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第3章 生态系统及其稳定性
第5节 生态系统的稳定性
第1课时 生态平衡与生态系统的稳定性
紫茎泽兰
薇甘菊
空心莲子草
豚草
互花米草
飞机草
凤眼莲
湿地松粉蚧
强大小蠹
美国白蛾
非洲大蜗牛
福寿螺
中国第一批外来入侵物种名单(16种)
问题探讨
1.紫茎泽兰在原产地没有大肆繁殖,为什么在入侵地可以疯长蔓延?
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。
讨论
繁殖、适应能力很强,没有天敌等制约因素。
紫茎泽兰
泽兰实蝇
问题探讨
2.我国曾引入紫茎泽兰专食性天敌——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?
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。
讨论
紫茎泽兰
泽兰实蝇
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,如泽兰实蝇的生物安全性研究,野外如何布点释放泽兰实蝇,定点释放的虫量应当为多少等等,即在确保利用泽兰实蝇的安全性后,再利用它进行防治。
凤眼莲
加拿大一枝黄花
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。
呼伦贝尔草原
大兴安岭森林
虽然地球上许多生态系统不时受到外来干扰,但是只要这种干扰没有超过限度,生态系统就能够通过自我调节得以恢复,长期处于生态平衡的状态。
1、概念:
生态系统的结构和功能处于相对稳定的一种状态。
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
结构平衡
功能平衡
食物链和食物网
一、生态平衡
2、生态平衡的特征:
(1)结构平衡:
生态系统的各组分保持相对稳定。
(2)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。
(3)收支平衡:
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。
由此可见,生态平衡并不是指生态系统一成不变,而是一种动态平衡。
动态平衡
这种动态平衡是通过什么调节机制实现的呢?
一、生态平衡
3、生态平衡的调节机制
——负反馈调节
草
兔
狼
实例1:
兔子数量增加
狼增加
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。
一、生态平衡
实例2:
森林植被大量生长
林下光照减少,树苗生长受限,枯枝落叶增加
自然火灾
光照充足
土壤养料增多
种子萌发,幼苗迅速成长
植被逐渐恢复
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。
3、生态平衡的调节机制
——负反馈调节
一、生态平衡
在生态系统遇到破坏或干扰时,对抗这种破坏和干扰,使生态系统恢复平衡的调节机制。
(1)负反馈机制:
3、生态平衡的调节机制
一、生态平衡
(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”
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。
(3)负反馈:
(4)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。
3、生态平衡的调节机制
一、生态平衡
(5)结果:
抑制和减弱最初发生变化的那种成分的变化。
实例3:
有一个湖泊受到了严重污染,鱼类的数量就会因死亡而减少,鱼类死亡的尸体腐烂,又会进一步加重污染,引起更多的鱼类死亡,活鱼就更少了。
湖泊受到了污染
鱼类等生物死亡
死鱼等生物腐烂
+
+
结果:
——正反馈调节
一、生态平衡
【补充】正反馈调节
(1)模型图:
(2)结果:
原方向
发生偏离
正反馈调节
更加偏离
破坏稳态(“错上加错”)
常使生态系统远离平衡稳态
一、生态平衡
【问题探究1】生态平衡的特征
科学家通过测量和数学模拟,绘制了初生演替过程中群落总初级生产量和总呼吸量的变化曲线图,据图回答下列问题。
(1)观察曲线图,在成熟阶段,群落总初级生产量和总呼吸量呈现怎样的趋势?由此说明了什么?
总初级生产量和总呼吸量均趋于 ,且相对值 。说明群落在 、 的输入和输出上趋于达到 状态。
稳定
接近
物质
能量
平衡
一、生态平衡
(2)联系生态系统中不同生物组分在物质循环、能量流动中的作用,分析在成熟阶段,生产—消费—分解过程的正常进行对生态系统的功能有什么影响?
生产—消费—分解的正常进行保证了 和 。在成熟阶段,生产过程和消费、分解过程应处于 中,这样才能使生态系统的收支呈现平衡。
物质循环
能量流动
平衡
(3)从生态系统的结构和功能等方面,概括生态系统处于相对稳定状态时表现出的特征?
①具有 、 和 的特征。
②平衡依赖 过程来维持,是一种动态平衡。
结构平衡
功能平衡
收支平衡
生产—消费—分解
一、生态平衡
【问题探究2】负反馈调节和正反馈调节
【资料1】在一片草地上,如果兔大量增加,草就会被大量啃食,于是兔之间对食物等资源的竞争就会加剧,导致兔的生存空间和资源减少;同时,捕食者狼因食物(兔)丰富而数量增多,它们会捕食更多的兔。这样经过一段时间后兔的数量又会恢复或接近原来的水平。
【资料2】下图为某湖泊生态系统发生的某种调节活动:
(1)资料1中的这种调节方式属于什么调节?
(2)资料2中的调节过程属于什么调节?
(3)资料1和资料2所反映的调节方式,哪一种有利于维持生态平衡?
负反馈调节
正反馈调节
负反馈调节
一、生态平衡
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。强调的是生态系统维持生态平衡的能力。
2、原因:
生态系统具有自我调节能力
3、生态系统的自我调节能力
(1)基础:
(2)表现:
(3)特点:
负反馈调节
生态系统维持生态平衡的能力
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、生态系统的稳定性
1、抵抗力稳定性
(1)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(不受损害)的能力。
(核心:抵抗干扰,保持原状)
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
这些都反映生态系统本身对外界干扰具有一定的抵抗能力。
三、抵抗力稳定性与恢复力稳定性
(2)规律:
①一般来说,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。
②生态系统的自我调节是有限的。
抵抗力稳定性
抵抗力稳定性
营养结构复杂程度
三、抵抗力稳定性与恢复力稳定性
动植物种类繁多,营养结构非常的复杂,假如其中某种生物大量减少,它在食物网中的位置还可以由这个营养级的多种生物来代替,整个生态系统的结构和功能仍然能够维持在相对稳定的状态。
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。
热带雨林
北极冻原生态系统
(3)实例:
三、抵抗力稳定性与恢复力稳定性
2、恢复力稳定性
(1)概念:
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。
(核心:遭到破坏,恢复原状)
森林火灾
灾后恢复
野火烧不尽,春风吹又生
三、抵抗力稳定性与恢复力稳定性
(2)特点:
①生态系统在受到不同的干扰(破坏)后,其恢复速度与恢复时间是不一样的。
河流受到轻微的污染时,能通过自身净化(如物理沉降、化学分解和微生物分解),可以很快恢复到接近原来的状态。
如果被有毒物质重度污染,自身的净化作用已不足以消除大部分有毒物质,恢复力稳定性被破坏,恢复原状的时间漫长,难度极大!
三、抵抗力稳定性与恢复力稳定性
抵抗力稳定性
营养结构复杂程度
一般来说,生态系统的抵抗力稳定性越 高 ,恢复力稳定性往往越 低 。
恢复力稳定性
②大小规律:
③影响因素:
一方面取决于生态系统的自身组成分(营养结构);
另一方面还取决于外环境条件。
负相关
三、抵抗力稳定性与恢复力稳定性
生物种类_____
营养结构_____
自我调节能力_____ 抵抗力稳定性_____恢复力稳定性_____
生物种类_____
营养结构_____
自我调节能力_____抵抗力稳定性_____恢复力稳定性_____
少
简单
弱
低
高
多
复杂
强
高
低
人工林
热带雨林
三、抵抗力稳定性与恢复力稳定性
北极苔原
生物种类_____
营养结构_____
自我调节能力_____ 抵抗力稳定性_____恢复力稳定性_____
少
简单
弱
低
低
三、抵抗力稳定性与恢复力稳定性
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
人工林
热带雨林
北极苔原
生物种类 ;
少
营养结构 ;
简单
弱
自我调节能力 ;
抵抗力稳定性 ;
低
低
恢复力稳定性 。
特例:北极冻原生态系统
生产者主要是地衣,其他生物直接或间接依靠地衣生活。地衣大面积破坏,生态系统会崩溃。
生存条件极其恶劣:
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!
三、抵抗力稳定性与恢复力稳定性
【补充说明】对抵抗力稳定性和恢复力稳定性大小的说明
(1)如果要对一个生态系统稳定性的两个方面进行比较,则必须强调他们所处的环境条件。
环境条件好,生态系统恢复力稳定性也较高;反之,环境条件差,即使抵抗力稳定性低,恢复力稳定性也较低。
(2)例如,极地苔原(冻原)生态系统,其物种组成单一、结构简单,它的抵抗力稳定性很低,恢复力稳定性也很低。因此,将抵抗力稳定性与恢复力稳定性比较,只分析组成成分就不合适。
严重砍伐后的热带雨林
极度放牧后的草原
在个体水平稳态的维持上,有没有类似生态系统抵抗力稳定性和恢复力稳定性的情况?
人体在遇到病原体入侵时,免疫系统会抵抗病原体的入侵,这与生态系统的抵抗力稳定性相似;
人体也有恢复稳态的机制和趋势,在大病初愈时,有些功能需要恢复到正常水平,这与恢复力稳定性相似。
(1)图中两条虚线之间的部分表示生态系统功能的正常作用范围。
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。
四、生态系统稳定性的数学模型
②S表示一个外来干扰使之偏离这一范围的大小,S值大,说明抵抗力稳定性____,反之,抵抗力稳定性____;如受到相同干扰时,草原生态系统的S值______热带雨林生态系统。
弱
强
大于
③T表示恢复到原状态所需的时间,
T值大,说明恢复力稳定性____,反之,恢复力稳定性____。
弱
强
④曲线与正常范围之间所夹的面积作为总稳定性的定量指数(TS),TS越大,说明这个生态系统的总稳定性越_____。
弱
四、生态系统稳定性的数学模型
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,从而远离生态平衡状态 抑制和减弱最初发生变化的那种成分的变化,从而保持生态平衡
实例
课堂小结
抵抗力稳定性 恢复力稳定性
区 别 实质 保持自身结构和功能相对稳定 恢复自身结构和功能相对稳定
核心
影响 因素
抵抗干扰,保持原状
受到破坏,恢复原状
生态系统中组分越多,食物网越复杂,其自我调节能力就越强,抵抗力稳定性越高
生态系统中组分越少,营养结构越简单,恢复力稳定性越高
抵抗力稳定性
稳定性
营养结构复杂程度
一般为负相关关系
恢复力稳定性
抵抗力稳定性与恢复力稳定性的比较
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!
课堂小结
(1)生态平衡就是生态系统的物质和能量的输入与输出均衡( )
(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( )
1、判断常考语句,澄清易混易错
课堂练习
对于生态系统中,反馈调节在生物群落、生物群落与无机环境之间都存在
在农田里蚜虫的数量增多时,七星瓢虫的数量也会增多,这样蚜虫种群的增长就受到抑制,属于生物群落内的负反馈调节
2、下列与生态平衡有关的说法,错误的是( )
A.生态平衡就是生态系统的结构处于相对稳定的一种状态。
B.处于平衡状态的生态系统,其外貌、结构及动植物组成等都保持相对稳定。
C.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。
D.负反馈调节是生态系统具有自我调节能力的基础。
A
3、如果将一处天然林开辟为森林公园,为了维持森林的生态平衡,应当采取的措施是( )
A.对森林做适度的隔离,避免人类过多的干扰。
B.在森林中引入一些珍稀野生动物,使食物网更复杂。
C.定期清理森林中的枯枝落叶,以利于种子萌发和幼苗的生长。
D.在森林中引种一些珍稀野生植物,增大流入该生态系统的总能量。
A
课堂练习
生态平衡是生态系统的结构和功能处于相对稳定的-种状态,A错误;处于生态平衡的生态系统中,物质和能量的输入与输出均衡,生物种类的组成稳定,B正确;结构平衡.功能平衡、收支平衡是处于生态平衡的生态系统的三大特征,C正确;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,D正确。
一个生态系统的平衡问题能否维持,在现在,很多情况下受人的影响大,所以要保护生态平衡,就要采取措施加以保护,避免人类过多的干扰。
作业
1、一个生态系统的平衡遭到破坏,合理的解释是( )A.这个生态系统没有自我调节能力
B.这个生态系统的自我调节能力一定很弱C.这个生态系统的动植物种类一定很少
D.外来干扰超过了这个生态系统的自我调节能力
2、地球上各种不同类型的生态系统具有不同的自我调节能力。与农田、草原、冻原等生态系统相比较,热带雨林的自我调节能力特点是( )A.种群数量调节能力强,抵抗外界干扰能力弱
B.分解力弱,生产力强C.抵抗力稳定性强,而恢复力稳定性弱
D.能量流动速度快,物质循环速度慢
D
C
3、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的实例的是( )
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
作业
4、负反馈调节是维持生命系统平衡或稳态的重要调节机制。下列不属于负反馈调节的是( )
A.长期服用睾丸酮会导致促性腺激素释放激素合成量减少
B.大量猎杀草原食肉动物,导致食草动物的数量先升后降
C.在酶促反应中,反应终产物过量致使酶的活性下降
D.湖泊受污染后鱼类数量减少,鱼体死亡腐烂进一步加重污染
D
C