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第5节 生态系统的稳定性
第3章 生态系统及其稳定性
问题探讨
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。
适应能力强、繁殖能力强，没有天敌等制约因素。
问题探讨
讨论2：我们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？
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。
可以起效，因为泽兰实蝇是专食性天敌，但是需要警惕造成新的外来物种入侵。一定在确保利用泽兰实蝇的安全性后，再利用它进行防治。
紫茎泽兰
薇甘菊
空心莲子草
豚草
互花米草
飞机草
凤眼莲
湿地松粉蚧
强大小蠹
美国白蛾
非洲大蜗牛
福寿螺
中国第一批外来入侵物种名单（16种）
一、生态平衡与生态系统的稳定性
（1）概念：生态系统的结构和功能处于相对稳定的状态，就是生态平衡。
1. 生态平衡
组成成分
营养结构
非生物物质和能量
生产者
消费者
分解者
能量流动
物质循环
信息传递
结构
功能
（食物链和食物网）
呼伦贝尔草原
1. 生态平衡
森林适当砍伐
草原适当放牧
海洋适当捕捞
大兴安岭的森林
①结构平衡：生态系统各组分保持相对稳定。
（2）特征：
1. 生态平衡
非生物物质和能量
生产者
消费者
分解者
生态系统
的结构
组成成分
营养结构
食物网
食物链
交织
②功能平衡： 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。
生产—消费—分解
（2）特征：
1. 生态平衡
物质循环
能量流动
信息传递
载体 动力
生态系统
的功能
总生产量和总呼吸量均趋于稳定，且相对值接近。说明群落在输入和输出上趋于平衡状态，即生态系统表现为收支平衡。
（2）特征：
1. 生态平衡
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。
生产者
相对值
早期阶段 成熟阶段
演替进程（时间）
群落总呼吸量
群落总生产量
（光合作用）
群落总生产量和总呼吸量的变化曲线图
注意：生态平衡并不是指生态系统一成不变，而是一种动态平衡。
群落总生产量和总呼吸量的变化曲线图
思考：
在成熟阶段，群落的总生产量和总呼吸量呈现怎样的趋势？这说明了什么？
群落在输入和输出上趋于平衡状态，即生态系统表现为收支平衡。
（2）功能平衡：
（1）结构平衡：
（3）收支平衡：
动态平衡
（3）调节机制
〖实例1〗在一片草地上，如果兔大量增加，草就会被大量啃食，于是兔之间对食物等资源的竞争就会加剧，导致兔的生存空间和资源减少；同时，捕食者狼因为食物（兔）丰富而数量增多，它们也会捕食更多的兔。这样经过一段时间后，兔的数量又会恢复或接近原来的水平。
兔数量增加
狼增加
草减少，
兔的食物减少
兔数量减少
草增加，兔的食物增加
狼减少
在生态系统中，生物群落内部能够进行自我调节，以维持生态平衡。调节过程在生态系统受到干扰后自动进行。
1. 生态平衡
〖实例2〗在森林中，随着植被的大量生长，森林逐渐变得郁闭，林间阳光减少，制约了林下树苗的成长，还导致枯枝败叶的积累，增加了发生自然火灾的可能性。不久，一场森林火灾发生了，灾后由于光照更加充足，土壤的无机养分增多，于是许多种子萌发，幼苗迅速生长，森林面貌逐渐恢复。
森林植被大量生长
林下光照减少，树苗生长受限，枯枝落叶增加
自然火灾
植被减少
林下光照充足
土壤无机养料增多
种子萌发，幼苗迅速成长
植被逐渐恢复
在生态系统中，生物群落与非生物环境之间也能够自我调节，以维持生态平衡。
（3）调节机制
1. 生态平衡
①概念：负反馈是指在一个系统中，系统工作的效果，反过来又作为信息调节该系统的工作，并且使系统工作的效果减弱或受到限制，它可使系统保持稳定。
（3）调节机制——负反馈调节
1. 生态平衡
稳态
倾斜
负反馈调节
改斜归正
甲状腺激素、性激素、肾上腺皮质激素的分泌调节均存在负反馈机制。
②实例：
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
（3）调节机制——负反馈调节
1. 生态平衡
实例1：在生态系统中，生物群落内部能够进行自我调节，以维持生态平衡。
实例2：生态系统中，生物群落与无机环境之间也能够自我调节，以维持生态平衡。
森林植被大量生长
林下光照减少，树苗生长受限，枯枝落叶增加
自然火灾
光照充足
土壤无机养料增多
种子萌发，幼苗迅速成长
植被逐渐恢复
②实例：
③意义：负反馈调节在生态系统中普遍存在，它是生态系统具备自我调节能力的基础。
（3）调节机制——负反馈调节
1. 生态平衡
兔
狼
正反馈调节：在一个系统中，系统工作的效果，反过来又作为信息使系统效果增强，它可使生态系统远离平衡状态。
拓展：正反馈调节
原方向
发生偏离
负反馈调节
回到原方向
维持稳态(“改邪归正”)
原方向
正反馈调节
更加偏离
破坏稳态（错上加错）
正反馈调节具有破坏性。
外来干扰
发生偏离
外来干扰
负反馈调节: 生态系统自我调节能力的基础。
有一个湖泊受到了严重污染，鱼类的数量就会因死亡而减少，鱼类死亡的尸体腐烂，又会进一步加重污染，引起更多的鱼类死亡，活鱼就更少了。
实例：
拓展：正反馈调节
鱼等生物死亡
尸体腐烂
湖泊污染
（+）
（+）
（+）
结果：使生态系统远离平衡状态
（1）概念：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。
生态系统的稳定性强调的是生态系统维持生态平衡的能力。
2. 生态系统的稳定性
生态系统稳定性
原因
自我调节能力
基础
负反馈调节
（3）调节机制：
思考：生态系统的自我调节能力是无限的吗？
（2）类型：抵抗力稳定性和恢复力稳定性
当外界干扰因素（干旱、洪水、地震等自然灾害，围湖造田、滥砍滥伐、过度放牧等人为影响）的强度超过一定限度时，生态系统的稳定性急剧下降，生态系统平衡就会遭到严重的破坏。
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。
注意：生态系统的自我调节能力是有限的！
思考：生态系统的自我调节能力是无限的吗？
二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性
（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。
1. 抵抗力稳定性
干扰
（2）实例：
①实例1：当草原遭受蝗虫的采食后，草原植物会增强其再生能力，尽可能减缓种群数量的下降。
1. 抵抗力稳定性
（2）实例：
②实例2：当森林遭遇持续的干早气候时，树木往往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。
③实例3：当河水受到轻微污染，经过物理沉降、化学分解和微生物分解的作用，很快消除污染，河水仍能保持清澈的状态。
1. 抵抗力稳定性
（2）实例：
上游淘米洗菜，
下游洗澡洗衣，
水仍然很清澈。
（p77拓展应用-1）
河水轻微污染保持清澈过程：
　　受轻微污染的河水经过物理沉降、化学分解和微生物分解等方面的作用，很快消除污染，河水仍能保持清澈的状态。
　　（1）物理沉降：污水或污染物排于水体之后，可沉淀固体逐渐沉至水底形成底泥，悬浮胶体和溶解性污染物则因在水中的混合扩散稀释而逐渐降低浓度。
　　（2）化学分解：是指污染物质由于氧化、还原、分解等作用而使河水中的污染物质浓度降低的过程。
　　（3）微生物分解：由于水中微生物对有机物的分解作用而引起的污染物质浓度降低的过程称为生物净化作用。生物作用后，最终使有机物无机化，由有害向无害转化。
干扰
（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。
2. 恢复力稳定性
（2）实例：森林局部火灾后，森林仍能逐步恢复原状。
3. 特点
思考1：比较热带雨林生态系统和草原生态系统在抵抗力稳定性表现上的差别，简要表述理由。
营养结构_______
自我调节能力_______
生物种类_______
自我调节能力_______
生物种类_______
多
营养结构_______
复杂
强
抵抗力稳定性_______
高
少
简单
弱
低
热带雨林生态系统
草原生态系统
抵抗力稳定性_______
3. 特点
思考2：如果热带雨林生态系统和草原生态系统发生同等强度的火灾，哪个容易恢复到原状？简要表述理由。
3. 特点
√
3. 特点
（1）一般来说，生态系统中的组分越 ，食物网越 ，其自我调节能力就越 ，抵抗力稳定性就越 ，恢复力稳定性越 。
多
复杂
强
高
低
森林生态系统
草原生态系统
（2）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。
②热带雨林在遭到严重砍伐，草原极度放牧后，它们恢复原状的时间漫长、难度极大。
3. 特点
河流、土壤
轻微污染
自身净化作用
恢复
重度污染
自身净化作用不足以消除
恢复力稳定性就被破坏了
①
4. 抵抗力稳定性和恢复力稳定性的关系
思考1：人工林和天然林相比，抵抗力稳定性是高还是低？为什么？
思考2：火灾后，谁更容易恢复原貌？
天然林生态系统
人工林生态系统
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_____
天然林
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
4. 抵抗力稳定性和恢复力稳定性的关系
稳定性
营养结构复杂程度
0
抵抗力稳定性
恢复力稳定性
4. 抵抗力稳定性和恢复力稳定性的关系
（1）一般呈负相关关系。
（2）相互作用共同维持生态系统的稳定。
思考：所有生态系统的稳定性都如图所示吗？
很多实例不支持上述观点。如北极冻原生态系统和荒漠生态系统中，生物多样性较低，营养结构简单，但是过度干扰后，由于气候恶劣，恢复时间也十分漫长。因此生态系统稳定性还应该考虑系统所处的环境条件。
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低！
（1）两条虚线之间的部分表示 。
5. 生态系统的稳定性之间的关系
生态系统功能正常的作用范围
（2）图中y表示 ，可作为 稳定性强弱的指标，y越大，抵抗力稳定性越　 ，反之，抵抗力稳定性越　 ；热带雨林的y值　 　 （填“大于”或“小于”）草原的y值。
弱
强
小于
5. 生态系统的稳定性之间的关系
抵抗力
受到干扰时偏离正常范围的大小
（3）x表示　 　　　　　　　　　　，可作为 稳定性强弱的指标，x越大，恢复力稳定性越 ，反之，恢复力稳定性越　 。
恢复到原状态所需的时间
弱
强
恢复力
5. 生态系统的稳定性之间的关系
5. 生态系统的稳定性之间的关系
（4）对于同一个生态系统来说，x与y的关系是 相关。
正
（5）TS表示曲线与正常范围之间所围成的面积，可作为 的定量指标，x和y越大，TS越大，生态系统的总稳定性越 。
总稳定性
低
5. 生态系统的稳定性之间的关系
三、提高生态系统的稳定性
三、提高生态系统的稳定性
1. 提高生态系统的稳定性的意义
（1）处于生态平衡的生态系统可以持续不断地满足人类生活所需。
粮油
蔬果
肉蛋奶
木材
三、提高生态系统的稳定性
1. 提高生态系统的稳定性的意义
（2）处于生态平衡的生态系统能够使人类生活与生产的环境保持稳定。
生态小区
生态公园
生态农业
生态湿地
2. 提高生态系统的稳定性的措施
（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，合理适度地利用生态系统。
合理放牧
封山育林
适量捕捞
三、提高生态系统的稳定性
（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。
2. 提高生态系统的稳定性的措施
农田施肥施肥、灌溉，控制病虫害
防护林防风阻沙
三、提高生态系统的稳定性
思考：桑基鱼塘生态系统中有生产者桑树等，但是在管理该鱼塘过程中还要定期往水体中投入饲料，从生态系统的功能分析，其原因是什么
生产者固定的太阳能不足以满足鱼类的需要，且不断地输出经济鱼类，而其中的元素无法及时返回该生态系统，故需定期补充物质与能量。
三、提高生态系统的稳定性
1. 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。
2. 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 设计制作生态缸，观察其稳定性
（2）石块、沙土、含腐殖质较多的土鹅卵石、假山石、自来水等。
（3）供选择的动物：鼠妇、蚰蜓、地鳖、蚯蚓、蜗牛、虾、小鱼、小乌龟等。
（4）供选择的植物：黑藻、金鱼藻、苔藓、铁线蕨、浮萍、珍珠草、鸭拓草、马齿苋、金鱼花、罗海松、翠云草等。
3. 实验材料
探究 ● 实践 设计制作生态缸，观察其稳定性
（1）玻璃器皿。
（1）制作生态缸框架。
再铺上一层颗粒较细的沙土，厚度为5-15 cm。
在沙土上铺一层含腐殖质较多的土，厚度为5-10cm。
在生态缸内底部的一侧铺垫几块石块作为基垫。
石块
沙土
土壤
4. 实验步骤
探究 ● 实践 设计制作生态缸，观察其稳定性
（2）铺垫土和石块：铺垫好的土和石块整体呈坡状。
（3）在土坡上放几块有孔的假山石，可作为小动物栖息的场所。
（4）向缸内倒人自来水，水位高5-10 cm在水中放几块鹅卵石。
（5）放入动植物
在土坡上选择苔藓、铁线蕨、鸭距草、马齿克、罗汉松、翠云草等进行种植；放入鼠妇、蚰蜒、蚯蚓、蜗牛等小动物；在水中放入浮萍、金鱼藻等水生植物；放入虾、小鱼和小鸟龟等小动物。
4. 实验步骤
探究 ● 实践 设计制作生态缸，观察其稳定性
（7）观察记录：每个星期至少观察一次生态缸内生物种类及数量的变化，并且进行记录。
（6）封上生态缸盖：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。
4. 实验步骤
探究 ● 实践 设计制作生态缸，观察其稳定性
5. 设计和制作生态缸的要求
设计要求 目的
生态缸一般是 的
生态缸中投放的几种生物必须具有很强的 ，成分 (具有生产者、消费者和分解者)。 生态缸中能够进行 和 ，在一定时期内保持稳定。
生态缸的材料必须 。　
生态缸宜 不宜 ，缸中的水量应 ，要留出一定的 。
生态缸的采光用较强的 光
选择的动物不宜太多，个体不宜太大
封闭
生命力
透明
小
大
适宜
空间
散射
齐全
防止外界生物或非生物因素的干扰
为光合作用提供光能；保持生态缸内温度；便于观察。
便于操作；缸内储备一定量的空气。
防止水温过高导致水生植物死亡
减少对氧气的消耗，防止氧气的产生量小于消耗量。
物质循环
能量流动
6. 注意事项
（1）设计一份观察记录表，定期观察，同时做好观察记录，内容包括植物、动物的生活情况，水质情况（由颜色变化进行判别）及基质变化等；
（2）观察指标为：生态缸中生物的生存状况和存活时间，进而了解生态系统稳定性及影响稳定性的因素；
（3）如果发现生态缸中的生物已经全部死亡，说明此时该生态系统的稳定性已被破坏，记录下发现的时间。
（4）依据观察记录，对不同生态缸进行比较、分析，说明生态缸中生态系统稳定性差异的原因。
探究 ● 实践 设计制作生态缸，观察其稳定性
（1）生态缸中的生物只能存活一段时间。虽然生态缸中生态系统成分齐全，但其结构比较 ，自我调节能力 。
（2）不同的生态缸中生态系统的稳定性时间 。人工生态系统的稳定性是有条件的。
简单
差
有长有短
7. 结论
探究 ● 实践 设计制作生态缸，观察其稳定性
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
√
√
D
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
C
练习与应用（P77）
一、概念检测
复习与提高（P80）
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( )
C
一、选择题
太阳
农作物
沼气池
家畜
人
沼渣
沼液
饲料
食物
秸秆
粪便
粪便
食物
沼气
A. 沼气池中的微生物是该生态系统的分解者存的能量
B. 微生物也能利用农作物通过光合作用储循环利用
C. 沼渣、沼液作为肥料还田,使能量能够
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
A
B
复习与提高（P80）
一、选择题
4. 毛竹与栲树、苦褚等阁叶树形成的混交林,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
D
复习与提高（P80）
一、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。
生态系统
非生物环境
生物群落
生产者
消费者
分解者
第一营养级
初级消费者
次级消费者
三级消费者
第二营养级
第三营养级
第四营养级
属于
属于
属于
属于
构成
食物链
构成
食物网
复习与提高（P80）
二、非选择题
2. 下图为河流生态系统受到生活污水（含有大量有机物）轻度污染后的净化过程示意图，请据图回答。
（1）在河流的AB段上，溶解氧大量减少的主要原因是什么？
藻类减少，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）在河流的AB段上，藻类大量繁殖的主要原因是什么？
有机物分解后形成大量的NH4+等无机盐离子，有利于藻类的大量繁殖
复习与提高（P80）
二、非选择题
（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O2，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。
（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后果是什么？
河流中的生物大量死亡，生态平衡遭到破坏。
复习与提高（P80）
二、非选择题
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，由于棉铃虫和赤眼鲜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。
复习与提高（P80）
二、非选择题
本章结束！

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