3.5 生态系统的稳定性（Word教参）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中生物选择性必修2 生物与环境（人教版2019）

第5节　生态系统的稳定性 [课标要求]1.阐明生态系统具有保持或恢复自身结构和功能相对稳定，并维持动态平衡的能力。　2.举例说明生态系统的稳定性会受到自然或人为因素的影响。　3.阐明生态系统在受到一定限度的外来干扰时，能够通过自我调节维持稳定。　4.设计并制作生态缸，观察和比较不同生态缸中生态系统的稳定性，撰写报告分析其原因。 知识点1　生态平衡与生态系统的稳定性1.生态平衡的概念与特征 (1)概念：生态平衡指生态系统的__结构和功能__处于__相对稳定__的一种状态。 (2)处于生态平衡的生态系统所具有的特征 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__：例如，在某生态系统中，植物在一定时间内制造的可供其他生物利用的有机物的量，处于比较稳定的状态。 特别提醒 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。 2．生态平衡的调节机制——负反馈调节 (1)概念：负反馈是指在一个系统中，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。 (2)负反馈调节的意义：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)生态系统具有稳定性的原因：生态系统具有一定的__自我调节__能力。 (3)生态平衡遭到破坏的原因 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。 知识点2　抵抗力稳定性和恢复力稳定性 项目 抵抗力稳定性 恢复力稳定性 概念 生态系统__F1抵抗外界干扰__并使自身的结构与功能__F2保持原状__的能力 生态系统在受到外界干扰因素的破坏后__F3恢复到原状__的能力 实质 抵抗干扰、保持原状 遭受破坏、恢复原状 关系 生态系统中的组分越多→__F4食物网__越复杂→自我调节能力__F5越强__→__F6抵抗力稳定性__越高 知识点3　提高生态系统的稳定性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，能够使人类生活和生产的环境__保持稳定__。 2．提高生态系统的稳定性，一方面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。另一方面，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。 知识点4　设计制作生态缸、观察其稳定性 1.实验目的：设计一个生态缸，观察这一人工生态系统的稳定性。 2．实验原理 (1)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。 (2)在设计时，要考虑系统内组分及营养级之间的__合适比例__。 3．实验步骤 4．结果分析 生态缸内的生物只能存活一段时间。生态缸中的营养结构极为简单，自我调节能力极差，所以抵抗力稳定性极低，生态系统的稳定性极易被破坏。 1．基础判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)处于生态平衡的生态系统往往具有结构平衡、功能平衡及收支平衡等特征。(√) (2)落叶阔叶林遭到破坏时，往往不易在短时间内恢复到原来的状态，原因是其自我调节能力有限，抵抗力稳定性较低。(×) (3)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。(√) (4)对人类利用强度较大的生态系统，应给予相应的物质、能量投入以保持系统稳定。(√) (5)可以将制作好的生态缸放置在通风良好、阳光直射的地方。(×) 2．教材习题改编小练(教材P77“概念检测”改编) 下列与生态系统稳定性及其调节相关的叙述，错误的是(　　) A．热带雨林比温带针阔叶混交林的抵抗力稳定性更高 B．农田生态系统比草原生态系统的恢复力稳定性高 C．封山育林可使生态系统的食物链延长，故可有效提高生态系统稳定性 D．相对于天然森林，人工马尾松林更易发生松毛虫虫害，是因为人工林成分单一，营养结构简单 答案　C 解析　封山育林可使生态系统的营养结构复杂化程度增加，故自我调节能力增强，生态系统更稳定。 探究点1　生态平衡与生态系统的稳定性 下图甲、乙分别代表两种不同的调节方式。 1．反馈调节有正反馈调节和负反馈调节，图甲和图乙分别属于哪一种？ 提示　图甲所示的是负反馈调节，图乙所示的是正反馈调节。 2．甲状腺激素分泌增加后，会影响下丘脑和垂体的分泌活动，其中的反馈调节和图中的哪种调节方式相同？ 提示　甲状腺激素分泌增加后，会抑制下丘脑和垂体的分泌活动，这种反馈调节是负反馈调节，和图甲中的调节方式相同。 3．结合图甲分析，一个生态系统的自我调节能力表现在哪些方面？ 提示　生态系统的自我调节能力主要表现在三个方面：第一，是同种生物的种群密度的调控，这是在有限空间内比较普遍存在的种群变化规律，比如鸟的种群数量增加，种内竞争必然加剧，使鸟的死亡率加大；第二，是异种生物种群之间的数量调控，多出现于植物与动物或动物与动物之间，常有捕食关系；第三，是生物与环境之间的相互调控，比如气候变化导致的种群数量变化。 4．反馈调节都能使生态系统保持相对平衡吗？ 提示　不能。只有负反馈调节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。 1．生态系统抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性的关系 2．两类反馈调节的比较 项目 正反馈 负反馈 调节 方式 加速最初发生变化的那种成分所发生的变化 抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化 结果 常使生态系统远离稳态 有利于生态系统保持相对稳定 模式图 甲乙促进(＋) 甲乙抑制(－) 实例 分析 已污染的湖泊污染加剧 草原上食草动物与植物的平衡 【例1】 (2024·湖南)土壤中纤毛虫的动态变化可反映生态环境的变化。某地实施退耕还林后，10年内不同恢复阶段土壤中纤毛虫物种数情况如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．统计土壤中某种纤毛虫的具体数目可采用目测估计法 B．退耕还林期间纤毛虫多样性及各目的种类数不断增加 C．调查期间土壤纤毛虫丰富度的变化是一种正反馈调节 D．退耕还林提高了纤毛虫的种群密度和生态系统的稳定性 答案　C 解析　利用目测估计法只能确定某种纤毛虫的相对数量，A项错误；分析题图可知，退耕还林期间纤毛虫的多样性增加，但某些目的种类数会出现波动，B项错误；土壤纤毛虫丰富度增大，有利于改善生态环境，而生态环境的改善又会进一步增大纤毛虫的丰富度，这是一种正反馈调节，C项正确；仅根据题干信息，无法得知退耕还林对纤毛虫种群密度的影响，D项错误。 【例2】 (2022·天津)天津市针对甘肃古浪县水资源短缺现状，实施“农业水利现代化与智慧灌溉技术帮扶项目”，通过水肥一体化智慧灌溉和高标准农田建设，助力落实国家“药肥双减”目标，实现乡村全面振兴。项目需遵循一定生态学原理。下列原理有误的是(　　) A．人工生态系统具有一定自我调节能力 B．项目实施可促进生态系统的物质与能量循环 C．对人类利用强度较大的生态系统，应给予相应的物质投入 D．根据实际需要，合理使用水肥 答案　B 解析　生态系统具有一定的自动调节能力，但这种自动调节能力有一定限度，人工生态系统也具有一定自我调节能力，A项正确；能量流动是单向的，逐级递减的，不是循环的，因此不能促进能量的循环，B项错误；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，C项正确；植物不同生长发育时期所需的水和无机盐是不同的，因此要根据实际需要，合理使用水肥，D项正确。 (1)生态系统抵抗力稳定性与自我调节能力的大小关系如下： (2)抵抗力稳定性和恢复力稳定性的判断： 某一生态系统在被彻底破坏之前，受到外界干扰，遭到一定程度的破坏而恢复的过程，应视为抵抗力稳定性，如河流轻度污染的净化；若遭到彻底破坏，则其恢复过程应视为恢复力稳定性，如火灾后草原的恢复等。 (3)依据调节后“结果”与“原状态”之间的变化，快速判定两种反馈调节： 调节后 探究点2　设计制作生态缸，观察其稳定性 如何设计并制作生态缸？ (1)探究问题：在一个人工建造的封闭生态系统——生态缸中，哪些因素能影响生态系统的稳定性？ (2)提出假设：光能够影响生态系统的稳定性。 (3)你所需的器材是__罐头瓶或可乐等饮料的塑料瓶，水草若干，小鱼2～3条，小田螺2～3只，河水(或放置2_d的自来水)，胶带，细砂等__。 (4)实验过程： ①将相同种类和数量的生物，放在两个同样的容器中培养。该实验的变量是__光__，即除了这一个生态因素不同外，其他生态因素都相同。 ②连续进行实验一段时间，每天定时观察并记录该生态系统的情况。 (5)结果和讨论： ①本小组的实验结果是：生态因素中的__光__能影响生态系统的稳定性。 ②生态因素中还有__空气、温度、水质、生产者和消费者的数量以及分解者__等因素 也都能影响生态系统的稳定性。 ③如果该生态缸中没有消费者或分解者，该小型生态系统能保持稳定吗？__不能__。 【例3】 某生物兴趣小组用河水、池泥、黑藻、植食性小鱼、广口瓶、凡士林等材料制作了3个生态瓶(如图所示)。下列说法错误的是(　　) A．甲瓶中的小鱼很快死亡可能是因为瓶内小鱼数量过多 B．乙瓶中的生物存活的时间相对较长 C．丙瓶加盖与否，并不影响实验结果 D．若想维持生态瓶内生态系统在一段时间内的稳定，丙瓶不应放在黑暗中 答案　C 解析　甲瓶中的小鱼很快死亡，可能是因为瓶内小鱼数量过多，种内竞争激烈，A项正确；与甲、丙两瓶相比，乙瓶在散射光下，且瓶内小鱼数量适当，故乙瓶中的生物存活的时间相对较长，B项正确；生态系统必须是封闭的，因为外界的生物或非生物因素都会对实验结果产生影响，C项错误；生态瓶应放在较强的散射光下以获得充足的能量供应，使生态瓶内的生态系统在一定时间内保持稳定，D项正确。 生态缸设计要求及相关分析 设计要求 相关分析 生态缸必须是封闭的 防止外界生物或非生物因素的干扰 生态缸中投放的几种生物必须有很强的生命力，成分齐全(具有生产者、消费者、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 生态缸的材料必须透明 为光合作用提供光能，保持生态缸内温度，便于观察 生态缸的采光用较强的散射光 防止水温过高导致水生植物死亡 生态缸宜小不宜大，缸中的水量应适宜，要留出一定的空间 便于操作，且使缸内储备一定量的空气 选择动物不宜过多，个体不宜太大 减少对氧气的消耗，防止氧气的产生量小于消耗量 【例4】 某兴趣小组设计了以下实验来验证生态系统的一些相关问题：取4个密闭、透明的生态瓶，各瓶内的组成和条件见表(表中“＋”表示有，“－”表示无)。经过一段时间的培养后，下列判断错误的是(　　) 生态瓶 编号 生态系统组成 光照 水草 藻类 浮游动物 小鱼 泥沙 自来水 甲 ＋ ＋ ＋ ＋ － ＋ ＋ 乙 － ＋ ＋ ＋ － ＋ ＋ 丙 ＋ ＋ ＋ ＋ － － ＋ 丁 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ A.甲瓶中的生态系统成分相对齐全，如果生物数量比例适中，甲瓶生态系统的抵抗力稳定性相对较高 B．乙瓶无光照，其生态系统没有能量来源，故其稳定性维持时间不长 C．丙瓶无泥沙，不能储存有机物，故含有机物比甲瓶少 D．丁瓶小鱼呼吸作用消耗大量氧气，有可能导致碳循环和氧循环受阻 答案　C 解析　生态系统的组成成分包括生产者、消费者、分解者和非生物的物质和能量。表格中，光照、泥沙、自来水为非生物成分；水草、藻类属于生产者；浮游动物和小鱼属于消费者；泥沙中含有分解者。甲瓶中的生态系统成分相对齐全，如果生物数量比例适中，甲瓶中的生态系统的抵抗力稳定性相对较高，A项正确；乙瓶无光照，植物不能进行光合作用产生氧气，也没有能量来源，因此乙瓶中的生态系统的稳定性维持时间不长，B项正确；丙瓶无泥沙，即无分解者，故含有机物比甲瓶多，C项错误；丁瓶中有小鱼，小鱼呼吸作用消耗大量氧气，有可能导致碳循环和氧循环受阻，D项正确。 核心知识小结 [要点回眸] [答题必备] 1.生态平衡是生态系统的结构和功能处于相对稳定的一种状态，具有结构平衡、功能平衡和收支平衡等特征。 2．生态系统的稳定性是其保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力。 3．生态系统的稳定性包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性。 4．负反馈调节是生态系统自我调节能力的基础。 5．一般来说，生态系统的组分越多，食物网越复杂，其自我调节能力越强。 6．提高生态系统的稳定性，一方面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；另一方面，对人类利用强度比较大的生态系统，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。 1．(2023·1月浙江)在我国西北某地区，有将荒漠成功改造为枸杞园的事例。改造成的枸杞园与荒漠相比，生态系统的格局发生了重大变化。下列叙述错误的是(　　) A．防风固沙能力有所显现 B．食物链和食物网基本不变 C．土壤的水、肥条件得到很大改善 D．单位空间内被生产者固定的太阳能明显增多 答案　B 解析　枸杞园营养结构更为复杂，抵抗力稳定性更高，防风固沙能力增强，A项正确；荒漠植被恢复成枸杞园的过程中发生了群落的次生演替，物种丰富度增加，食物链和食物网增多，B项错误；枸杞园植被增多，保水能力上升，土壤的水、肥条件得到很大改善，C项正确；枸杞园植被增多，单位空间内被生产者固定的太阳能明显增多，D项正确。 2．(2022·河北改编)某林场对林下无植被空地进行开发，采用了“上层林木＋中层藤本药材＋下层草本药材＋地表药用真菌”的立体复合种植模式。下列叙述不正确的是(　　) A．林、藤、草和真菌等固定的太阳能是流入该生态系统的总能量 B．该模式改变了生态系统物质循环的渠道 C．该模式提高了生态系统的抵抗力稳定性 D．该模式利用群落的垂直结构提高了群落利用环境资源的能力 答案　A 解析　生产者固定的太阳能是流入生态系统的总能量，真菌不属于生产者，A项错误；该生态系统中物质循环的渠道是食物链和食物网，立体复合种植使食物链和食物网更加复杂，改变了生态系统物质循环的渠道，B项正确；该模式增加了物种多样性，扩大了消费者的生存空间，从而使食物链和食物网更加复杂，提高了生态系统的抵抗力稳定性，C项正确；立体复合种植模式分为“上—中—下—地表”四层，有明显的分层现象，利用群落的垂直结构提高了群落利用环境资源的能力，D项正确。 3．如图所示为某同学制作的小生态瓶，据图分析正确的是(　　) A．该生态瓶的组成成分简单，群落内不存在垂直结构 B．生态瓶要适时打开瓶盖，适量补充二氧化碳，保证光合作用的正常进行 C．该生态瓶中的分解者主要存在于泥沙中 D．生态系统内部具有自我调节能力，所以该生态瓶的稳定性与外界温度等无关 答案　C 解析　图示生态瓶的群落内存在垂直结构，A项错误；生态瓶必须是密封的，以防止外界生物或非生物因素的干扰，B项错误；图示生态瓶中的分解者主要分布在泥沙中，C项正确；外界温度、光照等会影响该生态瓶的稳定性，D项错误。 4．(2024·黑吉辽节选)为协调渔业资源的开发和保护，实现可持续发展，研究者在近海渔业生态系统的管控区中划分出甲(捕捞)、乙(非捕捞)两区域，探究捕捞产生的生态效应，部分食物链如图。回答下列问题。 海藻→海胆→岩龙虾 (1)甲区域岩龙虾的捕捞使海胆密度上升，海藻生物量下降。捕捞压力加剧了海胆的种内竞争，引起海胆的迁出率和________上升。乙区域禁捕后，捕食者的恢复________(填“缓解”或“加剧”)了海胆的种内竞争，海藻生物量增加。以上研究说明捕捞能________(填“直接”或“间接”)降低海洋生态系统中海藻的生物量。 (2)根据乙区域的研究结果推测，甲区域可通过________调节机制恢复到乙区域的状态。当甲区域达到生态平衡，其具有的特征是结构平衡、功能平衡和________。 解析 (1)甲区域岩龙虾的捕捞使海胆密度上升，加剧了海胆的种内竞争，引起海胆的迁出率和死亡率上升，乙区域禁捕后，捕食者数量恢复，大量捕食海胆，导致海胆数目下降，缓解了海胆的种内竞争，以上研究说明捕捞能通过影响海胆的数目间接降低海洋生态系统中海藻的生物量。(2)负反馈调节是生态系统自我调节的基础，因此根据乙区域的研究结果推测，甲区域可通过负反馈调节机制恢复到乙区域的状态。处于生态平衡的生态系统具有结构平衡、功能平衡和收支平衡的特征。 答案 (1)死亡率　缓解　间接 (2)负反馈　收支平衡 5．(2023·全国乙)农田生态系统和森林生态系统属于不同类型的生态系统。回答下列问题： (1)某农田生态系统中有玉米、蛇、蝗虫、野兔、青蛙和鹰等生物，请从中选择生物，写出一条具有5个营养级的食物链：__________________________。 (2)负反馈调节是生态系统自我调节能力的基础。请从负反馈调节的角度分析，森林中害虫种群数量没有不断增加的原因是_____________________________ _____________。 (3)从生态系统稳定性的角度来看，一般来说，森林生态系统的抵抗力稳定性高于农田生态系统，原因是_____________________________________________ _______________。 解析 (1)食物链的起点总是生产者，食物链终点是不能被其他生物所捕食的动物，即最高营养级，某农田生态系统中有玉米、蛇、蝗虫、野兔、青蛙和鹰等生物，具有5个营养级的食物链为玉米→蝗虫→青蛙→蛇→鹰。(2)在森林中，当害虫数量增加时，食虫鸟也会增多，害虫种群的增长就受到抑制，这属于负反馈调节，它是生态系统自我调节能力的基础。除了天敌增加，还有食物减少、种内竞争加剧，均可以作为负反馈的条件。(3)森林生态系统的生物种类多，食物网(营养结构)复杂，自我调节能力强，故森林生态系统的抵抗力稳定性高于农田生态系统。 答案 (1)玉米→蝗虫→青蛙→蛇→鹰　(2)在森林中，当害虫数量增加时，食虫鸟增多，害虫种群的增长就受到抑制　(3)森林生态系统的生物种类多，食物网(营养结构)复杂，自我调节能力强 6．一森林生态系统中有甲、乙两种昆虫，原来这两种昆虫的种群密度长期在一定幅度范围内波动，保持动态平衡。后来在T时，对森林施用了一种化学杀虫剂，这一生态系统中的种群密度发生的变化如图所示。 (1)施药前，该生态系统保持________的状态，这体现了生态系统具有________稳定性；施药后，该生态系统受到破坏，这说明生态系统的________能力是有一定限度的。 (2)预测施药相当长的一段时间后，该生态系统中的甲、乙两种昆虫的种群密度和森林光合作用产量会发生怎样的变化？ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 这依据的是生态系统具有________稳定性。 解析 (1)施药前，该生态系统保持相对稳定的状态，这体现了生态系统具有抵抗力稳定性；施药后该生态系统受到破坏，说明生态系统的自我调节能力具有一定限度。(2)预测施药相当长的一段时间后，该生态系统中的甲、乙两种昆虫的种群密度和森林光合作用产物量会逐渐恢复，这依据的是生态系统具有恢复力稳定性。 答案 (1)相对稳定　抵抗力　自我调节 (2)该生态系统中的甲、乙两种昆虫的种群密度和森林光合作用产量会逐渐恢复　恢复力 学科网（北京）股份有限公司 $$