5.5 生态系统的稳定性 学案1(人教版必修3)

第5课时生态系统的稳定性[目标导读]1.通过对教材P109～110的实例分析，理解生态系统的自我调节能力。2.阅读教材P110～111，区分抵抗力稳定性和恢复力稳定性，并简述提高生态系统稳定性的措施。3.设计并制作生态缸，观察其稳定性。[重难点击]1.生态系统的自我调节能力。2.抵抗力稳定性和恢复力稳定性。3.设计并制作生态缸，观察其稳定性。1．生态系统的结构包括组成成分、食物链和食物网，组成成分有非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者，食物网的复杂程度取决于有食物联系的生物的种类。2．生态系统的功能包括能量流动、物质循环、信息传递，其中单向流动的是能量流动，循环流动的是物质循环，双向传递的是信息传递。3．森林中，狼依据兔的气味去猎捕后者，兔依据狼的气味躲避猎捕，这说明信息传递能够调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定。4．在一个系统中，系统本身工作的效果，反过来又作为信息调节该系统的工作，这种调节方式叫做反馈调节。该调节是生命系统中非常普遍的调节机制，对于机体维持稳态具有重要意义。课堂导入2013年7月19日，安徽巢湖东半湖蓝藻爆发，双桥河入湖口、巢湖湿地及孙村、温村一带湖岸沿线蓝藻聚集，水体发出阵阵腥臭，部分水域蓝藻粘稠，几成冻湖。如何让巢湖修复它的结构和功能呢？今天我们共同学习生态系统的稳定性，探讨解决巢湖污染的方法。探究点一生态系统的自我调节能力稳态是生命系统的特征，所以生态系统也具有这种特征。阅读教材P109～110，结合材料思考下面的问题：1．材料1亚马逊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。材料2森林火灾(左)和火烧后的恢复(右)从材料1、2看出，生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力，叫做生态系统的稳定性。2．请完善下面一个亚马逊森林中食虫鸟种群和害虫种群之间调节关系的概念模型，并思考：(1)从食虫鸟种群和害虫种群数量相对稳定的过程分析，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。(2)该生态系统具有抑制或减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化的能力，这种能力称为负反馈调节，它在生态系统中普遍存在，是生态系统自我调节能力的基础。(3)该种调节方式只在生态系统中存在吗？答案不是，在生命系统的各个层次上均有体现。3．已经污染的湖泊中污染状况加剧，如下图：(1)从材料看出，该生态系统具有加速最初发生变化的那种成分所发生的变化的能力，这种能力称为正反馈调节，该实例说明生态系统的自我调节能力是有一定限度的。(2)正反馈调节一定向坏的方面发展吗？答案不一定，它还会使好的方面更好。归纳提炼1．生态系统稳态的理解(1)生态系统的稳态是系统发展的结果，生态系统的稳定性不是绝对稳定，而是指生态系统的结构与功能保持动态平衡状态。①结构相对稳定：动植物的种类和数量相对稳定。②功能相对稳定：物质与能量输入和输出相对平衡。③可打破重建：在遵循生态系统规律的前提下依据人类的需要，打破原有平衡，建立更加高效的平衡。(2)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。2．生态系统的自我调节能力主要表现在3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。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，常有食物链关系。第三，是生物与环境之间的相互调控。生态系统总是随着时间的变化而变化的，并与周围的环境有着很密切的关系。生态系统的自我调节能力是以内部生物群落为核心的，有着一定的承载力，因此生态系统的自我调节能力是有一定限度的。3．生态系统的负反馈调节和正反馈调节的比较比较负反馈调节正反馈调节作用是生态系统自我调节能力的基础，能使生态系统最初发生的那种变化向相反的方向发展，使生态系统达到并保持相对稳定加速生态系统最初所发生的变化，使生态系统向着更好或更坏的方向发展，即人们常说的良性循环或恶性循环结果抑制或减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化加速最初发生变化的那种成分所发生的变化活学活用1．判断下列关于负反馈调节的叙述的正误：(1)负反馈调节在生物群落中普遍存在，但在生物群落与无机环境之间不存在()(2)当农田里蚜虫的数量增多时，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)负反馈调节在生态系统中普遍存在，它是生态系统自我调节能力的基础()(4)森林中，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，这不属于负反馈调节()(5)动物的激素调节中也存在负反馈调节()(6)当外界干扰强度超过一定限度时，生态系统的自我调节能力将会丧失()答案(1)×(2)√(3)√(4)×(5)√(6)√解析负反馈调节是生态系统自我调节能力的基础，能使生态系统达到和保持平衡及稳定，它不仅存在于生态系统的生物群落之间，也存在于生物群落与无机环境之间，它的特点是通过自我调节能力，使生态系统内的种群数量保持相对平衡，这种调节往往是通过生物与生物之间的捕食关系来实现的。探究点二抵抗力稳定性和恢复力稳定性1．生态系统的稳定性可分为两种类型。它们之间既有区别又有联系。分析下面的材料，并完成问题。材料话说乾隆下江南时，到了苏州一水乡，看到小桥流水人家，别具风情。水乡人家上游淘米洗菜，下游洗澡洗衣，即便如此，水仍然很清澈。这番景象让乾隆大为惊奇。可是，他也发现苏州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，于是他立即下令严禁商贾平民在虎丘一带开设染坊。迫于官府的法令，虎丘一带原有的数十家染坊不得不搬迁至远离虎丘的苏州远郊，从此以后虎丘重现绿水青山。(1)水乡人家在河流中淘米洗菜、洗澡洗衣，河水能通过物理沉降、化学分解和微生物的分解，很快消除污染，使河流中的生物种类和数量没有受到明显的影响，说明河流生态系统具有一定的自我调节能力。(2)像苏州水乡的河水那样，生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构和功能保持原状的能力，叫做抵抗力稳定性。(3)众多染坊废水流入虎丘外围的河流，远远超出了它的自我调节能力，河流生态系统被破坏。(4)染坊停止排污后，被破坏的河流生态系统恢复到原状，这种能力叫做恢复力稳定性。2．材料在北极苔原生态系统中，动植物种类稀少，营养结构简单，其中生产者主要是地衣，其他生物大都直接或间接地依靠地衣来维持生活。假如地衣受到大面积破坏，整个生态系统就会崩溃。相反，在热带雨林中，动植物种类繁多，营养结构非常复杂，假如其中的某种植食性动物大量减少，它在食物网中的位置还可以由这个营养级的多种生物来代替，整个生态系统的结构和功能仍然能够维持在相对稳定的状态。由材料看出：生态系统中的组分越多，营养结构越复杂，自我调节能力越强，抵抗力稳定性就越高。热带雨林生态系统遭到破坏后恢复原状所需的时间长，所以恢复力稳定性较低。相反，生态系统中的组分越少，营养结构越简单，自我调节能力越差，抵抗力稳定性就越低。像北极苔原生态系统遭到破坏后恢复原状所需的时间短，所以恢复力稳定性较高。3．分析实例说明提高生态系统稳定性的措施(1)对森林生态系统的利用，要有计划地采伐，防止过度采伐，并且要伐种兼顾。由此说明提高生态系统的稳定性要控制对生态系统干扰的程度，对生态系统的利用应该适度，不应超过生态系统的自我调节能力。(2)农田生态系统需要不断地施肥、灌溉，控制病虫害，并且推广秸秆还田，以减少农田的输出。由此说明提高生态系统的稳定性，要对人类利用强度较大的生态系统实施相应的物质、能量投入，以保证生态系统内部结构与功能的协调。小贴士辨析生态系统抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性的关系(1)图中两条虚线之间的部分表示生态系统功能正常的作用范围。(2)y表示一个外来干扰使之偏离这一范围的大小，偏离的大小可以作为抵抗力稳定性的定量指标，偏离大说明抵抗力稳定性弱；反之，抵抗力稳定性强。(3)x可以表示恢复到原状态所需的时间，x越大，表示恢复力稳定性越弱；反之，恢复力稳定性越强。(4)TS表示曲线与正常范围之间所围成的面积，可作为总稳定性的定量指标，这一面积越大，则说明这个生态系统的总稳定性越弱。归纳提炼抵抗力稳定性和恢复力稳定性的比较抵抗力稳定性恢复力稳定性区别实质保持自身结构功能相对稳定恢复自身结构功能相对稳定核心抵抗干扰、保持原状遭到破坏、恢复原状影响因素一般地说，生态系统中物种丰富度越大，营养结构越复杂，抵抗力稳定性越高一般地说，生态系统中物种丰富度越小，营养结构越简单，恢复力稳定性越高联系①一般呈相反关系，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生态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。③二者之间及与营养结构的关系，如图所示：活学活用2．判断下列关于生态系统稳定性叙述的正误：(1)森林生态系统的抵抗力稳定性和恢复力稳定性都比草原生态系统高()(2)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()(3)在一块牧草地上通过管理提高某种牧草的产量后，其抵抗力稳定性一定提高()(4)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()(5)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()答案(1)×(2)√(3)×(4)√(5)√解析一般地说，生态系统的成分越单纯，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。抵抗力稳定性和恢复力稳定性一般呈相反的关系。牧草地上通过管理提高某种牧草的产量，可能会使杂草等其他植物的种类和数量减少，导致抵抗力稳定性降低。探究点三设计并制作生态缸，观察其稳定性设计并制作生态缸，观察其稳定性。请阅读教材P112后完成下列问题。1．实验原理(1)生态系统的稳定性与它的物种组成、营养结构和非生物因素都有密切的关系。(2)将少量植物，以这些植物为食的动物和其他非生物物质放入一个密封的玻璃缸中，便形成一个人工模拟的微型生态系统——生态缸。(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.实验流程3．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防止水温过高导致水生植物死亡归纳提炼1．生态缸稳定性观察的注意事项(1)首先设计一张观察记录表，内容包括植物、动物的生活情况、水质情况(由颜色变化进行判别)及基质变化等。(2)定期观察，同时做好观察记录。(3)如果发现生态缸中的生物已经全部死亡，说明此时该生态系统的稳定性已被破坏，记录下发现的时间。2．结果分析(1)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。(2)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。活学活用3．某生物学习小组的同学用河水、洗净的砂、黑藻、食草小鱼、广口瓶、凡士林等材料制作的生态瓶如图所示，据图回答下列问题：(1)图________中的生物存活的时间最长，图________中的稳定性最差，原因是________________________________________________________________________。(2)在制作生态瓶时常放入少量尿素，其作用是________________________________________________