版高中生物 第4章 生物与环境的协调发展 第1节 生态系统是一个相对稳定的系统 第.docx

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版高中生物第4章生物与环境的协调发展第1节生态系统是一个相对稳定的系统第

第5课时　生态系统的相对稳定性和生物圈

[目标导读]　1.阅读教材P103～104，结合图4－20和图4－21，分析生态系统稳定性的概念，了解两种稳定性的含义和关系。

2.结合教材P104～105的模拟实验，探究生物多样性和稳定性的关系，结合教材P106图4－24和图4－25，进一步探讨生态系统的反馈调控。

3.阅读教材P106～108，认识生物圈的组成和特点，了解人类活动对生物圈的影响。

[重难点击]　1.两种稳定性的含义和关系。

2.生态系统的反馈调控。

一　生态系统的稳定性与生物多样性的关系

开放的生态系统受到各种因素的干扰，生态系统可以通过自我调节和恢复能力来保持稳定，这种稳定性与生物多样性有关。

1．生态系统的稳定性

分析下面的材料，完成下面的问题：

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，别有风致。

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，像这样生态系统能在受到干扰时，通过自我调节、自我修复而抵抗变化、保持平衡状态，这就是生态系统的相对稳定性。

（2）像苏州水乡的河水那样，生态系统抵抗干扰和维持自身的结构和功能不受破坏的能力，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，这说明生态系统的自我调节能力有一定的限度。

（4）染坊停止排污后，虎丘的河流恢复原状，这种生态系统受破坏后，自身恢复到平衡状态的能力，叫做恢复力稳定性。

（5）上述的两种稳定性在同一生态系统中会不会表现出相同的强度？

答案　一般不会。

抵抗力稳定性较强的生态系统往往恢复力稳定性较弱。

2．生态系统的稳定性与生物多样性的关系

（1）制作并观察生态瓶

①制作小生态瓶的目的：

探究生态系统保持相对稳定的条件。

②小生态瓶的设计要求及分析

设计要求

相关分析

生态瓶必须是封闭的

防止外界生物或非生物因素的干扰

生态瓶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、消费者和分解者以及非生物成分）

生态瓶中能够进行物质循环和能量流动，在一定时期内保持稳定

生态瓶的材料必须透明

为光合作用提供光能；保持生态瓶内温度；便于观察

生态瓶宜小不宜大，瓶中的水量应占其容积的4/5左右，要留出一定的空间

便于操作；瓶内储备一定量的空气

生态瓶的采光用较强的散射光

防止水温过高导致水生植物死亡

③结果分析

四个学习小组设计的四个生态瓶的组成和条件如下表，发现甲生态系统存在时间最长，请分析：

生态系统组成

光

水草

藻类

浮游动物

小鱼

泥沙

生态瓶编号

甲

＋

＋

＋

＋

－

＋

乙

－

＋

＋

＋

－

＋

丙

＋

＋

＋

＋

－

－

丁

＋

＋

＋

＋

＋

＋

注：

“＋”表示有该成分，“－”表示没有。

a．乙瓶中，藻类的种群密度变化趋势为下降，原因是在缺乏光照情况下藻类不能进行光合作用，不能生长。

b．丙瓶比甲瓶有较多的有机物，原因是缺乏泥沙，分解者数量少。

c．丁瓶与甲瓶相比，氧气含量少，原因是消费者多，消耗较多的氧气。

d．因此，要延长生态瓶的存活时间，需注意：

生态系统应该具有生产者、消费者和分解者以及非生物成分；生产者、消费者以及分解者之间应保持适宜的比例。

e．一段时间后，甲瓶中的生物也会死亡，生态系统崩溃，原因是生物多样性低，自我调节能力差，抵抗力稳定性低。

（2）根据实验结论，分析生物多样性与抵抗力稳定性和恢复力稳定性之间的关系：

①生态系统的成分越多，食物链和食物网越复杂，生态系统的自我调节能力越强，抵抗力稳定性就越高，恢复力稳定性就越低。

②生态系统的成分越少，食物链和食物网越简单，生态系统的自我调节能力越弱，抵抗力稳定性就越低，恢复力稳定性就越高。

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

项目

抵抗力稳定性

恢复力稳定性

区别

实质

保持自身结构和功能相对稳定

恢复自身结构和功能相对稳定

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，生态系统中物种多样性越高，营养结构越复杂，抵抗力稳定性越高

一般地说，生态系统中物种多样性越低，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

1．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。

二　生态系统的反馈调控

生态系统是一个具有稳态机制的自动控制系统，其稳定性是通过系统的反馈调节来实现的。

阅读教材，试结合下面的材料分析其反馈调控的机理。

1．当生态系统中的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变化，这些变化反过来又会影响最初发生变化的那种成分，这个过程就叫反馈。

2．负反馈

（1）图中当兔数量下降时，狼因为食物减少数量也下降，狼减少后，对兔的捕食减少，兔的数量增加。

像这样，一系列变化的结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化，称为负反馈。

（2）负反馈的作用结果：

使生态系统达到并保持平衡或稳态。

（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．正反馈

（1）图中，鱼类死亡的结果，使更多的鱼类死亡，像这样，一系列变化的结果，使最初发生变化的那种成分所产生的变化加速，称为正反馈。

（2）正反馈的作用结果：

使生态系统远离稳态和原有的平衡，最终走向崩溃。

（3）正反馈调节一定向坏的方面发展吗？

答案　不是，它还会使好的方面更好。

4．反馈调控是否只发生在生物群落内部？

生物和无机环境之间有没有反馈调控？

试举例说明。

答案　反馈调控不只发生在生物群落内部，在生物和无机环境之间也有反馈调控。

如一场火灾后，森林的树木密度降低，但由于阳光充足，土壤中无机养料增多，许多种子萌发后，迅速长成新植株。

归纳提炼

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产生的变化

活学活用

2.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）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）√

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。

三　生物圈

有人曾做过这样的比喻“如果把地球比做一个苹果，生物圈就相当于苹果表面一层薄薄的苹果皮”。

阅读教材P106～108，完成对生物圈有关知识的探索。

1．生物圈的概念和范围

（1）概念：

生物圈指地球上的全部生物和一切适合于生物栖息的场所。

可以理解为：

凡是有生物生活的地方，都可以被包含在生物圈的“疆域”之内。

（2）范围：

一般来说，生物圈包括大气圈的下层、岩石圈的上层和整个水圈。

①大气圈：

由多种气体组成，其中最主要的气体是N2、O2和CO2。

生命主要集中在最下层，也就是与岩石圈和水圈的交界处。

②岩石圈上层：

是一切陆生生物的立足点，主要包括陆地的表面和土壤上层几十厘米的范围，少数植物的根系能够深入到地下十几米甚至几十米。

岩石圈中最深的生命极限可以达到2500～3000m，在那里的石油中有细菌生存。

③水圈：

在整个水圈中都有生命存在。

在海洋生态系统中，最主要的生物都集中在海平面以下150m的范围内，即便在没有光线的海底，也有鱼类生存，甚至在10000m以下的海底，仍有海葵、海参和甲壳类等动物存在。

2．生物圈是一个开放的生态系统

生物圈中的各种生态系统都是开放的系统，相互之间存在着一定的联系。

整个生物圈无论在结构上还是功能上都是一个整体，它是地球上最大的生态系统。

3．人类对生物圈的影响

（1）人类对生物圈的破坏：

人类无限制地开采各种自然资源，并向环境中排放各种有毒有害物质，严重地影响了各种生物的生存，破坏了生态环境，使整个生态系统向着越来越不利于人类和各种其他生物生存的方向发展，严重威胁着整个生物圈。

（2）人类对生物圈的保护：

我国是“人与生物圈”（MAB）的理事国，在研究和保护生物圈方面做了大量的工作，建立了大量的自然保护区，其中部分国家级自然保护区已经加入了世界生物圈保护区网。

归纳提炼

生物圈存在的基本条件

第一，必须获得来自太阳的充足光能。

因一切生命活动都需要能量，而其基本来源是太阳能，绿色植物吸收太阳能合成有机物而进入生物群落。

第二，要存在可被生物利用的大量液态水。

几乎所有的生物都含有大量水分，没有水就没有生命。

第三，生物圈内要有适宜生命活动的温度条件，在此温度变化范围内的物质存在气态、液态和固态三种变化。

第四，提供生命物质所需的各种营养元素，包括C、H、O、N、P、K、Ca、Fe、S等。

活学活用

3．关于生物圈稳态的自我维持的原因的叙述中，不正确的是（　　）

A．源源不断的太阳能是生物圈维持正常运转的动力

B．大气圈、水圈、岩石圈为生物的生存提供了各种必需的物质

C．具有多层次的自我调节能力

D．人类的活动不会影响生物圈的稳态

答案　D

解析　生物圈由大气圈、水圈、岩石圈组成，大气圈、水圈、岩石圈为生物的生存提供了各种必需的物质，源源不断的太阳能提供正常运转的动力，复杂的营养结构具有多层次的自我调节能力。

但是这种调节能力是有限的，人类的活动会影响生物圈的稳态。

当堂检测

1．下列关于生态系统自我调节能力的叙述中，不正确的是（　　）

A．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，这属于生物群落内的负反馈调节

B．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

C．自我调节能力强的生态系统，其恢复力稳定性也高

D．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　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两个方面。

营养结构越复杂，其自我调节能力越强，抵抗力稳定性越强，而恢复力稳定性越差。

2．下列关于生物圈的描述，不正确的是（　　）

A．生物圈是地球上最大的生态系统

B．生物圈是一个开放的生态系统

C．“人与生物圈”计划是为了更好地保护生物圈

D．生物圈由各部分组成，不是一个统一的整体

答案　D

解析　生物圈是地球上最大的生态系统，它也是一个开放的系统。

人类对生物圈的破坏日益严重，为了更好地保护生物圈，人类实施了“人与生物圈”计划。

生物圈虽然由生产者、消费者、分解者等各部分组成，但是是一个统一的整体。

3．设计制作生态缸应该遵循一定的原理和要求，下面列举的原理或要求中合理的是（　　）

A．应该将生态缸放在阳光能够直接照射的地方，以保证获得足够的能量

B．应该经常向生态缸中通气，从而保证缸中生物的呼吸

C．生态缸中投放的生物必须有很强的生命力，投放的动物数量要多一些

D．生态缸的各种生物之间以及生物与无机环境之间，必须能够进行物质循环和能量流动

答案　D

解析　生态缸的采光用较强的散射光，既可为水生植物的光合作用提供光能，又可防止生态缸中水温过高，导致水生植物死亡，A项错误；生态缸必须是封闭的，目的是防止外界生物或非生物因素的干扰，B项错误；投放的不同营养级的生物比例要合适，C项错误；生态缸相当于微型的生态系统，其中的各种生物之间以及生物与无机环境之间，必须能够进行物质循环和能量流动及信息传递，D项正确。

4．一森林生态系统中有甲、乙两种昆虫，原来这两种昆虫的密度长期在一定范围内波动，保持动态平衡。

后来在时间T点，对森林施放了一种邻近林区曾多次使用的化学杀虫剂，这一生态系统就发生了变化。

如下图所示：

（1）甲昆虫是______食性昆虫，乙昆虫是______食性昆虫，甲、乙两种昆虫之间的关系为________关系。

施放化学杀虫剂后，甲昆虫密度上升的原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________，

乙昆虫密度下降的原因是______________________________________________________。

（2）施药前，该生态系统保持____________的状态；施药后，该生态系统受到破坏，说明生态系统的____________能力具有一定的限度。

（3）预测施药后相当长的一段时间，该生态系统中的两种昆虫密度和森林光合作用产物量会发生怎样的变化？

这说明生态系统具有何种稳定性？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）植　肉　捕食　具有抗药性，且天敌乙数量减少　没有抗药性

（2）相对稳定　自我调节

（3）该生态系统中的两种昆虫密度和森林光合作用产物量会逐渐恢复，这说明生态系统具有恢复力稳定性

40分钟课时作业

[学考达标]

知识点一　生态系统稳定性和生物多样性的关系

1．下列关于生态系统稳定性的叙述，正确的是（　　）

①负反馈调节是生态系统自我调节能力的基础　②“遭到破坏，恢复原状”属于抵抗力稳定性　③人类对自然生态系统的“干扰”不应超过其承受能力　④热带雨林遭到严重砍伐后，其恢复力稳定性仍很强　⑤提高生态系统稳定性的措施之一是随意增加生物种类，改变其营养结构

A．①③B．②④⑤

C．②③D．①④⑤

答案　A

解析　生态系统自我调节能力的基础是负反馈调节，①正确；“遭到破坏，恢复原状”属于恢复力稳定性，②错误；生态系统的自我调节能力具有一定的限度，为保持生态系统的稳定，人类对生态系统的干扰不能超过其承受能力，否则生态平衡就会遭到破坏，③正确；热带雨林的抵抗力稳定性强，但是一旦遭到严重破坏后，很难恢复，所以其恢复力稳定性较弱，④错误；生物种类增加，营养结构变复杂，生态系统的稳定性会增加，但是随意增加生物种类，可能造成外来物种入侵，反而会破坏生态系统的稳定性，⑤错误。

2．生态系统结构越复杂，其自我调节能力就越强，原因是（　　）

①处于同一营养级的生物种类多　②能量可通过不同的食物链传递到顶级　③某营养级中部分生物减少或消失，可由该营养级的其他生物代替　④能量流经各营养级时，是逐级递减的

A．①②③④B．①②③

C．①③④D．③④

答案　B

解析　①处于同一营养级的生物种类多，若某生物灭绝，处在同一营养级的生物可以代替，所以生态系统越复杂，就越不容易灭绝，所以调节能力越大；②能量可通过不同的食物链传递到顶级，通过不同食物链传递到顶级，那么最高营养级就通过不同的方式获得能量；③某营养级的部分生物减少或消失，可由该营养级的其他生物代替；④能量流经各营养级时是逐级递减的，逐级递减是能量流动的特点。

其中生态系统结构越复杂，自我调节能力就越强的原因是①②③。

知识点二　生态系统的反馈调控

3．下列哪项不属于生态系统为维持稳态而进行的反馈调节（　　）

A．生物种群密度的调控

B．异种生物种群之间的数量调控

C．生物群落与无机环境之间的相互调控

D．群落的演替

答案　D

解析　生态系统为维持自身稳态而进行的反馈调节可表现为生物种群密度的调控、异种生物种群之间的数量调控以及生物群落与无机环境之间的相互调控等。

4．某池塘中，早期藻类大量繁殖，食藻浮游动物水蚤大量繁殖，藻类减少，接着又引起水蚤减少。

后期排入污水，引起部分水蚤死亡，加重了污染，导致更多水蚤死亡。

关于上述过程的叙述，正确的是（　　）

A．早期属于正反馈调节，后期属于负反馈调节

B．早期属于负反馈调节，后期属于正反馈调节

C．早期、后期均属于负反馈调节

D．早期、后期均属于正反馈调节

答案　B

解析

→

→

知识点三　生物圈

5．下列有关生物圈稳态的叙述中，不正确的是（　　）

A．太阳能是生物圈赖以生存的能量基础

B．大气圈、水圈、岩石圈是生物圈赖以存在的物质基础

C．生物圈的生产者、消费者和分解者接通了物质循环的回路

D．生物圈的调节能力反映在一种生物灭绝后有新的物种产生

答案　D

解析　生物圈是地球上最大的生态系统，太阳能是生物圈赖以生存的能量基础。

生物圈的生产者、消费者和分解者接通了物质循环的回路，使生态系统的功能得到充分发挥。

生态系统的自我调节能力决定于生态系统的营养结构。

6．将一处原始森林开辟成为一个国家森林公园，为了继续维持森林的生态平衡，应当采取的措施是（　　）

A．在森林里放入一些珍奇的野生植物，增加食物网的复杂性

B．在森林中引种一些珍奇的野生植物，提高生产者的能量蓄积能力

C．定期清理森林里的枯枝落叶，以利于种子萌发和幼苗生长

D．对森林做简单隔离，避免人类过多的干扰

答案　D

解析　维持森林的生态平衡，避免对生态系统造成过多的干扰，才能使生态系统较长时间保持稳定。

[高考提能]

7．将水生植物和小鱼放入盛有水的玻璃缸中，密闭后置于光照、温度等适宜条件下。

下列相关叙述，错误的是（　　）

A．植物为鱼的生存提供氧气

B．鱼可为植物的光合作用提供CO2

C．能量流动可以从植物到鱼，也可以由鱼到植物

D．若将该玻璃缸长期置于黑暗中，鱼和植物将会死亡

答案　C

解析　植物为鱼的生存提供氧气，A正确；鱼可为植物的光合作用提供CO2，B正确；能量流动可以从植物到鱼，但不可以由鱼到植物，能量流动是单向的，C错误；若将该玻璃缸长期置于黑暗中，鱼和植物将会死亡，D正确。

8．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，下列叙述正确的是（　　）

①甲生态系统的抵抗力稳定性一定较乙生态系统强　②乙生态系统中生物群落的营养关系一定较甲复杂　③乙生态系统在S点后一定有新的物种产生

④乙生态系统在S点后一定经历次级演替过程

A．①③B．①④C．②③D．②④

答案　B

解析　据图可知，在S点气候发生了很大变化，但对甲生态系统影响不大，说明甲生态系统抵抗外界干扰的能力较强，而乙生态系统变化较大，说明对外界干扰的抵抗能力较弱。

乙生态系统在S点时，种群类型数量几乎接近于零，而后又逐渐恢复到原来状态，所以可确定乙在S点后经历了次级演替过程。

9．如图1表示某生态系统的功能随时间的变化曲线，请据图回答下列问题。

（1）图1中两条虚线之间的部分表示_________________________________________________。

（2）y表示一个外来干扰对生态系统的影响，y越大，说明该生态系统________________；x越大，说明该生态系统____________；TS越大，说明该生态系统____________。

（3）请在图2所示的坐标系中绘出抵抗力稳定性与生态系统营养结构复杂程度的关系。

答案　

（1）生态系统功能正常的作用范围

（2）抵抗力稳定性越弱　恢复力稳定性越弱　总稳定性越弱（其他合理答案也可）

（3）如图所示

解析　生态系统的稳定性是指生态系统的结构和功能保持动态平衡；结合图1可知，y越大，说明该生态系统的抵抗力稳定性越弱，x越大，说明该生态系统的恢复力稳定性越弱，这都与生态系统中生物的种类和数量有关，与其营养结构的复杂程度有关；TS越小，这个生态系统的总稳定性越强；反之，这个生态系统的总稳定性越弱。