1、第三单元第5节 生态系统的稳定性中国第一批外来入侵物种名单中国第一批外来入侵物种名单 紫茎泽兰紫茎泽兰原分布于中美洲，传入我国原分布于中美洲，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、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。牧草和农作物造成严重危害。讨论：讨论：1.1.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？紫茎泽兰在原产地没有大肆繁殖，为什么在入侵地可以疯长蔓延？2.2.我国曾引入我国曾引入紫茎泽兰专食性天敌紫茎泽兰专食性天敌泽兰实蝇泽兰实蝇来防治紫茎泽兰。来防治紫茎泽兰。泽
2、兰实蝇也是一种外来生物，对这种方法，你怎么看？泽兰实蝇也是一种外来生物，对这种方法，你怎么看？繁殖、适应能力很强，没有天敌等制约因素的制约。繁殖、适应能力很强，没有天敌等制约因素的制约。问题探讨植物植物199820032006200920112012科数科数363327181716种数种数989084473835紫茎泽兰对云南松林生物多样性的影响紫茎泽兰对云南松林生物多样性的影响思考：思考： 紫茎泽兰入侵后，当地植物种类有何变化？推测动物种类会发紫茎泽兰入侵后，当地植物种类有何变化？推测动物种类会发生什么变化？生物多样性呢？生什么变化？生物多样性呢？随入侵年限的增加，植物的科数和种数逐渐减少。
3、随入侵年限的增加，植物的科数和种数逐渐减少。有些动物随后消失，生物多样性下降。有些动物随后消失，生物多样性下降。资料：四川省普格县，云南松林，资料：四川省普格县，云南松林，1998201219982012年年植物植物199820032006200920112012科数科数363327181716种数种数989084473835紫茎泽兰对云南松林生物多样性的影响紫茎泽兰对云南松林生物多样性的影响推测：推测： 当地生态系统的结构和功能会发生变化吗？为什么？当地生态系统的结构和功能会发生变化吗？为什么？ 物种数量减少，营养结构变简单，物质循环、物种数量减少，营养结构变简单，物质循环、能量流动等生态系
4、统的功能受到严重影响。能量流动等生态系统的功能受到严重影响。资料：四川省普格县，云南松林，资料：四川省普格县，云南松林，1998201219982012年年 像像紫茎泽兰紫茎泽兰这样的入侵种，由于它的这样的入侵种，由于它的繁殖、适应繁殖、适应的能力很强的能力很强，而且，而且没有天敌等制约因素没有天敌等制约因素，因此一旦蔓，因此一旦蔓延，就会严重干扰入侵地的生态系统，延，就会严重干扰入侵地的生态系统，破坏生态平衡破坏生态平衡。美丽的呼伦贝尔草原美丽的呼伦贝尔草原生态平衡的系统生态平衡的系统美丽的大兴安岭森林美丽的大兴安岭森林生态生态平衡的平衡的系统系统1.1.概念概念 生态系统的生态系统的_和和
5、_处于处于_的一种状态的一种状态；结构结构功能功能相对稳定相对稳定2.2.特征特征_：生态系统生态系统各组分各组分保持保持相对稳定相对稳定；_：生产生产消费消费分解分解的生态过程正常进行，保证的生态过程正常进行，保证物质总在循环，能量不断流动，生物个体持续发展和更新物质总在循环，能量不断流动，生物个体持续发展和更新；_生产者在生产者在一定时间内一定时间内制造的可供其他生物利用的量，制造的可供其他生物利用的量，处于比较稳定的状态处于比较稳定的状态结构平衡结构平衡功能平衡功能平衡收支平衡收支平衡（一）、生态平衡动态平衡动态平衡1 1）概念概念 在一个系统中，系统工作的在一个系统中，系统工作的_，反
6、过来又作为，反过来又作为_调节该系统的工调节该系统的工作，并且使系统工作的效果作，并且使系统工作的效果_或受到或受到_，它可使系统，它可使系统_效果效果信息信息减弱减弱抑制抑制保持稳定保持稳定2 2）实例实例（1 1）群落内部负反馈调节的实例群落内部负反馈调节的实例兔子数兔子数量量增加增加狼狼增加增加草草减少减少，兔，兔的的生存空间生存空间和资源减少和资源减少兔子数兔子数量量减少减少草草增加增加，兔，兔的的生存空间生存空间和资源增加和资源增加狼狼增加增加3、动态平衡的调节机制负反馈调节 在森林中，随着植被的大量生长，森林逐渐变得郁闭，林间阳在森林中，随着植被的大量生长，森林逐渐变得郁闭，林间阳
7、光减少，制约了林下树苗的成长，还导致枯枝落叶的积累，不久，光减少，制约了林下树苗的成长，还导致枯枝落叶的积累，不久，一场森林一场森林火灾火灾发生了，灾后由于光照更加充足，土壤的无机养料增发生了，灾后由于光照更加充足，土壤的无机养料增多，于是许多种子萌发，幼苗迅速成长，森林面貌逐渐恢复。多，于是许多种子萌发，幼苗迅速成长，森林面貌逐渐恢复。种群密度种群密度降低降低种群密度升高种群密度升高( (郁闭郁闭) )种子萌发,长成新植株阳光、养料充足阳光、养料充足火灾（2 2）群落内部负反馈调节的群落内部负反馈调节的实例实例2 2森林森林火灾灾后恢复思考思考讨论讨论 分析负反馈调节的过程分析负反馈调节的过
8、程 草地上草、兔、狼之间草地上草、兔、狼之间负反馈调节负反馈调节过程的示意图：过程的示意图：兔子数兔子数量量增加增加狼狼增加增加草草减少减少，兔，兔的的生存空间生存空间和资源减少和资源减少兔子数兔子数量量减少减少草草增加增加，兔，兔的的生存空间生存空间和资源增加和资源增加狼狼增加增加原方向原方向发生偏离发生偏离负反馈调节负反馈调节回到原来方向回到原来方向“改邪归正改邪归正” 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，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，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
9、死亡，活鱼就更少了。活鱼就更少了。使生态系统使生态系统远离平衡状态远离平衡状态实例：实例：湖泊受到了污染湖泊受到了污染+污污染染更更重重正反馈调节和负反馈调节模型正反馈调节和负反馈调节模型原方向原方向发生偏离发生偏离1.1.正反馈调节正反馈调节更加偏离更加偏离错上加错错上加错原方向原方向发生偏离发生偏离回到原来方向回到原来方向改邪归正改邪归正2.2.负反馈调节负反馈调节3 3）负反馈调节意义）负反馈调节意义 负反馈调节在生态系统中负反馈调节在生态系统中_，是生态系统，是生态系统具备具备_。普遍存在普遍存在自我调节能力的基础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，正是由于生态系统具
10、有自我调节能力，生态系统才能维持相对稳定！生态系统才能维持相对稳定！原因原因基础基础（二）、生态系统的稳定性1、概念：、概念：3、机理：、机理：生态系统生态系统稳定性稳定性自我调节自我调节能力能力负反馈负反馈调节调节抵抗力稳定性抵抗力稳定性恢复力稳定性恢复力稳定性2、两个方面： 生态系统生态系统_或或_自身自身_与与_处于处于_ _ _状态的状态的能力，强调的是生态系统能力，强调的是生态系统_的能力的能力；维持维持恢复恢复结构结构功能功能相对平衡相对平衡维持生态平衡维持生态平衡 * *生态系统的自我调节能力是生态系统的自我调节能力是_的：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
11、性急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，生态平衡遭破坏剧下降，生态平衡遭破坏；有限有限 当外界干扰因素的强度当外界干扰因素的强度超过超过一定限度一定限度时，生态系统的时，生态系统的稳定性稳定性急剧下降急剧下降，生态系统平，生态系统平衡就会遭到严重的破坏。衡就会遭到严重的破坏。黄土高原由于植被破坏造成水土流失黄土高原由于植被破坏造成水土流失 黄土高原经过几百年的掠夺式开发，植被破坏造成水土流失，成黄土高原经过几百年的掠夺式开发，植被破坏造成水土流失，成为一片荒山秃岭。为一片荒山秃岭。1.1.抵抗力稳定性抵抗力稳定性（1 1）概念：）概念：生态系统生态系统_并使自身结构与
12、功能并使自身结构与功能_ _ ( (不受损不受损害害) )的能力的能力（2 2）本质（）本质（核心核心）：抵抗干扰，保持原状）：抵抗干扰，保持原状发达根系抗干旱蝗灾过后草又青抵抗外界干扰抵抗外界干扰保持原状保持原状（3 3）特点）特点 一般来说，生态系统中的一般来说，生态系统中的_，_，其其_，抵抗力稳定性就越，抵抗力稳定性就越_； 生态系统的自我调节是生态系统的自我调节是_的。的。组分越多组分越多 食物网越复杂食物网越复杂自我调节能力就越强自我调节能力就越强越高越高有限有限例如：例如： 热带雨林中，动植物种类繁多，热带雨林中，动植物种类繁多，营养结构非常的复杂，假如其中营养结构非常的复杂，假
13、如其中某种某种生物大量减少，它在食物网中的位置生物大量减少，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还可以由这个营养级的多种生物来代替替，整个生态系统的结构和功能仍然，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。能够维持在相对稳定的状态。人工林和天然林相对，抵抗力稳定性是高还是低？为什么？人工林和天然林相对，抵抗力稳定性是高还是低？为什么？ 低；低； 因为相比之下因为相比之下人工林组成成分少，食物网简单，自我调人工林组成成分少，食物网简单，自我调节能力弱，抵抗力稳定性低。节能力弱，抵抗力稳定性低。思考2.2.恢复力稳定性恢复力稳定性（1 1）概念：）概念：生态系统在受到外界
14、干扰因素的生态系统在受到外界干扰因素的_后后_的能力；的能力；（2 2）本质（）本质（核心核心）：遭到破坏，恢复原状）：遭到破坏，恢复原状野火烧不尽，春风吹又生野火烧不尽，春风吹又生污染后，经治理的河流污染后，经治理的河流（3 3）特点：）特点：生态系统在受到不同的干扰（破坏）后，其生态系统在受到不同的干扰（破坏）后，其_ _与与_是是_的。的。恢复速度恢复速度恢复时间恢复时间不一样不一样破坏破坏恢复到原状恢复到原状3.3.抵抗力稳定性和恢复力稳定性比较抵抗力稳定性和恢复力稳定性比较人工林人工林生物种类生物种类_营养结构营养结构_自我调节能力自我调节能力_抵抗力稳定性抵抗力稳定性_恢复力稳定性
15、恢复力稳定性_热带雨林热带雨林生物种类生物种类_营养结构营养结构_自我调节能力自我调节能力_抵抗力稳定性抵抗力稳定性_恢复力稳定性恢复力稳定性_少少简单简单弱弱低低高高多多复杂复杂强强高高低低抵抗力稳定性抵抗力稳定性恢复力稳定性恢复力稳定性区区别别实质实质_自身结构和功能自身结构和功能相对稳定相对稳定_自身结构和功自身结构和功能相对稳定能相对稳定核心核心影响影响因素因素保持保持恢复恢复抵抗干扰，保持原状抵抗干扰，保持原状受到破坏，恢复原状受到破坏，恢复原状 生态系统生态系统中中组分越多，组分越多，食物网越复杂食物网越复杂，其自我调，其自我调节能力就越强，节能力就越强，抵抗力稳抵抗力稳定性越高。
16、定性越高。 生态系统生态系统中中组分越组分越少少，营养结构越简单营养结构越简单，恢复力稳定性越高。恢复力稳定性越高。抵抗力稳定性抵抗力稳定性稳稳定定性性营养结构复杂程度营养结构复杂程度一般为一般为负相关负相关关系关系恢复力稳定性恢复力稳定性生物种类 少少营养结构 简单简单弱弱自我调节能力 抵抗力稳定性抵抗力稳定性 低低低低恢复力稳定性恢复力稳定性特例：特例：北极苔原生态系统生产者主要是地衣，生产者主要是地衣，其他生物直接或间其他生物直接或间接依靠地衣生活。接依靠地衣生活。地衣大面积破坏，地衣大面积破坏，生态系统会崩溃。生态系统会崩溃。 生存条件极其恶劣： 图中两条虚线之间的部分表示图中两条虚线
17、之间的部分表示_； y y表示一个外来干扰使之偏离这一范围表示一个外来干扰使之偏离这一范围的大小，的大小， y y值大，说明抵抗力稳定性值大，说明抵抗力稳定性_，反之，反之，抵抗力稳定性抵抗力稳定性_； 如受到相同干扰时，草原生态系统的如受到相同干扰时，草原生态系统的y y值值_ _热带雨林生态系统；热带雨林生态系统；生态系统稳定性的数学模型生态系统稳定性的数学模型 x x表示恢复到原状态所需的时间，表示恢复到原状态所需的时间， x x值大，说明恢复力稳定性值大，说明恢复力稳定性_，反之，恢复力稳定性，反之，恢复力稳定性_； 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（曲线与正常范围之
18、间所夹的面积作为总稳定性的定量指数（TSTS）, , TS TS越大，说明这个生态系统的总稳定性越越大，说明这个生态系统的总稳定性越_；生态系统功能的正常作用范围生态系统功能的正常作用范围弱弱强强大于大于弱弱强强弱弱“上游淘米洗菜，下游洗澡洗衣，水仍然很清澈。”河流受到轻微污染,通过自身净化，能够很快消除污染。苏州“江南水乡，小桥流水人家”河流重度污染，恢复力稳定性被破坏垃圾污染垃圾污染打捞垃圾打捞垃圾下令拆迁下令拆迁污水排放乱砍滥伐森林,土地沙漠化 过度放牧，草场退化 提高生态系统稳定性的原因提高生态系统稳定性的原因处于生态平衡处于生态平衡的生态系统的生态系统能够使人类能够使人类生活与生生活
19、与生产的环境保持稳定产的环境保持稳定大兴安岭森林大兴安岭森林呼伦贝尔草原呼伦贝尔草原可以可以持续不断地满足持续不断地满足人类生活所需人类生活所需适量砍伐适量砍伐合理放牧合理放牧适度捕捞适度捕捞1.1.控制控制对生态系统的对生态系统的干扰强干扰强度度，在在不超过生态系统不超过生态系统的的自我调节自我调节能力能力的范围内的范围内，合理适度利用生态系统。，合理适度利用生态系统。防护林防护林2.2.对人类利用强度较大的生态系统，应实施相应的对人类利用强度较大的生态系统，应实施相应的物质物质、能量能量的的投入，投入，保证生态系统内部保证生态系统内部结构与功能结构与功能的协调。的协调。对农田生态系统要不断
20、对农田生态系统要不断施肥、灌溉施肥、灌溉，增，增加投入，加投入，控制病虫害控制病虫害，才能保证高产出。，才能保证高产出。资料1.1.基本原理基本原理 在在有限的空间有限的空间内，依据内，依据生态系统原理生态系统原理，将生态系统的，将生态系统的基本成分基本成分进进行组织，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系统内组分及营养级之间的合适比例。应应该注意，人工生态系统的稳定性是有条件的，也可能是短暂的。该注意，人工生态系统的稳定性是有条件的，也可
21、能是短暂的。设计生态缸并观察其稳定性设计生态缸并观察其稳定性探究实践设计生态缸并观察其稳定性设计生态缸并观察其稳定性探究实践设计要求相关分析生态缸必须是封闭的生态缸中的生物必须有很强的生活能力，且成分要齐全（有生产者、消费者、分解者）生态缸的材料必须透明，且要采用较强的散射光生态缸宜小不宜大，缸中的水量应占其容积的4/5，留出一定空间选择的动物不宜太多，个体不宜太大。防止外界生物或非生物因素的干扰为光合作用提供光照，便于观察；防止水温过高导致水生植物死亡便于操作，缸内储备一定量的空气减少对氧气的消耗，防止生产量小于消耗量保证物质循环和能量流动，在一定时期内保持稳定确定生态缸的类型查找资料设计方
22、案制作生态缸记录实验结果撰写实验报告分享交流实验成果反馈评价提示：提示： 1. 结合本地的生态环境，确定生态缸的类型。 2. 尽量做到废物利用，降低成本。 3. 应用生态系统的物质循环和能量流动规律、 生态平衡规律进行设计。设计生态缸并观察其稳定性设计生态缸并观察其稳定性探究实践2. 观察生态缸的稳定性时，要注意以下几点观察生态缸的稳定性时，要注意以下几点:（1 1）设计一份观察记录表，内容包括植物、动物的生活情况，水质情）设计一份观察记录表，内容包括植物、动物的生活情况，水质情况（由颜色变化进行判别）及基质变化等。况（由颜色变化进行判别）及基质变化等。（2 2）定期观察，同时做好观察记录。观
23、察指标为：）定期观察，同时做好观察记录。观察指标为：生态缸中生物的生生态缸中生物的生存状况和存活时间存状况和存活时间，进而了解生态系统稳定性及影响稳定性的因素；，进而了解生态系统稳定性及影响稳定性的因素；（3 3）如果发现生态缸中的）如果发现生态缸中的生物已经全部死亡生物已经全部死亡，说明此时该，说明此时该生态系统的生态系统的稳定性已被破坏稳定性已被破坏，记录下发现的时间。，记录下发现的时间。（4 4）依据观察记录，对不同生态缸进行比较、分析，说明生态缸中生）依据观察记录，对不同生态缸进行比较、分析，说明生态缸中生态系统稳定性态系统稳定性差异的原因差异的原因。3.3.结论结论（1 1）人工生态
24、系统可以保持较长时间的相对稳定但人工生态系统可以保持较长时间的相对稳定但不是永久不是永久；（2 2）人工生态系统的人工生态系统的稳定性是有条件的。稳定性是有条件的。讨论1. 实验设计时要考虑的生态系统各组成成分有哪些？【提示】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。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？设计生态缸并观察其稳定性设计生态缸并观察其稳定性探究实践 在个体水平稳态的维持上，有没有类似生态系统抵抗在个体
25、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？力稳定性和恢复力稳定性的情况？ 人体在遇到人体在遇到病原体入侵病原体入侵时，免疫系统会抵抗病原体时，免疫系统会抵抗病原体的入侵，这与生态系统的的入侵，这与生态系统的抵抗力稳定性抵抗力稳定性相似；相似； 人体也有恢复稳态的机制和趋势，在人体也有恢复稳态的机制和趋势，在大病初愈大病初愈时，时，有些功能需要恢复到正常水平，这与有些功能需要恢复到正常水平，这与恢复力稳定性恢复力稳定性相似。相似。旁栏思考题1 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
26、统的利用和保护有什么意义？在的差别，对自然生态系统的利用和保护有什么意义？ 在在利用利用自然生态系统时，要根据不同类型生态系统自然生态系统时，要根据不同类型生态系统抵抗力稳抵抗力稳定性定性的差异，的差异，合理控制对生态系统的干扰强度合理控制对生态系统的干扰强度，干扰，干扰不能超过生不能超过生态系统抵抗力稳定性的范围态系统抵抗力稳定性的范围； 在在保护保护自然生态系统时，要根据不同类型生态系统自然生态系统时，要根据不同类型生态系统恢复力稳恢复力稳定性定性的差异，的差异，合理确定保护对策合理确定保护对策，如采取封育措施，补充相应的，如采取封育措施，补充相应的物质、能力，修补生态系统的结构，增强生态
27、系统的恢复力。物质、能力，修补生态系统的结构，增强生态系统的恢复力。旁栏思考题2四、本章小结四、本章小结练习与应用一、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D3. 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 （ ）
28、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C4. 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C5. 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. 能量金字塔和生物数量金字塔均可倒置A4. 有科学家指出：“没
29、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。【提示】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。
