【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型。依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)受人類(lèi)活動(dòng)影響程度的大小，可劃分為自然生態(tài)系統(tǒng)、半自然生態(tài)系統(tǒng)和人工生態(tài)系統(tǒng)；而根據(jù)環(huán)境因素水體把生態(tài)系統(tǒng)劃分為陸生態(tài)系統(tǒng)、水生生態(tài)系統(tǒng)和濕地生態(tài)系統(tǒng)。陸生生態(tài)系統(tǒng)分為森林、草原、稀樹(shù)干草原、荒漠等各類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)。其中，以喬木和灌木樹(shù)種等綠色植物群體為主組成的森林生態(tài)系統(tǒng)，綠色植物的生產(chǎn)量約占陸地總生產(chǎn)量的72%，對(duì)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的影響最大，其次是草原生態(tài)系統(tǒng)。水生生態(tài)系統(tǒng)又可以劃分為海洋和淡水兩大生態(tài)系統(tǒng)，并可根據(jù)水體的性質(zhì)和分別進(jìn)一步劃分為各類(lèi)子系統(tǒng)。水生生態(tài)系統(tǒng)中最大的是海洋生態(tài)系統(tǒng)，地球上生物生產(chǎn)力的25%來(lái)自海洋，其次是海灘生態(tài)系統(tǒng)、湖泊生態(tài)系統(tǒng)。自然生態(tài)系統(tǒng)是指那些存在于自然界，沒(méi)有直接受到人類(lèi)活動(dòng)干擾的生態(tài)系統(tǒng)，如原始森林、遠(yuǎn)洋深海、未經(jīng)放牧的草原、凍原地帶等人類(lèi)尚未到達(dá)的地方，能通過(guò)自我結(jié)構(gòu)的調(diào)整來(lái)保持系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定。人工生態(tài)系統(tǒng)是指人類(lèi)與其生存環(huán)境相互作用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，完全有人類(lèi)活動(dòng)所創(chuàng)造和控制的生態(tài)系統(tǒng)，如農(nóng)村、城市、工業(yè)區(qū)等。半自然生態(tài)系統(tǒng)指受到人類(lèi)活動(dòng)的影響，但其環(huán)境仍保持一定自然狀態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)，如天然放牧的草場(chǎng)、人工森林、耕作的農(nóng)田、養(yǎng)殖湖泊等。三、生態(tài)系統(tǒng)的基本功能能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞是維系生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的三項(xiàng)主要功能。食物鏈(網(wǎng))和營(yíng)養(yǎng)級(jí)是實(shí)現(xiàn)這些功能的保證。（一） 生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)中除少數(shù)能自養(yǎng)的細(xì)菌以外，幾乎所有的生物體所獲取的能量，都是太陽(yáng)能單向傳遞的結(jié)果。太陽(yáng)能以陽(yáng)光的形式進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，并通過(guò)綠色植物體內(nèi)的光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)—光敏色素，尤其是葉綠素的光合作用被固定，把光能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能貯存在有機(jī)物中，其中一部分供給異養(yǎng)生物進(jìn)行生命活動(dòng)。這樣，太陽(yáng)能通過(guò)光合生物進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)化為化學(xué)鍵上的高效化合能開(kāi)始流動(dòng)，并通過(guò)生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者之間的食物鏈開(kāi)始傳遞，最終被分解為無(wú)機(jī)物，重新進(jìn)入為植物利用的再循環(huán)運(yùn)動(dòng)。這種生物與環(huán)境、生物與生物之間的能量傳遞和轉(zhuǎn)換的過(guò)程，稱(chēng)為生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)。能量傳遞與轉(zhuǎn)換遵循熱力學(xué)定律，即說(shuō)明能量守恒的熱力學(xué)第一定律和能量貶值的熱力學(xué)第二定律。熱力學(xué)第一定律指出，能量不能被創(chuàng)造，也不能被消滅，在流動(dòng)過(guò)程中可以從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式，數(shù)量保持不變。熱力學(xué)第二定律指出，在能量的傳遞和轉(zhuǎn)化過(guò)程中，只有一部分可以繼續(xù)傳遞和做功（有效能），另一部分必然會(huì)以熱的形式消散，成為無(wú)效能，即任何一次能量轉(zhuǎn)換都會(huì)使得系統(tǒng)的有效能減少，無(wú)效能增加，能量發(fā)生貶值。生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)也服從熱力學(xué)定律。這種能量流動(dòng)的特點(diǎn)是能量流動(dòng)的單向性和通過(guò)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量逐漸減少，即以食物形式存在的能量總是從低的營(yíng)養(yǎng)級(jí)流向高的營(yíng)養(yǎng)級(jí)，傳遞過(guò)程中的有效能不斷損失。這是因?yàn)椋孩俑鳡I(yíng)養(yǎng)級(jí)生物總有一部分會(huì)未被食用而自然死亡，最終被分解者所利用，不可能全部被下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物完全利用；②各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物要維系自身的生命活動(dòng)，必須消耗一部分能量，這一部分最后以熱能的形式消散到環(huán)境中；③各營(yíng)養(yǎng)級(jí)不能完全吸收利用上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量，通過(guò)排泄損失能量。由此可見(jiàn)，生態(tài)系統(tǒng)食物鏈中的能量轉(zhuǎn)換效率很低。綠色植物通過(guò)光和作用從太陽(yáng)得到的能量很少部分被吸收。全部照射到葉子表面的陽(yáng)光只有約4%被有效利用，除了供植物本身生命活動(dòng)需要外，%。其它營(yíng)養(yǎng)級(jí)的動(dòng)物也是如此，從植物過(guò)其它動(dòng)物攝取的能量，能被上一級(jí)有效利用的約為10%。營(yíng)養(yǎng)級(jí)越高，生物量越少，其儲(chǔ)存的能量越低，形成前述的生物金字塔。因此，食物鏈不可能太長(zhǎng)，生態(tài)系統(tǒng)中的營(yíng)養(yǎng)級(jí)最多只有四、五級(jí)，很少超過(guò)六級(jí)。若某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)不足以向上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)提供足夠的能量，食物鏈中斷。（二）生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)自然界中的物質(zhì)由各種化學(xué)元素組成。這些物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)的各個(gè)組成部分之間不斷進(jìn)行著循環(huán)。其中，碳、氫、氧、氮、磷、硫是自然界中的主要元素，也是構(gòu)成生命有機(jī)體的主要物質(zhì)。它們?cè)谧匀唤绲牧夹匝h(huán)，保證了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。1. 碳循環(huán)碳是構(gòu)成生物體和貯藏光能的主要元素，在自然界中以碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)體和CO碳酸鹽等無(wú)機(jī)體的形式存在，并在大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈和化石燃料(石油、煤等)等環(huán)境因素中進(jìn)行碳循環(huán)，如圖1－1所示。光合生物通過(guò)光合作用吸收大氣中的CO2和H20形成碳水化合物，同時(shí)釋放氧氣。碳水化合物通過(guò)食物鏈逐級(jí)往高的營(yíng)養(yǎng)級(jí)流動(dòng)，并轉(zhuǎn)換為不同的形式。同時(shí)，動(dòng)物通過(guò)呼吸作用吸入O2而放出CO2，生物殘?bào)w被微生物分解，礦化時(shí)也釋放出CO2，這些經(jīng)過(guò)生命系統(tǒng)的CO2又重新返回空氣中。此外，化石燃料的燃燒，自然界的火山噴發(fā)、地震也會(huì)將固定的碳元素以CO2的形式釋放到大氣中。另外，CO2通過(guò)擴(kuò)散作用在大氣和水體之間循環(huán)，進(jìn)入水體中的CO2會(huì)被吸收形成新的碳酸鹽巖石，也可以通過(guò)死亡動(dòng)植物的遺骸進(jìn)入地殼形成化石燃料。碳循環(huán)對(duì)環(huán)境的影響主要表現(xiàn)在大氣中的CO2含量。%，但其穩(wěn)定性，尤其是化石燃料燃燒排放大量的CO2對(duì)全球氣候變化產(chǎn)生了不可忽視的影響。2. 氮循環(huán)氮是構(gòu)成生命物質(zhì)蛋白質(zhì)和各種氨基酸的主要元素，也是大氣的主要組成成分。雖然大氣中自由氮含量占79％，卻不能直接被生物利用，只有將氮制造成硝酸鹽進(jìn)入土壤，才能被植物吸收，最終通過(guò)食物鏈進(jìn)入各類(lèi)生命體。氮循環(huán)主要是在大氣、水體、生物和土壤之間進(jìn)行，如圖1－2所示。大氣中的氮進(jìn)入土壤和植物有以下幾種方法：①人工固氮。人類(lèi)通過(guò)工業(yè)手段，將大氣中的氮合成氨或銨鹽，即合成氮肥，供植物利用；②非生物固氮。如雷雨天氣的閃電現(xiàn)象而產(chǎn)生的電離作用，能將大氣中的氮氧化成硝酸鹽，隨降雨過(guò)程進(jìn)入土壤，以及火山噴發(fā)出的巖漿所固定的氮，植物吸收這些進(jìn)入土壤的氮；③植物固氮。寄生的豆科植物和其他少數(shù)高等植物根部的根瘤固氮菌具有固定大氣中的氮的能力。土壤中被固定的氨或銨鹽，經(jīng)硝化細(xì)菌將其轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽或硝酸鹽被植物吸收利用，并與碳結(jié)合形成各種氨基酸，最后合成蛋白質(zhì)。動(dòng)物直接或間接從植物中攝取植物性蛋白，作為自身的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源。生物圈中動(dòng)植物的殘?bào)w，以及動(dòng)物新陳代謝過(guò)程中的含氮排泄物被微生物分解后有又形成氨或銨鹽，回歸于土壤。土壤中的氨形成硝酸鹽后，一部分為植物利用，另一部分則由反硝化細(xì)菌把硝酸鹽分解為氮分子，重新進(jìn)人大氣。氮循環(huán)在環(huán)境問(wèn)題中有著十分重要的地位，如缺少蛋白質(zhì)會(huì)造成營(yíng)養(yǎng)不良，化石燃料燃燒排放的氮氧化物會(huì)污染大氣，過(guò)度使用含氮化肥會(huì)污染水體。3. 硫循環(huán)硫是氨基酸和蛋白的重要組成成分，它以硫鍵的形式把蛋白質(zhì)分子連接起來(lái)。硫循環(huán)由自然作用和人類(lèi)活動(dòng)所推動(dòng)，主要在大氣、海洋和陸地之間進(jìn)行。自然作用的循環(huán)過(guò)程是：陸地上，地殼中的硫通過(guò)火山噴發(fā)和巖石內(nèi)的硫在風(fēng)化作用下，以H2S、SO2或硫酸鹽的形式進(jìn)入大氣；海底火山爆發(fā)時(shí)產(chǎn)生的硫分別逸入大氣和溶入海洋；大氣、水分和土壤中的硫被植物所吸收，并進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)，當(dāng)生物殘骸被微生物分解時(shí)生成H2S回到大氣；海洋中的生物遺骸腐敗后，其儲(chǔ)存的硫重新釋放到海水中，當(dāng)海浪飛濺時(shí)，硫又進(jìn)入大氣。大氣中的硫或硫酸根離子，通過(guò)降水、沉降、和地表面吸收等過(guò)程回到陸地和海洋，并被植物吸收；地表徑流的沖刷使土壤中的硫進(jìn)入河流、海洋，最終沉積于海底。人類(lèi)作用的循環(huán)過(guò)程是：地殼中含硫的化石燃料和金屬礦物在人類(lèi)使用的過(guò)程中，通過(guò)燃燒和冶煉將硫還原成H2S和氧化成SO2，排入大氣，或者隨著酸性廢水排放到土壤和水體。硫的自然循環(huán)過(guò)程在沒(méi)有外界的強(qiáng)烈干預(yù)時(shí)，在生態(tài)系統(tǒng)中基本處于一種穩(wěn)定和平衡的狀態(tài)。當(dāng)人類(lèi)無(wú)制約使用化石燃料時(shí)，會(huì)向大氣排放出大量的SO2，從而破壞了硫的正常循環(huán)，形成嚴(yán)重的環(huán)境污染。（三）生態(tài)系統(tǒng)中的信息傳遞信息是指系統(tǒng)傳輸和處理的對(duì)象，通常是指在傳播形式中的情報(bào)、信號(hào)、消息、指令、數(shù)據(jù)、圖像等知識(shí)內(nèi)容。生態(tài)系統(tǒng)中的信息是指各種環(huán)境因素。在溝通生物和環(huán)境之間，生物種群內(nèi)部、及各生物群落之間的關(guān)系方面，生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞和聯(lián)系方式使生態(tài)系統(tǒng)結(jié)合成為一個(gè)有機(jī)的統(tǒng)一整體。生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞往往是雙向可逆的，這是指既存在輸入到輸出的信息傳遞，也有從輸出向輸入的信息反饋。生態(tài)系統(tǒng)中的信息形式主要有營(yíng)養(yǎng)信息、行為信息、化學(xué)信息和物理信息。1. 營(yíng)養(yǎng)信息生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈和食物網(wǎng)構(gòu)成一個(gè)生物的營(yíng)養(yǎng)信息系統(tǒng)。各種生物通過(guò)營(yíng)養(yǎng)的方式把信息從一個(gè)個(gè)體、一個(gè)種群或一個(gè)群落傳遞給另一個(gè)個(gè)體、另一個(gè)種群或另一個(gè)群落。例如，食草動(dòng)物與草原植被這兩個(gè)生物群落之間，當(dāng)食草動(dòng)物少時(shí)，草原植被就繁茂昌盛，這一信息傳遞到其它食草動(dòng)物之中，則草原上的食草動(dòng)物將增加；反之，當(dāng)食草動(dòng)物過(guò)多時(shí)，草原植被減少，不足以供養(yǎng)全部的食草動(dòng)物，這一信息使得部分食草動(dòng)物遷移。因此，從草的多少可以得食草動(dòng)物食物是否豐富的信息，以及食草動(dòng)物數(shù)量的信息。又如，鼠類(lèi)、鵪鶉和貓頭鷹組成的食物鏈：當(dāng)鵪鶉數(shù)量較少時(shí)，貓頭鷹大量捕食鼠類(lèi)，鵪鶉很少受害；當(dāng)鵪鶉數(shù)量較多時(shí)，貓頭鷹轉(zhuǎn)而大量捕捉鵪鶉。這樣，通過(guò)貓頭鷹對(duì)鵪鶉捕食的輕重，向鵪鶉傳遞了鼠類(lèi)數(shù)量多少的信息。2. 物理信息生態(tài)系統(tǒng)中通過(guò)物理過(guò)程傳遞的信息稱(chēng)為物理信息，如聲音、光線、氣溫、磁場(chǎng)等。各種動(dòng)物發(fā)出的聲音傳達(dá)了警告、恫嚇、安全、驚慌、以及要求配偶等各種信息。含羞草在強(qiáng)烈聲音的刺激下，會(huì)表現(xiàn)出葉子合并，葉柄下垂的運(yùn)動(dòng)。空中的飛禽通過(guò)視覺(jué)發(fā)現(xiàn)地面的獵物是一個(gè)光信息的傳遞過(guò)程，獵物是發(fā)出信息的信息源。氣候由熱至冷的逐漸變化給動(dòng)植物傳遞了食物減少和氣溫高低的信息，使得某些動(dòng)物儲(chǔ)存脂肪、變換膚毛、有的進(jìn)入冬眠，候鳥(niǎo)遷徙，植物落葉減少散熱。蜜蜂無(wú)數(shù)次將花蜜運(yùn)回蜂巢，候鳥(niǎo)成群結(jié)隊(duì)南北長(zhǎng)途往返飛行都能準(zhǔn)確到達(dá)目的地，這些動(dòng)物主要依靠自己身上的電磁場(chǎng)與地球磁場(chǎng)相互作用確定方位。生態(tài)系統(tǒng)中通過(guò)化學(xué)物質(zhì)傳遞的信息稱(chēng)為化學(xué)信息，如某些生物在特定的條件下，或某個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育階段的代謝產(chǎn)物性激素、生長(zhǎng)素等。生物分泌出的這些特殊化學(xué)物質(zhì)在生物的個(gè)體或種群之間起著某種信息的傳遞作用，協(xié)調(diào)個(gè)體之間的活動(dòng)，并且維持生物的集群活動(dòng)的整體性。例如，許多哺乳動(dòng)物(虎、狗、貓等)動(dòng)物通過(guò)排泄物標(biāo)記自己的行蹤和活動(dòng)領(lǐng)域，其中的雄性動(dòng)物憑借種內(nèi)的雌性個(gè)體釋放的體外性激素尋求配偶。螞蟻通過(guò)自己的分泌物留下化學(xué)跟蹤痕跡，以保持群體活動(dòng)。4. 行為信息生態(tài)系統(tǒng)中通過(guò)生物的異常行為傳遞的信息稱(chēng)為行為信息，如許多動(dòng)物的異常表現(xiàn)和行動(dòng)向同伙甚至其他物種發(fā)出識(shí)別、危險(xiǎn)、警告、挑戰(zhàn)和求偶等信息。例如，蜜蜂發(fā)現(xiàn)蜜源時(shí)，用舞蹈動(dòng)作“告訴”同一巢穴其他的蜜蜂去采蜜，并用不同的行為姿勢(shì)表示出蜜源的遠(yuǎn)近，其他工蜂則以觸覺(jué)來(lái)感覺(jué)舞蹈的步伐，得到正確方向的信息。當(dāng)某些自然災(zāi)害，如森林火災(zāi)發(fā)生時(shí)，離火源較近的動(dòng)物紛紛逃離，這種異常行為信息可以傳遞給沿途其它物種的動(dòng)物，使得更多的動(dòng)物加入逃跑的行列。四、生態(tài)系統(tǒng)的平衡（一）生態(tài)平衡的概念生態(tài)平衡是指某生態(tài)系統(tǒng)的生物環(huán)境和非生物環(huán)境之間以及它們內(nèi)部之間通過(guò)物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)和信息傳遞，達(dá)到互相適應(yīng)、相互制約、協(xié)調(diào)統(tǒng)一的效果，維持一種恒定狀態(tài)。也就是說(shuō)，生態(tài)平衡包括了生態(tài)系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)上的平衡和功能上的平衡兩個(gè)方面：結(jié)構(gòu)平衡主要指生物種類(lèi)的多樣性。功能平衡指生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)流動(dòng)相對(duì)恒定，循環(huán)保持正常；能量輸入和輸出接近相等，流動(dòng)基本守恒；信息網(wǎng)絡(luò)完整，傳遞通暢。綜合起來(lái)，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性取決于各子平衡系統(tǒng)之間的相互關(guān)系。生態(tài)系統(tǒng)的平衡是一種動(dòng)態(tài)平衡。生物環(huán)境中的物種產(chǎn)生、變化、以及種群的組合與改變永遠(yuǎn)處于變動(dòng)狀態(tài)，生物的進(jìn)化就是為了增強(qiáng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力，是生物系統(tǒng)長(zhǎng)期與地質(zhì)、大氣、溫度等外在理化因素的變化相互作用的結(jié)果。就非生物環(huán)境而言，由于地球在運(yùn)動(dòng)之中，太陽(yáng)能給予地球的能量會(huì)隨之改變，因而總有氣候、溫度、降雨量等的變化，使得非生物環(huán)境諸因素也隨之改變，并作用于生物，最后使生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生了演替。演替的趨勢(shì)是生態(tài)系統(tǒng)朝著種類(lèi)多樣化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜化和功能完善化的方向發(fā)展，直到建立起更加穩(wěn)定的優(yōu)良生態(tài)系統(tǒng)。由此可見(jiàn)，生態(tài)系統(tǒng)的各組成成分、結(jié)構(gòu)、功能是隨著時(shí)間而改變，不斷地按照一定的變化規(guī)律運(yùn)動(dòng)著，生態(tài)平衡是一種相對(duì)的和非穩(wěn)態(tài)的平衡，即動(dòng)態(tài)平衡。生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡表明，當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)受到一定程度的外界干擾而引起不平衡時(shí)，具有恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力，使其進(jìn)入新的平衡狀態(tài)，即自身調(diào)節(jié)的能力。生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的大小，與生態(tài)系統(tǒng)生物的多樣性有關(guān)。例如，熱帶雨林和海洋分別是巖石圈和水圈內(nèi)生物物種最豐富的區(qū)域，具有非常穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)；而如我國(guó)青藏高原和干旱缺水地區(qū)，以及寒冷的南、北極地域，由于生物種類(lèi)稀少，食物鏈單調(diào)，生態(tài)系統(tǒng)非常脆弱，輕微的干擾就會(huì)引起嚴(yán)重的失調(diào)。雖然生態(tài)系統(tǒng)對(duì)外界的干擾有很強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力，但干擾超出其承受能力，即一定的限度，達(dá)到破壞生態(tài)規(guī)律的程度，調(diào)節(jié)就不再起作用，生態(tài)平衡就會(huì)遭到嚴(yán)重破壞。（二）影響生態(tài)平衡的因素生態(tài)系統(tǒng)本身具有的自身調(diào)節(jié)的能力是保持生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡的主要功能。如果這種自身調(diào)節(jié)能力中的某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)缺損，就會(huì)破壞生態(tài)系統(tǒng)的平衡。因此，生態(tài)系統(tǒng)自身調(diào)節(jié)能力的強(qiáng)弱是生態(tài)系統(tǒng)平衡的關(guān)鍵。影響生態(tài)系統(tǒng)自身調(diào)節(jié)能力的因素有：1. 生物多樣性的結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，生