生态系统的稳定及调节知识讲解

生态系统的稳态与调节

【学习目标】

1、区分生态系统的抵抗力稳定性和恢复力稳定性，明确二者的区别和联系。

2、阐明生态系统的自我调节能力。

3、概述生物多样性保护的意义和措施。

【要点梳理】

要点一、生态系统稳态（稳定性）的理解

生态系统的稳定性是生态系统发展到一定阶段，它的结构和功能能够保持相对稳定时，表现出来的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力，可从以下几方面来理解：

（1）结构的相对稳定：生态系统中动、植物种类及数量一般不会有太大的变化，一般相关种群数量呈现周期性变化，可用如下图曲线表示：

（2）功能的相对稳定：生物群落的能量输入与输出保持相对平衡，物质的输入与输出保持相对平衡。

要点二、生态系统的稳态（稳定性）

1、抵抗力稳定性

抵抗力稳定性是指生态系统抵抗外界干扰并使自身结构和功能保持原状的能力。生态系统的抵抗力稳定性是与生态系统的自动调节能力大小有关的。

2、恢复力稳定性

恢复力稳定性是指生态系统在遭到外界干扰因素的破坏以后恢复到原状的能力。如：人类活动能够破坏草原生态系统的稳定性，但当人类停止破坏活动后，草原在几年后会恢复原貌的现象。

一般来说，热带雨林抵抗干扰和保持稳定状态的能力比苔原生态系统强。但是，热带雨林一旦受到严重破坏（如过度采伐），它要恢复到原状的时间就非常漫长；而苔原生态系统在受到严重破坏后，恢复时间就比较短。这就是说，就抵抗力稳定性来说，热带雨林比苔原高；而就恢复力稳定性来说，苔原则比热带雨林高。就同一类型的生态系统来说，抵抗力和恢复力也因生态系统所处的发育阶段而有差别。一般来说，顶极群落的抵抗力强，恢复能力弱；发展中的群落的恢复力强，抵抗力弱。

3、抵抗力稳定性和恢复力稳定性的关系

抵抗力稳定性恢复力稳定性影响因素

生态系统的成分越复杂，

抵抗力稳定性越强

生态系统的成分越简单，则越容易恢复，与自身调

节能力有关

联系

（1）相反关系，抵抗力稳定性强的生态系统，恢复力稳定性差，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右图所示

要点三、生态系统稳态的调节

1、含义

当生态系统某一成分发生变化的时候，它必然会引起其他成分出现一系列的相应变化，这种变化又反过来影响最初发生变化的那种成分的现象。其中包括正反馈和负反馈，负反馈调节在生态系统中普遍存在。

2、负反馈调节

（1）作用：是生态系统自我调节能力的基础，能使生态系统达到和保持平衡的状态。

（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：森林中的食虫鸟和害虫的数量变化。

3、正反馈调节

（1）作用：使生态系统远离平衡状态。

（2）结果：加速最初发生变化的那种成分所发生的变化。

（3）实例：若一个湖泊受到了污染，鱼类的数量就会因为死亡而减少，鱼体死亡腐烂后又会进一步加重污染并引起更多鱼类死亡。因此，由于正反馈的作用，污染会越来越严重，鱼类的死亡速度也会越来越快。

4、生态系统的自动调节能力与生态系统营养结构的关系

生态系统的稳定性常常与生态系统的营养结构联系起来考虑，因此把握食物链、食物网中各种生物之间的变化关系尤为重要。其特点如下：

（1）食物链越短，营养结构越稳定。

（2）生产者越多，营养结构越稳定。

（3）生物种类越多，营养结构越稳定。

（4）生物关系越复杂，营养结构越稳定。

这四点要综合考虑。

要点诠释：

①生态系统的自动调节能力与自身的成分和营养结构呈正相关。

②生态系统的自动调节能力与抵抗力稳定性呈正相关，与恢复力稳定性呈负相关。

③抵抗力稳定性高低比较：海洋生态系统>热带雨林>温带草原>极地荒漠。恢复力稳定性正好与其相反。

④某一生态系统在彻底破坏之前，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，如河流收到轻度污染的净化；若遭到彻底破坏，则恢复过程应视为恢复力稳定性，如火灾后草原的恢复等。

5、生态缸的设计制作及结果的观察与分析

（1）制作小生态缸的目的：探究生态系统保持相对稳定的条件。

（2）小生态缸的设计要求及分析。

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活力，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。

成分单纯

营养结构简单

自动调节能力小

抵抗力稳定性低

（例如：北极苔原）

决定因素

成分复杂

营养结构复杂

自动调节能力大

抵抗力稳定性高

（例如：热带雨林）

决定因素

（3）生态缸稳定性观察与分析。

①观察稳定性，可通过观察动植物的生活情况、水质变化、基质变化等判断生态系统的稳定性。

②生态缸中虽然成分齐全，生产者、消费者和分解者之间可以进行能量流动和物质循环，但是由于生态缸中的生态系统极为简单，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。因此，生态缸内的生物只能保持一定时间的活性。

③如果生态缸是一个开放的生态系统，则生态系统的成分复杂，自我调节、自我修复和自我延续的能力强，在没有巨大外界环境干扰的情况下会长期保持相对稳定。

6、提高生态系统的稳定性的措施

①保持与提高生物数量,保护生物多样性（生物多样性包括：物种多样性、遗传多样性、生态系统多样性）

② 对生态系统的利用要适度，不能超过其自动调节能力。

要点四、生态环境的保护

1、全球性的环境问题

生态环境的特点：生态环境具有全球性，主要原因是因为物质循环的全球性。

（1）温室效应。

①温室气体：CO2、CH4、氮的氧化物等气体，其中CO2是主要气体，约占60％左右。

②原理：温室气体层可以让阳光、可见光透过，但对地球向宇宙释放的红外线起阻碍作用，并吸收转化为热量，使地球表面温度升高。

③主要来源：煤、石油、泥炭等化石燃料的大量燃烧。

④主要危害：全球变暖，冰川融化，海平面上升，干旱范围扩大。

⑤预防措施：大力植树种草；减少化石燃料燃烧，开发洁净新能源

（2）臭氧层破坏

①臭氧层作用：阻挡日光中大部分紫外线，使生物能够登陆成功，并在陆地上正常地存活下去。

②破坏原因：氟利昂等物质的大量排放。

③机理：氟利昂遇紫外线即放出氯，氯破坏臭氧分子的能力极强，一个氯原子能破坏10万个臭氧分子。

④危害：皮肤癌和白内障患病率上升，植物光合作用受到抑制。

（3）酸雨

①形成原因：主要是硫的氧化物溶于雨水而降落至土壤或水体中，酸雨雨水的pH＜5.6。

②来源：煤、石油等化石燃料的大量燃烧，森林火灾等。

③危害：植物种子发芽率和幼苗成熟率降低，影响光合作用效率；鱼卵不能正常孵化；危害建筑物及工业设备；引起人的呼吸道疾病。

（4）海洋污染

①来源：生活污水、工业污水进入水体，海洋运输时石油泄漏和倾倒污染物。

②表现：富营养化。

③结果：若表现在海洋中称为赤潮，若表现在湖泊等淡水流域称为水华。

（5）土地荒漠化

①原因：植被破坏是土地荒漠化的主要原因，如草原的过度放牧，草原植被遭到破坏；有益动物大量减少，病虫害严重，使草原植被退化；原始森林和三北防护林被破坏。

②后果：沙尘暴遮天蔽日，毁坏力极强。

③治理措施：合理利用和保护现有草原；部分地区退耕还林、还草；大量营造草场、灌木林和防护林，以林护草，草林结合。（6）水资源短缺

（7）生物多样性锐减

原因：生存环境的改变和破坏；掠夺式地开发和利用；环境污染；外来物种入侵或引种到缺少天敌的地区。

2、生物多样性及其原因分析

（1）多样性内涵（三层次）

遗传多样性：指遗传信息的总和，包括地球上所有动物、植物、微生物个体的基因

↓

物种多样性：指地球上生命有机体的多样性，目前被描述的物种约175万种

（2）多样性原因分析。 ①从分子水平看：

②从进化角度看：

物种多样性与生态系统多样性主要是生物的不定向变异与定向选择在进化过程中共同作用的结果。 3、生物多样性的价值、保护与利用 （1）多样性价值分类。

潜在价值：目前人类尚不清楚的价值

间接价值（生态价值）：如生物多样性在水土保持、蓄洪防旱、气候调节等方面的作用 直接价值：如食用、药用、工业原料、观赏、科研等 （2）生物多样性的保护。

①保护生物多样性关键是协调好人类与生态环境的关系 a ．控制人口增长；b ．合理利用资源；c ．防治环境污染。 此外还要加强立法及宣传活动。 ②具体保护措施。

a ．就地保护：主要指建立自然保护区或风景名胜区，这是最有效的保护措施。

b ．易地保护：从原地迁出，在异地建立植物园、动物园、濒危动物繁育中心。

C ．利用生物技术保护：建立精子库、种子库——保护濒危物种的基因；利用人工授精、组织培养、胚胎移植——保护珍稀濒危物种。

③坚持“可持续发展”和“合理利用”是最好的保护 对于生物多样性的保护与利用要防止两个极端： a ．避免盲目掠夺式开发利用，坚持可持续发展的观念。

b ．避免禁止开发和利用，坚持合理开发是最好的保护，如规定禁渔期和禁渔区、退耕还林（草、湖）等。 【典型例题】

类型一：生态系统的稳态（稳定性）

例1、下列有关生态系统稳定性的说法正确的是（ ）。

A ．生态系统稳定性是指生态系统所具有的保持自身结构和功能相对稳定的能力

B ．森林生态系统的恢复力稳定性较强

C ．草原生态系统的恢复力稳定性比森林生态系统弱

D ．在草原上适当栽种防护林，可以有效地提高草原生态系统的抵抗力稳定性 【答案】D

【解析】选项A 只阐明了生态系统保持自身结构和功能相对稳定的能力，还应包括恢复自身结构和功能相对稳定的能力。选项B 森林生态系统受破坏后恢复能力较弱。选项C 草原比森林受破坏后更易恢复。选项D 在草原上适当栽种防护林后，使草原生态系统结构更复杂，具备一定的防风固沙能力，因而能有效地提高草原生态系统的抵抗力稳定性。 【总结升华】本题考查生态系统的稳定性，考查同学们的理解能力。 【举一反三】： 【变式一】

自然条件下，生态系统能够在一段时间内保持稳定性，其主要原因是（ ）。 A ．具有复杂的营养结构 B ．能量的收支随季节而波动

DNA （基因）的多样性 （根本原因） 转录

翻译

蛋白质多样性

（直接原因）

生物性状多样性

（即生物多样性）

C．物质循环和能量流动能反复进行

D．生态系统具有一定的自动调节能力

【答案】D

【解析】生态系统发展到一定阶段，能够在一段时间内保持相对的稳定性，主要在于生态系统具有一定的维持自身相对稳定的能力，即一定的自动调节能力。

【变式二】

农田生态系统比自然生态系统恢复力稳定性高的原因是（）。

A．人的作用非常突出

B．需要人类不断地播种、施肥、灌溉、田间管理等劳动

C．种植的植物种类少，营养结构简单

D．其产品运输到系统以外

【答案】C

类型二：生态系统稳定性的原理应用

例2、水族箱是一个人工生态系统，请运用已学知识说明水族箱的设计原理：

（1）水族箱至少一面由透明材料制成，原因是________。

（2）水族箱一般在较长时间内不需要喂食和通氧，请说明其原因。

（3）水族箱中应包括哪些生物类群?它们分别起什么作用？

（4）应按照什么规律来设计水族箱中各类生物的数量并请说明原因。

【答案】

（1）水族箱内的绿色植物需光才能正常生活

（2）一是绿色植物的光合作用可以释放氧气，为系统供氧；二是生产者为消费者提供食物，生产者和消费者同时为分解者提供食物，分解者又为生产者提供光合作用所需的无机物，这样的物质循环可以维持较长时间。

（3）水族箱内应包括：①生产者（水生绿色植物）；②消费者（水生动物等）；③分解者（异养腐生生物）。

（4）应按照十分之一规律来设计，因为一个种群的物质和能量其90％被自身所消耗，遗留的约10％可以被高一营养级的种群所利用，所以水族箱中绿色植物的数量应是植物性动物的10倍，植食性动物的数量应是肉食性动物的10倍。

【解析】水族箱的设计应按照设计生态系统的一般方法进行，关键是要使生态系统内的物质循环和能量流动能正常进行，而且要有外援性的能量补充。在封闭系统内物质循环无损失，但能量有不断地向外辐射的过程。生态系统各构成成分必须是完整的，数量可以少些，但不能缺乏，否则生态系统将无法维持正常运行。

【举一反三】：

【变式一】图甲是两个农业生态系统的结构模式图。图a中农作物为人类提供的食物量、为家禽和家畜提供的饲料量，都与图b相同。

（1）请根据图a、图b所示生态系统的结构，在图乙中用箭头完成这两个生态系统的能量流动图解（各种生物的呼吸作用耗能和图中未标出的分解者耗能可不标出）。

（2）图________所示生态系统的能量能够更多地被人类利用，原因是________。

【答案】

（2）b，图b所示生态系统中流向分解者的能量，还有一部分可以以生活能源或食物中化学能的形式被人类再度利用

【解析】图a为普通的农业生态系统结构模式图。图b为新兴的“生态农业”结构模式图，它是一个人工建立的高产稳定农业生态系统。若与图a相比，在图b的系统中建立起了更加有益于人类的新生态平衡。图b的生态系统最突出的特点就是流向分解者的能量，并不是全部以分解者的呼吸热而散失，其中有一部分进入分解者的代谢产物之一——沼气中，这部分化学能可以为人类的生活提供能源；另外，还有一部分流向分解者的能量为食用菌所利用，以食物中化学能的形式又被人类再利用。

【变式二】

下图是一个较为理想的人工生态系统。鸡粪中含有较多的营养物质，未被利用，干制后添加其他饲料可以喂猪。猪粪可以用来“笼养蝇蛆”，又可作为农田肥料，蝇蛆还可用来喂鸡和养蝎子。请分析说明：

（1）建立这一人工生态系统的目的是________。

（2）在该人工生态系统中起决定作用的是________。

（3）猪粪经过________作用被植物利用。猪粪中的氨经过________作用，形成________，被植物吸收。

（4）该人工生态系统功能的维持，取决于它的动态平衡。

【答案】

（1）最充分地强调能量流动关系，使能量流向对人类最有益的部分

（2）农作物

（3）分解者的分解硝化细菌的化能合成硝酸盐

（4）物质循环和能量流动

【解析】图示的人工生态系统注重物质和能量的多层分级利用，系统物质转换率高，使能量尽量多地流向对人类有益的部分。

类型三：生态环境的保护

例3、下列关于生物多样性的叙述,正确的是（）

A. 生态系统多样性是物种多样性的保证

B. 各种中药材的药用功能体现了生物多样性的间接价值

C. 大量引进国外物种是增加当地生物多样性的重要措施

D. 混合树种的天然林比单一树种的人工林更容易被病虫害毁灭

【答案】A

【解析】中药材的药用功能体现了生物多样性的直接价值，B错误。大量引进外国物种，可能会造成生物入侵，降低本地生物多样性，C错误。混合林比单一林物种更加丰富，抵抗力稳定性更强，不易被病虫害毁灭，D错误。

【总结升华】本题考查生物多样性的相关知识。

【举一反三】：

【变式一】

下列关于生物多样性的叙述，错误

．．的是

A.生态系统中捕食者的存在可以促进物种多样性的提高

B.把沼泽地改造成人造林是增加生物多样性的重要手段

C.花费大量人力物力保护无经济价值的物种是为人类生存发展保留空间

D.农田是具有高度目的性的人工生态系统，清除杂草与保护生物多样性的原则不矛盾

【答案】B

【解析】捕食者往往捕食个体数量多的物种，使其它物种的生存阻力减小 , 可以促进物种多样性的提高，A项正确；把沼泽地改造成人造林是降低生物多样性，故B错误；无经济价值的物种还有间接价值和潜在价值，保护生物多样性才能实现可持续发展，故C项正确；农田人工生态系统运行的目的不是为维持自身的平衡，而是为满足人类的需要。清除杂草是为了使能量尽可能流向对人类有益的农作物，故D正确。