高中生物人教版 (2019)选择性必修2第5节 生态系统的稳定性教学设计及反思

第5节　生态系统的稳定性

一、生态平衡与生态系统的稳定性

1．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)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。

(3)调节机制：负反馈机制，即指在一个系统中，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。

2．生态系统的稳定性

(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。

(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：负反馈调节。

②表现：生态系统维持生态平衡的能力。

③特点

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、抵抗力稳定性和恢复力稳定性

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的能力。

(2)特点

生态系统的组分越多，食物网越复杂，其自我调节能力越强，抵抗力稳定性越高。

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。

(2)特点

生态系统的成分越简单，一般越容易恢复；反之越难。

三、提高生态系统的稳定性

1．提高生态系统的稳定性的原因：

(1)处于生态平衡的生态系统可以持续不断地满足人类生活所需。

(2)处于生态平衡中的生态系统能够使人类生活与生产的环境保持稳定。

2．提高生态系统稳定性的措施

(1)要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。

四、设计制作生态缸，观察其稳定性

1．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。

2．基本原理

3．实验步骤

(1)铺土：沙土在上，花土在下。

　↓

(2)倒水：在缸内低处倒进水。

　↓

(3)放置生物：依据生物生活习性合理放置。

　↓

(4)放置生态缸：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。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．一般地说，生态系统的成分越单一，营养结构越简单，自我调节能力就越小，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无机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，可以提高生态系统稳定性。 (　　)

5．在一块牧草地上栽种乔木树林后，其恢复力稳定性下降。 (　　)

6．就生态系统结构而言，生态瓶的稳定性取决于物种数。 (　　)

提示：1.√　2.√　3.√　4.√　5.√

6．×　生态瓶的稳定性主要取决于生产者、消费者和分解者的合理搭配，并非物种数目越多越稳定。

　生态平衡与生态系统的稳定性

1．对生态平衡的理解

在处于平衡的生态系统中，物质和能量的输入与输出均衡，生物种类的组成稳定，也就是说，生态系统中的生产过程与消费、分解过程处于平衡的状态，这时生态系统的外貌、结构以及动植物组成等都保持相对稳定的状态。

2．对生态系统稳定性的理解

(1)结构的相对稳定：结构相对稳定体现在各组成成分的相对稳定和生物种间关系的相对稳定。

(2)功能的相对稳定：生态系统物质和能量的输入与输出达到平衡。

3．生态系统的反馈调节

(1)作用：生态系统自我调节能力的基础，能使生态系统达到并保持平衡状态。

(2)结果：抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化。

(3)实例：一个草原生态系统中发生的负反馈调节如图所示：

合作探究：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，但现在依然保持着森林景观。

(1)分析以上可知，该生态系统具有稳定性的原因是什么？

提示：该生态系统具有一定的自我调节能力。

(2)请思考并总结生态系统中生物种类与其自我调节能力及稳定性的关系。

提示：生物种类繁多，营养结构复杂⇒自我调节能力强⇒抵抗力稳定性高。

2．传说当年乾隆下江南来到苏州，发现虎丘外围的河流被众多染坊流出的废水污染得肮脏不堪、臭气熏天。他亲自追查此事，严禁商贾平民在此处开设染坊，原有的数十家染坊搬迁至远离虎丘的苏州远郊，从此虎丘重现绿水青山。虎丘外围的河流中污染被消除的原因是什么？

提示：原有的污染通过物理沉降、化学分解和微生物的分解使河流中污染被消除。

1．当河流受到轻度污染时，能通过物理沉降、化学分解、微生物分解，很快消除污染，河流中的生物种类和数量不会受到明显的影响。这个事例说明(　　)

A．生态系统具有相对稳定的物质循环

B．生态系统具有一定的自我调节能力

C．生态系统具有稳定的能量来源

D．生态系统具有大量的生产者和消费者

B　[题中信息“河流中的生物种类和数量不会受到明显的影响”显示，河流生态系统具有一定的稳定性。生态系统之所以能维持相对稳定，是由于生态系统具有一定的自我调节能力。]

2．生物个体的稳态和生态系统的稳态都是通过反馈调节来实现的，据此回答下列问题。

(1)生命系统普遍存在着反馈现象，其稳定性的维持主要是通过__________(填“正”或“负”)反馈来实现的。请以文字、箭头分别构建一个个体稳态和生态系统稳态反馈调节的概念模型。

①个体稳态反馈调节的概念模型(以血糖调节为例)。

________________________________________________________________

_______________________________________________________________

②生态系统稳态反馈调节的概念模型(生态系统以水稻田生态系统为例，水稻田中的主要生物有水稻、食虫鸟与害虫)。

________________________________________________________________

________________________________________________________________

_______________________________________________________________

(2)某大型湖泊藻类植物大量繁殖，水质迅速恶化，呈何种反馈状态？_______________________________________________。

[解析]　(1)生命系统普遍存在的反馈现象是负反馈。个体稳态的反馈调节有血糖的稳态、甲状腺激素的分泌、水盐平衡的调节(抗利尿激素的分泌)等。水稻田中水稻、害虫、食虫鸟组成食物链，害虫增多使得食虫鸟增多，食虫鸟增多又使害虫减少，害虫减少又使水稻增多。

(2)大型湖泊藻类植物大量繁殖，水质迅速恶化，水质恶化加剧了藻类的死亡，形成恶性循环，这属于正反馈调节。

[答案]　(1)负

①

②

(2)呈正反馈状态

判断正反馈、负反馈调节的方法

(1)依据：从调节后的结果与原状态之间的变化分析。

(2)方法：调节后

　抵抗力稳定性和恢复力稳定性

1．抵抗力稳定性和恢复力稳定性的比较

(1)区别(如图)

(2)联系(如图)

①一般二者呈负相关，营养结构越复杂的生态系统，抵抗力稳定性(a)越强，而恢复力稳定性(b)一般越弱。

②二者是同时存在于同一系统中的两种截然不同的能力，它们相互作用共同维持生态系统的稳定。

2．抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性的关系

(1)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。

(2)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值要大于热带雨林的y值。

(3)x的大小可作为恢复力稳定性强弱的指标，x值越大说明恢复力稳定性越弱。

(4)TS表示曲线与正常范围之间所围成的面积，TS值越大说明生态系统的总稳定性越低。

生活联系：1.苏州某一水乡人家在河流中淘米洗菜、洗澡洗衣，河水仍然很清澈，说明生态系统具有什么能力？这种能力反映生态系统的哪种稳定性？

提示：生态系统具有自我调节能力，这种能力反映生态系统的抵抗力稳定性。

2．一块管理良好的棉田和内蒙古草原上的草场相比，其抵抗力稳定性哪个高？试说明判断理由。

提示：内蒙古草原上的草场的抵抗力稳定性高于棉田。因为棉田的成分单一、营养结构简单。

3．对同一个生态系统来讲，抵抗力稳定性与恢复力稳定性呈什么关系？所有的生态系统都这样吗？举例说明。

提示：一般来说，对同一个生态系统来讲，抵抗力稳定性与恢复力稳定性呈相反关系且同时存在。但对于一些特殊的生态系统比如极地苔原生态系统，由于物种组分单一，营养结构简单，它的抵抗力稳定性和恢复力稳定性都较低。

4．对于单一的农田生态系统，要想保持其相对稳态，需采取哪些措施？(至少写两条)

提示：需要不断施肥、灌溉，以及控制虫害等。

1.(不定项)如图为某一生态系统稳定性图解，对此理解正确的是(　　)

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相反关系

D．抵抗力稳定性与恢复力稳定性呈相反关系

ACD　[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呈相反关系。]

2．下列关于生态系统稳定性的叙述，错误的是(　　)

A．在一块牧草地上播种杂草形成杂草地后，其抵抗力稳定性提高

B．在一块牧草地上通过管理提高某种牧草的产量后，其抵抗力稳定性提高

C．在一块牧草地上栽种乔木形成树林后，其恢复力稳定性下降

D．一块弃耕后的牧草地上形成灌木林后，其抵抗力稳定性提高

B　[生态系统的抵抗力稳定性与生态系统的成分和营养结构的复杂程度有关，成分和营养结构越复杂，其抵抗力稳定性越高，相应地，其恢复力稳定性就越低，题中A、C、D选项中的生态系统，都是向着成分和营养结构复杂化的方向发展，而B选项中生态系统是趋向单一化(只让牧草生长)发展，其抵抗力稳定性降低。]

　设计制作生态缸

1．实验设计原理

(1)生态系统的稳定性是其结构与功能发展协调的重要标志。

(2)生态系统的稳定程度，取决于它的物种组成、营养结构和非生物因素之间的协调关系。

(3)观察生态缸中生物的生存状况和存活时间的长短，了解生态系统的稳定性及影响稳定性的因素。

2．实验设计要求

现有A、B两个密闭、透明的生态瓶，其生物组成和光照条件如下表。一段时间后，发现A瓶的生态系统较B瓶的稳定。

注：“＋”表示有，“－”表示无。

请回答下列问题：

(1)A瓶中微生物、浮游藻类、水草和浮游动物共同组成了一个________，浮游藻类和水草的种间关系为________。

(2)一段时间后，B瓶中浮游藻类的种群密度________，原因是________________________；浮游动物的种群密度________，原因是________________。

(3)生态系统中分解者的作用是__________________________。

[解析]　(1)一定区域中全部生物的总和构成生物群落，因此A瓶中的微生物、浮游藻类、水草和浮游动物共同组成了一个生物群落；浮游藻类和水草都为生产者，会争夺光照、生态瓶中的无机盐等，因此两者为竞争关系。

(2)B瓶缺乏光照，藻类不能进行光合作用，因此一段时间后浮游藻类的种群密度将降低；藻类因不能进行光合作用不但使其数量减少，也会导致瓶内O2含量减少，而浮游动物以植物为食，因此浮游动物会因食物和氧气不足导致其种群密度降低。

(3)在生态系统中，分解者能将动植物遗体残骸中的有机物最终分解成无机物，重新供生产者利用。

[答案]　(1)生物群落　竞争

(2)降低　没有光照，藻类无法进行光合作用(答案合理即可)　降低　氧气与食物不足(答案合理即可)

(3)将动植物遗体残骸中的有机物最终分解成无机物

[课堂小结]

1．(不定项)下列关于生态平衡的叙述，正确的是(　　)

A．生态平衡是一定时间和空间内的平衡

B．生态环境中各种生物的数量和所占比例处于相对稳定状态

C．各种生物的数量和比例稳定不变

D．生产者大量死亡会破坏生态平衡

ABD　[生态平衡是指生态系统的结构和功能处于相对稳定的一种状态。]

2．生态系统的稳定性是指其(　　)

A．所具有的保持自身结构和功能相对稳定的能力

B．所具有的恢复自身结构和功能相对稳定的能力

C．所具有的自我调节能力

D．所具有的维持或恢复自身结构与功能处于相对平衡状态的能力

D　[生态系统的稳定性是指生态系统所具有的维持或恢复自身结构与功能处于相对平衡状态的能力。]

3．森林遭到持续干旱，树木往往扩展根系的分布空间，保证获得足够水分，维持生态系统的正常功能。这反映了森林生态系统(　　)

A．恢复力稳定性较强　 B．抵抗力稳定性较强

C．恢复力稳定性较弱 D．抵抗力稳定性较弱

B　[森林生态系统具有受到外界干扰后，保持原状的能力，这是生态系统的抵抗力稳定性。]

4．设计制作生态缸应该遵循一定的原理和要求，下面列举的原理或要求中，合理的是(　　)

A．应该将生态缸放在阳光能够直接照射的地方，以保证获得足够的能量

B．应该经常向生态缸中通气，从而保证缸中生物的呼吸

C．生态缸中投放的生物必须有很强的生命力，投放的动物数量要多一些

D．生态缸的各种生物之间以及生物与无机环境之间，必须能够进行物质循环和能量流动

D　[生态缸的采光用较强的散射光，既可为水生植物的光合作用提供光能，又可防止生态缸中水温过高，导致水生植物死亡，A项错误；生态缸必须是封闭的，目的是防止外界生物或非生物因素的干扰，B项错误；投放的不同营养级的生物比例要合适，C项错误；生态缸相当于微型的生态系统，其中的各种生物之间以及生物与无机环境之间，必须能够进行物质循环和能量流动及信息传递，D项正确。]

5．连续三年，我国西南地区发生了特大旱灾。灾害还留下森林火灾及泥石流等次生灾害隐患。

(1)森林中大量苗木被旱死，意味着食物链中被破坏的成分是________。

(2)这次受灾的地区是我国林业森林资源最丰富的地区，在受灾之前这里的森林生态系统处于____________________状态，请从生态系统的稳定性的角度简要分析保持这种状态的原因：_________________________________________

_______________________________________________________________

(3)请给本次受灾的南方省份提出两条恢复森林生态系统稳定性的建议。

_______________________________________________________________

[解析]　(1)苗木能进行光合作用，制造有机物，在食物链中是生产者。(2)正常的森林生态系统具有自我调节能力，受到的外界干扰若不超过一定限度，生态系统会很快恢复，保持相对稳定状态；但若超过一定限度，则恢复起来会很困难，甚至不能恢复。(3)生态系统中的组分越多，食物网越复杂，其稳定性越强。对于受灾后的森林来说，要增加生态系统的组分需先增加生产者(苗木)的数量。

[答案]　(1)生产者 　 (2)相对稳定　  因为生态系统具有自我调节能力，在一定的限度内，生态系统即使受到外界干扰也会通过自我调节而保持相对稳定状态 　 (3)①积极植树造林；②禁止乱砍滥伐；③从思想上引导人们要爱护树木