3-5 生态系统的稳定性【教学设计】生物选择性必修2 生物与环境

生物选择性必修2 生物与环境【教学设计】
第5节　生态系统的稳定性
[学习目标]
1.通过解释生态系统具有保持或恢复自身结构和功能相对稳定,并维持动态平衡的能力,培养稳态与平衡观等生命观念。
2.通过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等,培养关注社会性科学问题和环境问题,参与相关事务讨论等社会责任感。
3.通过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,培养批判性思维等科学思维能力。
4.通过设计制作生态缸并观察其稳定性,培养设计实验、方案实施、勇于创新等科学探究能力。
【课件自主预习】
一、生态平衡与生态系统的稳定性
1.生态平衡及其特征
(1)概念:生态系统的结构和功能处于相对稳定的一种状态。
(2)生态系统的平衡:在处于平衡的生态系统中,物质和能量的输入与输出均衡,生物种类的组成稳定,也就是说,生态系统中的生产过程与消费、分解过程处于平衡的状态,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。
(3)特征。第一,结构平衡:生态系统的各组分保持相对稳定。第二,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。第三,收支平衡。
2.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。
(2)类型:抵抗力稳定性和恢复力稳定性。
(3)原因:生态系统具有一定的自我调节能力。
(4)自我调节能力
①基础:负反馈调节。其概念是指在一个系统中,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。
②特点: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、抵抗力稳定性和恢复力稳定性
1.抵抗力稳定性
(1)含义: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。
(2)特点:一般来说,生态系统的组分越多,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;反之则越低。
2.恢复力稳定性
(1)含义: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。
(2)特点:与抵抗力稳定性大小往往呈负相关。
三、提高生态系统的稳定性
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。
四、设计制作生态缸,观察其稳定性
1.实验原理
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,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,还要考虑系统内组分及营养级之间的合适比例。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。
2.生态缸的设计要求及相关分析
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
生态缸中投放的几种生物必须具有很强的生命力,成分齐全(具有生产者、消费者和分解者) 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,缸中的水量应适宜,要留出一定的空间 便于操作;缸内储备一定量的空气
生态缸的采光用较强的散射光,避免阳光直射 防止水温过高导致水生植物死亡
【预习检测】
1.判断下面有关生态平衡和生态系统的稳定性说法的正误。
(1)负反馈调节是生态系统自我调节能力的基础。(　√　)
(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。(　×　)
2.判断下面有关抵抗力稳定性和恢复力稳定性说法的正误。
(1)生态系统组成成分越多,食物网越复杂,生态系统的恢复力稳定性就越强。(　×　)
(2)河流受到轻度污染后河水仍能清澈如初及火灾后草原的恢复均属恢复力稳定性。(　×　)
(3)“野火烧不尽,春风吹又生”说明生态系统具有抵抗力稳定性。(　×　)
(4)极地苔原由于物种单一,结构简单,它的抵抗力稳定性和恢复力稳定性都很低。(　√　)
【课堂互动探究】
探究点一　生态系统的自我调节能力
[情境] 图A为草原生态系统中的反馈调节示意图,图B为某湖泊生态系统中发生的某种调节活动。
[思考] (1)反馈调节有正反馈和负反馈调节,图A和图B分别属于哪一种
提示:图A是负反馈调节,图B是正反馈调节。
(2)请写出图A中的食物链。
提示:乙→甲→丙。
(3)甲状腺激素分泌增加后,会影响下丘脑和垂体的分泌活动,其中的反馈调节和图中的哪种调节方式相同
提示:甲状腺激素分泌增加后,会抑制下丘脑和垂体的分泌活动,这种反馈调节是负反馈调节,和图A中的调节方式相同。
(4)草原维持生态平衡的主要原因是什么
提示:草原生态系统组分多,食物网复杂,生态系统具有一定的自我调节能力,其基础为负反馈调节。
[深度思考] 生态系统都有一定的自我调节能力,但是紫茎泽兰入侵某个生态系统后却导致其稳定性急剧下降,请说明原因。
提示:生态系统的自我调节能力是有限的。紫茎泽兰是生物入侵种,它的繁殖、适应的能力很强,而且在该生态系统没有天敌等制约因素,因此一旦蔓延,就会严重干扰该生态系统。当外界干扰因素的强度超过一定限度时,该生态系统的稳定性急剧下降,生态系统就会遭到严重的破坏。
[归纳总结] (1)判断正反馈、负反馈调节的方法
①依据:从调节后的结果与原状态之间的变化分析。
②方法:调节后
(2)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,从而远离平衡状态 抑制或减弱最初发生变化的那种成分的变化,从而保持稳态平衡
实例 若一个湖泊受到的污染超过其自我调节能力,则污染会越来越严重 草原上食草动物和植物的数量变化
[应用] 如图表示草原生态系统中兔种群与植物种群的相互关系,相关叙述错误的是(　D　)
A.这是一种负反馈调节机制
B.是生态系统自我调节能力的体现
C.有利于生态系统保持相对稳定
D.保证生态系统不会受到外界干扰而失衡
解析:当兔数量增多,导致植物减少,从而使兔数量减少,植物增多,这是一种负反馈调节机制;该生态系统中兔的数量、植物的数量处在相对稳定的状态,是生态系统自我调节能力的体现,有利于生态系统保持相对稳定;生态系统自我调节能力不是无限的,当外界干扰因素的强度超过一定限度时,生态系统的自我调节能力会迅速丧失,因此该生态系统会受到外界干扰而失衡。
探究点二　抵抗力稳定性和恢复力稳定性
[情境] 下图表示抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性(TS表示总稳定性)的关系。
[思考] (1)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)热带雨林生态系统与草原生态系统相比,受到相同干扰时,草原生态系统的y值要大于(填“大于”或“小于”)热带雨林的y值。
(3)x的大小可作为恢复力稳定性强弱的指标,x值越大,说明恢复力稳定性越小。
(4)TS表示曲线与正常作用范围之间所围成的面积,TS值越大,说明生态系统的总稳定性越小。
[深度思考] 抵抗力稳定性与恢复力稳定性一般呈相反的关系,你如何理解
提示:一般生态系统的组成成分越多,食物网越复杂,抵抗力稳定性越强;一般生态系统的组成成分越少,食物网越简单,则越容易恢复,恢复力稳定性越高。故抵抗力稳定性与恢复力稳定性一般呈相反的关系。但是在相同干扰强度下,热带雨林的抵抗力稳定性和恢复力稳定性都比极地苔原(冻原)强。
[归纳总结] 抵抗力稳定性和恢复力稳定性的关系
项目 抵抗力稳定性 恢复力稳定性
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 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
影响 因素 生态系统的组成成分越多,食物网越复杂,抵抗力稳定性越强 生态系统中组成成分越少,食物网越简单,则越容易恢复
续　表
项目 抵抗力稳定性 恢复力稳定性
联系 ①呈负相关。一般地,抵抗力稳定性强的生态系统,恢复力稳定性差;反之,恢复力稳定性强。 ②二者是同时存在于同一生态系统中的两种能力,它们相互作用共同维持生态系统的稳定
[应用] 下列曲线表示四个不同自然生态系统在受到同等程度的外来干扰后,初级消费者和次级消费者的数量变化情况。其中抵抗力稳定性最高的生态系统是(　C　)
解析:生态系统的稳定性包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性。抵抗力稳定性的本质是“抵抗干扰、保持原状”。一般而言,生态系统中的组分越少,营养结构越简单,自我调节能力越弱,抵抗力稳定性越低;反之越高。题中四个选项的曲线中,只有C选项的曲线受到干扰后,初级消费者和次级消费者的数量变化最小,所以该生态系统的抵抗力稳定性是最高的。
课堂小结
完善概念图 记忆节节清
1.生态系统的稳定性: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。 2.自我调节能力基础:负反馈调节。 3.抵抗力稳定性: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。 4.恢复力稳定性:生态系统受到外界干扰因素的破坏后恢复到原状的能力。 5.提高生态系统稳定性的措施:控制对生态系统的干扰强度;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。
随堂反馈
1.判断下列关于生态系统的稳定性说法是否正确。
(1)并不是所有的生态系统都具有恢复力稳定性。(　×　)
(2)生态系统的稳定性表现在抵抗力稳定性和恢复力稳定性这两个方面。(　√　)
(3)外界干扰刚产生时,主要是抵抗力稳定性起作用。(　√　)
(4)生态系统的自我调节能力是有一定限度的。(　√　)
2.以下实例可以说明生态系统具有自我调节能力的是(　B　)
A.豆科植物能供给根瘤菌有机养料,同时能通过根瘤菌获得含氮养料
B.草原上羊数量剧增会导致草的数量减少,进而抑制了羊的数量增长
C.山区植被遭到破坏或掠夺式砍伐后造成水土流失甚至泥石流的发生
D.废弃多时的耕地上会逐渐生长出杂草,进而逐渐出现小灌木林
解析:豆科植物能供给根瘤菌有机养料,同时能通过根瘤菌获得含氮养料,说明豆科植物和根瘤菌是共生关系;草原上羊数量剧增会导致草的数量减少,进而抑制了羊的数量增加,体现了生态系统的自我调节能力;植被破坏导致泥石流发生,是自然现象,没有体现自我调节能力;废弃多时的耕地上会逐渐生长出杂草,进而逐渐出现小灌木林,是群落演替。
3.某生物兴趣小组的同学用河水、池泥、水藻、植食性小鱼、广口瓶、凡士林等材料制作了3个生态瓶(如图所示)。下列叙述中错误的是(　A　)
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.丙瓶中的分解者主要存在于河水及池泥中
D.若想维持生态平衡,丙瓶不应放在黑暗中
解析:甲瓶与乙瓶的区别是小鱼数量不同,乙瓶与丙瓶的区别是放置的环境不同。甲瓶中消费者数量过多,小鱼会很快死亡;丙瓶置于黑暗中,植物不能进行光合作用,瓶中生物也会很快死亡。相比之下,乙瓶中的生物存活时间较长。
4.(不定项选择)如图表示气候变化对甲、乙生态系统中种群类型数量的影响。据图分析,下列叙述中正确的是(　AD　)
A.甲生态系统的抵抗力稳定性一定较乙生态系统的高
B.甲生态系统中生物群落的营养关系始终较乙复杂
C.乙生态系统在S点后一定有新的物种产生
D.乙生态系统在S点后营养结构一定发生改变
解析:据题图分析可知,气候发生变化,甲生态系统的种群类型数量变化幅度比乙生态系统的小,所以其抵抗力稳定性比乙高;群落是在相同时间聚集在一定地域中各种生物种群的集合,据图分析,存在甲生态系统中生物种类少于乙的时间段,所以甲生态系统生物群落的营养关系不一定始终较乙复杂;乙生态系统在S点时种群类型数量降至最低,其后可能由于气候条件逐渐适宜,种群类型数量又逐渐增加,营养结构发生改变(变复杂),并不一定产生新的物种。
5.草原是畜牧业的重要生产基地。在我国广阔的草原上,饲养着大量的家畜,由于过度放牧以及鼠害、虫害等,我国的草原面积正在不断减少,有些牧场正面临着沙漠化的威胁。回答以下有关草原生态系统的问题。
(1)生态系统稳定性表现在　　　　　　　的相对稳定。生态系统之所以能维持稳态,是因为其具有　　　　　　。由于过度放牧,草原的生物多样性锐减,草原严重沙漠化,这说明　。
(2)若想维持草原生态系统的生态平衡,提高其稳定性,可以采取的措施有　　　　　　　　,控制对草原生态系统的干扰程度;也可以人为给予相应的物质和能量投入,如播种草籽等,保证草原内部结构和功能的协调。即使该生态系统处于平衡状态,其中各生物种群的数量仍然处于变动之中,这说明　　　　　　　　　　　　。
解析:(2)提高生态系统的稳定性,一方面可以控制对生态系统的干扰强度,合理适度地利用生态系统,如合理控制放牧量;另一方面可以人为给予一定的物质和能量投入,保证生态系统内部结构和功能的协调,如播种草籽等。生态平衡并不是指生态系统一成不变,而是一种动态的平衡。
答案:(1)结构和功能　自我调节能力　生态系统的自我调节能力是有限的　(2)合理控制放牧量　生态平衡是一种动态平衡