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第三章 生态系统及其稳定性
第5节 生态系统的稳定性
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。
生物圈Ⅱ号中生态系统的结构和功能难以像真正的生物圈那样，长期保持相对稳定。该实验的失败表明，在现有技术条件下，人类还无法建造一个脱离地球自然环境而又能让人类休养生息的生态系统。
生物圈Ⅰ号没有出现这样的问题，整个生物圈保持相对稳定。
“生物圈Ⅱ号”实验失败说明了什么问题？生物圈Ⅰ号出现这些问题了吗？
一、生态平衡与生态系统的稳定性
1.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，就是生态平衡。
2.特征：
①结构平衡：
生态系统各组分保持相对稳定
②功能平衡：
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；
③收支平衡：
生产者在一定时间内制造的可供其他生物利用的量，处于比较稳定的状态
由此可见，生态平衡并不是指生态系统一成不变，而是一种动态平衡。
这种动态平衡是通过什么调节机制实现的呢？
一、生态平衡与生态系统的稳定性
2.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。
3.生态系统具有自我调节能力。
材料1：当河流受到轻微的污染时，能通过物理沉降，化学分解和微生物的分解，很快消除污染，河流中的生物种类和数量不会受到明显的影响。
材料2：在森林中，当害虫数量增加时，食虫鸟由于食物丰富，数量也会增多，这样，害虫种群的增长就会受到抑制。
问题1．实例1中河流的自我调节是如何实现的？
问题2：为什么森林中害虫数量会持续大幅度增长？害虫与食虫鸟自我调节能力体现在哪里？
问题4：生态系统自我调节能力的基础是什么？
生态系统的自我调节能力
问题3: 请构建害虫种群与食虫鸟种群之间负反馈调节的概念模型。
负反馈调节是指在一个系统中，系统工作的效果，反过来又作为信息调节该系统的工作，并且使该系统工作的效果减弱或受到限制，它可使系统保持稳定。
一、生态平衡与生态系统的稳定性
原方向
发生偏离
负反馈调节
回到原来方向
改邪归正
原方向
发生偏离
正反馈调节
偏离原来方向
错上加错
区别于正反馈调节的过程
一场火灾过后，森林中种群密度降低；但是由于光照更加充足、土壤中无机养料增多，许多种子萌发后，迅速长成新植株。
局部森
林火灾
种群密度
↓
阳光充沛
无机养料
↑
种群密度
↑
问题4：生态系统自我调节能力的基础是什么？
负反馈调节在生态系统中普遍存在，它是生态系统自我调节能力的基础。
负反馈调节
材料1：当河流受到轻微的污染时，能通过物理沉降，化学分解和微生物的分解，很快消除污染，河流中的生物种类和数量不会受到明显的影响。
材料2：在森林中，当害虫数量增加时，食虫鸟由于食物丰富，数量也会增多，这样，害虫种群的增长就会受到抑制。
生态系统的自我调节能力
当干扰因素的强度超过一定限度时，生态系统的自我调节能力迅速丧失，生态系统就到了难以恢复的程度。
黄土高原由于植被破坏造成水土流失
生态系统的自我调节能力是无限的吗？
1.抵抗力稳定性
（1）概念：
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。
发达根系抗干旱
蝗灾过后草又青
（抵抗干扰，维持原状）
二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性
1.抵抗力稳定性
二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性
①一般来说，生态系统中的组分越多，食物网越复杂，其自我调节能力就越强，抵抗力稳定性就越越高；
②生态系统的自我调节是有限的
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；
1.抵抗力稳定性
二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性
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。
　　对于不同生态系统来说，抵抗力稳定性与生物量、生态系统复杂程度有何关系，请在下图坐标中用曲线表达出来。
抵抗力稳定性
生物量、生态系统复杂程度等
生态系统抵抗力稳定性高的原因：
组分多。生物的种类、数量多；食物网复杂。
各营养级的生物种类多.
抵抗力很强
抵抗力较弱
2. 恢复力稳定性
二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性
（1）概念：
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；
（遭到破坏，恢复原状）
森林火灾
灾后恢复
（2）例如：
森林局部火灾后，仍能逐步恢复原状
2. 恢复力稳定性
二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性
（3）特点：
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
轻微的污染：通过自身净化（如物理沉降、
化学分解和微生物分解），可以很快恢复
重度污染，自身的净化作用已不足以消除大部分有毒物质，恢复力稳定性被破坏，恢复原状的时间漫长，难度极大！
生态系统恢复力稳定性高的原因：
生物种类较少，营养结构简单
恢复力弱
恢复力强
　　对于不同生态系统来说，恢复力稳定性与生物量、生态系统复杂程度有何关系，请在下图坐标中用曲线表达出来。
恢复力稳定性
生物量、生态系统复杂程度等
二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性
3. 抵抗力稳定性和恢复力稳定性两者的区别与联系
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
二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性
3. 抵抗力稳定性和恢复力稳定性两者的区别与联系
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
2023/10/4
注意：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！
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_____
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
人工林
热带雨林
（1）图中两条虚线之间的部分表示生态
系统功能的正常作用范围。
（2）y表示一个外来干扰使之偏离这一范
围的大小。
（3）x表示恢复到原状态所需的时间
（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）
4.生态系统稳定性的数学模型
y值大，说明抵抗力稳定性弱，反之，抵抗力稳定性强；
x值大，说明恢复力稳定性弱，反之，恢复力稳定性强。
TS越大，说明这个生态系统的总稳定性越弱。
（1）可以持续不断地满足人类生活所需；
1.提高生态系统的稳定性的意义
（2）能够使人类生活与生产的环境保持稳定。
三、提高生态系统稳定性的措施
2.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；
合理放牧
封山育林
三、提高生态系统稳定性的措施
三、提高生态系统稳定性的措施
（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。
农田施肥
三北防护林
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
设计制作生态缸，观察其稳定性

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