第二章第五節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的特性生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性

1、一一 生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)二二 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動生態(tài)系統(tǒng)的能量流動三三 生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)物質(zhì)循環(huán)五五 生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性生生態(tài)態(tài)系系統(tǒng)統(tǒng)四四 生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞前面我們學習了生態(tài)系統(tǒng)的類型、結(jié)構(gòu)和前面我們學習了生態(tài)系統(tǒng)的類型、結(jié)構(gòu)和功能。既然人類弄清了各種生態(tài)系統(tǒng)的成分，功能。既然人類弄清了各種生態(tài)系統(tǒng)的成分，結(jié)構(gòu)，也知道了它們?nèi)绾瓮ㄟ^能量流動和物質(zhì)結(jié)構(gòu)，也知道了它們?nèi)绾瓮ㄟ^能量流動和物質(zhì)循環(huán)建立起有機的聯(lián)系，形成一個統(tǒng)一的整體。循環(huán)建立起有機的聯(lián)系，形成一個統(tǒng)一的整體。那么，人類能否在生物圈之外建造一個適于人那么，人類能否在生物圈之外建造

2、一個適于人類長期生活的生態(tài)系統(tǒng)呢？類長期生活的生態(tài)系統(tǒng)呢？ 思考思考美國的科學家們做了這樣的實驗。美國的科學家們做了這樣的實驗。 生物圈生物圈號是號是19911991年在美國建立的一個占地約年在美國建立的一個占地約1200012000平方米的巨大溫室。在內(nèi)部建造了平方米的巨大溫室。在內(nèi)部建造了5 5種模擬世界的種模擬世界的各地景觀的野生生物群落。從各地景觀的野生生物群落。從19911991年年9 9 月月2626日起的兩年日起的兩年中，美國科學界進行了人工生物圈實驗。八名男女科學中，美國科學界進行了人工生物圈實驗。八名男女科學家自愿住進了一個由玻璃和鋼架建成的家自愿住進了一個由玻璃和鋼架建成的

3、3.13.1英畝的人造英畝的人造小世界里，從事兩年的生態(tài)實驗。除了一部電傳機和電小世界里，從事兩年的生態(tài)實驗。除了一部電傳機和電能供給外，他們與外界完全隔離，而且，除患嚴重疾病能供給外，他們與外界完全隔離，而且，除患嚴重疾病外，任何人不得離開這個地方。這項實驗被稱為生物圈外，任何人不得離開這個地方。這項實驗被稱為生物圈二號。二號。 生物圈生物圈號號 生物圈二號就像一個巨大的生態(tài)球，在拱型玻璃罩生物圈二號就像一個巨大的生態(tài)球，在拱型玻璃罩下，里面有下，里面有3 8003 800種動植物。此外還有湖泊、沙漠、樹種動植物。此外還有湖泊、沙漠、樹林、草地和農(nóng)田、樓房，以及制造人工風雨的裝置。林、草地和

4、農(nóng)田、樓房，以及制造人工風雨的裝置。 兩年里，八位科學家要親自飼養(yǎng)家禽、牲畜，兩年里，八位科學家要親自飼養(yǎng)家禽、牲畜，種植農(nóng)作物，方能維持生活。在這里，任何東西種植農(nóng)作物，方能維持生活。在這里，任何東西也不會浪費，都會循環(huán)使用，比如人吸入氧氣呼也不會浪費，都會循環(huán)使用，比如人吸入氧氣呼出二氧化碳，綠色植物進行光合作用則正好相反。出二氧化碳，綠色植物進行光合作用則正好相反。任何農(nóng)藥都嚴禁使用，莊稼有病蟲害，將用瓢蟲、任何農(nóng)藥都嚴禁使用，莊稼有病蟲害，將用瓢蟲、黃小蜂進行生物防治。黃小蜂進行生物防治。 在這個生物圈里，科學家將對生態(tài)環(huán)境嚴格在這個生物圈里，科學家將對生態(tài)環(huán)境嚴格控制。如果食草動物過

5、多，將引起草地破壞，就控制。如果食草動物過多，將引起草地破壞，就必須獵食一些食草動物，如果一種植物滅亡了，必須獵食一些食草動物，如果一種植物滅亡了，他們將取出試管內(nèi)儲存的植物細胞，重新培養(yǎng)。他們將取出試管內(nèi)儲存的植物細胞，重新培養(yǎng)?？茖W家們需要進行大量的實驗，才能維持生存、科學家們需要進行大量的實驗，才能維持生存、凈化環(huán)境，稍有不慎，生態(tài)危機就會出現(xiàn)。凈化環(huán)境，稍有不慎，生態(tài)危機就會出現(xiàn)。 但但1818個月之后，個月之后，“生物圈二號生物圈二號”系統(tǒng)嚴重失系統(tǒng)嚴重失去平衡：氧氣濃度從去平衡：氧氣濃度從21%21%降至降至14%14%，不足以維持研，不足以維持研究者的生命，輸入氧氣加以補救也無濟

6、于事；原究者的生命，輸入氧氣加以補救也無濟于事；原有的有的2525種小動物，種小動物，1919種滅絕；為植物傳播花粉的種滅絕；為植物傳播花粉的昆蟲全部死亡，植物也無法繁殖。事后的研究發(fā)昆蟲全部死亡，植物也無法繁殖。事后的研究發(fā)現(xiàn)：細菌在分解土壤中大量有機質(zhì)的過程中，耗現(xiàn)：細菌在分解土壤中大量有機質(zhì)的過程中，耗費了大量的氧氣；而細菌所釋放出的二氧化碳經(jīng)費了大量的氧氣；而細菌所釋放出的二氧化碳經(jīng)過化學作用，被過化學作用，被“生物圈二號生物圈二號”的混凝土墻所吸的混凝土墻所吸收，又打破了循環(huán)。收，又打破了循環(huán)。 生物圈二號實驗為世界矚目，因為這項實驗生物圈二號實驗為世界矚目，因為這項實驗的成功不僅將

7、對人類面臨的環(huán)境危機、能源危機的成功不僅將對人類面臨的環(huán)境危機、能源危機提出有意義的解決途徑，而且可以有效利用現(xiàn)有提出有意義的解決途徑，而且可以有效利用現(xiàn)有資源，向宇宙空間、沙漠、海底進軍。資源，向宇宙空間、沙漠、海底進軍。 “生物圈生物圈號號”實驗室實驗室1.1.科學家們?yōu)槭裁匆ㄔ炜茖W家們?yōu)槭裁匆ㄔ臁吧锶ι锶III號號”并進行并進行實驗呢？實驗呢？ 深入研究生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，并試驗人類深入研究生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，并試驗人類離開地球能否生存離開地球能否生存 2.2.在在“生物圈生物圈IIII號號”中模擬生物圈建立了哪些生中模擬生物圈建立了哪些生態(tài)系統(tǒng)？里面有哪些成分？態(tài)系統(tǒng)？里

8、面有哪些成分？ 有微型的森林、沙漠、農(nóng)田、海洋、溪流；里有微型的森林、沙漠、農(nóng)田、海洋、溪流；里面有土壤、水源、空氣、太陽光，多種多樣的面有土壤、水源、空氣、太陽光，多種多樣的動植物和微生物等成分。非生物的物質(zhì)和能量、動植物和微生物等成分。非生物的物質(zhì)和能量、生產(chǎn)者、消費者和分解者應有盡有。生產(chǎn)者、消費者和分解者應有盡有。3.3.八位科學家原打算在八位科學家原打算在“生物圈生物圈IIII號號”中自給自足中自給自足生活兩年，為什么中途撤出了？這個實驗過程中生活兩年，為什么中途撤出了？這個實驗過程中出現(xiàn)了什么問題？出現(xiàn)了什么問題？ 由于土壤中的碳與氧氣反應生成二氧化碳，由于土壤中的碳與氧氣反應生成

9、二氧化碳，部分二氧化碳又與建部分二氧化碳又與建“生物圈生物圈IIII號號”的混凝土中的混凝土中的鈣反應生成碳酸鈣，導致氧氣含量由的鈣反應生成碳酸鈣，導致氧氣含量由2121下下降到降到1414，二氧化碳含量猛增。，二氧化碳含量猛增。 昆蟲中除了白蟻、蟑螂和蟈蟈外基本死亡，昆蟲中除了白蟻、蟑螂和蟈蟈外基本死亡，食物鏈等營養(yǎng)結(jié)構(gòu)聯(lián)系中斷。食物鏈等營養(yǎng)結(jié)構(gòu)聯(lián)系中斷。靠花粉傳播繁殖的植物都滅絕了，糧食嚴靠花粉傳播繁殖的植物都滅絕了，糧食嚴重減產(chǎn)。重減產(chǎn)。 少量砍伐森林中的樹木，森林的少量砍伐森林中的樹木，森林的結(jié)構(gòu)功能不會破壞。結(jié)構(gòu)功能不會破壞。草原上適量放養(yǎng)牲畜，草原不至草原上適量放養(yǎng)牲畜，草原不至于

10、破壞。于破壞。適度捕捉生態(tài)系統(tǒng)中的動物，適度捕捉生態(tài)系統(tǒng)中的動物，也不會導致種群嚴重減小，更不也不會導致種群嚴重減小，更不會滅絕。會滅絕。生態(tài)系統(tǒng)中的生物既有出生也有死亡，生態(tài)系統(tǒng)中的生物既有出生也有死亡，既有遷入也有遷出；陽光、溫度、水分等無既有遷入也有遷出；陽光、溫度、水分等無機環(huán)境因素也在不斷地改變。機環(huán)境因素也在不斷地改變。生態(tài)系統(tǒng)在不斷地發(fā)展變化著。但對于生態(tài)系統(tǒng)在不斷地發(fā)展變化著。但對于一個相對成熟的生態(tài)系統(tǒng)來說，系統(tǒng)中的各一個相對成熟的生態(tài)系統(tǒng)來說，系統(tǒng)中的各種變化只要不超出一定限度，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)種變化只要不超出一定限度，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能就不會發(fā)生大的改變。構(gòu)與功能就不會發(fā)生

11、大的改變。這，就是生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性這，就是生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性! !生態(tài)系統(tǒng)具有保持或恢復自身結(jié)構(gòu)和功能生態(tài)系統(tǒng)具有保持或恢復自身結(jié)構(gòu)和功能相對穩(wěn)定的能力，叫生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。相對穩(wěn)定的能力，叫生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念一、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要方面主要方面抵抗力穩(wěn)定性抵抗力穩(wěn)定性恢復力穩(wěn)定性恢復力穩(wěn)定性原因原因: : 生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部具有一定的自我調(diào)節(jié)能力生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部具有一定的自我調(diào)節(jié)能力! !這種能力是通過生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部這種能力是通過生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部 來實現(xiàn)的。來實現(xiàn)的。反饋機制反饋機制1.1.負反饋負反饋負反饋是比較常見的一種反饋，它的作用是能使負反饋

12、是比較常見的一種反饋，它的作用是能使生態(tài)系統(tǒng)達到和保持穩(wěn)態(tài)，反饋的結(jié)果是抑制和生態(tài)系統(tǒng)達到和保持穩(wěn)態(tài)，反饋的結(jié)果是抑制和減弱最初發(fā)生變化的那種成分所發(fā)生的變化減弱最初發(fā)生變化的那種成分所發(fā)生的變化在生態(tài)系統(tǒng)中關(guān)于正反饋的例子不多，例如，有在生態(tài)系統(tǒng)中關(guān)于正反饋的例子不多，例如，有一個湖泊受到了污染，魚類的數(shù)量就會因為死亡一個湖泊受到了污染，魚類的數(shù)量就會因為死亡而減少，魚類死亡的尸體腐爛，又會進一步加重而減少，魚類死亡的尸體腐爛，又會進一步加重污染，引起更多的魚類的死亡。污染，引起更多的魚類的死亡。 2.2.正反饋正反饋生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力是無限的嗎？生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力是無限的嗎？ 不是

13、！例如：不是！例如： 生態(tài)系統(tǒng)抵抗外界干擾使自身結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)抵抗外界干擾使自身結(jié)構(gòu)功能維持原狀的能力。功能維持原狀的能力。二、抵抗力穩(wěn)定性和恢復力穩(wěn)定性二、抵抗力穩(wěn)定性和恢復力穩(wěn)定性生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的兩大內(nèi)容生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的兩大內(nèi)容1 1、抵抗力穩(wěn)定性、抵抗力穩(wěn)定性2 2、恢復力穩(wěn)定性、恢復力穩(wěn)定性 生態(tài)系統(tǒng)受到外界干擾使自身結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)受到外界干擾使自身結(jié)構(gòu)功能破壞后恢復原狀的能力。功能破壞后恢復原狀的能力。抵抗力很強抵抗力很強抵抗力較弱抵抗力較弱抵抗力很強抵抗力很強抵抗力較弱抵抗力較弱抵抗力很強抵抗力很強抵抗力較弱抵抗力較弱抵抗力穩(wěn)定性高的生態(tài)系統(tǒng)特征：抵抗力穩(wěn)定性高的生態(tài)系統(tǒng)特征：、各營養(yǎng)

14、級的生物種類多，食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)復雜、各營養(yǎng)級的生物種類多，食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)復雜、各營養(yǎng)級的生物數(shù)量多，占有的能量多、各營養(yǎng)級的生物數(shù)量多，占有的能量多、生物代謝旺盛，能通過代謝消除各種、生物代謝旺盛，能通過代謝消除各種 干擾造成的不利影響。干擾造成的不利影響。來來源源抵抗力穩(wěn)定性抵抗力穩(wěn)定性、生物的種類、數(shù)量多，一定外來干擾、生物的種類、數(shù)量多，一定外來干擾 造成的變化占總量的比例小。造成的變化占總量的比例小。、能量流動與物質(zhì)循環(huán)的途徑多，一條、能量流動與物質(zhì)循環(huán)的途徑多，一條 途徑中斷后還有其他途徑來代替。途徑中斷后還有其他途徑來代替?；謴土娀謴土娀謴土θ趸謴土θ趸謴土θ趸謴土θ趸謴土^弱恢復力較

15、弱抵抗力很強抵抗力很強抵抗力較弱抵抗力較弱對一個生態(tài)系統(tǒng)來說，抵抗力穩(wěn)定性與恢對一個生態(tài)系統(tǒng)來說，抵抗力穩(wěn)定性與恢復力穩(wěn)定性存在相反關(guān)系。復力穩(wěn)定性存在相反關(guān)系。抵抗力抵抗力穩(wěn)定性穩(wěn)定性恢復力恢復力穩(wěn)定性穩(wěn)定性穩(wěn)穩(wěn)定定性性生物量、生態(tài)系統(tǒng)復雜程度等生物量、生態(tài)系統(tǒng)復雜程度等抵抗力穩(wěn)定性與恢復力穩(wěn)定性的關(guān)系抵抗力穩(wěn)定性與恢復力穩(wěn)定性的關(guān)系相反相反人類的生存離不開一個適宜人類的生存離不開一個適宜穩(wěn)定的環(huán)境。穩(wěn)定的環(huán)境。人類的發(fā)展離不開一個適宜人類的發(fā)展離不開一個適宜穩(wěn)定的環(huán)境。穩(wěn)定的環(huán)境。走持續(xù)發(fā)展的道路需要一個走持續(xù)發(fā)展的道路需要一個適宜穩(wěn)定的環(huán)境。適宜穩(wěn)定的環(huán)境。保持與提高生物的數(shù)量，保護生物

16、的保持與提高生物的數(shù)量，保護生物的多樣性，提高生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性。多樣性，提高生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性。保護草本、苔蘚、地衣等耐性強，繁保護草本、苔蘚、地衣等耐性強，繁殖快的小植物和各種小型動物，提高生態(tài)殖快的小植物和各種小型動物，提高生態(tài)系統(tǒng)的恢復力穩(wěn)定性。系統(tǒng)的恢復力穩(wěn)定性。保護和建設(shè)多種不同類型的局部生態(tài)保護和建設(shè)多種不同類型的局部生態(tài)系統(tǒng)，形成互補生態(tài)。提高生態(tài)系統(tǒng)的綜系統(tǒng)，形成互補生態(tài)。提高生態(tài)系統(tǒng)的綜合穩(wěn)定性。合穩(wěn)定性。實驗實驗: :制作生態(tài)缸，觀察穩(wěn)定性（微生態(tài)系統(tǒng)）制作生態(tài)缸，觀察穩(wěn)定性（微生態(tài)系統(tǒng)）( (一一) )原理：原理：1 1、微生態(tài)系統(tǒng)的成分包括非生物的物質(zhì)和、微生

17、態(tài)系統(tǒng)的成分包括非生物的物質(zhì)和能量、生產(chǎn)者、消費者、分解者，缺少其能量、生產(chǎn)者、消費者、分解者，缺少其中一個或多個對生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性會造成中一個或多個對生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性會造成不同程度的影響；不同程度的影響；2 2、微生態(tài)系統(tǒng)應考慮不同營養(yǎng)級生物之間、微生態(tài)系統(tǒng)應考慮不同營養(yǎng)級生物之間合適比例，否則對物質(zhì)循環(huán)、能量流動會合適比例，否則對物質(zhì)循環(huán)、能量流動會造成一定程度的影響，影響其穩(wěn)定性。造成一定程度的影響，影響其穩(wěn)定性。（二）材料（二）材料（三）實驗過程及注意事項（三）實驗過程及注意事項1 1、生態(tài)缸可以制成封閉型或開放型，前者其、生態(tài)缸可以制成封閉型或開放型，前者其成分及比例更為嚴格，外界只

18、提供光能成分及比例更為嚴格，外界只提供光能（提供散射光，不能直射強光）；（提供散射光，不能直射強光）；2 2、放置生物一般必須有強生活力，數(shù)量適合；、放置生物一般必須有強生活力，數(shù)量適合；3 3、使沙土保持干燥，可在沙土上下鋪墊一層、使沙土保持干燥，可在沙土上下鋪墊一層塑料布。塑料布。（四）實驗結(jié)果觀察（實驗指標）（四）實驗結(jié)果觀察（實驗指標）1 1、包括植物、動物生活情況：種類、數(shù)量、包括植物、動物生活情況：種類、數(shù)量、生活能力、水質(zhì)情況（顏色）及基質(zhì)變化；生活能力、水質(zhì)情況（顏色）及基質(zhì)變化；2 2、定期觀察；、定期觀察；3 3、記下生態(tài)系統(tǒng)全部生物死亡、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)、記下生態(tài)系統(tǒng)全部生物死亡、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性破壞的時間；定性破壞的時間；4 4、注意設(shè)置對照，分析不同成分或條件對生、注意設(shè)置對照，分析不同成分或條件對生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。1 1生