第三章生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性

第5節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性

紫莖澤蘭入侵我國(guó)后，先是在云南瘋長(zhǎng)蔓延，現(xiàn)已擴(kuò)散至廣西、貴州、四川等多個(gè)省份，對(duì)當(dāng)?shù)亓帜?、牧草和農(nóng)作物造成嚴(yán)重危害。問題探討討論1.紫莖澤蘭在原產(chǎn)地沒有大肆繁殖，為什么在入侵地可以瘋長(zhǎng)蔓延？2.我國(guó)曾引入紫莖澤蘭專食性天敵-澤蘭實(shí)蠅來防治紫莖澤蘭。澤蘭實(shí)蠅也是一種外來生物，對(duì)這種方法，你怎么看？像紫莖澤蘭這樣的入侵種，由于它的繁殖、適應(yīng)的能力很強(qiáng)，而且沒有天敵等制約因素，因此一旦蔓延，就會(huì)嚴(yán)重干擾入侵地的生態(tài)系統(tǒng)，破壞當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)平衡。

澤蘭實(shí)蠅可以抑制紫莖澤蘭生長(zhǎng)，但是澤蘭實(shí)蠅是一種外來物種，也有可能影響入侵地的生態(tài)系統(tǒng)，因此在釋放澤蘭實(shí)蠅之前，應(yīng)做好相關(guān)研究，如澤蘭實(shí)蠅的生物安全性研究，野外如何布點(diǎn)釋放澤蘭實(shí)蠅，定點(diǎn)釋放的蟲量應(yīng)當(dāng)為多少等等，即在確保利用澤蘭實(shí)蠅的安全性后，再利用它進(jìn)行防治。紫莖澤蘭薇甘菊空心蓮子草豚草毒麥互花米草飛機(jī)草鳳眼蓮石矛蔗扁蛾濕地松粉蚧強(qiáng)大小蠹美國(guó)白蛾非洲大蝸牛福壽螺牛蛙中國(guó)第一批外來入侵物種名單（16種）像紫莖澤蘭這樣的入侵種，由于它的繁殖、適應(yīng)的能力很強(qiáng)，而且沒有天敵等制約因素，因此一旦蔓延，就會(huì)嚴(yán)重干擾入侵地的生態(tài)系統(tǒng)，破壞生態(tài)平衡。但是千百年來，雖然地球上許多生態(tài)系統(tǒng)不時(shí)受到外來干擾，但只要這種干擾沒有超過限度，生態(tài)系統(tǒng)就能通過自我調(diào)節(jié)得以恢復(fù)，從而維持相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和功能。處于平衡的生態(tài)系統(tǒng)中，物質(zhì)和能量的輸入與輸出均衡，生物種類的組成穩(wěn)定，也就是說生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)過程與消費(fèi)、分解過程處于平衡狀態(tài)，這時(shí)生態(tài)系統(tǒng)的外貌、結(jié)構(gòu)以及動(dòng)植物組成等都保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。一、生態(tài)平衡與生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性（一）生態(tài)平衡1.生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，就是生態(tài)平衡。2.特征：①結(jié)構(gòu)平衡：生態(tài)系統(tǒng)各組分保持相對(duì)穩(wěn)定；②功能平衡：生產(chǎn)—消費(fèi)—分解的生態(tài)過程正常進(jìn)行，保證了物質(zhì)總在循環(huán)，能量不斷流動(dòng)，生物個(gè)體持續(xù)發(fā)展和更新；③收支平衡：生產(chǎn)者在一定時(shí)間內(nèi)制造的可供其他生物利用的量，處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)群落內(nèi)部調(diào)節(jié)的實(shí)例1兔子數(shù)量增加狼增加草減少，兔的生存空間和資源減少兔子數(shù)量減少草增加，兔的生存空間和資源增加狼減少說明在生態(tài)系統(tǒng)中，生物群落內(nèi)部能夠自我調(diào)節(jié)，以維持生態(tài)平衡。群落內(nèi)部調(diào)節(jié)的實(shí)例2種群密度降低種群密度升高(郁閉)種子萌發(fā),長(zhǎng)成新植株陽光、養(yǎng)料充足火災(zāi)說明在生態(tài)系統(tǒng)中，生物群落與無機(jī)環(huán)境之間也能夠自我調(diào)節(jié)，以維持生態(tài)平衡。生態(tài)平衡并不是指生態(tài)系統(tǒng)一成不變，而是一種動(dòng)態(tài)平衡。上述生態(tài)系統(tǒng)都遇到了破壞或干擾，而生物群落內(nèi)部能夠進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，對(duì)抗這種破壞或干擾，以維持生態(tài)平衡。這種動(dòng)態(tài)平衡是通過什么調(diào)節(jié)機(jī)制實(shí)現(xiàn)的呢？動(dòng)態(tài)平衡的調(diào)節(jié)機(jī)制---負(fù)反饋調(diào)節(jié)（二）負(fù)反饋調(diào)節(jié)草食草動(dòng)物過度放牧食物短缺原方向發(fā)生偏離回到原來方向思考·討論分析反饋調(diào)節(jié)的過程討論2:利用本章第一節(jié)圖3-4(第52頁)，以圖中的“草→昆蟲→蜘蛛→捕蟲鳥→鷹”這條食物鏈為例，描繪該種動(dòng)物數(shù)量增加或減少時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)可能發(fā)生的變化，并討論反饋調(diào)節(jié)是否發(fā)揮了作用？蛙減少昆蟲和蜘蛛增加捕食昆蟲和蜘蛛的鳥增加鷹增加蛇減少蛙增加昆蟲和蜘蛛減少捕食昆蟲和蜘蛛的鳥減少鷹減少蛇增加（二）負(fù)反饋調(diào)節(jié)1.在一個(gè)系統(tǒng)中，系統(tǒng)工作的效果，反過來又作為信息調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的工作，并且使系統(tǒng)工作的效果減弱或受到限制，它可使系統(tǒng)保持穩(wěn)定。2.負(fù)反饋調(diào)節(jié)在生態(tài)系統(tǒng)中普遍存在，它是生態(tài)系統(tǒng)具備自我調(diào)節(jié)能力的基礎(chǔ)。使生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到或保持穩(wěn)定3.正反饋調(diào)節(jié)河流受到嚴(yán)重污染魚類等生物死亡尸體殘骸被分解者分解（+）（1）實(shí)例+（2）結(jié)果：加速最初發(fā)生變化的那種成分所發(fā)生的變化原方向發(fā)生偏離更加偏離（3）作用：使生態(tài)系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)。（三）生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性1.概念:生態(tài)系統(tǒng)維持或恢復(fù)自身結(jié)構(gòu)與功能處于相對(duì)平衡狀態(tài)的能力。強(qiáng)調(diào)的是生態(tài)系統(tǒng)維持生態(tài)平衡的能力。2.兩個(gè)方面:①抵抗力穩(wěn)定性；②恢復(fù)力穩(wěn)定性。3.

生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力是有限的。當(dāng)外界干擾因素的強(qiáng)度超過一定限度時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性急劇下降，生態(tài)平衡遭破壞。生態(tài)系統(tǒng)具有一定的自我調(diào)節(jié)能力，生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力的基礎(chǔ)是負(fù)反饋調(diào)節(jié)，黃土高原經(jīng)過幾百年的掠奪式開發(fā)，植被破壞造成水土流失，成為一片荒山禿嶺。二.抵抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性（一）抵抗力穩(wěn)定性生態(tài)系統(tǒng)抵抗外界干擾并使自身的結(jié)構(gòu)與功能保持原狀(不受傷害)的能力。（二）恢復(fù)力穩(wěn)定性

生態(tài)系統(tǒng)在受到外界干擾因素的破壞后恢復(fù)到原狀的能力。森林遭遇持續(xù)的干旱氣候時(shí)，樹木往往擴(kuò)展根系的分布空間，以保證獲得足夠的水分，維持生態(tài)系統(tǒng)的正常功能。一場(chǎng)火過后，森林中的種群密度降低，但是由于光照更加充足、土壤中無機(jī)養(yǎng)料增多，許多種子萌發(fā)后，迅速長(zhǎng)成新植株。抵抗力穩(wěn)定性恢復(fù)力穩(wěn)定性判斷下面所代表的是那種穩(wěn)定性？草原遭受蝗蟲的采食后，草原植物就會(huì)增強(qiáng)其再生能力，盡可能減緩種群數(shù)量的下降。草原大火過后，“野火燒不盡，春風(fēng)吹又生”。抵抗力穩(wěn)定性恢復(fù)力穩(wěn)定性在個(gè)體水平穩(wěn)態(tài)的維持上，有沒有類似生態(tài)系統(tǒng)抵抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性的情況？

人體在遇到病原體入侵時(shí)，免疫系統(tǒng)會(huì)抵抗病原體的入侵，這與生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性相似；人體也有恢復(fù)穩(wěn)態(tài)的機(jī)制和趨勢(shì)，在大病初愈時(shí)，有些功能需要恢復(fù)到正常水平，這與恢復(fù)力穩(wěn)定性相似。二、抵抗力穩(wěn)定性與恢復(fù)力穩(wěn)定性1.抵抗力穩(wěn)定性（1）生態(tài)系統(tǒng)抵抗外界干擾并使自身結(jié)構(gòu)與功能保持原狀(不受損害)的能力?；认x采食下，草原植物再生能力增強(qiáng)干旱時(shí)樹木擴(kuò)展根系的分布空間二、抵抗力穩(wěn)定性與恢復(fù)力穩(wěn)定性2.恢復(fù)力穩(wěn)定性生態(tài)系統(tǒng)在受到外界干擾因素的破壞后恢復(fù)原狀的能力。大興安嶺1987火災(zāi)俯瞰圖若干年后，大興安嶺的植被3.不同生態(tài)系統(tǒng)在這兩種穩(wěn)定性的表現(xiàn)上的差別思考一：人工林和天然林相對(duì)，抵抗力穩(wěn)定性是高還是低？為什么？

低；因?yàn)橄啾戎氯斯ち纸M成成分少，食物網(wǎng)簡(jiǎn)單，自我調(diào)節(jié)能力弱，抵抗力穩(wěn)定性低。3.不同生態(tài)系統(tǒng)在這兩種穩(wěn)定性的表現(xiàn)上有一定差別（1）規(guī)律一般來說，生態(tài)系統(tǒng)的組分越多，食物網(wǎng)越復(fù)雜，其自我調(diào)節(jié)能力就越強(qiáng)，抵抗力穩(wěn)定性就越高?；謴?fù)力穩(wěn)定性呢？熱帶雨林中，動(dòng)植物種類繁多，營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)非常的復(fù)雜，假如其中某種生物大量減少，它在食物網(wǎng)中的位置還可以由這個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的多種生物來代替，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能仍然能夠維持在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)；（2）模型建構(gòu)1抵抗力穩(wěn)定性、恢復(fù)力穩(wěn)定性與生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜程度的關(guān)系穩(wěn)定性生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜程度抵抗力穩(wěn)定性恢復(fù)力穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的生態(tài)系統(tǒng)，抵抗力穩(wěn)定性一定低，恢復(fù)力穩(wěn)定性一定高嗎？

北極凍原生態(tài)系統(tǒng)，動(dòng)植物種類稀少，營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其中生產(chǎn)者主要是地衣，其他生物大都直接或間接地依靠地衣來維持生活，假如地衣受到大面積破壞，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)就會(huì)崩潰。北極凍原生態(tài)系統(tǒng)抵抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性都低。（3）模型構(gòu)建2（1）圖中兩條虛線之間的部分表示生態(tài)系統(tǒng)功能的正常作用范圍。（2）y表示一個(gè)外來干擾使之偏離這一范圍的大小，y值大，說明抵抗力穩(wěn)定性弱，反之，抵抗力穩(wěn)定性強(qiáng)；如受到相同干擾時(shí)，草原生態(tài)系統(tǒng)的y值大于熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)。（3）x表示恢復(fù)到原狀態(tài)所需的時(shí)間，x值大，說明恢復(fù)力穩(wěn)定性弱，反之，恢復(fù)力穩(wěn)定性強(qiáng)。（4）曲線與正常范圍之間所夾的面積作為總穩(wěn)定性的定量指數(shù)（TS），TS越大，說明這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的總穩(wěn)定性越弱。4.生態(tài)系統(tǒng)在受到不同的干擾（破壞）后，其恢復(fù)速度與恢復(fù)時(shí)間是不一樣的如果河流與土壤被有毒物質(zhì)輕微污染，通過自身的凈化作用，可以很快恢復(fù)到接近原來的狀態(tài)；如果被有毒物質(zhì)重度污染，自身的凈化作用已不足以消除大部分有毒物質(zhì)，這些河流或土壤的恢復(fù)力穩(wěn)定性就被破壞了。熱帶雨林在遭到嚴(yán)重砍伐，草原經(jīng)過極度放牧后，它們恢復(fù)原狀的時(shí)間漫長(zhǎng)，難度極大!旁欄思考：

研究不同生態(tài)系統(tǒng)在抵抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性兩方面存在的差別，對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的利用和保護(hù)有什么意義？在利用自然生態(tài)系統(tǒng)時(shí)，要根據(jù)不同類型生態(tài)系統(tǒng)抵抗力穩(wěn)定性的差異，合理控制對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的干擾強(qiáng)度，干擾不能超過生態(tài)系統(tǒng)抵抗力穩(wěn)定性的范圍；在保護(hù)自然生態(tài)系統(tǒng)時(shí)，要根據(jù)不同類型生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力穩(wěn)定性的差異，合理確定保護(hù)對(duì)策，如采取封育措施，補(bǔ)充相應(yīng)的物質(zhì)、能力，修補(bǔ)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)力；三.提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性1.提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性的意義維持生態(tài)平衡，提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對(duì)于自然或人工生態(tài)系統(tǒng)是十分必要的。處于生態(tài)平衡的生態(tài)系統(tǒng)，可以持續(xù)不斷的滿足人類生活所需，如提供糧油，蔬果，肉，蛋奶，木材等農(nóng)副產(chǎn)品，更為重要的是處于生態(tài)平衡中的生態(tài)系統(tǒng)，能夠使人類生活和生產(chǎn)的環(huán)境保持穩(wěn)定三.提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性2具體措施（1）控制對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的干擾強(qiáng)度，在不超過生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力的范圍內(nèi)，合理適度地利用生態(tài)系統(tǒng)。如：對(duì)過度利用的森林和草原，首先應(yīng)該封預(yù)載恢復(fù)到較好狀態(tài)時(shí)再適度利用。三.提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性2具體措施（2）對(duì)人類利用強(qiáng)度較大的生態(tài)系統(tǒng)，應(yīng)給予相應(yīng)的物質(zhì)、能量的投入，保證生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)與功能的協(xié)調(diào)。為使單一作物的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)保持穩(wěn)定，需要不斷的施肥灌溉控制病蟲害；還可以人工建造生態(tài)屏障，我國(guó)在東北華北和西北地區(qū)，已經(jīng)建造了大規(guī)模的三北防護(hù)林，防護(hù)林，有效的防風(fēng)阻沙，保護(hù)了這些地區(qū)的草原與農(nóng)田。設(shè)計(jì)生態(tài)缸并觀察其穩(wěn)定性1.基本原理

在有限的空間內(nèi)，依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)原理，將生態(tài)系統(tǒng)的基本成分進(jìn)行組織，構(gòu)建一個(gè)人工微生態(tài)系統(tǒng)是可能的。要使人工微生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮系統(tǒng)內(nèi)組分及營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的合適比例。應(yīng)該注意，人工生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性是有條件的，也可能是短暫的。2.設(shè)計(jì)和制作生態(tài)缸的要求設(shè)計(jì)要求分析生態(tài)缸是封閉的防止外界生物或非生物因素的干擾生態(tài)缸中投放的幾種生物必須具有很強(qiáng)的生活力,成分齊全(要有生產(chǎn)者\(yùn)消費(fèi)者\(yùn)分解者)生態(tài)缸中能夠進(jìn)行物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，在一定時(shí)期內(nèi)保持穩(wěn)定生態(tài)缸的材料須透明為光合作用提供光能；保持生態(tài)缸內(nèi)溫度；便于觀察生態(tài)缸宜小不宜大，缸中水量應(yīng)占其容積的4/5，要留一定空間便于操作，缸內(nèi)儲(chǔ)備一定量的空氣生態(tài)缸的采光用較強(qiáng)的散射光防止水溫過高,導(dǎo)致水生植物死亡選擇的動(dòng)物不宜太多，個(gè)體不宜太大減少對(duì)O2消耗，防止生產(chǎn)量＜消耗量生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與它的物種組成、營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)、非生物因素密切相關(guān)；必須考慮物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的相對(duì)平衡。3.小型生態(tài)缸(瓶)實(shí)驗(yàn)流程用玻璃板和粘膠制作生態(tài)缸框架在生態(tài)缸內(nèi)底部的一側(cè)鋪墊幾塊石塊，再鋪上一層顆粒較細(xì)的沙土，厚度為5~15cm，沙土上鋪一層含腐殖質(zhì)較多的土，厚度為5~10cm，鋪墊好的土和石塊整體呈坡狀在土坡上放幾塊有孔的假山石，可作為小動(dòng)物棲息的場(chǎng)所。向缸內(nèi)倒入自來水，水位高5～10cm，在水中放幾塊鵝卵石在土坡上選擇苔蘚、鐵線蕨、鴨跖草、馬齒莧、羅漢松、翠云草等進(jìn)行種植，放入鼠婦、蛐蜓、蚯蚓、蝸牛等小動(dòng)物；在水中放入浮萍、金魚藻等水生植物，放入蝦、小魚和小烏龜?shù)刃?dòng)物封上生態(tài)缸蓋。將生態(tài)缸放置于室內(nèi)通風(fēng)、光線良好的地方，但要避免陽光直接照射為小動(dòng)物棲息的場(chǎng)所。每個(gè)星期要至少觀察一次生態(tài)缸內(nèi)生物種類及數(shù)量的變化，并進(jìn)行記錄4.觀察生態(tài)缸的穩(wěn)定性時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)（1）設(shè)計(jì)一份觀察記錄表，定期觀察，同時(shí)做好觀察記錄，內(nèi)容包括植物、動(dòng)物的生活情況，水質(zhì)情況（由顏色變化進(jìn)行判別）及基質(zhì)變化等；（2）觀察指標(biāo)為