第二章生态系统

第二章 生态系统
第二章生态系统
由各自独立又相互联系、相互作用的组 分构成的统一整体即为系统。小至细胞， 大至宇宙，都是系统。生态系统是一定空 间内有生命成分和非生物成分组成的一个 生态学功能单位。任何生态系统都具有以 下共同特性:
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1、具有能量流动、物质循环和信息传递三大功能。 能量流动是单向的，不可逆的，物质流动是循环的，信息 传递包括物理、化学、营养和行为信息，构成一个复杂的 信息网。
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二、食物链和食物网
各种生物之间存在着捕食和被捕食的关系， 这就是食物链。通过这种关系，能量在生态系统 中流动和传递。我国民谚所说的“大鱼吃下鱼， 小鱼吃虾米”就是食物链的生动写照。当然，自 然界中实际存在的捕食关系要复杂得多。例如， 小鸟不仅吃昆虫，也吃野果；野兔不仅被狐狸捕 食，也被狼捕食。因此，许多食物链经常互相交 叉，形成一张无形的网络，把许多生物包括在内， 这种复杂的捕食关系就是食物网。
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一般来说，食物网越复杂，生态系统就 越稳定。因为食物网中某个环节（物种）缺 失时，其他相应环节能起补偿作用。反之， 食物网越简单，则生态系统越不稳定。
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三、营养级和生态金字塔
尽管食物链和食物网在理论上反映了声 系统中物种和物种间的营养关系，但这种 关系是如此复杂，迄今尚未有一种食物网 能如实地反映出自然界食物网的复杂性。 为了研究的方便和更真实地描述生态系统 只能感的能量流动和物质循环，生态学家 提出了营养级的概念。
2、具有自我调节能力。生态系统受到外力的作用或破坏， 在一定范围内可以自行调节和恢复。系统内物种数目越多， 结构越复杂，则自我调节能力越强。
3、是一种动态系统。任何生态系统都有其发生和发展的 过程，经历着由简单到复杂、从幼年到成熟的过程。
• 本章介绍了生态系统的组成及类型、生态系统的功能以 及生态平衡的破坏等基本概念。
四、生态系统的功能
生态系统具有三大功能： Ⅰ 能量流动 Ⅱ 物质循环 Ⅲ 信息传递
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地球是一个开放系统，存在着能量的输 入和输出。能量输入的根本来源是太阳能， 食物是光合作用新近固定和储存的太阳能， 化石燃料则是地质年代固定和储存的太阳 能。光合作用是植物固定太阳能的唯一有 效途径，其全过程很复杂，包括100多步化 学反应，但其总反应式很简明：
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上述元素中的四种，即碳、氧、氮和氢， 占生物有机体组成的99%以上，在生命中起 着最关键的作用，被称为关键元素或能量元 素。其他元素分为两类：常量元素和微量元 素。其中的微量元素虽然数量少，但所起的 作用不亚于常量元素，一旦缺少，动植物就 不能正常生长。反之，微量元素过多也会造 成危害。当前的环境污染问题中，有些就是 由于某些微量元素过多引起的。
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C6H12O6+6O2＝6CO2+6H2O+ATP+热量
生成物中的ATP即三磷酸腺苷，是生物化学 反应中通用的能量，可保存供未来之需，也可以 构成和补充细胞的结构以及执行各种各样的细胞 功能。
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生态系统中的能量流动都是按照热力学 第一定律和第二定律进行的。根据热力学 第一定律，能量可以从一种形式转化为另 一种形式，在转化过程中，能量既不会消 失，也不会增加，这就是能量守恒原理。 根据热力学第二定律，能量的流动总是从 集中到分散，从能量高向能量低的方向传 递。在传递过程中总有一部分能量成为无 用能被释放出去。
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在热力学定律的约束下，自然界中的大 大小小的生态系统处于完美的和谐之中。 不幸的是，这种生态平衡虽然很精巧，但 很脆弱，易遭外力破坏。人类虽不能改变 热力学定律，但往往能轻易地破坏生态金 字塔和生物多样性，使不少地区陷入生态 危机之中。
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有机体中几乎可以找到地壳中存在的全 部90多种天然元素。但是，生物学研究表 明，对生命必须的元素只有大约24种，即 碳、氧、氮、氢、钙、硫、磷、钠、钾、 氯、镁、铁、碘、铜、锰、锌、钴、铬、 锡、钼、氟、硅、硒、钒，可能还有镍、 溴、铝和硼。
（5）消费者：指以其他生物为食的各种 动物（植食动物、肉食动物、杂食动物和 寄生动物等）；
（6）分解者：指分解动植物残体、粪便 和各种有机物的细菌、真菌、原生动物和 一些食腐动物。
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2、生态系统的类型
生态系统可以根据地理条件的不同而分为两 大类：水生生态系统和陆地生态系统。二者还可 以分为更多的生态系统。如水生生态系统可分为 海洋生态系统和淡水生态系统。淡水生态系统又 可分为流水生态系统和静水生态系统等。同样， 陆地生态系统也可分为森林生态系统、草原生态 系统、高山生态系统、荒漠生态系统、冻原生态 系统等。森林生态系统还可细分为热带、亚热带、 温带和寒温带森林等生态系统。
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某个营养级就是食物链某个环节上一切生物 种的总和，是处在某一营养层次上一类生物和另 一营养层次上另一类生物的关系。例如，所有绿 色植物和自养生物均处于食物链的第一环节，构 成第一营养级；所有以生产者为食的动物属于第 二营养级，又称为植食动物营养级；所有以植食 动物为食的肉食动物为第三营养级；以上还可能 有第四和第五营养级等。生态系统中的物质和能 量就这样通过营养级向上传递。
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但是，当能量在食物网中流动时，其效 率是很低的。下面营养级所储存的能量只 有大约10%能够被其上营养级所利用。其 余大部分能量被消耗在该营养级的呼吸作 用上，以热量的形式释放到环境中去。这 在生态学上被称为1/10定律。生物量金字 塔和能量感应金字塔就是这条定律的说明。
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6CO2+6H2O＝C6H12O6+6O2
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能够通过光合作用制造食物分子的植物被称为 自养生物，其他生物靠自养生物取得其生存所必须 的食物分子，这些生物称为异养生物。异养生物无 法固定太阳能，只能直接或间接从绿色植物中获取 富能的化学物质，然后通过呼吸作用把能量从这些 化学物质中释放出来。呼吸作用包括70多步反应， 但其反应式也很简明：
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一、生态系统的组成和类型
1、生态系统的组成
生态系统中包括以下六种组分： （1）无机物：包括氮、氧、水、二氧化碳和各种无机盐 等； （2）有机物：包括蛋白质、糖类、脂类和土壤腐殖质等； （3）自然因素：包括阳光、风、降雨等等；
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（4）生产者：指能进行光合作用的各种 绿色植物、蓝绿藻和某些细菌；