2021-2022学年高二上学期生物人教版（2019）选择性必修2 3.5生态系统的稳定性课件（40张ppt）

(共40张PPT)
3.5 生态系统的稳定性
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？
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？
【情境思考】
1.解释生态系统具有保持或回复自身结构和功能相对稳定，并维持动态平衡的能力
2.举例说明生态系统的稳定性会受到自然或人为因素的影响，如气候变化、自然事件、人类活动或外来物种入侵
3.阐明生态系统在受到一定限度的外来干扰时，能够通过自我调节维持稳定
1.通过实例分析理解生态平衡的特征、生态系统高稳定性的概念、过程和机理。（生命观念、科学思维）
2.通过构建模型、分析实例，理解和辨析抵抗力稳定性和恢复力稳定性的机理、负反馈调节的作用。（科学思维、社会责任）
一、生态平衡与生态系统的稳定
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，就是生态平衡
2.生态平衡的特征
（1）结构平衡：生态系统的各组成成分保持相对稳定
（2）功能平衡：生产-消费-分解的生态过程正常进行，保持物质循环和能量流动的正常运行
（3）收支平衡：物质和能量的输入与输出平衡
生态平衡是一成不变的吗？
？
对生态系统平衡的概念进行分析并提出问题，体现了科学探究的核心素养。
【探究导学】
3.生态平衡的原因是生态系统具有自我调节能力
（1）生态系统自我调节能力的概念：不同生态系统具有在一定范围内消除外来干扰的能力，这种能力称为生态系统的自我调节能力
（2）不同生态系统自我调节能力的大小不同：一般来说生态系统的组成成分越多，营养结构越复杂，自我调节能力就越强
生态系统的自我调节能力是无限的吗？若不是，会怎样？
？
对生态系统自我调节能力的限度进行分析并提出问题，体现了科学探究的核心素养。
（3）反馈调节的类型及比较
项目 负反馈调节 正反馈调节
作用 生态系统自我调节能力的基础，能使生态系统达到并保持平衡 使生态系统向着更好或更坏的方向发展
结果 抑制或减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化 加速最初发生变化的那种成分所发生的变化
实例
说明 负反馈调节是生态系统自我调节能力的基础，在生态系统中普遍存在；正反馈调节往往具有极大的破坏作用，常具有爆发性， 经历时间也短
思考·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。
基于生物学事实和证据运用模型与建模等方法，体现了科学思维的核心素养。
兔增加
兔减少
狼减少
狼增加
草增加，兔的生存空间和资源增加
草减少，兔的生存空间和资源减少
2.以左图中的蛙、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？
对负反馈调节实例进行分析并提出问题，体现了科学探究的核心素养。
4.生态系统稳定性的概念：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，叫作神态系统的稳定性。
5.生态系统稳定性的表现：
（1）结构的相对稳定：稳定的生态系统中，动植物种类及数量一般不会有太大的变化，一般相关种群数量呈现周期性变化，可用下图表示
（2）功能的相对稳定：能量的输入量与输出量保持相对平衡，物质的输入与输出也保持相对平衡，信息传递通畅稳定
6.生态系统稳定性的实质：通过自我调节能力维持或恢复生态平衡
【归纳提升】
1.生态平衡是一种动态平衡，不是一成不变的。
2.生态系统的自我调节能力是有一定限度的，当外界的干扰因素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。
对生态平衡和自我调节能力进行归纳与概括，体现了科学思维的核心素养。
【例1】媒体报道中经常出现“生态平衡”的概念，下列关于“生态平衡”和“生态系统稳定性”的叙述，不正确的是（ ）
A．生态平衡是生态系统在一定条件下的结构和功能的稳定状态
B．生态系统稳定性是生态系统具有的保持和恢复其结构和功能相对稳定的能力
C．生态系统的自动调节能力是生态系统稳定性和生态平衡的基础
D．生态平衡与生态系统的稳定性无关系
D
生态平衡是指生态系统中各种生物的数量和比例总是维持在相对稳定的状态。是指生态系统发展到一定阶段，生态系统保持其结构与功能的稳定状态，所以生态平衡与生态系统的稳定性是有关系的。
二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性
1.抵抗力稳定性的概念：生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状的能力，叫作抵抗力稳定性
2.恢复力稳定性的概念：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，叫作恢复力稳定性
3.影响生态系统稳定性的原因分析：
组分越多
组分越少
营养结构越简单
自我调节能力越弱
抵抗力稳定性越弱，恢复力稳定性越强
营养结构越复杂
自我调节能力越强
抵抗力稳定性越强，恢复力稳定性越弱
导致
导致
导致
导致
导致
导致
基于生物学事实和证据运用模型与建模等方法，体现了科学思维的核心素养。
思考：
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？
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，可以指导我们在合理利用自然生态系统的同时，根据各生态系统稳定性的特点，采取相应的保护措施，以维持生态系统的稳定，促进人与自然的协调发展。
4.生态系统稳定性的定量分析
生态系统抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性的关系可用下图表示：
（1）图中两条虚线之间的部分表示生态系统功能正常的作用范围。
（2）y表示一个外来干扰使之偏离这一范围的大小，偏离的程度可以作为衡量抵抗力稳定性的指标，偏离大说明抵抗力稳定性低，反之，说明抵抗力稳定性高。
（3) x表示恢复到原状态所需的时间，x越大，表示恢复力稳定性越低，反之，表示恢复力稳定性越高。
（4) TS表示曲线与正常范围之间所围成的面积，可作为衡量总稳定性的指标，TS面积越大，说明这个生态系统的总稳定性越低。
【归纳提升】
1.区分抵抗力稳定性和恢复力稳定性的关键是生态系统是否遭到破坏。生态系统遭到破坏的特征是生物种类、数量显著减少，食物链、食物网大为简化。
2.抵抗力稳定性的核心是“抵抗干扰，保持原状”，恢复力稳定性的核心是“遭到破坏后恢复原状”。
3.极地冻原生态系统的营养结构简单，抵抗力稳定性低，由于极地环境条件恶劣，其受到破坏后恢复起来也较困难，恢复力稳定性也极低。
对抵抗力稳定性和恢复力稳定性进行归纳与概括，体现了科学思维的核心素养。
【例2】下列有关生态系统稳定性的叙述，错误的是（ ）
A. 生态系统的结构越复杂，恢复力稳定性越强
B. 不同的生态系统，抵抗力稳定性和恢复力稳定性差别不大
C. 恢复力稳定性较高的生态系统，抵抗力稳定性往往较低
D. 生态系统抵抗力稳定性的大小与其自动调节能力大小有关
AB
生态系统的结构越复杂，抵抗力稳定性越强，而恢复力稳定性越弱，A错误；不同的生态系统，抵抗力稳定性和恢复力稳定性存在差异，B错误；恢复力稳定性较高的系统，往往抵抗力稳定性较低，C正确；生态系统抵抗力稳定性的大小与其自我调节能力大小有关，D正确。
三、提高生态系统的稳定性
1.提高生态系统稳定性的意义：
（1）满足人类生活需要
（2）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，在不超过生态系统自我调节能力的范围内，合理适度地利用生态系统
（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
三北防护林
思考：
如何设计提高生态系统稳定性的方案？
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按树密度有关：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1000株／h㎡时，灌木层和草本层物种均减少。
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。
针对提高稳定性的方案实施进行交流与讨论，体现了科学探究的核心素养。
1. 人工桉树林是一种经济林，种植时，既要发挥人工林的优势，确保经济效益的最大化，又要确保人工林的稳定性，具体措施有：
(1) 造林前进行整地，改善土壤条件，促进林木生长，可以适当施肥；
(2) 造林后采取除草抚育措施，改善林木的生长环境，加快桉树林生长速度，同时在林下增加植被数量和种类，确保林中生物多样性，增加营养结构的复杂性，从而提高生态系统的稳定性。
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。
对如何提高某稳定性的方案实施进行交流与讨论，体现了科学探究的核心素养。
2.(1)退耕还林形成森林的方案：首先考虑树种与环境的协调问题，种植适宜品种；其次要考虑物种多样性，保证林地体系的稳定性。不同地区还应根据当地情况采取不同的策略。
（2) 退耕还湖方案：首先退耕地为湖区，挖河道，河床下降；其次退耕后湖区生物的恢复，可以根据生物与环境协调的原理适当引入一些动植物，进行湖区上游及周边的植被恢复及保护；另外可能还会有原耕地上居民的迁移，要解决居民生活和就业问题等。
【归纳提升】
1.对于不同的生态系统应采取不同的保护措施。对于抵抗力稳定性较低的生态系统，要加强保护措施，如草原生态系统。对于恢复力稳定性较低的生态系统，要合理利用，避免其稳定性被破坏，如森林生态系统。
2.生态系统的稳定性与自我调节能力有关，自我调节能力与生物种类和个体数量有关，合理增加生物种类和数量可以提高生态系统的稳定性，但是一定要选择适合在当地生长且不会成为入侵物种的生物。
对如何提高生态系统稳定性进行归纳与概括，体现了科学思维的核心素养。
【例3】有一山区由于开采露天小铁矿活动，自然生态系统完全被破坏，成为一片废墟，为尽快使该区恢复原有自然生态系统状态，应采取的最好措施是在这片废墟上（ ）
A．回填土壤，引进多种外来物种，重建新的生态系统
B．撤出人类全部活动，实行全面封闭，等待自然恢复
C．回填土壤，栽培当地经济农作物，发展农业生产
D．回填土壤，栽种多种当地原有的植物，实行封山育林
D
外来物种可能会破坏原有的生态平衡,A不符合题意;因为该生态系统完全被破坏,撤出人类全部活动,实行全面封闭,等待自然恢复,时间会相当长,B不符合题意;栽培当地经济农作物会改变原来的群落,不能恢复到原有自然生态系统状态,C不符合题意;回填土壤,在原有的土质上栽种多种当地原有的植物,并实行封山育林,减少人为因素的破坏,是使已受到破坏的生态系统恢复到原有自然生态系统状态的最好措施,D符合题意。
四、设计制作生态缸，观察其稳定性
1.制作生态缸的目的
观察生态缸中生态系统的稳定性
2.实验原理
（1）生态系统稳定性与它的物种组成、营养结构和非生物因素都有密切的关系。
（2）将少量植物、以这些植物为食的动物和其他非生物物质放入一个密封的玻璃缸中，以便形成一个人工模拟的为生态环境----生态缸
（3）观察生态缸中生物的生存状况和存活时间的长短，了解生态系统的稳定性及影响其稳定性的因素。
3.实验流程
制作生态缸框架
缸底部的铺垫
放假山石
倒入自来水
放入植物和动物
密封生态缸
移置生态缸
观察记录
4.实验设计要求
设计要求 相关分析
生态缸必须是封闭的 防止外界生物或非生物因素的干扰
投放的生物必须具有很强的活力，种类齐全 使生态缸中的生态系统能够进行物质循环和能量流动，在一定时期内保持稳定
生态缸必须透明 为光合作用提供光能，保持生态缸内温度，便于观察
生态缸宜小不宜大，水量适宜，留出一定空间 便于操作，且使缸内储备一定量的空气
采光应用较强的散射光 防止水温过高导致水生植物死亡
选择的动物不宜过多，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
5.实验结果分析
生态缸内的生物只能存活一段时间。生态缸中的营养物质极为简单，自我调节能力差，所以抵抗力稳定性极低，生态系统的稳定性极易被破坏。
【例4】设计制作生态缸应该遵循一定的原理和要求，下面说法合理的是（　）
A.应该将生态缸放在阳光能够直接照射的地方，以保证获得足够的能量
B.应该经常向生态缸中通气，从而保证缸中生物的呼吸
C.其中各种生物之间以及生物与无机环境之间，应能够进行物质循环和能量流动
D.其中投放的生物必须有很强的生命力，投放的动物数量要多一些
C
生态瓶的采光用较强的散射光，为光合作用提供光能，保持生态瓶内温度，散射光防止水温过高，导致水生植物死亡，A错误；生态瓶必须是封闭的，防止外界生物或非生物因素的干扰，B错误；生态缸的制作原理的是物质循环和能量流动，所以生态缸中各种生物与生物之间及生物与无机环境之间，必须能够进行物质循环和能量流动，C正确；生态缸中投放的生物的数量比例要适中，以维持生态系统的相对稳定，D错误。
生态平衡
生态系统的稳定性
生态平衡与生态系统稳定性
抵抗力稳定性和恢复力稳定性
负反馈调节
生态系统的稳定性
提高生态系统的稳定性
自我调节能力
概念
特点
实例
联系
破坏生态系统稳定性的因素
设计制作生态缸，观察其稳定性
提高生态系统的稳定性的措施
制作目的
实验原理
实验流程
设计要求
结果分析
【课堂小结】
1．某池塘演变早期,藻类大量繁殖,食藻浮游动物水蚤随之大量繁殖,导致藻类数量减少,接着又引起水蚤减少。后期因排入污水,引起部分水蚤死亡,加重了污染,导致更多水蚤死亡。关于上述过程的叙述,正确的是( )
A.早期不属于负反馈调节,后期属于负反馈调节
B.早期属于负反馈调节,后期属于正反馈调节
C.早期、后期均属于负反馈调节
D.早期、后期均属于正反馈调节
B
负反馈调节是指某一成分的变化所引起的一系列变化抑制或减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化，题干中所述的早期符合负反馈调节的机制。正反馈调节是指某一成分的变化所引起的一系列变化促进或加强最初所发生的变化，题干中所述的后期属于正反馈调节。
【随堂训练】
2．下列有关生态系统稳定性的说法，正确的是( )
A.城市生态系统稳定性的维持依赖于人的作用，无需多植树
B.森林在遭受干旱时根系向土壤深处延伸，这是恢复力稳定性的体现
C.农田生态系统中生物种类较少，但通过自我调节仍能维持自身长期的稳定
D.通过在沙漠中种植梭梭树、油松、侧柏等植物可提高沙漠生态系统的抵抗力稳定性
D
城市生态系统中,人的作用较显著,但仍依赖于植物吸收过多的CO2并释放O2,故仍需要多植树,A错误。森林中的树木为了适应干旱环境,根系向土壤深处伸展是为了吸收水分来维持自身生命活动,这是植物抵抗逆境的表现,体现了森林生态系统的抵抗力稳定性,B错误。农田生态系统中生物种类单一且有农产品输出,为了维持其长期稳定,需要人为输入物质,C错误。在沙漠中种植梭梭树、油松、侧柏等耐旱植物可以增加生态系统的物种多样性,进而提高该生态系统的抵抗力稳定性,D正确。
3．如图两条虚线之间的部分表示生态系统功能正常作用的范围。y表示一个外来干扰使之偏离这一范围的大小表示恢复到原来状态所需的时间;曲线与正常范围之间所夹的面积可以作为总稳定性的定量指标(TS)。下列说法正确的是( )
A．y值大小可以作为生态系统恢复力稳定性的定量指标
B．在遭到干扰时，x、y值的大小与生物种类有关，与数量无关
C．对同一个生态系统来说，y值和x值之间呈负相关
D．TS值越小，这个生态系统的总稳定性越大
D
y表示一个外来干扰使之偏离这一范围的大小，偏离的大小作为抵抗力稳定性强弱的指标，偏离大说明抵抗力稳定性弱，反之，则强，A错误；生态系统稳定性与生态系统中生物的种类和数量都有关，因此在遭到干扰时，x、y值的大小与生物种类、数量都有关，B错误；对同一个生态系统来说，外来干扰越大，恢复到原状态所需的时间越长，即y值和x值之间呈正相关，C错误；TS值是曲线与正常范围之间所夹的面积，作为总稳定性的定量指标，TS值越小，说明生态系统恢复原状越快，则这个生态系统的总稳定性越大，D正确。
4．下列关于生态系统稳定性的正确叙述是( )
①负反馈调节是生态系统具有自我调节能力的基础
②“遭到破坏,恢复原状”属于抵抗力稳定性
③人们对自然生态系统的“干扰”不应超过其承受能力
④热带雨林遭到严重砍伐后,其恢复力稳定性仍很强
⑤提高生态系统稳定性的措施之一是随意增加生物种类,改变其营养结构
A.①③ B.②④⑤
C.②③ D.①④⑤
A
“遭到破坏,恢复原状”属于恢复力稳定性；热带雨林遭到严重砍伐后,其恢复力稳定性弱；提高生态系统稳定性的措施是控制对生态系统的干扰强度，在不超过其自我调节能力的范围内，合理适度的利用生态系统、对人类利用强度较大的生态系统应给予相应的物质和能量投入，随意增加生物种类可能会造成生物入侵,破坏生态系统。
5．某生物兴趣小组用河水、池泥、黑藻、植食性小鱼、广口瓶、凡士林等材料制作了3个生态瓶（如图）。下列说法中不正确的是（　　）
A．甲瓶中的小鱼很快死亡是因为瓶内
分解者数量过少
B．乙瓶中的生物存活的时间相对较长
C．丙瓶中加盖与否，并不影响实验结果
D．若想维持生态瓶的稳定，丙瓶不应放
在黑暗中
AC
甲瓶中的小鱼很快死亡是因为瓶内小鱼数量过多，A错误；由于乙瓶在散射光下，成分齐全，比例恰当，乙瓶中的生物存活的时间相对较长，B正确；生态瓶必须是封闭的，C错误；生态瓶采光用较强的散射光下获得能量输入，D正确。