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生态缸
第5节 生态系统的稳定性
第3章 生态系统及其稳定性
【学习目标】
1.结合模型构建，解释生态系统具有保持或恢复自身结构和功能相对稳定，并维持动态平衡的能力，培养科学思维。
2.举例说明生态系统的稳定性会受到自然或人为因素的影响，如气候变化、自然事件、人类活动或外来物种入侵等，强化社会责任。
3.阐明生态系统在受到一定限度的外来干扰时，能够通过自我调节维持稳定，建立生命系统的稳态和平衡观。
4.尝试设计并制作生态缸并观察其稳定性，培养科学探究能力。
学习重点：
1.分析生态系统中的反馈调节过程，阐明生态系统具有维持或恢复生态平衡的能力。
2.举例说明抵抗力稳定性和恢复力稳定性。
学习难点：
1.举例说明抵抗力稳定性和恢复力稳定性。
2.设计提高生态系统稳定性的方案。
【学习重难点】
问题探讨
紫茎泽兰入侵我国后，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。
紫茎泽兰
泽兰实蝇
思考
1.紫茎泽兰在原产地没有大肆繁殖，为什么在入侵地可疯长蔓延？
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。
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，也有可能引起生态入侵。
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。
但是千百年来，虽然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。
紫茎泽兰
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。如大兴安岭的森林和呼伦贝尔的草原，都是处于生态平衡的系统。
大兴安岭的森林
呼伦贝尔的草原
生态系统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。
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。
生态平衡的特征
结构平衡：
功能平衡：
收支平衡：
一、生态平衡与生态系统的稳定性
1.生态平衡的特征
生态平衡并不是指生态系统一成不变，而是一种动态的平衡。
材料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竟争就会加剧，导致兔的生存空间和资源减少;同时，捕食者狼因食物(兔)丰富而数量增多它们会捕食更多的兔。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。
合作探究
小组合作，尝试用文字、线框、箭头等符号，简要描绘上述材料中的负反馈调节过程。
兔增加
狼增加
兔减少
草减少，兔的生存空间和资源减少
草增加，兔的生存空间和资源增加
狼减少
2.生态平衡的调节机制
材料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落叶的积累，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，土壤的无机养料多，于是许多种子萌发，幼苗迅速成长，森林面貌逐渐恢复。
局部火灾后森林的恢复
植物大量生长
光照更加充足，土壤无机养料增多
火灾
森林逐渐郁闭，林间阳光减少，枯枝落叶积累
合作探究
小组合作，尝试用文字、线框、箭头等符号，简要描绘材料中负反馈调节过程。
种子萌发，幼苗生长迅速
总结
动态平衡的调节机制--负反馈调节
负反馈：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，并且使系统工作效果减弱或受到限制，它可使系统保持稳定。
负反馈调节模型：
原方向
发生偏离
回到原方向
负反馈调节
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。正是由于生态系统具有自我调节能力，生态系统才能维持相对稳定。
正反馈调节
拓展
正反馈：使生态系统常常远离稳态，对生态系统有极大破坏作用。
正反馈调节模型：
原方向
发生偏离
更加偏离
正反馈调节
实例：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。
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
更多鱼类等死亡
+
合作探究
小组合作，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，尝试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。
捕食昆虫和蜘蛛的鸟增加
蛙增加
鹰增加
昆虫和蜘蛛增加
蛙减少
蛇减少
昆虫和蜘蛛减少
捕食昆虫和蜘蛛的鸟减少
鹰减少
蛇增加
生态系统的稳定性：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。也就是说，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。
生态系统的自我调节能力是有限的。当外界干扰因素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。
试
生态系统结构
生态系统的组成成分
营养结构：食物链和食物网
非生物的物质和能量
生产者
消费者
分解者
试
生态系统功能
物质循环
能量流动
信息传递
3.生态系统的稳定性
二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性
资料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；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。这体现了生态系统哪方面能力？
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保持原状（不受损害）的能力。
资料2：生态系统遭到一定程度的破坏后，经过一段时间，可以恢复到原来的状态。如前述的森林局部火灾后，森林仍能逐步恢复原状。这体现了生态系统哪方面能力？
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。
抵抗干扰，维持原状
遭到破坏，恢复原状
观察
热带雨林生态系统
生物种类多
营养结构复杂
自我调节能力强
抵抗力稳定性高
恢复力稳定性低
不同生态系统在抵抗力稳定性和恢复力稳定性上的表现有一定的差别。一般来说，生态系统的组分越多，营养结构越复杂，其自我调节能力就越强，抵抗力稳定性就越高，恢复力稳定性就越低。
观察
草原生态系统
农田生态系统
人工林生态系统
生物种类少
营养结构简单
自我调节能力弱
抵抗力稳定性低
恢复力稳定性高
抵抗力稳定性与恢复力稳定性的关系：一般存在相反（负相关）关系。
稳定性
营养结构复杂程度
恢复力稳定性
抵抗力稳定性
观察
北极冻原生态系统
特例：北极苔原生态系统在北极冻原生态系统中，动植物稀少，营养结构简单，其中生产者主要是地衣，其他生物直接或间接依靠地衣生活。假如地衣受到大面积破坏，生态系统就会崩溃。
生物种类少
营养结构简单
自我调节能力弱
抵抗力稳定性低
恢复力稳定性低
观察
河流与土壤被轻微污染，通过自身的净化作用，可以很快恢复到接近原来的状态。
若被有毒物质重度污染，自身的净化作用有限，恢复力稳定性就被破坏。
热带雨林在遭到严重的砍伐，草原受到极度放牧后，恢复原状的时间漫长，难度极大。
三、提高生态系统的稳定性
维持生态平衡，
提高生态系统的稳定性，一方面要控制对生态系统的干扰程度，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 统。如封山育林、退耕还草。
另一方面，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。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；还可以人工建造大规模的“生态屏障”：如三北
防护林。
阅读教材P77思考·讨论：设计提高生态系统稳定性的方案。并尝试小组合作探究，回答下列问题。
讨论
1.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。
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。
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。
提示：开放性很强，鼓励学生尝试作答。（应主要从生物种类及营养结构等角度，提高生态系统的自我调节能力，但一定用当地物种，防止出现生物入侵现象）。
湿地公园
四、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。
生态系统的稳定性与它的物种组成、营养结构、非生物因素密切相关；必须考虑物质循环和能量流动的相对平衡。
供选择的生物：（不宜太多，不宜太大）
鼠妇、蚰蜒、地鳖、蚯蚓、蜗牛、虾、小鱼、小乌龟等；黑藻、金鱼藻、苔藓、铁线蕨、浮萍、珍珠草、鸭拓草、马齿苋、金鱼花、罗汉松、翠云草等。
鼠妇
地鳖
珍珠草
鸭拓草
实验步骤：
（1）用玻璃板和粘胶制作生态缸的框架。
（2）在生态缸内底部的一侧铺垫几块石块
作为基垫，再铺上一层颗粒较细的沙土，
厚度为5~15cm，在沙土上铺一层含腐殖质
较多的土，厚度为5~10cm，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）向缸内倒入自来水，水位高5~10cm，在水中放几块鹅卵石。
（5）在土坡上选择苔藓、铁线蕨、鸭跖草、马齿苋、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、小鱼和小乌龟等小动物。
（6）盖上生态缸盖。将生态缸放置于室内通风、光线良好的地方，但要避免阳光直射。
（7）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。
探究结论：
（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。
生态缸的设计制作要求及分析
设计要求 分析
生态缸是封闭的
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
生态缸的材料须透明
生态缸宜小不宜大，缸中水量占其容积的4/5，要留一定空间
生态缸的采光用较强的散射光
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
生态缸中能够进行物质循环和能量流动，在一定时期内保持稳定
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
为光合作用提供光能；
保持生态缸内温度；便于观察
减少对O2消耗，防止生产量小于消耗量
结
小
课
堂
结构平衡
功能平衡
收支平衡
抵抗力稳定性
生态系统的稳定性
生态平衡
恢复力稳定性
生态系统的稳定性
与生物种类及营养结构复杂程度有关
提高生态系统的稳定性
控制对生态系统的干扰程度
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
自我调节能力
具有
维持
调节机制：负反馈
基础
MENTAL HEALTH COUNSELING PPT
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