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第5节 生态系统的稳定性
学有目标——新课程标准必明 记在平时——核心语句必背
1.阐明生态系统的自我调节能力。 2.举例说明抵抗力稳定性和恢复力稳定性。 3.简述提高生态系统稳定性的措施。 1.生态平衡是生态系统的结构和功能处于一种相对稳定的状态。
2.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。
3.负反馈调节是生态系统具备自我调节能力的基础。
4.生态系统的稳定性包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性。
5.抵抗力稳定性与生态系统的成分和营养结构复杂程度呈正相关。
人教生物学选择性必修2课件
第3章 生态系统及其稳定性
[理清主干知识]
一、生态平衡与生态系统的稳定性
1.生态平衡的概念和特征
(1)生态平衡概念:生态系统的 处于 的状态,是一种动态的平衡。
(2)生态平衡的特征
①结构平衡:生态系统 保持相对稳定。
②功能平衡: 的生态过程正常进行,保证了物质_________,能量 ,生物个体 。
③收支平衡:例如在某生态系统中,植物在一定时间内制造的可供其他生物利用的 ,处于比较稳定的状态。
结构和功能
相对稳定
各组成成分
生产—消费—分解
总在循环
不断流动
持续发展和更新
有机物的量
2.生态平衡的调节机制
(1)负反馈:在一个系统中,系统工作的效果,反过来又作为 调节该系统的工作,并且使系统工作的效果 ,它可使系统保持稳定。
(2)负反馈调节在生态系统中普遍存在,它是生态系统具备 的基础。既存在于生物群落内部,也存在于生物群落与非生物环境之间。
3.生态系统的稳定性
(1)概念:生态系统 自身 处于相对平衡状态的能力,生态系统稳定性强调的是生态系统维持 的能力。
(2)生态系统的自我调节能力是 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破坏。
信息
减弱或受到限制
自我调节能力
维持或恢复
结构与功能
生态平衡
有限
二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性
1.两者比较
抵抗力稳定性 恢复力稳定性
概念 生态系统 并使自身的结构与功能 的能力 生态系统在受到外界干扰因素的破坏后 的能力
实质 抵抗干扰、_________ ____________________
抵抗外界干扰
保持原状
恢复到原状
保持原状
遭受破坏后恢复原状
2.抵抗力稳定性与营养结构的关系:生态系统中的 越多→ 越复杂→ 越强→ 越高。
组分
食物网
自我调节能力
抵抗力稳定性
三、提高生态系统的稳定性
(1)控制对生态系统干扰的程度,对生态系统的利用应该适度,不应超过生态系统的 。
(2)对人类利用强度较大的生态系统,应实施相应的 投入,保证生态系统内部 的协调。
自我调节能力
物质、能量
结构与功能
[诊断自学效果]
1.判断下列叙述的正误
(1)自我调节能力越强的生态系统,其恢复力稳定性也就越高 ( )
(2)一个生态系统的抵抗力稳定性很低,则恢复力稳定性就一定很高 ( )
(3)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 ( )
(4)生态平衡包括结构平衡、功能平衡和收支平衡三个方面 ( )
×
×
×
√
2.连线生态系统稳定性的种类、含义与营养结构的关系
[在探究中学明]
1.亚马孙森林已经存在至少上千万年了,中间尽管经常遭受洪涝、火烧、虫害,也遭受人类的砍伐与放牧等活动的干扰,但现在依然保持着生态平衡。
(1)维持生态平衡的亚马孙森林应具有哪些特征?
提示:结构平衡、功能平衡和收支平衡。
(2)如图为亚马孙森林中食虫鸟种群和害虫种群之间的调节关系。
由上图分析亚马孙森林维持生态平衡的主要原因是什么?
提示:亚马孙森林生态系统组分多,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。
2.已知污染的湖泊中污染状况加剧,如图:
由图分析可知该生态系统具有加速最初发生变化的那种成分所发生变化的能力,这种能力称为 调节,该实例说明生态系统的自我调节能力是_____________。
正反馈
有一定限度的
3.下图表示受到干扰后,生态系统功能的变化图,两条虚线之间的部分表示生态系统功能正常的作用范围,请分析:
(1)热带雨林生态系统与草原生态系统相比,受到相同干扰,草原生态系统的y值要 (填“大于”或“小于”)热带雨林的y值。
(2)x的大小可作为 稳定性强弱的指标,x值越大说明该稳定性 。
(3)TS与生态系统总稳定性之间的关系是怎样的?
提示:TS可作为总稳定性的定量指标,面积越大,生态系统的总稳定性越低。
大于
恢复力
越弱
4.某地农业部门在防治棉铃虫问题上,提出了两种方案:一种是喷洒高效农药;一种是放养赤眼蜂(其为棉铃虫天敌)。请评价哪种方案更有利于提高农田生态系统的稳定性?说明理由。
提示:放养赤眼蜂。因为喷洒高效农药,在消灭棉铃虫的同时,也会杀死大量的棉铃虫的天敌。棉铃虫失去了天敌的控制,就容易再度大爆发。在棉田中放养赤眼蜂,由于棉铃虫和赤眼蜂在数量上存在相互制约的关系,因此,能够将棉铃虫的数量长期控制在较低水平。从这个角度看,放养赤眼蜂更有利于提高农田生态系统的稳定性。
[在深化中提能]
1.判断生态系统抵抗力稳定性大小的方法
2.抵抗力稳定性与恢复力稳定性的比较
项目 抵抗力稳定性 恢复力稳定性
区别 实质 保持自身的结构与功能相对稳定 恢复自身的结构与功能相对稳定
核心 抵抗干扰,保持原状 遭到破坏,恢复原状
影响因素 生态系统中物种丰富度越大,营养结构越复杂,抵抗力稳定性越强 一般情况下,生态系统中物种丰富度越小,营养结构越简单,恢复力稳定性越强
[例1] 下列关于生态系统稳定性的叙述,错误的是 ( )
A.热带雨林比温带针阔叶混交林的抵抗力稳定性弱
B.草原生态系统食物链少,恢复力稳定性强
C.对生态系统的利用不应超过生态系统的自我调节能力
D.负反馈调节是生态系统具备自我调节能力的基础
[解析] 热带雨林的营养结构比温带针阔叶混交林复杂,抵抗力稳定性强;草原生态系统中的食物链少,营养结构简单,抵抗力稳定性弱,但恢复力稳定性强;生态系统的自我调节能力有一定的限度,若超过该限度,生态系统将会遭到破坏;生态系统自我调节能力的基础是负反馈调节。
[答案] A
[例2] (2021·湖南高考)某草原生态系统中植物和食草动物两个种群数量的动态模型如图所示。下列叙述错误的是 ( )
A.食草动物进入早期,其种群数量增长大致呈“J”形曲线
B.图中点a的纵坐标值代表食草动物的环境容纳量
C.该生态系统的相对稳定与植物和食草动物之间的负反馈调节有关
D.过度放牧会降低草原生态系统的抵抗力稳定性
[解析] 早期食草动物进入草原生态系统,由于空间、资源充足,又不受其他生物的制约,所以食草动物的种群数量的增长大致呈“J”形曲线,A正确。环境容纳量是指在相当长一段时间内,环境所能维持的种群最大数量,即该种群在该环境中的稳定平衡密度。而图中a点纵坐标对应的数量为该食草动物的最大数量,所以环境容纳量应小于a,B错误。由图可知,食草动物过多会导致植物数量的下降,食草动物数量的下降又会导致植物数量的增多,属于典型的负反馈调节, C正确。生态系统有自我调节能力,但有一定的限度,过度放牧使得草原生物的种类和数量减少,降低了草原生态系统的自我调节能力,致使草原退化,D正确。
[答案] B
[归纳拓展] 正反馈调节和负反馈调节的比较
比较项目 正反馈 负反馈
调节方式 加速最初发生变化的那种成分所发生的变化 抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化
结果 常使生态系统远离稳态 有利于生态系统保持相对稳定
[在应用中落实]
1. 右图为某一生态系统稳定性图解,对此理解错误的是 ( )
A.a为抵抗力稳定性,b为恢复力稳定性
B.a为恢复力稳定性,b为抵抗力稳定性
C.恢复力稳定性与营养结构复杂程度呈负相关
D.抵抗力稳定性与恢复力稳定性一般呈负相关
解析:生物种类越多、营养结构越复杂,抵抗力稳定性就越强,恢复力稳定性就越弱。因此,一般情况下恢复力稳定性与营养结构复杂程度呈负相关,且一般情况下,抵抗力稳定性与恢复力稳定性也呈负相关。
答案:B
2.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
解析:森林经过火灾后,许多种子萌发,迅速长成新植株,说明生态系统具有恢复力稳定性,属于生态系统自我调节的实例,A不符合题意;某种动物在其种群密度较高时繁殖能力下降,使该种群的数量保持相对稳定,属于生态系统自我调节的实例,B不符合题意;使用毒鼠药控制农田中老鼠的种群增长,不属于生态系统自我调节的实例,C符合题意;森林食虫鸟的数量因害虫数量的增加而增加,使害虫种群的增长受抑制,属于生态系统自我调节的实例,D不符合题意。
答案:C
[在探究中学明]
1.设计生态缸时要考虑的生态系统各组成成分有哪些?
提示:设计一个生态系统需要加入的组成成分有非生物的物质、能量、生产者、消费者和分解者,而且投入的生物之间应能够形成食物链。
2.在设计生态缸时一般要加入河泥,请分析其作用。
提示:提供分解者;为绿色植物提供必需的矿质元素。
3.为保证生物的生存,必需的外部条件是什么?
提示:良好的光照和适宜的温度。
4.生态缸实验设计要求及分析
设计要求 相关分析
生态缸必须是封闭的 防止____________________________
生态缸中投放的几种生物必须具有很强的生活力,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 ,保持生态缸内温度,便于观察
生态缸宜小不宜大,缸中的水量应占其容积的 ,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 防止 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,防止生产量小于消耗量
外界生物或非生物因素的干扰
光合作用提供光能
4/5
水温过高
5.生态缸稳定性观察与分析
(1)观察稳定性,可通过观察 等判断生态系统的稳定性。
(2)由于生态缸中的成分极为简单, 能力极弱,抵抗力稳定性极低,其稳定性易被破坏。因此,生态缸内的生物只能保持一定时间的活性。
动植物的生活情况、水质变化、基质变化
自我调节
[在应用中落实]
1.某同学设计了一个小生态瓶,要想较长时间保持稳态,需要做到的是 ( )
①要有稳定的能量来源
②生产者、消费者、分解者的数量要搭配合理
③放在散射光下,以便植物的光合作用能满足各种生物对氧气和养料的需要
④各种生物产生的CO2能满足植物进行光合作用
⑤瓶底应放一些鹅卵石
A.①③④ B.①②③④
C.①③④⑤ D.①②③④⑤
解析:生态系统在能量来源上不能自给自足,必须依赖太阳能,因此设计的生态瓶要有稳定的能量来源;生态瓶内可实现物质的循环利用,但为维持其稳定性,生产者、消费者和分解者的数量要搭配合理;瓶底放一些鹅卵石并不是设计生态瓶所必需的。
答案:B
2.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)。下列叙述错误的是 ( )
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。
答案:A
3.甲、乙、丙、丁4个透明的生态瓶,各瓶内的组成和条件见表(“+”表示有,“-”表示无)。经过一段时间的培养和观测后,发现甲瓶是最稳定的生态系统。下列有关叙述错误的是 ( )
生态系统组成 光 水草 藻类 浮游动物 小鱼 泥沙
生态瓶编号 甲 + + + + - +
乙 - - + + - +
丙 + + + + - -
丁 + + + + + +
A.生态瓶必须是密闭的,放在直射光下,生物成分的数量要搭配合理
B.乙瓶中缺乏光照,生态瓶不稳定说明了生态系统需要稳定的能量输入
C.丙瓶中没有泥沙,分解者太少,不利于物质循环的顺利进行
D.丁瓶中虽然物种更加丰富,但可能因为氧气含量少而不如甲瓶稳定
解析:生态瓶必须是密闭的,但不能让阳光直射,因为光照过强,生态瓶内温度太高,会使生物失去活性;缺乏光照情况下无法进行光合作用,生产者不能生长,生态瓶不稳定,说明了生态系统需要稳定的能量输入;由于丙瓶中没有泥沙,分解者数量太少或没有分解者的分解作用,所以不利于物质循环的顺利进行;与甲瓶相比,丁瓶氧气含量减少,因为消费者(小鱼等)较多,呼吸要消耗较多的氧气。
答案:A
[课堂巩固落实]
1.某池塘生态系统的结构和功能由于污染物的排放遭到破坏,停止排放污染物后,逐步恢复原状,这是由于该生态系统具有 ( )
A.抵抗力稳定性 B.恢复力稳定性
C.抗污染能力 D.抗干扰能力
解析: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。
答案:B
2.要提高生态系统维持稳定性的能力,最有效的方法是 ( )
A.减少分解者的数目 B.增加物种的多样性
C.改变环境中的湿度 D.减少消费者的数目
解析:在生态系统中,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。
答案:B
3.下列关于生态系统稳定性的描述,正确的是 ( )
A.河流受到轻微的污染依然清澈,属于恢复力稳定性
B.恢复力稳定性弱的生态系统抵抗力稳定性一定强
C.“野火烧不尽,春风吹又生”体现了生态系统的恢复力稳定性
D.引入新物种到一个生态系统会使生物种类增加从而提高其抵抗力稳定性
解析:河流受到轻微污染依然清澈,表现为“抵抗干扰,保持原状”,属于抵抗力稳定性;有些生态系统(如苔原)抵抗力稳定性与恢复力稳定性都较低;“野火烧不尽,春风吹又生”体现了生态系统的恢复力稳定性;引入新物种到一个生态系统可能使原有物种灭绝,从而使该生态系统抵抗力稳定性下降。
答案:C
4.将水生植物和小鱼放入盛有水的玻璃缸中,密闭后置于光照、温度等适宜的条件下。下列相关叙述正确的是 ( )
A.植物为鱼的生存提供氧气
B.鱼只为植物的光合作用提供CO2
C.能量流动可以从植物到鱼,也可以由鱼到植物
D.若该玻璃缸长期置于黑暗中,只有植物会死亡
解析:植物光合作用产生的氧气可为鱼的生存提供条件,A正确;鱼是异养需氧型生物,呼吸作用产生的CO2可为植物光合作用提供原料,鱼的排泄物经过微生物的分解也能为植物提供养料,B错误;在玻璃缸中,能量来源于植物光合作用固定的太阳能,沿食物链由植物流向鱼,不能逆向流动,C错误;生物的生存离不开能量的供应,而该生态系统的能量来源于植物光合作用固定的太阳能,故长期黑暗,鱼和植物均会死亡,D错误。
答案:A
5.如图表示正常生态系统受到一定程度的干扰后,生态系统稳定性的变化。下列说法错误的是 ( )
A.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
B.在受到干扰后,曲线偏离正常范围越晚和幅度越小,说明生态系统的抵抗力稳定性越高
C.S2所代表的面积越大,生态系统的恢复力稳定性越高
D.S3所代表的面积越小,生态系统的稳定性越高
解析:生态系统具有一定的自我调节能力,所以生态系统具有一定的稳定性,A正确;生态系统的抵抗力稳定性越高,受到干扰后,曲线偏离正常范围的时间越晚,幅度越小,B正确;生态系统的恢复力稳定性越高,受到干扰后曲线回到正常范围所需的时间越短,S2越小,C错误;由题图可知,S3所代表的面积越小,生态系统的稳定性越高,D正确。
答案:C