Question

生态系统的组成和特点是什么？

Answer 1

生态系统各种组成成分之间的营养联系是通过食物链和食物网来实现的。食物链是生态系统内不同生物之间类似链条式的食物依存关系，食物链上的每一个环节称为营养级。每个生物种群都处于一定的营养级，也有少数种兼处于两个营养级，如杂食动物。生态系统中的食物链包括活食食物链和腐食食物链两个主要类型。活食食物链从绿色植物固定太阳能、生产有机物质开始，它们属于第一营养级，食草动物属于第二营养级，各种食肉动物构成第三、第四及更高的营养级。腐食食物链则从有机体的残体开始，经土壤动物的粉碎与分解和细菌、真菌的分解与转化，以无机物的形式归还给环境，供绿色植物再次吸收。从营养级来划分，分解者处于第五或更高的营养级。老鼠以谷物为食，鼬鼠以老鼠为食，鹰又以鼬鼠为食，鹰死后的残体被各种微生物分解成无机物质，便是简单食物链的一个例子。然而，自然界中的食物链并不是孤立存在的，一个易于理解的事实是，几乎没有一种消费者是专以某一种植物或动物为食的，也没有一种植物或动物只是某一种消费者的食物，如老鼠吃各种谷物和种子，而谷物又是多种鸟类和昆虫的食物，昆虫被青蛙吃掉，青蛙又是蛇的食物，蛇最终被鹰捕获为食；谷物的秸杆还是牛的食物，牛肉又成为人类的食物（图10－7）。可见，食物链往往是相互交叉的，形成复杂的摄食关系网，称为食物网。一般来说，一个生态系统的食物网结构愈复杂，该系统的稳定性程度愈大。

4．生态系统的功能

生态系统的功能主要表现为生物生产、能量流动和物质循环，它们是通过生态系统的核心部分——生物群落来实现的。

（1）生态系统的生物生产

生态系统的生物生产是指生物有机体在能量和物质代谢的过程中，将能量、物质重新组合，形成新的产物（碳水化合物、脂肪、蛋白质等）的过程。绿色植物通过光合作用，吸收和固定太阳能，将无机物转化成有机物的生产过程称为植物性生产或初级生产；消费者利用初级生产的产品进行新陈代谢，经过同化作用形成异养生物自身物质的生产过程称为动物性生产或次级生产。

植物在单位面积、单位时间内，通过光合作用固定的太阳能量称为总初级生产量（GPP），单位是J·m-2·a-1或 g DW·m-2·a-1（DW为干重）。总初级生产量减去植物因呼吸作用的消耗（R），剩下的有机物质即为净初级生产量（NPP）。它们之间的关系为

NPP=GPP－R

与初级生产量相关的另一个概念是生物量，对于植物来说，它是指单位面积内植物的总重量，单位是km·m-2。某一时间的植物生物量就是在此时间以前所积累的初级生产量。

据估计，整个地球净初级生产量（干物质）为172.5×109t·a-1，生物量（干物质）为1841×109t，不同生态系统类型的生产量和生物量差别显著（表10－1）。应当指出，这种估计是非常粗略的，但对于了解全球生态系统初级生产量和生物量的大体数量特征，仍有一定的参考价值。

单位地面上植物光合作用累积的有机物质中所含的能量与照射在同一地面上日光能量的比率称为光能利用率。绿色植物的光能利用率平均为0.14％，在运用现代化耕作技术的农田生态系统的光能利用率也只有1.3％左右。地球生态系统就是依靠如此低的光能利用率生产的有机物质维持着动物界和人类的生存。

（2）生态系统的能量流动

生态系统的生物生产是从绿色植物固定太阳能开始的，太阳能通过植物的光合作用被转变为生物化学能，成为生态系统中可利用的基本能源。生态系统各成分之间能量流动的一个重要特点是单向流，表现为能量的很大部分被各营养级的生物所利用，通过呼吸作用以热的形式散失，而这些散失到环境中的热能不能再回到生态系统中参与能量的流动，因为尚未发现以热能作为能源合成有机物的生物体，而用于形成较高营养级生产量的能量所占比例却很小（图10－8）。

生态系统内的能量传递和转化遵循热力学定律。根据热力学第一定律，输入生态系统的能量总是与生物有机体贮存、转换的能量和释放的热量相等，从而保持生态系统内及其环境中的总能量值不变。根据热力学第二定律，生态系统的能量随时都在进行转化和传递，当一种形式的能量转化成另一种形式的能量时，总有一部分能量以热能的形式消耗掉，这样，系统的熵便呈增加的趋势。对于一个热力学非平衡的孤立系统来说，它的熵总是自发地趋于增大，从而使系统的有序程度越来越低，最后达到无序的混乱状态，即热力学平衡态。然而，地球生态系统所经历的却是一个与热力学第二定律相反的发展过程，即从简单到复杂，从无序到有序的进化过程。根据非平衡态热力学的观点，一个远离平衡态的开放系统，可以通过从环境中引入负熵流，以抵消系统内部所产生的熵增加，使系统从无序向有序转化。生态系统是一个生物群落与其环境之间既进行能量交换，又进行物质交换的开放系统，通过能量和物质的输入，生态系统不断“吃进”负熵流，维持着一种高度有序的状态。

如前所述，每经过一个营养级，都有大量的能量损失掉。那么，生态系统能量转化的效率究竟有多大呢？美国学者Lindeman测定了湖泊生态系统的能量转化效率，得出平均为10％的结果，即在能量从一个营养级流向另一个营养级的过程中，大约有90％的损失量，这就是著名的“十分之一定律”（图10－9）。比如，一个人若靠吃水产品增加0.5kg的体重，就得食用5kg的鱼，这5kg的鱼要以50kg的浮游动物为食，而50kg的浮游动物则需消耗约500kg的浮游植物。由于这一“定律”得自对天然湖泊的研究，所以比较符合水域生态系统的情况，并不适用于陆地生态系统。一般来讲，陆地生态系统的能量转化效率要比水域生态系统低，因为陆地上的净生产量只有很少部分能够传递到上一个营养级，大部分则直接被传递给了分解者。

（3）生态系统的物质循环

生态系统的发展和变化除了需要一定的能量输入之外，实质上包含着作为能量载体的各种物质运动。例如，当绿色植物通过光合作用，将太阳能以化学能的形式贮存在合成的有机物质之中时，能量和物质的运动就同时并存。自然界的各种元素和化合物在生态系统中的运动为一种循环式的流动，称为生物地球化学循环。

Answer 2

任何一个生态系统，都是由生物和非生物环境两大部分组成的。
生物部分：
(1)生产者(producer)。主要是绿色植物以及一些光合细菌(photochemical synthesis bacterla)，即能利用简单的无机物制造食物的自养生物(autotrophic organism)，绿色植物通过光合作用(photosynthesis)把二氧化碳、水和无机盐转化成有机物质，把太阳能以化学能的形式固定在有机物质中，这些有机物是生态系统中其它生物维持生命活动的食物来源。因此，绿色植物是整个生态系统的物质生产者。此外，光合细菌也能把无机物合成有机物。如硝化细菌(nitrifying bacteria)能将氨氧化成为亚硝酸和硝酸，并利用氧化过程中释放的能量，把二氧化碳和水合成为有机物。
(2)消费者(consumer)。属于异养生物(heterotrophic orgamsm)，主要是那些以其它食物或有机质为食物的动物，也包括某些腐生或寄生的菌类。除生产者以外的所有生物都是消费者，它们直接或间接以植物为食物。根据其食性可区分为：草食动物(herbivore)，又称一级消费者；肉食动物(carnivore)，以草食动物为食的动物称二级消费者，或称一级肉食者，以一级肉食者为食的动物称为三级消费者，或称二级肉食者；杂食动物(omnivora)，既是一级消费者，又是二级消费者或三级消费者；寄生者(parasite)，是特殊的消费者，寄生在其它动、植物身体上，靠吸取宿主营养为生；腐生动物(scavengers)，以腐烂的动植物残体为食。
(3)分解者(decomposer)。又称还原者(reducer)，也属于异养生物，主要是各种微生物，包括某些原生动物和腐食动物(如食枯木甲虫、白蚁、蚯蚓和某些软体动物等)。它们以动植物的残体和排泄物中的有机物质作为维持生命活动的食物来源，并把复杂的有机物分解为简单化合物，最终成为无机物质，归还到环境中，供生产者再度吸收利用。分解者在身体系统的物质循环和能量流动中具有重要意义。大约90％的陆地初级生成物都需经分解者分解归还大地，再经传递作用，输送给绿色植物进行光合作用。

非生物部分：
非生物环境是生态系统中生物赖以生存的物质和能量的源泉及活动的场所。包括太阳辐射能，参加物质循环的无机物(如02、CO2、H20、Ca2+、K+、PO43-等)以及连接生物和非生物成分的有机物(如蛋白质、糖类、脂类和腐殖质等)。
一个生态系统中的各种生物彼此互相由食物关系而连接起来，形成食物链(food chain)。例如兔子吃草，狐狸吃兔子，老虎又吃狐狸，可以表示为草--兔子--狐狸--老虎。食物链一般包括若干个环节，每个环节可作为一个营养级(trophic level)，而能量沿着食物链从一个营养级流动到另一个营养级。能量沿着太阳--生产者--消费者--分解者的途径流动，在这个过程中，能量不断散失。
消费者并不全都是在一个营养级中，草食者兔子是一级消费者，吃兔子的狐狸属于二级消费者，而吃狐狸的老虎则属于三级消费者。一般说来，食物链的环节不会超过五个，因为能量在沿食物链营养级流动时不断减少，流经几个营养级后，所剩下能量已不足以再维持一个营养级的生命了。
在生态系统中，一种消费者常常不是只吃一种食物，而同一种食物又可能被不同的消费者所食。因此，各食物链又相互交错地连结在一起而形成复杂的食物网(food web)。

特点
（一）开放性 生态系统是一个不断同外界环境进行物质和能量交换的开放系统。在生态系统中，能量是单向流动，即从绿色植物接收太阳光能开始，到生产者。消费者。分解者以各种形式的热能消耗，散失为止，不能再被利用形成循环。而维持生命活动所需的各种物质，如C、0、N、P等元素，则以矿物形式先进入植物体内，然后以有机物的形式从一个营养级传递到另一个营养级，最后有机物经微生物分解为矿物元素而重新释放到环境中，并被生物的再次循环所利用。生态系统的有序性和特定功能的产生，是与这种开放性分不开的。
（二）运动性 生态系统是一个有机统一体，它总是处于不断的运动之中。在相互适应调节状态下，生态系统呈现出一种有节奏的相对稳定状态，并对外界环境条件的变化表现出一定的弹性。这种稳定状态，即是生态平衡。在相对稳定阶段，生态系统中的运动（能量流动和物质循环）对其性质不会发生影响。因此，所谓平衡实是动态平衡，也就是这种随着时间的推移和条件的变化而呈现出的一种富有弹性的相对稳定的运动过程。
（三）自我调节性 生态系统作为一个有机的整体，在不断与外界进行能量和物质交换过程中，通过自身的运动而不断调整其内在的组成和结构，并表现出一种自我调节的能力，以不断增强对外界条件变化的适应性。忍耐性，维持系统的动态平衡。只是当外界条件变化太大或系统内部结构发生严重破损时，生态系统的这种自我调节功能才会下降或丧失，以致造成生态平衡的破坏。当前，环境问题的严重性就在于打乱以至破坏了全球或区域生态系统的这种自我适应、自我调节功能。
（四）相关性与演化性 任何一个生态系统，虽然有自身的结构和功能，但又同周围的其它生态系统有着广泛的联系和交流，很难把它们截然分开，由此表现出一种系统间的相关性。对一个具体的生态系统而言，它总是随着一定的内外条件的变化而不断地自我更新、发展和演化，表 现为一种产生、发展、消亡的历史过程，呈现出一定的周期性。

Answer 3

也包括某些腐生或寄生的菌类。除生产者以外的所有生物都是消费者