5.5 生态系统的稳定性
一、教材分析
本节是人教出版社高中生物必修3第五章《生态系统及其稳定性》第5节《生态系统的稳定性》的内容，包括生态系统的自我调节能力、抵抗力稳定性与恢复力稳定性、提高生态系统的稳定性等内容。在生态系统的自我调节能力的内容中包含重要概念——负反馈调节。本节内容既涉及前面所学的生态系统相关部分的知识，又是对教材始终贯穿的精神——人与自然和谐发展的终结诠释。目的在于培养人们尊重自然发展规律，寻求人与自然和谐发展的途径。
二、教学目标
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。
4、设计并制作生态缸，观察其稳定性。
5、认同生态系统稳定性的重要性，关注人类活动对生态系统稳定性的影响。
三、教学重点、难点及解决方法
1、教学重点及解决方法
[教学重点] 阐明生态系统的自我调节能力。
[解决方法] 以具体的实例来说明生物群落内部负反馈调节的存在，进而阐明生态系统的自我调节能力。
2、教学难点及解决方法
[教学难点] 抵抗力稳定性和恢复力稳定性的概念。
[解决方法] 通过生态系统的自我调节能力的教学，已为学生理解抵抗力稳定性和恢复力稳定性的概念打下了伏笔，再借实例说明之。
四、课时安排
2课时。
五、教学方法
讲解法。 教具准备：图片、动画。
六、学生活动
1、问题探讨、思考与讨论。 2、设计并制作生态缸。
七、教学程序
（一）明确目标
（二）重点、难点的学习与目标完成过程
第1课时
导入：[问题探讨]教材P109，引导学生从群落的种间关系，生态系统的结构与功能讨论生态系统具有稳定性；再设问：“人类能否在生物圈之外建造一个适于人类长期生活的生态系统呢？”引出“生物圈2号”实验，引导学生思考生物圈2号失败的原因。上述正反两个实例，可以说明自然界中生态具有相对稳定性，稳定的生态系统对于生物生存至关重要。那么，什么是生态系统的稳定性呢？
学生阅读教材P109相关内容。教师指出：只有生态系统发展到一定阶段，它的生产者、消费者和分解者三大功能类群齐全，能量的输入保持稳定，物质的输入和输出相对平衡时才表现出来。稳定性表现在结构相对稳定和功能相对稳定上。例如，原始森林生态系统是经过千百年来形成的，尽管其中的生物生生死死，迁入迁出，无机环境也不断变化，但从某一阶段来看，该系统内各种生物的种类和数量总是大体相同的。生态系统的稳定性指的是生态系统的一种能力或特性，而不是一种状态。它包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性两个方面。
设问：为什么生态系统具有稳定性？
学生阅读教材P109——110相关内容，动画模拟演示兔种群与植物种群之间的负反馈示意图。设置下列问题：
1、草原中生活着野兔和狼，由于狼的捕食，野兔数量减少，分析草、野兔、狼的种群数量是如何逐步达到稳定的？
2、为什么森林中害虫数量不会持续大幅度增长？
3、适度捕捞后，池塘中鱼的种群数量为什么不会减少？
4、森林局部大火过后，为什么植株能较快生长？
5、生态系统的自我调节能力是无限的吗？
教师总结归纳。
学生阅读教材P110——111相关内容，思考回答下列问题：
1、什么是抵抗力稳定性和恢复力稳定性？
2、抵抗力稳定性和恢复力稳定性的核心分别是什么？
3、草原、北极苔原、森林生态系统，抵抗力稳定性谁强谁弱？恢复力稳定性谁高谁低？
4、抵抗力稳定性与生态系统自身的组分和营养结构关系如何？恢复力稳定性呢？
5、抵抗力稳定性与恢复力稳定性关系如何？
教师总结归纳：“抵抗力稳定性”要强调其核心是“抵抗干扰，保持原状”。“干扰”是指破坏稳定状态的外界因素；“保持”是指与干扰同时表现的系统内在的自动调节能力。“恢复力稳定性”要强调其核心是“遭到破坏，恢复原状”。“破坏”是指受外界因素影响使生态系统较远地偏离了原来的稳定范围；“恢复”是指外界因素消除了，生态系统重新建立稳定状态。
1、自动调节能力取决于生态系统自身的净化作用和完善的营养结构。净化作用包括物理沉降、化学分解和微生物的分解三个方面，它是河流生态系统抵抗环境污染的有效途径。
完善的营养结构使生态系统具有一种反馈调节机制，进而抵抗外界干扰，维持自身稳定。反馈调节是生态系统自动调节能力的基础，如在森林中，当害虫数量增加时，食虫鸟类由于食物丰富，数量也会增加，害虫种群数量增加时，食虫鸟类由于食物丰富，数量也会增加，害虫种群的增长就会受到抑制。生态系统的自动调节主要依靠群落内种间关系（主要是捕食）和种群内的种内斗争而实现的。
2、自动调节能力与生态系统成分和营养结构的关系
生态系统的自动调节能力与其自身的成分和营养结构成正比。一般来说，生态系统的成分越单纯，营养结构越简单，自动调节能力就越小，反之就越大。
3、生态系统的自动调节能力与抵抗力稳定性的关系
生态系统抵抗力稳定性的强弱取决于自动调节能力的大小，它们之间呈正相关，即生态系统的抵抗力稳定性与其自身的成分和营养结构的复杂程度成正比关系。
4、生态系统的自动调节能力与恢复力稳定性的关系
生态系统的自动调节能力是有限度的，当外界干扰超过了这一限度时，生态系统原有的稳定性遭到破坏，抵抗力稳定性不能发挥作用于，恢复力稳定性得以充分体现，最终使其恢复接近原状或代之以另一全新的生态系统，并且重新具备抵抗力稳定性，又表现出自动调节能力。
一方面，不同的生态系统表现出的稳定性是不一样的；另一方面，生态系统的稳定性也取决于外界因素的影响程度。
我们如何提高生态系统的稳定性呢？
学生阅读教材P111相关内容。
教师指出：自然生态系统是人类生存的基本环境；人类活动的干扰正在全球范围内使生态系统偏离状态；人类生存与发展的命运就掌握在自己手中，但又受到自然规律的制约。
（三）总结
生态系统的自我调节能力，抵抗力稳定性和恢复力稳定性。
（四）作业布置
教材P112练习。
（五）板书设计
第5节 生态系统的稳定性
一、生态系统稳定性的概念和自我调节能力
1、生态系统稳定性
2、反馈调节
二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性
概念
1、抵抗力稳定性 原因
规律
2、恢复力稳定性
3、二者的关系
三、提高生态系统的稳定性
第2课时
一、目的要求
设计一个生态缸，观察这一人工生态系统的稳定性。
二、基本原理
生态系统的稳定性与它的物种组成，营养结构和非生物因素等有密切的关系。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，设计时考虑系统内不同营养级生物之间的合适比例，构建一个正常运转的人工微生态系统是可能的，将少量的植物（如浮萍、水草、蕨类植物和一些低矮杂草、仙人掌、仙人球等），以这些植物为食的动物（如蚯蚓、蜗牛、小乌龟等）和微生物（如花土中的微生物等）和非生物的物质和能量（如阳光、花土、沙土、水分、矿物质、二氧化碳、含氮有机物等）放在一个玻璃缸（大小约：100cm×70cm×50cm）内，密封，就形成了一个人工模拟的微生态系统——生态缸。
在生态缸的生态系统中，浮萍、水草、蕨类植物、杂草、仙人掌、仙人球等植物能在光照下进行光合作用，释放O2，除供自身呼吸以外，还可供蚯蚓、蜗牛、小乌龟等动物的呼吸。同时还给这些动物提供了食物。植物的残枝落叶和动物的粪便被其中的微生物分解，分解产物又可作为生产者的养料。植物、动物和微生物呼吸放出的CO2，也为植物进行光合作用提供了原料。
由此可以看出，在生态缸中，由于既有生产者，消费者和分解者，又有非生物的物质和能量，既有物质循环又有能量流动，因此该生态缸能保持较长时间的相对稳定。
三、实验材料
蚯蚓8——10条，蜗牛5——7个，小乌龟2——3只。
浮萍、水草、蕨类植物和一些低矮杂草，仙人掌或仙人球2——3株。
玻璃板4——5m2，粘胶足量；沙土8——10kg，含腐殖质较多的花土40——50kg，自来水足量。
四、方法步骤
按100cm×70cm×50cm的标准制作生态缸框架。
在生态缸内底部铺垫沙土和花土，花土在下，一边高，一边低；沙土在上，沙土层厚5——10cm。在缸内低处倒进水。将收集或购买的动物和植物放在生态缸中，其中浮萍，水草与小乌龟放在水中，仙人掌或仙人球移值到沙土上，蕨类植物和杂草移植到花土上，蚯蚓与蜗牛也放置在花土上。
封上生态缸盖。将生态缸放置于室内通风光线良好的地方，但要避免阳光直接照射。每一个星期观察一次生态缸内的生物种类与数量的变化，并且进行记录。
⑴生态缸可制作成封闭型，也可制作成开放型（即不加盖）。前者对生态系统的基本成分及其比例有着更严格的要求。
⑵生态缸中放置的生物学必须具有较强的生活力，放置的生物数量要合适。
⑶为了使生态缸内的沙土保持干燥，可在沙土下铺垫一张塑料布，以防止缸中水（气）渗透上来。
⑷生态缸制作完毕后，应该贴上标签，在上面写上制作者的姓名与制作日期。
五、观察记录
⑴让学生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。
⑵定期观察，同时做好观察记录。
⑶如果发现生态缸中的生物已经全部死亡，说明此时生态缸系统的稳定性已破坏，记录下发现的时间。
⑷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差异的原因。
六、结果和结论
根据观察结果完成实验报告。
（三）总结]
制作生态缸的要点。
（四）作业布置
教材P114技能训练和教材P115自我检测。
（五）板书设计
设计并制作生态缸，观察其稳定性
目的要求
↓
基本原理
↓
实验材料
↓
方法步骤
↓
观察记录
↓
结果和结论
课件38张PPT。 ●高中生物课件（人教课标版） 安义中学第5节 生态系统的稳定性 少量砍伐森林中的树木，森林的结构功能不会破坏。 草原上适量放养牲畜，草原不至于破坏。 适度捕捉生态系统中的动物，也不会导致种群严重减小，更不会灭绝。 生态系统中的生物既有出生也有死亡，既有迁入也有迁出；阳光、温度、水分等无机环境因素也在不断地改变。 生态系统在不断地发展变化着。但对于一个相对成熟的生态系统来说，系统中的各种变化只要不超出一定限度，生态系统的结构与功能就不会发生大的改变。
生态系统的发展趋势：生物种类多样化；结构复杂化；功能完善化 生态系统具有保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力，叫生态系统的稳定性（稳态）。一、生态系统稳定性的概念思考:
生态系统在受到干扰后,为什么能保持相对稳定？ 生态系统具有一定的自我调节能力。生态系统维持相对稳定的原因：一、生态系统的自我调节能力阅读课文
生态系统具有自我调节能力的实例有哪些？
生态系统自我调节能力的基础是什么？自我调节有正反馈和负反馈调节。负反馈调节在生态系统中普遍存在，它是生态系统自我调节能力的基础。你能找出生态系统中负反馈和正反馈的例子吗？1.河流的自我净化能力自我调节实例物理沉降化学分解微生物分解2.群落内部的负反馈调节自我调节实例兔与植物的关系植物增加兔的食物增加兔的数量增加兔吃大量植物植物减少兔的数量减少兔吃少量植物兔的食物减少意义:生态系统自我调节能力的基础结果:抑制或减弱了最初发生的变化，使生态系统达到或保持稳定。思考：自我调节能力的大小与什么有关？负反馈调节作用：能使生态系统达到相对平衡。 自动调节能力大小与生态系统的物种组成、营养结构有关。
但能力是有限度的，超过限度的干扰会使生态系统崩溃①作用：使生态系统远离平衡状态。
②结果：加速最初发生变化的那种成分所发生的变化(2)正反馈调节正反馈湖泊受到了污染鱼类等生物死亡死鱼等生物腐烂（+）实例：使生态系统常常远离稳态，对生态系统有极大破坏作用。结果：+原方向原方向发生偏离发生偏离正反馈调节更加偏离负反馈调节回到原来方向错上加错改邪归正特点：抵抗干扰，维持原状二、稳定性的两个方面(2)恢复力稳定性：生态系统受到外界干扰使自身结构功能破坏后恢复原状的能力。特点：遭到破坏，恢复原状（1）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。不同的生态系统的稳定性 一样吗？ 稀少简单弱低多复杂强高热带雨林生态系统森林生态系统比较抵抗力稳定性的高低？人工林生态系统低高比较恢复力稳定性的高低？沙漠生态系统低高草原生态系统 比较恢复力稳定性时，除了考虑营养结构的复杂程度外，生态系统所处的环境条件也是一个重要的因素。北极苔原（冬季）北极苔原（夏季）恢复力稳定性较 恢复力稳定性较高低抵抗力稳定性高的生态系统特征：生物种类多，食物网复杂，物质循环与能量流动的渠道多。恢复力稳定性高的生态系统特征：各营养级的生物个体小，数量多，繁殖快。 生物种类较少，物种扩张受到的制约较小。抵抗力稳定性与恢复力稳定性的关系 对一个生态系统来说，抵抗力稳定性与恢复力稳定性存在相反关系。讨论：生态系统遭到破坏的原因
是什么？ 外来的干扰超过了生态系统的自我调节能力的限度。引起生态平衡破坏的因素：①自然因素：地震、海啸、火山、泥石流、流行病等。②人为因素：过度采伐、放牧、捕猎、环境污染等。森林植被破坏土地沙漠化藏羚羊的呼唤垃圾成灾 人类对地球的破坏想一想：
研究不同生态系统的抵抗力稳定性和恢复力稳定性，对自然生态系统有什么意义？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自我调节能力。措施这一措施主要应该针对哪一类生态系统？恢复力稳定性低的生态系统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自我调节能力。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。对抵抗力稳定性低的生态系统又该如何？进行保护，如建立自然保护区或防护林
以增加物种数，提高抵抗力稳定性。措施 对农田生态系统要不断施肥、灌溉，增加投入，控制病虫害，才能保证高产出。农田防护林 “三北防护林”曾被誉为中国的“绿色长城”。20余年的时间里，中国用了上百亿资金来“筑城”，尽管局部收效不小，但首都北京每年仍要“迎接”沙尘暴。而且，绵延上千里的防护林，现在已经是坍塌的“绿色长城”。这是因为当初造林时不讲科学，以致北方都是“杨家将”——到处种杨树，不仅许多地方的杨树长成半死不活的“小老头”，而且由于普遍种纯林，在发生虫害时，一倒一大片，仅小小天牛就将宁夏20年的建设成果——几十亿株杨树毁于一旦。维持生态系统稳定性的条件：持续稳定的能量（太阳光能）输入具有一定营养关系的生产者、消费者和分解者各生物成分之间应保持一定的相对稳定比例 2.如果一个生态系统中有4种生物，它们可以形成下面几种营养结构，如图所示，其中最稳定的是( )?甲乙丙丁甲乙丙丁甲乙丙丁甲丁乙丙ABCDB1.2002年底“食人鱼”的报道随处可见，外来物种入侵或引种不当，会给当地生态环境造成重大影响，其主要原因是（ ）
A．使入侵地食物链破坏
B．会破坏入侵地的非生物因素
C．未认识其价值所以人为干扰少
D．增加物种多样性，使当地生态平衡更稳定A3、下列生态系统的抵抗力稳定性和恢复力稳定性都比较低的是越复杂大低越简单高小低高(1)环境条件相同时：(2)环境条件不同时：环境条件好的生态系统，恢复力稳定性较____。反之亦然。高温带森林比温带草原抵抗力稳定性___,恢复力稳定性___A.热带雨林 B.温带草原 C.北极冻原 D.温带森林高低
