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3.5 生态系统的稳定性
本节聚焦
Focus In This Section
什么是生态平衡？
01
生态系统如何自我调节？
02
怎样理解生态系统的稳定性？
03
怎样提高生态系统的稳定性？
04
问题探讨
Problem Discussion
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。
紫茎泽兰的繁殖和适应能力强，在入侵地没有天敌等因素的制约。
讨论
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？
泽兰实蝇
紫茎泽兰
问题探讨
Problem Discussion
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。
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？
引言
紫茎泽兰
像紫茎泽兰这样的入侵种，由于它的繁殖能、适应能力很强，而且没有天敌等制约因素。
一旦蔓延，就会严重干扰入侵地的生态系统。如果干扰没有超过限度，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。
生态平衡与生态系统的稳定性
一、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，就是生态平衡。
生态系统
一定程度的干扰
结构与功能稳定
大兴安岭的森林
呼伦贝尔的草原
生态平衡与生态系统的稳定性
二、生态平衡的特征
处于平衡的生态系统，物质和能量的输入与输出均衡，生物种类的组成稳定，也就是说，生态系统种的生产过程与消费、分解过程处于平衡状态，这时生态系统的外貌、结构以及动植物组成等都保持相对稳定的状态。
生态系统
特征
结构平衡
功能平衡
收支平衡
生态平衡与生态系统的稳定性
二、生态平衡的特征
① 结构平衡
生态系统的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
一定时间内生产者制作的可供其他生物利用的有机物的量，处于比较稳定的状态。
生态平衡与生态系统的稳定性
二、生态平衡的特征
③ 收支平衡
一定时间内生产者制作的可供其他生物利用的有机物的量，处于比较稳定的状态。
A. 群落总生产量和总呼吸量
趋于稳定，且相对接近。
B. 群落在物质、能量的输入
和输出上趋于达到平衡状态。
群落总生产量
（光合作用）
群落总呼吸量
相对值
演替进程（时间）
O
生态平衡与生态系统的稳定性
三、生态平衡的调节机制
兔数量下降
兔吃少量植物
植物下降
兔因饥饿死亡
兔吃大量植物
兔食物增加
兔数量增加
实例1
植物增加
生态平衡与生态系统的稳定性
三、生态平衡的调节机制
实例2
植物大量生长
林下枝叶积累
火灾
无机土壤养料增加
阳光充足
种子萌发、幼苗生长迅速
植被逐渐恢复
生态平衡与生态系统的稳定性
三、生态平衡的调节机制
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，是负反馈机制。
① 负反馈的定义
在一个系统种，系统工作的效果，返回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。
系统
工作效果
反馈信息
生态平衡与生态系统的稳定性
三、生态平衡的调节机制
② 负反馈的与正反馈
负反馈：反馈信息的工作效果与原工作效果相反，使系统趋于稳定。
系统
工作效果
反馈信息
正反馈：反馈信息的工作效果与原工作效果相同，使系统偏离稳定。
生态平衡与生态系统的稳定性
三、生态平衡的调节机制
② 负反馈的与正反馈
原方向
偏离
正反馈调节
更加偏离
回到原方向
正反馈
调节
负反馈
调节
原方向
偏离
负反馈调节
生态平衡与生态系统的稳定性
三、生态平衡的调节机制
思考·讨论：
分析负反馈调节的过程
1. 小组合作，尝试用文字、线狂、箭头等符号，简要描绘上述两个例
子中的负反馈调节过程。
兔增加
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
兔减少
狼增加
狼减少
生态平衡与生态系统的稳定性
三、生态平衡的调节机制
2. 利用本章第1节图3-4，以图中蛙、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。
昆虫和蜘蛛增加
蛙减少
捕食昆虫和蜘蛛的鸟增加
鹰增加
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
蛙增加
生态平衡与生态系统的稳定性
三、生态平衡的调节机制
③ 负反馈调节的意义
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。
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。
生态平衡与生态系统的稳定性
四、生态系统的稳定性
① 定义
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，叫做生态系统的稳定性。
② 原因
生态系统具有一定的自我调节能力。
③ 能力
生态系统自我调节能力是有限的。
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破坏。
生态平衡与生态系统的稳定性
四、生态系统的稳定性
A. 营养结构越复杂，生态系统的稳定性越弱
生态系统的稳定性
自我调节能力
在复杂的食物网中，某个物种的位置，可以由同一个营养级的其他生物代替。
B. 生物的适应能力越强，生态系统的稳定性越强。
抵抗力稳定性和恢复力稳定性
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，叫做生态系统的稳定性。
维持
抵抗力稳定性
抵抗干扰，保持原状
恢复
恢复力稳定性
遭到破坏，恢复原状
抵抗力稳定性和恢复力稳定性
在个体水平稳态维持上，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？
思考：
人体在遇到病原体入侵时，免疫系统会抵抗病原体入侵，这与生态系统的抵抗力稳定性相似。
在大病初愈时，有些功能需要恢复到正常水平，这与生态系统的恢复力稳定性相似。
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。
生态系统的功能
时间
ST
S
T
干扰
当一个干扰使生态系统偏离正常范围(两虚线之间)时，偏离的大小可以作为抵抗力稳定性的定量指标(S)。抵抗力稳定性与S值的大小呈反比。
抵抗力稳定性和恢复力稳定性
1. 抵抗力稳定性
② 实例
A. 森林生态系统种受到害虫干扰，其数量不会大量增长。
B. 气候干旱时，森林中的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。
③ 特点
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
抵抗力稳定性和恢复力稳定性
2. 恢复力稳定性
① 概念
生态系统在遭到外界干扰因素的破坏后恢复到原状的能力。
生态系统的功能
时间
ST
S
T
干扰
生态系统从破坏到恢复需要的时间（T)。
恢复力稳定性与T值的大小呈反比。
抵抗力稳定性和恢复力稳定性
2. 恢复力稳定性
② 实例
A. “野火烧不尽，春风吹又生。”
B. 河流与土壤被轻微污染，通过自身净化作用，恢复为原来的状态。
③ 特点
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
抵抗力稳定性和恢复力稳定性
3. 影响抵抗力稳定性和恢复力稳定性的因素
① 内部因素
生态系统的结构
A. 通常情况下，抵抗力稳定性与恢复力稳定性呈相反关系。
营养结构复杂程度
稳定性
恢复力
抵抗力
抵抗力稳定性和恢复力稳定性
3. 影响抵抗力稳定性和恢复力稳定性的因素
① 内部因素
生态系统的结构
B. 抵抗力稳定性与恢复力稳定性一般呈相反的关系。但是存在特例。
热带雨林大都具有很强的抵抗力稳定性，因为它们的物种组成十分丰富，结构比较复杂;然而，在热带雨林受到一定强度的破坏后，也能较快地恢复。
极地苔原(冻原)，由于其物种组分单一、结构简单，它的抵抗力。稳定性很低，在遭到过度放牧、火灾等干扰后，恢复的时间也十分漫长。
抵抗力稳定性和恢复力稳定性
3. 影响抵抗力稳定性和恢复力稳定性的因素
② 外部因素
环境干扰强度
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。
A. 环境干扰强度小，恢复力稳定性强
河流与土壤被有毒物质轻微污染，通过自净作用，可以很快恢复到接近原来的状态。
B. 环境干扰强度大，恢复力稳定性弱
河流与土壤被有毒物质重度污染，这些河流或土壤的恢复力稳定性就破坏了。
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，难度大。
提高生态系统的稳定性
1. 为什么提高生态系统的稳定性
① 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。
粮油
蔬果
肉蛋奶
木材
② 处于生态平衡中的生态系统能够使人类生活和生产的环境保持稳定
提高生态系统的稳定性
2. 提高生态系统的稳定性措施
① 控制对生态系统干扰的程度，在不超过生态系统自我调节能力的方位
内，合理适度地利用生态系统。
封山育林
禁牧
休渔
提高生态系统的稳定性
2. 提高生态系统的稳定性措施
② 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。
施肥
灌溉
控制病虫害
农田生态系统
“三北”防护林
防风
固沙
护田
护草
探究·实践：设计制作生态缸，观察其稳定性
1. 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。
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，建构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之间的合适比例。
③应当注意，人工生态系统的稳定性的稳定性是有条件的，也可能是短暂的。
探究·实践：设计制作生态缸，观察其稳定性
3. 材料用具
①玻璃器皿
④供选择的植物:黑藻、金鱼藻、苔藓、铁线蕨、浮萍、珍珠草、鸭拓草、马齿苋、金鱼花、罗海松、翠云草等
②石块、沙土、含腐殖质较多的土鹅卵石、假山石、自来水等
③供选择的动物:鼠妇、蚰蜓、地鳖蚯蚓、蜗牛、虾、小鱼、小乌龟等
探究·实践：设计制作生态缸，观察其稳定性
4. 实验步骤
① 制作生态缸框架
② 铺垫土和石块 铺垫好的土和石块整体呈坡状。
土壤
在沙土上铺一层含腐殖质较多的土,厚度为5-10cm
沙土
再铺上一层颗粒较细的沙土,厚度为5-15 cm
石块
在生态缸内底部的一侧铺垫几块石块作为基垫
探究·实践：设计制作生态缸，观察其稳定性
4. 实验步骤
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5-10 cm在水中放几块鹅卵石。
⑤ 放入动植物
在土坡上选择苔藓、铁线蕨、鸭距草、马齿克、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、小鱼和小鸟龟等小动物。
探究·实践：设计制作生态缸，观察其稳定性
4. 实验步骤
⑥ 封上生态缸盖
⑦ 观察记录
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。
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。
探究·实践：设计制作生态缸，观察其稳定性
5. 注意事项
① 生态瓶必须是无色透明且密闭的
② 避免阳光直射，温度稳定在20~25℃
③ 生态瓶中的生物应具有较强的生活力
④ 要特别注意个中生物的合适比例，投放的动物要小而少，要考虑生产者
的能力
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
√
√
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人河道，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人水口封闭以减少污水流人，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。
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。
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
练习与应用
二、拓展应用
2. 大量生活污水和工业废水排人河道以后，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
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，在某些区段人工增氧、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人河道，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;加强执法检查;等等。
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 ( )
太阳
农作物
沼气池
家畜
人
饲料
沼气
食物
食物
粪便
粪便
秸秆
沼渣
沼液
沼气池中的微生物是该生态系统的分解者
微生物也能利用农作物通过光合作用储存的能量
沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用
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
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
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
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。
生态系统
非生物环境
生物群落
包括
生产者
消费者
分解者
初级消费者
次级消费者
三级消费者
属于
第二营养级
属于
第三营养级
属于
第四营养级
属于
第一营养级
食物链
构成
构成
食物网
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
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
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。
(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。
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。
(3) 水中溶解氧含量逐渐恢复的主要原因是什么
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
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。
(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。
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
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。
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。
复习与提高
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。

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