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生態系統,是在一定的空間和時間範圍內,在各種生物之間以及生物群落與其無機環境之間,通過能量流動和物質循環而相互作用的一個統一整體,生態系統是生物與環境之間進行能量轉換和物質循環的基本功能單位。

1 生態系統 -概述

生態系統三大生態類群

生態系統,在自然界任何生物群落都不是孤立存在的,它們總是通過能量和物質的交換與其生存的環境不可分割地相互聯繫相互作用著,共同形成一種統一的整體,這樣的整體就是生態系統(ecosystem)。由英國生態學家Tansley於1935年首先提出,指在一定的空間內生物成分和非生物成分通過物質循環和能量流動相互作用、相互依存而構成的一個生態學功能單位。它把生物及其非生物環境看成是互相影響、彼此依存的統一整體。 

2 生態系統 -主要特徵物性

生態系統生態系統

1、生態系統是生態學上的一個主要結構和功能單位,屬於生態學研究的最高層次。

2、生態系統內部具有自我調節能力。其結構越複雜,物種數越多,自我調節能力越強。

3、能量流動、物質循環是生態系統的兩大功能。

4、生態系統營養級的數目因生產者固定能值所限及能流過程中能量的損失,一般不超過5~6個。

5、生態系統是一個動態系統,要經歷一個從簡單到複雜、從不成熟到成熟的發育過程。

3 生態系統 -演化過程

生態系統生態金字塔

生態系統是在一定的空間和時間範圍內,在各種生物之間以及生物群落與其無機環境之間,通過能量流動和物質循環而相互作用的一個統一整體。生態系統是生物與環境之間進行能量轉換和物質循環的基本功能單位。

為了生存和繁衍,每一種生物都要從周圍的環境中吸取空氣、水分、陽光、熱量和營養物質;生物生長、繁育和活動過程中又不斷向周圍的環境釋放和排泄各種物質,死亡后的殘體也復歸環境。對任何一種生物來說,周圍的環境也包括其他生物。

綠色植物利用微生物活動從土壤中釋放出來的氮、磷、鉀等營養元素,食草動物以綠色植物為食物,肉食性動物又以食草動物為食物,各種動植物的殘體則既是昆蟲等小動物的食物,又是微生物的營養來源。微生物活動的結果又釋放出植物生長所需要的營養物質。經過長期的自然演化,每個區域的生物和環境之間、生物與生物之間,都形成了一種相對穩定的結構,具有相應的功能,這就是人們常說的生態系統。

4 生態系統 -主要組成

生態系統生態系統
非生物環境

包括:氣候因子,如光、溫度、濕度、風、雨雪等;無機物質,如C、H、O、N、CO2及各種無機鹽等。有機物質,如蛋白質、碳水化合物、脂類和腐殖質等。

生產者(producers)

主要指綠色植物,也包括藍綠藻和一些光合細菌,是能利用簡單的無機物質製造食物的自養生物。在生態系統中起主導作用。

消費者(consumers)

異養生物,主要指以其他生物為食的各種動物,包括植食動物、肉食動物、雜食動物和寄生動物等。

分解者(decomposers)

異養生物,主要是細菌和真菌,也包括某些原生動物和蚯蚓、白蟻、禿鷲等大型腐食性動物。它們分解動植物的殘體、糞便和各種複雜的有機化合物,吸收某些分解產物,最終能將有機物分解為簡單的無機物,而這些無機物參與物質循環后可被自養生物重新利用。

5 生態系統 -主要結構

形態結構,如生物種類,種群數量,種群的空間格局,種群的時間變化,以及群落的垂直和水平結構等。形態結構與植物群落的結構特徵相一致,外加土壤、大氣中非生物成分以及消費者、分解者的形態結構。

營養結構,營養結構是以營養為紐帶,把生物和非生物緊密結合起來的功能單位,構成以生產者、消費者和分解者為中心的三大功能類群,它們與環境之間發生密切的物質循環和能量流動。

6 生態系統 -演變過程

生態系統生態系統 生產

生態系統中的能量流動開始於綠色植物的光合作用。光合作用積累的能量是進入生態系統的初級能量,這種能量的積累過程就是初級生產。初級生產積累能量的速率稱為初級生產力,所製造的有機物質則稱為初級生產量或第一性生產量。

在初級生產量中,有一部分被植物自己的呼吸所消耗,剩下的部分才以可見有機物質的形式用於植物的生長和生殖,稱這部分生產量為凈初級生產量,而包括呼吸消耗的能量(R)在內的全部生產量稱為總初級生產量。它們三者之間的關係是GPP=NPP+R。GPP和NPP通常用每年每平方米所生產的有機物質乾重(g/m2.a)或固定的能量值(J/m2.a)來表示,此時它們稱為總(凈)初級生產力,生產力是率的概念,而生產量是量的概念。

某一特定時刻生態系統單位面積內所積存的生活有機物質量叫生物量(biomass)。生物量是凈生產量的積累量,某一時刻的生物量就是以往生態系統所累積下來的活有機物質總量。生物量通常用平均每平方米生物體的乾重(g/m2)或能值(J/m2)來表示。生物量和生產量是兩個不同的概念,前者是生態系統結構的概念,而後者則是功能上的概念。如果GP-R>O,生物量增加;GP-R。

次級生產是除生產者外的其它有機體的生產,即消費者和分解者利用初級生產量進行同化作用,表現為動物和其它異養生物生長、繁殖和營養物質的貯存。動物和其它異養生物靠消耗植物的初級生產量製造的有機物質或固定的能量,稱為次級生產量或第二性生產量,其生產或固定率稱次級(第二性)生產力。動物的次級生產量可由下一公式表示:P=C-FU-R,式中,P為次級生產量,C代表動物從外界攝取的能量,FU代表以糞、尿形式損失的能量,R代表呼吸過程中損失的能量。

7 生態系統 -分解過程

生態系統生態系統

生態系統的分解時無機元素從有機物質中釋放出來,得到礦化,與光合作用時無機元素的固定正好是相反的過程。從能量的角度看,前者是放能,後者是貯能。由於物理的和生物的作用,把死殘落物分解為顆粒狀的碎屑稱為碎裂;有機物質在酶的作用下分解,從聚合體變成單體,例如由纖維素變成葡萄糖,進而成為礦物成分,稱為異化;淋溶則是可溶性物質被水淋洗出來,是一種純物理過程。分解過程中,這三個過程是交叉進行、相互影響的。

分解過程的速率和特點,決定於資源的質量、分解者種類和理化環境條件三方面。資源質量包括物理性質和化學性質,物理性質包括表面特性和機械結構,化學性質如C:N比、木質素、纖維素含量等,它們在分解過程中均起重要作用。分解者則包括細菌、真菌和土壤動物(水生態系統中為水生小型動物)。理化環境主要指溫度、濕度等。

能量流動可在生態系統、食物鏈和種群三個水平上進行分析。生態系統水平上的能流分析,是以同一營養級上各個種群的總量來估計,即把每個種群都歸屬於一個特定的營養級中(依據其主要食性),然後精確地測定每個營養級能量的輸入和輸出值。這種分析多見於水生生態系統,因其邊界明確、封閉性較強、內環境較穩定。食物鏈層次上的能流分析是把每個種群作為能量從生產者到頂極消費者移動過程中的一個環節,當能量沿著一個食物鏈在幾個物種間流動時,測定食物鏈每一個環節上的能量值,就可提供生態系統內一系列特定點上能流的詳細和準確資料。實驗種群層次上的能流分析,則是在實驗室內控制各種無關變數,以研究能流過程中影響能量損失和能量儲存的各種重要環境因子。

8 生態系統 -主要類別

森林生態系統
生態系統森林生態系統

森林生態系統分佈在濕潤或較濕潤的地區,其主要特點是動物種類繁多,群落的結構複雜,種群的密度和群落的結構能夠長期處於較穩定的狀態。森林中的植物以喬木為主,也有少量灌木和草本植物。森林中還有種類繁多的動物。森林中的動物由於在樹上容易找到豐富的食物和棲息場所,因而營樹棲和攀援生活的種類特別多,如犀鳥、避役、樹蛙、松鼠、貂、蜂猴、眼睛猴和長臂猿等。

草原生態系統

草原生態系統分佈在乾旱半乾旱地區,這裡年降雨量很少,但面積巨大,各大洲都有分佈。與森林生態系統相比,草原生態系統的動植物種類要少得多,群落的結構也不如前者複雜。在不同的季節或年份,降雨量很不均勻,因此,種群密度和群落的結構也常常發生劇烈變化。

海洋生態系統

海洋佔地球表面積的71%。整個地球上的海洋是連成一體的,可以看作是一個巨大的生態系統。海洋中的生物種類與陸地上的大不相同。海洋中的植物絕大部分是微小的浮游植物。海洋中的動物種類很多,從單細胞的原生動物到動物中個體最大的藍鯨,大都能夠在水中遊動。海洋中的某些洄遊魚類,在一生中的一定時期是在淡水中生活的,如鮭魚、大馬哈魚等。海洋在調節全球氣候方面起著重要的作用,同時,海洋中還蘊藏著豐富的資源。人們預計,在21世紀,海洋將成為人類獲取蛋白質、工業原料和能源的重要場所。

濕地生態系統

人們通常將沼澤和沿海灘涂稱為濕地。按照《關於特別是作為水禽棲息地的國際重要濕地公約》的定義,沼澤地、泥炭地、河流、湖泊、紅樹林、沿海灘涂等,甚至包括在低潮時水深不超過6m的淺海水域,都屬於濕地。 濕地中有著十分豐富的動物資源。例如,沼澤地生長的蘆葦是造紙工業的重要原料,具有很高的經濟價值。沼澤適於許多水畜棲息。中國三江平原沼澤區是亞洲東北部的水畜繁殖中心和亞洲北部水畜南遷的必經之地,在那裡生活著丹頂鶴、天鵝等珍稀動物。河流兩岸和湖濱的沼澤是魚類繁殖和肥育的場所。

人工生態系統

人工生態系統有一些十分鮮明的特點:動植物種類稀少,人的作用十分明顯,對自然生態系統存在依賴和干擾。人工生態系統也可以看成是自然生態系統與人類社會的經濟系統複合而成的複雜生態系統。

農田生態系統

農田生態系統是人工建立的生態系統,其主要特點是人的作用非常關鍵,人們種植的各種農作物是這一生態系統的主要成員。農田中的動物種類較少,群落的機構單一。人們必須不斷地從事播種、施肥、灌溉、除草和治蟲活動,才能夠使農田生態系統朝著對人有益的方向發展。因此可以說農田生態系統是在一定程度上受人工控制的生態系統。一旦人的作用消失,農田生態系統就會很快退化,佔據優勢的作物就會被雜草和其他植物所取代。

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