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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
紫茎泽兰
薇甘菊
空心莲子草
豚草
毒麦
互花米草
飞机草
凤眼莲
石矛
蔗扁蛾
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）
资料1：紫茎泽兰原产于中美洲。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。
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
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？
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，即在确保利用泽兰实蝇的安全性后，再利用它进行防治。
资料2：云蒙山国家森林公园位于密云县西部。那里害虫种类非常多，它们以林木为食，但是在那里从未出现重大虫灾，也从未造成大的伤害。
01
生态平衡与生态系统的稳定性
一、生态平衡
1.生态系统的 和 处于相对稳定的状态，就是生态平衡。
结构
功能
生态系统的组成成分和营养结构（食物链、食物网）
能量流动
物质循环
信息传递
群落总生产量和总呼吸量的变化曲线图
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？
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。
一、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
实例一：
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
草增加
兔的生存空间和资源增加
草减少
兔的生存空间和资源减少
兔增加
兔减少
狼减少
狼增加
一、生态平衡
实例二：
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
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
3.生态平衡的调节机制
——负反馈机制
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。
①概念：
②模型图：
原方向
发生偏离
负反馈调节
回到原来方向
“改邪归正”
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。
一、生态平衡
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。
生态系统的自我调节能力是有一定限度的
发生偏离
正反馈调节
更加偏离
破坏稳态（错上加错）
原方向
思考：生态系统的自我调节能力是无限的吗？
一、生态平衡
溶解氧下降
鱼类大量死亡
湖泊受到污染
分解作用加快，水体发臭
（+）
（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
（3）类型：
抵抗力稳定性
恢复力稳定性
二、生态系统的稳定性
②表现
③特点
生态系统维持生态平衡的能力
生态系统的自我调节能力是有限的
①基础
负反馈调节
02
抵抗力稳定性和恢复力稳定性
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
①抵抗力稳定性：
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
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。
（抵抗干扰，维持原状）
二、生态系统的稳定性
②恢复力稳定性：
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
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）
二、生态系统的稳定性
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
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很漫长，难度极大！
②恢复力稳定性：
二、生态系统的稳定性
抵抗力稳定性
营养结构复杂程度
一般来说，生态系统的抵抗力稳定性越 高 ，恢复力稳定性往往越 低 。
恢复力稳定性
负相关
二者是同时存在于同一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。
二、生态系统的稳定性
北极苔原生态系统的抵抗力稳定性和恢复力稳定性都很低。
思考：结构简单的生态系统，恢复力稳定性一定高吗？
二、生态系统的稳定性
03
提高生态系统的稳定性
A.可以持续不断地满足人类生活所需；
1.意义：
B.能够使人类生活与生产的环境保持稳定。
三、提高生态系统的稳定性
2.措施：
A.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
适量捕捞
三、提高生态系统的稳定性
B.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
2.措施：
三、提高生态系统的稳定性
探究●实践 设计制作生态缸，观察其稳定性
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。
2.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
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。
探究●实践 设计制作生态缸，观察其稳定性
2.实验流程
探究●实践 设计制作生态缸，观察其稳定性
设计要求 相关分析
一般是封闭的
材料必须透明
采光应用较强的散射光
宜小不宜大，缸中的水量应适宜，要留出一定的空间
3.生态缸设计注意事项：
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
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
探究●实践 设计制作生态缸，观察其稳定性
思考 讨论：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1 000株/hm2时，灌木层和草本层物种均减少。
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。
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，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；
【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。
(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
【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
干扰越大，y越大，
偏离正常范围越远，
恢复所需时间越长，
x越大
(1)生态平衡就是生态系统的物质和能量的输入与输出均衡( )
(2)当农田里蚜虫数量增多时，七星瓢虫的数量也会增多，这样蚜虫种群数量的增长就会受到抑制，这属于生物群落内的负反馈调节( )
(3)北极冻原生态系统的抵抗力稳定性低，但恢复力稳定性高( )
(4)“野火烧不尽，春风吹又生”说明生态系统具有抵抗力稳定性( )
(5)与天然林相比，人工马尾林营养结构复杂，恢复力稳定性高( )
(6)适当增加某生态系统内各营养级生物的种类可提高区域生态系统自我调节能力( )
×
×
√
×
√
×
1.概念辨析
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。
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。
二、拓展应用
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？
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。
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？
二、拓展应用
请基于对生态系统稳定性的认识，回答以下问题。
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；

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