资源简介

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选择性必修2/第三章/生态系统及其稳定性/
第5节
生态系统的稳定性
本节聚焦
什么是生态平衡？
生态系统如何自我调节？
怎样理解生态系统的稳定性？
怎样提高生态系统的稳定性？
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。
讨论
1.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。
泽兰实蝇与紫茎泽兰
讨论
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的生长，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。
泽兰实蝇与紫茎泽兰
一、生态平衡与生态系统的稳定性
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。
中国第一批外来入侵物种名单（16种）：
互花米草
凤眼莲
薇甘菊
一、生态平衡与生态系统的稳定性
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，生态系统就可以通过自我调节得以恢复，从而维持相对稳定的结构和功能。
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
结构
功能
食物链和食物网
能量流动
物质循环
信息传递
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。
一、生态平衡与生态系统的稳定性
1.生态平衡
处于平衡的生态系统中，物质和能量的输入与输出均衡，生物种类的组成稳定。
2.处于生态平衡的生态系统具有以下特征:
(1)结构平衡:
(2)功能平衡:
生态系统的各组分保持相对稳定。
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:
如：在某生态系统中，植物在一定时间内制造的可供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，而是一种动态平衡。
一、生态平衡与生态系统的稳定性
3.生态平衡的调节机制——负反馈调节
实例1：草原上的草－兔－狼
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。
一、生态平衡与生态系统的稳定性
3.生态平衡的调节机制——负反馈调节
实例2：森林火灾及灾后恢复
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
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
一、生态平衡与生态系统的稳定性
3.生态平衡的调节机制——负反馈调节
实例2：森林火灾及灾后恢复
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。
一、生态平衡与生态系统的稳定性
3.生态平衡的调节机制——负反馈调节
上述生态系统都遇到了破坏或干扰，而对抗这种破坏或干扰，使生态系统恢复平衡的调节机制，是负反馈调节机制。
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。
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。
概念：
意义：
一、生态平衡与生态系统的稳定性
3.生态平衡的调节机制——负反馈调节
如果是正反馈调节调节生态系统，结局又是怎样？
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
正反馈调节的过程：
实例：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。
分析反馈调节的过程
讨论
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馈反调节过程。
原方向
发生偏离
负反馈调节
回到原方向
负反馈调节: 生态系统自我调节能力的基础。
分析反馈调节的过程
讨论
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馈反调节过程。
原方向
发生偏离
正反馈调节
更加偏离
正反馈调节: 具有破坏性。
分析反馈调节的过程
讨论
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。
一、生态平衡与生态系统的稳定性
4.生态系统的稳定性
(2)原因：
生态系统具有一定的自我调节能力。
(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。
(4)分类：
①抵抗力稳定性
②恢复力稳定性
(3)生态系统的自我调节能力是有限的。
二、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结构与功能保持原状(不受损害)的能力。
(1)含义：
(2)规律：
生态系统的成分越单纯， 越简单，自我调节能力就越弱， 就越低；反之则越高。
营养结构
抵抗力稳定性
（抵抗干扰，维持原状）
(3)特点：
生态系统的自我调节能力有一定限度，越过限度，自我调节能力就遭到破坏。
二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性
1.抵抗力稳定性
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
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。
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。
二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性
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原状的能力。
(1)含义：
（遭到破坏，恢复原状）
森林局部火灾后恢复原状
一般来说,生态系统中物种丰富度越小，营养结构越简单，恢复力稳定性越高。
(2)规律：
二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性
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。
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。
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的关系：
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。
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的关系：
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，抵抗力稳定性就越高，恢复力稳定性越低(往往相反)。
稳定性
营养结构复杂程度
0
抵抗力稳定性
恢复力稳定性
同时存在，作用相反，共同维持生态系统稳定
一般呈负相关
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的关系：
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。
思考：结构简单的生态系统，恢复力稳定性一定高吗？
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！
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。
二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性
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？
抵抗力稳定性和恢复力稳定性的区别与联系
比较项目 抵抗力稳定性 恢复力稳定性
区别 实质 保持自身结构功能的相对稳定 恢复自身结构功能的相对稳定
核心 抵抗干扰、保持原状 遭到破坏、恢复原状
影响因素 一般来说，生态系统中物种丰富度越大， 营养结构越复杂，抵抗力稳定性越高。 一 般来说,生态系统中物种丰富度越小，营养结构越简单，恢复力稳定性越高。
联系 ①一般呈负相关:抵抗力稳定性强的生态系统恢复力稳定性差，反之亦然: ②两者是同时存在于同一生态系统中的两种截然不同的作用力，它们相互作用，共同维持生态系统的稳定。 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。
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桉树林稳定性的措施。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。
设计提高生态系统稳定性的方案
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；例如，从考虑经济效益的角度，可以混种其他树种，如相思树，或间种西瓜、山毛豆等其他经济作物；
从保持土壤肥力角度：土壤中接种固氮菌；
三、提高生态系统的稳定性
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。
1.提高生态系统的稳定性的意义
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。
森林适当砍伐(封山育林)
草原适当放牧
海洋适当捕捞
三、提高生态系统的稳定性
2.提高生态系统的稳定性的措施
(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
设计制作生态缸，观察其稳定性
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。
设计制作生态缸，观察其稳定性
实验材料
蚯蚓：
蜗牛、小乌龟：
浮萍、水草等植物：
水、土壤、阳光等：
分解者
消费者
生产者
非生物的物质和能量
注意：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，还要考虑系统内组分及营养级之间的合适比例。
设计制作生态缸，观察其稳定性
实验步骤
制作生态缸框架
用玻璃板和粘胶制作生态缸的框架
沙土在下，含腐殖质较多的土在上
依据生物生活习性合理放置
放几块有孔的假山石，作为小动物栖息场所，倒水
铺土
注水
放入动、植物
密封生态缸
设计制作生态缸，观察其稳定性
实验步骤
每周定时观察生态缸中生物的存活和水质变化情况
将生态缸放置在光线良好的散射光下，避免阳光直射。
移置生态缸
观察记录
设计制作生态缸，观察其稳定性
结果分析
(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
设计制作生态缸，观察其稳定性
讨论：
2.生态缸的稳定性高还是低？为什么？
是，因为它具有生态系统的各个组成成分。
低，因为生态缸中生物种类少，营养结构简单。
1.生态缸是不是一个生态系统？为什么？
3.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
三者之间应保持适宜比例，以维持生态系统的相对稳定。
设计制作生态缸，观察其稳定性
讨论：
4.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。
5.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
生态缸设计注意事项
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
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。 （ ）
√
√
D
练习与应用
一、概念检测
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
C
练习与应用
一、概念检测
练习与应用
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入河道，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。
练习与应用
二、拓展应用
2.大量生活污水和工业废水排入河道以后, 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。
练习与应用
二、拓展应用
3.可以采取什么措施来改善该地河流水质？
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、在某些区段人工増氧、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入河道，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；加强执法检査；等等。
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
C
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
复习与提高
一、选择题
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.能量金字塔和生物数量金字塔均可倒置
A
复习与提高
一、选择题
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
B
复习与提高
一、选择题
4.毛竹与榜树、苦楮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
D
复习与提高
二、非选择题
1.将以下概念之间的关系分别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
第一营养级
第二营养级
第三营养级
第四营养级
非生物环境
生物群落
生产者
消费者
分解者
初级消费者
次级消费者
三级消费者
食物链
食物网
属于
属于
属于
构成
属于
构成
复习与提高
二、非选择题
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。请据图冋答下列问题。
(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。
复习与提高
二、非选择题
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。请据图冋答下列问题。
(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。
复习与提高
二、非选择题
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。请据图冋答下列问题。
(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。
复习与提高
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。因为喷酒高效农药、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。
复习与提高
二、非选择题
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。
复习与提高
二、非选择题
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。
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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