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“生态系统的稳定性”一节教学疑难问题辨析  

2010-02-19 20:32:00|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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“生态系统的稳定性”一节教学疑难问题辨析

安徽省铜陵县第一中学   杨京举

 

(本文发表于《中学生物教学》2009年第1-2期)

 

  任何一个生态系统,都具有一种维持和恢复自身结构和功能相对稳定的能力,这就是生态系统的稳定性,而生态系统自身所具备的自我调节能力是生态系统稳定性的保障机制。本节教学的重点就是要突破以下几个概念之间的内涵和关系,从而阐明生态系统稳态的实质。

1 生态系统的稳定性和生态平衡
     生态系统的稳定性源于早期所提出的生态平衡这一概念。从生态学角度看,平衡就是某个主体与其环境的综合协调。对于生态系统的平衡,以前大多学者认为:它是存在于顶极群落,也就是生态系统的成熟期,生态系统所表现出来的各部分结构与功能处于相对稳定,生态系统中的生物和环境之间,生物各个种群之间,通过能量流动,物质循环和信息传递使它们相互之间达到高度适应、协调和统一的状态。然而,任何一个生态系统,无论其处于发生、发展、成熟还是衰亡阶段,它都具备对来自内部和外部的各种因素造成的影响产生调节而使其适应的能力。随着生态学的进一步研究和发展,生态学家对生态平衡有了新的认识:生态系统在其运作过程中的压力来源于外部和其内部因素两个方面。内部因素是生物群落自身发育和由此引起的生境变化。外部因素常与生物群落自身无关,如气象条件等。对于生态系统来说,无论是哪类压力引起环境条件的改变,系统都是通过调节机能来尽量维持自身的稳定,这种调节机能实际上是生态系统的一种适应能力。于是生态学家们就把生态系统维持自身内部环境稳定的适应性调节叫做内稳定,生态平衡则是这种内稳定的显示,这是对生态平衡概念的延伸,生态平衡由此上升到生态系统的稳定性。由此可见,生态系统的稳定性实质是一种适应能力,而生态平衡多是强调生态系统在具备稳定性能力下的一定阶段的协调存在状态。
2 生态系统的自我调节能力
2.1 生态系统的自我调节能力的表现形式
     生态系统自身所具备的自我调节能力是生态系统稳定性的内在机制,这就犹如人体生命稳态要靠激素、神经和免疫等机制来调节一样。生态系统的结构是生态系统的自我调节能力的载体。这主要表现在物理的沉降、化学的分解和生物的作用三个方面。其中,物理沉降和化学分解源于生态系统的无机自然环境的基本理化性质,它往往不能从根本上维系生态系统的稳定性,属一个生态系统固有的自我调节能力,这好比我们在讲人体免疫时所提到的第一二道防线组成的非特异性免疫。例如:一个池塘生态,在遭受洪水后水质混浊,但慢慢的又会变得澄清,这其中就有物理沉降作用。而生物作用则依赖于生态系统的生物成分,它包括分解者的分解作用、种群数量变化调控以及在生产者与消费者之间建立起来的食物链和食物网即营养结构的调控。例如:森林生态系统物种丰富,所形成的营养关系复杂,处于同一营养级的生物种类多,若其中的一个物种因干扰而数量下降甚至灭亡,那么它的功能很快就会被该营养级的其它生物所替代,生态系统通过食物链和食物网的调整而得到重新适应。由于不同的生态系统,在后天发展中逐渐形成的生物成分结构和功能复杂性不同,因而各种生态系统才产生自我调节能力上的差异和有限性。生物作用这种具有很强的应对性,犹如人体的特异性免疫能力,从而使它成为了生态系统自我调节能力的根本。
2.2 生态系统自我调节能力的运作原理
     生态系统自我调节能力主要是通过系统的反馈机制来达成的。关于反馈机制,我们在个体水平稳态中的神经调节中接触过。在个体生命活动的调节中,当某一成分发生变化的时候,它必然会引起其他成分出现一系列的相应变化,而这些变化最终又反过来影响最初发生变化的那种成分,这就是反馈。反馈有两种形式,即负反馈和正反馈,这主要是看反馈的最终结果。如果反馈的结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化,这个过程就叫负反馈;而正反馈的作用刚好与负反馈相反,即某一成分的变化所引起的其他一系列变化,反过来不是抑制而是加速最初发生变化的成分所发生的变化。生命层次在功能上是具有统一性的,在生态系统中亦然。生物的生长、种群数量的增加、无机环境条件变化和外来干扰等均可引起反馈。例如:在“草→虫→蛙”这条食物链中,若因虫的过渡繁殖导致其种群数量增加,则草会随之减少,蛙会随之增多;但随后蛙的增多和草的减少又会使虫的增长受抑制,虫又要相对减少,这即是负反馈调节。再如:如果一个湖泊受到了N、P污染,藻类的大量繁殖就会带来水体缺氧,进而引起鱼类等动物死亡和减少,而动物尸体腐烂后又会进一步加重污染并引起更多动物的死亡,污染会越来越重,这便是正反馈。由此可见,生态系统中正反馈的作用常常使生态系统远离平衡状态或稳态,产生恶性循环,会对生态系统稳定性产生极大的破坏;而负反馈则能够使生态系统通过自身的功能减缓系统内的压力以维持系统的稳定。生态系统自我调节能力的基础就是负反馈机制。在发展稳定的生态系统中比较常见的是负反馈,正反馈比较少见,多见于处于衰退的生态系统中。
3 抵抗力稳定性和恢复力稳定性
3.1 抵抗力稳定性
     是指生态系统抵抗干扰并维持系统结构和功能原状的能力,是维持生态系统稳定性的重要途径之一。抵抗力稳定性与生态系统发育阶段状况有关,其发育越成熟,营养结构越复杂,抵抗干扰的能力就越强。例如:我国南方的热带雨林生态系统,其生物种类丰富,群落垂直层次分明,营养结构复杂,这类生态系统抵抗干旱和虫害的能力要远远超过物种单一、结构简单的农田生态系统。
3.2 恢复力稳定性
     是指生态系统遭受干扰破坏后,系统恢复到原状的能力。如污染水域切断污染源后,生物群落的恢复就是系统恢复力稳定性的表现。生态系统恢复能力是由生命成分的基本属性决定的,即生物的生命力、种群世代延续能力和周期的基本特征所决定。例如:草原生态系统遭受破坏后,其恢复速度要比森林生态系统快得多,是因为草原生态系统中的生物特别是生产者草本植物生活世代短,结构比较简单,而森林中木本植物生活世代长,结构复杂的缘故。
3.3 抵抗力稳定性和恢复力稳定性的关系
     对一个只靠自我调节能力维系的自然生态系统而言,抵抗力稳定性越强,就预示着它的营养结构越复杂,那么它的恢复力稳定性自然就越低,反之亦然。抵抗力稳定性和恢复力稳定性显然构成了完全相反的关系。但是,这种关系是相对的。有时候也我们会看到热带雨林在受到一定强度的破坏之后很快就会恢复,而北极冻原在遭到火灾等干扰后却恢复得很慢。所以,对同一个生态系统来说,其抵抗力稳定性越高,恢复力稳定性就越低;对不同的生态系统来说,由于所处环境条件和干扰程度不同,两者之间的恢复力稳定性往往不具有可比性,环境条件好的,遭受干扰程度轻的生态系统,其恢复力稳定性较高,反之则较低;而对一个靠外力(如人力)才能维持的人工生态系统来说,其两种稳定性可能都比较低,如农田生态系统。
     生态系统犹如弹簧,它能忍受一定的外来压力,而压力一旦解除就又能恢复原初的稳定状态,这种生态系统稳定性其实质上就是以负反馈调节机制为基础的自我调节能力促成了其具备一定的抵抗力稳定性和恢复力稳定性所致。
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