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1、生态系统的调控第1页，共96页，编辑于2022年，星期一本本章章提提要要概念与术语概念与术语稳态（稳态（homeostasishomeostasis）反馈（反馈（Feed Back)Feed Back)生态阈值生态阈值多元重复补偿多元重复补偿直接调控直接调控(Direct Regulation)(Direct Regulation)间接调控间接调控(Indirect Regulation)(Indirect Regulation)生态平衡（生态平衡（Ecological Balance)Ecological Balance)生态重建生态重建（Ecological Reconstruction)
2、Ecological Reconstruction)Ecological Reconstruction)Ecological Reconstruction)第2页，共96页，编辑于2022年，星期一基本内容基本内容本章首先讨论了生态系统的稳定性问题和自我调控本章首先讨论了生态系统的稳定性问题和自我调控机制，在此基础上论述了生态系统的发展观和对生机制，在此基础上论述了生态系统的发展观和对生态系统的保护。态系统的保护。保持生态系统的生态平衡和良性发展是人类研保持生态系统的生态平衡和良性发展是人类研究生态系统和生态学的重要目的之一，因此本究生态系统和生态学的重要目的之一，因此本章将重点讨论生态平衡及
3、其人工调控问题，并章将重点讨论生态平衡及其人工调控问题，并分别介绍与此相关的生态平衡失调的各种因素、分别介绍与此相关的生态平衡失调的各种因素、生态重建、恢复生态学、生态系统人工调控的生态重建、恢复生态学、生态系统人工调控的主要途径等内容，并专门介绍作为生态系统人主要途径等内容，并专门介绍作为生态系统人工调控的主要方法之一的生态系统优化设计的工调控的主要方法之一的生态系统优化设计的方法步骤。方法步骤。第3页，共96页，编辑于2022年，星期一重要问题重要问题1.1.生态系统的调控机制特点生态系统的调控机制特点2.2.生态平衡与调控生态平衡与调控3.3.生态平衡失调的标志与保护生态平衡失调的标志与
4、保护4.4.生态系统的重建生态系统的重建第4页，共96页，编辑于2022年，星期一第一节第一节 生态系统的自我生态系统的自我 调节及稳态机制调节及稳态机制生态系统的稳定性和反馈控制生态系统的稳定性和反馈控制生态系统的自我调控生态系统的自我调控生态系统不同层次的稳态机制生态系统不同层次的稳态机制第5页，共96页，编辑于2022年，星期一一、生态系统的稳定性和反馈控制一、生态系统的稳定性和反馈控制（一）生态系统稳定性的基本涵义（一）生态系统稳定性的基本涵义生态系统无论是自然的还是人工的，都存在着系生态系统无论是自然的还是人工的，都存在着系统与环境之间的物质和能量的交换，因此生态系统与环境之间的物质
5、和能量的交换，因此生态系统是一种动态的开放系统统是一种动态的开放系统生态系统在与环境因素之间进行物质能量的生态系统在与环境因素之间进行物质能量的交换过程中，也会不断受到外界环境的干扰交换过程中，也会不断受到外界环境的干扰和负影响和负影响第6页，共96页，编辑于2022年，星期一一切生态系统对于环境的干扰所带来的影响和一切生态系统对于环境的干扰所带来的影响和破坏都有一种破坏都有一种自我调节自我调节、自我修复自我修复和和自我延续自我延续的能力的能力森林适当采伐森林适当采伐草原合理放牧草原合理放牧海洋适当捕捞海洋适当捕捞通过系统的自我修复能力保持木材、饲草和通过系统的自我修复能力保持木材、饲草和鱼虾
6、产量的相对稳定鱼虾产量的相对稳定生态系统这种抵抗变化和保持平衡状态的倾向称生态系统这种抵抗变化和保持平衡状态的倾向称为生态系统的为生态系统的稳定性稳定性或或“稳态稳态”(homeostasis)第7页，共96页，编辑于2022年，星期一生态系统的稳定性生态系统的稳定性抗变稳定性（抗变稳定性（Resistant Stability）指的是生指的是生态系统抵抗干扰和保护自身的结构和功能态系统抵抗干扰和保护自身的结构和功能不受损伤的能力不受损伤的能力弹性稳定性（弹性稳定性（Resilient Stability）指的是生指的是生态系统被干扰、破坏后恢复的能力态系统被干扰、破坏后恢复的能力这两者是相互
7、独立的，存在相反的关系，同一这两者是相互独立的，存在相反的关系，同一个生态系统一般不易同时发生这两类稳定性个生态系统一般不易同时发生这两类稳定性第8页，共96页，编辑于2022年，星期一具有高抵抗力稳定性的生态系统，其恢复力具有高抵抗力稳定性的生态系统，其恢复力的稳定性是低的，反之亦然的稳定性是低的，反之亦然森林生态系统具有较高的抵抗外来干扰能森林生态系统具有较高的抵抗外来干扰能力，遭受严重破坏后，长期难以恢复，其力，遭受严重破坏后，长期难以恢复，其恢复稳定性能力低恢复稳定性能力低水生生态系统的生物量通常缺乏长期储存水生生态系统的生物量通常缺乏长期储存的营养物质和能量，对环境扰动的抵抗力的营养
8、物质和能量，对环境扰动的抵抗力低下，但恢复能力很高，自净功能使系统低下，但恢复能力很高，自净功能使系统相当快地得到恢复相当快地得到恢复第9页，共96页，编辑于2022年，星期一生生态态系系统统功功能能恢复力指标恢复力指标恢复力指标恢复力指标抵抗力指标抵抗力指标抵抗力指标抵抗力指标时时时时 间间间间正常作用范围正常作用范围正常作用范围正常作用范围扰动扰动扰动扰动抵抗力稳定性和恢复力稳定性的关系抵抗力稳定性和恢复力稳定性的关系第10页，共96页，编辑于2022年，星期一（二）影响生态系统稳定性的因素（二）影响生态系统稳定性的因素生态系统通过一系列的反馈作用，对外界的干生态系统通过一系列的反馈作用，
9、对外界的干扰进行内部结构与功能的调整，以维持系统的扰进行内部结构与功能的调整，以维持系统的稳定性。稳定性。对于每一个特定的自然群落和生态系统，其对于每一个特定的自然群落和生态系统，其稳定性取决于一系列因素稳定性取决于一系列因素群落自身特点群落自身特点（进化史的长短、物种数目（进化史的长短、物种数目及其相互作用的热症和强度及其相互作用的热症和强度群落受到干扰的状况群落受到干扰的状况（干扰的性质、大小、（干扰的性质、大小、持续时间）持续时间）估计稳定性的指标估计稳定性的指标（抵抗力、恢复力）（抵抗力、恢复力）第11页，共96页，编辑于2022年，星期一生物多样性是保持生态系统稳定性的重要条件生物多
10、样性是保持生态系统稳定性的重要条件生物多样性越高，食物网越复杂，生态系生物多样性越高，食物网越复杂，生态系统抵抗外界干扰能力越强统抵抗外界干扰能力越强食物网越简单，生态系统越容易发生波动食物网越简单，生态系统越容易发生波动和受到破坏和受到破坏生态系统稳定性与下列生态系统稳定性与下列5 5个因素有关个因素有关1、生物的种类与成分、生物的种类与成分生物种类多，各生物种群生态位越分化，食物生物种类多，各生物种群生态位越分化，食物链越复杂，系统的自我调节能力就越强链越复杂，系统的自我调节能力就越强第12页，共96页，编辑于2022年，星期一马尾松马尾松林中，松毛虫常会林中，松毛虫常会产生爆发性危害产生
11、爆发性危害荒漠生态系统荒漠生态系统脆弱的脆弱的原因是生物种类少，原因是生物种类少，食物链单纯食物链单纯针阔叶混交林针阔叶混交林，单一的有害，单一的有害种群不可能大发生，因多树种种群不可能大发生，因多树种混交，害虫天敌种类和数量增混交，害虫天敌种类和数量增多，限制该种害虫的扩展和蔓多，限制该种害虫的扩展和蔓延延第13页，共96页，编辑于2022年，星期一2.能流、物流途径的复杂程度能流、物流途径的复杂程度 与能量和物质的贮备与能量和物质的贮备能流、物流途径的复杂程度与生物种类成分多少能流、物流途径的复杂程度与生物种类成分多少密切相关密切相关生物种类多，食物网络复杂，能流、物流的生物种类多，食物网
12、络复杂，能流、物流的途径也复杂，而每一物种的相对重要性就小，途径也复杂，而每一物种的相对重要性就小，生态系统就比较稳定生态系统就比较稳定当一部分能流、物流途径的功能发生障碍时，可当一部分能流、物流途径的功能发生障碍时，可被其他部分所代替或补偿被其他部分所代替或补偿生态系统生物现存量越大，能量和营养物质的生态系统生物现存量越大，能量和营养物质的贮备就越多，系统的自我调节能力就越强贮备就越多，系统的自我调节能力就越强第14页，共96页，编辑于2022年，星期一3.生物的遗传性和变异性生物的遗传性和变异性物种越多，遗传基因库越丰富，生物对改变物种越多，遗传基因库越丰富，生物对改变了的和环境也越容易适
13、应了的和环境也越容易适应在一个生态系统中，生物总是由最适应该生在一个生态系统中，生物总是由最适应该生态环境的种类所组成态环境的种类所组成自然界生物种内和种间的竞争，从中选优汰自然界生物种内和种间的竞争，从中选优汰劣，使优良个体和种群得以生存和发展，不劣，使优良个体和种群得以生存和发展，不断推动生物的进化断推动生物的进化第15页，共96页，编辑于2022年，星期一4.功能完整性及功能组分冗余功能完整性及功能组分冗余生态系统内生物成分与非生物成分之间的能量生态系统内生物成分与非生物成分之间的能量流动和物质循环，具有反馈调节作用流动和物质循环，具有反馈调节作用环境媒介中某种元素的含量发生波动，生物可
14、环境媒介中某种元素的含量发生波动，生物可通过吸收、转化、降解、释放等反馈调节，使通过吸收、转化、降解、释放等反馈调节，使生产率、周转率、库存量都相应地得到调整，生产率、周转率、库存量都相应地得到调整，使输入量与输出量之间的比例达到新的协调使输入量与输出量之间的比例达到新的协调第16页，共96页，编辑于2022年，星期一5.信息的传递与调节信息的传递与调节信息的传递与调节是指生态系统中的生物可以信息的传递与调节是指生态系统中的生物可以通过化学的、物理的、行为的等多种信息的传通过化学的、物理的、行为的等多种信息的传递形式，把生物与环境、生物种间和种内的相递形式，把生物与环境、生物种间和种内的相互关
15、系密切联系起来，构成一个统一体。互关系密切联系起来，构成一个统一体。通过代谢产物可以调节（促进或通过代谢产物可以调节（促进或抑制）本物种或另一物种的种群抑制）本物种或另一物种的种群数量数量生态系统越成熟，生物种类越多生态系统越成熟，生物种类越多样化，信息传递和调节能力也越样化，信息传递和调节能力也越强，生态系统也越稳定强，生态系统也越稳定第17页，共96页，编辑于2022年，星期一（三）生态系统稳定性的阈值（三）生态系统稳定性的阈值生态系统稳定性有一定的作用范围，超出范围，生态系统稳定性有一定的作用范围，超出范围，稳定性就受影响。在范围以内，系统本身的调稳定性就受影响。在范围以内，系统本身的调
16、节作用能校正自然和人类所引起的干扰和不稳节作用能校正自然和人类所引起的干扰和不稳定现象。定现象。生态系统可以忍受一定程度的外界压力，并通生态系统可以忍受一定程度的外界压力，并通过自我调控机制而恢复其相对平衡，超出此限过自我调控机制而恢复其相对平衡，超出此限度，生态系统的自我调控机制就降低或消失，度，生态系统的自我调控机制就降低或消失，这种相对平衡就遭到破坏甚至使系统崩溃，这这种相对平衡就遭到破坏甚至使系统崩溃，这个限度就称为个限度就称为“生态阈值（生态阈值（Ecological Threshold）”。第18页，共96页，编辑于2022年，星期一生态阈值的大小决定于生态系统的成熟性，生态阈值的
17、大小决定于生态系统的成熟性，系统越成熟，阈值越高系统越成熟，阈值越高系统结构越简单、功能效率不高，对外界压力系统结构越简单、功能效率不高，对外界压力的反应越敏感，抵御剧烈生态变化的能力较脆的反应越敏感，抵御剧烈生态变化的能力较脆弱，阈值就越低弱，阈值就越低不同的生态系统在其进化的不同阶段有多不同的生态系统在其进化的不同阶段有多种不同的阈值，了解这些阈值，才能合理种不同的阈值，了解这些阈值，才能合理调控、利用保护生态系统调控、利用保护生态系统第19页，共96页，编辑于2022年，星期一（四）反馈控制（四）反馈控制生态系统是一个具有稳态机制的自动控制系生态系统是一个具有稳态机制的自动控制系统统,它
18、的稳定性是通过系统的反馈来实现的它的稳定性是通过系统的反馈来实现的.当生态系统中某一成分发生变化时，必然会引起当生态系统中某一成分发生变化时，必然会引起其他成分出现一系列的相应变化，这些变化最终其他成分出现一系列的相应变化，这些变化最终又反过来影响起初发生变化的那个成分，这个过又反过来影响起初发生变化的那个成分，这个过程称为反馈程称为反馈（Feedback）。）。第20页，共96页，编辑于2022年，星期一反馈通常分为正反馈和负反馈反馈通常分为正反馈和负反馈反馈环反馈环系统系统环境环境输入输入输出输出正反馈正反馈 是指使系统输出是指使系统输出的变动在原方向上被加的变动在原方向上被加速的反馈。速
19、的反馈。负反馈负反馈 是指系统输出是指系统输出的变动在原方向上减的变动在原方向上减速的反馈。速的反馈。第21页，共96页，编辑于2022年，星期一二、生态系统的自我调控二、生态系统的自我调控生态系统越成熟，信息的沟通越丰富，控制系生态系统越成熟，信息的沟通越丰富，控制系统特有的和谐、协调、稳定等特点也表现得更统特有的和谐、协调、稳定等特点也表现得更为明显。自我调控表现在为明显。自我调控表现在4个方面个方面（一）自我调控机制（一）自我调控机制程序调控程序调控动物从卵开始发育、成熟、死亡过程，昆动物从卵开始发育、成熟、死亡过程，昆虫的顺序变态过程基本由基因所预编的程虫的顺序变态过程基本由基因所预编
20、的程序所控制序所控制生物群落的演替也表现出程控特点生物群落的演替也表现出程控特点第22页，共96页，编辑于2022年，星期一随动调控随动调控像雷达跟踪飞机一样，鹰靠视觉跟像雷达跟踪飞机一样，鹰靠视觉跟踪能抓到奔跑的小兔踪能抓到奔跑的小兔蝙蝠靠超声波听觉能捕蝙蝠靠超声波听觉能捕捉到飞行的昆虫捉到飞行的昆虫向日葵的花向日葵的花随太阳转动随太阳转动植物根系伸向肥植物根系伸向肥水集中部位水集中部位第23页，共96页，编辑于2022年，星期一最优调控最优调控蜜蜂建成六角型蜂巢的蜜蜂建成六角型蜂巢的几何形状已被数学上证几何形状已被数学上证明是最省材料的明是最省材料的鱼类的流线形结构是减鱼类的流线形结构是减
21、少流体阻力的最优结构少流体阻力的最优结构鸟类中空的骨骼既鸟类中空的骨骼既省材料又有很理想省材料又有很理想的结构强度的结构强度自然顶极群落通过多层结自然顶极群落通过多层结构和循环机制，对能量和构和循环机制，对能量和营养物的利用率也达到了营养物的利用率也达到了很高的水平很高的水平第24页，共96页，编辑于2022年，星期一稳态调控稳态调控自然界有一种在发展过程中趋于自然界有一种在发展过程中趋于稳定，在干扰中维持稳定，偏移稳定，在干扰中维持稳定，偏移后恢复原态的能力后恢复原态的能力稳态受到多种机制的调控，从基稳态受到多种机制的调控，从基因、酶、细胞器、组织到个体、因、酶、细胞器、组织到个体、种群、群
22、落和生态系统各个层次种群、群落和生态系统各个层次中都有丰富的表现形式中都有丰富的表现形式第25页，共96页，编辑于2022年，星期一（二）自然生态系统的稳态调控机制（二）自然生态系统的稳态调控机制组织层次与稳态组织层次与稳态自然生态系统总是由有自然生态系统总是由有垂直分离特性的层次构垂直分离特性的层次构成，大系统套小系统，成，大系统套小系统，小系统套更小系统小系统套更小系统在同一层次内，系统又在同一层次内，系统又由相互联系，但彼此相由相互联系，但彼此相对独立的组分构成，形对独立的组分构成，形成系统的水平分离特征成系统的水平分离特征森森森森林林林林乔木乔木乔木乔木灌木灌木灌木灌木第26页，共96
23、页，编辑于2022年，星期一垂直分离和水平分离的层次结构有利于大系统垂直分离和水平分离的层次结构有利于大系统的生存、进化和稳定的生存、进化和稳定一般来说，含一般来说，含K个组分的复杂大系统若能组成个组分的复杂大系统若能组成S个个稳定的亚系统，通过自然选择发展为一定结构稳定的亚系统，通过自然选择发展为一定结构水平所需的时间与水平所需的时间与KS成正比。因此，组分成正比。因此，组分数目（数目（K）一定时，随着稳定亚系统数目（）一定时，随着稳定亚系统数目（S）的增加，所需时间缩短。的增加，所需时间缩短。由于层次的存在，当低层次受干扰时，高层由于层次的存在，当低层次受干扰时，高层次仍能正常发挥作用次仍
24、能正常发挥作用当某一组分受到干扰时，另一组分仍可运行。当某一组分受到干扰时，另一组分仍可运行。这些都有利于系统稳态的维持这些都有利于系统稳态的维持第27页，共96页，编辑于2022年，星期一结构上的组分功能冗余与稳态结构上的组分功能冗余与稳态自然生态系统中自然生态系统中功能组分冗余功能组分冗余（redundancy of redundancy of functional componentsfunctional components）是很常见的是很常见的一株植物有许多叶片，一片叶有多层叶绿细一株植物有许多叶片，一片叶有多层叶绿细胞，一个叶绿细胞有多个叶绿体胞，一个叶绿细胞有多个叶绿体植物的种子
25、和动物的排卵数大大超过环境可植物的种子和动物的排卵数大大超过环境可能容纳的下一代数目能容纳的下一代数目同一种植物常被众多的食草动物所消费同一种植物常被众多的食草动物所消费这类功能组分的冗余使得生态系统在遇到干扰之后，这类功能组分的冗余使得生态系统在遇到干扰之后，能维持正常的能量和物质转换功能。这类稳态机制使能维持正常的能量和物质转换功能。这类稳态机制使得自然界很少出现得自然界很少出现“商品滞销商品滞销”或或“停工待料停工待料”现象。现象。第28页，共96页，编辑于2022年，星期一反馈关系与稳态反馈关系与稳态无论是系统输出成分被回送，重新成为同一系无论是系统输出成分被回送，重新成为同一系统的输
26、入成分，或是系统的输出信息被回送，统的输入成分，或是系统的输出信息被回送，成为同一系统输入的控制信息，都称成为同一系统输入的控制信息，都称反馈反馈。正反馈正反馈是使系统系统输出的变动在原变动是使系统系统输出的变动在原变动方向上被加速的反馈。方向上被加速的反馈。正反馈种群增长模式正反馈种群增长模式dN/dt=r N第29页，共96页，编辑于2022年，星期一在内禀增长率（在内禀增长率（在内禀增长率（在内禀增长率（r）一定的条件下，种群数量（）一定的条件下，种群数量（）一定的条件下，种群数量（）一定的条件下，种群数量（N N）的增加结果反过来又成为种群数量增加的原因的增加结果反过来又成为种群数量增
27、加的原因正反馈使种群数量迅速增加正反馈使种群数量迅速增加正反馈使种群数量迅速增加正反馈使种群数量迅速增加,远离原来的水平远离原来的水平远离原来的水平远离原来的水平生物个体发育初期细胞增长有正反馈现象，生物个体发育初期细胞增长有正反馈现象，r对对策生物占据新生境时个体的增长也利用了正反策生物占据新生境时个体的增长也利用了正反馈作用馈作用种群数种群数种群数种群数N NdNdNdtdt=r N=r N种群增长的正反馈机制种群增长的正反馈机制种群增长的正反馈机制种群增长的正反馈机制种群增长的正反馈结果种群增长的正反馈结果种群增长的正反馈结果种群增长的正反馈结果时间时间时间时间t t种种种种群群群群数数
28、数数N N正反馈增长正反馈增长正反馈增长正反馈增长第30页，共96页，编辑于2022年，星期一负反馈负反馈是指使系统输出的变动在原方向减是指使系统输出的变动在原方向减速或逆转的结果速或逆转的结果负反馈种群增长模式负反馈种群增长模式dN/dt=r（1 N/K）在内禀增长率（在内禀增长率（r r）一定的条件下，种群数量）一定的条件下，种群数量（N）的增加结果使得种群数量增加减速）的增加结果使得种群数量增加减速负反馈机制使种群数量稳定在平衡点水平负反馈机制使种群数量稳定在平衡点水平(K)在自然生态系统中，生物常利用正反馈机制来在自然生态系统中，生物常利用正反馈机制来迅速接近迅速接近“目标目标”如生命
29、延续、生态位占据如生命延续、生态位占据等，而负反馈则被用来使系统在等，而负反馈则被用来使系统在“目标目标”附近附近获得必要的稳定获得必要的稳定第31页，共96页，编辑于2022年，星期一种群数种群数种群数种群数N NdNdNdtdt=r=r(1-(1-种群增长的负反馈机制种群增长的负反馈机制种群增长的负反馈机制种群增长的负反馈机制N NKK)KK时间时间时间时间t t种种种种群群群群数数数数N N种群增长的负反馈结果种群增长的负反馈结果种群增长的负反馈结果种群增长的负反馈结果种群增长的种群增长的Logistic模型模型综合了正反馈和负反馈过程，综合了正反馈和负反馈过程，种群增长模式种群增长模式
30、dN/dt=r N (1 N/K)第32页，共96页，编辑于2022年，星期一在种群数量（在种群数量（N）低的情况下正反馈起主要作用，）低的情况下正反馈起主要作用，随着种群数量的增长，负反馈（随着种群数量的增长，负反馈（-r2/K）起的作用）起的作用越来越大，这样种群能迅速而又稳定地接近环境越来越大，这样种群能迅速而又稳定地接近环境容纳量（容纳量（K）dNdNdtdt=r N=r N正反馈正反馈正反馈正反馈dNdNdtdt=-r=-rN N2 2KK负反馈负反馈负反馈负反馈+种群数种群数种群数种群数N N种群种群种群种群LogisticLogistic增长的反馈机制增长的反馈机制增长的反馈机制
31、增长的反馈机制种群种群种群种群LogisticLogistic增长结果增长结果增长结果增长结果KK第33页，共96页，编辑于2022年，星期一在自然生态系统中长期的反馈联系促进了生物的在自然生态系统中长期的反馈联系促进了生物的协同进化，产生了诸如致病力协同进化，产生了诸如致病力抗病性、大型凶抗病性、大型凶猛的进攻型猛的进攻型小型灵活的防御型等相关性状。这小型灵活的防御型等相关性状。这些结构形式表现出来的长期反馈效应对自然生态些结构形式表现出来的长期反馈效应对自然生态系统形成一种受控的稳态有很大作用。反馈作用系统形成一种受控的稳态有很大作用。反馈作用还能使系统的抗干扰能力、应变能力大大增强。还能
32、使系统的抗干扰能力、应变能力大大增强。第34页，共96页，编辑于2022年，星期一三、生态系统不同层次的稳态机制三、生态系统不同层次的稳态机制（一）个体水平的生态适应机制（一）个体水平的生态适应机制通过生理与遗传的变化适应环境，通过适应，形成通过生理与遗传的变化适应环境，通过适应，形成生活型、生态型、亚种以致新种，使物种多样性和生活型、生态型、亚种以致新种，使物种多样性和遗传基因的异质性得到加强，提高环境资源利用效遗传基因的异质性得到加强，提高环境资源利用效率率生物还具有不同程度的生物还具有不同程度的再生再生、愈合愈合和和补偿能力补偿能力低等动物受伤后，器官有再生能力，如蚯低等动物受伤后，器官
33、有再生能力，如蚯蚓、海星等蚓、海星等高等植物受伤之后有很强的愈合能力高等植物受伤之后有很强的愈合能力第35页，共96页，编辑于2022年，星期一（二）种群水平的反馈调节机制（二）种群水平的反馈调节机制种群数量动态的平衡是指种群的数量常围绕某一种群数量动态的平衡是指种群的数量常围绕某一定值作小范围的波动，它是与种群定值作小范围的波动，它是与种群Logistic模型模型联系在一起的联系在一起的种群开始增长缓慢，然后加快，但不久之后，种群开始增长缓慢，然后加快，但不久之后，由于环境阻力增加，速度逐渐降低，直至达由于环境阻力增加，速度逐渐降低，直至达到容纳量到容纳量K的水平并维持下去的水平并维持下去种
34、群密度达到一定程度后，往往导致增殖率种群密度达到一定程度后，往往导致增殖率和个体生长率下降和个体生长率下降第36页，共96页，编辑于2022年，星期一动物通过生殖能力和行为变化可协调种群密度和动物通过生殖能力和行为变化可协调种群密度和资源的关系资源的关系密度较低密度较低时，白唇鹿雌鹿怀孕达时，白唇鹿雌鹿怀孕达93%，且，且23%是单胎、是单胎、60%是双胎、是双胎、7%是三胎是三胎密度较高密度较高时，白唇鹿雌鹿怀孕为时，白唇鹿雌鹿怀孕为78%，且，且81%是单胎、是单胎、18%是双胎是双胎蝗虫、旅鼠在密度过高蝗虫、旅鼠在密度过高时还会发生大规模迁移时还会发生大规模迁移第37页，共96页，编辑于
35、2022年，星期一作物群体对资源利用的稳定性因个体器官作物群体对资源利用的稳定性因个体器官的相对生长变化和功能互补关系得到加强的相对生长变化和功能互补关系得到加强水稻群体插植密度很水稻群体插植密度很大时，通过分蘖成穗大时，通过分蘖成穗数和穗粒数的调节使数和穗粒数的调节使产量相对稳定产量相对稳定小麦播种量不同，但产小麦播种量不同，但产量相差较少，主要是通量相差较少，主要是通过分蘖、成穗率等进行过分蘖、成穗率等进行调节调节第38页，共96页，编辑于2022年，星期一（三）群落水平的种间关系机制（三）群落水平的种间关系机制生物种间通过相互作用，调节彼此间的种生物种间通过相互作用，调节彼此间的种群数量
36、和对比关系，同时又受到共同的最群数量和对比关系，同时又受到共同的最大环境容纳量的制约大环境容纳量的制约虫媒花植物和传粉昆虫可以相互促虫媒花植物和传粉昆虫可以相互促进，而虫媒植物的繁衍又有利于加进，而虫媒植物的繁衍又有利于加强与植物有关的食物链强与植物有关的食物链群落内，物种混居，必然出现以食物、空间等群落内，物种混居，必然出现以食物、空间等资源为核心的种间关系，逐步形成有利、有害，资源为核心的种间关系，逐步形成有利、有害，或无利无害的相互作用或无利无害的相互作用多个物种在一起相生相克，保持系统稳定多个物种在一起相生相克，保持系统稳定第39页，共96页，编辑于2022年，星期一（四）系统水平的自
37、组织机制（四）系统水平的自组织机制系统论认为系统存在的空间总是有限的，开系统论认为系统存在的空间总是有限的，开放系统必然存在有外环境，系统与环境之间放系统必然存在有外环境，系统与环境之间的相互作用是经常的，环境对系统的干扰是的相互作用是经常的，环境对系统的干扰是随机的。随机的。开放系统要保持其功能的稳定性，系统必须具开放系统要保持其功能的稳定性，系统必须具备对环境适应能力和自我调节能力。备对环境适应能力和自我调节能力。第40页，共96页，编辑于2022年，星期一在系统水平上，复杂的种群关系、生态位分在系统水平上，复杂的种群关系、生态位分化、严格的食物链量比关系等，都对系统稳化、严格的食物链量比
38、关系等，都对系统稳态有积极作用态有积极作用当系统内组分较多而且彼此功能协调时，系统的当系统内组分较多而且彼此功能协调时，系统的自我调控能力较强，稳定性较大自我调控能力较强，稳定性较大复杂的乔、灌、草、针阔叶林中，鸟类多，复杂的乔、灌、草、针阔叶林中，鸟类多，可控制害虫危害可控制害虫危害小麦多品种配套轮换种植可避免病菌生理小种小麦多品种配套轮换种植可避免病菌生理小种发生致病性突变发生致病性突变农林牧、农牧渔结合的综合性农业，不但农林牧、农牧渔结合的综合性农业，不但具有较高的物质、能量和价值转换效率，具有较高的物质、能量和价值转换效率，而且各业可在良性循环中稳定增长而且各业可在良性循环中稳定增长第
39、41页，共96页，编辑于2022年，星期一第二节第二节 生态平衡及其人工调控生态平衡及其人工调控生态平衡生态平衡生态平衡失调生态平衡失调生态重建与恢复生态学生态重建与恢复生态学生态系统的人工调控生态系统的人工调控第42页，共96页，编辑于2022年，星期一一、生态平衡一、生态平衡（一）生态平衡的含义（一）生态平衡的含义生态平衡（生态平衡（ecological balance）一词是美国学者一词是美国学者W.福格特在福格特在1949年出版的年出版的生存之路生存之路一书中一书中正式提出来的。正式提出来的。是指自然环境没有遭受人类严重干扰的天然状是指自然环境没有遭受人类严重干扰的天然状态通称为态通称
40、为“生态平衡生态平衡”。所以又有人称为。所以又有人称为“自自然界的平衡（然界的平衡（balance of nature）”直到目前为止，生态学的各种理论体系中还没有对直到目前为止，生态学的各种理论体系中还没有对“生态平衡生态平衡”作一个比较统一的论述和界定，作一个比较统一的论述和界定，各种看法的分歧较多。各种看法的分歧较多。第43页，共96页，编辑于2022年，星期一系统结构的优化与稳定性系统结构的优化与稳定性能流和物流收支平衡能流和物流收支平衡自我修复和自我调节功能的自我修复和自我调节功能的保持保持综合国内外各种观点，给出如下解释：综合国内外各种观点，给出如下解释：生态平衡生态平衡是指在一定
41、的时间和相对稳定的条件下，是指在一定的时间和相对稳定的条件下，生态系统内各部分（生物、环境和人）的结构和功生态系统内各部分（生物、环境和人）的结构和功能均处于相互适应与协调的动态平衡，生态平衡是能均处于相互适应与协调的动态平衡，生态平衡是生态系统的一种良好状态。生态系统的一种良好状态。生态平衡的三个基本要素生态平衡的三个基本要素第44页，共96页，编辑于2022年，星期一衡量生态系统是否处于生态平衡具体内容衡量生态系统是否处于生态平衡具体内容时空结构上的有序性时空结构上的有序性空间有序性空间有序性指结构有规则地排列组合，小指结构有规则地排列组合，小至生物个体的各器官的排列井然有序，大至生物个体
42、的各器官的排列井然有序，大至宏观生物圈内各级生态系统的排列，以至宏观生物圈内各级生态系统的排列，以及生态系统内各种成分的排列都是有序的及生态系统内各种成分的排列都是有序的时间有序性时间有序性指生命过程和生态系统演替发指生命过程和生态系统演替发展的阶段性，功能的延续性和节奏性展的阶段性，功能的延续性和节奏性第45页，共96页，编辑于2022年，星期一能流、物流的收支平衡能流、物流的收支平衡指系统既不能入不敷出，造成系统亏空，又指系统既不能入不敷出，造成系统亏空，又不应入多出少，导致污染和浪费不应入多出少，导致污染和浪费系统自我修复、自我调节功能的保持系统自我修复、自我调节功能的保持抗逆、抗干扰、
43、缓冲能力强抗逆、抗干扰、缓冲能力强生态平衡状态是生物与环境高度相互生态平衡状态是生物与环境高度相互适应、环境质量良好，整个系统处于适应、环境质量良好，整个系统处于协调和统一的状态。协调和统一的状态。第46页，共96页，编辑于2022年，星期一（二）生态平衡的表现形式（二）生态平衡的表现形式生态平衡的表现形式为生态平衡的表现形式为相对静止稳态相对静止稳态动态稳态动态稳态“非平衡非平衡”稳态稳态第47页，共96页，编辑于2022年，星期一相对静止稳态相对静止稳态生产者、消费者之间的数量比例适当，物质和能量生产者、消费者之间的数量比例适当，物质和能量的输入与输出量大致平衡的输入与输出量大致平衡在在顶
44、极群落顶极群落内，生内，生物种类最多物种类最多,个体数个体数量最大量最大,生物总生产生物总生产量达到极限，并趋于量达到极限，并趋于稳定，由于总生产量稳定，由于总生产量的大部分甚至全部，的大部分甚至全部，用于维持本身的能量用于维持本身的能量消耗，因而净生产力消耗，因而净生产力微小微小第48页，共96页，编辑于2022年，星期一动态稳态动态稳态生物个体数量上（动物种群及多年生植物种群）会生物个体数量上（动物种群及多年生植物种群）会出现围绕环境容纳量上下波动，由于生产者、消费出现围绕环境容纳量上下波动，由于生产者、消费者各自的数量在变化，系统内能量流动也会不断变者各自的数量在变化，系统内能量流动也会
45、不断变化化随着消费者大量减少或增加，生产者数量也会随着消费者大量减少或增加，生产者数量也会相对增加或减少相对增加或减少当生态环境恶化或改善，引起生产者或消费者当生态环境恶化或改善，引起生产者或消费者的量增加或减少的量增加或减少变化在阈值以内，系统会通过自我调节处于稳态，变化在阈值以内，系统会通过自我调节处于稳态，超出阈值即超过自我调节能力，系统稳态消失即超出阈值即超过自我调节能力，系统稳态消失即生态平衡被破坏生态平衡被破坏第49页，共96页，编辑于2022年，星期一“非平衡非平衡”稳态稳态从物质输出和输入关系看，两者不仅不相等，从物质输出和输入关系看，两者不仅不相等，甚至不围绕一个饱和量上下波
46、动，而是输入甚至不围绕一个饱和量上下波动，而是输入大于输出，积累大于消费大于输出，积累大于消费农业生态系统一方面有光、热、水、气及农业生态系统一方面有光、热、水、气及无机元素的自然输入，另一方面有种子、无机元素的自然输入，另一方面有种子、化肥、农药、机具等物质的人工输入，所化肥、农药、机具等物质的人工输入，所有这些输入被有序组合有这些输入被有序组合第50页，共96页，编辑于2022年，星期一正是这种高输入、低消耗，使系统始正是这种高输入、低消耗，使系统始终远离平衡态，又始终处于稳定状态，终远离平衡态，又始终处于稳定状态，即通过人为高输入来维持一种偏离自即通过人为高输入来维持一种偏离自然平衡的然
47、平衡的“非平衡非平衡”稳态稳态农业生态系统只有实现农业生态系统只有实现物能高输入及生物新陈物能高输入及生物新陈代谢的低消耗（净生产代谢的低消耗（净生产量高），才能实现经济量高），才能实现经济产量的高输出，才有较产量的高输出，才有较高经济效益高经济效益第51页，共96页，编辑于2022年，星期一生态平衡是相对的、整体的动态平衡，这是生态平衡是相对的、整体的动态平衡，这是因为生态系统时刻在运动和发展之中，是运因为生态系统时刻在运动和发展之中，是运动着的平衡状态，犹如一条河流，水位平衡动着的平衡状态，犹如一条河流，水位平衡却没有停止流动却没有停止流动生态平衡的系统，是处于相对稳定的状态，生态平衡的系
48、统，是处于相对稳定的状态，作为开放的系统，物质和能量的输入输出，作为开放的系统，物质和能量的输入输出，始终在正常进行之中始终在正常进行之中局部、小范围的破坏或扰动可通过系统调控局部、小范围的破坏或扰动可通过系统调控机制进行调节和补偿，局部的变动或不平衡机制进行调节和补偿，局部的变动或不平衡不影响整体的平衡，这和相对的动态平衡是不影响整体的平衡，这和相对的动态平衡是一致的。一致的。第52页，共96页，编辑于2022年，星期一二、生态平衡失调二、生态平衡失调生态系统是一个反馈系统，具有自我调节的机能。生态系统是一个反馈系统，具有自我调节的机能。但是，这种机能是有一定限度的。但是，这种机能是有一定限
49、度的。在确定的限度内即不超过系统的生态阈值和容在确定的限度内即不超过系统的生态阈值和容量前提下，它可以忍受一定的外界压力，当压量前提下，它可以忍受一定的外界压力，当压力解除后，它能逐步恢复到原有的水平力解除后，它能逐步恢复到原有的水平如外界压力无节制的超过生态阈值和容量时，如外界压力无节制的超过生态阈值和容量时，它的自我调节能力便会降低，甚至消失，最后它的自我调节能力便会降低，甚至消失，最后导致生态系统衰退或崩溃，即导致生态系统衰退或崩溃，即“生态平衡失调生态平衡失调”或或“生态平衡破坏生态平衡破坏”第53页，共96页，编辑于2022年，星期一作用于生态系统的外部压力可以从作用于生态系统的外部
50、压力可以从2个方面个方面来干来干扰破坏生态平衡扰破坏生态平衡损坏生态系统的结构，导致系统的损坏生态系统的结构，导致系统的功能降低功能降低引起生态系统的功能衰退，导致系统的引起生态系统的功能衰退，导致系统的结构解体结构解体造成生态平衡失调的原因是多方面的，归纳起来造成生态平衡失调的原因是多方面的，归纳起来可以从可以从2个方面个方面加以阐述加以阐述自然因素造成的生态平衡失调自然因素造成的生态平衡失调人为因素造成的生态平衡失调人为因素造成的生态平衡失调第54页，共96页，编辑于2022年，星期一（一）自然因素造成的生态平衡失调（一）自然因素造成的生态平衡失调生态系统内部的原因生态系统内部的原因物质循