师:同学们,今天我们要学习人教版选择性必修2第三章第五节生态系统的稳定性。先来看一张漂亮的风景照,这是哪里呢?有同学看到远处的广州塔了,没错,它就是广州的海珠湿地公园。那它属于什么生态系统?
生:湿地生态系统。
师:目前这个生态系统处于什么状态?
生:生态平衡。
师:什么是生态平衡?
生:生态系统的结构和功能处于相对稳定的状态,就是生态平衡。
师:生态系统的结构包含哪些?
生:组成成分和营养结构。
师:海珠湿地经过十多年生态修复,生态改善巨大。从图中可见,生产者、消费者数量大幅提升,水质从5级上升到3级,这表明分解者和非生物部分也有提升,生物丰富度上升,营养结构变得复杂,生态系统的物质循环、能量流动和信息传递功能也增强了。所以,海珠湿地的生态系统处于生态平衡,甚至还在不断演替,变得越来越好。那生态平衡的特征有哪些?
生:结构平衡、功能平衡。
师:从科学家研究的群落总生产量和总呼吸量的变化曲线可知,演替到成熟阶段,群落的总呼吸量和总生产量逐渐趋于稳定,且相对值接近,这说明群落在输入和输出上收支平衡。不过,这种平衡并非指生态系统一成不变,而是一种动态平衡。这是2018年超强台风“山竹”过境后拍的照片,台风使海珠湿地近2000棵树木倒塌、断枝歪斜。但这让出更多空间和阳光,树木生长很快,海珠湿地依然郁郁葱葱、生机盎然。像这样,生态系统维持或恢复自身结构和功能处于相对平衡状态的能力,就叫做生态系统的稳定性。当然,台风过后,工作人员及时清理、修剪树木,重新栽种,也帮助海珠湿地尽快恢复了干净整洁的游园环境。生态系统的稳定性包含抵抗力稳定性和恢复力稳定性。比如,草原遭受一定程度牛羊采食后,植物会增强再生能力,尽可能减缓种群数量下降;河流受到轻微污染时,可通过物理降解、化学分解、微生物分解等方式很快消除污染。像这样,生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状的能力,就叫做抵抗力稳定性。这是海珠湿地十多年的俯瞰图。其实,海珠湿地前身为万亩果林,因上万亩各类果树闻名。从20世纪七八十年代开始,随着城市快速发展,万亩果园逐渐被城市包围,空气、水质、土壤被污染,原有的果林、湿地生态系统遭到严重破坏。2012年,广州决心治理和修复万亩果林,从生态系统整体性角度出发,通过实施自然恢复为主、人工干预为辅的保护修复手段,经过十多年的群落演替和大家的努力,海珠湿地的生态得到全面改善。像这样,生态系统在受到外界干扰因素破坏之后恢复到原状的能力,就叫做恢复力稳定性。
师:那无论生态系统受到外界多大干扰,破坏后都能恢复到原来的样子吗?比如,黄土高原古时候是草原和森林生态系统,因大量植被破坏、人类掠夺式开发,造成水土流失,变成现在这样。所以说,生态系统的自我调节能力是有限的,当外界干扰超过一定限度,这种调节能力就会丧失。仅靠生态系统的自我调节能力无法恢复时,就需要人为干预进行生态修复。所幸经过70多年,政府和相关工作人员的努力,黄土高原的水土保持率、植被覆盖率大幅上升,生态系统已有很大改善。所以,我再次呼吁大家一定要爱护环境,保护生物多样性,保护好我们的家园。
师:如何理解和区分抵抗力稳定性和恢复力稳定性?请看下图。在大多数情况下,生态系统的功能维持在一定范围内,生态平衡是一种相对稳定。当外界出现干扰,生态系统的功能就会偏离正常。这里有个y值,y值越大代表什么?
生:y值代表生态系统被破坏的程度,y值越大,抵抗力稳定性越弱。
师:那x越大代表什么?
生:x值代表恢复原状所需时间,x越大,恢复力稳定性越弱。
师:这条曲线向下围成的TS面积大小代表什么?
生:TS越大,生态系统的总稳定性越弱。
师:从这里可以看出,抵抗力稳定性和恢复力稳定性一般不会同时显现。在抵抗干扰时体现抵抗力稳定性,在干扰后恢复原状时体现恢复力稳定性。我们来比较一下热带雨林生态系统和草原生态系统在稳定性上的差别。第一个问题,如果它们发生同样大小的一群虫害,哪个生态系统被啃食得更严重?
生:草原生态系统。因为森林中植物种类多,物种丰富度大,营养结构复杂,有些植物可能不受虫害影响。热带雨林生态系统种类较多,营养结构较复杂,自我调节能力较强,抵抗力稳定性更强。
