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第5节 生态系统的稳定性
第三章 生态系统及其稳定性
人教版（2019） 选择性必修二
学习目标
1.概述生态平衡是指生态系统的结构和功能处于相对稳定的一种状态。
2.通过分析生态系统中的反馈调节过程，阐明生态系统具有维持或恢复生态平衡的能力。
3.举例说明抵抗力稳定性和恢复力稳定性。
4.通过设计提高生态系统稳定性的方案，关注人类活动对生态系统稳定性的影响。
5.设计并制作生态缸，观察其稳定性。
紫茎泽兰
薇甘菊
空心莲子草
豚草
毒麦
互花米草
飞机草
凤眼莲
石矛
蔗扁蛾
湿地松粉蚧
强大小蠹
美国白蛾
非洲大蜗牛
福寿螺
牛蛙
中国第一批外来入侵物种名单（16种）
问题探讨
讨论：
紫茎泽兰原产于中美洲。传入我国后，先是在云南疯长蔓延，现已扩散至广西、贵州、四川等多个省份，对当地林木、牧草和农作物造成严重危害。
为什么紫茎泽兰在原产地没有大肆繁殖，在入侵地可以疯长蔓延？
适应、繁殖能力强，没有天敌等制约因素
植物 1998 2003 2006 2009 2011 2012
科数 36 33 27 18 17 16
种数 98 90 84 47 38 35
紫茎泽兰对云南松林生物多样性的影响，
刘选富、张亚奇，四川林勘设计，2016年第2期
紫茎泽兰入侵后，当地植物种类有何变化？推测动物种类会发生什么变化？生物多样性呢？
随入侵年限的增加，植物的科数和种数逐渐减少。
有些动物随后消失，生物多样性下降。
资料：四川省普格县，云南松林，1998—2012年
问题探讨
讨论：
植物 1998 2003 2006 2009 2011 2012
科数 36 33 27 18 17 16
种数 98 90 84 47 38 35
资料：四川省普格县，云南松林，1998—2012年
当地生态系统的结构和功能会发生变化吗？为什么？
物种数量减少，营养结构变简单，物质循环、能量流动等生态系统的功能受到严重影响。
问题探讨
讨论：
一、生态平衡与生态系统的稳定性
1.概念：生态系统的_____和_____处于_________的一种状态。
2.特征：
(1)结构平衡：生态系统的各组分保持_________。
(2)功能平衡：生物成分之间的生态过程正常进行，以使_____持续循环，_____不断流动，信息传递正常进行，确保生物个体持续发展和更新。
(3)收支平衡：_______在一定时间内制造的可供其他生物利用的有机物的量，处于比较稳定的状态。
结构
功能
相对稳定
相对稳定
物质
能量
生产者
动态平衡
（一）生态平衡
【负反馈】在一个系统中，系统工作的效果，反过来又作为信息调节该系统的工作，并且使系统工作的效果减弱或受到限制，它可使系统保持稳定。
兔增加
狼增加
草减少，兔的生存空间和资源减少
兔减少
草增加，兔的生存空间和资源增加
狼减少
发生偏离
一、生态平衡与生态系统的稳定性
种群密度降低
种群密度升高(郁闭)
种子萌发，幼苗迅速成长
光照充足、无机养料增多
森林火灾
负反馈调节的意义：负反馈调节在生态系统中普遍存在，是生态系统具备自我调节能力的基础。
森林火灾
灾后的恢复
一、生态平衡与生态系统的稳定性
请阐述如图草原生态系统的负反馈调节过程。
【生态平衡】生态系统的结构和功能处于相对稳定的一种状态。
（1）结构平衡
（2）功能平衡
（3）收支平衡
特征
负反馈调节
生态平衡
一、生态平衡与生态系统的稳定性
生态系统的稳定性
生态系统维持或恢复自身结构和功能处于相对平衡状态的能力。
自我调节能力是有限的
生态系统的稳定性
自我调节能力
负反馈调节
原因
基础
一、生态平衡与生态系统的稳定性
埃尔顿的论据
1.研究证明，两个或少数物种相互作用的数学模型不易达到稳定的局面。
2.高斯对原生动物的实验证明，物种组成简单的群落要比组成复杂的群落易于灭绝。同时，为了使捕食者和猎物能够共存，需要一定的复杂环境。
3.只有少数物种的岛屿，比物种丰富的大陆易于受新物种的入侵并引起生态系统的动荡。
4.在物种组成简单的农田生态系统中，特别是农作物单一种植的生态系统，外来种的入侵和某一种群的快速繁殖更加常见，而且容易导致病虫害的大发生。
5.与温带和亚极地的生态系统相比，在高度多样的热带生态系统中，种群密度的波动对其稳定性的影响较小。
6.大量使用农药大大地简化了群落的结构。由于某些捕食者种群的丧失，导致了被捕食者过量繁殖。这种情形在农田和果园生态系统中常常出现。
物种少，结构简单，受到外界干扰，不易维持稳定
生态系统稳定性与结构复杂性的关系
一、生态平衡与生态系统的稳定性
梅和皮姆的论据
梅以多物种随机集合的食物网为模型群落，研究其局域稳定性，即生态系统在经受小的干扰后回到原状的能力，其结论是局域稳定性随复杂性增加而降低。皮姆则以模型群落为研究对象，研究其经受大而持久的干扰后恢复到原状的能力，即全域稳定性，结果是全域稳定性一般随复杂性增加而下降。1982年他还以三和四个营养级的模型群落为对象，研究群落在受到干扰后，恢复到原初状态所需要的时间。结果发现恢复时间随复杂性的增加而增加，因而生态系统的恢复力随复杂性的增加而降低。
物种多，结构复杂，受到外界干扰，不易恢复原状
一、生态平衡与生态系统的稳定性
抵抗力稳定性和恢复力稳定性
1.抵抗力稳定性：
生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状（不受损害）的能力。
2.恢复力稳定性：
生态系统在受到外界干扰因素的破坏后恢复到原状的能力。
蝗虫采食下，草原植物再生能力增强
干旱时树木扩展根系的分布空间
生态系统中的组分越多
食物网越复杂
自我调节能力就越强
抵抗力稳定性就越高
热带雨林动植物种类繁多，营养结构非常复杂，假如其中的某种植食性动物大量减少，它在食物网中的位置还可以由这个营养级的多种生物来代替，整个生态系统的结构和功能仍然能够维持在相对稳定的状态。
抵抗力稳定性和恢复力稳定性
生态系统中的组分越少
食物网越简单
自我调节能力就越弱
抵抗力稳定性就越低
北极冻原生态系统中，动植物种类稀少，营养结构简单，其中生产者主要是地衣，其他生物大都直接或间接地依靠地衣来维持生活。假如地衣受到大面积破坏，整个生态系统就会崩溃。
抵抗力稳定性和恢复力稳定性
用数学模型来表示两种稳定性的关系。
抵抗力稳定性
稳定性
营养结构复杂程度
一般为负相关关系
恢复力稳定性
环境恶劣地带的生态系统（北极冻原、荒漠)，往往恢复力稳定性和抵抗力稳定性都比较弱。
抵抗力稳定性和恢复力稳定性
抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性之间的关系
图中两条虚线之间的部分表示生态系统功能正常的作用范围。
____表示一个外来干扰使之偏离这一范围的大小，偏离的大小可以作为抵抗力稳定性的定量指标。
____可以表示恢复到原状态所需的时间。大小可以作为恢复力稳定性的定量指标。
____表示曲线与正常范围之间所围成的面积，可作为总稳定性的定量指标。
m
n
TS
抵抗力稳定性和恢复力稳定性
生态系统在受到不同的干扰（破坏）后，其恢复速度与恢复时间是不一样的。
如果河流与土壤被有毒物质轻微污染，通过自身的净化作用，可以很快恢复到接近原来的状态；
如果被有毒物质重度污染，自身的净化作用已不足以消除大部分有毒物质，这些河流或土壤的恢复力稳定性就被破坏了。
热带雨林在遭到严重砍伐，草原经过极度放牧后，它们恢复原状的时间漫长，难度极大!
抵抗力稳定性和恢复力稳定性
提高生态系统的稳定性
人工造林、人工种草、鼠虫害治理、“黑土滩”治理
封山育林、休牧育草、围栏封育
控制对生态系统的干扰强度
给予相应的物质、能量的投入
措施
原则
对过度利用的森林与草原，首先应封育，待恢复到较好状态时再适度利用。
为使单一作物的农田生态系统保持稳定，需要不断施肥、灌溉、控制病虫害；
人工建造“生态屏障”；
建造"三北"防护林，有效地防风阻沙，保护草原与农田。
二、设计制作生态缸，观察其稳定性
实验原理：生态系统的稳定性与它的物种组成、营养结构、非生物因素密切相关；必须考虑物质循环和能量流动的相对平衡。
设计要求 分析
生态缸是封闭的 防止外界生物或非生物因素的干扰
生态缸中投放的几种生物必须具有很强的生活力，成分齐全(要有生产者\消费者\分解者) 生态缸中能够进行物质循环和能量流动，在一定时期内保持稳定
生态缸的材料须透明 为光合作用提供光能；保持生态缸内温度；便于观察
生态缸宜小不宜大，缸中水量应占其容积的4/5，要留一定空间 便于操作，缸内储备一定量的空气
生态缸的采光用较强的散射光 防止水温过高，导致水生植物死亡
选择的动物不宜太多，个体不宜太大 减少对O2消耗，防止生产量＜消耗量
放假山石：在土坡上放几块有孔的假山石，可作为小动物栖息的场所。
倒入自来水：向缸内倒入自来水，水位高5～10 cm，在水中放几块鹅卵石
制作生态缸框架：用玻璃板和粘胶制作
缸底部的铺垫：在生态缸内底部的一侧铺垫几块石块，再铺上一层颗粒较细的沙土，沙土上铺一层含腐殖质较多的土，使铺垫好的土和石块整体呈坡状
设计制作生态缸，观察其稳定性
放假山石：将生态缸放置于室内通风、光线良好的地方，但要避免阳光直接照射小动物栖息的场所。
观察记录：观察生态缸内生物种类及数量的变化，并进行记录
放入植物和动物：①在土坡上选择苔藓、铁线蕨、鸭跖草、马齿苋、罗汉松、翠云草等进行种植，放入鼠妇、蛐蜓、蚯蚓、蜗牛等小动物；②在水中放入浮萍、金鱼藻等水生植物，放入虾、小鱼和小乌龟等小动物
移置生态缸：用粘胶封上生态缸盖
设计制作生态缸，观察其稳定性
课堂小结
课堂练习
如图表示正常生态系统受到一定程度的干扰后，生态系统稳定性的变化。下列说法错误的是（ ）
A.在受到干扰之前，曲线在正常范围内波动是由于该生态系统具有自我调节能力
B.在受到干扰后，曲线偏离正常范围越晚和幅度越小，说明生态系统的抵抗力稳定性越高
C.S2所代表的面积越大，生态系统的恢复力稳定性越高
D.S3所代表的面积越小，生态系统的稳定性越高
C
如图所示为某同学制作的小生态瓶，据图分析不正确的是（ ）
A.该生态瓶的组成成分虽比较简单，但其群落仍存在垂直结构
B.生态瓶中生物种类稀少，没有食物链存在
C.为了保证生态瓶的正常运转，瓶内浮萍、金鱼藻、螺蛳和虾的比例应适中
D.在适宜的温度和光照条件下，该生态瓶会更稳定
B
课堂练习
谢 谢

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