高中生物：第4章《生态系统的稳态》学案（苏教版必修3）

1、第4章 生态系统的稳态一、学习目标1、举例说明生态系统中的能量流动。2、举例说明生态系统中的物质循环。3、举例说明生态系统中的信息传递。4、关注生态系统稳态的维持。二、教材分析1、重点难点与疑点1教学重点（1）生态系中的能量流动。（2）生态系统中的物质循环。（3）生态系统中的信息传递。2教学难点（1）生态系中的能量流动。（2）生态系统中的物质循环。（3）生态系统中的信息传递。3教学疑点（1）生态系统中的能量流动、物质循环、信息传递（应用）。（2）生态系统稳态的维持。2、教材解读课 文解 读一、生态系统中的能量流动P74 第1段能量流动的起点：生产者通过光合作用所固定的太阳能。流入生态系统的总能

2、量就是生产者通过光合作用所固定的太阳能的总量。光能流进绿色植物体的量和速度要受多种因素的影响，如温度、光照强度、水分、土壤中的矿质元素等。一切影响到光合作用强度的因素都会影响到光能流入生态系统的总量和速度，换句说，影响生态系统对光能的利用率。P74 积极思维美国耶鲁大学生态学家林德曼在对一个面积为50公顷的湖泊作了野外调查和室内研究后，于1941年发表了一个老年湖泊内的食物链动态的研究报告。他用确切的数据说明，生物量从绿色植物向食草动物、食肉动物等按食物链的顺序在不同营养级上转移时，有稳定的数量级比例关系，通常后一级生物量只等于或者小于前一级生物量的1/10。林德曼把生态系统中能量的不同利用者

3、之间存在的这种必然的定量关系，叫作“十分之一定律”。如果把这种关系表现在图上，用横坐标表示生物量，在纵坐标上把食物链中各级消费者的数量依次逐级标出，那么，整个图形就像一个金字塔，在生态学中称之为群落中的数量金字塔。1942年，他又发表文章，说明生态系统中能量与物质的流动不同的营养级之间存在的定量关系，是维持所有生态系统稳定的重要因素。林德曼的理论为生态科学打下了理论基础。P75 第1段地球上所有的生态系统所需要的能量都来自太阳。生态系统的生产者绿色植物，通过光合作用，把太阳能固定在它们所制造的有机物中。生产者所固定的太阳能的总量便是流经这个生态系统的总能量，其中一部分能量用于生产者自身的新陈代

4、谢等生命活动，也就是通过呼吸作用被消耗掉了，另一部分能量随着植物遗体和残枝、败叶等被分解者分解而释放出来，还有一部分能量则被初级消费者草食动物摄入体内。植物被草食动物吃了以后，一部分作为粪便等排泄物被动物排出体外，其余大部分则被动物体所同化。这样，能量就由植物体流入了动物体，或者说，能量从第一营养级流入了第二营养级。草食动物所同化的能量，一部分通过呼吸作用被消耗掉了；另一部分用于生长、发育、繁殖等生命活动。次级消费者（肉食动物）、三级消费者（大型内食动物）等体内的能量变化，与初级消费者的情况大致相同。消费者的尸体、粪便等与生产者的遗体、残枝、败叶一样，也被微生物所利用，并通过微生物的呼吸作用，

5、将其中的能量放散到环境中去（如下图）。生态系统的能量流动具有两个明显的特点：单向流动和逐级递减。单向流动是指生态系统的能量流动只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面各个营养级，一般不能够逆向流动，也不能够循环流动。逐级递减是指输入到一个营养级的能量不可能百分之百地流入后一个营养级，能量在沿食物链流动的过程中是逐级减少的。一般来说，在输入到某一个营养级的能量中，大约只有10%20%的能量能够流动到后一个营养级，也就是说，能量在相邻的两个营养级间的传递效率大约是10%20%。为了形象地说明这个问题，可以将单位时间内各个营养级所得到的能量数值，由低到高绘制成图，这样就形成一个金字塔图形，叫做

6、能量金字塔。从能量金字塔可以看出，在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多。生态系统中的金字塔有三种类型：能量金字塔、生物数量金字塔和生物量金字塔，主要是能量金字塔。能量金字塔是指将单位时间内各个营养级所得到的能量数值由低到高绘制成的图形，成金字塔形，称为能量金字塔。从能量金字塔可以看出：在生态系统中，营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多。能量金字塔是没有倒置。数量金字塔是指按各个营养级的生物数量绘制成的金字塔，这种类型的金字塔极易成倒置的金字塔，原因是只注重了生物的个体数量而忽略了生物个体生物量的大小。如一棵大树上生活着几百只昆虫，同时也有几只食虫小鸟，按这三营

7、养级的食链绘制的数量金字塔就是倒置的。生物量金字塔是指按各个营养级生物所拥有的生物量绘制的金字塔，这种金字塔一般情况下是不会倒置的，但也有缺陷。如各个营养级的生物量是很难统计的，一般都以现存量代替生物量，在陆地生态系统中，各营养级的现存量是随着营养级的升高而减少，陆地生态系统中的生物量金字塔一般不会倒置。但在海洋生态系统中，第一营养级的生物一般是海洋中的浮游植物，以藻类为主。藻类一般是单细胞的个体或多细胞的群体，繁殖速度很快，但生命周期很短，一般不积累生物量，游动物对藻类的利用率很高，所以统计到的第一营养级的生物往往低于浮游动物的生物量而出现生物量金字塔的倒置现象。P75 第2段研究能量流动的

8、意义： 帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流动向对人类最有益的部分。人们培育农作物优良品种的目的主要有两个：一是如何提高农作物对光能的利用率；二是使能量流向对人们最有益的部位，如禾谷类农作物在尽可能地使能量流入种子中，马铃薯、甘薯等则尽可能地使其能量流入贮藏器官中。农业生产中的治虫除草的目的就是要让能量更多地流向农作物，提高农作物的产生。二、生态系统中的物质循环P75 第3段在生态系统中，物质从物理环境开始，经生产者、消费者和分解者，又回到物理环境，完成一个由简单无机物到各种高能有机化合物，最终又还原为简单无机物的生态循环。通过该循环，生物得以生存和繁衍，物理环境得到

9、更新并变得越来越适合生物生存的需要。在这个物质的生态循环过程中，太阳能以化学能的形式被固定在有机物中，供食物链上的各级生物利用。 生态系统中的物质循环又称为生物地化循环。能量流动和物质循环是生态系统的两个基本过程，正是这两个基本过程使生态系统各个营养级之间和各种成分（非生物成分和生物成分）之间组织成为一个完整的功能单位。但是能量流动和物质循环的性质不同，能量流经生态系统最终以热的形式消散，能量流动是单方向的，因此生态系统必须不断地从外界获得能量。而物质的流动是循环式的，各种物质都能以可被植物利用的形式重返环境。能量流动和物质循环都是借助于生物之间的取食过程而进行的，但这两个过程是密切相关不可分

10、割的，因为能量是储存在有机分子键内，当能量通过呼吸过程被释放出来用以作功的时候，该有机化合物就被分解并以较简单的物质形式重新释放到环境中去。P75 积极思维P76 第1段自然界中水的循环地球表面约70%以上被水覆盖着，它的分布如下表：水的循环过程是海洋、湖泊、河流和地表的水不断蒸发，变成水蒸气进入大气层。遇冷则凝结成雨、雪、雹、霰降落到地面，一部分重新流入河、湖，最后返回海洋。另一部分渗入土层成地下水。植物吸收的水分其中只有少量结合在机体的组织内，而大部分通过蒸腾作用返回大气。动物和人类也不断向周围环境摄取水分，其中大部分水通过体表蒸发和排泄回到周围环境中（但总量远比植物小）。从整个地球看，总

11、的蒸发量和降水量是平衡的。如果把全球的降水量看作是100个单位，那么平均海洋蒸发量是84个单位，海洋接受降水量是77个单位；陆地蒸发量是16个单位，陆地接受降水量是23个单位，从陆地流入海洋的水量是7个单位，这就使海洋蒸发得到补偿，从而达到平衡。自然界中碳的循环碳是构成有机体最基本的元素，它占机体总干重的49%。自然界中碳的循环是从大气二氧化碳蓄库到生产者、消费者、经分解者回到大气蓄库里，即在空气、水（溶解的二氧化碳和碳酸盐两种形式）跟生物体之间进行的。碳循环的过程是大气中的二氧化碳被绿色植物的光合作用固定，合成碳水化合物，供动物和其他异养生物消耗。同时，消费者和植物本身的呼吸作用、动、植物遗

12、体的分解和燃料（包括泥炭、煤、石油）的燃烧、碳酸岩的溶解和风化、火山活动等不断释放出大量的二氧化碳送回到大气和水的蓄库里。海洋是最大的碳蓄库，据估计海洋含碳量比空气中多5060倍。它一方面来源于水生生物的呼吸作用，有机物分解以及陆地淋溶的碳酸盐等；另一方面来源于大气的溶解。空气与水中的二氧化碳是很容易交换的，大气中每年约有1000亿吨的二氧化碳进入水中，同时水中也有等量的二氧化碳进入大气。在生态系统中碳循环的速度很快，最快的在几分钟或几小时内返回大气，一般在几星期或几个月之内也将返回大气。P76 第2段P76 积极思维氮以多种形式存在地球环境中，这些形式的转化过程构成氮的循环。N2在空气中的数

13、量最大，占空气的78%。不过高等植物不利用N2，而只能同化固定状态的氮化物（如硝酸盐和铵盐等）。将N2还原为NH4+或氧化成硝酸盐（NO3-）的过程叫固氮作用。工业上在高温高压下，将N2和H2合成NH3。每年以工业方法固定的氮约2.5×107吨，而自然界同样可以固定氮，每年全球达10%多吨，为工业固氮的四倍。自然界中的固氮作用10%通过闪电或火山活动、工业燃烧、森林火灾等完成，90%通过微生物完成。某些微生物把空气中的游离氮固定转化为含氮化合物的过程，称为生物固氮作用。植物吸收铵盐或硝酸盐后将它们转变为许多含氮有机物（主要是蛋白质）。动植物和微生物的残骸及粪便是土壤中氮素的主要来源。

14、不过，植物并不能直接利用这些占土壤含氮量90%的含氮有机物。土壤中含有少量的各种氨基酸。它们来源于某些微生物的腐败或植物根的分泌。植物根可以吸收这些氨基酸。土壤有机氮通过土壤微生物的氨化作用转化成NH4+。氨又可以通过细菌的硝化作用氧化成硝酸盐（NO3-）。NH4+和NO3-都可以被植物根系吸收和利用。土壤中的硝酸盐可以由某些嫌气细菌的反硝化作用转化成N2而从土壤中逸出。下图概括了氮循环的基本过程。P77 第1段磷是生物不可缺少的重要元素，生物的代谢过程都需要磷的参与，磷是核酸、细胞膜和骨骼的主要成分，高能磷酸在腺苷二磷酸（ADP）和腺苷三磷酸（ATP）之间可逆地转移，它是细胞内一切生化作用的

15、能量。磷不存在任何气体形式的化合物，所以磷是典型的沉积型循环物质。沉积型循环物质主要有两种存在相：岩石相和溶解盐相。循环的起点源于岩石的风化，终于水中的沉积。由于风化侵蚀作用和人类的开采，磷被释放出来，由于降水成为可溶性磷酸盐，经由植物、草食动物和肉食动物而在生物之间流动，待生物死亡后被分解，又使其回到环境中。溶解性磷酸盐，也可随着水流，进入江河湖海，并沉积在海底。其中一部分长期留在海里，另一些可形成新的地壳，在风化后再次进入循环。    在陆地生态系统中，含磷有机物被细菌分解为磷酸盐，其中一部分又被植物再吸收，另一些则转化为不能被植物利用的化合物。同时

16、，陆地的一部分磷由径流进入湖泊和海洋。在淡水和海洋生态系统中，磷酸盐能够迅速地被浮游植物所吸收，而后又转移到浮游动物和其他动物体内，浮游动物每天排出的磷与其生物量所含有的磷相等，所以使磷循环得以继续进行。浮游动物所排出的磷又有一部分是无机磷酸盐，可以为植物所利用，水体中其他的有机磷酸盐可被细菌利用，细菌又被其他的一些小动物所食用。一部分磷沉积在海洋中，沉积的磷随着海水的上涌被带到光合作用带，并被植物所吸收。因动植物残体的下沉，常使得水表层的磷被耗尽而深水中的磷积累过多。磷是可溶性的，但由于磷没有挥发性，所以，除了鸟粪对海鱼的捕捞，磷没有再次回到陆地的有效途径。在深海处的磷沉积，只有在发生海陆变

17、迁，由海底变为陆地后，才有可能因风化而再次释放出磷，否则就将永远脱离循环。正是由于这个原因，使陆地的磷损失越来越大。因此，磷的循环为不完全循环，现存量越来越少，特别是随着工业的发展而大量开采磷矿加速了这种损失。据估计，全世界磷蕴藏量只能维持100a左右，在生物圈中，磷参与循环的数量，目前正在减少，磷将成为人类和陆地生物生命活动的限制因子。P77 第2段富营养化指由于大量含氮、磷等生物营养物质的污水，不断排入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起水体中藻类及浮游生物和绿色植物迅速繁殖，使水体透明度下降，溶解氧减少，水质恶化，鱼类及其他水生生物大量死亡的现象。水体发生富营养化现象时，随着藻类及浮游生物种

18、类和数量的不同，水体反映出不同的颜色，一般由占优势的浮游生物的颜色决定，如蓝色、红色、棕色、乳白色等。这种富营养化现象发生在江河湖泊叫做“水华”，发生在海洋叫做“赤潮”。  富营养化现象，在地球演化的漫长历程中，是一个自然过程。由于水体堆积了大量 藻类及其他水生生物残体，时间一长湖泊变成沼泽，沼泽再变成陆地，这一自然过程，需要成千上万年的时间缓慢进行。现在，由于人类的活动日益频繁，富营养化现象已成为一个人工过程，人为排放到江河湖泊、海洋的工业废水和生活污水中，含有大量氮、磷等物质，大大促进富营养化过程，缩短了这一自然过程所需的时间。因此，人们便把富营养化现象看成是水体质量恶

19、化或水污染的一种标志。    富营养化现象一旦在水体中出现，水就不能被人畜直接利用。大量生物和有机物残体在沉积于水的底层，在缺氧情况下，被一些微生物分解，产生甲烷、硫化氢等有害气体。富营养化的水体中还存在能使人畜中毒受害的亚硝酸盐和硝酸盐物质。   出现富营养化现象的水体，不仅影响水体的处理和利用，造成经济水生生物（如鱼类）的损失，而且恢复水体的清洁需要相当长的时间。因此，预防水体富营养化十分重要。控制富营养化产生最有效的办法是防止含氮、磷等营养物质的污水进入缓流水体，还可投放杀藻剂，控制藻类植物增生。三、生态系统中的信息传递P78

20、第1段生态系统除了能量流动、物质循环外，还存在着众多的信息联系。在生态系统的各个组成成员之间及各个成员的内部都存在着信息交流，彼此间进行着信息传递。这种信息传递又称为信息流。生态系统中存在着信息流。生态系统信息流不仅包含着个体（物种）、种群和群落等不同水平上的信息，而且，所以生物的分类阶元及其各部分都有特殊的信息联系，从而赋予生态系统以新的特点。生态系统中信息的种类很多，依据信息的传递方式，一般可以划分为物理信息、化学信息、行为信息和营养信息四种类型。（1）物理信息光信息生态系统的维持和发展离不开光的参与，同样，光信息在生态系统中占有重要的地位。在光信息传递的过程中，信源可以是初级信源也可以是

21、次级信源。例如，夏夜中雌雄萤火虫的相互识别，雄虫就是初级信源；而老鹰在高空中通过视觉发现地面上的兔子，由于兔子本身不会发光，它是反射太阳的光，所以它是次级信源。太阳是生态系统中光信息的主要初级信源。声信息在生态系统中，声信息的作用更大一些，尤其是对动物而言。动物更多是靠声信息来确定食物的位置或发现敌害的存在的。我们最为熟悉的以声信息进行通讯的当属鸟类，鸟类的叫声婉转多变，除了能够发出报警鸣叫外，还有许多其他叫声。植物同样可以接收声信息，例如当含羞草在强烈的声音刺激下，就会有小叶合拢、叶柄下垂等反应。声信息的特点有：多方位性，接受者不一定要面向信源，声音可以绕过障碍物；同步性，发出声音信号时，动

22、物的四肢躯干亦可发出信息；瞬时性，声信息可在一瞬间发出，也可在一瞬间停止；多变量，声音有许多变量，包括强度、频率、音质等，每个变量都可以提供一些信息，因此声音信息的容量很大。电信息在自然界中存在许多生物发电现象，因此许多生物可以利用电信息在生态系统中活动。大约有300多种鱼类能产生0.22 V的微弱电压，可以放出少量的电能，并且鱼类的皮肤有很强的导电力，在组织内部的电感器灵敏度也很高。鱼群在洄游过程中的定位，就是利用鱼群本身的生物电场与地球磁场间的相互作用而完成的。由于植物中的组织与细胞间存在着放电现象，因此植物同样可以感受电信息。磁信息地球是一个大磁场，生物生活在其中，必然要受到磁力的影响。

23、候鸟的长途迁徙、信鸽的千里传书，这些行为都是依赖于自己身上的电磁场与地球磁场的作用，从而确定方向和方位。植物对磁信息也有一定的反应，若在磁场异常的地方播种，产量就会降低。不同生物对磁的感受力是不同的。（2）化学信息化学信息主要是生命活动的代谢产物以及性外激素等，有种内信息素（外激素）和种间信息素（异种外激素）之分。种间信息素主要是次生代谢物（如生物碱、萜类、黄酮类）以及各种苷类、芳香族化合物等。现在研究得比较清楚的有家蚕性信息素，其分子式如下：CH3CH2CH2CH=CHCH=CHCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3。在生态系统中，化学信息有着举足轻重的作用。在植物群落中，可

24、以通过化学信息来完成种间的竞争，也可以通过化学信息来调节种群的内部结构。有时，在同一植物种群内也会发生自毒现象。在这些植物的早期生长中，毒素可能降低幼小个体的成活率。然而，当这种毒素在土壤中积累时，它们就能使植物自身死亡，减少生态系统中的植物拥挤程度。在动物群落中，可以利用化学信息进行种间、个体间的识别，还可以刺激性成熟和调节出生率。例如，猎豹和猫科动物有着高度特化的尿标志的信息，它们总是仔细观察前兽留下的痕迹，并由此传达时间信息，避免与栖居在此的对手遭遇。动物还可以利用化学信息来标记领域。群居动物能够通过化学信息来警告种内其他个体。鼬遇到危险时，由肛门排出有强烈臭味的气体，它既是报警信息素，

25、又有防御功能。当蚜虫被捕食时，被捕食的蚜虫立即释放报警信息素，通知同类其他个体逃避。许多动物分泌的性信息素，在种内两性之间起信息交流的作用。在自然界中，凡是雌雄异体，又能运动的生物都有可能产生性信息素。显著的例子是，雄鼠的气味可使幼鼠的性成熟大大提前。（3）行为信息动植物的许多特殊行为都可以传递某种信息，这种行为通常被称为行为信息。如教材中所述，蜜蜂的舞蹈行为就是一种行为信息。草原中有一种鸟，当雄鸟发现危险时就会急速起飞，并扇动两翼，给在孵卵的雌鸟发出逃避的信息。（4）营养信息在生态系统中，沿食物链各级生物要求有一定的比例，即所谓的“生态金字塔”规律。根据这样一个规律，生态系统中的食物链就构成

26、了一个相互依存，相互制约的整体。在畜牧业、饲养业上营养信息规律有很大的作用。若要饲养动物，起始饲养的数量要依据饲料的多少而定；若要在草原放牧，起始放牧的家畜数量更要与牧草生长量、总量相匹配。动物和植物不能直接对营养信息进行反应，通常需要借助于其他的信号手段。例如，当生产者的数量减少时，动物就会离开原生活地，去其他食物充足的地方生活，以此来减轻同种群的食物竞争压力。P79 第1段“自然选择”、“适者生存”的本质就是：只有那些具有足够的接收、处理和利用信息能力的生物物种和个体，才能得到生存和发展。这是亿万年来地球生物进化的基本事实。    作为耗散结构的生态

27、系统，在其自身的演化历程中始终与环境保持着能量、物质和信息的不停顿交换。正是这种不间断地交换与输入、输出，正是这种开放性，生态系统的功能才得以不断地升级和进化，生态系统的有序性才得以维持和强化。    环境是生态系统的信息源，当绿色植物通过光合作用，把来自环境的太阳光以化学能的形式固定下来并输入生态系统的同时，也就将信息引进了系统。生态系统中充满着各种物理信息，生物体代谢过程中产生的种种物质，在系统中不断传递着化学信息；生态系统中的食物链和食物网中又到处充满着营养信息，正是这些营养信息同能量和物质的协同作用，将地球生物圈中的数百万个物种连续成一个整体；生

28、态系统中许多植物的异常表现和许多动物的异常行为所包含的行为信息，常常预示着灾变或反映着环境的变化。P79 第2段信息在农业生态系统中的应用：    农业生态系统和自然生态系统一样，具有各种各样的信息传递。其中最主要的信息是科学技术。根据热力学第一定律，物质和能量是守恒的，既不能创造也不能消灭，人们只能利用“势差”。但在农业生态系统中加入科学技术这个生产力后，可以提高物质的利用率和能量的转化率。光信息在农业生态系统中的应用    利用光信息调节和控制生物的发生发展。例如，利用各种昆虫的趋光特点进行诱杀。昆虫都有趋光的特点，但不同昆虫对各

29、种光波长的反应不完全相同，因此可用不同的光来诱杀害虫。各种害虫活动时间不同，水稻二化螟、三化螟、玉米螟、棉红铃虫、梨小食心虫、小地蚕等，都在22时30分至4时30分活动盛行。草木蛾、桃褐斑夜蛾及葡萄实紫褐夜蛾，都在夜间飞入果园刺吸果汁，所以夜间点灯诱杀效果好。    根据各种植物的光周期特性和经济器官不同，人工控制光周期达到早熟高产，在花卉上应用很多，如短光照处理菊花使其在夏天开花供观赏。在育种上利用光照处理调节不同光周期的植物，在同一时间开花进行杂交，培育优良品种。利用作物光周期不同，采取相应措施提高产量，例如短日照作物黄麻，南种北移延长生长期，提高麻皮产量。养

30、鸡业在增加营养的基础上延长光照时间可以提高产蛋率。化学信息在农业生态系统中的应用     自然界生物的某些行为是由少量的化学物质的刺激引起的，如粘虫成虫具有趋光性，对蜡味特别敏感。生产上就利用这一点，在杀菌剂中调以蜡类物以诱杀之。声信息在农业生态系统中的应用     用一定频率的声波处理蔬菜、谷类作物及树木等种子，可以提高发芽率，获得增产。法国园艺家用耳机套在番茄上，让它每天“欣赏”三小时的音乐，结果番茄重达2.5kg。前苏联、美国也有类似的报道。四、生态系统稳态的维持P79 第3段生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能的相对稳定的

31、能力称为生态系统的稳定性。如当气候干旱时，森林中的动植物种类和数量一般不会有太大的变化，这说明森林生态系统具有抵抗气候变化、保持自身相对稳定的能力。生态系统的稳定性包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性等方面。    抵抗力稳定性是指生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构和功能保持原状的能力。如森林生态系统对气候变化的抵抗能力就属于抵抗力稳定性。生态系统之所以具有抵抗力是因为生态系统具有一定的自动调节能力。生态系统自动调节能力的大小与生态系统中营养结构的复杂程度有关，营养结构越复杂，自动调节能力就越大；反之则自动调节能力就越小。自动调节能力有大有小，抵抗力稳定性也有大有小。&

32、#160;   恢复力稳定性是指生态系统在遭到外界干扰因素的破坏以后恢复到原状的能力在河流生态系统被严重污染后，导致水生生物大量死亡，使河流生态系统的结构和功能遭到破坏。如果停止污染物的排放，河流生态系统通过自身的净化作用，还会恢复到接近原来的状态。这说明河流生态系统具有恢复自身相对稳定的能力。再如一片草地上发生火灾后，第二年就又长出茂密的草本植物，动物的种类和数量也能很快得到恢复。P80 第1段P80 第2段生态系统的一个重要特点是它常常趋向于达到一种稳态或平衡状态，这种稳态是靠自我调节过程来实现的。调节主要是通过反馈进行的。    当生态系

33、统中某一成分发生变化时，它必然会引起其他成分的出现相应的变化，这种变化又会反过来影响最初发生变化的那种成分，使其变化减弱或增强，这种过程就叫反馈。负反馈能够使生态系统趋于平衡或稳态。生态系统中的反馈现象十分复杂，既表现在生物组分与环境之间，也表现于生物各组分之间和结构与功能之间，等等。前者在第三节种群部分已有叙述。生物组分之间的反馈现象。在一个生态系统中，当被捕食者动物数量很多时，捕食者动物因获得充足食物而大量发展；捕食者数量增多后，被捕食者数量又减少；接着，捕食者动物由于得不到足够食物，数量自然减少。二者互为因果，彼此消长，维持着个体数量的大致平衡。这仅是以两个种群数量的相互制约关系的简单例

34、子。说明在无外力干扰下，反馈机制和自我调节的作用，而实际情况要复杂得多。所以当生态系统受到外界干扰破坏时，只要不过分严重，一般都可通过自我调节使系统得到修复，维持其稳定与平衡。     生态系统的自我调节能力是有限度的。当外界压力很大，使系统的变化超过了自我调节能力的限度即“生态阈限”时，它的自我调节能力随之下降，以至消失。此时，系统结构被破坏，功能受阻，以致整个系统受到伤害甚至崩溃，此即通常所说的生态平衡失调。拓展阅读一、生态金字塔 生态金宇塔指各个营养级之间的数量关系，一般提及能量金字塔、数量金字塔和质量金字塔。 能量金字塔：由于生态系统中能量在沿食物链或食物

35、网朝前流动时，各营养级的生物均因呼吸消耗及未被下一营养级利用等原因，而造成能量流动逐级递减，能量流入下一营养级的有效传递率仅为上一营养级所同化能量的10%20%，因而，当将各营养级的能量按数值表示出来时，应呈现营养级别越低，能量值越大，营养级别越高者，所得到的能量必定越少，若把第一营养级能量用体积表示放于底座上，则随营养级别升高，能量体积恰好构成金字塔形，称之为能量金字塔。能量金字塔是绝不会倒置的。而且营养级别低的生物，能量数值大，生物个体的数量多，生物体质量也大，营养级别高的生物，能量数值较小，生物个体数量少，生物体质量小。如：狮在生态系统中的营养级别较高，所拥有的能量值较小，个体数量较少，

36、所有个体的生物质量也小。 生物量金字塔：足以每个营养级的生物量绘制的金字塔。这种类型的金字塔在陆地生态系统中一般是不会倒置的。但它的缺点是忽略了一些单细胞生物，由于其生命周期短，不积累生物量，又加上在测定生物量时是以现存量为依据的，所以在海洋生态系统中，生物量金字塔会出现倒置现象，即出现浮游动物的生物量多于浮游植物的生物量的现象。 生物数量金字塔：是以每个营养级的生物个体数量为依据绘制的金字塔。这种类型的金字塔的缺点是忽略了个体的大小，即有的生物体个体数很少，但每个个体的生物量却很大。如一棵大树上的几百只昆虫。所以这种类型的金字塔也往往出现倒置的现象。二、生态系统是随时间而进化的信息系统生态系

37、统是由生物与非生物环境各个相互作用的部分组成的组织化整体。系统内各部分的相互作用构成反馈环，从而达到某种程度的自我控制。系统内各部分相互作用而给予系统未来状态以某种限制（给无限可能的未来状态以限制，从而使未来状态多少可以预测），系统内有相互作用，就有信息储存。一个系统现有状态的获得，也就是信息的获得，系统就是信息携带者。因此，一个生态系统是一个控制系统，一个信息系统。捕食者被捕食者负反馈生态系统通过内部各部分之间的相互作用而达到某种状态，同时获得信息。系统内的信息表现为控制机制。系统每获得新的信息，意味着系统内控制机制的进一步完善。例如，生态系统内食物链的上、下层的捕食者与被捕食者之间的相互作

38、用构成一个负反馈环：捕食者数量增长导致被捕食者数量下降，当后者数量下降到某一限度，捕食者因食物减少而数量下降，从而被捕食者数量逐渐上升，后者数量上升到某种程度又导致捕食者数量增长（下图）。如此而达到一个相互控制的稳定状态，并有信息储存。假如捕食者或被捕食者一方发生了进化改变，双方关系也发生改变，最后有可能达到一个新的稳定状态，并有新的信息储存，同时系统内的控制机制进一步完善化、复杂化。这个过程也是一种进化过程。所以，生态系统是能随时间而进化的组织化的信息系统，系统之所以能进化是因为系统内的生物在进化。捕食者被捕食者负反馈食物链上、下层的捕食者与被捕食者之间的相互作用构成一个负反馈环，捕食者种群

39、个体数量的增长导致被捕食者种群个体数量的下降从另一个角度来看，生态系统是一个靠外部能量输入和内部能量消耗而维持其有序（组织化）结构的开放系统。具体来说，生态系统是靠捕获、转换太阳能（或其他形式的能），并借系统内的能量流动（消耗）而驱动内部物质流和信息流，保持系统处于一种所谓“远离平衡态的稳定态”。这种状态在一定条件下会失去稳定，并产生新的内部结构。失去原有结构而产生新结构，就是进化过程。当生命在3538亿年前出现于地球上时，最早的、最简单的微生物生态系统就建立起来了。自那以后，地球上的生态系统经历了一系列不可逆的改变。就地球生态系统总体而言，随着生物的进化，随着生物本身组织化程度的提高和多样性

40、的增长，生态系统也随着时间而趋向于复杂化、有序化。就广义的进化概念而言，生态系统的历史演变过程实质上是进化过程，但并不是生物学意义上的进化，与基于遗传系统的生物学进化过程不同，在这种场合下用演化一词更合适些。但为了方便起见，此处我们仍然用进化。三、物质循环的类型生态系统的物质循环可以分为水循环、气体型循环和沉积型循环三种类型。水的主要循环路线是从地球表面通过蒸发(包括植物的蒸腾作用)进入大气圈，同时又不断地通过降水从大气圈返回到地球表面。每年地球表面的蒸发量与全球降水量是相等的，因此，这两个相反的过程能够处于一种平衡状态。水循环对于生态系统具有非常重要的意义。任何生物的生命活动都离不开水，水携

41、带着大量的矿质元素在全球周而复始地循环，极大地影响着各类营养元素在地球上的分布。此外，水还有调节大气温度等重要生态作用。气体型循环包括氮、碳和氧等元素的循环。在气体型循环中，物质的主要贮存库是大气和海洋，循环过程与大气和海洋密切相关，具有明显的全球性，循环性能也最为完善。属于气体型循环的物质，其分子或某些化合物常以气体形式参与循环过程。沉积型循环包括磷、硫、钙、钾、钠、镁、铁、碘、铜等物质的循环。这些物质的分子或化合物没有气体状态，其贮存库主要是岩石、沉积物、土壤等，与大气没有密切联系。这些物质主要是通过岩石的风化和沉积物的分解，转变为可以被生物利用的营养物质，转化的速率是缓慢的，而海底沉积物

42、转化为岩石圈成分更是一个缓慢的过程，时间要以数千年记。由于这些物质不是以气体形式参与循环的，因此，循环的全球性不像气体型循环表现得那么明显。气体型循环和沉积型循环虽然具有不同的特点，但是，它们都受到能量的驱动，并且都依赖于水的循环。生物圈水平上的生物地化循环研究，主要是研究水、碳、氧、氮、磷等元素的全球循环过程。人类活动对生物地化循环产生的巨大影响，使这方面的研究尤为重要。与自然发生的循环过程相比，人类对生物地化循环的干扰可以说是有过之而无不及。例如，人类活动已经使大气中的二氧化碳含量明显增加，排入海洋的汞量已经增加了1倍，铅输入海洋的速率大约相当于自然过程的40倍。四、生态系统中信息传递的主

43、要方式生态系统中的各个组成成分相互联系成为一个统一体，它们之间的联系除了能量流动和物质交换之外，还有一种非常重要的联系，那就是信息传递。生物之间交流的信息是生态系统中的重要内容，通过它可以把同一物种之间，以及不同物种之间的“意愿”表达给对方，从而在客观上达到自己的目的。其主要方式有：1物理信息包括声、光、颜色等。这些物理信息往往表达了吸引异性、种间识别、威吓和警告等作用。比如，毒蜂身上斑斓的花纹、猛兽的吼叫都表达了警告、威胁的意思；萤火虫通过闪光来识别同伴；红三叶草花的色彩和形状就是传递给当地土蜂和其它昆虫的信息。 2化学信息生物依靠自身代谢产生的化学物质，如酶、生长素、性诱激素等来传递信息。非洲草原上的豺用小便划出自己的领地范围，正是小便中独有的气味警告同类：“小心，别进来,这是我的地盘。”许多动物平常都是分散居住，在繁殖期依靠雌性动物身上发出的特别气息性诱激素聚集到一起繁殖后代。值得一提的是有些“肉食性”植物也是这样，如生长在我国南方的猪笼草就是利用叶子中脉顶端的“罐子”分泌蜜汁，来引诱昆虫进行捕食的。3营养信息食物和养分的供应状况也是一种信息。老鹰以田鼠为食，田鼠多的地方能够吸引饥饿的老鹰前来捕食。再如，加拿大哈德逊是一家历史悠久的大皮毛公司，由于地理位置关系，他们收购的多是亚寒带针叶林中动物的