2022-2023学年人教版（2019）选择性必修二 第3章第5节　生态系统的稳定性 学案

第5节生态系统的稳定性[学习目标]1.通过解释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,培养稳态与平衡观等生命观念。2.通过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,如气候变化、自然事件、人类活动或外来物种入侵等,培养关注社会性科学问题和环境问题,参与相关事务讨论等社会责任感。3.通过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,培养批判性思维等科学思维能力。4.通过设计制作生态缸并观察其稳定性,培养设计实验、方案实施、勇于创新等科学探究能力。一、生态平衡与生态系统的稳定性1.生态平衡及其特征(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)生态系统的平衡: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。(3)特征。第一,结构平衡:生态系统的各组分保持相对稳定。第二,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。第三,收支平衡。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)类型:抵抗力稳定性和恢复力稳定性。(3)原因:生态系统具有一定的自我调节能力。(4)自我调节能力①基础:负反馈调节。其概念是指在一个系统中,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)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)特点:一般来说,生态系统的组分越多,食物网越复杂,其自我调节能力就越强,抵抗力稳定性就越高;反之则越低。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:与抵抗力稳定性大小往往呈负相关。三、提高生态系统的稳定性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。四、设计制作生态缸,观察其稳定性1.实验原理在有限的空间内,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。2.生态缸的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具有很强的生命力,成分齐全(具有生产者、消费者和分解者)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;缸内储备一定量的空气生态缸的采光用较强的散射光,避免阳光直射防止水温过高导致水生植物死亡1.判断下面有关生态平衡和生态系统的稳定性说法的正误。(1)负反馈调节是生态系统自我调节能力的基础。(√)(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。(×)2.判断下面有关抵抗力稳定性和恢复力稳定性说法的正误。(1)生态系统组成成分越多,食物网越复杂,生态系统的恢复力稳定性就越强。(×)(2)河流受到轻度污染后河水仍能清澈如初及火灾后草原的恢复均属恢复力稳定性。(×)(3)“野火烧不尽,春风吹又生”说明生态系统具有抵抗力稳定性。(×)(4)极地苔原由于物种单一,结构简单,它的抵抗力稳定性和恢复力稳定性都很低。(√)探究点一生态系统的自我调节能力[情境]图A为草原生态系统中的反馈调节示意图,图B为某湖泊生态系统中发生的某种调节活动。[思考](1)反馈调节有正反馈和负反馈调节,图A和图B分别属于哪一种?提示:图A是负反馈调节,图B是正反馈调节。(2)请写出图A中的食物链。提示:乙→甲→丙。(3)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A中的调节方式相同。(4)草原维持生态平衡的主要原因是什么?提示:草原生态系统组分多,食物网复杂,生态系统具有一定的自我调节能力,其基础为负反馈调节。[深度思考]生态系统都有一定的自我调节能力,但是紫茎泽兰入侵某个生态系统后却导致其稳定性急剧下降,请说明原因。提示:生态系统的自我调节能力是有限的。紫茎泽兰是生物入侵种,它的繁殖、适应的能力很强,而且在该生态系统没有天敌等制约因素,因此一旦蔓延,就会严重干扰该生态系统。当外界干扰因素的强度超过一定限度时,该生态系统的稳定性急剧下降,生态系统就会遭到严重的破坏。[归纳总结](1)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:调节后进一步偏离原有水平→(2)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,从而远离平衡状态抑制或减弱最初发生变化的那种成分的变化,从而保持稳态平衡实例若一个湖泊受到的污染超过其自我调节能力,则污染会越来越严重草原上食草动物和植物的数量变化[应用]如图表示草原生态系统中兔种群与植物种群的相互关系,相关叙述错误的是(D)A.这是一种负反馈调节机制B.是生态系统自我调节能力的体现C.有利于生态系统保持相对稳定D.保证生态系统不会受到外界干扰而失衡解析:当兔数量增多,导致植物减少,从而使兔数量减少,植物增多,这是一种负反馈调节机制;该生态系统中兔的数量、植物的数量处在相对稳定的状态,是生态系统自我调节能力的体现,有利于生态系统保持相对稳定;生态系统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,因此该生态系统会受到外界干扰而失衡。探究点二抵抗力稳定性和恢复力稳定性[情境]下图表示抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性(TS表示总稳定性)的关系。[思考](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(填“大于”或“小于”)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小。(4)TS表示曲线与正常作用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小。[深度思考]抵抗力稳定性与恢复力稳定性一般呈相反的关系,你如何理解?提示:一般生态系统的组成成分越多,食物网越复杂,抵抗力稳定性越强;一般生态系统的组成成分越少,食物网越简单,则越容易恢复,恢复力稳定性越高。故抵抗力稳定性与恢复力稳定性一般呈相反的关系。但是在相同干扰强度下,热带雨林的抵抗力稳定性和恢复力稳定性都比极地苔原(冻原)强。[归纳总结]抵抗力稳定性和恢复力稳定性的关系项目抵抗力稳定性恢复力稳定性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影响因素生态系统的组成成分越多,食物网越复杂,抵抗力稳定性越强生态系统中组成成分越少,食物网越简单,则越容易恢复续表项目抵抗力稳定性恢复力稳定性联系①呈负相关。一般地,抵抗力稳定性强的生态系统,恢复力稳定性差;反之,恢复力稳定性强。②二者是同时存在于同一生态系统中的两种能力,它们相互作用共同维持生态系统的稳定[应用]下列曲线表示四个不同自然生态系统在受到同等程度的外来干扰后,初级消费者和次级消费者的数量变化情况。其中抵抗力稳定性最高的生态系统是(C)解析:生态系统的稳定性包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性。抵抗力稳定性的本质是“抵抗干扰、保持原状”。一般而言,生态系统中的组分越少,营养结构越简单,自我调节能力越弱,抵抗力稳定性越低;反之越高。题中四个选项的曲线中,只有C选项的曲线受到干扰后,初级消费者和次级消费者的数量变化最小,所以该生态系统的抵抗力稳定性是最高的。课堂小结完善概念图记忆节节清1.生态系统的稳定性: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.自我调节能力基础:负反馈调节。3.抵抗力稳定性: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。4.恢复力稳定性:生态系统受到外界干扰因素的破坏后恢复到原状的能力。5.提高生态系统稳定性的措施:控制对生态系统的干扰强度;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。随堂反馈1.判断下列关于生态系统的稳定性说法是否正确。(1)并不是所有的生态系统都具有恢复力稳定性。(×)(2)生态系统的稳定性表现在抵抗力稳定性和恢复力稳定性这两个方面。(√)(3)外界干扰刚产生时,主要是抵抗力稳定性起作用。(√)(4)生态系统的自我调节能力是有一定限度的。(√)2.以下实例可以说明生态系统具有自我调节能力的是(B)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.废弃多时的耕地上会逐渐生长出杂草,进而逐渐出现小灌木林解析: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,说明豆科植物和根瘤菌是共生关系;草原上羊数量剧增会导致草的数量减少,进而抑制了羊的数量增加,体现了生态系统的自我调节能力;植被破坏导致泥石流发生,是自然现象,没有体现自我调节能力;废弃多时的耕地上会逐渐生长出杂草,进而逐渐出现小灌木林,是群落演替。3.某生物兴趣小组的同学用河水、池泥、水藻、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)。下列叙述中错误的是(A)A.甲瓶中的小鱼很快死亡是因为瓶内分解者数量过少B.乙瓶中的生物存活的时间相对较长C.丙瓶中的分解者主要存在于河水及池泥中D.若想维持生态平衡,丙瓶不应放在黑暗中解析:甲瓶与乙瓶的区别是小鱼数量不同,乙瓶与丙瓶的区别是放置的环境不同。甲瓶中消费者数量过多,小鱼会很快死亡;丙瓶置于黑暗中,植物不能进行光合作用,瓶中生物也会很快死亡。相比之下,乙瓶中的生物存活时间较长。4.(不定项选择)如图表示气候变化对甲、乙生态系统中种群类型数量的影响。据图分析,下列叙述中正确的是(AD)A.甲生态系统的抵抗力稳定性一定较乙生态系统的高B.甲生态系统中生物群落的营养关系始终较乙复杂C.乙生态系统在S点后一定有新的物种产生D.乙生态系统在S点后营养结构一定发生改变解析:据题图分析可知,气候发生变化,甲生态系统的种群类型数量变化幅度比乙生态系统的小,所以其抵抗力稳定性比乙高;群落是在相同时间聚集在一定地域中各种生物种群的集合,据图分析,存在甲生态系统中生物种类少于乙的时间段,所以甲生态系统生物群落的营养关系不一定始终较乙复杂;乙生态系统在S点时种群类型数量降至最低,其后可能由于气候条件逐渐适宜,种群类型数量又逐渐增加,营养结构发生改变(变复杂),并不一定产生新的物种。5.草原是畜牧业的重要生产基地。在我国广阔的草原上,饲养着大量的家畜,由于过度放牧以及鼠害、虫害等,我国的草原面积正在不断减少,有些牧场正面临着沙漠化的威胁。回答以下有关草原生态系统的问题。(1)生态系统稳定性表现在的相对稳定。生态系统之所以能维持稳态,是因为其具有。由于过度放牧,草原的生物多样性锐减,草原严重沙漠化,这说明。

(2)若想维持草原生态系统的生态平衡,提高其稳定性,可以采取的措施有,控制对草原生态系统的干扰程度;也可以人为给予相应的物质和能量投入,如播种草籽等,保证草原内部结构和功能的协调。即使该生态系统处于平衡状态,其中各生物种群的数量仍然处于变动之中,这说明。

解析:(2)提高生态系统的稳定性,一方面可以控制对生态系统的干扰强度,合理适度地利用生态系统,如合理控制放牧量;另一方面可以人为给予一定的物质和能量投入,保证生态系统内部结构和功能的协调,如播种草籽等。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。答案:(1)结构和功能自我调节能力生态系统的自我调节能力是有限的(2)合理控制放牧量生态平衡是一种动态平衡课时作业一、单项选择题1.下列有关生态系统稳定性的叙述,错误的是(B)A.负反馈调节可存在于生物与非生物环境之间B.生态系统的抵抗力稳定性与分解者的种类和数量无关C.生态系统的生物种类越多,食物网越复杂,说明生态系统的抵抗力稳定性越强D.极地冻原生态系统的抵抗力稳定性和恢复力稳定性均较低解析:分解者在维持生态系统的稳定中起着非常重要的作用,因此,生态系统的抵抗力稳定性与分解者的种类和数量有关。2.生态系统的自我调节能力取决于(B)A.生产者和消费者的数量B.生态系统营养结构的复杂程度C.非生物的物质和能量水平D.生产者和分解者的数量及种类解析:一般来说,在生态系统营养结构的复杂程度决定了生态系统自我调节能力的强弱。3.下列生态系统中抵抗力稳定性最低的是(B)A.热带雨林 B.北极苔原C.温带阔叶林 D.温带草原解析:一般来说,在生态系统中,生物的种类越多,营养结构越复杂,生态系统的抵抗力稳定性越高,反之,生态系统的抵抗力稳定性越低。题述各生态系统中,热带雨林的生物种类最多,营养结构最复杂,因此其生态系统的抵抗力稳定性最高;而北极苔原生物种类最少,营养结构最简单,因此其生态系统的抵抗力稳定性最低。4.在一些富营养化的水体中,有些蓝细菌常于夏季大量繁殖,并在水面形成一层蓝绿色而有腥臭味的浮沫,引起沉水植物死亡,之后浮游动物及鱼类等生物也相继死亡,导致生态系统崩溃。下列叙述中错误的是(D)A.导致沉水植物死亡的最主要非生物因素是缺少阳光B.该例说明生态系统的自我调节能力具有一定限度C.更多生物死亡又加重了水体的污染,这属于反馈调节D.浮游动物及鱼类死亡的主要原因是微生物消化了食物解析:藻类大量繁殖,覆盖整个湖面,使沉水植物因缺少光而死亡;该例说明生态系统的自我调节能力具有一定限度;水草死亡腐烂,水质变坏引起水生动物以及鱼类的死亡,属于(正)反馈调节;浮游动物及鱼类死亡的主要原因是缺氧。5.如图为某一生态系统稳定性图解,对此理解错误的是(B)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负相关D.抵抗力稳定性与恢复力稳定性一般呈负相关解析: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也呈负相关。6.两个不同的生态系统在同时受到同等强度的干扰(P)后,其结构和功能的曲线变化情况如图所示,由图不能得出的结论是(D)A.同等强度的干扰下,乙生态系统的抵抗力稳定性比甲高B.同等强度的干扰下,若乙生态系统干扰提前,则b点左移C.若甲生态系统的干扰强度增大,则c点右移D.乙生态系统b点后一定有新的物种产生解析:甲、乙两个生态系统受到同等强度的干扰后,与乙相比,甲生态系统的结构和功能恢复原状所需要的时间长,波动范围大,说明甲的抵抗力稳定性低,乙的抵抗力稳定性高;同等强度的干扰下,若乙生态系统干扰提前,其结构和功能恢复至正常运行范围的时间也会提前,即b点左移;若甲的干扰强度增大,则恢复原状所需要的时间延长,即c点右移;乙生态系统在恢复原状后不一定有新物种产生。7.自然条件下,生态系统能够在较长一段时间内保持相对稳定,其主要原因是(D)A.信息传递的双向性B.能量的收支随季节波动C.能量流动和物质循环能反复进行D.生态系统具有一定的自我调节能力解析:因为生态系统具有一定的自我调节能力,所以能够在较长时间内保持相对稳定。8.一般情况下,草原生态系统稳定性和森林生态系统稳定性相比较,正确的叙述是(C)A.同等强度干扰作用于两者,前者的破坏程度大,说明前者抵抗力稳定性高B.同等强度干扰作用于两者,后者的破坏程度大,说明后者抵抗力稳定性高C.不同强度的干扰使两者出现同等程度的破坏后,前者易于恢复,说明前者恢复力稳定性高D.不同强度的干扰使两者出现同等程度的破坏后,后者易于恢复,说明后者恢复力稳定性低解析:森林生态系统的动植物种类比草原生态系统的多,营养结构更复杂,故森林生态系统的抵抗力稳定性比草原生态系统强,恢复力稳定性比草原生态系统弱。遭受相同强度的干扰后,破坏程度的大小体现了生态系统的抵抗力稳定性强弱,破坏程度大则抵抗力稳定性弱,因此草原生态系统的破坏程度大于森林生态系统。受到不同强度的干扰,出现同等程度的破坏后恢复原状的快慢体现了生态系统的恢复力稳定性强弱,草原生态系统恢复力稳定性高于森林生态系统,则其易于恢复。二、非选择题9.图1表示甲、乙两个生态系统受到相同强度的干扰和解除干扰后稳定性的变化情况,图2表示的是甲生态系统中的食物网结构。请据图回答下列问题。(1)生态系统的稳定性包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性两个方面。生态系统之所以具有抵抗力稳定性是因为生态系统内部具有一定的自我调节能力,这种调节能力主要取决于生态系统,其主要调节机制属于;图1中a点与b点比较,点抵抗力稳定性强;当干扰解除后,生态系统的发展趋势是

。

(2)若因某种原因,图2中F全部死亡,短时间内数量增加的动物是;最有可能成为国家级保护动物的是,请用生态学观点解释其理由:

。

解析:(1)生态系统的自我调节能力主要取决于生态系统完善的营养结构,其主要调节机制属于负反馈调节;图1中a点与b点比较,b点需要较长时间才能达到与a点相同的干扰程度,因而b点的抵抗力稳定性比a点强;当干扰解除后,生态系统的发展趋势可能是恢复原状,也可能建立新的平衡,被新的生态系统代替。(2)F以D为食,若图2中F全部死亡,则短时间内数量增加的动物是D;能量沿食物链流动,且逐级递减,H处于食物链的顶端,获取能量少,个体数目少,因而最有可能成为国家级保护动物。答案:(1)完善的营养结构负反馈调节b恢复原状或被新的生态系统代替(2)DH能量沿食物链流动,且逐级递减,H处于食物链的顶端,获取能量少,个体数目少10.观赏性小生态瓶为人们的生活增添了乐趣。如图是一个简易生态瓶的示意图。回答下列问题。(1)在一定时间范围内,小生态瓶内(填“能”或“不能”)进行碳、氧、氮、磷等元素的循环利用,原因是

。

(2)简易生态瓶能在一定时间内维持相对稳定,这是因为生态系统具有一定的能力,但简易生态瓶的抵抗力稳定性很低,原因是

。

(3)为尽可能长时间维持生态瓶的相对稳定,应将该生态瓶置于处。若要在该生态瓶中添加小动物,则应注意各营养级生物之间的合适比例,从能量流动的角度分析,这是因为

。

解析:(1)由于生态瓶内有生产者和分解者,因此在一定时间范围内,小生态瓶可以通过光合作用、细胞呼吸、微生物分解等生理过程实现碳、氧、氮、磷等元素的循环利用。(2)由于生态系统具有一定的自我调节能力,所以简易生态瓶能在一定时间内维持相对稳定,然而由于小生态瓶内生物种类少,营养结构简单,自我调节能力很弱,所以简易生态瓶的抵抗力稳定性很低。(3)为尽可能长时间维持生态瓶的相对稳定,应将该生态瓶置于通风、光线良好的环境中,从而有利于生产者固定能量,同时还要避免阳光直射。能量在流动过程中逐级递减,因此添加小动物应注意各营养级生物之间的比例。答案:(1)能该生态瓶内有生产者和分解者,能通过光合作用、呼吸作用及微生物的分解作用等生理过程实现各元素的循环利用(2)自我调节该生态系统生物种类少,营养结构简单,自我调节能力很弱(3)通风、光线良好,但避免阳光直射能量流动是逐级递减的三、不定项选择题11.下列关于生态系统的稳定性和调节的叙述,错误的是(AB)A.“野火烧不尽,春风吹又生”主要体现生态系统具有抵抗力稳定性B.北极冻原生态系统的抵抗力稳定性弱,但恢复力稳定性强C.在“草→蚱蜢→蛙→蛇→鹰”这条食物链中,大量捕杀蛇,导致青蛙数量先升后降属于负反馈调节D.天气干旱时,草原生态系统中动植物种类和数量一般不会有太大变化,属于抵抗力稳定性解析:“野火烧不尽,春风吹又生”主要体现生态系统具有恢复力稳定性;北极冻原生态系统的抵抗力稳定性和恢复力稳定性都较弱。12.如图表示某生态系统受到一定程度的干扰后其稳定性的变化。下列分析正确的是(CD)A.S1越大,生态系统的抵抗力稳定性越低B.S2越小,生态系统的恢复力稳定性越低C.S3越小,生态系统的稳定