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第3章 生态系统及其稳定性
第5节 生态系统的稳定性
第1课时 生态平衡与生态系统的稳定性
紫茎泽兰
薇甘菊
空心莲子草
豚草
互花米草
飞机草
凤眼莲
湿地松粉蚧
强大小蠹
美国白蛾
非洲大蜗牛
福寿螺
中国第一批外来入侵物种名单（16种）
问题探讨
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
繁殖、适应能力很强，没有天敌等制约因素。
紫茎泽兰
泽兰实蝇
问题探讨
2.我国曾引入紫茎泽兰专食性天敌——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？
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
紫茎泽兰
泽兰实蝇
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，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。
凤眼莲
加拿大一枝黄花
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。
呼伦贝尔草原
大兴安岭森林
虽然地球上许多生态系统不时受到外来干扰，但是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，长期处于生态平衡的状态。
1、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
一、生态平衡
2、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：
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。
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。
动态平衡
这种动态平衡是通过什么调节机制实现的呢？
一、生态平衡
3、生态平衡的调节机制
——负反馈调节
草
兔
狼
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。
一、生态平衡
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，生物群落与无机环境之间也能够自我调节，以维持生态平衡。
3、生态平衡的调节机制
——负反馈调节
一、生态平衡
在生态系统遇到破坏或干扰时，对抗这种破坏和干扰，使生态系统恢复平衡的调节机制。
（1）负反馈机制：
3、生态平衡的调节机制
一、生态平衡
（2）模型图：
原方向
发生偏离
负反馈调节
回到原来方向
“改邪归正”
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。
（3）负反馈：
（4）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。
3、生态平衡的调节机制
一、生态平衡
（5）结果：
抑制和减弱最初发生变化的那种成分的变化。
实例3：
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。
湖泊受到了污染
鱼类等生物死亡
死鱼等生物腐烂
+
+
结果：
——正反馈调节
一、生态平衡
【补充】正反馈调节
（1）模型图：
（2）结果：
原方向
发生偏离
正反馈调节
更加偏离
破坏稳态（“错上加错”）
常使生态系统远离平衡稳态
一、生态平衡
【问题探究1】生态平衡的特征
科学家通过测量和数学模拟，绘制了初生演替过程中群落总初级生产量和总呼吸量的变化曲线图，据图回答下列问题。
（1）观察曲线图，在成熟阶段，群落总初级生产量和总呼吸量呈现怎样的趋势？由此说明了什么？
总初级生产量和总呼吸量均趋于 ，且相对值 。说明群落在 、 的输入和输出上趋于达到 状态。
稳定
接近
物质
能量
平衡
一、生态平衡
（2）联系生态系统中不同生物组分在物质循环、能量流动中的作用，分析在成熟阶段，生产—消费—分解过程的正常进行对生态系统的功能有什么影响？
生产—消费—分解的正常进行保证了 和 。在成熟阶段，生产过程和消费、分解过程应处于 中，这样才能使生态系统的收支呈现平衡。
物质循环
能量流动
平衡
（3）从生态系统的结构和功能等方面，概括生态系统处于相对稳定状态时表现出的特征？
①具有 、 和 的特征。
②平衡依赖 过程来维持，是一种动态平衡。
结构平衡
功能平衡
收支平衡
生产—消费—分解
一、生态平衡
【问题探究2】负反馈调节和正反馈调节
【资料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竞争就会加剧，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。
【资料2】下图为某湖泊生态系统发生的某种调节活动：
（1）资料1中的这种调节方式属于什么调节？
（2）资料2中的调节过程属于什么调节？
（3）资料1和资料2所反映的调节方式，哪一种有利于维持生态平衡？
负反馈调节
正反馈调节
负反馈调节
一、生态平衡
1、概念：
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。强调的是生态系统维持生态平衡的能力。
2、原因：
生态系统具有自我调节能力
3、生态系统的自我调节能力
（1）基础：
（2）表现：
（3）特点：
负反馈调节
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。
二、生态系统的稳定性
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。
（核心：抵抗干扰，保持原状）
蝗虫采食下，草原植物再生能力增强
干旱时树木扩展根系的分布空间
这些都反映生态系统本身对外界干扰具有一定的抵抗能力。
三、抵抗力稳定性与恢复力稳定性
（2）规律：
①一般来说，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。
②生态系统的自我调节是有限的。
抵抗力稳定性
抵抗力稳定性
营养结构复杂程度
三、抵抗力稳定性与恢复力稳定性
动植物种类繁多，营养结构非常的复杂，假如其中某种生物大量减少，它在食物网中的位置还可以由这个营养级的多种生物来代替，整个生态系统的结构和功能仍然能够维持在相对稳定的状态。
动植物种类稀少，营养结构简单，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。
热带雨林
北极冻原生态系统
（3）实例：
三、抵抗力稳定性与恢复力稳定性
2、恢复力稳定性
（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。
（核心：遭到破坏，恢复原状）
森林火灾
灾后恢复
野火烧不尽，春风吹又生
三、抵抗力稳定性与恢复力稳定性
（2）特点：
①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。
河流受到轻微的污染时，能通过自身净化（如物理沉降、化学分解和微生物分解），可以很快恢复到接近原来的状态。
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，恢复力稳定性被破坏，恢复原状的时间漫长，难度极大！
三、抵抗力稳定性与恢复力稳定性
抵抗力稳定性
营养结构复杂程度
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 。
恢复力稳定性
②大小规律：
③影响因素：
一方面取决于生态系统的自身组成分（营养结构）；
另一方面还取决于外环境条件。
负相关
三、抵抗力稳定性与恢复力稳定性
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_____
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
人工林
热带雨林
三、抵抗力稳定性与恢复力稳定性
北极苔原
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
低
三、抵抗力稳定性与恢复力稳定性
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
人工林
热带雨林
北极苔原
生物种类 ；
少
营养结构 ；
简单
弱
自我调节能力 ；
抵抗力稳定性 ；
低
低
恢复力稳定性 。
特例：北极冻原生态系统
生产者主要是地衣，其他生物直接或间接依靠地衣生活。地衣大面积破坏，生态系统会崩溃。
生存条件极其恶劣：
环境恶劣地带的生态系统(北极冻原、荒漠)，往往恢复力稳定性和抵抗力稳定性都比较弱！
三、抵抗力稳定性与恢复力稳定性
【补充说明】对抵抗力稳定性和恢复力稳定性大小的说明
（1）如果要对一个生态系统稳定性的两个方面进行比较，则必须强调他们所处的环境条件。
环境条件好，生态系统恢复力稳定性也较高；反之，环境条件差，即使抵抗力稳定性低，恢复力稳定性也较低。
（2）例如，极地苔原（冻原）生态系统，其物种组成单一、结构简单，它的抵抗力稳定性很低，恢复力稳定性也很低。因此，将抵抗力稳定性与恢复力稳定性比较，只分析组成成分就不合适。
严重砍伐后的热带雨林
极度放牧后的草原
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。
（1）图中两条虚线之间的部分表示生态系统功能的正常作用范围。
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。
四、生态系统稳定性的数学模型
②S表示一个外来干扰使之偏离这一范围的大小，S值大，说明抵抗力稳定性____，反之，抵抗力稳定性____；如受到相同干扰时，草原生态系统的S值______热带雨林生态系统。
弱
强
大于
③T表示恢复到原状态所需的时间，
T值大，说明恢复力稳定性____，反之，恢复力稳定性____。
弱
强
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
四、生态系统稳定性的数学模型
生态系统的负反馈调节和正反馈调节的比较
项目 正反馈调节 负反馈调节
作用 使生态系统远离平衡状态 是生态系统自我调节能力的基础，能使生态系统保持相对平衡
结果 加速最初发生变化的那种成分的变化，从而远离生态平衡状态 抑制和减弱最初发生变化的那种成分的变化，从而保持生态平衡
实例
课堂小结
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
抵抗干扰，保持原状
受到破坏，恢复原状
生态系统中组分越多，食物网越复杂，其自我调节能力就越强，抵抗力稳定性越高
生态系统中组分越少，营养结构越简单，恢复力稳定性越高
抵抗力稳定性
稳定性
营养结构复杂程度
一般为负相关关系
恢复力稳定性
抵抗力稳定性与恢复力稳定性的比较
注意: 环境恶劣地带的生态系统(北极冻原、荒漠)，往往恢复力稳定性和抵抗力稳定性都比较弱！
课堂小结
（1）生态平衡就是生态系统的物质和能量的输入与输出均衡（　 　）
（2）当农田里蚜虫数量增多时，七星瓢虫的数量也会增多，这样蚜虫种群数量的增长就会受到抑制，这属于生物群落内的负反馈调节（　　 ）
（3）负反馈调节在生物群落中普遍存在，但在生物群落与非生物环境之间不存在（　　 ）
1、判断常考语句，澄清易混易错
课堂练习
对于生态系统中，反馈调节在生物群落、生物群落与无机环境之间都存在
在农田里蚜虫的数量增多时，七星瓢虫的数量也会增多，这样蚜虫种群的增长就受到抑制，属于生物群落内的负反馈调节
2、下列与生态平衡有关的说法，错误的是(　　)
A.生态平衡就是生态系统的结构处于相对稳定的一种状态。
B.处于平衡状态的生态系统，其外貌、结构及动植物组成等都保持相对稳定。
C.处于生态平衡的生态系统，具有结构平衡、功能平衡、收支平衡三个特征。
D.负反馈调节是生态系统具有自我调节能力的基础。
A
3、如果将一处天然林开辟为森林公园，为了维持森林的生态平衡，应当采取的措施是(　　)
A.对森林做适度的隔离，避免人类过多的干扰。
B.在森林中引入一些珍稀野生动物，使食物网更复杂。
C.定期清理森林中的枯枝落叶，以利于种子萌发和幼苗的生长。
D.在森林中引种一些珍稀野生植物，增大流入该生态系统的总能量。
A
课堂练习
生态平衡是生态系统的结构和功能处于相对稳定的-种状态,A错误;处于生态平衡的生态系统中,物质和能量的输入与输出均衡,生物种类的组成稳定，B正确;结构平衡.功能平衡、收支平衡是处于生态平衡的生态系统的三大特征,C正确;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,D正确。
一个生态系统的平衡问题能否维持，在现在，很多情况下受人的影响大，所以要保护生态平衡，就要采取措施加以保护，避免人类过多的干扰。
作业
1、一个生态系统的平衡遭到破坏，合理的解释是(　　)A.这个生态系统没有自我调节能力
B.这个生态系统的自我调节能力一定很弱C.这个生态系统的动植物种类一定很少
D.外来干扰超过了这个生态系统的自我调节能力
2、地球上各种不同类型的生态系统具有不同的自我调节能力。与农田、草原、冻原等生态系统相比较，热带雨林的自我调节能力特点是(　　)A.种群数量调节能力强，抵抗外界干扰能力弱
B.分解力弱，生产力强C.抵抗力稳定性强，而恢复力稳定性弱
D.能量流动速度快，物质循环速度慢
D
C
3、生态系统之所以能维持自身结构与功能的相对稳定，是因为生态系统具有自我调节能力，以下不属于生态系统自我调节的实例的是(　　)
A.某森林经过火灾后，许多种子萌发，迅速长成新植株
B.某种动物在其种群密度较高时繁殖能力下降
C.使用毒鼠药控制农田中老鼠的种群增长
D.某森林食虫鸟的数量因害虫数量的增加而增加
作业
4、负反馈调节是维持生命系统平衡或稳态的重要调节机制。下列不属于负反馈调节的是(　　)
A.长期服用睾丸酮会导致促性腺激素释放激素合成量减少
B.大量猎杀草原食肉动物，导致食草动物的数量先升后降
C.在酶促反应中，反应终产物过量致使酶的活性下降
D.湖泊受污染后鱼类数量减少，鱼体死亡腐烂进一步加重污染
D
C

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