第四節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)

第四節(jié)生態(tài)系統(tǒng)第一頁(yè)，共十頁(yè)，編輯于2023年，星期五在一定地域內(nèi)，生物與環(huán)境所形成的統(tǒng)一的整體叫生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)的范圍可大可小，相互交錯(cuò)，最大的生態(tài)系統(tǒng)是生物圈；最為復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)是熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)，人類主要生活在以城市和農(nóng)田為主的人工生態(tài)系統(tǒng)中。第二頁(yè)，共十頁(yè)，編輯于2023年，星期五（1）生態(tài)系統(tǒng)的水平結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的水平結(jié)構(gòu)是指在一定生態(tài)區(qū)域內(nèi)生物類群在水平空間上的組合與分布。在不同的地理環(huán)境條件下，受地形、水文、土壤、氣候等環(huán)境因子的綜合影響，植物在地面上的分布并非是均勻的。有的地段種類多、植被蓋度大的地段動(dòng)物種類也相應(yīng)多，反之則少。這種生物成分的區(qū)域分布差異性直接體現(xiàn)在景觀類型的變化上，形成了所謂的帶狀分布、同心圓式分布或塊狀鑲嵌分布等的景觀格局。例如，地處北京西郊的百家疃村，其地貌類型為一山前洪積扇，從山地到洪積扇中上部再到扇緣地帶，隨著土壤、水分等因素的梯度變化，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的水平結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出規(guī)律性變化。山地以人工生態(tài)林為主，有油松、側(cè)柏、元寶楓等。洪積扇上部為旱生灌草叢及零星分布的杏、棗樹(shù)。洪積扇中部為果園，有蘋(píng)果、桃、櫻桃等。洪積扇的下部為鄉(xiāng)村居民點(diǎn)，洪積扇扇緣及交接洼地主要是蔬菜地、苗圃和水稻田。生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)容垂直結(jié)構(gòu)以農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)為例。作物群體在垂直空間上的組合與分布，分為地上結(jié)構(gòu)與地下結(jié)構(gòu)兩部分。地上部分主要研究復(fù)合群體莖枝葉在空間的合理分布以求得群體最大限度地利用光、熱、水、大氣資源。地下部分主要研究復(fù)合群體根系在土壤中的合理分布，以求得土壤水分、養(yǎng)分的合理利用，達(dá)到“種間互利，用養(yǎng)結(jié)合”的目的。（3）生態(tài)系統(tǒng)的時(shí)間結(jié)構(gòu)3、營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)是指生態(tài)系統(tǒng)中生物與生物之間，生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者之間以食物營(yíng)養(yǎng)為紐帶所形成的食物鏈和食物網(wǎng)，它是構(gòu)成物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化的主要途徑。（1）食物鏈植物所固定的能量通過(guò)一系列的取食和被取食的關(guān)系在生態(tài)系統(tǒng)中傳遞，我們把生物之間存在的這種傳遞關(guān)系稱之為食物鏈。即所謂食物鏈，就是一種生物以另一種生物為食，彼此形成一個(gè)以食物連接起來(lái)的鏈鎖關(guān)系。受能量傳遞效率的限制，食物鏈一般4～5個(gè)環(huán)節(jié)，最少3個(gè)。但也有例外的時(shí)候，比如我國(guó)的蛇島，曾出現(xiàn)過(guò)7個(gè)環(huán)節(jié)“花蜜—飛蟲(chóng)—蜻蜓—蜘蛛—小鳥(niǎo)—蝮蛇—老鷹”，但這種情況是極為特殊的。食物鏈主要可分為兩類，一種是以活體為起點(diǎn)的，稱之為牧食食物鏈；另一種是以死體為起點(diǎn)的，稱之為碎屑食物鏈。（2）食物網(wǎng)在生態(tài)系統(tǒng)中，生物之間實(shí)際的取食與被取食的關(guān)系，并不像食物鏈所表達(dá)的那樣簡(jiǎn)單，通常是一種生物被多種生物食用，同時(shí)也食用多種其他生物。這種情況下，在生態(tài)系統(tǒng)中的生物成分之間通過(guò)能量傳遞關(guān)系，存在著一種錯(cuò)綜復(fù)雜的普遍聯(lián)系，這種聯(lián)系像是一個(gè)無(wú)形的網(wǎng)，把所有的生物都包括在內(nèi)，使它們彼此之間都有著某種直接或間接的關(guān)系。像這樣，在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，食物關(guān)系往往很復(fù)雜，各種食物鏈互相交錯(cuò)，形成的就是食物網(wǎng)（圖2-1）。

生態(tài)系統(tǒng)是開(kāi)放系統(tǒng)，為了維系自身的穩(wěn)定，生態(tài)系統(tǒng)需要不斷輸入能量，否則就有崩潰的危險(xiǎn)；許多基礎(chǔ)物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中不斷循環(huán)，其中碳循環(huán)與全球溫室效應(yīng)密切相關(guān)，生態(tài)系統(tǒng)是生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)主要結(jié)構(gòu)和功能單位，屬于生態(tài)學(xué)研究的最高層次。生態(tài)功能:1、能量流動(dòng)能量流動(dòng)指生態(tài)系統(tǒng)中能量輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和喪失的過(guò)程。能量流動(dòng)是生態(tài)系統(tǒng)的重要功能，在生態(tài)系統(tǒng)中，生物與環(huán)境，生物與生物間的密切聯(lián)系，可以通過(guò)能量流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。2、物質(zhì)循環(huán)態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)推動(dòng)著各種物質(zhì)在生物群落與無(wú)機(jī)環(huán)境間循環(huán)。這里的物質(zhì)包括組成生物體的基礎(chǔ)元素：碳、氮、硫、磷，以及以DDT為代表的，能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定存在的有毒物質(zhì)；這里的生態(tài)系統(tǒng)也并非家門(mén)口的一個(gè)小水池，而是整個(gè)生物圈，其原因是氣態(tài)循環(huán)和水體循環(huán)具有全球性，一個(gè)例子是2008年5月，科學(xué)家曾在南極企鵝的皮下脂肪內(nèi)檢測(cè)到了脂溶性的農(nóng)藥DDT，[19]這些DDT就是通過(guò)全球性的生物地球化學(xué)循環(huán)，從遙遠(yuǎn)的文明社會(huì)進(jìn)入企鵝體內(nèi)的。按循環(huán)途徑分類氣體型循環(huán)（gaseouscycles）元素以氣態(tài)的形式在大氣中循環(huán)即為氣體型循環(huán)，又稱“氣態(tài)循環(huán)”，氣態(tài)循環(huán)把大氣和海洋緊密連接起來(lái)，具有全球性。碳-氧循環(huán)和氮循環(huán)以氣態(tài)循環(huán)為主。水循環(huán)（watercycle）水循環(huán)是指大自然的水通過(guò)蒸發(fā)，植物蒸騰，水汽輸送，降水，地表徑流，下滲，地下徑流等環(huán)節(jié)，在水圈，大氣圈，巖石圈，生物圈中進(jìn)行連續(xù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。水循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的重要過(guò)程，是所有物質(zhì)進(jìn)行循環(huán)的必要條件。沉積型循環(huán)沉積型循環(huán)發(fā)生在巖石圈，元素以沉積物的形式通過(guò)巖石的風(fēng)化作用和沉積物本身的分解作用轉(zhuǎn)變成生態(tài)系統(tǒng)可用的物質(zhì)，沉積循環(huán)是緩慢的、非全球性的、不顯著的循環(huán)。沉積循環(huán)以硫、磷、碘為代表，還包括硅以及堿金屬元素。第三頁(yè)，共十頁(yè)，編輯于2023年，星期五1、組分結(jié)構(gòu)組分結(jié)構(gòu)是指生態(tài)系統(tǒng)中由不同生物類型或品種以及它們之間不同的數(shù)量組合關(guān)系所構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。組分解構(gòu)中主要討論的是生物群落的種類組成及各組分之間的量比關(guān)系，生物種群是構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的基本單元，不同物種（或類群）以及它們之間不同的量比關(guān)系，構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)的基本特征。例如，平原地區(qū)的“糧、豬、沼”系統(tǒng)和山區(qū)的“林、草、畜”系統(tǒng)，由于物種結(jié)構(gòu)的不同，形成功能及特征各不相同的生態(tài)系統(tǒng)。即使物種類型相同，但各物種類型所占比重不同，也會(huì)產(chǎn)生不同的功能。此外，環(huán)境構(gòu)成要素及狀況也屬于組分結(jié)構(gòu)。

第四頁(yè)，共十頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、時(shí)空結(jié)構(gòu)是指各種生物成分或群落在空間上和時(shí)間上的不同配置和形態(tài)變化特征，包括水平分布上的鑲嵌性、垂直分布上的成層性和時(shí)間上的發(fā)展演替特征，即水平結(jié)構(gòu)、垂直結(jié)構(gòu)和時(shí)空分布格局。時(shí)空結(jié)構(gòu)也稱形態(tài)結(jié)構(gòu)，第五頁(yè)，共十頁(yè)，編輯于2023年，星期五（2）生態(tài)系統(tǒng)的垂直結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的垂直結(jié)構(gòu)包括不同類型生態(tài)系統(tǒng)在海拔高度不同的生境上的垂直分布和生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部不同類型物種及不同個(gè)體的垂直分層兩個(gè)方面。隨著海拔高度的變化，生物類型出現(xiàn)有規(guī)律的垂直分層現(xiàn)象，這是由于生物生存的生態(tài)環(huán)境因素發(fā)生變化

的緣故。如川西高原，自谷底向上，其植被和土壤依次為：灌叢草原—棕褐土，灌叢草甸—棕氈土，亞高山草甸—黑氈土，高山草甸—草氈土。由于山地海拔高度的不同，光、熱、水、土等太太因子發(fā)生有規(guī)律的垂直變化，從而影響了農(nóng)、林、牧各業(yè)的生產(chǎn)和布局，形成了獨(dú)具特色地的立體農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。第六頁(yè)，共十頁(yè)，編輯于2023年，星期五（1）生態(tài)系統(tǒng)的水平結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的水平結(jié)構(gòu)是指在一定生態(tài)區(qū)域內(nèi)生物類群在水平空間上的組合與分布。在不同的地理環(huán)境條件下，受地形、水文、土壤、氣候等環(huán)境因子的綜合影響，植物在地面上的分布并非是均勻的。有的地段種類多、植被蓋度大的地段動(dòng)物種類也相應(yīng)多，反之則少。這種生物成分的區(qū)域分布差異性直接體現(xiàn)在景觀類型的變化上，形成了所謂的帶狀分布、同心圓式分布或塊狀鑲嵌分布等的景觀格局。例如，地處北京西郊的百家疃村，其地貌類型為一山前洪積扇，從山地到洪積扇中上部再到扇緣地帶，隨著土壤、水分等因素的梯度變化，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的水平結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出規(guī)律性變化。山地以人工生態(tài)林為主，有油松、側(cè)柏、元寶楓等。洪積扇上部為旱生灌草叢及零星分布的杏、棗樹(shù)。洪積扇中部為果園，有蘋(píng)果、桃、櫻桃等。洪積扇的下部為鄉(xiāng)村居民點(diǎn)，洪積扇扇緣及交接洼地主要是蔬菜地、苗圃和水稻田。生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)容垂直結(jié)構(gòu)以農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)為例。作物群體在垂直空間上的組合與分布，分為地上結(jié)構(gòu)與地下結(jié)構(gòu)兩部分。地上部分主要研究復(fù)合群體莖枝葉在空間的合理分布以求得群體最大限度地利用光、熱、水、大氣資源。地下部分主要研究復(fù)合群體根系在土壤中的合理分布，以求得土壤水分、養(yǎng)分的合理利用，達(dá)到“種間互利，用養(yǎng)結(jié)合”的目的。（3）生態(tài)系統(tǒng)的時(shí)間結(jié)構(gòu)3、營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)是指生態(tài)系統(tǒng)中生物與生物之間，生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者之間以食物營(yíng)養(yǎng)為紐帶所形成的食物鏈和食物網(wǎng)，它是構(gòu)成物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化的主要途徑。（1）食物鏈植物所固定的能量通過(guò)一系列的取食和被取食的關(guān)系在生態(tài)系統(tǒng)中傳遞，我們把生物之間存在的這種傳遞關(guān)系稱之為食物鏈。即所謂食物鏈，就是一種生物以另一種生物為食，彼此形成一個(gè)以食物連接起來(lái)的鏈鎖關(guān)系。受能量傳遞效率的限制，食物鏈一般4～5個(gè)環(huán)節(jié)，最少3個(gè)。但也有例外的時(shí)候，比如我國(guó)的蛇島，曾出現(xiàn)過(guò)7個(gè)環(huán)節(jié)“花蜜—飛蟲(chóng)—蜻蜓—蜘蛛—小鳥(niǎo)—蝮蛇—老鷹”，但這種情況是極為特殊的。食物鏈主要可分為兩類，一種是以活體為起點(diǎn)的，稱之為牧食食物鏈；另一種是以死體為起點(diǎn)的，稱之為碎屑食物鏈。（2）食物網(wǎng)在生態(tài)系統(tǒng)中，生物之間實(shí)際的取食與被取食的關(guān)系，并不像食物鏈所表達(dá)的那樣簡(jiǎn)單，通常是一種生物被多種生物食用，同時(shí)也食用多種其他生物。這種情況下，在生態(tài)系統(tǒng)中的生物成分之間通過(guò)能量傳遞關(guān)系，存在著一種錯(cuò)綜復(fù)雜的普遍聯(lián)系，這種聯(lián)系像是一個(gè)無(wú)形的網(wǎng)，把所有的生物都包括在內(nèi)，使它們彼此之間都有著某種直接或間接的關(guān)系。像這樣，在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，食物關(guān)系往往很復(fù)雜，各種食物鏈互相交錯(cuò)，形成的就是食物網(wǎng)（圖2-1）。圖2-1草原生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)食物網(wǎng)越復(fù)雜，生態(tài)系統(tǒng)抵抗外力干擾的能力就會(huì)越強(qiáng)，反之，越弱。例如，苔原生態(tài)系統(tǒng)是地球上最耐寒也最簡(jiǎn)單的生態(tài)系統(tǒng)之一，它是由“地衣—馴鹿—人”組成的食物鏈所構(gòu)成的。但眾所周知，地衣對(duì)二氧化硫的含量非常敏感，如果一旦地衣遭到破壞，那么苔原生態(tài)系統(tǒng)就會(huì)崩潰?？扇绻У牡匾率谴嬖谂c熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)中，那么雖然也會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和功能造成一定的影響，但不會(huì)是毀滅性的。綜上所述，研究食物鏈和食物網(wǎng)的組成及其量的調(diào)節(jié)，是十分重要的，首先，可以帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。例如魚(yú)類和野生動(dòng)物的保護(hù)，就必須明確該回家內(nèi)動(dòng)物、植物間的營(yíng)養(yǎng)關(guān)系，而且還應(yīng)注意食物鏈中量的調(diào)節(jié)，才能使該項(xiàng)目自然資源獲得穩(wěn)定和保存，否則會(huì)破壞自然界的平衡與協(xié)調(diào)，使該地區(qū)的生物群落發(fā)生改變，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。其次，物質(zhì)流在食物鏈中有一個(gè)突出特性，即生物富集作用。某些自然界不能降解的重金屬元素或其它有毒物質(zhì)，在環(huán)境中的起始濃度并不高，但經(jīng)過(guò)食物鏈逐漸富集進(jìn)入人體后，可能提高到數(shù)百倍甚至數(shù)百萬(wàn)倍。生態(tài)系統(tǒng)是開(kāi)放系統(tǒng)，為了維系自身的穩(wěn)定，生態(tài)系統(tǒng)需要不斷輸入能量，否則就有崩潰的危險(xiǎn)；許多基礎(chǔ)物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中不斷循環(huán)，其中碳循環(huán)與全球溫室效應(yīng)密切相關(guān)，生態(tài)系統(tǒng)是生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)主要結(jié)構(gòu)和功能單位，屬于生態(tài)學(xué)研究的最高層次。生態(tài)功能:1、能量流動(dòng)能量流動(dòng)指生態(tài)系統(tǒng)中能量輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和喪失的過(guò)程。能量流動(dòng)是生態(tài)系統(tǒng)的重要功能，在生態(tài)系統(tǒng)中，生物與環(huán)境，生物與生物間的密切聯(lián)系，可以通過(guò)能量流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。2、物質(zhì)循環(huán)態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)推動(dòng)著各種物質(zhì)在生物群落與無(wú)機(jī)環(huán)境間循環(huán)。這里的物質(zhì)包括組成生物體的基礎(chǔ)元素：碳、氮、硫、磷，以及以DDT為代表的，能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定存在的有毒物質(zhì)；這里的生態(tài)系統(tǒng)也并非家門(mén)口的一個(gè)小水池，而是整個(gè)生物圈，其原因是氣態(tài)循環(huán)和水體循環(huán)具有全球性，一個(gè)例子是2008年5月，科學(xué)家曾在南極企鵝的皮下脂肪內(nèi)檢測(cè)到了脂溶性的農(nóng)藥DDT，[19]這些DDT就是通過(guò)全球性的生物地球化學(xué)循環(huán)，從遙遠(yuǎn)的文明社會(huì)進(jìn)入企鵝體內(nèi)的。按循環(huán)途徑分類氣體型循環(huán)（gaseouscycles）元素以氣態(tài)的形式在大氣中循環(huán)即為氣體型循環(huán)，又稱“氣態(tài)循環(huán)”，氣態(tài)循環(huán)把大氣和海洋緊密連接起來(lái)，具有全球性。碳-氧循環(huán)和氮循環(huán)以氣態(tài)循環(huán)為主。水循環(huán)（watercycle）水循環(huán)是指大自然的水通過(guò)蒸發(fā)，植物蒸騰，水汽輸送，降水，地表徑流，下滲，