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3.5 生态系统的稳定性
第三章
生态系统及其稳定性
问题探讨
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
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。
一、生态平衡与生态系统的稳定性
1.生态平衡的概念：生态系统的结构和功能处于相对稳定的一种状态。
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
结构平衡
功能平衡
食物链和食物网
2.生态平衡的特征：
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。
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。
3.生态平衡的调节机制：
实例1:
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。
—— 负反馈调节
3.生态平衡的调节机制：
实例2:
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
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。
—— 负反馈调节
（1）概念
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，使系统保持稳定。
—— 负反馈调节
3.生态平衡的调节机制：
思考：如果是正反馈调节调节生态系统，结局又是怎样？
（2）负反馈调节意义
负反馈调节在生态系统中普遍存在，是生态系统具备自我调节能力的基础。
4.生态系统的稳定性：
（1）概念
生态系统 或 自身结构和功能处于相对平衡状态的能力。
维持
恢复
（2）调节机制
生态系统的稳定性
抵抗力稳定性
恢复力稳定性
原因
自我调节能力
基础
负反馈调节
自我调节能力是有限的
掠夺式开发后的黄土高原
二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性
1.抵抗力稳定性
（1）概念：生态系统 并使自身的结构与功能 的能力。
抵抗外界干扰
保持原状
发达根系抗干旱
蝗虫采食下，草原植物再生能力增强
核心：抵抗干扰，维持原状
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
（2）规律：
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）
“野火烧不尽，春风吹又生”
火灾后森林重恢复
与抵抗力稳定性的关系：
往往相反
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。两者呈负相关，主要与生态系统的生物种类的数量和营养级的复杂程度有关。
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？
生态系统受到不同的干扰（破坏）后，其恢复速度与恢复时间是不一样的。
抵抗力稳定性 恢复力稳定性
区 别 实质 保持自身结构和功能相对稳定 恢复自身结构和功能相对稳定
核心
影响 因素
关系 抵抗干扰，保持原状
受到破坏，恢复原状
生物种类越多、营养结构越复杂
→自我调节能力越强
→抵抗力稳定性越高
生物种类越少、营养结构越简单
→自我调节能力越弱
→恢复力稳定性越高
抵抗力稳定性
恢复力稳定性
注意:
1.热带雨林具有很强的抵抗力稳定性，因为物种丰富、结构复杂；然而，受一定强度的破坏后，也能较快恢复，因为气候适宜。
2.北极苔原生态系统，其物种单一、结构简单，抵抗力稳定性低；在过度干扰后，恢复也漫长，因为气候条件恶劣。
综上。若要对一个生态系统稳定性的两方面说明，则要强调所处的环境
条件，环境好，恢复力稳定性也高。
3.两种稳定性的关系
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。
一场火过后，森林中的种群密度降低，但是由于光照更加充足、土壤中无机养料增多，许多种子萌发后，迅速长成新植株。
抵抗力稳定性
恢复力稳定性
判断下面所代表的是那种稳定性？
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。
草原大火过后，“野火烧不尽，春风吹又生”。
抵抗力稳定性
恢复力稳定性
判断下面所代表的是那种稳定性？
【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 y：表示一个外来干扰使生态系统偏离正常范围（两虚线之间）时，偏离范围的大小可以作为 稳定性的定量指标。
（y越大 稳定性越 ；反之越强）
抵抗力
抵抗力
低
生态系统的功能
时间
TS
y
x
干扰
正常作用范围
② x：表示生态系统从破坏到恢复所需要的时间。x的大小可作为 稳定性的定量指标。
（x越大 稳定性越 ；反之越强）
恢复力
恢复力
低
③TS：表示曲线与正常范围之间所围成的面积，可作为____稳定性的定量指标。（TS的面积越大，说明这个生态系统的总稳定性____）
总
低
在受到干扰之前，曲线在正常范围内波动是由于该生态系统具有 。
自我调节能力
三、提高生态系统的稳定性
（1）可以持续不断地满足人类生活所需；
1.提高生态系统的稳定性的意义
（2）能够使人类生活与生产的环境保持稳定。
2.提高生态系统稳定性的措施
（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，合理适度利用生态系统；
合理放牧
封山育林
适量捕捞
封山育林、休牧育草、围栏封育
农田施肥
三北防护林
（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。
2.提高生态系统稳定性的措施
提高生态系统稳定性的最有效的措施是：＿＿＿＿＿＿＿＿＿，提高生态系统＿＿＿＿的复杂程度，增强其＿＿＿＿能力，提高共＿＿＿稳定性。
保护好生物的多样性
营养结构
自我调节
抵抗力
人工造林、人工种草、鼠虫害治理、“黑土滩”治理
四、设计制作生态缸，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。
1.目的要求：
2.基本原理：
①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。
设计要求 相关分析
生态缸一般是 的 防止外界生物或非生物因素的干扰
生态缸中投放的几种生物必须具有很强的 ，种类 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
生态缸的材料必须 为光合作用提供光能；保持生态缸内温度；
便于观察
生态缸宜 不宜 ，缸中的水量应 ，要留出一定的 . 便于操作；缸内储备一定量的空气
生态缸的采光用较强的 光 防止水温过高导致水生植物死亡
选择动物不宜过多，个体不宜太大 减少对氧气的消耗，防止氧气的产生量小于
消耗量
封闭
生活力
透明
小
大
适宜
空间
散射
齐全
1
设计要求及相关分析
2
实验步骤
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 。所以抵抗力稳定性极低，生态系统的稳定性极易被破坏。因此，生态缸内的生物只能保持一定时间的活性。
②不同的生态缸中生态系统的稳定性时间有长有短。
其结构比较简单，自我调节能力差
3
结果分析
本章小结
一、阅读教材P78“探究·实践”，回答下列问题。
1.为保证生态缸中的物质循环和能量流动，使其在一定时期内保持生态系统稳定，从生态系统组成成分角度思考，生态缸中必须具备哪些成分？
提示：生产者、消费者、分解者等。
2.衡量生态缸稳定性的指标时，可通过什么来判断生态系统的稳定性？
提示：观察动植物的生活情况、水质变化等。
3.该生态缸能否构成一个完整的生态系统？倘若将该生态缸置于黑暗处会怎样？
提示：该生态缸具备了生态系统的四类组成成分——非生物的物质和能量、生产者、消费者及分解者，故可构成一个完整的生态系统。倘若将生态缸置于黑暗处，则会因丧失能量供应而使生态系统崩溃，其内的生物将很快死亡。
二、非选择题（课本P80“复习与提高”）
1．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？
（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。
藻类数量减少，藻类通过光合作用释放的氧气减少；
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。
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。
藻类通过光合作用释放的氧气增多；
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。
2．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。
因为喷洒高效农药，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。
3．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。
三、（全国高考真题）植树造林、“无废弃物农业”、污水净化是建设美丽中国的重要措施。回答下列有关生态工程的问题：
（1）在植树造林时，一般认为，全部种植一种植物的做法是不可取的。因为与混合种植方式所构建的生态系统相比，按照种植一种植物方式所构建的生态系统，其抵抗力稳定性____。抵抗力稳定性的含义是_________________________________________。
（2）“无废弃物农业”是我国利用生态工程的原理进行农业生产的一种模式，其做法是收集有机物质。包括人畜粪便、枯枝落叶等，采用堆肥和沤肥等多种方式，把它们转变为有机肥料，再施用到农田中。施用有机肥料的优点是______________________
__________________________________________________（答出3点即可）。在有机肥料的形成过程中，微生物起到了重要作用，这些微生物属于生态系统组分中的________。
（3）在污水净化过程中，除发挥污水处理厂的作用外，若要利用生物来回收污水中的铜、镉等金属元素，请提供一个方案：________________________________________________。
低
生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状或不受损害的能力
改善了土壤结构；
培育了土壤微生物；实现了土壤养分的循环利用
分解者
种植能吸收这些金属元素的水生植物，再从植物中回收金属

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