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3.5 生态系统的稳定性
选择性必修2第3章 生态系统及其稳定性
中国第一批外来入侵物种名单
问题探讨
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？
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。
问题探讨
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。
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。
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？
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。像这样，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。
一、生态平衡与生态系统的稳定性
特点
1.结构平衡
2.功能平衡
3.收支平衡
这种动态平衡是通过什么调节机制实现的呢？
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。
一、生态平衡的调节机制--负反馈调节
任务一 分析反馈调节过程
阅读教材74页
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反
馈调节过程。
实例1
减少
增加
增加
增加
减少
减少
减少
实例2
减少
受限
积累
充足
增多
萌发
迅速生长
逐渐恢复
一、生态平衡的调节机制--负反馈调节
任务一 分析反馈调节过程
阅读教材74页
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。
草→昆虫→蜘蛛→捕虫鸟→鹰
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（negative
feedback）机制。
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。
生态系统的负反馈调节和正反馈调节的比较
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（stability of ecosystem）。
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。
研究生态系统稳定性与结构复杂性的关系
物种少，结构简单
受到外界干扰
不易维持稳定
研究生态系统稳定性与结构复杂性的关系
物种多，结构复杂
受到外界干扰
不易恢复原状
二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性
1.抵抗力稳定性
2.恢复力稳定性：
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。
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。
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。
反之，生态系统的组分越少，食物网越简单，
其自我调节能力就越弱，恢复力稳定性较高。
任务二
请用数学模型来表示两种稳定性的关系。
稳定性
营养结构复杂程度
抵抗力稳定性
恢复力稳定性
特例 北极冻原生态系统两个稳定性都弱
物种组分单一，结构简单且温湿条件较差
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。
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。如果河流与土壤被有毒物质轻微
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；
抵抗力稳定性
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，这些河流或土壤的恢复力稳定性
就被破坏了。同样，热带雨林在遭到严重砍伐，草原经过
极度放牧后，它们恢复原状的时间漫长，难度极大！
想一想，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。
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，对于自然或
人工生态系统是十分必要的。因为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，如提供粮油、蔬果、
肉蛋奶、木材等农副产品；更为重要的是，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。
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（图3-21）。另一方面，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（图3-22）
设计提高生态系统稳定性的方案
思考.讨论
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100株/hm2时，灌木层和草本层物种均减少。
设计提高生态系统稳定性的方案
思考.讨论
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。
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。
设计提高生态系统稳定性的方案
思考.讨论
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。
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。
（ ）
√
√
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
D
练习与应用
一、概念检测
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
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。
练习与应用
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？
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
请基于对生态系统稳定性的认识，回答以下问题。
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
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；等等。
设计制作生态缸，观察其稳定性
思考.讨论
目的要求
设计一个生态缸，观察这一人工生态系统的稳定性。
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。
设计方案
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。下面介绍制作一种生态缸的材料用具、实验步骤等，供你们参考。你们也可以选择制作其他类型的生态缸，并观察稳定性。在实验之前，应设计观察记录表。
材料用具
1cm厚的玻璃板4~5m2，粘胶足量，或其他可用于制作生态缸的比较大的器皿。石块、沙土、含腐殖质较多的土、鹅卵石、假山石等，自来水。
供选择的生物：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、鸭跖草、马齿苋、金鱼花、罗汉松、翠云草等。
设计制作生态缸，观察其稳定性
思考.讨论
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 5~10 cm，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。
设计制作生态缸，观察其稳定性
思考.讨论
4．向缸内倒入自来水，水位高5~10 cm，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．封上生态缸盖。将生态缸放置于室内通风、光线良好的地方，
但要避免阳光直接照射。
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。
设计制作生态缸，观察其稳定性
思考.讨论
结果和结论
根据实验结果完成实验报告。
讨论
1．实验设计时要考虑的生态系统各组成成分有哪些？
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？
设计制作生态缸，观察其稳定性
思考.讨论
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。
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
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．毛竹与栲树、苦槠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。
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。
复习与提高
二、非选择题
复习与提高
二、非选择题
请据图回答下列问题。
（1）在该河流的 AB 段上，溶解氧大量减少的主要原因是什么？
（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。
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
请据图回答下列问题。
（3）水中溶解氧含量逐渐恢复的主要原因是什么？
（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。
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
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。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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