【文章內(nèi)容簡介】 的生態(tài)系統(tǒng)類型。依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)受人類活動影響程度的大小，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、稀樹干草原、荒漠等各類生態(tài)系統(tǒng)。其中，以喬木和灌木樹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%，對物質(zhì)循環(huán)和能量流動的影響最大，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)和分別進一步劃分為各類子系統(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，沒有直接受到人類活動干擾的生態(tài)系統(tǒng)，如原始森林、遠(yuǎn)洋深海、未經(jīng)放牧的草原、凍原地帶等人類尚未到達(dá)的地方，能通過自我結(jié)構(gòu)的調(diào)整來保持系統(tǒng)的相對穩(wěn)定。人工生態(tài)系統(tǒng)是指人類與其生存環(huán)境相互作用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，完全有人類活動所創(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)指受到人類活動的影響，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、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、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞是維系生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的三項主要功能。食物鏈(網(wǎng))和營養(yǎng)級是實現(xiàn)這些功能的保證。（一） 生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動生態(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，都是太陽能單向傳遞的結(jié)果。太陽能以陽光的形式進入生態(tài)系統(tǒng)，并通過綠色植物體內(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)能貯存在有機物中，其中一部分供給異養(yǎng)生物進行生命活動。這樣，太陽能通過光合生物進入生態(tài)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)化為化學(xué)鍵上的高效化合能開始流動，并通過生產(chǎn)者、消費者、分解者之間的食物鏈開始傳遞，最終被分解為無機物，重新進入為植物利用的再循環(huán)運動。這種生物與環(huán)境、生物與生物之間的能量傳遞和轉(zhuǎn)換的過程，稱為生態(tài)系統(tǒng)的能量流動。能量傳遞與轉(zhuǎn)換遵循熱力學(xué)定律，即說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，在流動過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），另一部分必然會以熱的形式消散，成為無效能，即任何一次能量轉(zhuǎn)換都會使得系統(tǒng)的有效能減少，無效能增加，能量發(fā)生貶值。生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動也服從熱力學(xué)定律。這種能量流動的特點是能量流動的單向性和通過各營養(yǎng)級的能量逐漸減少，即以食物形式存在的能量總是從低的營養(yǎng)級流向高的營養(yǎng)級，傳遞過程中的有效能不斷損失。這是因為：①各營養(yǎng)級生物總有一部分會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養(yǎng)級的生物完全利用；②各營養(yǎng)級的生物要維系自身的生命活動，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各營養(yǎng)級不能完全吸收利用上一營養(yǎng)級的能量，通過排泄損失能量。由此可見，生態(tài)系統(tǒng)食物鏈中的能量轉(zhuǎn)換效率很低。綠色植物通過光和作用從太陽得到的能量很少部分被吸收。全部照射到葉子表面的陽光只有約4%被有效利用，除了供植物本身生命活動需要外，%。其它營養(yǎng)級的動物也是如此，從植物過其它動物攝取的能量，能被上一級有效利用的約為10%。營養(yǎng)級越高，生物量越少，其儲存的能量越低，形成前述的生物金字塔。因此，食物鏈不可能太長，生態(tài)系統(tǒng)中的營養(yǎng)級最多只有四、五級，很少超過六級。若某一營養(yǎng)級不足以向上一營養(yǎng)級提供足夠的能量，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)的各個組成部分之間不斷進行著循環(huán)。其中，碳、氫、氧、氮、磷、硫是自然界中的主要元素，也是構(gòu)成生命有機體的主要物質(zhì)。它們在自然界的良性循環(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)等有機體和CO碳酸鹽等無機體的形式存在，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)境因素中進行碳循環(huán)，如圖1－1所示。光合生物通過光合作用吸收大氣中的CO2和H20形成碳水化合物，同時釋放氧氣。碳水化合物通過食物鏈逐級往高的營養(yǎng)級流動，并轉(zhuǎn)換為不同的形式。同時，動物通過呼吸作用吸入O2而放出CO2，生物殘體被微生物分解，礦化時也釋放出CO2，這些經(jīng)過生命系統(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)、地震也會將固定的碳元素以CO2的形式釋放到大氣中。另外，CO2通過擴散作用在大氣和水體之間循環(huán)，進入水體中的CO2會被吸收形成新的碳酸鹽巖石，也可以通過死亡動植物的遺骸進入地殼形成化石燃料。碳循環(huán)對環(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入土壤，才能被植物吸收，最終通過食物鏈進入各類生命體。氮循環(huán)主要是在大氣、水體、生物和土壤之間進行，如圖1－2所示。大氣中的氮進入土壤和植物有以下幾種方法：①人工固氮。人類通過工業(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，隨降雨過程進入土壤，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)。動物直接或間接從植物中攝取植物性蛋白，作為自身的營養(yǎng)來源。生物圈中動植物的殘體，以及動物新陳代謝過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，重新進人大氣。氮循環(huán)在環(huán)境問題中有著十分重要的地位，如缺少蛋白質(zhì)會造成營養(yǎng)不良，化石燃料燃燒排放的氮氧化物會污染大氣，過度使用含氮化肥會污染水體。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。硫循環(huán)由自然作用和人類活動所推動，主要在大氣、海洋和陸地之間進行。自然作用的循環(huán)過程是：陸地上，地殼中的硫通過火山噴發(fā)和巖石內(nèi)的硫在風(fēng)化作用下，以H2S、SO2或硫酸鹽的形式進入大氣；海底火山爆發(fā)時產(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，并進入動物體內(nèi)，當(dāng)生物殘骸被微生物分解時生成H2S回到大氣；海洋中的生物遺骸腐敗后，其儲存的硫重新釋放到海水中，當(dāng)海浪飛濺時，硫又進入大氣。大氣中的硫或硫酸根離子，通過降水、沉降、和地表面吸收等過程回到陸地和海洋，并被植物吸收；地表徑流的沖刷使土壤中的硫進入河流、海洋，最終沉積于海底。人類作用的循環(huán)過程是：地殼中含硫的化石燃料和金屬礦物在人類使用的過程中，通過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)過程在沒有外界的強烈干預(yù)時，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)人類無制約使用化石燃料時，會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)傳輸和處理的對象，通常是指在傳播形式中的情報、信號、消息、指令、數(shù)據(jù)、圖像等知識內(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)合成為一個有機的統(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養(yǎng)信息、行為信息、化學(xué)信息和物理信息。1. 營養(yǎng)信息生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈和食物網(wǎng)構(gòu)成一個生物的營養(yǎng)信息系統(tǒng)。各種生物通過營養(yǎng)的方式把信息從一個個體、一個種群或一個群落傳遞給另一個個體、另一個種群或另一個群落。例如，食草動物與草原植被這兩個生物群落之間，當(dāng)食草動物少時，草原植被就繁茂昌盛，這一信息傳遞到其它食草動物之中，則草原上的食草動物將增加；反之，當(dāng)食草動物過多時，草原植被減少，不足以供養(yǎng)全部的食草動物，這一信息使得部分食草動物遷移。因此，從草的多少可以得食草動物食物是否豐富的信息，以及食草動物數(shù)量的信息。又如，鼠類、鵪鶉和貓頭鷹組成的食物鏈：當(dāng)鵪鶉數(shù)量較少時，貓頭鷹大量捕食鼠類，鵪鶉很少受害；當(dāng)鵪鶉數(shù)量較多時，貓頭鷹轉(zhuǎn)而大量捕捉鵪鶉。這樣，通過貓頭鷹對鵪鶉捕食的輕重，向鵪鶉傳遞了鼠類數(shù)量多少的信息。2. 物理信息生態(tài)系統(tǒng)中通過物理過程傳遞的信息稱為物理信息，如聲音、光線、氣溫、磁場等。各種動物發(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。含羞草在強烈聲音的刺激下，會表現(xiàn)出葉子合并，葉柄下垂的運動?？罩械娘w禽通過視覺發(fā)現(xiàn)地面的獵物是一個光信息的傳遞過程，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植物傳遞了食物減少和氣溫高低的信息，使得某些動物儲存脂肪、變換膚毛、有的進入冬眠，候鳥遷徙，植物落葉減少散熱。蜜蜂無數(shù)次將花蜜運回蜂巢，候鳥成群結(jié)隊南北長途往返飛行都能準(zhǔn)確到達(dá)目的地，這些動物主要依靠自己身上的電磁場與地球磁場相互作用確定方位。生態(tài)系統(tǒng)中通過化學(xué)物質(zhì)傳遞的信息稱為化學(xué)信息，如某些生物在特定的條件下，或某個生長發(fā)育階段的代謝產(chǎn)物性激素、生長素等。生物分泌出的這些特殊化學(xué)物質(zhì)在生物的個體或種群之間起著某種信息的傳遞作用，協(xié)調(diào)個體之間的活動，并且維持生物的集群活動的整體性。例如，許多哺乳動物(虎、狗、貓等)動物通過排泄物標(biāo)記自己的行蹤和活動領(lǐng)域，其中的雄性動物憑借種內(nèi)的雌性個體釋放的體外性激素尋求配偶。螞蟻通過自己的分泌物留下化學(xué)跟蹤痕跡，以保持群體活動。4. 行為信息生態(tài)系統(tǒng)中通過生物的異常行為傳遞的信息稱為行為信息，如許多動物的異常表現(xiàn)和行動向同伙甚至其他物種發(fā)出識別、危險、警告、挑戰(zhàn)和求偶等信息。例如，蜜蜂發(fā)現(xiàn)蜜源時，用舞蹈動作“告訴”同一巢穴其他的蜜蜂去采蜜，并用不同的行為姿勢表示出蜜源的遠(yuǎn)近，其他工蜂則以觸覺來感覺舞蹈的步伐，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，離火源較近的動物紛紛逃離，這種異常行為信息可以傳遞給沿途其它物種的動物，使得更多的動物加入逃跑的行列。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)部之間通過物質(zhì)循環(huán)、能量流動和信息傳遞，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，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方面：結(jié)構(gòu)平衡主要指生物種類的多樣性。功能平衡指生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)流動相對恒定，循環(huán)保持正常；能量輸入和輸出接近相等，流動基本守恒；信息網(wǎng)絡(luò)完整，傳遞通暢。綜合起來，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)處于變動狀態(tài)，生物的進化就是為了增強對環(huán)境的適應(yīng)能力，是生物系統(tǒng)長期與地質(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，由于地球在運動之中，太陽能給予地球的能量會隨之改變，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。演替的趨勢是生態(tài)系統(tǒng)朝著種類多樣化、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，生態(tài)系統(tǒng)的各組成成分、結(jié)構(gòu)、功能是隨著時間而改變，不斷地按照一定的變化規(guī)律運動著，生態(tài)平衡是一種相對的和非穩(wěn)態(tài)的平衡，即動態(tài)平衡。生態(tài)系統(tǒng)的動態(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，具有恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力，使其進入新的平衡狀態(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，輕微的干擾就會引起嚴(yán)重的失調(diào)。雖然生態(tài)系統(tǒng)對外界的干擾有很強的調(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