3.5生态系统的稳定性课件2021-2022学年高二上学期生物人教版选择性必修2(共37张PPT)

(共37张PPT)
美丽的呼伦贝尔草原
美丽的大兴安岭森林-平衡的生态系统
第5节 生态系统的稳定性
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.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？
紫茎泽兰的繁殖、适应能力很强，在入侵地没有天敌等制约因素的制约。
讨论：
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？
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，因此在引入泽兰实蝇之前，应做好相关研究，如泽兰实蝇的生物安全性研究，野外如何布点放入泽兰实蝇，定点放入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。
一、生态平衡与生态系统的自我调节能力
生态平衡
（1）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）特征：
①结构平衡：
②功能平衡：
③收支平衡：
生态系统各组分保持相对稳定
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。
生产者在一定时间内制造的可供其他生物利用的有机物的量，处于比较稳定的状态
动态平衡
这种动态平衡是通过什么调节机制实现的呢？
（3）生态平衡的调节机制
实例1
兔增加
狼增加
草减少，兔的生存空间和资源减少
兔减少
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。
（3）生态平衡的调节机制
实例2
说明在生态系统中，生物群落与非生物环境之间也能够自我调节，以维持生态平衡。
种群密度降低
种群密度升高(郁闭)
种子萌发,长成新植株
阳光、养料充足
火灾
森林
森林火灾
灾后恢复
（3）生态平衡的调节机制——负反馈调节
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，它可使系统保持稳定。
发生偏离
负反馈调节
回到原来方向
改邪归正
原方向
②负反馈调节意义
负反馈调节在生态系统中 ，是生态系统具备 的基础。
普遍存在
自我调节能力
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！
③正反馈调节
使生态系统常常远离稳态，对生态平衡有极大破坏作用。
实例
湖泊受到了污染
鱼类等生物死亡
死鱼等生物腐烂
+
+
结果：
原方向
发生偏离
正反馈调节
偏离原来方向
错上加错
2.利用本章第1节图3—4（第52页），以图中的蛙、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。
蛙减少
昆虫和蜘蛛增加
捕食昆虫和蜘蛛的鸟增加
蛙增加
鹰增加
蛇减少
蛇增加
鹰减少
捕食昆虫和蜘蛛的鸟减少
昆虫和蜘蛛减少
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。
（4）生态系统的自我调节能力是有限的
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。
二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性
生态系统的稳定性
（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。
抵抗力稳定性
恢复力稳定性
（2）类型：
原因
基础
生态系统稳定性
自我调节能力
负反馈调节
生态系统成分越多
营养结构越复杂
自我调节能力越大
（3）机理：
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。
干扰
（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
（2）规律：
一般来说，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，抵抗力稳定性就越高。
例如：
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。
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。
（遭到破坏，恢复原状）
干扰
例如：森林局部火灾后，仍能逐步恢复原状
森林火灾
灾后恢复
（2）与抵抗力稳定性的关系：
往往相反
生态系统在受到不同的干扰（破坏）后，其 与
是不一样的。
（3）特点：
恢复速度
恢复时间
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！
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：
抵抗力稳定性和恢复力稳定性与生态系统复杂程度的关系
同时存在，作用相反，共同维持生态系统稳定
一般情况
稳定性
生态系统复杂程度
抵抗力稳定性
恢复力稳定性
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！
生态系统稳定性的数学模型
（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。
② S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
③ T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
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？
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。
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。
Resistance stability and resilience stability
抵抗力稳定性和恢复力稳定性
抵抗力稳定性 恢复力稳定性
区 别 实质 _____自身结构和功能相对稳定 _____自身结构和功能相对稳定
核心
影响 因素
保持
恢复
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
（1）内部因素
生态系统的结构
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
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
3.影响抵抗力稳定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。
①环境干扰强度小，恢复力稳定性强
②环境干扰强度大，恢复力稳定性弱
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。
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。
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？
在利用自然生态系统时，要根据不同类型生态系统抵抗力稳定性的差异，合理控制对生态系统的干扰强度，干扰不能超过生态系统抵抗力稳定性的范围；在保护自然生态系统时，要根据不同类型生态系统恢复力稳定性的差异，合理确定保护对策，如采取封育措施，补充相应的物质、能量，修补生态系统的
结构，增强生态系统的恢复力。
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。
粮油
蔬果
肉蛋奶
木材
生态小区
生态公园
生态农业
生态湿地
2. 提高生态系统的稳定性的措施
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范围内，合理适度地利用生态系统。
封山育林
禁牧
休渔
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。
农田生态系统单一，需要不断
农田生态系统
施肥
灌溉
控制病虫害
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。
三北防护林
人工建造“生态屏障”
已经建造了“三北” 防护林
防风
固沙
护田
护草
四、设计制作生态缸，观察其稳定性
在有限的空间内，依据生态系统原理，将生态系统具有的基本成分进行组织，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常运转，在设计时还要考虑系统内不同营养级生物之间的合适比例。
设计一个生态缸，观察这一人工生态系统的稳定性
目标要求
基本原理
制作生态缸框架
用玻璃板和粘胶制作生态缸的框架
铺土
注水
放入动、植物
密封生态缸
移置生态缸
观察记录
方法步骤
沙土在下，含腐殖质较多的土在上
依据生物生活习性合理放置
每周定时观察生态缸中生物的存活和水质变化情况
将生态缸放置在光线良好的散射光下，避免阳光直射。
放几块有孔的假山石，作为小动物栖息场所，倒水
防止外界生物或非生物因素的干扰
设计要求 相关分析
生态缸一般是 的
生态缸中投放的几种生物必须具有很强的 ，成分 。 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 .　
②保持生态缸内温度；③便于观察
生态缸宜 不宜 ，缸中的水量应 ，要留出一定的 。
生态缸的采光用较强的 光
封闭
生命力
透明
小
大
适宜
空间
散射
齐全
防止外界生物或非生物因素的干扰
①为光合作用提供光能；
便于操作；
缸内储备一定量的空气.
防止水温过高导致水生植物死亡
设计要求
（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，但其结构比较简单，自我调节能力差；
★生态缸或瓶中生态系统要保持稳定，需要具备下列条件:
②具有生产者、消费者、分解者，且三者的数量应保持一定比例。
①源源不断的能量输入;
(即不同营养级生物之间的比例是否合适)
结论
（2）人工生态系统的稳定性是有条件的，也可能是短暂的，不同
的生态缸中生态系统维持其稳定性的时间有长有短
讨论：
1.设计时要考虑的生态系统各组成成分有哪些？
2.生态缸经过多长时间后才能达到比较稳定的状态？
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。
一般等到缸内务生物相互适应及依存后，生态缸才能达到比较稳定的状态，大多在1个星期以后。
3.达到稳定状态后，生态缸内的生物的种类和数量有无变化？如有，是怎样变化的？
有。浮游生物种类和数量少,水中溶解氧逐渐减少, 以浮游生物为食的小型动物先死亡。
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？
生产者：通过光合作用，将太阳能固定在它们所制造的有机物中，
将太阳能转化成化学能
分解者：将动植物遗体和动物的排遗物分解成无机物。
生态系统的稳定性
自我调节能力
原因
抵抗力稳定性
表现
生态平衡(状态)
如何提高？
恢复力稳定性
知识网络
负反馈调节
基础
正反馈：意义在于使生理过程不断加强，直至最终完成生理功能。
①控制对生态系统干扰的程度；
②实施相应的物质和能量投入。
结构平衡
功能平衡
收支平衡
(能力)
抵抗干扰，保持原状
遭到破坏，恢复原状