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新教材 选择性必修二 生物与环境
第3章 生态系统及其稳定性
3.5 生态系统的稳定性
核心素养目标
1.运用结构与功能观，分析实例理解生态平衡的特征、生态系统稳定性的概念和机理。（生命观念）
2.设计并制作生态缸，观察比较不同生态缸中生态系统的稳定性，并尝试解释原因。（科学思维）
3.基于对生态系统稳定性的理解，构建模型辨析抵抗力稳定性和恢复力稳定性的机理。（科学思维）
4.基于对生态系统的理论学习，设计保持和提高某个生态系统稳定性的方案，树立科学的发展观。（社会责任）
Stability of ecosystems
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。
2.我国曾引入紫茎泽兰专食性天敌——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？
繁殖、适应能力很强，没有天敌等制约因素的制约。
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。
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？
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。
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。（动态平衡）
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。(物质和能量的输入与输出达到平衡）
1、概念：
经过锦江时，经常看见很多渔友在垂钓。
锦江被彻底破坏了吗？
适度捕捉海洋生态系统中的鱼类，海洋鱼类种群会不会灭绝？
生态系统具有一定的 能力。
自我调节
河流的自我净化能力：河流受到轻微污染时，能通过物理沉降、化学分解和微生物分解等途径，很快消除污染。生物种类数量不会受到影响。
思考：淘米洗菜有没有破坏环境？
没有。
由于生态系统有一定的自我调节能力，所以它能保持一定的稳定性。对于河水来说，怎么调节？
藻类
泥鳅
小白鹭
分析一个简单的食物链：
泥鳅
减少
藻类增加
泥鳅
增加
藻类减少
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。
结果:抑制或减弱了最初发生的变化，使生态系统达到或保持稳定。
1、生态系统自我调节能力：调节机制 ——负反馈调节
概念：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。
思考：负反馈调节仅存在生物群落内部之间吗？举例：
生物群落与无机环境之间也存在着负反馈调节。
负反馈调节意义： 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。
1、生态系统自我调节能力：调节机制 ——负反馈调节
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
实例1:
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
狼减少
说明在生态系统中，生物群落内部能够进行自我调节，以维持生态平衡。
1、生态系统自我调节能力：调节机制 ——负反馈调节
①群落内部负反馈调节的实例
1、生态系统自我调节能力：调节机制 ——负反馈调节
②生物群落与非生物机环境之间负反馈调节的实例
实例2:
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
土壤养料增多
种子萌发，幼苗迅速成长
植被逐渐恢复
说明在生态系统中，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。
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
原方向
发生偏离
负反馈调节
回到原来方向
改邪归正
思考·讨论 分析负反馈调节的过程
思考·讨论 分析正反馈调节的过程
使生态系统远离平衡状态
调节:
结果:
原方向
发生偏离
正反馈调节
更加偏离
破坏稳态(错上加错)
湖泊受到了污染
鱼类等生物死亡
鱼类等尸体腐烂
加重污染
更多鱼死亡
+
污染更重
模型：
原方向
原方向
发生偏离
发生偏离
正反馈调节
更加偏离
负反馈调节
回到原方向
破坏稳态(错上加错)
调节稳态(“改邪归正”)
掠夺式开发后的黄土高原
美丽的呼伦贝尔草原
正反馈调节: 具有破坏性。
负反馈调节: 生态系统自我调节能力的基础。
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正反馈和负反馈模型
反馈分为正反馈（positive feedback）和负反馈（negative feedback），生态系统同时存在正反馈和负反馈两种机制，发挥着不同的功能。
负反馈的作用是抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化，不断减小与平衡状态的距离，使生态系统达到并保持稳定状态。
正反馈的作用与负反馈恰好相反，它会加速最初发生变化的那种成分所引发的变化，使生态系统远离原有的平衡状态。正反馈往往具有滚雪球式的效应，导致系统越来越偏离平衡。
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精讲点拨
比较项目 正反馈 负反馈
调节方式
结果
实例分析
加速最初发生变化的那种成分所发生的变化
抵制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化
常使生态系统远离稳态
有利于生态系统保持相对稳定
总结、生态系统自我调节能力的基础：负反馈调节。
生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力
组成成分、
食物链和食物网
能量流动
物质循环
信息传递
生态系统稳定性概念
结构稳定和功能稳定分别指什么？
①结构稳定：___________________________________
_________________________
②功能稳定：___________________________________
指生态系统的组成成分及营养结构，即生物种类和数目相对稳定。
指生态系统中物质和能量的输入与输出的相对稳定。
笔记
——负反馈调节
严重污染后，动植物大量死亡，消除污染后，可用的资源和空间更充裕，动植物快速繁殖，逐渐增多。
③、生物与无机环境间的调节：
①、河流的自我净化能力：河流受到轻微污染时，能通过物理沉降、化学分解和微生物分解等途径，很快消除污染。
②、群落内部的调节：
生态系统破坏后，通过自我调节能力，恢复原状
生态系统通过自我调节能力抵抗干扰，维持原状
1、生态系统自我调节能力：调节机制 ——负反馈调节
二、生态系统的稳定性
1.概念：
生态系统维持或恢复自身结构与功能处于相对平衡状态的能力。强调的是生态系统维持生态平衡的能力。
2.原因： 。
生态系统具有一定的自我调节能力
①生态系统的自我调节能力的基础是___________；
负反馈调节
②生态系统的自我调节能力是_____的。
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。
有限
3.类型：
抵抗力稳定性
恢复力稳定性
抵抗力稳定性和恢复力稳定性
评价：生态系统的稳定性是以抵抗干扰，保持原状或受到破坏，恢复原状的表现来评价的。
生态系统的稳定性：
包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性两个方面。
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。
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维持原状的能力。
（抵抗干扰，保持原状）
（遭到破坏，恢复原状）
二、生态系统的稳定性
（一）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
蝗虫采食下，草原植物再生能力增强
（抵抗干扰，维持原状）
这些都反映生态系统本身对外界干扰具有一定的抵抗能力。
二、生态系统的稳定性
热带雨林
北极冻原生态系统
2.规律：
生物种类越多
（物种的丰富度越大）
营养结构
越复杂
自动调节
能力越强
抵抗力稳定性越高
（二）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）
实例：淮河流域污染严重，水生生物大量死亡；停止污染物的排放后，淮河的水环境又逐渐恢复到原来的状态。
二、生态系统的稳定性
大兴安岭1987火灾俯瞰图
若干年后，大兴安岭的植被
2.与抵抗力稳定性的关系： 。
低
抵抗力稳定性较
高
抵抗力稳定性较
低
恢复力稳定性较
高
恢复力稳定性较
往往相反
生物种类越少
（物种的丰富度越小）
营养结构
越简单
自动调节
能力越弱
恢复力稳定性越高
（二）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。
河流受到轻微的污染时，能通过自身净化（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，恢复力稳定性被破坏，恢复原状的时间漫长，难度极大！
“上游淘米洗菜，下游洗澡洗衣，水仍然很清澈。”
河流受到轻微污染,通过自身净化，能够很快消除污染。
苏州——“江南水乡，小桥流水人家”
河流重度污染，恢复力稳定性被破坏
垃圾污染
打捞垃圾
下令拆迁
污水排放
抵抗力稳定性与恢复力稳定性的关系
(1)抵抗力稳定性的核心是“抵抗干扰，保持原状”。“干扰”指的是破坏生态系统稳定性的外界因素，如食物链被破坏；“保持”是指与干扰同时出现的系统内在的自我调节能力。如食物链上某生物不存在时，同一营养级的其他生物可以保证食物链依然存在。
(2)恢复力稳定性的核心是“遭到破坏，恢复原状”。“破坏”是指外界因素的干扰已经使生态系统较远地偏离了原来的状态范目，如有机污染物污染水体；“恢复”是指外界因素的干扰消除后，生态系统重建稳态的能力，如被污染的河流通过自身净化作用，可恢复到污染前。
（三）不同生态系统两种稳定性的差异
二、生态系统的稳定性
【思考讨论】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。
二、生态系统的稳定性
森林遭遇持续的干旱气候时，树木往往扩展根系的分布空间，以保证获得足够的水分，维持生态系统的正常功能。
一场火过后，森林中的种群密度降低，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。
抵抗力稳定性
恢复力稳定性
（三）不同生态系统两种稳定性的差异
二、生态系统的稳定性
草原遭受蝗虫的采食后，草原植物就会增强其再生能力，尽可能减缓种群数量的下降。
草原大火过后，“野火烧不尽，春风吹又生”。
抵抗力稳定性
恢复力稳定性
（三）不同生态系统两种稳定性的差异
二、生态系统的稳定性
　　北极苔原生态系统中，动植物种类稀少，营养结构简单，其生产者主要是地衣，其他生物大都直接或间接地依靠地衣生活。假如地衣受到大面积破坏，整个生态系统就会崩溃。因此，苔原生态系统的抵抗力稳定性和恢复力稳定性都很低。
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
小结：抵抗力稳定性与恢复力稳定性的比较
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！
二、生态系统的稳定性
【小贴士】有关生态系统稳定性的三点提示
(1)生态系统的稳定性是一种相对稳定状态，不是绝对不变的。
(2)判断抵抗力稳定性和恢复力稳定性的关键是“保持”还是“恢复”。
(3)抵抗力稳定性和恢复力稳定性的关系并不一定都是相反的，如苔原生态系统的两种稳定性都较小。
【模型构建】生态系统的抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性的关系
(1)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。
(2)y的大小可以作为 稳定性强弱的指标,偏离大说明该稳定性 ;反之,该稳定性 。例如,热带雨林与草原生态系统相比,受到相同干扰,草原生态系统的y值要 （填“大于”或“小于”）热带雨林的y值。
抵抗力
大于
弱
强
(3)x可以表示恢复到原状所需的时间,x越大,表示 越弱;反之,该稳定性越强。
(4)对于同一个生态系统来说，x与y的关系是 相关。
(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,这一面积越大,说明这个生态系统的总稳定性 。
恢复力稳定性
总稳定性
越低
正
三、提高生态系统的稳定性
（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。
适量砍伐
合理放牧
适度捕捞
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
（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。
对农田生态系统要不断施肥、灌溉，增加投入，控制病虫害，才能保证高产出。
防护林防风阻沙
讨论1：
物种多样性及经济效益角度：可以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。
1.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。
设计生态缸并观察其稳定性
探究·实践

设计生态缸并观察其稳定性
探究·实践
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（有生产者、消费者、分解者）
生态缸的材料必须透明，且要采用较强的散射光
生态缸宜小不宜大，缸中的水量应占其容积的4/5，留出一定空间
选择的动物不宜太多，个体不宜太大。
防止外界生物或非生物因素的干扰
为光合作用提供光照，便于观察；防止水温过高导致水生植物死亡
便于操作，缸内储备一定量的空气
减少对氧气的消耗，防止生产量小于消耗量
保证物质循环和能量流动，在一定时期内保持稳定
确定生态缸的类型
查找资料设计方案
制作
生态缸
记录
实验结果
撰写
实验报告
分享交流实验成果
反馈评价
提示：
1. 结合本地的生态环境，确定生态缸的类型。
2. 尽量做到废物利用，降低成本。
3. 应用生态系统的物质循环和能量流动规律、
生态平衡规律进行设计。
设计生态缸并观察其稳定性
探究·实践
2. 观察生态缸的稳定性时，要注意以下几点:
（1）设计一份观察记录表，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）定期观察，同时做好观察记录。
（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。
讨论：
1.设计时要考虑的生态系统各组成成分有哪些？
非生物的物质和能量
生产者
消费者
分解者
生产者、消费者、分解者三者之间应保持适宜比例，以维持生态 系统的相对稳定。
2.生态缸经过多长时间后才能达到比较稳定的状态？
一般等到缸内务生物相互适应及依存后，生态缸才能达到比较稳定的状态，大多在1个星期以后。
3.达到稳定状态后，生态缸内的生物的种类和数量有无变化？如有，是怎样变化的？
有。浮游生物种类和数量少,水中溶解氧逐渐减少, 以浮游生物为食的小型动物先死亡。
设计生态缸并观察其稳定性
探究·实践
3.结论
（1）人工生态系统可以保持较长时间的相对稳定但不是永久；
（2）人工生态系统的稳定性是有条件的。
设计生态缸并观察其稳定性
探究·实践
讨论
1. 实验设计时要考虑的生态系统各组成成分有哪些？
【提示】要有生产者、消费者、分解者，还要有水、无机盐、空气、光等非生物因素。
2. 生态缸经过多长时间后才能达到比较稳定的状态？
3. 达到稳定状态后，生态缸内的生物种类与数量有无变化？如有，是怎样变化的？
4. 在生态缸中，最后留下来的生物在这个人工生态系统中分别起什么作用？
设计生态缸并观察其稳定性
探究·实践
抵抗干扰，维持原状
抵抗力稳定性
恢复力稳定性
生态系统的稳定性
原因
内容
遭到破坏，恢复原状
自我调节能力
构建概念图：
基础
负反馈调节
提高
控制对生态系统干扰的程度,对生态系统的利用应该适度,不应超过生态系统的自我调节能力。
对人类利用强度较大的生态系统，应实施相应的物质、能量投入，保证生态系统内部结构与功能的协调。
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生物多样性的价值
生物多样性还具有许多目前人们尚不太清楚的潜在价值。例如，某种目前没有直接价值的植物，有可能在未来被发现含有治疗某种疾病的重要成分。
《阿凡达》电影中奇幻生物
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生物多样性的保护
就地保护是指在原地对被保护的生态系统或物种建立自然保护区以及国家公园等，这是对生物多样性最有效的保护。
射阳丹顶鹤自然保护区
（江苏·盐城）
大丰麋鹿自然保护区
（江苏·盐城）
55
生物多样性的保护
易地保护是指把保护对象从原地迁出，在异地进行专门保护。例如，建立植物园、动物园以及濒危动植物繁育中心等，这是为行将灭绝的物种提供最后的生存机会。
植物园
动物园
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建立精子库、种子库、基因库，利用生物技术对濒危物种的基因进行保护，等等，也是保护濒危物种的重要措施。
生物多样性的保护
斯瓦尔巴全球种子库
深圳国家基因库
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保护生物多样性，关键是要处理好人与自然的相互关系。保护生物多样性只是反对盲目地、掠夺式开发利用大自然，并不意味着禁止开发和利用。
生物多样性的保护
合理利用就是最好的保护。
伏季休渔的渔船
生态平衡
生态系统的稳定性
提高生态系统稳定性
结构平衡
功能平衡
抵抗力稳定性
恢复力稳定性
收支平衡
控制干扰程度
适当物质能量的投入
与营养结构复杂程度的关系
生态系统的稳定性
【课堂小结】
生物圈2号失败有什么启示？
1.下列事例中属于恢复力稳定性的是(　　)
A.由于乱砍滥伐，长江流域森林面积急剧减少，引发了百年不遇的洪涝灾害
B.当天气干旱时，草原生态系统中的动植物种类和数量一般不会有太大变化
C.乡村的一个池塘，每天都有人到池塘边洗东西，可每天早晨池水依然清澈如故
D.一个相对封闭的生态系统中闯入某种大型肉食动物遭到一定程度破坏后，生态系统的各种成分相互作用直到恢复原来的状态
D
2.下列有关制作小生态缸实验的叙述中，不正确的是(　　)
A.生态系统内部具有自我调节能力，所以生态系统的稳定性与非生物因素无关
B.若模拟池塘生态系统，则不能将水装满
C.小生态缸封闭以后，其内的生物数量会发生变化，最后趋于相对稳定
D.制作的小生态缸必须是透明且密封的，并给予适当的光照
A
新教材 选择性必修二 生物与环境
第3章 生态系统及其稳定性
谢谢观看

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