生态系统的自我调节能力

生态系统的自我调节能力一、教学目标1.阐明生态系统的自我调节能力。2.举例说明抵抗力稳定性和恢复力稳定性。3.简述提高生态系统稳定性的措施。4.设计并制作生态缸，观察其稳定性。5.认同生态系统稳定性的重要性，关注人类活动对生态系统稳定性的影响。二、教学重点和难点1.教学重点阐明生态系统的自我调节能力。2.教学难点抵抗力稳定性和恢复力稳定性的概念。三、教学策略可以从正反两方面的实例来引入《生态系统的稳定性》一节的教学。教材中“问题探讨”的素材是从正面说明生态系统具有稳定性，引导学生从群落的种间关系、生态系统的结构与功能等相关内容进行讨论。也可以设问：“人类能否在生物圈之外建造一个适于人类长期生活的生态系统呢？”引出“生物圈2号”实验，引导学生思考生物圈2号失败的原因。上述正反两个实例，可以说明自然界中生态系统具有相对稳定性，稳定的生态系统对于生物的生存至关重要。在此基础上，教师阐释什么是生态系统的稳定性，并进一步设问：“为什么生态系统具有稳定性？”引出“生态系统的自我调节能力”。教师可以提出数个实例，让学生讨论生态系统是如何通过自我调节达到稳定状态的。例如，（1）草原中生活着野兔和狼，由于狼的捕食，野兔数量减少，分析草、野兔、狼的种群数量是如何逐步达到稳定的。（2）为什么森林中害虫数量不会持续大幅度增长？（3）适度捕捞后，池塘中鱼的种群数量为什么不会减少？（4）森林局部大火过后，为什么植株能较快生长？请学生按照“思考与讨论”中的要求来解释上述实例，使他们理解负反馈调节的机制。教师可用计算机将上述实例制作成动画来模拟演示反馈调节的过程。教师要说明，生态系统的自我调节能力是有限的，这也可以通过大量事例说明。通过以上内容的教学，已为学生理解“抵抗力稳定性和恢复力稳定性”的概念打下了伏笔。“抵抗力稳定性”要强调其核心是“抵抗干扰，保持原状”。“干扰”是指破坏稳定状态的外界因素；“保持”是指与干扰同时表现的系统内在的自动调节能力。“恢复力稳定性”要强调其核心是“遭到破坏，恢复原状”。“破坏”是指受外界因素影响使生态系统较远地偏离了原来的稳定范围；“恢复”是指外界因素消除后，生态系统重新建立稳定状态。请学生比较草原、北极苔原、森林生态系统，抵抗力稳定性谁强谁弱？恢复力稳定性谁高谁低？引导学生认识：一方面，不同的生态系统表现出的稳定性是不一样的；另一方面，生态系统的稳定性也取决于外界因素的影响程度。进行“提高生态系统的稳定性”的教学时，主要明确以下观点：（1）自然生态系统是人类生存的基本环境；（2）人类活动的干扰正在全球范围内使生态系统偏离稳定状态；（3）人类生存与发展的命运就掌握在自己手中，但又受到自然规律的制约。在教学中，应尽可能通过图片、照片、录像片等，丰富学生的感性认识，拉近与现实生活的距离。四、制作指导课题：设计并制作生态缸，观察其稳定性。1.在指导学生制作生态缸时，除了参考教材中的方法步骤外，还要注意以下几点。（1）生态缸可制作成封闭型，也可制作成开放型（即不加盖）。前者对生态系统的基本成分及其比例有着更严格的要求。（2）生态缸中放置的生物必须具有较强的生活力，放置生物的数量要合适。（3）为了使生态缸内的沙地保持干燥，可在沙土下铺垫一张塑料布，以防止缸中水（气）渗透上来。（4）生态缸制作完毕后，应该贴上标签，在上面写上制作者的姓名与制作日期。2.在指导学生观察生态缸的稳定性时，要注意以下几点。（1）让学生设计一份观察记录表，内容包括植物、动物的生活情况，水质情况（由颜色变化进行判别）及基质变化等。（2）定期观察，同时做好观察记录。（3）如果发现生态缸中的生物已经全部死亡，说明此时该生态系统的稳定性已被破坏，记录下发现的时间。（4）依据观察记录，对不同生态缸进行比较、分析，说明生态缸中生态系统稳定性差异的原因。五、答案和提示练习基础题1.（1）√；（2）×；（3）√。2.自我调节能力最强的两个生态系统是（1、8）；人的作用突出的生态系统有（6、7、9、11）；陆地生态系统中抵抗力稳定性较强的是（1、2），较弱的是（3、5、6、7、11）；水域生态系统在遭到较严重的破坏后，恢复较快的是（4、9），恢复较慢的是（8）。拓展题提示：生态系统中的生物种类越多，食物链越复杂，系统的自我调节能力就越强；反之，生物种类越少，食物链越简单，则调节平衡的能力越弱。例如在马尾松纯林中，松毛虫常常会产生爆发性的危害；如果是针阔混交林，单一的有害种群不可能大发生，因为多种树混交，害虫的天敌种类和数量随之增加，进而限制了该种害虫的扩展和蔓延。六、参考资料1.生态系统的自我调节能力生态系统的自我调节能力主要表现在3个方面：第一，是同种生物的种群密度的调控，这是在有限空间内比较普遍存在的种群变化规律；第二，是异种生物种群之间的数量调控，多出现于植物与动物或动物与动物之间，常有食物链关系；第三，是生物与环境之间的相互调控。生态系统总是随着时间的变化而变化的，并与周围的环境有着很密切的关系。生态系统的自我调节能力是以内部生物群落为核心的，有着一定的承载力，因此生态系统的自我调节能力是有一定范围的。生态系统的调节能力主要是通过反馈（feedback）来完成的。反馈又分为正反馈（positivefeedback）和负反馈（negativefeedback）两种。负反馈对生态系统达到和保持平衡是必不可少的。正负反馈的相互作用和转化，保证了生态系统可以达到一定的稳态。例如，如果草原上的食草动物因为迁入而增加，植物就会因为受到过度啃食而减少；而植物数量减少以后，反过来就会抑制动物的数量，从而保证了草原生态系统中的生产者和消费者之间的平衡。在生态系统中关于正反馈的例子不多，例如，有一个湖泊受到了污染，鱼类的数量就会因为死亡而减少，鱼类死亡的尸体腐烂，又会进一步加重污染，引起更多的鱼类的死亡。不同生态系统的自我调节能力是不同的。一个生态系统的物种组成越复杂，结构越稳定，功能越健全，生产能力越高，它的自我调节能力也就越高。因为物种的减少往往使生态系统的生产效率下降，抵抗自然灾害、外来物种入侵和其他干扰的能力下降。而在物种多样性高的生态系统中，拥有着生态功能相似而对环境反应不同的物种，并以此来保障整个生态系统可以因环境变化而调整自身以维持各项功能的发挥。因此，物种丰富的热带雨林生态系统要比物种单一的农田生态系统的自我调节能力强。2.生态系统的抵抗力稳定性和恢复力稳定性生态系统的稳定性不仅与生态系统的结构、功能和进化特征有关，而且与外界干扰的强度和特征有关，是一个比较复杂的概念。生态系统的稳定性是指生态系统保持正常动态的能力，主要包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性。以往认为，抵抗力稳定性与恢复力稳定性是相关的，抵抗力稳定性高的生态系统，其恢复力稳定性低。也就是说，抵抗力稳定性与恢复力稳定性一般呈相反的关系。但是，这一看法并不完全合理。例如，热带雨林大都具有很强的抵抗力稳定性，因为它们的物种组成十分丰富，结构比较复杂；然而，在热带雨林受到一定强度的破坏后，也能较快地恢复。相反，对于极地苔原（冻原），由于其物种组分单一、结构简单，它的抵抗力稳定性很低，在遭到过度放牧、火灾等干扰后，恢复的时间也十分漫长。因此，直接将抵抗力稳定性与恢复力稳定性比较，可能这种分析本身就不合适。如果要对一个生态系统的两个方面进行说明，则必须强调它们所处的环境条件。环境条件好，生态系统的恢复力稳定性较高，反之亦然。自我检测的答案和提示一、概念检测1.（1）×；（2）√；（3）√；（4）×；（5）√。2.（1）B；（2）C。3.（1）举例：图5-10生态系统的信息传递4.略二、知识迁移1.这是一道开放性非常大的题，可以让学生充分发挥创造力去设计。2.提示：（1）藻类数量减少；需氧型细菌大量繁殖，溶解氧随有机物被细菌分解而大量消耗。（2）有机物分解后形成的大量的NH+4等无机盐离子，有利于藻类的大量繁殖。（3）藻类通过光合作用释放氧气；有机物减少，需氧型细菌数量下降，因而对溶解氧的消耗量减少。（4）河流中生物大量死亡，该生态系统的稳定性遭到破坏。三、技能应用1.略2.放养赤眼蜂。因为喷洒高效农药，在消灭棉铃虫的同时，也会杀死大量的棉铃虫的天敌。棉铃虫失去了天敌的控制，就容易再度大发生。在棉田中放养赤眼蜂，由于棉铃虫和赤眼蜂在数量上存在相互制约的关系，因此，能够将棉铃虫的数量长期控制在较低水平。从这个角度看，这个方案有利于提高农田生态系统的稳定性。四、思维拓展（1）属于自养生物。（2）一般生态系统的能量来自太阳，由绿色植物进行光合作用固定，但深海热泉生态系统中的能量却是来自硫化物，由硫细菌通过氧化硫化物获得。（3）对于研究生命的起源和演化，研究地球上生态系统的结构、规律具有重要的意义。