第三章 生态学基础

第三章生态学基础生物圈主要由生命物质、生物生成性物质和生物惰性物质三部分组成。

生命物质又称活质，是生物有机体的总和；生物生成性物质是由生命物质所组成的有机-矿质作用和有机作用的生成物，如煤、石油、泥炭和土壤腐殖质等；生物惰性物质是指大气低层的气体、沉积岩、粘土矿物和水。

由此可见，生物圈是一个复杂的、全球性的开放系统，是一个生命物质与非生命物质的自我调节系统。

它的形成是生物界与水圈、大气圈及岩石圈长期相互作用的结果。

生物圈存在的基本条件是：第一，可以获得来自太阳的充足光能。

因一切生命活动都需要能量，而其基本来源是太阳能，绿色植物吸收太阳能合成有机物而进入生物循环。

第二，要存在可被生物利用的大量液态水。

几乎所有的生物全都含有大量水分，没有水就没有生命。

第三，生物圈内要有适宜生命活动的温度条件，在此温度变化范围内的物质存在气态、液态和固态三种变化。

第四，提供生命物质所需的各种营养元素，包括O2、CO2、N、C、K、Ca、Fe、S等，它们是生命物质的组成或中介。

总之，地球上有生命存在的地方均属生物圈。

生物的生命活动促进了能量流动和物质循环，并引起生物的生命活动发生种种变化。

生物要从环境中取得必需的能量和物质，就得适应于环境；环境因生命活动发生变化，又反过来推动生物的适应性，这种反应作用促进了整个生物界持续不断的变化。

第一节生态学概述一、生态学的概念生态学是研究生物和环境之间相互关系以及生物与生物之间相互关系及其作用机理的一门科学。

生态学诞生至今有100多年历史，出现了许多分支学科。

生态学以一般生物为研究对象，着重于研究自然环境因素与生物的相互关系，单纯属于自然科学的范畴。

而环境科学则以人类为主要对象，把环境与人类生活的互相影响作为一个整体来研究，从而和社会科学有十分密切的联系。

二、生态学的主要研究内容：1、研究生物个体与环境的生态关系；2、研究生物群落与环境的生态关系；3、研究生态系统中生产者、消费者和还原者之间以及环境之间的生态关系，最终目的是研究和认识环境对生物的作用，以及生物对环境的改造作用，并运用这些基本原理为人类服务。

三、生态学的分支学科按生物类别作为研究对象可分为：生物生态学；人类生态学；动物生态学；植物生态学；微生物生态学。

按环境性质分：湖泊生态学；海洋生态学；岛屿生态学；山地生态学按生命系统的复杂程度分：个体生态学（生理生态学）；种群生态学；群落生态学；生态系统生态学。

按学科渗透关系分：系统生态学；数学生态学；城市生态学；生态经济学；地理生态学；化学生态学。

按生产性质和任务分：农业生态学；资源生态学；工业生态学。

第二节生态系统及其组成一、生态系统的概念生态系统就是在一定的空间内，生物群落与其环境之间通过不断地物质循环和能量流动而相互作用，相互制约，不断演化，达到动态平衡，形成相对稳定的统一整体，是具有一定结构和功能的单位。

一个生物物种在一定范围内所有个体的总和在生态系统中称为种群；在一定的自然区域中许多不同种的生物的总和称为群落，在任何情况下，群落都不是孤立存在的，总是和环境密切相关，相互作用。

来自非生物环境的物质和能量，使群落的生命机能开始动起来，这就使能量和物质在群落内部从一个生物转移到另一个生物，最终又回到环境中去。

群落与环境之间这种互补关系，以及能量流动和物质循环的机能系统，就是生态系统。

生态系统是一个很广的概念，任何生物群体与其环境组成的自然体都可视为一个生态系统，如一块草地、一片森林都是生态系统。

在我们生活的地球上有无数大大小小的生态系统，大至整个海洋，整块的大陆，小至一片森林，一块草地、一个小池塘，甚至你家里养着水草的金鱼缸等都可以看成是生态系统，一个复杂的、大的生态系统中又包含无数小的生态系统，各种形形色色、丰富多采的生态系统成为生物圈，因此，整个生物圈便是一个最大的生态系统。

二、生态系统的组成地球上任何一个生态系统都是由生产者、消费者、分解者和无机环境四部分组成。

其中生产者、消费者、分解者是有生命部分，无机环境是非生命部分，在生态系统中，生产者、消费者、分解者的作用是不同的。

生产者；主要是绿色植物和某些能进行光合作用或化能合成作用的细菌，它们能利用太阳能或化学能把无机物转化为有机物，把太阳能转化为化学能，不仅供自身生长发育的需要，而且也养活着生态系统的其他生物。

因此，人们给它取了一个好听的名字－生产者，也称为自养生物。

绿色植物通过光合作用把CO2、H2O和无机盐类转化成有机物质，把太阳能以化学能的形式固定在有机物中，这些有机物是生态系统其他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，光能合成细菌和化能合成细菌也能把无机物合成为有机物。

如硝化细菌能将NH3氧化为HNO2和HNO3，并利用氧化过程中释放的能量，把CO2、H2O合成为有机物。

这类细菌虽然合成的有机物质不多，但它们对某些营养物质的循环却有重要意义。

消费者：直接或间接以生产者为食的生物称为消费者，它们不能直接利用无机物来养活自己，只能靠吃其他生物来生活。

这类生物也称异养生物。

所有动物都是消费者，根据它们食性的不同可以分为三类：吃“素”的为食草动物，即吃植物的动物，如蚜虫、蚂蚱、兔子、牛等，它们有的蚕食植物，有的大口大口地吞食植物，直接靠生产者养活。

在生态系统中，绿色生产者所制造的有机物质首先作为这类动物的食物，所以，草食动物又称为初级消费者或第一性消费者。

吃“荤”的为食肉动物，即以其他动物为食的消费者，如鲨鱼、狼、虎、鹰等，它们靠吃草食动物或者比它们弱小的肉食动物生活着。

既吃“素”，又吃“荤”的为杂食性动物，即以植物和动物为食的动物，如某些鸟类，昆虫，哺乳动物。

杂食性在动物界是相当普遍的，它们的食性复杂，很难归类，如狐狸，既吃兔子，鼠类，其他小动物，又吃浆果，有时还吃动物尸体。

熊也是这样。

生态学还给消费者划分了等级，以生产者为食的生物称之为初级消费者（昆虫、鼠类、牛、羊、鹿等），以初级消费者为食的生物称为第二级消费者（如以胡罗卜为食的野兔是初级消费者，而以野兔为食的狐狸则是第二消费者），接下去可以有第三消费者，第四消费者，甚至更高级的消费者。

某些动物可以是多级消费者。

如当人们吃蔬菜时是初级消费者，当他们吃牛肉时，是第二级消费者，当他们吃以藻类为食的鱼为食物的鱼时，他们就是第三级消费者。

寄生生物构成另一种重要的消费者，它不象其他消费者那样吃掉它的“捕获物”，而是与它的“捕获物”密切联系在一起，长期地以“捕获物”为食，通常不会杀死“捕获物”（至少不会立即杀死），但常会伤害它。

有的寄生物（如绦虫-寄生在人或家畜肠子里的一种虫子）生活在它们寄主的体内，这种生物称为内寄生物，另外还有依附在它们寄主的体外，称为外寄生生物如：虱。

死的植物性物质，死的动物性物质以及粪便废弃物构成大量有机物，称为碎屑，虽然这些物质是死的，但仍然是有机物，能量和养分都很高，能够成为秃鹫（一种大型猛兽）、蚯蚓、白蚁、甲虫等这样一些大的和小的生物的食物的来源。

以碎屑为食物的生物被划为单独的一类消费者，称为食碎屑生物。

分解者：指各种具有分解能力的微生物，也属异养生物。

它们的任务和生产者正好相反,生产者把无机物变成有机物，分解者把复杂的有机物包括动植物的尸体和排泄物，分解成简单的无机物，还给无机环境，再重新供生产者利用。

故，人们又把它叫做还原者。

分解者主要包括细菌和真菌，也包括一些微型动物，如蚯蚓、鞭毛虫等。

无生命物质也称为非生物成分，是生态系统中生物赖以生存的物质和能量的源泉及活动场所，可分为：原料部分，主要是阳光、O2、CO2、H2O、无机盐及非生命的有机物；媒质部分，指水、土壤、空气等；基质，指岩石、砂、泥。

生产者、消费者、分解者、无生命物质，自然界的生态系统一般都含有这四个组成部分，其中，非生物部分和生物部分中的生产者和分解者是必不可少的。

生态系统中的物质循环和能量流动都是通过这四部分来实现的。

三、生态系统的基本结构1.形态结构生态系统的生物种类、种群数量、种的空间位置、种的时间变化等构成了生态系统的形态结构。

2.营养结构生态系统的各组成部分之间建立起来的营养关系，构成了营养结构。

四、生态系统的基本特征1.包含一定的空间概念，具有水平结构、层次结构、多维结构。

2.具有发育、繁殖、生长和衰亡等生物有机体的特性。

可分为初期、成长期和成熟期，具有时间特征，表现为演替和进化。

3.具有生物代谢机能。

其代谢通过生产者、消费者和分解者三个不同营养水平的生物类群来完成。

这三个生物类群既是生态系统的基本组成成分，也是系统组成物质循环的基本结构。

4.具有生物机体自动调节的功能。

第三节生态系统中的物质能量循环一、能量循环地球上所有生态系统的能量都来源于太阳。

生态系统中的所有生物，除了少数几种化学合成细菌外，其生存所需能量都是由太阳供应的。

生态系统的能量流动是通过食物链（或食物网）实现的。

食物链是初级生产者利用光能所制造的有机物供给各消费者，从而在生物之间形成的以食物营养为中心的连锁关系。

食物链中的每一个环节或食物链中各生物的位置，称为营养级。

营养级一般划分为4级（人类除外），不会多于5级。

因为能量沿着食物链的营养级逐级流动时不断减少，当能量流经4～5个营养级后，所剩的能量已不能再维持一个营养级的生命活动了。

二、物质循环生物体原生质中97%以上是由氧、氢、碳、氮、磷组成，还有硫、钙、镁、钾等。

生态系统中的主要物质循环有：1、水循环水是地球上分布最广的物质之一。

大气圈、水圈、岩石圈和生物圈处处都有水的踪迹。

水也是地球上最古老的物质之一。

在地球形成之后不久，就产生了水。

在以后漫长的岁月中，水孕育了生命，自身也成为构成生命不可缺少的物质。

现在的地球，其70％的表面为水所覆盖。

在阳光照射下，地面的水开始蒸发，水分进入大气并逐渐聚集为云层。

云层冷却到一定程度即出现降水（包括降雨和降雪）。

水分又回到地面并开始了新的循环。

如此周而复始，构成了全球水的大循环。

生态系统的水循环只是全球水循环的一小部分，但是由于它和人类的紧密联系而显得更为重要。

人类的活动深刻地改变了生态系统的水循环。

同时它也对人类的生活造成了极大的影响。

生态系统的水循环简言之就是降水与地表蒸发作用的往复运动。

当大气中的水分以降水的形式落到地面后，一部分渗入地下，一部分成为地表径流，还有一部分为地表植被所截取。

在降水不多的地区，植物截取的水分有时非常可观。

例如，在温带地区，被截取的降水可达总降水量的25％。

随后在阳光的作用下，部分地下水渗上地面与地面水一同被蒸发。

植被本身的部分水分也通过叶面被蒸发，如此往复，构成了整个生态系统的水循环。

在整个循环中，植被对水的截取对整个生态环境尤为重要。

降水偏多的季节，大量的植被可以减少地表径流水量，避免或减少洪涝的灾害。