第5节 生态系统的稳定性

生物圈Ⅱ号实验室 生物圈2号是美国建于亚利桑那州图森市以北沙漠中的一座微型人工生态循环系统，因把地球本身称作生物圈1号而得此名，它由美国前橄榄球运动员约翰•艾伦发起，并与几家财团联手出资，委托空间生物圈风险投资公司承建，历时8年，耗资1 .5亿美元。

生物圈2号 1991年，8位科学家及其家人被送进“生物圈2号”，预期他们与世隔绝两年，可以靠吃自己生产的粮食，呼吸植物释放的氧气，饮用生态系统自然净化的水生存。但18个月之后，“生物圈二号”系统严重失去平衡：氧气浓度从21%降至14%，不足以维持研究者的生命，输入氧气加以补救也无济于事；原有的25种小动物，19种灭绝；为植物传播花粉的昆虫全部死亡，植物也无法繁殖。事后的研究发现：细菌在分解土壤中大量有机质的过程中，耗费了大量的氧气；而细菌所释放出的二氧化碳经过化学作用，被“生物圈二号”的混凝土墙所吸收，又打破了循环。

生物圈2号的启示 地球上生态系统内的生物间关系很复杂，目前人类还未全面了解生物间的协调性。它最重要的启示在于：在现代技术条件下,人类还无法模拟出类似地球的生存环境。地球仍是人类唯一的家园，目前最好的办法还是保护和利用好地球，进行环境保护和生态恢复是实现人类可持续发展的必由之路。

生态系统稳定性的概念 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。

　　少量砍伐森林中的树木，森林的结构功能会不会遭到破坏？

　　草原上适量放养牲畜，草原会被破坏吗？

　　适度捕捉生态系统中的动物，会不会导致种群严重减小，甚至灭绝呢？ 　　为什么这些生态系统在受到干扰后，仍能保持相对稳定呢？ 原因：生态系统的自我调节能力　

负反馈调节 鸟数目增加 鸟数目减少 鸟多吃害虫 鸟饥饿死亡 鸟食物增加 害虫减少 鸟少食吃害虫 害虫增加

生态系统的自我调节能力 有一定的限度

生态系统的稳定性来自抵抗力稳定性和恢复力稳定性两个方面。 　　由于生态系统具有自我调节能力，生态系统才能维持相对稳定。 生态系统的稳定性来自抵抗力稳定性和恢复力稳定性两个方面。

（一）抵抗力稳定性 抵抗力稳定性高的生态系统特征： 概念: 核心： “干扰”是指: “保持”是指原因: 生态系统具有一定的自动调节能力 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。 “抵抗干扰、保持原状” 破坏稳定状态的外界因素； 与干扰同时表现的系统内在 的自动调节能力。 生态系统具有一定的自动调节能力 抵抗力稳定性高的生态系统特征： 各营养级的生物种类多，食物网结构复杂，物质循环与能量流动的渠道多（营养结构复杂）。

北极苔原生态系统 北极苔原地衣、苔藓等 苔原地带没有乔木,其他植物长得也很矮小。在苔原的沼泽地区,长满了各种苔类, 其中地衣是极地苔原最典型的植物。苔原生态系统的消费者主要有驯鹿、麝牛、北极兔、旅鼠、北极狐和狼等,还有一些鸟类。那里几乎没有爬行动物和两栖动物,昆虫的种类也很少。

物种丰富的热带雨林Ⅰ 物种丰富的热带雨林Ⅱ 物种丰富的热带雨林 生态系统成分越多 营养结构越复杂 自动调节能力越大 抵抗力稳定性越高

（二）恢复力稳定性 概念： 核心： “破坏” “恢复” 恢复力稳定性高的生态系统特征： 生态系统受到外界干扰因素的破坏后恢复原状的能力。 “遭到破坏,恢复原状” 　“破坏” 　“恢复” 是指受外界因素影响使生态系统 较远地偏离了原来的稳定范围； 是指外界因素消除后， 生态系统重新建立稳定状态。 恢复力稳定性高的生态系统特征： 生物种类较少，繁殖快（营养结构简单）。

。 恢复力强 抵抗力弱 恢复力较弱 抵抗力强

抵抗力稳定性与恢复力稳定性的关系 对一个生态系统来说，抵抗力稳定性与恢复力稳定性往往存在相反关系。 稳定性 抵抗力稳定性 恢复力稳定性 　　对一个生态系统来说，抵抗力稳定性与恢复力稳定性往往存在相反关系。 抵抗力稳定性 恢复力稳定性 稳定性 生物量、生态系统复杂程度等 强调：上述看法也不完全合理，比较一个生态系统的两方面，必修强调条件，环境条件好，恢复力稳定性较高

思考：为什么要 提高生态系统的稳定性

触目惊心的淮河污染

生活垃圾 污水排放

五十年代淘米洗菜， 六十年代洗衣灌溉 七十年代水质败坏， 八十年代鱼虾绝代 九十年代拉稀生癌．．．．．．　　　　　　 ——一首广泛流传于淮河边的民谣

太湖蓝藻事件 从2007年5月29日开始，江苏省无锡市城区的市民突然发现，家中的自来水有一种异味，水的颜色也有变化。于是，市民纷纷抢购纯净水和面包，饮用水被污染的消息引起城市一片恐慌。这次无锡水污染的根源很快查明，罪魁是太湖蓝藻大面积暴发。

工业废水 生活污水 农田排水 汇集 池塘 湖泊 海湾(N . P元素增多) 有氧呼吸 藻类 浮游植物 浮游动物大量繁殖 死亡 生物遗体 需氧微生物分解 厌氧 微生物 有毒物质 鱼类其他水生生物死亡(水华或赤潮)

环保事件 2007初的这个冬天太诡异，候鸟懒得南飞，狗熊忘了冬眠，往昔万里飘雪的北国城市长春降雪量只有平常的十分之一，以至于亚冬会不得不实施人工造雪和人工降雪。2月5日，北京的最高气温蹿升至16摄氏度，创下这个城市自1840年有气象资料以来历史同期的最高纪录。 太湖蓝藻事件，5月29日，一场突如其来的饮用水危机降临到江苏省无锡市，其罪魁祸首就是太湖蓝藻。

走持续发展的道路需要一个适宜稳定的环境。 提高生态系统的稳定性 意 义 　　人类的生存离不开一个适宜稳定的环境。 　　人类的发展离不开一个适宜稳定的环境。 　　走持续发展的道路需要一个适宜稳定的环境。

思考：如何提高 生态系统的稳定性？

提高生态系统的稳定性 措 施 　　一方面要控制对生态系统干扰的程度，对生态系统的利用应适度，不应超过生态系统的自我调节能力。

提高生态系统的稳定性 措 施 　　另一方面，对人类利用强度大的生态系统，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。

生态系统总是朝着以下方向发展： 1. 生物种类 多样化 2. 营养结构 复杂化 3. 功能 完善化 最终生态系统达到成熟和稳定

能量流动 物质循环 较长时间保持动态平衡 生产者、 消费者、 分解者 相互制约、相互协调 生态平衡

生态球 现在有一种水晶球样的生态球作为家庭摆设。该球密闭，内装有水和两三条小鱼，底部有珊瑚、沙子等，并生长着一些水藻，妙在里面的小鱼、水藻常年都是活的。 为什么里面的生物能长时间存活？

课题：设计并制作生态缸，观察其稳定性。 1.在制作生态缸时，除了参考教材中的方法步骤外，还要注意以下几点: （1）生态缸可制作成封闭型，也可制作成开放型（即不加盖）。前者对生态系统的基本成分及其比例有着更严格的要求。 （2）生态缸中放置的生物必须具有较强的生活力，放置生物的数量要合适。 （3）为了使生态缸内的沙地保持干燥，可在沙土下铺垫一张塑料布，以防止缸中水（气）渗透上来。 （4）生态缸制作完毕后，应该贴上标签，在上面写上制作者的姓名与制作日期。

2. 观察生态缸的稳定性时，要注意以下几点: （1）设计一份观察记录表，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。 （4）依据观察记录，对不同生态缸进行比较、分析，说明生态缸中生态系统稳定性差异的原因。

课堂练习 基础题 1.（1）√；（2）×；（3）√。 2.自我调节能力最强的两个生态系统是（1、8）； 　人的作用突出的生态系统有（6、7、9、11）； 　陆地生态系统中抵抗力稳定性较强的是（1、2）， 　较弱的是（3、5、6、7、11）； 　水域生态系统在遭到较严重的破坏后，恢复较快的是 （4、9），恢复较慢的是（8）。 拓展题 提示：生态系统中的生物种类越多，食物链越复杂，系统的自我调节能力就越强；反之，生物种类越少，食物链越简单，则调节平衡的能力越弱。例如在马尾松纯林中，松毛虫常常会产生爆发性的危害；如果是针阔混交林，单一的有害种群不可能大发生，因为多种树混交，害虫的天敌种类和数量随之增加，进而限制了该种害虫的扩展和蔓延。

右图中，两条虚线之间的部分 表示生态系统功能正常的作用 范围。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； 曲线与正常范围之间所夹的面积可以作为总稳定性的定 量指标(TS)。下列说法正确的是 A．在正常作用范围内，生态系统中生物的种类和数量保持不变 B．在遭到干扰时，x、y值的大小与生物种类有关，与数量无关 C．对同一个生态系统来说，y值和x值之间呈正相关 D．TS值越大，这个生态系统的总稳定性越大

自我检测的答案和提示 一、概念检测 1.（1）×；（2）√；（3）√； （4）×；（5）√。 2.（1）B；（2）C。

3. （1）例如： （2）生态系统的信息传递

二、知识迁移 2.提示： （1）藻类数量减少；需氧型细菌大量繁殖，溶解氧随有机物被细菌分解而大量消耗。 （2）有机物分解后形成的大量的NH4+等无机盐离子，有利于藻类的大量繁殖。 （3）藻类通过光合作用释放氧气；有机物减少，需氧型细菌数量下降，因而对溶解氧的消耗量减少。 （4）河流中生物大量死亡，该生态系统的稳定性遭到破坏。

三、技能应用 2.放养赤眼蜂。因为喷洒高效农药，在消灭棉铃虫的同时，也会杀死大量的棉铃虫的天敌。棉铃虫失去了天敌的控制，就容易再度大发生。在棉田中放养赤眼蜂，由于棉铃虫和赤眼蜂在数量上存在相互制约的关系，因此，能够将棉铃虫的数量长期控制在较低水平。从这个角度看，这个方案有利于提高农田生态系统的稳定性。 四、思维拓展 （1）属于自养生物。（2）一般生态系统的能量来自太阳，由绿色植物进行光合作用固定，但深海热泉生态系统中的能量却是来自硫化物，由硫细菌通过氧化硫化物获得。（3）对于研究生命的起源和演化，研究地球上生态系统的结构、规律具有重要的意义。