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第3章 生态系统及其稳定性
第5节 生态系统的稳定性
问题探讨
紫茎泽兰原分布于中美洲，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，在《中国第一批外来入侵物种名单》中名列榜首
讨论1.紫茎泽兰在原产地没有大肆
繁殖，为什么在入侵地可以疯长蔓
延？
紫茎泽兰的繁殖和适应能力很强，
在入侵地没有天敌等因素的制约
2.我国曾引入紫茎泽兰的专食性天敌——泽兰实蝇来防治紫茎泽兰。泽兰实蝇也是一种外来生物，对这种方法，你怎么看？
泽兰实蝇可以抑制紫茎泽兰生长，但是泽兰实蝇是一种外来物种，也有可能影响入侵地的生态系统，因此在释放泽兰实蝇之前，应做好相关研究，如泽兰实蝇的生物安全性研究，野外如何布点释放泽兰实蝇，定点释放的虫量应当为多少，等等。即在确保利用泽兰实蝇的安全性后，再利用它进行防治
像紫茎泽兰这样的入侵种，由于它的繁殖、适应的能力很强，而且没有天敌等制约因素，因此一旦蔓延，就会严重干扰入侵地的生态系统，破坏生态平衡
千百年来，虽然地球上许多生态系统不时
受到外来干扰，但只要这种干扰没有超过
限度，生态系统就能够通过 得以
恢复从而维持相对稳定的结构和功能
生态平衡
生态系统的____ _和____ _处于_______ _的一种状态
自我调节
结构
功能
相对稳定
生态平衡与生态系统的稳定性
大兴安岭的森林和呼伦贝尔的草原，都是处于生态平衡的系统
在处于平衡的生态系统中， 均衡，
的组成稳定，生态系统中的 过程处于平衡的状态，这时生态系统的 以及
等都保持相对稳定的状态
物质和能量的输入与输出
生物种类
生产过程与消费、分解
外貌、结构
外貌、结构
处于生态平衡的生态系统具有以下特征：
①
生态系统各组分保持相对稳定
生态系统中动植物种类及数量一般不会有太大的变化，一般相关种群数量呈现周期性变化，可用下图曲线表示：
结构平衡
处于生态平衡的生态系统具有以下特征：
②
生产—消费—分解的生态过程正常进行，保证了物质总在循环，能量不断流动，生物个体持续发展和更新
生物群落的能量输入与输出相对平衡，物质的输入与输出保持相对平衡
功能平衡
处于生态平衡的生态系统具有以下特征：
③
在某生态系统，植物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生态平衡并不是指生态系统一成不变，而是一种 。
收支平衡
动态平衡
这种动态平衡是通过什么调节机制实现的呢？
一片草地
兔子数量增加
草被大量啃食
兔之间对食物等资源的竞争加剧
兔的生存空间和资源减少
狼增加
兔数量恢复或接近原来水平
森林
植被大量生长
森林逐渐郁闭
林间阳光减少
制约林下树苗成长
枯枝落叶积累
增加发生自然火灾可可能性
种群密度降低
种群密度升高(郁闭)
种子萌发,长成新植株
阳光、养料充足
火灾
生态系统遭到破坏或干扰，能对抗这种破坏或干扰，使生态系统恢复平衡的调节机制，是 机制
负反馈
在一个系统中，系统工作的__ __，反过来又作为__ __调节该系统的工作，并且使系统工作的效果_ ___或受到__ ，它可使系统____ ____
思考 讨论
分析反馈调节的过程
1.小组合作，尝试用文字、线框、箭头等符号，简要描绘上述两个例子中的负反馈调节过程
负反馈
效果
信息
减弱
抑制
保持稳定
兔子数量增加
狼增加
草减少，兔的生存空间和资源减少
兔子数量减少
草增加，兔的生存空间和资源增加
狼增加
原方向
发生偏离
负反馈调节
回到原来方向
改邪归正
草
兔
狼
C
B
A
反馈调节
原方向
发生偏离
正反馈调节
更加偏离
错上加错
原方向
发生偏离
回到原来方向
改邪归正
负反馈调节
正反馈调节
实例：湖泊受到严重污染，鱼等生物会因死亡而减少，尸体腐烂，又会进一步加重污染，引起更多的生物死亡，污染更加严重
模型
结果：使生态系统远离平衡状态
鱼等生物死亡
尸体腐烂
湖泊污染
（+）
（+）
（+）
2.利用本章第1节图3-4（第52页），以图中的蛙、蛇或其他动物为例，描绘该种动物数量增长或减少时，生态系统可能发生的变化，并讨论反馈调节是否发挥了作用
以“草→昆虫→蜘蛛→捕虫鸟→鹰”这条食物链为主，分析蛙数量变化时生态系统因为反馈调节可能发生的变化（部分）。如果考虑整个生态系统，则蛙的数量变化导致的反馈调节过程是很复杂
蛙减少
昆虫和蜘蛛增加
捕食昆虫和蜘蛛的鸟增加
鹰增加
蛇减少
蛙增加
昆虫和蜘蛛减少
捕食昆虫和蜘蛛的鸟减少
鹰减少
蛇增加
负反馈调节在生态系统中___ __存在，是生态系统具备____________ _的基础
正是由于生态系统具有自我调节能力，生态系统才能维持相对稳定
生态系统的稳定性
生态系统__ __或__ __自身__ __与_____处于__ _____状态的能力，强调的是生态系统__________ 的能力
当外界干扰因素的强度超过一定限度时，生态系统的稳定性急剧下降，生态平衡遭破坏
生态系统具有稳定性的原因：
生态系统具有一定的自我调节能力
普遍
自我调节能力
维持
恢复
结构
功能
相对平衡
维持生态平衡
实例：我国西北的黄土高原
黄土高原经过几百年的掠夺式开发，植被破坏造成水土流失，成为一片荒山秃岭
《全》P112
1．我们经常在媒体上看到“生态平衡”的概念，下列关于“生态平衡”和“生态系统稳定性”的叙述，错误的是
A．生态平衡是生态系统发展到一定阶段，生态系统保持其结构与功能的稳定状态
B．生态系统的稳定性是生态系统具有的保持和恢复其结构与功能相对稳定的能力
C．生态系统的自我调节能力是生态系统稳定性和生态平衡的基础
D．生态平衡与生态系统的稳定性不是一个概念，两者之间并没有关系
《全》P112
2．森林生态系统能长期维持相对稳定状态的原因是
①其恢复力稳定性要比农田生态系统高
②其抵抗力稳定性要比草原生态系统高
③有比较复杂的营养结构
④太阳能是维持生态系统正常运转的动力
⑤一种生物大量减少后，其位置可由同一营养级的多种生物取代
A．②③④⑤ B．②④⑤
C．①②③⑤ D．①③④
抵抗力稳定性和恢复力稳定性
生态系统的稳定性表现在两个方面：
①
生态系统_______ ____并使自身结构与功能____ ____ (不受损害)的能力
抵抗外界干扰
保持原状
抵抗力稳定性
草原遭受蝗虫采食后，草原植物会增强其再生能力，尽可能减缓种群数量的下降
森林遭遇持续的干旱气候时，数目扩展根系的分布空间，以保证获得足够的水分，维持生态系统正常的功能
反映生态系统本身对外界干扰具有一定的抵抗能力
②
生态系统在受到外界干扰因素的___ __后___ _______的能力
生态系统遭到一定程度的破坏后，经过一段时间，可以恢复到原来的状态。这是由于生态系统具有恢复力稳定性
破坏
恢复到原状
恢复力稳定性
森林局部火灾后，森林仍能逐步恢复原状
在个体水平稳态的维持上，有没有类似生态系统抵抗力稳
定性和恢复力稳定性的情况？
人体在遇到病原体入侵时，免疫系统会抵抗病原体的入侵，这与生态系统的抵抗力稳定性相似；人体也有恢复稳态的机制和趋势，在大病初愈时，有些功能需要恢复到正常水平，这与恢复力稳定性相似
热带雨林中，动植物种类繁多，营养结构非常的复杂，假如其中某种生物大量减少，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
不同的生态系统在这两种稳定性的表现上有着一定的差别：
①一般来说，生态系统中的_____ __，________ ，其______________ ___，抵抗力稳定性就越____ _；
组分越多
食物网越复杂
自我调节能力就越强
越高
人工林和天然林相对，抵抗力稳定性是高还是低？
为什么？
低
因为相比之下人工林组成成分少，食物网简单，自我调节能力弱，抵抗力稳定性低
北极冻原生态系统，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
②生态系统在受到不同的干扰（破坏）后，其_____ 与_______ 是____ __的
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，这些河流或土壤的恢复力稳定性就
被破坏
恢复速度
恢复时间
不一样
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
想一想，研究不同生态系统在抵抗力稳定性
和恢复力稳定性两方面存在的差别，对自然
生态系统的利用和保护有什么意义？
在利用自然生态系统时，要根据不同类型生
态系统抵抗力稳定性的差异，合理控制对生
态系统的干扰强度，干扰不能超过生态系统
抵抗力稳定性的范围；在保护自然生态系统
时，要根据不同类型生态系统恢复力稳定性的差异，合理确定保
护对策，如采取封育措施，补充相应的物质、能量，修补生态
系统的结构，增强生态系统的恢复力
抵抗力稳定性和恢复力稳定性比较
人工林
生物种类_____
营养结构_____
自我调节能力_____
抵抗力稳定性_____
恢复力稳定性_____
热带雨林
生物种类_____
营养结构_____
自我调节能力_____
抵抗力稳定性_____
恢复力稳定性_____
少
简单
弱
低
高
多
复杂
强
高
低
抵抗力稳定性 恢复力稳定性
区 别 实质 _____自身结构和功能相对稳定 _____自身结构和功能相对稳定
核心
影响 因素
保持
恢复
抵抗干扰，保持原状
受到破坏，恢复原状
生态系统中组分越多，食物网越复杂，其自我调节能力就越强，抵抗力稳定性越高
生态系统中组分越少，营养结构越简单，恢复力稳定性越高
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
北极冻原生态系统，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
北极冻原生态系统抵抗力稳定性和恢复力稳定性都低
①图中两条虚线之间的部分表示__ ____________________；
②y表示一个外来干扰使之偏离这一范围的大小
y值大，说明抵抗力稳定性____，反之，抵抗力稳定性____；
如受到相同干扰时，草原生态系统的y值__ __热带雨林生态
系统；
生态系统稳定性的数学模型
生态系统功能的正常作用范围
弱
强
大于
生态系统稳定性的数学模型
③x表示恢复到原状态所需的时间
x值大，说明恢复力稳定性____，反之，恢复力稳定性____；
④曲线与正常范围之间所夹的面积作为总稳定性的定量指数（TS）
TS越大，说明这个生态系统的总稳定性越_____；
弱
强
弱
《全》P114
1．下列与生态系统稳定性相关的叙述，正确的是
A．生态系统中的组成成分越多，食物网越复杂，生态系统的恢复力稳定性就越强
B．农田生态系统比草原生态系统的稳定性高
C．对于北极冻原来说，由于物种组成结构简单，它的抵抗力稳定性和恢复力稳定性都较低
D．在遭到严重破坏后，相对于池塘生态系统而言，海洋生态系统恢复更快
《全》P114
2．如图所示，两条虚线之间的部分表示生态系统功能正常的作用范围。y表示一个外来干扰使之偏离这一范围的大小；x表示恢复到原状态所需的时间；曲线与正常范围之间所夹的面积可以作为总稳定性的定量指标(TS)。下列说法中正确的是
A．在正常作用范围内，生态系统中生物的
种类和数量保持不变
B．在遭到干扰时，x、y值的大小与生物种
类有关，与数量无关
C．对同一个生态系统来说，y值和x值之间呈正相关
D．TS值越小，表明这个生态系统的总稳定性越小
提高生态系统的稳定性
维持生态平衡，提高生态系统的稳定性，对于自然或人工生态系统时十分必要的
提高生态系统稳定性的原因
处于生态系平衡的生态系统
可以持续不断地满足人类生活所需
能够使人类生活与生产的环境保持稳定
提高生态系统稳定性的措施
①控制对生态系统的干扰强度，在不超过生态系统的自我调节能力的范围内，合理适度利用生态系统
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
②对人类利用强度较大的生态系统，应给予相应的物质、能量的投入，保证生态系统内部结构与功能的协调
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；还可以人工建造“生态屏障”
我国在东北、华北和西北地区已经建造了大规模的“三北”防护林，防护林有效地防风阻沙，保护了这些地区的草原与农田
设计提高生态系统稳定性的方案
桉树林是我国西南地区重要的经济林。大面积种植桉树林的生态问题已引起广泛关注。例如，结构单一的同龄纯林对环境变化的抵抗力差;人工桉树林下植被稀少，出现水土流失等问题;有的桉树林里鸟类绝迹研究发现，在某地人工桉树林中，乔木层桉树占绝对优势;灌木层、草本层的物种丰富度则与桉树密度有关:桉树密度为750株/hm2”时灌木层有17个物种，草本层物种也较丰富;桉树密度高达1000株/hm2”时，灌木层和草本层物种均减少
思考·讨论
讨论
1.结合上述信息，并查阅有关资料，与小组同学讨论提高人工按树林稳定性的措施。讨论时，应重点考虑如何提高生态系统的物种多样性、结构复杂性，并兼顾人工林的经济效益与当地生态保护之间的平衡
物种多样性及经济效益角度:可间种其他树种及一些经济作物，适当增加草本和灌木数量；从保持土壤肥力角度：土壤中接种固氮菌
2.按上述思路，选择一个自己比较熟悉的生态系统，如退耕还林、还草、还湖过程中新形成的森林、草原、湖泊生态系统.城市建设中兴建的森林公园或湿地生态系统，查阅资料，设计提高其稳定性的方案
练习与应用
一、概念检测
1.生态系统的稳定性包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性。判断下列相关表述是否正确。
(1)温带针阔叶混交林比热带雨林的抵抗力稳定性低。 ( )
(2)不同的生态系统，抵抗力稳定性和恢复力稳定性的强度不同。 ( )


2.封山育林能有效提高生态系统的稳定性，是因为
A. 封山育林控制了物质循环
B.延长了生态系统中的食物链
C.增加了生态系统中消费者数量
D.使生态系统营养结构复杂性增加
3.天然森林很少发生的松毛虫虫害，却经常发生在人工马尾松林中，合理的解释是
A. 马尾松对松毛虫抵抗力差
B.人工林内松毛虫繁殖能力强
C.人工林成分单一，营养结构简单
D，当地气候适于松毛虫的生长和繁殖
二、拓展应用
某江南水乡小城，曾经是一派小桥、流水、人家的怡人景象。几百年来，当地百姓在河流上游淘米洗菜，在下游洗澡洗衣，河水的水质一直保持良好。20 世纪 70 年代，由于大量生活污水和工业废水排人河道,水质恶化。20 世纪 90 年代，当地采取措施对工业废水排放进行控制，同时将河道支流很多入水口封闭以减少污水流入，河道内水量减少、河水流速降低，水质仍
然较差。请基于对生态系统稳定性的认识，
回答以下问题
1.当地百姓在河流中淘米洗菜，洗澡洗衣，为什么河水仍能保持清澈
生态系统具有抵抗力稳定性，当河水受到轻微污染(如淘米洗菜、洗澡洗衣等)时，河水能通过物理沉降、化学分解和微生物分解，很快消除污染，因此河水仍能保持清澈
2.大量生活污水和工业废水排人河道以后，为什么会引起水质急剧下降 20 世纪 90 年代采取的措施没有明显效果，可能的原因是什么
大量生活污水和工业废水排入水中，破坏了该生态系统的抵抗力稳定性和恢复力稳定性，河水很难恢复到原来的状态，就会形成污染。生态系统的自我调节能力具有一定的限度，由于污染严重，尽管采取了治理措施，河流自身的净化能力仍然不足以消除污染物，因此水质仍然较差
3.今天，小城已经恢复了水乡美景。你知道是采取什么措施来改善该地河流水质的吗
从治理已有污染的角度，可采用物理、化学、生物等方法进行治理，如机械除藻、底泥疏浚、在某些区段人工增氧、利用微生物分解污染物、利用水生植物进行生态修复等;从管理的角度，应禁止生活污水和工业废水排人河道，或污水、废水必须经严格处理才能排放，加强人们的水环境保护意识，加强执法检查，等等
设计制作生态缸，观察其稳定性
目的要求
设计一个生态缸，观察这一人工生态系统的稳定性
基本原理
在有限的空间内，依据生态系统原理，将生态系统的基本成分进行组织，构建一个人工微生态系统是可能的。要使人工微生态系统正常运转，在设计时还要考虑系统内组分及营养级之间的合适比例。应该注意，人工生态系统的稳定性是有条件的，也可能是短暂的
探究·实践
设计方案
生态系统的类型多样，每种生态系统的组成和稳定性是不一样
封上生态缸盖。将生态缸放置于室内 、 的地方，但要 。
通风
光线良好
避免阳光直接照射
设计要求 相关分析
生态缸必须是封闭的
生态缸中的生物必须有很强的生活能力，且成分要齐全
生态缸的材料必须透明
要采用散射光
生态缸中的水不满，留一定空间
选择的动物不宜太多，不宜太大
防止外界生物或非生物因素的干扰
保证物质循环和能量流动，在一定时期内保持稳定
为光合作用提供光照，同时便于观察
使缸内储备一定量的空气
减少对氧气的消耗
防止水温过高导致水生植物死亡
《全》P115
1．下列有关设计并制作生态缸实验的说法，正确的是
A．将生态缸置于室内通风，光线良好的地方，要避免阳光直射
B．生态缸所模拟的生态系统稳定性大小只由缸内物种丰富度决定
C．生态缸中放入较多的小鱼有利于该生态系统的稳定
D．应该经常向生态缸中通气，从而保证缸中生物的呼吸
《全》P116
2．如图所示为某同学制作的小生态瓶，据图分析错误的是
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宜
D．在适宜的温度和光照条件下，该生态瓶会更稳定
《全》P116
例　下图表示甲、乙两个生态系统受到相同强度的干扰和解除干扰后稳定性的变化情况，下列关于该变化过程的说法正确的是
A．甲、乙都具有抵抗力稳定性和恢复力稳定性
B．乙的恢复力稳定性强
C．a、b点生态系统丧失了抵抗力稳定性
D．c点时只有恢复力稳定性
复习与提高
一、选择题
1、下图是一个农业生态系统模式图，关于该系统的叙述，错误的是
A.沼气池中的微生物是该生态系统的分解者
B.微生物也能利用农作物通过光合作用储存
的能量
C.沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够
循环利用
D.多途径利用农作物可提高该生态系统的能量利用效率
2.在自然生态系统中，物质是能量的载体，下列叙述正确的是
A.能量可驱动物质循环
B.物质和能量可循环利用
C.能量只能在食物链中流动
D.能量金字塔和数量金字塔均可倒置
3.生态系统中物质循环、能量流动和信息 传递每时每刻都在进行，下列与之相关的叙述，正确的是
A.物质循环往复意味着任何生态系统在物质上都是自给自足的
B.能量流动是指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程
C.只有生物才会对信息有反应，因此信息传递只发生在生物群落内部
D.生态系统中的物质循环、能量流动和信息传递都是沿食物链进行的
4、毛竹与栲树、苦槠等阔叶树形成的混交林，其稳定性比毛竹纯林的高。以下分析不合理的是
A.毛竹纯林易发生病虫害
B.混交林中物种多样性高
C.混交林中食物网更复杂
D.混交林中能量可循环利用
二、非选择题
1.将以下概念之间的关系用概念图的形式表示出来。
生态系统、食物链、食物网、生产者、消费者、分解者、生物群落、初级消费者、次级消费者、三级消费者、第一营养级、第二营养级、第三营养级、第四营养级
2.下图是河流生态系统受到生活污水(含大量有机物 ) 轻度污染后的净化作用示意图
请据图回答下列问题。
(1)在该河流的 AB 段上，溶解氧大量减少的主要原因是什么
藻类数量减少;需氧型细菌大量繁殖，溶解氧随有机物被细菌分解而大量消耗
2.下图是河流生态系统受到生活污水(含大量有机物 ) 轻度污染后的净化作用示意图
(2)在该河流的 BC 段上，藻类大量繁殖的主要原因是什么
有机物分解后形成的大量的NH4+等无机盐离子，有利于藻类的大量繁殖
(3)水中溶解氧含量逐渐恢复的主要原因是什么
藻类通过光合作用释放氧气;有机物减少，需氧型细菌数量下降，因而对溶解氧的消耗量减少
2.下图是河流生态系统受到生活污水(含大量有机物 ) 轻度污染后的净化作用示意图
(4)若酿造厂或味精厂将大量含有有机物的废水排入该河流，对河流生态系统可能造成的最严重的后果是什么
河流中生物大量死亡，该生态系统的稳定性遭到破坏
3.棉铃虫是棉田常见的害虫，喷洒高效农药可以迅速杀死棉铃虫，但同时也会杀死棉铃虫的天敌，并造成环境污染。如果放养棉铃虫的天敌—赤眼蜂，虽然不能彻底消灭棉铃虫，但是能将它们的种群数量控制在较低水平，也不会造成环境污染。哪一种做法有利于提高农田生态系统的稳定性 为什么
放养赤眼蜂。因为喷洒高效农药，在消灭棉铃虫的同时，也会杀死大量的棉铃虫的天敌棉铃虫失去了天敌的控制，就容易再度爆发。在棉田中放养赤眼蜂，由于棉铃虫和赤眼蜂在数量上存在相互制约的关系，因此能够将棉铃虫的数量长期控制在较低水平。从这个角度看，这种做法有利于提高农田生态系统的稳定性
4.有科学家指出:“没有物质，什么都不存在;没有能量，什么都不会发生;没有信息，任何事物都没有意义。”在生态系统中，物质、能量和信息是这样起作用的吗 在细胞、个体、种群群落等层次，它们所起的作用也是这样的吗 试举例谈谈对这句话的理解。
生命有物质性，即生命体都是物质实体，因此物质是生命的基础。在生态系统中生物体都是由物质组成的，其生命活动所需要的物质都来自环境，没有物质，什么都不存在。生命活动会消耗能量，能量驱动生命活动的有序进行，因此能量流动是生态系统的动力，没有能量，生命活动都不能正常进行，因此可以说什么都不会发生。信息调节保证了生命活动的有序进行，没有信息，生命系统难以维系和运转
例如，如果没有视觉、听觉或嗅觉等方面的信息，捕食者就无法捕获猎物，猎物即使近在咫尺也毫无意义。从这个角度看，没有信息，任何事物都没有意义了。
在细胞、个体、种群、群落、生态系统等各个层次，物质、能量、信息都发挥着作用，尽管有细微差别，但大体上是一致的，不论在哪个层次，生命都是物质、能量、信息的统一体。

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