| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
ERT-1 | ERT-1.A |
|
生物世界:生态系统
AP 环境科学 · 第 1 主题
1.1
生态系统导论
大纲
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个生态系统(ecosystem)是一个区域里所有的生物(生物的)和非生物(非生物的),一起相互作用。生物依赖彼此和它们的物理环境,而像捕食(predation)、竞争(competition)和共生(symbiosis)(互利共生、偏利共生、寄生)这样的相互作用塑造群落。
Explore how a population grows
Change the growth rate $r$ and the carrying capacity $K$. Growth is fast when a population is small, then levels off as resources run short and the ecosystem fills up.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| ecosystem | 生态系统 | shēng tài xì tǒng |
| predation | 捕食 | bǔ shí |
| competition | 竞争 | jìng zhēng |
| symbiosis | 共生 | gòng shēng |
1.2
陆地生物群系
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
ERT-1 | ERT-1.B |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个生物群系(biome)是一个由它的气候和特有的生命定义的大区域。陆地生物群系(terrestrial biomes)(沙漠、草原、热带雨林、温带森林、针叶林、苔原)主要由温度和降水(precipitation)决定。每个都有适应那些条件的植物和动物。
下面两张图处在降水量的两个极端,这就是它们的生命看起来如此不同的原因:


| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| biome | 生物群系 | shēng wù qún xì |
| temperature and precipitation | 降水 | jiàng shuǐ |
| tropical rainforest | 热带雨林 | rè dài yǔ lín |
| desert | 沙漠 | shā mò |
1.3
水生生物群系
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
ERT-1 | ERT-1.C |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
水生生物群系(aquatic biomes)覆盖地球比陆地更多。淡水(溪流、湖泊、湿地)和海洋(开阔海洋、珊瑚礁、河口)系统在盐度(salinity)、阳光和营养上不同。河口(estuaries)(河流遇到海洋的地方)和珊瑚礁尤其多产和生物多样。

| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| salinity | 盐度 | yán dù |
| Estuaries | 河口 | hé kǒu |
| coral reef | 珊瑚礁 | shān hú jiāo |
1.4
碳循环
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
ERT-1 | ERT-1.D |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
碳循环(carbon cycle)在大气、生物、海洋和岩石之间移动碳。光合作用(photosynthesis)移除 $\text{CO}_2$;呼吸(respiration)、分解(decomposition)和燃烧化石燃料(fossil fuels)返回它。燃烧化石燃料添加碳的速度远快于自然过程移除它。

| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| carbon cycle | 碳循环 | tàn xún huán |
| fossil fuels | 化石燃料 | huà shí rán liào |
1.5
氮循环
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
ERT-1 | ERT-1.E |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
氮循环(nitrogen cycle)使氮对生命可用。固氮(nitrogen fixation)(由细菌)把大气 $\text{N}_2$ 转换成氨;硝化和同化使它通过生物;反硝化(denitrification)把 $\text{N}_2$ 返回空气。肥料添加活性氮,它能污染水。

| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| nitrogen cycle | 氮循环 | dàn xún huán |
| Nitrogen fixation | 固氮 | gù dàn |
1.6
磷循环
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
ERT-1 | ERT-1.F |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
磷循环(phosphorus cycle)没有大气(气体)阶段——磷通过岩石、土壤、水和生物移动。它慢而常常是增长的限制性营养(limiting nutrient),所以添加的磷(肥料、洗涤剂)能触发藻类爆发。

| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| phosphorus cycle | 磷循环 | lín xún huán |
| limiting nutrient | 限制性营养 | xiàn zhì xìng yíng yǎng |
1.7
水循环
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
ERT-1 | ERT-1.G |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
水循环(water cycle)通过蒸发(evaporation)、蒸腾(transpiration)(从植物)、凝结(condensation)、降水(precipitation)和径流移动水。它分配淡水并塑造气候;人类使用和土地变化能改变它的流动。

| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| water cycle | 水循环 | shuǐ xún huán |
| evaporation | 蒸发 | zhēng fā |
| transpiration | 蒸腾 | zhēng téng |
1.8
初级生产力
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
ENG-1 | ENG-1.A |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
初级生产力(primary productivity)是生产者捕获能量的速率(通常通过光合作用)。总初级生产力(GPP)(gross primary productivity)是捕获的总量;净初级生产力(NPP)(net primary productivity)是生产者自己的呼吸之后剩下的——对生态系统其余部分可用的能量。温暖、湿润、阳光充足的系统(雨林、珊瑚礁)最多产。
Worked example. 若一个草原里的生产者捕获 $20{,}000\ \text{kcal/m}^2/\text{yr}$ 的能量(GPP)并在它们自己的呼吸里燃烧 $8{,}000\ \text{kcal/m}^2/\text{yr}$,那么 $\text{NPP}=\text{GPP}-R=20{,}000-8{,}000=12{,}000\ \text{kcal/m}^2/\text{yr}$。只有那个 NPP ——不是完整的 GPP ——对上面的消费者可用。
Explore GPP, respiration and NPP
The energy producers capture (GPP) splits into what they burn for their own respiration $R$ and what is left over as new biomass — $\text{NPP} = \text{GPP} - R$, and useful + wasted always equals the input.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| Primary productivity | 初级生产力 | chū jí shēng chǎn lì |
1.9
营养级
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
ENG-1 | ENG-1.B |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
生物占据营养级(trophic levels):生产者(producers)(制造它们自己的食物),然后初级、次级和三级消费者(consumers),而分解者(decomposers)在每一级回收营养。每一级依赖它下面捕获的能量。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| trophic levels | 营养级 | yíng yǎng jí |
| producers | 生产者 | shēng chǎn zhě |
| primary, secondary, and tertiary consumers | 消费者 | xiāo fèi zhě |
| decomposers | 分解者 | fēn jiě zhě |
1.10
能量流动与10%定律
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
ENG-1 | ENG-1.C |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
能量单向流过一个生态系统,并在每次转移时作为热损失。10% 规则:一个营养级只有约 10% 的能量传给下一个;另外的 90% 驱动生命过程并作为热逃逸。这就是为什么食物链是短的而顶级捕食者很少。
Worked example. 从生产者层面的 $12{,}000\ \text{kcal/m}^2/\text{yr}$ 的 NPP 继续,初级消费者接收约 $10\%=1{,}200\ \text{kcal}$、次级消费者 $\approx120\ \text{kcal}$,而三级消费者只有 $\approx12\ \text{kcal}$。三次转移之后能量已经缩小了一千倍——为什么第四或第五营养级很少有足够能量支持它的算术原因。

Explore the 10% rule
Set the energy producers capture and the ecological efficiency, then watch only about a tenth pass to each level up — this is why the apex predator is left with so little and food chains stay short.
1.11
食物链与食物网
大纲
| Enduring Understanding | Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|---|
ENG-1 | ENG-1.D |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个食物链(food chain)是谁吃谁的一条单一的线;一个食物网(food web)把许多链连接成一幅现实的取食关系图。因为物种相互连接,移除一个(尤其是一个关键种(keystone species))能破坏整个网。

| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| food chain | 食物链 | shí wù liàn |
| food web | 食物网 | shí wù wǎng |
| keystone species | 关键种 | guān jiàn zhǒng |
1.11
考试技巧
- 记住能量流动并被损失(10% 规则)而物质循环(碳、氮、磷、水)。
- 沿一条食物链应用 10% 规则并知道 NPP = GPP − 呼吸(只有 NPP 对消费者可用)。
- 学每个生物地球化学循环的储库以及人类如何扰动它(燃烧化石燃料添加 CO₂;肥料添加氮/磷)。
- 生产者最丰富,因为如此少的能量到达顶部。
- 在自由回答的数学问题上使用正确的单位并展示你的算术(无计算器——保持数字整齐)。
本主题的互动课程
逐步学习,并即时检测练习。