第5節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題探討地球上、亞馬遜森林，歐亞大陸草原，以及極地附近的苔原，都已經(jīng)存在至少上千萬(wàn)年了，這些自然生態(tài)系統(tǒng)盡管經(jīng)常遭受洪澇、火燒、蟲害、也遭受人類的砍伐與放牧等活動(dòng)的干擾。但是現(xiàn)在依然基本保持著正常的森林、草原與苔原景觀，仍能維系生態(tài)系統(tǒng)的正常功能。討論：為什么這些生態(tài)系統(tǒng)在受到干擾后，仍能保持相對(duì)穩(wěn)定呢？本節(jié)聚焦：1、什么是生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)？2、怎樣理解生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性?生態(tài)系統(tǒng)所具有的保持或恢復(fù)自身結(jié)構(gòu)和功能相對(duì)穩(wěn)定的能力，叫做生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性(stabilityofecosystem)o生態(tài)系統(tǒng)之所以能維持相對(duì)穩(wěn)定，是由于生態(tài)系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)(self-regulating)能力。生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力說(shuō)明生態(tài)系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)能力的實(shí)例很多。例如，當(dāng)河流受到輕微的污染時(shí)，能通過(guò)物理沉降、化學(xué)分解和微生物的分解，很快消除污染，河流中的生物種類和數(shù)量不會(huì)受到明顯的影響。在森林中，當(dāng)害蟲數(shù)量增加時(shí)，食蟲鳥類由于食物豐富，數(shù)量也會(huì)增多，這樣，害蟲種群的增長(zhǎng)就會(huì)受到抑制。這是生物群落內(nèi)部負(fù)反饋調(diào)節(jié)的實(shí)例。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)自我調(diào)節(jié)能力的基礎(chǔ)。旁欄思考：你還能舉出說(shuō)明生態(tài)系統(tǒng)中負(fù)反饋調(diào)節(jié)的其他實(shí)例嗎？思考與討論經(jīng)小組討論后，用文字、箭頭，構(gòu)建一個(gè)食蟲鳥種群與害蟲種群之間負(fù)反饋調(diào)節(jié)的概念模型。如果有條件，可以在計(jì)算機(jī)上用Flash動(dòng)畫來(lái)模擬這種調(diào)節(jié)過(guò)程，構(gòu)建動(dòng)態(tài)的模型。

圖5-15浜林火宛（左）和火燒后的恢復(fù)（右）生態(tài)系統(tǒng)在受到外界干擾時(shí)，依靠自我調(diào)節(jié)能力來(lái)維持自身的相對(duì)穩(wěn)定。例如，一場(chǎng)火過(guò)后，森林中種群密度降低;但是由于光照更加充足、土壤中無(wú)機(jī)養(yǎng)料增多，許多種子萌發(fā)后，迅速長(zhǎng)成新植株（圖5-15）。圖5-15浜林火宛（左）和火燒后的恢復(fù)（右）生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力不是無(wú)限的。當(dāng)外界干擾因素的強(qiáng)度超過(guò)一定限度時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力會(huì)迅速喪失，這樣，生態(tài)系統(tǒng)就到了難以恢復(fù)的程度。我國(guó)西北的黃土高原（圖5-16），就是原有森林生態(tài)系統(tǒng)崩潰的鮮明例子！想像空間想像你每時(shí)每刻都在被病菌攻擊的情景。平時(shí)不得病是由于你的抵抗力，得病后能夠恢復(fù)健康靠的是恢復(fù)力。這對(duì)你理解生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有幫助嗎？抵抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性正是由于生態(tài)系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)能力，生態(tài)系統(tǒng)才能維持相對(duì)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定性表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面是生態(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（不受損害）的能力，叫做抵抗力穩(wěn)定性（resistancestability）；另一方面是生態(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，叫做恢復(fù)力穩(wěn)定性（resiliencestability）。例如，當(dāng)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；當(dāng)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)正常的功能。這些都反映出生態(tài)系統(tǒng)本身對(duì)外界干擾具有一定的抗性。與社會(huì)的聯(lián)系在林業(yè)生產(chǎn)上，如果采用科學(xué)合理的間伐，使森林依然能夠保持持續(xù)的更新能力，就可以長(zhǎng)期維持穩(wěn)定的生產(chǎn)。

生態(tài)系統(tǒng)遭到一定程度的破壞后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，可以恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，這是由于生態(tài)系統(tǒng)具有恢復(fù)力穩(wěn)定性，如前述的森林局部火災(zāi)后，森林仍能逐步恢復(fù)原狀。圖5-17北報(bào)苔原生態(tài)系統(tǒng)不同生態(tài)系統(tǒng)在這兩種穩(wěn)定性的表現(xiàn)上有著一定的差別。一般來(lái)說(shuō)，生態(tài)系統(tǒng)中的組分越多，食物網(wǎng)越復(fù)雜，其自我調(diào)節(jié)能力就越強(qiáng)，氐抗力穩(wěn)定性就越高。例如，在北極苔原生態(tài)系統(tǒng)中，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(lái)維持生活（圖5-17）。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。相反，在熱帶雨林中，動(dòng)植物種類繁多，營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，假如其中的某種植食性動(dòng)物大量減少，它在食物網(wǎng)中的位置還可圖5-17北報(bào)苔原生態(tài)系統(tǒng)旁欄思考：想一想，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？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(guò)自身的凈化作用，可以很快恢復(fù)到接近原來(lái)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。同樣，熱帶雨林在遭到嚴(yán)重的砍伐，草原受到極度放牧后，恢復(fù)原狀的時(shí)間漫長(zhǎng)，難度極大！提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性圖5Tg農(nóng)田防護(hù)林提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，一方面要控制對(duì)生態(tài)系統(tǒng)干擾的程度，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的利用應(yīng)該適度，不應(yīng)超過(guò)生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力；另一方面，對(duì)人類利用強(qiáng)度較大的生態(tài)系統(tǒng)，應(yīng)實(shí)施相應(yīng)的物質(zhì)、能量投入，保證生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)與功能的協(xié)調(diào)。例如，如果要使單一作物的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)保持穩(wěn)定，需要不斷施肥、灌溉，以及控制病蟲害；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)林可以有效地防風(fēng)阻沙，保護(hù)了這些地區(qū)的草原和農(nóng)田（圖5-18）。圖5Tg農(nóng)田防護(hù)林制作制作設(shè)計(jì)并制作空的，觀察其穩(wěn)定性目的要求設(shè)計(jì)一個(gè)生態(tài)缸，觀察這一人工生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性?；驹碓谟邢薜目臻g內(nèi)，依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)原理，將生態(tài)系統(tǒng)具有的基本成分進(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)不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物之間的合適比例。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。實(shí)驗(yàn)材料蚯蚓8?10條，蝸牛5?7個(gè)，小烏龜2?3只。浮萍、水草、蕨類植物和一些低矮雜草，仙人掌或仙人球2?3株。玻璃板4?5m2粘膠足量；沙土8?10kg,含腐殖質(zhì)較多的花土40?50kg，自來(lái)水足量。方法步驟按100cmx70cmx50cm的標(biāo)準(zhǔn)制作生態(tài)缸框架。在生態(tài)缸內(nèi)底部鋪墊沙土和花土花土在下一邊高，一邊低；沙土在上，沙土層厚5?10cm。在缸內(nèi)低處倒進(jìn)水。將收集或購(gòu)買的動(dòng)物和植物放在生態(tài)缸中，其中浮萍、水草與小烏龜放在水中，仙人掌或仙人球移植到沙土上，蕨類植物和雜草移植到花土上，蚯蚓與蝸牛也放置在花土上。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(yáng)光直接照射。每一個(gè)星期觀察一次生態(tài)缸內(nèi)的生物種類與數(shù)量變化，并且進(jìn)行記錄。結(jié)果和結(jié)論根據(jù)觀察結(jié)果完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。討論:.設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的生態(tài)系統(tǒng)各組成成分有哪些？.生態(tài)缸經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到比較穩(wěn)定的狀態(tài)？.達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，生態(tài)缸內(nèi)的生物種類與數(shù)量有無(wú)變化？如有，是怎樣變化的？練習(xí).判斷下列表述是否準(zhǔn)確：⑴溫帶針闊混交林比熱帶雨林的抵抗力穩(wěn)定性低。（）⑵同等強(qiáng)度干擾下，草原生態(tài)系統(tǒng)比沙漠生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的速度慢。（）⑶不同的生態(tài)系統(tǒng)，氐抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性不同。（）.地球上有許多類型的生態(tài)系統(tǒng)。以下是其中的一部分：（1）森林生態(tài)系統(tǒng)；（2）草原生態(tài)系統(tǒng)；（3）荒漠生態(tài)系統(tǒng)；（4）湖泊生態(tài)系統(tǒng)；（5）苔原生態(tài)系統(tǒng);⑹農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)；（7）果園生態(tài)系統(tǒng)；（8）海洋生態(tài)系統(tǒng)；（9）池塘生態(tài)系統(tǒng)；（10）濕地生態(tài)系統(tǒng)；（11）人工林地生態(tài)系統(tǒng)；（12）高山草甸生態(tài)系統(tǒng)。上述各種類型的生態(tài)系統(tǒng)中，自我調(diào)節(jié)能力最強(qiáng)的兩個(gè)生態(tài)系統(tǒng)是（）；人的作用突出的生態(tài)系統(tǒng)有（）；陸地生態(tài)系統(tǒng)中抵抗力穩(wěn)定性較強(qiáng)的是（），較弱的是（）；水域生態(tài)系統(tǒng)在遭到較嚴(yán)重破壞后，恢復(fù)較快的是（），恢復(fù)較慢的是（）。二、拓展題舉例說(shuō)明生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜程度與生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性的關(guān)系。科學(xué)科學(xué)?技術(shù)?社會(huì)恢復(fù)生態(tài)學(xué)及其應(yīng)用自然生態(tài)系統(tǒng)是人類生存的環(huán)境基礎(chǔ)。目前，自然生態(tài)系統(tǒng)幾乎都受到了不同程度的干擾，一些森林、濕地、草原等自然生態(tài)系統(tǒng)逐漸退化，甚至被破壞。為了有效遏制生態(tài)系統(tǒng)的退化，恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的正常功能，維持生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)，保證人類生存環(huán)境的穩(wěn)定，就需要利用恢復(fù)生態(tài)學(xué)的理論和技術(shù)?；謴?fù)生態(tài)的目標(biāo)是，重建某一區(qū)域歷史上曾有的植物和動(dòng)物群落，使這一區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能恢復(fù)到（或接近）受干擾前的原狀?；謴?fù)生態(tài)學(xué)主要利用的是生物群落演替理論，特別強(qiáng)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力與生物的適應(yīng)性，充分依靠生態(tài)系統(tǒng)自身的能力，并輔以有效的人為手段（物質(zhì)、能量的投入），從而盡快使生態(tài)系統(tǒng)從受損的退化狀態(tài)恢復(fù)到正常的健康狀態(tài)。人們可以采用許多恢復(fù)生態(tài)學(xué)技術(shù)來(lái)治理退化的生態(tài)系統(tǒng)。例如，利用植物群落演替規(guī)律，在不同階段種植不同植物，以改造鹽堿化草原。下面是一個(gè)簡(jiǎn)化的技術(shù)流程：重度就堿化草地（減逸十破遹〕封育、種草（,先鋒植物）重度就堿化草地（減逸十破遹〕封育、種草（,先鋒植物）植被羽步滯混船和土壤中的有機(jī)物

，枯枝落葉】種草〔適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)良牧草）中度鹽堿化草地（虎尾草十雜類草）中度鹽堿化草地（虎尾草十雜類草）加強(qiáng)草地管理揩施Tf適度割草.施肥〕下圖所示）。下圖所示）。輕度盤誠(chéng)化與良好草地［羊草+雜類草：）在破壞嚴(yán)重的區(qū)域，例如洪水沖刷后的河川，可以采用恢復(fù)生態(tài)學(xué)技術(shù)對(duì)兩側(cè)坡面進(jìn)行設(shè)計(jì)，并采用生態(tài)工程的辦法進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)（如技能訓(xùn)練運(yùn)用術(shù)語(yǔ)準(zhǔn)確雌生命是什么？這是一個(gè)古老而又充滿哲理的問(wèn)題?？偨Y(jié)從細(xì)胞到生態(tài)系統(tǒng)多層次生命系統(tǒng)的共同特征，對(duì)你認(rèn)識(shí)生命的本質(zhì)會(huì)有幫助。這個(gè)活動(dòng)，需要你綜合運(yùn)用已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)，甚至還需要你自己去進(jìn)一步查找資料，獲取更準(zhǔn)確的信息，并用準(zhǔn)確的術(shù)語(yǔ)表達(dá)。.生命系統(tǒng)與環(huán)境的關(guān)系。與一般的非生命系統(tǒng)相比，生命系統(tǒng)的復(fù)雜程度高，而且任何生命系統(tǒng)都不能孤立地存在，而是與周圍環(huán)境時(shí)刻進(jìn)行著物質(zhì)和能量的交換。生命系統(tǒng)應(yīng)該是什么樣的系統(tǒng)？.生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。生命系統(tǒng)盡管結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但都是由各個(gè)組成部分構(gòu)成的統(tǒng)一整體，組織性強(qiáng)。生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征是：.生命系統(tǒng)的功能。和非生命系統(tǒng)相比，生命系統(tǒng)能夠不斷地從外界環(huán)境獲取物質(zhì)和能量，形成新的組織結(jié)構(gòu)，也能不斷地排出物質(zhì)、散失熱能，等等。細(xì)胞、個(gè)體，都能形成新的細(xì)胞、個(gè)體。生命系統(tǒng)具有什么功能？.生命系統(tǒng)的歷史。分析生命系統(tǒng)的由來(lái)，追尋生命系統(tǒng)的歷史，也是理解生命是什么的關(guān)鍵。從歷史的角度看，生命系統(tǒng) 本營(yíng)^牽生態(tài)系統(tǒng)是在一定空間中生物群落與其無(wú)機(jī)環(huán)境相互作用而形成的統(tǒng)一整體。生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括兩方面的內(nèi)容：生態(tài)系統(tǒng)的成分、食物鏈和食物網(wǎng)。生態(tài)系統(tǒng)含有生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者和非生物的物質(zhì)與能量等基本成分。生態(tài)系統(tǒng)中，進(jìn)行著物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)和信息傳遞過(guò)程，其中物質(zhì)是可以被循環(huán)利用的，物質(zhì)的循環(huán)帶有全球性；能量流動(dòng)則是單向和逐級(jí)遞減的。生態(tài)系統(tǒng)中，各種各樣的信息在生物的生存、繁衍和調(diào)節(jié)種間關(guān)系等方面起著十分重要的作用。生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性包括抵抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性。生態(tài)系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)能力，這是生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。生態(tài)系統(tǒng)中組成成分越多，食物網(wǎng)越復(fù)雜，氐抗外界干擾的能力就越強(qiáng)。當(dāng)今全球出現(xiàn)的諸多環(huán)境問(wèn)題，就與生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性遭到破壞有關(guān)。對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的組分和種種過(guò)程進(jìn)行分析時(shí)，數(shù)學(xué)方法有著廣泛而重要的應(yīng)用。整體的觀點(diǎn)、相互作用的觀點(diǎn)、動(dòng)態(tài)平衡的觀點(diǎn)等，是隨著對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的分析探討而加深理解的，這些觀點(diǎn)也是認(rèn)識(shí)和理解其他許多問(wèn)題的基礎(chǔ)。自我檢測(cè)一、概念檢測(cè).判斷⑴生態(tài)系統(tǒng)中存在著物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的過(guò)程。（）（2）太陽(yáng)能只有通過(guò)生產(chǎn)者才能輸人到生態(tài)系統(tǒng)之中。（）⑶植食性動(dòng)物一定是初級(jí)消費(fèi)者。（）⑷在草一昆蟲一青蛙一蛇一狐一豹這條食物鏈中，豹是第五營(yíng)養(yǎng)級(jí)。（）⑸抵抗力穩(wěn)定性高的生態(tài)系統(tǒng)，恢復(fù)力穩(wěn)定性可能比較低。（）.選擇⑴下列哪一種方法能增加生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性：A.減少該生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)捕食者和寄生生物的數(shù)量；B.增加該生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的種類；C.使該生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)生產(chǎn)者和消費(fèi)者在數(shù)量上保持平衡；D.減少該生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的種類。答[]⑵與生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力大小有關(guān)的主要因素是:A.生態(tài)系統(tǒng)的無(wú)機(jī)環(huán)境； B.生態(tài)系統(tǒng)的氣候環(huán)境；C.生態(tài)系統(tǒng)的成分； D.生態(tài)系統(tǒng)的地理位置。 答[]3.畫概念（1）將以下概念之間的關(guān)系用概念圖的形式表示出來(lái)。生態(tài)系統(tǒng)、食物鏈、食物網(wǎng)、生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者、生物群落、初級(jí)消費(fèi)者、次級(jí)消費(fèi)者、三級(jí)消費(fèi)者、第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)、第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)、第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)、第四營(yíng)養(yǎng)級(jí)。⑵在以下概念圖的問(wèn)號(hào)和空白框內(nèi)填寫適當(dāng)?shù)脑~語(yǔ)。填表比較能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)與信息傳遞的特點(diǎn)，并闡述三者之間的關(guān)系比較項(xiàng)目能呈流動(dòng)物質(zhì)循環(huán)信息傳遞特點(diǎn)范用關(guān)系二,知識(shí)遷移1.現(xiàn)提供以下種植、養(yǎng)殖物種和其他一些生產(chǎn)因素（見(jiàn)下表），請(qǐng)你選擇種植、養(yǎng)殖物種各兩種，設(shè)計(jì)一個(gè)符合生態(tài)學(xué)原理的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)（用文字、方框、箭頭、線段等表示）。2.下圖是河流生態(tài)系統(tǒng)受到生活污水(含大量有機(jī)物)輕度污染后的凈化作用示意圖。請(qǐng)根據(jù)圖回答：⑴在該河流的AB段上，溶解氧大量減少的主要原因是什么？⑵在該河流的BC段上，藻類大量繁殖的主要原因是什么？⑶水中溶解氧含量逐漸恢復(fù)的主要原因是什么？⑷若釀造廠或味精廠將大量含有有機(jī)物的廢水排人該河流，對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)可能造成的最嚴(yán)重的后果是什么？三、技能應(yīng)用.某同學(xué)在探究落葉在不同上壤中的變化時(shí)，提出了新的問(wèn)題缺氧環(huán)境中的土壤是否也能分解落葉呢?請(qǐng)你幫助他完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。.某地農(nóng)業(yè)部門在防治棉鈴蟲問(wèn)題上，提出了兩種方案:一種是