸岩、沙丘、火山岩、冰川泥上进行的演替。

(2)次生演替

①演替过程(以弃耕的农田演替为例):农田→草本植物阶段→灌木阶段→乔木阶段。

②实例:火灾过后的草原、过量砍伐的森林、弃耕的农田上进行的演替。

(3)分类依据:根据起始条件。

(4)演替的速度:初生演替速度慢,而次生演替速度快。

(5)影响演替的因素:外界环境的变化、生物的迁入和迁出、群落内部种群相互关系的发展变化以及人类的活动等。

二、人类活动对群落演替的影响及退耕还林、还草、还湖

1.人类活动对群落演替的影响

(1)结果:人类的许多活动往往会使群落演替按照不同于自然演替的速度和方向进行。

(2)影响的相对性

①不良活动:如过度放牧,导致土地荒漠化;污水直接排放,导致水体污染。这样使群落演替向不良方向发展,会对群落的演替不利。

②有利活动:如封山育林、治理沙漠和管理草原等,使群落朝着物种增多、结构复杂的方向演替;群落演替有一定的规律,当人类掌握了这些规律就可以根据现有情况,预测群落的未来,从而正确掌握群落的动向,使之朝着有利于人类的方向发展。

2.退耕还林、还草、还湖

退耕还林、还草、还湖,有利于处理好经济发展同人口、资源、环境的关系,走可持续发展道路。

1.判断下面有关演替的概念和类型说法的正误。

(1)乔木阶段动物的分层比灌木阶段的简单。(　×　)

提示:乔木中动物种类繁多,所以乔木阶段动物的分层比灌木阶段的复杂。

(2)演替早期的种群可能在新形成的群落里出现。(　√　)

提示:群落演替的“代替”不是“取而代之”,而是指优势取代,所以演替早期的种群可能在新形成的群落里出现。

(3)初生演替形成的群落内无竞争现象。(　×　)

提示:初生演替的过程中会存在竞争,如苔藓被草本植物替代的过程中,草本植物在竞争中取得优势,次生演替中同样存在竞争。

(4)次生演替所需时间较短,是因为经历的阶段少。(　×　)

提示:次生演替具有较好的土壤条件,演替速度快,所需时间短。

2.判断下面有关人类活动对群落演替的影响说法的正误。

(1)人类活动可以影响演替的方向和速度。(　√　)

(2)人类干预对群落的演替总是不利的。(　×　)

提示:封山育林、治理沙漠和管理草原等人类活动,对群落演替是有利的。

(3)人类活动一定使群落演替向着物种多样性减少的方向进行。(　×　)

提示:人类活动可能使群落演替向着物种多样性增加的方向进行。

探究点一　群落演替的类型

1.尝试分析群落演替的过程

[情境1] 以裸岩为基础发生的演替叫初生演替,在先驱物种地衣的作用下,苔藓生长起来,并为草本植物创造了更好的土壤环境。草本植物阶段各种昆虫和小动物开始进入到这个地区,在动植物的共同作用下,土壤中的有机物越来越丰富,土壤的通气性越来越好;接下来灌木植物和乔木植物使得群落结构变得复杂。

[思考] (1)发生在裸岩上群落的演替过程中,其生物的演替顺序是地衣阶段→苔藓阶段→草本植物阶段→灌木阶段→乔木阶段。

(2)地衣的作用是分泌有机酸加速岩石风化形成土壤,并积累有机物。

(3)该过程土壤有机物含量和通气性如何变化?

提示:土壤有机物越来越丰富,土壤的通气性越来越好。

(4)灌木阶段时为什么灌木成了优势种?

提示:灌木与草本等植物竞争阳光等资源处于优势。

(5)在森林阶段,群落中还能找到地衣、苔藓、草本植物和灌木吗?

提示:能找到。群落演替的“代替”不是“取而代之”,而是指优势取代,因此森林中各种类型的植物都可能是存在的。

[情境2] 一个位于槭树林和山毛榉林之间的湖泊,由于某种原因干涸了,很快长满杂草,几年后,草本植物开始减少,各种灌木却繁茂起来,最后这个湖泊演变成了一片槭树和山毛榉的混交林。

[思考] (1)该过程中生物演替的顺序是草本植物阶段→灌木阶段→乔木阶段。

(2)是不是所有的次生演替都能达到森林阶段?为什么?

提示:不是。如干旱地区和极地地区,由于缺水少雨或温度过低的原因很难形成森林。

(3)该演替过程同初生演替相比,演替速度比较快的主要原因是什么?

提示:湖底淤泥为演替提供了良好的土壤条件。

(4)为什么乔木阶段动物分层比较复杂?

提示:因为乔木阶段为动物提供了多种多样的栖息空间和食物条件。

2.尝试分析概括演替的结果

[情境3] 某弃耕农田中植物种类在40年间的变化情况见下表。

[思考] (1)一般自然群落演替的总趋势是怎样的?

提示:生物种类越来越多,营养结构越来越复杂。

(2)群落对光能的利用能力的变化是怎样的?

提示:利用光的能力越来越强。

[归纳总结] (1)群落演替的类型比较

(2)群落演替的四项特征

特别说明:群落演替的趋势一般是生物数量越来越多、种类越来越丰富,群落的结构也越来越复杂,但群落的演替过程并不都是群落结构由简单到复杂的过程,如受污染或被破坏的群落,它的群落结构就是由复杂到简单。

[应用] 如图表示两个陆生群落的演替过程,据图判断,下列说法错误的是(　B　)

A.自然情况下,曲线Ⅰ的de段和曲线Ⅱ的趋势,说明群落演替的方向往往是营养结构从简单到复杂

B.曲线Ⅰ波动变化,说明群落Ⅰ的演替过程比群落Ⅱ艰难而漫长

C.Ⅰ和Ⅱ过程一般需经历:生物入侵→成功定居→竞争平衡

D.e点可代表群落已达顶极群落阶段,此时所处阶段可能为灌木阶段

解析:自然情况下,曲线Ⅰ的de段和曲线Ⅱ的趋势,说明群落演替的方向往往是营养结构从简单到复杂。Ⅰ代表群落的次生演替,Ⅱ代表群落的初生演替,初生演替的最初阶段由于资源匮乏,演替速度往往很慢,群落Ⅱ的演替过程比群落Ⅰ艰难而漫长。群落演替一般需经历生物入侵→成功定居→竞争平衡的过程,e点时,群落生物多样性稳定,已达顶极群落阶段,此时所处的阶段可能为灌木阶段。

探究点二　人类活动对群落演替的影响

[情境] 乱砍滥伐会造成水土流失,易发生泥石流、山体滑坡等灾害;物种减少或灭绝;局部雨水减少,自然灾害频发;空气环境质量下降,氧气减少,人类生存环境恶化。科学家在两块破坏程度相同的森林进行人工恢复和自然恢复的研究,20年后两块林地的生物多样性均有不同程度提高,其中人工种植的马尾松人工恢复林植物种数为137种,无人工种植的自然恢复林植物种数为226种。

[思考] (1)上述事例说明人类活动对群落演替的影响是改变了演替的速度和方向。

(2)乱砍滥伐导致空气中CO2增多,空气环境恶化的原因是植被减少,光合作用固定CO2减少,产生的O2减少,空气环境恶化。

(3)倘若两类恢复林再次受到相同程度的干扰,则哪种森林稳定性更强?原因是什么?

提示:自然演替形成的恢复林。由于自然演替形成的恢复林其物种丰富度高,群落结构复杂,故再次受到相同程度干扰时,其稳定性较高。

[应用] 下列有关人类活动对群落演替影响的表述,哪一项是正确的(　C　)

A.人类活动对群落演替的影响要远远超过其他所有自然因素的影响

B.人类活动对群落的影响往往是破坏性的

C.人类活动往往使群落按照不同于自然演替的方向和速度进行演替

D.人类活动可以任意对生物与环境的相互关系加以控制

解析:人类活动对群落演替有一定的影响,但不是超过所有自然因素的影响;人类活动对群落的影响有很多是有益的,如封山育林、治理沙漠、管理草原,甚至可以建立人工群落;人类活动可以使群落按照不同于自然演替的方向和速度进行;人类可以建立人工群落,将演替的方向和速度置于人为控制下,但不是任意对生物与环境的相互关系加以控制。

课堂小结

随堂反馈

1.判断下列有关群落演替的概念和类型的叙述是否正确。

(1)群落演替是一个群落类型取代另一个群落类型的过程。(　√　)

(2)从弃耕后的农田开始的演替属于初生演替。(　×　)

提示:弃耕的农田保留了原来的土壤等,其演替属于次生演替。

(3)初生演替速度通常比次生演替快。(　×　)

提示:初生演替由于不具备土壤条件,其演替速度通常比次生演替慢。

2.某地退耕还林若干年后生态环境逐步改善。图甲、乙、丙表示退耕还林过程中各种量随时间的变化曲线,下列分析错误的是(　B　)

A.图甲可表示演替过程中物种丰富度与时间的关系

B.图乙可表示演替过程中阳光利用率与时间的关系

C.图丙可表示草本植物数量随时间变化的情况

D.人类活动往往会使群落演替按照不同于自然演替的方向和速度进行

解析:群落演替过程中,物种丰富度不断提高,逐渐趋于稳定;退耕还林的开始阶段,草本植物大量生长,接着灌木、乔木依次出现与草本植物形成竞争关系,草本植物数量会出现如图丙的曲线变化;群落空间结构变得复杂,对阳光的利用率不断提高并趋于稳定。

3.(不定项选择)在由裸岩向森林的演替过程中,各阶段经历的时间差异很大:地衣和苔藓阶段>木本植物阶段>草本植物阶段。下列相关推测错误的是(　AD　)

A.初生演替都要经历裸岩、地衣、苔藓、草本植物、灌木、乔木等阶段

B.裸岩向森林的演替过程中,演替速度先慢后变快,后又变慢

C.地衣阶段群落演替速度慢与其难以形成和积累土壤条件有关

D.演替过程中乔木逐渐取代灌木的优势地位是因为灌木生长缓慢

解析:条件适宜时,发生在裸岩上的演替一般要经历裸岩、地衣、苔藓、草本植物、灌木和乔木等阶段,但不是所有的初生演替过程都要经过这几个阶段,如荒漠和草原地区,难以出现乔木阶段,无法形成森林生物群落;演替过程中乔木逐渐取代灌木的优势地位是因为乔木比灌木高大,在利用阳光等资源方面占优势。

4.黄土丘陵沟壑区位于黄土高原北部,已成为黄土高原水土流失最严重的地区,同时也是我国生态环境最为脆弱的地区之一。目前通过恢复植被改善生态环境已成为该地区治理水土流失的最重要措施之一。

(1)通过人为因素恢复植被改善生态环境,会影响该地区群落演替的　　　　　　　　。 

(2)封禁能使黄土丘陵沟壑区的植被逐步恢复。植被的恢复是　　　　演替的过程。短期封禁就能使草本群落得到明显恢复,主要表现在植物种类增多、植被覆盖率和生物量提高、植被保持水土功能增强。若实施中期封禁,请预测植被的恢复状况: 

                                               　。

(3)中期封禁后,物种的丰富度　　　　(填“增加”“减少”或“不变”)。 

(4)封禁后群落垂直结构发生较大的变化,人工乔木林的垂直结构逐渐明显,这种垂直结构显著提高了　　　　　　　　　　　　　　　　　　,还为动物创造了　 

　　　　　　。 

解析:(1)人类活动会影响群落演替的方向和速度。

(2)黄土丘陵沟壑区的植被的恢复是在保留了基本的土壤条件和保留了一些植物的种子或其他繁殖体的地方进行的,属于次生演替。短期封禁就能使草本群落得到明显恢复,主要表现在植物种类增加、植被覆盖率和生物量提高、植被保持水土功能增强。若实施中期封禁,则植物种类继续增多、植被覆盖率和生物量继续提高、植被保持水土功能进一步增强。

(3)中期封禁后,随着演替的进行,物种的丰富度还在增加。

(4)封禁后群落垂直结构发生较大的变化,人工乔木林的垂直结构逐渐明显,这种垂直结构显著提高了群落利用阳光等环境资源的能力,还为动物创造了多种多样的栖息空间和食物条件。

答案:(1)方向和速度

(2)次生　植物种类继续增多、植被覆盖率和生物量继续提高、植被保持水土功能进一步增强

(3)增加

(4)群落利用阳光等环境资源的能力　多种多样的栖息空间和食物条件

课时作业

一、单项选择题

1.下列演替属于初生演替的是(　C　)

A.形成次生林的森林演替

B.过量砍伐后的森林恢复演替

C.从火山岩开始到森林的演替

D.从废弃的果园到森林的演替

解析:初生演替和次生演替的起始条件不同,沙丘、冰川泥、火山岩等不存在生物基础上进行的演替为初生演替,其余均为次生演替。

2.演替过程中草本植物逐渐取代了苔藓,其主要原因是(　D　)

A.草本植物繁殖能力较强

B.草本植物寿命较短

C.草本植物较为低等

D.草本植物较为高大,能获得更多的阳光等资源

解析:草本植物逐渐取代了苔藓,其主要原因是草本植物较苔藓高大,能获得更多阳光,成为优势物种。

3.下列人类的活动不利于生物群落的演替朝着对人类有利方向发展的是(　A　)

A.引入外来物种,增加物种多样性

B.在沙漠边缘种树种草

C.我国西部地区山坡上退耕还林、还草

D.减少草原放牧量

解析:引入外来物种,可能会因当地环境条件适于其生长,再加上没有天敌,造成疯长,而对当地物种构成严重威胁,破坏当地生物多样性,破坏生态平衡,从而使群落的演替朝着对人类不利的方向发展。

4.对群落演替的理解不正确的是(　D　)

A.群落是一个动态系统,是不断发展变化的

B.裸岩上演替到草本植物阶段,也有乔木的种子迁入,但不适合生长

C.群落演替的本质是生物和环境相互作用共同演变的过程

D.人工群落组建后,它的物种丰富度不再变化

解析:群落演替是指一个群落替代另一个群落的过程,是一个动态的、不断发展变化的过程;裸岩上演替到草本植物阶段,也有乔木的种子迁入,但不适合生长,被淘汰了;生物群落的演替是群落内部因素(包括种内关系、种间关系等)与外界环境因素综合作用的结果;人工群落组建后,它的物种丰富度也是不断变化的。

5.下列哪项不是人类活动对群落演替的影响(　A　)

A.在多年的旧墙壁上生出苔藓

B.披荆斩棘,开出一条道路

C.由于化工厂污水的排放,河水中的植物群落改变了

D.过度放牧和城市的出现

解析:在多年的旧墙壁上生出苔藓是群落自然演替的结果;披荆斩棘开出道路、化工厂污水的排放、过度放牧和城市的出现都属于人类活动对群落演替的影响。

6.某池塘群落演替的过程如下图,有关说法错误的是(　B　)

A.演替的顺序为丁→甲→丙→乙

B.图示只展示了部分演替过程,演替将在此基础上继续进行,没有

终点

C.图示四个过程中的群落均有水平结构和垂直结构,且垂直分层不尽相同

D.在人为因素的影响下,群落演替的方向可能发生改变

解析:题图只展示了部分演替过程,演替可能会在此基础上继续进行,最后会相对稳定。

7.某植被严重破坏的陡坡在封山育林后若干年内,经历了一年生草本、多年生草本和灌木三个阶段,其三个典型植物物种的种群密度变化如图所示。下列说法错误的是(　B　)

A.整个过程就是一个群落的次生演替过程

B.物种①由盛到衰主要受环境中土壤条件的影响

C.图中bc阶段,物种②比物种①更能耐受弱光环境

D.在各个阶段群落中都存在分层现象

解析:根据自然群落演替特点和顺序,可知物种①属于一年生草本植物,物种②属于多年生草本植物,物种③属于灌木。由于群落空间分层更复杂,光照越来越弱,物种①由盛到衰主要受环境中光照条件的

影响。

8.在一段新建公路的边坡(甲)上移栽灌木和草本植物以保护边坡,另一段边坡(乙)不进行移栽,其他实验条件相同,一年后两段边坡的检测结果如下表。下列分析合理的是(　C　)

A.可以推测移栽植物会降低该群落结构的稳定性

B.边坡甲上因没有移栽乔木而不可能自然长出乔木

C.小型土壤动物的增多是移栽植物的预期结果

D.边坡甲上的群落演替会随时间延长而逐渐加剧

解析:移栽植物后,物种数比不移栽植物时多,营养结构更复杂,提高了群落结构的稳定性;边坡甲上虽没有移栽乔木,但可能自然长出乔木,因为在风力或鸟类等的作用下,可把乔木的种子带到该环境中;移栽植物会影响土壤的结构,土壤有机质含量增多,使土壤动物的数量增多,因此小型土壤动物的增多是移栽植物的预期结果;群落演替过程达到相对稳定阶段后不会再继续加剧。

二、非选择题

9.某地的常绿阔叶林因森林大火而遭到破坏,经历一段时间后,该地常绿阔叶林逐步得以恢复,下图为恢复过程中群落演替的不同阶段及其植物组成。请回答下列问题。

(1)随着时间的推移,　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　的过程,称为群落的演替。在第Ⅰ阶段经历了一年生草本植物占优势,到多年生草本植物占优势的过程,在第Ⅱ阶段,草本和灌木混生,群落内很少有一年生草本植物生长,其原因是　                　。

(2)该群落演替的类型为　　　　　演替,在从Ⅰ～Ⅳ阶段的演替过程中,群落对光能的利用能力　　      　　,抵御环境变化的能力逐渐　　　　　　　　　。

(3)在Ⅳ阶段,自上而下分别有乔木、灌木和草本植物,这体现了群落的　　　　结构。

(4)在恢复过程中人为种植了一些乔木,则人类的活动导致该群落演替按照不同于自然演替的　　　　　进行。

解析:(1)随着时间的推移,一个群落被另一个群落代替的过程,称为群落的演替;在第Ⅱ阶段,群落内很少有一年生草本植物生长,其原因是大部分一年生草本植物在争夺阳光和空间等竞争中被淘汰。

(2)该群落演替的类型为次生演替,在从Ⅰ～Ⅳ阶段的演替过程中,群落对光能的利用能力提高,抵御环境变化的能力逐渐增强。

(3)在Ⅳ阶段,自上而下分别有乔木、灌木和草本植物,这体现了群落的垂直结构。

(4)人为种植乔木,并未改变该群落演替的方向,但改变了演替的速度。

答案:(1)一个群落被另一个群落代替　大部分一年生草本植物在争夺阳光和空间等竞争中被淘汰

(2)次生　提高　增强

(3)垂直　(4)速度

10.“退耕还林”是实现“绿水青山就是金山银山”的重要措施之一。如图是科研人员对某地不同退耕年限植物群落的物种数目变化的调查结果,请分析作答。

(1)在演替过程中,群落的　　　　　　发生了较大的变化,这是区分不同群落的重要特征。

(2)发生在退耕地上的演替为　　　　,其演替速度快的原因是　  

                                              　。

(3)该群落在演替的过程中,决定植物优势物种变化的主要环境因素是　　　　,而决定动物优势物种变化的主要因素是　          。

(4)如果第2年在该地区人为种植一些灌木和乔木,并加以保护,则草本植物的丰富度达到最大的时间将　　　　　　(填“不发生变化”“提前”或“推后”)。与自然演替相比,退耕还林与禁牧使得该山区群落的演替速度　　　　　(填“变快”或“变慢”),这说明人类活动　                                                      

                                               　。

解析:(1)物种组成是区分不同群落的重要特征。(2)发生在退耕地上的演替属于次生演替,因为该演替具备原有土壤条件,土壤里甚至还有植物的种子或其他繁殖体,所以演替速度比较快。(3)发生在退耕地上的群落演替过程中,植物主要竞争阳光,因此影响植物优势物种变化的主要环境因素是光照。动物主要竞争食物,因此决定动物优势物种变化的主要因素是食物条件。(4)如果人为种植一些灌木和乔木,加快了自然演替的速度,则草本植物的丰富度达到最大的时间与自然演替相比会提前。与自然演替相比,退耕还林与禁牧可以帮助群落重建,使演替速度加快,说明人类活动可以改变群落演替的速度。

答案:(1)物种组成　(2)次生演替　保留了原有土壤条件,甚至还保留了植物的种子或其他繁殖体　(3)光照　食物条件　(4)提前　变快　可以改变演替的速度

三、不定项选择题

11.在群落的自然演替过程中,不同物种的取代顺序是可以预测的,如弃耕地上可预测的演替序列为一年生杂草→多年生杂草→灌木→早期树木→晚期树木→顶极群落。这可以利用“资源比假说”来解释:该假说认为物种优势是由光和营养物质这两种资源的相对利用的有效性决定的。如图,显示了一块弃耕地上物种从甲到戊的取代顺序,下列有关说法中错误的是(　AD　)

A.在演替期间,营养物质的有效性随枯枝落叶的积累而增加,但对光的利用率降低

B.最先进入的物种多为一年生杂草,它们对土壤营养物质的要求低,但对光有最高需求

C.后来替代物种相对前面被替代的物种较为高大,且耐荫的能力也

较强

D.顶极群落后若发生火灾,可预测其后的次生演替时间和过程与初生演替基本相同

解析:在演替期间,随枯枝落叶的积累营养物的有效性增加,由于植物分层更复杂,对光利用率提高;据题分析,最先进入的物种多为一年生杂草,据图分析,它们对土壤营养物的要求低,而对光有最高需求;据题分析,“如弃耕地上可预测的演替序列为一年生杂草→多年生杂

草→灌木→早期树木→晚期树木→顶极群落”,说明后来替代物种相对前面被替代的物种较为高大,而据图分析,对光的需求减弱,则耐荫的能力也增强;初生演替与次生演替在演替序列上基本相同,但初生演替一般需要经历一个极其漫长的土壤形成过程,而次生演替是在原有较好的土壤条件下进行的,因此速度快,时间短,过程简明。

12.下图是某森林在遭受火灾前后植被的变化情况,下列叙述正确的是(　BC　)

A.森林在遭受火灾之后群落的物种组成全部消失

B.bc段生物的种间关系不断发生调整

C.bc段表明演替过程中群落的优势种发生了变化

D.cd段生物体贮存的能量与ab段相当,说明该演替过程是原有物种的恢复

解析:题图为森林植被生物量变化,森林在遭受火灾之后大部分的植物和动物消失,但仍有微生物及少量动植物存在;cd段生物体贮存的能量与ab段相当,说明群落得到恢复,但具体物种可能有所不同。

四、综合探究题

13.某地实施退耕还林若干年后,生态环境逐步改善,科学家对此进行了系列跟踪研究。

(1)实施退耕还林后,耕地逐渐过渡为灌木丛和林地的过程叫作　 　

　　　　　。该地段群落中物种数目的多少称为　　　　　　。研究发现,该地段不同区域分布着不同的种群,同一区域上种群密度也有差异,且呈镶嵌分布,这种差异称为　　　　　　　　　。

(2)对于退耕年份不同的林地进行研究得到如下数据:

分析上表可知:

①                                              

                                               　。

②                                              

                                               　。

解析:(1)群落演替的过程就是一个群落被另一个群落代替的过程,研究群落在同一区域的不同地段在水平上的差异,为水平结构,而不是垂直结构。

(2)由表格看出,①从撂荒7年到150年的近天然林中树种数量由22种达到了128种,对于部分个体平均胸径和高度均呈上升趋势,所以随着次生演替的进行,次生林的恢复是向着物种数量增加、林木不断生长的方向进行的。

②在次生演替的前50年内,群落内树种种类增长为96-22=74(种),而50～150年之间次生林群落植物种类增长为128-96=32(种),后期增长比较慢。

答案:(1)群落的演替　物种丰富度　群落的水平结构

(2)①随着次生演替的进行,次生林的恢复是向着物种数量增加、林木不断生长的方向进行的　②在次生演替的前50年内,群落内树种种类增长比较快,而50～150年之间次生林群落植物增长的速度放缓