资源简介

(共46张PPT)
第5节生态系统的稳定性
问题探讨
第五节
生态系统的稳定性
讨论
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。
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？
提示：紫茎泽兰的繁殖和适应能力很强，在入侵地没有天敌等因素的制约。
泽兰实蝇
问题探讨
第五节
生态系统的稳定性
讨论
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。
泽兰实蝇(上)与紫茎泽兰(下)
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？
提示：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。
第五节
生态系统的稳定性
干扰生态系统的因素
洪涝
火烧
虫害
放牧
砍伐
捕捞
自然生态系统
亚马逊森林
欧亚大陆草原
极地苔原
生态平衡
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。
第五节
生态系统的稳定性
第五节
生态系统的稳定性
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，生态系统就能够通过自我调节得以恢复，从而维持相对稳定的结构和功能。
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。
生态平衡含义
---含义
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）
第五节
生态系统的稳定性
一、生态平衡与生态系统的稳定性
第五节
生态系统的稳定性
一、生态平衡与生态系统的稳定性
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。
例如，在某生态系统中，植物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。
生态平衡是一种动态的平衡
结构平衡
功能平衡
收支平衡
---特征
第五节
生态系统的稳定性
一、生态平衡与生态系统的稳定性
---特征
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？
（2）功能平衡：
（1）结构平衡：
（3）收支平衡：
动态平衡
这种动态平衡是通过什么调节机制实现的呢？
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。
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。
第五节
生态系统的稳定性
一、生态平衡与生态系统的稳定性
---调节机制
兔增加
兔减少
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
狼减少
狼增加
兔的数量恢复或接近原来水平
尝试用文字、线框、箭头等符号，简要描述74页第2自然段一片草地上的兔、草、狼个体数量变化的调节过程。
1.异种生物种群之间的数量调控
第五节
生态系统的稳定性
一、生态平衡与生态系统的稳定性
---调节机制
植被大量生长森林郁闭
林间阳光减少
种子萌发
林下树苗生长
枯枝落叶积累
火灾
光照充足，土壤无机养料增多
植被面貌
逐渐恢复
制约
森林火灾
火灾后的恢复
尝试用文字、线框、箭头等符号，简要描述74页第2自然段森林植被火灾后恢复的调节过程。
2.生物与环境之间的相互调控
第五节
生态系统的稳定性
一、生态平衡与生态系统的稳定性
---调节机制
负反馈
该草原生态系统遇到了干扰
两生态系统都能对抗这种破坏或干扰，使生态系统恢复平衡。
该森林生态系统遇到了破坏
调节机制
第五节
生态系统的稳定性
一、生态平衡与生态系统的稳定性
---负反馈
含 义
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。
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。
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。
生态系统具有
自我调节能力
负反馈调节
生态系统维持相对稳定
基础
结果
导致
第五节
生态系统的稳定性
一、生态平衡与生态系统的稳定性
---负反馈
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。
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。
第五节
生态系统的稳定性
第五节
生态系统的稳定性
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：
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
第五节
生态系统的稳定性
一、生态平衡与生态系统的稳定性
含 义
人们把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，叫作生态系统的稳定性。
生态系统稳定性
原因
自我调节能力
基础
负反馈调节
调节机制：
实 质
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。
特 点
生态系统的自我调节能力有限。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，生态平衡就会遭到严重的破坏。
第五节
生态系统的稳定性
一、生态平衡与生态系统的稳定性
第五节
生态系统的稳定性
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。
第五节
生态系统的稳定性
二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性
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。
第五节
生态系统的稳定性
二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性
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。
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。
第五节
生态系统的稳定性
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
第五节
生态系统的稳定性
（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
第五节
生态系统的稳定性
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
第五节
生态系统的稳定性
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
第五节
生态系统的稳定性
第五节
生态系统的稳定性
模型建构1
稳定性
生态系统复杂程度
抵抗力稳定性
恢复力稳定性
抵抗力稳定性、恢复力稳定性与生态系统复杂程度的关系(一般情况)
思考：结构简单的生态系统，抵抗力稳定性一定低，恢复力稳定性一定高吗？
第五节
生态系统的稳定性
模型建构2
生态系统稳定性的数学模型
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）,
TS越大，说明这个生态系统的总稳定性越弱。
① 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 表示一个外来干扰使之偏离这一范围的大小。
y 值大，说明抵抗力稳定性弱，反之，抵抗力稳定性强；
③ x 表示恢复到原状态所需的时间。
x 值大，说明恢复力稳定性弱，反之，恢复力稳定性强；
第五节
生态系统的稳定性
三、提高生态系统的稳定性
原 因
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，如粮油、蔬果、肉蛋奶、木材等农副产品。
处于生态平衡中的生态系统能够使人类生活与生产的环境保持稳定。
第五节
生态系统的稳定性
三、提高生态系统的稳定性
措 施
控制对生态系统的干扰强度，在不超过生态系统自我调节能力的范围内，合理适度地利用生态系统。
例如，对过度利用的森林与草原，首先应封育，待恢复到较好状态时再适度利用。
第五节
生态系统的稳定性
三、提高生态系统的稳定性
草原防护林
措 施
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。
例如，为使单一作物的农田生态系统保持稳定，需要不断施肥、灌溉、控制病虫害；还可以人工建造“生态屏障”。我国在东北、华北和西北地区已经建造了大规模的“三北”防护林，防护林有效地防风阻沙，保护了这些地区的草原与农田。
第五节
生态系统的稳定性
【思考.讨论】设计提高生态系统稳定性的方案
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。
提示：从提高人工桉树林的物种多样性、结构复杂性、提高经济效益、保护生态等角度检索和阅读相关研究文献，根据科学研究结果提出科学的、有效的措施。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；从保持土壤肥力的角度，可以在土壤中接种固氮菌株、根际菌株等。
讨论
2. 按上述思路，选择一个自己比较熟悉的生态系统，如退耕还林、还草、还湖过程中新形成的森林、草原、湖泊生态系统，城市建设中兴建的森林公园或湿地生态系统，查阅资料，设计提高其稳定性的方案。
第五节
生态系统的稳定性
【探究.实践】设计并制作小生态缸，观察其稳定性
设计一个生态缸，观察这一人工生态系统的稳定性。
目的要求
在有限的空间内，依据生态系统原理，将生态系统具有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不同营养级生物之间的合适比例。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。
基本原理
生态系统的类型多样，每种生态系统的组成和稳定性是不一样的。下面介绍一种制作生态缸的材料用具、实验步骤等，供参考。在实验之前，应设计观察记录表。
设计方案
第五节
生态系统的稳定性
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

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
【探究.实践】设计并制作小生态缸，观察其稳定性
第五节
生态系统的稳定性
【探究.实践】设计并制作小生态缸，观察其稳定性
知识.框图
第五节
生态系统的稳定性
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
知识.框图
第五节
生态系统的稳定性
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。 （ ）
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
√
第五节
生态系统的稳定性
D
√
C
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？
【提示】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。
第五节
生态系统的稳定性
练习与应用
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？
【提示】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。
3.可以采取什么措施来改善该地河流水质？
【提示】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。
第五节
生态系统的稳定性
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
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
第五节
生态系统的稳定性
A
C
复习与提高
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
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
第五节
生态系统的稳定性
D
B
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。
【提示】举例如下。
第五节
生态系统的稳定性
复习与提高
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？
【答案】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。
（2）在该河流的BC段上，藻类大量繁殖的主要原因是什么？
【答案】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？
【答案】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。
（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？
【答案】河流中生物大量死亡，该生态系统的稳定性遭到破坏。
第五节
生态系统的稳定性
复习与提高
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？
【答案】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。
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。
【提示】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。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。
第五节
生态系统的稳定性

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