第5節生態系統的穩定性問題探討地球上、亞馬遜森林，歐亞大陸草原，以及極地附近的苔原，都已經存在至少上千萬年了，這些自然生態系統盡管經常遭受洪澇、火燒、蟲害、也遭受人類的砍伐與放牧等活動的干擾。但是現在依然基本保持著正常的森林、草原與苔原景觀，仍能維系生態系統的正常功能。討論：為什么這些生態系統在受到干擾后，仍能保持相對穩定呢？本節聚焦：1、什么是生態系統的自我調節?2、怎樣理解生態系統的抵抗力穩定性和恢復力穩定性?生態系統所具有的保持或恢復自身結構和功能相對穩定的能力，叫做生態系統的穩定性(stabilityofecosystem)。生態系統之所以能維持相對穩定，是由于生態系統具有自我調節(self-regulating)能力。生態系統的自我調節能力說明生態系統具有自我調節能力的實例很多。例如，當河流受到輕微的污染時，能通過物理沉降、化學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量不會受到明顯的影響。在森林中，當害蟲數量增加時，食蟲鳥類由于食物豐富，數量也會增多，這樣，害蟲種群的增長就會受到抑制。這是生物群落內部負反饋調節的實例。負反饋調節在生態系統中普遍存在，它是生態系統自我調節能力的基礎。旁欄思考：你還能舉出說明生態系統中負反饋調節的其他實例嗎？思考與討論經小組討論后，用文字、箭頭，構建一個食蟲鳥種群與害蟲種群之間負反饋調節的概念模型。如果有條件，可以在計算機上用Flash動畫來模擬這種調節過程，構建動態的模型。

圖5「15圖5「15廡林火災（仝）和火燒后的恢復（右｝生態系統的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，這樣，生態系統就到了難以恢復的程度。我國西北的黃土高原（圖5-16），就是原有森林生態系統崩潰的鮮明例子！想像空間想像你每時每刻都在被病菌攻擊的情景。平時不得病是由于你的抵抗力，得病后能夠恢復健康靠的是恢復力。這對你理解生態系統的穩定性有幫助嗎?抵抗力穩定性和恢復力穩定性正是由于生態系統具有自我調節能力，生態系統才能維持相對穩定。這種穩定性表現在兩個方面：一方面是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，叫做抵抗力穩定性（resistancestability）；另一方面是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，叫做恢復力穩定性（resiliencestability）。例如，當草原遭受蝗蟲的采食后，草原植物就會增強其再生能力，盡可能減緩種群數量的下降；當森林遭遇持續的干旱氣候時，樹木往往擴展根系的分布空間，以保證獲得足夠的水分，維持生態系統正常的功能。這些都反映出生態系統本身對外界干擾具有一定的抗性。與社會的聯系在林業生產上，如果采用科學合理的間伐，使森林依然能夠保持持續的更新能力，就可以長期維持穩定的生產。

生態系統遭到一定程度的破壞后，經過一段時間，可以恢復到原來的狀態，這是由于生態系統具有恢復力穩定性，如前述的森林局部火災后，森林仍能逐步恢復原狀。圖5-17北扱苔原生態系統不同生態系統在這兩種穩定性的表現上有著一定的差別。一般來說，生態系統中的組分越多，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。例如，在北極苔原生態系統中，動植物種類稀少，營養結構簡單，其中生產者主要是地衣，其他生物大都直接或間接地依靠地衣來維持生活（圖圖5-17北扱苔原生態系統旁欄思考：想一想，研究不同生態系統在抵抗力穩定性和恢復力穩定性兩方面存在的差別，對自然生態系統的利用和保護有什么意義？生態系統在受到不同的干擾（破壞）后，其恢復速度與恢復時間是不一樣的。如果河流與土壤被有毒物質輕微污染，通過自身的凈化作用，可以很快恢復到接近原來的狀態；如果被有毒物質重度污染，自身的凈化作用已不足以消除大部分有毒物質，這些河流或土壤的恢復力穩定性就被破壞了。同樣，熱帶雨林在遭到嚴重的砍伐，草原受到極度放牧后，恢復原狀的時間漫長，難度極大！提高生態系統的穩定性圖5-他農田防護林提高生態系統的穩定性，一方面要控制對生態系統干擾的程度，對生態系統的利用應該適度，不應超過生態系統的自我調節能力；另一方面，對人類利用強度較大的生態系統，應實施相應的物質、能量投入，保證生態系統內部結構與功能的協調。例如，如果要使單一作物的農田生態系統保持穩定，需要不斷施肥、灌溉，以及控制病蟲害；還可以人工建造“生態屏障”。我國在東北、華北和西北地區已經建造了大規模的“三北防護林”，防護林可以有效地防風阻沙，保護了這些地區的草原和農田（圖5-18）。圖5-他農田防護林制作制作設計并制作生態缸，觀察其穩定性目的要求設計一個生態缸，觀察這一人工生態系統的穩定性。基本原理在有限的空間內，依據生態系統原理，將生態系統具有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不同營養級生物之間的合適比例。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。實驗材料蚯蚓8~10條，蝸牛5~7個，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~lOkg,含腐殖質較多的花土40~50kg，自來水足量。方法步驟按100cmx70cmx50cm的標準制作生態缸框架。在生態缸內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5~10c叫在缸內低處倒進水。將收集或購買的動物和植物放在生態缸中，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。封上生態缸蓋。將生態缸放置于室內通風、光線良好的地方，但要避免陽光直接照射。每一個星期觀察一次生態缸內的生物種類與數量變化，并且進行記錄結果和結論根據觀察結果完成實驗報告。討論：1．設計時要考慮的生態系統各組成成分有哪些？2．生態缸經過多長時間才能達到比較穩定的狀態？3．達到穩定狀態后，生態缸內的生物種類與數量有無變化？如有，是怎樣變化的？練習一、基礎1．判斷下列表述是否準確：溫帶針闊混交林比熱帶雨林的抵抗力穩定性低。()同等強度干擾下，草原生態系統比沙漠生態系統恢復的速度慢。()不同的生態系統，抵抗力穩定性和恢復力穩定性不同。()2．地球上有許多類型的生態系統。以下是其中的一部分:森林生態系統；(2)草原生態系統；(3)荒漠生態系統；(4)湖泊生態系統；(5)苔原生態系統；(6)農田生態系統；(7)果園生態系統；(8)海洋生態系統；(9)池塘生態系統；(10)濕地生態系統；(11)人工林地生態系統；(12)高山草甸生態系統。上述各種類型的生態系統中，自我調節能力最強的兩個生態系統是()；人的作用突出的生態系統有()；陸地生態系統中抵抗力穩定性較強的是()，較弱的是()；水域生態系統在遭到較嚴重破壞后，恢復較快的是()，恢復較慢的是()。二、拓展題舉例說明生態系統的復雜程度與生態系統的穩定性的關系。科學科學?技術?社會恢復生態學及其應用自然生態系統是人類生存的環境基礎。目前，自然生態系統幾乎都受到了不同程度的干擾，一些森林、濕地、草原等自然生態系統逐漸退化，甚至被破壞。為了有效遏制生態系統的退化，恢復生態系統的正常功能，維持生態系統的生產，保證人類生存環境的穩定，就需要利用恢復生態學的理論和技術。恢復生態的目標是，重建某一區域歷史上曾有的植物和動物群落，使這一區域生態系統的結構與功能恢復到（或接近）受干擾前的原狀。恢復生態學主要利用的是生物群落演替理論，特別強調生態系統的自我調節能力與生物的適應性，充分依靠生態系統自身的能力，并輔以有效的人為手段（物質、能量的投入），從而盡快使生態系統從受損的退化狀態恢復到正常的健康狀態。人們可以采用許多恢復生態學技術來治理退化的生態系統。例如，利用植物群落演替規律，在不同階段種植不同植物，以改造鹽堿化草原。下面是—個簡化的技術流程：眨度鹽碗化草地（域恣十臓壺〕封畝、種草（屯鐸鹹物）眨度鹽碗化草地（域恣十臓壺〕封畝、種草（屯鐸鹹物）械皴崛步餐逼瑙初上壤中的有機物

（枯枝落葉】種草〔適應性強的優良牧草）日度鹽堿化蘋地日度鹽堿化蘋地（虎尾草十雜類草）加強草地百理描砸T（適度割草.施肥）圖所示）。圖所示）。輕度鹽堿化與良好草地（羊草+雜類單J在破壞嚴重的區域，例如洪水沖刷后的河川，可以采用恢復生態學技術對兩側坡面進行設計，并采用生態工程的辦法進行生態恢復（如技能訓練運用術語準確表達生命是什么？這是一個古老而又充滿哲理的問題。總結從細胞到生態系統多層次生命系統的共同特征，對你認識生命的本質會有幫助。這個活動，需要你綜合運用已經學過的知識，甚至還需要你自己去進一步查找資料，獲取更準確的信息，并用準確的術語表達。1．生命系統與環境的關系。與一般的非生命系統相比，生命系統的復雜程度高，而且任何生命系統都不能孤立地存在，而是與周圍環境時刻進行著物質和能量的交換。生命系統應該是什么樣的系統？2．生命系統的結構。生命系統盡管結構復雜，但都是由各個組成部分構成的統一整體，組織性強。生命系統的結構特征是:3．生命系統的功能。和非生命系統相比，生命系統能夠不斷地從外界環境獲取物質和能量，形成新的組織結構，也能不斷地排出物質、散失熱能，等等。細胞、個體，都能形成新的細胞、個體。生命系統具有什么功能？4．生命系統的歷史。分析生命系統的由來，追尋生命系統的歷史，也是理解生命是什么的關鍵從歷史的角度看，生命系統本章小結生態系統是在一定空間中生物群落與其無機環境相互作用而形成的統一整體。生態系統的結構包括兩方面的內容：生態系統的成分、食物鏈和食物網。生態系統含有生產者、消費者、分解者和非生物的物質與能量等基本成分。生態系統中，進行著物質循環、能量流動和信息傳遞過程，其中物質是可以被循環利用的，物質的循環帶有全球性；能量流動則是單向和逐級遞減的。生態系統中，各種各樣的信息在生物的生存、繁衍和調節種間關系等方面起著十分重要的作用。生態系統的穩定性包括抵抗力穩定性和恢復力穩定性。生態系統具有自我調節能力，這是生態系統穩定性的基礎。生態系統中組成成分越多，食物網越復雜，抵抗外界干擾的能力就越強。當今全球出現的諸多環境問題，就與生態系統穩定性遭到破壞有關。對系統內的組分和種種過程進行分析時，數學方法有著廣泛而重要的應用。整體的觀點、相互作用的觀點、動態平衡的觀點等，是隨著對生態系統的分析探討而加深理解的，這些觀點也是認識和理解其他許多問題的基礎。自我檢測一、概念檢測1．判斷TOC\o"1-5"\h\z生態系統中存在著物質循環和能量流動兩個相對獨立的過程。()太陽能只有通過生產者才能輸人到生態系統之中。()(3)植食性動物一定是初級消費者。()在草-昆蟲-青蛙-蛇-狐-豹這條食物鏈中，豹是第五營養級。()抵抗力穩定性高的生態系統，恢復力穩定性可能比較低。()2．選擇(1)下列哪一種方法能增加生態系統的抵抗力穩定性:A?減少該生態系統內捕食者和寄生生物的數量；B?增加該生態系統內各營養級生物的種類；C?使該生態系統內生產者和消費者在數量上保持平衡；D?減少該生態系統內各營養級生物的種類。答[]與生態系統自我調節能力大小有關的主要因素是:

答[]A?生態系統的無機環境；B答[]C?生態系統的成分；D?生態系統的地理位置。3．畫概念（1）將以下概念之間的關系用概念圖的形式表示出來。生態系統、食物鏈、食物網、生產者、消費者、分解者、生物群落、初級消費者、次級消費者三級消費者、第一營養級、第二營養級、第三營養級、第四營養級。（2）在以下概念圖的問號和空白框內填寫適當的詞語。行為信息例如某種動物以尿液來標i己領地追齊系統的週屈），.物埋信息、例如行為信息例如某種動物以尿液來標i己領地追齊系統的週屈），.物埋信息、例如例如4．填表填表比較能量流動、物質循環與信息傳遞的特點，并闡述三者之間的關系比較項目比較項目能號潦動持點范鬧物質循環信息傳遞二、知識遷移1?現提供以下種植、養殖物種和其他一些生產因素（見下表），請你選擇種植、養殖物種各兩種，設計一個符合生態學原理的農業生產系統（用文字、方框、箭頭、線段等表示）。2．下圖是河流生態系統受到生活污水(含大量有機物)輕度污染后的凈化作用示意圖。河流方向一請根據圖回答:(1)在該河流的AB段上，溶解氧大量減少的主要原因是什么?(2)在該河流的BC段上，藻類大量繁殖的主要原因是什么?水中溶解氧含量逐漸恢復的主要原因是什么?若釀造廠或味精廠將大量含有有機物的廢水排人該河流，對河流生態系統可能造成的最嚴重的后果是什么?三、技能應用1．某同學在探究落葉在不同上壤中的變化時，提出了新的問題:缺氧環境中的土壤是否也能分解落葉呢?請你幫助他完成實驗設計。2．某地農業部門在防治棉鈴蟲問題上，提出了兩種方案:一種是噴灑高效農藥；一種是放養棉鈴蟲的天敵——赤眼蜂。前者可以比較迅速地殺死棉鈴蟲，但卻會同時殺死其他動物，包括赤眼蜂，還可能造成環境污染；后者不能徹底消滅棉鈴蟲，但是能將棉鈴蟲的種群數量控制在較低的水平，而且不會造成環境污染。請評價哪種方案有利于提高農田生態系統的穩定性?為什么?四、思維拓展1977年，科學家在深海中的火山口周圍發現了熱泉。熱泉噴出的海水溫度超過300°C,并且富含硫化氫和硫酸鹽。令人驚奇的是，在這樣的海水中，