資源簡介

生物選擇性必修2 生物與環境【教學設計】
第5節　生態系統的穩定性
[學習目標]
1.通過解釋生態系統具有保持或恢復自身結構和功能相對穩定,并維持動態平衡的能力,培養穩態與平衡觀等生命觀念。
2.通過舉例說明生態系統的穩定性會受到自然或人為因素的影響,如氣候變化、自然事件、人類活動或外來物種入侵等,培養關注社會性科學問題和環境問題,參與相關事務討論等社會責任感。
3.通過闡明生態系統在受到一定限度的外來干擾時,能夠通過自我調節維持穩定,培養批判性思維等科學思維能力。
4.通過設計制作生態缸并觀察其穩定性,培養設計實驗、方案實施、勇于創新等科學探究能力。
【課件自主預習】
一、生態平衡與生態系統的穩定性
1.生態平衡及其特征
(1)概念:生態系統的結構和功能處于相對穩定的一種狀態。
(2)生態系統的平衡:在處于平衡的生態系統中,物質和能量的輸入與輸出均衡,生物種類的組成穩定,也就是說,生態系統中的生產過程與消費、分解過程處于平衡的狀態,這時生態系統的外貌、結構以及動植物組成等都保持相對穩定的狀態。
(3)特征。第一,結構平衡:生態系統的各組分保持相對穩定。第二,功能平衡:生產—消費—分解的生態過程正常進行,保證了物質總在循環,能量不斷流動,生物個體持續發展和更新。第三,收支平衡。
2.生態系統的穩定性
(1)概念:生態系統維持或恢復自身結構與功能處于相對平衡狀態的能力。
(2)類型:抵抗力穩定性和恢復力穩定性。
(3)原因:生態系統具有一定的自我調節能力。
(4)自我調節能力
①基礎:負反饋調節。其概念是指在一個系統中,系統工作的效果,反過來又作為信息調節該系統的工作,并且使系統工作的效果減弱或受到限制,它可使系統保持穩定。
②特點:生態系統的自我調節能力是有限的。當外界干擾因素的強度超過一定限度時,生態系統的穩定性急劇下降,生態平衡就會遭到嚴重的破壞。
二、抵抗力穩定性和恢復力穩定性
1.抵抗力穩定性
(1)含義:生態系統抵抗外界干擾并使自身的結構與功能保持原狀(不受損害)的能力。
(2)特點:一般來說,生態系統的組分越多,食物網越復雜,其自我調節能力就越強,抵抗力穩定性就越高;反之則越低。
2.恢復力穩定性
(1)含義:生態系統在受到外界干擾因素的破壞后恢復到原狀的能力。
(2)特點:與抵抗力穩定性大小往往呈負相關。
三、提高生態系統的穩定性
1.控制對生態系統的干擾強度,在不超過生態系統自我調節能力的范圍內,合理適度地利用生態系統。
2.對人類利用強度較大的生態系統,應給予相應的物質、能量的投入,保證生態系統內部結構與功能的協調。
四、設計制作生態缸,觀察其穩定性
1.實驗原理
在有限的空間內,依據生態系統原理,將生態系統的基本成分進行組織,構建一個人工微生態系統是可能的。要使人工微生態系統正常運轉,在設計時,還要考慮系統內組分及營養級之間的合適比例。應該注意,人工生態系統的穩定性是有條件的,也可能是短暫的。
2.生態缸的設計要求及相關分析
設計要求 相關分析
生態缸必須是封閉的 防止外界生物或非生物因素的干擾
生態缸中投放的幾種生物必須具有很強的生命力,成分齊全(具有生產者、消費者和分解者) 生態缸中能夠進行物質循環和能量流動,在一定時期內保持穩定
生態缸的材料必須透明 為光合作用提供光能;保持生態缸內溫度;便于觀察
生態缸宜小不宜大,缸中的水量應適宜,要留出一定的空間 便于操作;缸內儲備一定量的空氣
生態缸的采光用較強的散射光,避免陽光直射 防止水溫過高導致水生植物死亡
【預習檢測】
1.判斷下面有關生態平衡和生態系統的穩定性說法的正誤。
(1)負反饋調節是生態系統自我調節能力的基礎。(　√　)
(2)當農田里蚜蟲數量增多時,七星瓢蟲的數量也會增多,這樣蚜蟲種群數量的增長就會受到抑制,這屬于生物群落內的負反饋調節。(　√　)
(3)負反饋調節在生物群落中普遍存在,但在生物群落與非生物環境之間不存在。(　×　)
2.判斷下面有關抵抗力穩定性和恢復力穩定性說法的正誤。
(1)生態系統組成成分越多,食物網越復雜,生態系統的恢復力穩定性就越強。(　×　)
(2)河流受到輕度污染后河水仍能清澈如初及火災后草原的恢復均屬恢復力穩定性。(　×　)
(3)“野火燒不盡,春風吹又生”說明生態系統具有抵抗力穩定性。(　×　)
(4)極地苔原由于物種單一,結構簡單,它的抵抗力穩定性和恢復力穩定性都很低。(　√　)
【課堂互動探究】
探究點一　生態系統的自我調節能力
[情境] 圖A為草原生態系統中的反饋調節示意圖,圖B為某湖泊生態系統中發生的某種調節活動。
[思考] (1)反饋調節有正反饋和負反饋調節,圖A和圖B分別屬于哪一種
提示:圖A是負反饋調節,圖B是正反饋調節。
(2)請寫出圖A中的食物鏈。
提示:乙→甲→丙。
(3)甲狀腺激素分泌增加后,會影響下丘腦和垂體的分泌活動,其中的反饋調節和圖中的哪種調節方式相同
提示:甲狀腺激素分泌增加后,會抑制下丘腦和垂體的分泌活動,這種反饋調節是負反饋調節,和圖A中的調節方式相同。
(4)草原維持生態平衡的主要原因是什么
提示:草原生態系統組分多,食物網復雜,生態系統具有一定的自我調節能力,其基礎為負反饋調節。
[深度思考] 生態系統都有一定的自我調節能力,但是紫莖澤蘭入侵某個生態系統后卻導致其穩定性急劇下降,請說明原因。
提示:生態系統的自我調節能力是有限的。紫莖澤蘭是生物入侵種,它的繁殖、適應的能力很強,而且在該生態系統沒有天敵等制約因素,因此一旦蔓延,就會嚴重干擾該生態系統。當外界干擾因素的強度超過一定限度時,該生態系統的穩定性急劇下降,生態系統就會遭到嚴重的破壞。
[歸納總結] (1)判斷正反饋、負反饋調節的方法
①依據:從調節后的結果與原狀態之間的變化分析。
②方法:調節后
(2)生態系統的負反饋調節和正反饋調節的比較
項目 正反饋調節 負反饋調節
作用 使生態系統遠離平衡狀態 是生態系統自我調節能力的基礎,能使生態系統保持相對平衡
結果 加速最初發生變化的那種成分的變化,從而遠離平衡狀態 抑制或減弱最初發生變化的那種成分的變化,從而保持穩態平衡
實例 若一個湖泊受到的污染超過其自我調節能力,則污染會越來越嚴重 草原上食草動物和植物的數量變化
[應用] 如圖表示草原生態系統中兔種群與植物種群的相互關系,相關敘述錯誤的是(　D　)
A.這是一種負反饋調節機制
B.是生態系統自我調節能力的體現
C.有利于生態系統保持相對穩定
D.保證生態系統不會受到外界干擾而失衡
解析:當兔數量增多,導致植物減少,從而使兔數量減少,植物增多,這是一種負反饋調節機制;該生態系統中兔的數量、植物的數量處在相對穩定的狀態,是生態系統自我調節能力的體現,有利于生態系統保持相對穩定;生態系統自我調節能力不是無限的,當外界干擾因素的強度超過一定限度時,生態系統的自我調節能力會迅速喪失,因此該生態系統會受到外界干擾而失衡。
探究點二　抵抗力穩定性和恢復力穩定性
[情境] 下圖表示抵抗力穩定性、恢復力穩定性和總穩定性(TS表示總穩定性)的關系。
[思考] (1)在受到干擾之前,曲線在正常范圍內波動是由于該生態系統具有自我調節能力。
(2)熱帶雨林生態系統與草原生態系統相比,受到相同干擾時,草原生態系統的y值要大于(填“大于”或“小于”)熱帶雨林的y值。
(3)x的大小可作為恢復力穩定性強弱的指標,x值越大,說明恢復力穩定性越小。
(4)TS表示曲線與正常作用范圍之間所圍成的面積,TS值越大,說明生態系統的總穩定性越小。
[深度思考] 抵抗力穩定性與恢復力穩定性一般呈相反的關系,你如何理解
提示:一般生態系統的組成成分越多,食物網越復雜,抵抗力穩定性越強;一般生態系統的組成成分越少,食物網越簡單,則越容易恢復,恢復力穩定性越高。故抵抗力穩定性與恢復力穩定性一般呈相反的關系。但是在相同干擾強度下,熱帶雨林的抵抗力穩定性和恢復力穩定性都比極地苔原(凍原)強。
[歸納總結] 抵抗力穩定性和恢復力穩定性的關系
項目 抵抗力穩定性 恢復力穩定性
概念 生態系統抵抗外界干擾并使自身的結構與功能保持原狀的能力 生態系統在受到外界干擾因素的破壞后恢復到原狀的能力
影響 因素 生態系統的組成成分越多,食物網越復雜,抵抗力穩定性越強 生態系統中組成成分越少,食物網越簡單,則越容易恢復
續　表
項目 抵抗力穩定性 恢復力穩定性
聯系 ①呈負相關。一般地,抵抗力穩定性強的生態系統,恢復力穩定性差;反之,恢復力穩定性強。 ②二者是同時存在于同一生態系統中的兩種能力,它們相互作用共同維持生態系統的穩定
[應用] 下列曲線表示四個不同自然生態系統在受到同等程度的外來干擾后,初級消費者和次級消費者的數量變化情況。其中抵抗力穩定性最高的生態系統是(　C　)
解析:生態系統的穩定性包括抵抗力穩定性和恢復力穩定性。抵抗力穩定性的本質是“抵抗干擾、保持原狀”。一般而言,生態系統中的組分越少,營養結構越簡單,自我調節能力越弱,抵抗力穩定性越低;反之越高。題中四個選項的曲線中,只有C選項的曲線受到干擾后,初級消費者和次級消費者的數量變化最小,所以該生態系統的抵抗力穩定性是最高的。
課堂小結
完善概念圖 記憶節節清
1.生態系統的穩定性:生態系統維持或恢復自身結構與功能處于相對平衡狀態的能力。 2.自我調節能力基礎:負反饋調節。 3.抵抗力穩定性:生態系統抵抗外界干擾并使自身的結構與功能保持原狀的能力。 4.恢復力穩定性:生態系統受到外界干擾因素的破壞后恢復到原狀的能力。 5.提高生態系統穩定性的措施:控制對生態系統的干擾強度;對人類利用強度較大的生態系統,應給予相應的物質、能量的投入,保證生態系統內部結構與功能的協調。
隨堂反饋
1.判斷下列關于生態系統的穩定性說法是否正確。
(1)并不是所有的生態系統都具有恢復力穩定性。(　×　)
(2)生態系統的穩定性表現在抵抗力穩定性和恢復力穩定性這兩個方面。(　√　)
(3)外界干擾剛產生時,主要是抵抗力穩定性起作用。(　√　)
(4)生態系統的自我調節能力是有一定限度的。(　√　)
2.以下實例可以說明生態系統具有自我調節能力的是(　B　)
A.豆科植物能供給根瘤菌有機養料,同時能通過根瘤菌獲得含氮養料
B.草原上羊數量劇增會導致草的數量減少,進而抑制了羊的數量增長
C.山區植被遭到破壞或掠奪式砍伐后造成水土流失甚至泥石流的發生
D.廢棄多時的耕地上會逐漸生長出雜草,進而逐漸出現小灌木林
解析:豆科植物能供給根瘤菌有機養料,同時能通過根瘤菌獲得含氮養料,說明豆科植物和根瘤菌是共生關系;草原上羊數量劇增會導致草的數量減少,進而抑制了羊的數量增加,體現了生態系統的自我調節能力;植被破壞導致泥石流發生,是自然現象,沒有體現自我調節能力;廢棄多時的耕地上會逐漸生長出雜草,進而逐漸出現小灌木林,是群落演替。
3.某生物興趣小組的同學用河水、池泥、水藻、植食性小魚、廣口瓶、凡士林等材料制作了3個生態瓶(如圖所示)。下列敘述中錯誤的是(　A　)
A.甲瓶中的小魚很快死亡是因為瓶內分解者數量過少
B.乙瓶中的生物存活的時間相對較長
C.丙瓶中的分解者主要存在于河水及池泥中
D.若想維持生態平衡,丙瓶不應放在黑暗中
解析:甲瓶與乙瓶的區別是小魚數量不同,乙瓶與丙瓶的區別是放置的環境不同。甲瓶中消費者數量過多,小魚會很快死亡;丙瓶置于黑暗中,植物不能進行光合作用,瓶中生物也會很快死亡。相比之下,乙瓶中的生物存活時間較長。
4.(不定項選擇)如圖表示氣候變化對甲、乙生態系統中種群類型數量的影響。據圖分析,下列敘述中正確的是(　AD　)
A.甲生態系統的抵抗力穩定性一定較乙生態系統的高
B.甲生態系統中生物群落的營養關系始終較乙復雜
C.乙生態系統在S點后一定有新的物種產生
D.乙生態系統在S點后營養結構一定發生改變
解析:據題圖分析可知,氣候發生變化,甲生態系統的種群類型數量變化幅度比乙生態系統的小,所以其抵抗力穩定性比乙高;群落是在相同時間聚集在一定地域中各種生物種群的集合,據圖分析,存在甲生態系統中生物種類少于乙的時間段,所以甲生態系統生物群落的營養關系不一定始終較乙復雜;乙生態系統在S點時種群類型數量降至最低,其后可能由于氣候條件逐漸適宜,種群類型數量又逐漸增加,營養結構發生改變(變復雜),并不一定產生新的物種。
5.草原是畜牧業的重要生產基地。在我國廣闊的草原上,飼養著大量的家畜,由于過度放牧以及鼠害、蟲害等,我國的草原面積正在不斷減少,有些牧場正面臨著沙漠化的威脅。回答以下有關草原生態系統的問題。
(1)生態系統穩定性表現在　　　　　　　的相對穩定。生態系統之所以能維持穩態,是因為其具有　　　　　　。由于過度放牧,草原的生物多樣性銳減,草原嚴重沙漠化,這說明　。
(2)若想維持草原生態系統的生態平衡,提高其穩定性,可以采取的措施有　　　　　　　　,控制對草原生態系統的干擾程度;也可以人為給予相應的物質和能量投入,如播種草籽等,保證草原內部結構和功能的協調。即使該生態系統處于平衡狀態,其中各生物種群的數量仍然處于變動之中,這說明　　　　　　　　　　　　。
解析:(2)提高生態系統的穩定性,一方面可以控制對生態系統的干擾強度,合理適度地利用生態系統,如合理控制放牧量;另一方面可以人為給予一定的物質和能量投入,保證生態系統內部結構和功能的協調,如播種草籽等。生態平衡并不是指生態系統一成不變,而是一種動態的平衡。
答案:(1)結構和功能　自我調節能力　生態系統的自我調節能力是有限的　(2)合理控制放牧量　生態平衡是一種動態平衡

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