第3章 第5节 生态系统的稳定性-【大鹏生物】2024-2025学年高中生物同步课讲义选择性必修2 生物与环境

第5节　生态系统的稳定性 [ 学习目标 ]　 1.阐明生态平衡与生态系统的稳定性。 2.举例说明抵抗力稳定性和恢复力稳定性。 3.简述提高生态系统稳定性的措施。 4.设计制作生态缸，观察其稳定性。 一、生态平衡与生态系统的稳定性 [ 教材梳理 ] 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——动态平衡。 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。 ③收支平衡：指生态系统中能量和物质的输入和输出之间的平衡状态。 (3)调节机制——负反馈机制。 ①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。 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。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)原因：生态系统具有自我调节能力。 (3)特点：生态系统的自我调节能力是有限的。 [ 核心探讨 ] 一、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？ 提示　总初级生产量和总呼吸量均趋于稳定，且相对值接近。说明群落在物质、能量的输入和输出上趋于达到平衡状态。 (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？ 提示　生产—消费—分解的正常进行保证了物质循环和能量流动。在成熟阶段，生产过程和消费、分解过程应处于平衡中，这样才能使生态系统的收支呈现平衡。 (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有哪些？ 提示　 ①具有结构平衡、功能平衡和收支平衡的特征。 ②平衡依赖生产—消费—分解过程来维持，是一种动态平衡。 二、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？尝试用文字、线框、箭头等描绘上述调节过程。 提示　负反馈调节。调节过程如图所示： (2)资料2中的调节过程属于什么调节？ 提示　正反馈调节。 (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？ 提示　资料1所反映的调节方式即负反馈调节，有利于维持生态平衡。 [ 核心归纳 ] 生态系统的负反馈调节和正反馈调节的比较 题组一　生态平衡与生态系统的稳定性 1．我们经常在媒体上看到“生态平衡”的概念，下列关于生态平衡和生态系统稳定性的叙述，不正确的是(　　) A．生态平衡是生态系统发展到一定阶段，生态系统保持其结构与功能相对稳定的状态 B．生态系统的稳定性是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 C．生态平衡并不是指生态系统的一成不变，而是一种动态平衡 D．在处于平衡的生态系统中，生态系统的生产过程与消费过程处于平衡状态 2．下列关于生态系统自我调节能力的叙述，错误的是(　　) A．在森林中，当害虫数量增多时，食虫鸟数量也会增多，这样害虫种群的增长就会受到抑制，这属于负反馈调节 B．负反馈调节在生态系统中普遍存在，它是生态系统自我调节能力的基础 C．生物群落与非生物环境之间不存在负反馈调节 D．生态系统的自我调节能力不是无限的，当外界干扰因素的强度超过一定限度时，生态系统的自我调节能力会迅速丧失 3．某池塘演变早期，藻类大量繁殖，食藻浮游生物水蚤随之大量繁殖，导致藻类数量减少，接着又引起水蚤减少。后期因排入污水，引起部分水蚤死亡，加重了污染，导致更多水蚤死亡。关于上述过程的叙述，正确的是(　　) A．早期不属于负反馈调节，后期属于负反馈调节 B．早期属于负反馈调节，后期属于正反馈调节 C．早期、后期均属于负反馈调节 D．早期、后期均属于正反馈调节 二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性及提高生态系统的稳定性 [ 教材梳理 ] 1．抵抗力稳定性 (1)含义：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)规律：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，如热带雨林生态系统。 2．恢复力稳定性 (1)含义：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。 3．提高生态系统的稳定性 (1)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)措施 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。 [ 核心探讨 ] 生态系统的稳定性之间的关系 如图表示抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性的关系，据图分析： (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)热带雨林生态系统与草原生态系统相比，受到相同干扰时，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低。 (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。 [ 核心归纳 ] 抵抗力稳定性和恢复力稳定性的比较 项目 抵抗力稳定性 恢复力稳定性 区别 实质 保持自身的结构与功能相对稳定 恢复自身的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 生态系统中物种丰富度越大，营养结构越复杂，抵抗力稳定性越强 一般情况下，生态系统中物种丰富度越小，营养结构越简单，恢复力稳定性越强 二者联系 1 相反关系：一般来说，抵抗力稳定性强的生态系统，恢复力稳定性弱，反之亦然；②二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。如图所示： 题组二　抵抗力稳定性和恢复力稳定性及提高生态系统的稳定性 4．生态系统稳定性即生态系统所具有的维持或恢复自身结构和功能处于相对平衡状态的能力。下列关于生态系统稳定性的叙述，正确的是(　　) A．主要通过系统的正反馈调节维持 B．分为抵抗力稳定性和恢复力稳定性 C．与生态系统营养结构的复杂程度呈负相关 D．遭到破坏，一段时间都可恢复到原来的状态 5．近年建成的北京昌平新城滨河森林公园原址是一处废弃的砂石场，现在这里林绿水秀，被称为“首都后花园”，不仅为市民提供了休闲健身场所，更是北京北部区域重要的生态走廊组成部分。下列叙述不正确的是(　　) A．该地区生态系统的抵抗力稳定性逐渐增强 B．种植适应本地环境的多种植物可提高生态修复效率 C．生物多样性增加有利于增强该生态系统的自我调节能力 D．负反馈调节在此生态恢复过程中不发挥作用 6.如图为某一生态系统稳定性图解。对此理解不正确的是(　　) A．a为抵抗力稳定性，b为恢复力稳定性 B．为农田除草除虫可使其营养结构的复杂程度降低，提高a的大小 C．一般来说，物种丰富度与a的大小呈正相关，与b的大小呈负相关 D．本图适用于森林生态系统，但不适用于北极冻原生态系统 三、设计制作生态缸，观察其稳定性 [ 核心梳理 ] 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．设计要求及目的 设计要求 目的 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具有很强的生活力，种类齐全(具有生产者、消费者和分解者) 使生态缸中的生态系统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 生态缸的采光应使用较强的散射光 防止水温过高导致水生植物死亡 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 5.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，但其结构比较简单，自我调节能力差。 (2)不同的生态缸中生态系统的稳定性时间有长有短。 题组三　设计制作生态缸，观察其稳定性 7．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．丙瓶中加盖与否，并不影响实验结果 D．若想生态瓶内的生态系统在一段时间内维持稳定，丙瓶不应放在黑暗中 8．某研究小组连续10年调查某生态系统，发现该生态系统物种丰富度的变化情况如图所示。下列相关叙述正确的是(　　) A．该生态系统的种群密度越来越低 B．该生态系统的恢复力稳定性逐渐降低 C．10年后该生态系统中生物群落将不存在分层现象 D．造成这种现象的原因可能是围湖造田或过度放牧 9．如图所示，两条虚线之间的部分表示生态系统稳定性的正常范围；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。请回答： (1)生态系统结构复杂，各组分间通过                 和               紧密联系，形成统一整体；同时，                调节着生物种间关系，以维持生态系统的稳定性。 (2)生态系统稳定性的基础是                                  。若要保持一个封闭生态系统的稳定性，必须从外界源源不断地输入          。 (3)对a、b两个生态系统施加相同强度的干扰，若ya＞yb，则这两个生态系统的抵抗力稳定性的关系为a        b(填“＞”“＜”或“＝”)；对同一生态系统来说，x和y的关系为            (填“正相关”或“负相关”)。 (4)环境污染是影响生态系统稳定性的因素之一。研究环境污染物对生物的影响，可用于生态风险评估。进行生态风险评估时，要计算出一个风险熵数(RQ)，若RQ＜1显示污染物对生物的健康只构成低风险，RQ≥1则显示污染物可能对生物有害。请根据表中的RQ值预测污染物对4种生物生存和该生态系统稳态的影响。 生物种类 RQ 汞(Hg) 铅(Pb) A 某种小乔木 0.75 0.55 B 某种植食动物 1.26 0.84 C 某种大型真菌 0.91 0.48 D 某种肉食动物 1.25 2.05 [ 本讲小结 ] 学科网（北京）股份有限公司 $$