(共34张PPT)
3.5 生态系统的稳定性
紫茎泽兰(视频)
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。
泽兰实蝇
问题1:为什么紫茎泽兰在原产地没有大肆繁殖,在入侵地可以疯长蔓延?
适应、繁殖能力强,没有天敌等制约因素
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,因此在释放泽兰实蝇之前,应做好相关研究,即在确保利用泽兰实蝇的安全性后,再利用它进行防治。
像紫茎泽兰这样的入侵种,由于它的繁殖、适应的能力很强,而且没有天敌等制约因素,因此一旦蔓延,就会严重干扰入侵地的生态系统,破坏生态平衡。
什么是生态平衡
问题2:我国曾引入紫茎泽兰的专食性天敌——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?
1.什么是生态平衡?有哪些特征?
2.根据思考与讨论的学习,尝试用文字、线框、箭头等符号简要描绘实例一和二中的调节过程。
3.这种动态平衡是通过什么调节机制实现的呢?其意义是什么?
4.生态系统维持生态平衡的能力称为什么?原因是什么 有哪些种类?
任务一:阅读教材P73-75,小组合作思考讨论完成问题。
一、生态平衡
1.生态平衡
(1)概念:
生态系统的 和 处于相对稳定的状态,就是生态平衡。
组成成分
营养结构
非生物物质和能量
生产者
消费者
分解者
能量流动
物质循环
信息传递
结构
功能
(食物链和食物网)
结构
功能
呼伦贝尔的草原
大兴安岭的森林
(2)生态平衡的特征:
①结构平衡:
生态系统各组分保持相对稳定
②功能平衡:
的生态过程正常进行,保证了物质总在循环,能量不断流动,生物个体持续发展和更新。
生产—消费—分解
③收支平衡:
群落总生产量和总呼吸量的变化曲线图
【思考】据图分析,在成熟阶段,群落的总生产量和总呼吸量呈现怎样的趋势? 这说明了什么?
总生产量和总呼吸量均趋于稳定,且相对值接近。
生产者在一定时间内制造的可供其他生物利用的量,处于比较稳定的状态。
说明群落在输入和输出上趋于平衡状态,即生态系统表现为收支平衡。
① 结构平衡
② 功能平衡
生态系统的结构平衡使功能呈现平衡状态,而功能平衡又使生态系统的收支呈现平衡。
这种动态平衡是通过什么调节机制实现的呢?
(2)生态平衡的特征:
③ 收支平衡
生态平衡并不是指生态系统一成不变,而是一种动态平衡。
(3)生态平衡的调节机制
①生态系统中的调节实例1:草地上草、兔、狼之间的调节。
兔子数量增加
草减少,兔的生存空间和资源减少
兔子数量减少
草增加,兔的生存空间和资源增加
狼增加
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。
林下光照减少,树苗生长受限,枯枝落叶增加
光照充足土壤养料增多
说明在生态系统中,生物群落与无机环境之间也能够自我调节,以维持生态平衡。
植被恢复
火灾
②生态系统中的调节实例2:生物与无机环境之间的调节
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,是负反馈调节机制。
什么是负反馈?其意义是什么?
(3)生态平衡的调节机制
—负反馈调节
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。
①概念:
②模型图:
原方向
发生偏离
负反馈调节
回到原来方向
“改邪归正”
③意义:
负反馈调节在生态系统中普遍存在,它是生态系统具备自我调节能力的基础。
调节稳态
【拓展延伸】
正反馈调节
实例:湖泊受到严重污染,鱼等生物会因死亡而减少,尸体腐烂,又会进一步加重污染,引起更多的生物死亡,污染更加严重。
模型
鱼等生物死亡
尸体腐烂
湖泊污染
(+)
(+)
(+)
——使生态系统远离平衡状态
发生偏离
更加偏离
破坏稳态(错上加错)
原方向
正反馈调节
掠夺式开发后的黄土高原
美丽的呼伦贝尔草原
上游淘米洗菜,下游洗澡洗衣,水仍然很清澈。
由于生态系统具有自我调节能力,因此生态系统能维持相对稳定。
生态系统 自身结构与功能处于 平衡状态的能力。生态系统的稳定性,强调的是生态系统维持 的能力。
维持或恢复
相对
生态平衡
2.调节机制:
自我调节能力是有限的
生态系统
的稳定性
原因
基础
抵抗力稳定性
恢复力稳定性
自我调
节能力
负反馈调节
1.概念:
外界干扰因素强度超过一定限度时
生态平衡遭到严重的破坏
二、生态系统的稳定性
任务二:阅读课本P75-76,找出抵抗力稳定性与恢复力稳定性的概念及实例,并总结二者的差别。
判断下列资料体现了生态系统的哪种稳定性?
资料1:当草原遭受蝗虫的采食后,草原植物会增强其再生能力,尽可能减缓种群数量的下降。当森林遭遇持续的干早气候时,树木往往扩展根系的分布空间,以保证获得足够的水分,维持生态系统正常的功能。这体现了生态系统哪方面能力?
生态系统本身对外界干扰具有一定的抵抗力
资料2:生态系统遭到一定程度的破坏后,经过一段时间,可以恢复到原来的状态。如前述的森林局部火灾后,森林仍能逐步恢复原状。这体现了生态系统哪方面能力?
生态系统具有恢复原状的能力
抵抗力稳定性
恢复力稳定性
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
3.抵抗力稳定性:
生态系统中的组分越多
食物网越复杂
自我调节能力就越强
抵抗力稳定性就越高
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。
(抵抗干扰,维持原状)
干扰
生态系统中的组分越少
食物网越简单
自我调节能力就越弱
抵抗力稳定性就越低
4.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。
(遭到破坏,恢复原状)
森林局部火灾
若干年后恢复原状
干扰
5.稳定性特点:
(1)不同的生态系统一般在这两种稳定性的表现上有着一定差别。
生态系统中的组分越多
食物网越复杂
自我调节能力就越强
抵抗力稳定性就越高,恢复力稳定性越低
关系
抵抗力
稳定性
恢复力
稳定性
稳定性
营养结构复杂程度
二者是同时存在于同一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。
北极冻原生态系统
【思考】对于一个生态系统来说,抵抗力稳定性越低,恢复力稳定性一定越高吗?反之也是吗?
北极冻原生态系统,动植物种类稀少,营养结构简单,其中生产者主要是地衣,其他生物大都直接或间接地依靠地衣来维持生活,假如地衣受到大面积破坏,整个生态系统就会崩溃。
注意: 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!
(2)生态系统在受到不同程度的干扰或破坏后,其恢复速度和恢复时间不一样。
河流土壤
轻微污染
自身净化作用
恢复
重度污染
自身净化作用不足以消除
恢复力稳定性就被破坏了
热带雨林在遭到严重砍伐,草原极度放牧后,它们恢复原状的时间很漫长,难度极大!
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
模型 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
稳定性
营养结构复杂程度
抵抗力稳定性
恢复力稳定性
注意: 对于环境条件极其恶劣的生态系统,如北极苔原生态系统,其抵抗力稳定性和恢复力稳定性都较低!
拓展延伸
【模型构建】生态系统的抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性的关系
y:表示 稳定性
(y越大抵抗力稳定性越 ;反之越强)
x:表示 稳定性
(x越大恢复力稳定性越 ;反之越强)
TS:表示 稳定性
(TS面积越大,生态系统的总稳定性越 ;
反之越强)
抵抗力
弱
恢复力
弱
总
弱
A.可以持续不断地满足人类生活所需;
1.意义:
B.能够使人类生活与生产的环境保持稳定。
三、提高生态系统的稳定性
2.措施:
A.控制对生态系统的干扰强度,在不超过生态系统的自我调节能力的范围内,合理适度利用生态系统;
合理放牧
封山育林
适量捕捞
B.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。
农田施肥
三北防护林
1.实验原理
探究 实践: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。
四、设计制作生态缸,观察其稳定性
密封
散射
存活
和水质变化
生物生活力强、成分齐全
防止水温过高导致水生植物死亡
防止外界生物或非生物因素的干扰
宜小不宜大,水量适宜,留有空间
材料透明
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
为光合作用提供光能;保持生态缸内温度;便于观察
便于操作;缸内储备一定量的空气
2.实验步骤
3.结果分析
(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 ,自我调节能力 。
(2)不同的生态缸中生态系统的稳定性时间 。人工生态系统的稳定性是有条件的。
简单
差
有长有短
4.问题分析
(1)设计时要考虑的生态系统各组成成分有哪些?
非生物的物质和能量
生产者
消费者
分解者
三者之间应保持适宜比例,以维持生态系统的相对稳定。
(2)生态缸经过多长时间后才能达到比较稳定的状态?
一般等到缸内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。
生态平衡
生态系统的稳定性
提高生态系统稳定性
结构平衡
功能平衡
抵抗力稳定性
恢复力稳定性
收支平衡
控制干扰程度
适当物质能量的投入
与营养结构复杂程度的关系
生态系统的稳定性
1.下列关于生态平衡的说法,不正确的是( )
A.生态平衡就是生态系统的结构和功能处于相对稳定的一种状态
B.处于生态平衡的生态系统的各种组成成分保持不变
C.处于生态平衡的生态系统的物质和能量的输入和输出达到平衡状态
D.生态平衡的调节机制是负反馈调节
处于生态平衡的生态系统的结构与功能处于相对稳定状态,生态系统的各组分保持相对稳定,而不是保持不变,B错误。
B
2.下列实例说明生态系统具有自我调节能力的是( )
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.草原上羊的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.废弃多年的耕地上会逐渐生长出杂草,进而逐渐出现小灌木林
B
3.下图中,两条虚线之间的部分表示生态系统功能正常的作用范围。y表示一个外来干扰使之偏离这一范围的大小;x表示恢复到原状态所需的时间;曲线与正常范围之间所夹的面积可以作为总稳定性的定量指标(TS )。下列叙述正确的是( )
A.y值大小可作为生态系统恢复力稳定性的定量指标
B.在遭到干扰时,x、y值的大小与生物种类有关,与数量无关
C.一般情况下,对同一个生态系统来说,y值和x值之间呈负相关
D.TS 值越小,这个生态系统的总稳定性越大
D