3.5 生态系统的稳定性 学案 2023-2024学年高二生物人教版（2019）选择性必修2

第5节 生态系统的稳定性
【学习目标】
1.通过探究学习，认识生态系统的抵抗力稳定性和恢复力稳定性，明确研究生态系统的稳定性的意义，并运用相关知识分析和解决生活中的实际问题。(科学思维、社会责任)
2.通过探究学习，分析反馈调节的过程，理解生态平衡与生态系统的稳定性之间的关系，逐步完善生态平衡观。(生命观念)
3.通过探究学习，掌握设计制作生态缸，观察其稳定性的实验方法。(科学探究)
【自主预习】
一、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。
2.原因:由于生态系统具有　自我调节能力　，生态系统才能够维持相对稳定。
3.基础:　负反馈　调节。它是指在一个系统中，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　。
二、生态系统的稳定性
1.概念:人们把生态系统　维持或恢复　自身结构与功能处于相对平衡状态的能力，叫作生态系统的稳定性。生态系统的稳定性，强调的是生态系统维持　生态平衡　的能力。
2.类型
(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　(不受损害)的能力。
(2)恢复力稳定性: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。
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。
【合作探究】
情境导入　
材料一:在北极北部冰雪覆盖的荒原地带和北极南部的森林生物群落之间，有一大片叫作冻原的过渡地区。冻原的温度很低，除了生活在南部边缘地带的几种灌木以外，其他树木根
本无法在那里生长。冻原生态系统的消费者主要有驯鹿、麝牛、北极兔、旅鼠、北极狐和狼等，还有一些鸟类。那里几乎没有爬行动物和两栖动物，昆虫种类也很少。
材料二:在热带雨林中，每公顷土地上能有几百种树木。
热带雨林全年高温多雨，无明显的季节区别，年平均温度为25~30 ℃。热带雨林生长着众多乔木，树干高大挺直，一年四季都有植物开花结果，森林常绿。昆虫、两栖类、爬行类等变温动物在这里广泛发展。热带雨林是地球上动物种类最丰富的地区，如巴拿马附近的一个面积不到0.5 km2的小岛上，就生活着50多种哺乳动物。
问题探讨:
1.生活在北极冻原和热带雨林生态系统中的动植物种类和数量有何差异？
提示　北极冻原生态系统中的动植物种类和数量远远少于热带雨林生态系统中的。
2.当受到外界干扰时，两者中哪个生态系统更容易遭到破坏？
提示　北极冻原生态系统。
3.当遭到一定强度的破坏后，两者中哪个生态系统更容易恢复？
提示　热带雨林生态系统。
任务1　认识生态平衡与生态系统的稳定性
活动1　分析生态平衡与生态系统的稳定性
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？
(2)下图表示亚马孙森林中食虫鸟种群和害虫种群之间的调节关系。试分析亚马孙森林维持生态平衡的主要原因。
提示　(1)结构平衡、功能平衡与收支平衡。
(2)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，其基础是负反馈调节。
2.生态系统自我调节能力的大小与生态系统的稳定性之间有怎样的关系？
提示　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。
3.为什么说负反馈调节是生态系统具备自我调节能力的基础？
提示　负反馈调节能够抑制或减弱外界干扰对生态系统产生的影响，有利于生态系统达到并保持相对稳定。
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；另一种是放养赤眼蜂(其为棉铃虫天敌)。哪种方案更有利于提高农田生态系统的稳定性？为什么？
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天敌，棉铃虫失去了天敌的控制，就容易再度大爆发；在农田中放养赤眼蜂，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。
认知生成
1.生态平衡主要包括:
(1)结构平衡，即生态系统各组分相对稳定，动植物种类及数量不是不变的，而是在一定范围内波动，但不会变化太大。
(2)功能平衡，即生态系统功能相对稳定，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。
(3)收支平衡，生物群落能量的输入与输出保持相对平衡，物质的输入与输出保持相对平衡。
2.生态平衡是一种状态，生态系统稳定性是一种能力。
3.负反馈调节不仅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。
4.生态系统能维持相对稳定，是因为其具有自我调节能力，但自我调节能力是有限的。
5.生态系统中的组分越多，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。
6.生态系统稳定性的种类及其比较
项目 抵抗力稳定性 恢复力稳定性
区别 实质 保持自身结构与功能相对稳定 恢复自身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 一般生态系统中物种丰富度越高，营养结构越复杂，抵抗力稳定性越高 一般生态系统中物种丰富度越低，营养结构越简单，恢复力稳定性越高
联系 ①两者是同时存在于同一生态系统中的两种截然不同的作用力，它们相互作用，共同维持生态系统的稳定 ②抵抗力稳定性和恢复力稳定性一般呈相反关系，抵抗力稳定性高的生态系统，恢复力稳定性低
注:抵抗力稳定性与恢复力稳定性并不都呈负相关。在某些特殊生态系统中，抵抗力稳定性和恢复力稳定性都很低，如北极冻原生态系统和沙漠生态系统等，由于干旱缺水、极度严寒等极端环境不适于生物的生存，物种组分少，结构简单，抵抗力稳定性较低，同时破坏后恢复所需的时间非常长，恢复力稳定性也较低。
例1　下列关于生态系统稳定性的叙述，正确的是(　　)。
A.负反馈调节是生态系统具备自我调节能力的基础
B.自我调节能力越强的生态系统，其恢复力稳定性往往就越高
C.不同生态系统的抵抗力稳定性和恢复力稳定性基本相同
D.提高生态系统稳定性，就是要禁止对生态系统的干扰和利用
【答案】A
【解析】自我调节能力越强的生态系统，其抵抗力稳定性往往就越高，恢复力稳定性往往越低，B错误；不同生态系统的抵抗力稳定性和恢复力稳定性不一定相同，C错误；提高生态系统稳定性，是要对生态系统进行合理开发和利用，D错误。
对点练1　(2022·安庆期中)下图为某一生态系统的稳定性图解，对此图理解不正确的是(　　)。
A.一般情况下，b曲线可代表恢复力稳定性
B.一般情况下，自我调节能力与a曲线相似
C.抵抗力稳定性与营养结构复杂程度呈正相关
D.各生态系统都符合这一数学模型
【答案】D
【解析】一般情况下，生态系统中组分越多，营养结构越复杂，自我调节能力越强，抵抗力稳定性越高，恢复力稳定性越低，则a曲线表示抵抗力稳定性，b曲线表示恢复力稳定性，A、B、C正确；并不是所有生态系统都符合这一数学模型，如北极冻原生态系统，其营养结构简单，抵抗力稳定性低，恢复力稳定性也低，D不正确。
技巧归纳
1.正反馈和负反馈的比较
项目 类型
负反馈调节 正反馈调节
作用 是生态系统具备自我调节能力的基础，能使生态系统达到并保持平衡和稳定 使生态系统远离稳态
项目 类型
负反馈调节 正反馈调节
结果 抑制和减弱最初所发生的变化 加速最初所发生的变化
实例
2.区分正反馈和负反馈的方法
(1)正反馈:指A的变化引起B的变化，B的变化结果反过来促进A的变化。举例:A增加→B增加→A进一步增加。
(2)负反馈:指A的变化引起B的变化，B的变化结果反过来抑制A的变化。举例:A增加→B增加→A减少。
3.生态系统抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性的关系
素能提升　运用稳态与平衡观，理解并区分抵抗力
稳定性与恢复力稳定性(复杂推理能力)
两个不同生态系统同时受到同等强度的干扰(a)后，其结构和功能的曲线变化情况如图，由图不能得出的结论是(　　)。
A.同等强度的干扰下，乙生态系统的抵抗力稳定性比甲高
B.若甲生态系统的干扰强度增大，则C点右移
C.甲生态系统中的营养结构可能比乙生态系统简单
D.图中偏离正常范围的程度体现了恢复力稳定性的大小
【答案】D
【解析】从图中可以看出，甲、乙两个生态系统受到干扰后，甲生态系统的结构和功能波动范围大，说明甲生态系统的抵抗力稳定性低，乙生态系统的抵抗力稳定性高，A不符合题意；若对甲生态系统的干扰强度增大，则恢复原状所需要的时间延长，C点右移，B不符合题意；一般而言，生态系统的组分越少，结构越简单，抵抗力稳定性越低，故甲生态系统中的营养结构可能比乙生态系统简单，C不符合题意；图中偏离正常范围的程度体现了抵抗力稳定性的大小，D符合题意。
任务2　设计制作生态缸，观察其稳定性
活动2　设计制作生态缸，观察其稳定性
1.为保证生态缸中的物质循环和能量流动，使其在一定时期内保持生态系统的稳定，从生态系统的组成成分角度考虑，生态缸中必须具备哪些成分？
提示　生产者、消费者、分解者、非生物的物质和能量。
2.生态缸的材料需要透明的原因是什么？
提示　使生产者吸收光能，进行光合作用。
3.为什么生态缸要留有约1/5的空间？
提示　储备一定量的空气供生态缸中各种生物进行呼吸作用。
4.衡量生态缸的指标时，可通过什么来判断生态系统的稳定性？
提示　可通过观察动植物的生活情况、水质变化、基质变化等来判断生态系统的稳定性。
5.该生态缸能否构成一个完整的生态系统？若将该生态缸置于黑暗处会怎样？
提示　该生态缸具备了生态系统的四类成分——非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者，故可构成一个完整的生态系统。若将生态缸置于黑暗处，则生态系统会因丧失能量的持续供应而崩溃，其内生物将很快死亡。
认知生成
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。
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。
3.放入生态缸中的生产者和消费者要能形成一条或几条食物链。
4.生态缸中一定要有足够多的分解者。
5.生态缸的实验设计要求
设计要求 相关分析
生态缸必须是封闭的 防止外界环境或生物因素的干扰
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
各组分及营养级之间的比例要合适 能量流动逐级递减且各营养级之间的能量传递效率只有10%~20%
设计要求 相关分析
生态缸宜小不宜大，缸中的水量应占其容积的4/5，要留出一定的空间 便于操作，缸内储备一定量的空气供生物进行呼吸作用
生态缸的采光用散射光 防止阳光直射导致水温过高，使水生生物死亡
选择生命力强的生物，动物不宜太多，个体不宜太大 容易适应新生态环境，减少对O2的消耗，防止O2的产生量小于消耗量
例2　某生物兴趣小组的同学用河水、池泥、水藻、植食性小鱼等材料制作了2个生态瓶(如图所示)，并用凡士林将广口瓶密封，观察其稳定性。请回答下列问题:
(1)每个生态瓶构成一个　　　　　　，其中各种生物存活时间更长的是　　　　瓶，原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)小鱼为水藻提供　　　　　　　　　　，加速生态系统的　　　　　　　　。
(3)当甲瓶达到稳定状态时，向瓶中再投放一定数量的植食性小鱼，水藻的种群密度将　　　　，甲瓶的抵抗力稳定性将　　　　。
【答案】(1)生态系统　甲　甲瓶有光照，植物能进行光合作用　(2)CO2等无机物　物质循环　(3)下降　降低
【解析】(1)每个生态瓶中都含有河水、池泥、水藻、植食性小鱼，其中河水、池泥为非生物的物质，水藻属于生产者，小鱼属于消费者，而池泥中的微生物属于分解者，因此每个生态瓶构成一个生态系统。甲瓶中各种生物存活时间更长，原因是甲瓶有光照，植物能进行光合作用。(2)小鱼进行呼吸作用等，为水藻提供CO2等无机物，加速生态系统的物质循环。(3)当甲瓶达到稳定状态时，向瓶中投放一定数量的植食性小鱼，小鱼以水藻为食，水藻的种群密度将下降，该生态系统的抵抗力稳定性将降低。
对点练2　(不定选)现有甲、乙、丙、丁4个密闭、透明的生态瓶，各瓶内的组成和条件见下表。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。下列有关叙述正确的是(　　)。
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 + + + + + +
注:“+”表示有，“-”表示无。
A.乙瓶中藻类的种群密度逐渐下降
B.由于丙瓶中没有小鱼，所以其比甲瓶积累的有机物多
C.与甲瓶相比，丁瓶氧气含量少
D.本实验说明非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者是构成生态系统必不可少的四种成分
【答案】AC
【解析】乙瓶无光照，藻类因无法进行光合作用而死亡，种群密度下降，A正确；与甲瓶相比，丙瓶缺少泥沙，分解者少，无法将瓶中的动植物遗体、动物排遗物等分解为无机物，所以其比甲瓶积累的有机物多，B错误；与甲瓶相比，丁瓶多小鱼，小鱼进行呼吸作用消耗水中大量氧气，因此丁瓶的氧气含量比甲瓶的少，C正确；本实验对生产者、消费者未设置实验组，不能说明生态系统的各种成分是否为必不可少的，D错误。
技巧归纳
生态缸不能较长时间保持稳定的可能原因还有:
①未洗净生态缸，造成误差。
②注入的水过多，在某些情况下，缸内压力等与自然状态下有差别，影响生物的生存。
③投入的生物过多，导致一些个体死亡，影响水质和生物生存。
④选用的玻璃缸透明度差，影响光线射入。
⑤放在直射的阳光下，缸内温度过高，使藻类植物死亡。
⑥生态缸密封性欠佳，难以形成独立的生态系统。
【随堂检测】
课堂小结 课堂小测
1.一般地说，生态系统的成分越单一，营养结构越简单，自我调节能力就越弱，抵抗力稳定性就越低。 (√) 2.生态系统的自我调节能力表现在自身净化作用、群落内部的负反馈调节和生物群落与非生物环境之间的负反馈调节等方面。 (√) 3.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。 (√) 4.生态系统内部结构与功能的协调，可以提高生态系统的稳定性。 (√) 5.就生态系统结构而言，生态瓶的稳定性取决于物种数。 (×)
2