生态系统定义

生态系统是生物和非生物事物组成的群落，它们在一个特定的环境中相互作用。它是一个由生物体、它们所处的物理环境以及塑造和维持这个系统的过程之间的复杂关系网络。像植物、动物和微生物等生物有机体，为了生存而相互依赖，也依赖于环境中的非生物组成部分。这些非生物组成部分包括空气、水、土壤和阳光。这些生物和非生物组成部分共同构成了生态系统的生物要素和非生物要素。

图 1. 一种典型的生态系统

这些元素之间的相互作用造就了生态系统的功能。食物网被称为生态系统中的能量流动，始于太阳，经过植物，然后流向食草动物和食肉动物。碳、氮和水等营养物质的循环是生态系统的另一个重要功能。

生态系统的特性

• 生态系统也有助于维持稳态，即抵抗变化并在系统内保持平衡的能力。
• 此外，生态系统可以从干扰中恢复，这被称为弹性。
• 生态系统还提供一系列对人类福祉至关重要的服务。生物多样性，即生态系统中生物的多样性，提供了食物、药品和娱乐等商品。生物多样性还提供了水净化、气候调节和授粉等生态系统服务。
• 人类活动对生态系统有着重大影响。由于伐木和城市化等活动造成的栖息地破坏和破碎化，可能导致生物多样性丧失。气候变化和污染也会严重影响生态系统及其所依赖的生物。生物多样性的丧失也可能导致生态系统的崩溃及其关键服务的丧失。
• 生态系统的保护和管理对于保护和维护地球的健康和人类福祉至关重要。保护区和保护生物学被用来保护生物多样性和生态系统服务。恢复和野化被用于恢复退化的生态系统。可持续利用和基于社区的保护被用于平衡人类和环境的需求。

因此，生态系统是一个复杂而相互关联的系统，包含生物和非生物组成部分，它们相互作用以维持系统的平衡、弹性和生物多样性。生态系统提供的服务对人类福祉至关重要，它们的保护对地球的健康至关重要。

生态系统类型

1. 陆地生态系统

陆地生态系统是指发生在陆地上的生态系统，与发生在水中的水生生态系统相对。这些生态系统以植物、动物和微生物等生物有机体为特征，它们相互作用，并与土壤、水、空气和阳光等非生物环境组成部分相互作用。

图 2 陆地生态系统

不同陆地生态系统的例子包括:

• 森林生态系统

这些生态系统的特点是存在树木和其他植被，可以在世界各地找到，例如热带雨林、温带森林和寒带森林。

• 草原生态系统

这些生态系统的特点是草和其他草本植物，可以在北美草原、非洲稀树草原和南美潘帕斯等地区找到。

• 沙漠生态系统

这些生态系统的特点是干旱条件，降雨量少，温度高。它们可以在炎热和寒冷地区找到，例如撒哈拉、戈壁和阿塔卡马沙漠。

• 山地生态系统：这些生态系统的特点是海拔高，可以在喜马拉雅山、安第斯山和落基山脉等地区找到。

2. 水生生态系统

水生生态系统是基于水的生态系统，无论是海水还是淡水。它们支持各种各样的生物，并在维持地球的生物多样性和整体生态健康方面发挥着关键作用。

图 3 水生生态系统

水生生态系统有许多子部分

• 海洋生态系统

海洋生态系统存在于咸水环境中，如海洋、珊瑚礁和河口。它们是最大的水生生态系统，覆盖了地球表面约 71%。海洋生态系统的特点是其高生产力，这得益于强烈的太阳辐射和浮游植物的存在，它们构成了食物网的基础。海洋生态系统支持各种生物，包括鱼类、海洋哺乳动物和浮游生物。珊瑚礁是一种独特而重要的海洋生态系统类型，由珊瑚动物的碳酸钙骨骼积累形成。珊瑚礁支持丰富的海洋生物，是许多鱼类、软体动物、甲壳类和其他无脊椎动物的重要栖息地。

• 淡水生态系统

淡水生态系统存在于淡水环境中，如湖泊、河流和溪流。它们比海洋生态系统小，生产力较低，但支持多种生物。淡水生态系统的特点是盐度较低，溶解氧含量变化较大。那里有无数的鱼类。两栖动物、水生植物和微生物在营养循环中起着至关重要的作用。河流和溪流是受水流和周围地质影响的动态生态系统。它们支持各种生物，包括鱼类、昆虫和植物。湖泊是相对稳定的生态系统，其特点是水体相对平静且面积较大。它们支持多种生物，包括鱼类、两栖动物和水生植物。

• 河口生态系统

河口生态系统存在于淡水和咸水交汇处，如海湾、潟湖和三角洲地区。它们的特点是盐度波动大，并支持适应这些条件的独特多样的生物。河口是许多鱼类和贝类物种的繁殖地，也是候鸟的重要栖息地。河口也是许多人类社区重要的食物和生计来源。

• 湿地生态系统

湿地生态系统的特点是土壤被水饱和，包括沼泽、湿地和泥炭沼。它们是高产的生态系统，支持各种生物，包括鸟类、鱼类和两栖动物。湿地在水净化、洪水控制和碳封存方面也起着至关重要的作用。

• 沿海地带

潮间带是靠近海岸的浅水区，水不太深，阳光可以到达底部。它是许多适应这种环境的水生植物和动物的家园。许多鱼类、贝类和其他水生生物生活在沿海地区，是许多动物的重要食物来源。

• 远洋带

远洋带是海洋中深邃的开阔水域，阳光无法到达底部，水非常寒冷且黑暗。它是许多适应在这种环境中生活的鱼类和其他海洋生物的家园。

• 底栖带

底栖带是海底区域，底部覆盖着沙子、岩石或泥浆。它是许多适应在这种环境中生活的生物的家园，如蠕虫、蛤蜊、螃蟹和海星。

生态系统的重要术语

1. 生物多样性

生物多样性是指生物的多样性。一个生态系统包括物种、物种内的遗传多样性以及生态系统。生物多样性对于维持生态系统的健康和恢复力以及提供广泛的生态系统服务至关重要。

2. 生态系统服务

生态系统服务是指人类从生态系统中获得的益处，例如空气和水的净化、气候调节和食物生产。生态系统服务对人类福祉和可持续发展至关重要。

3. 生态演替

随着时间的推移，生态系统中物种组成和结构发生变化的渐进过程。它是由生态系统中生物体与其物理环境之间的相互作用驱动的。

4. 食物网

食物网是显示生态系统能量和营养流动的图。它说明了生态系统中生物体之间的关系，包括谁吃谁以及能量如何从一个生物体转移到另一个生物体。

5. 关键物种

关键物种在维持生态系统的结构和功能方面起着不成比例的作用。关键物种有助于调节其他物种的数量，并有助于保护生态系统的生物多样性。

6. 生态位

生态位是物种在生态系统中的作用和地位，包括物种能够生存的物理和生物条件范围以及它所利用的资源。

7. 栖息地

栖息地是物种生存的物理和生物环境，包括物种生存和繁殖所需的条件范围。

8. 适应

适应是指生物体如何进化以更好地生存和繁殖其环境。这可以包括帮助生物体在特定环境中生存的物理、行为和遗传变化。

9. 气候变化

气候变化是地球上局部、区域和全球气候的典型天气模式的长期改变。导致气候变化的主要人类活动包括土地利用变化、化石燃料燃烧和森林砍伐。

生态系统中的相互作用

生态系统中的相互作用是指不同生物体及其物理环境如何相互作用和影响。这些相互作用可分为几类。

1. 生物相互作用：生物相互作用是指生态系统中生物体之间的相互作用。这些相互作用可以包括竞争、捕食、共生和相互依赖。

• 当两个或多个生物体争夺相同的有限资源（如食物、水或配偶）时，就会发生竞争。这可能导致种群规模的缩小或生态系统中生物分布的变化。例如，生长在同一地区的两种植物可能在阳光、水或土壤养分方面相互竞争，影响它们的生长和生存。
• 捕食是指一个生物体（捕食者）为食物而捕猎另一个生物体（猎物）并将其杀死。这种关系可以对捕食者和猎物的种群产生重大影响。例如，像狮子或狼这样的捕食者有助于控制其猎物（如斑马或鹿）的数量。
• 共生是两个或两个以上不同生物体之间的紧密关系。当两个生物体都受益时，共生可以是互利的。
• 相互依赖是指一个生物体受益，而另一个生物体既不受益也不受害，或者寄生是指一个生物体以另一个生物体为代价而受益。例如，生活在豆科植物（如大豆和豌豆）根瘤中的固氮菌有助于植物将大气中的氮转化为植物可以利用的形式。相比之下，细菌从植物那里获得家园和养分。

2. 非生物相互作用：非生物相互作用是指生物体与环境的非生物组成部分之间的相互作用，如温度、光照、水和养分的可获得性。这些相互作用会影响生物体的生存、生长和繁殖。例如，阳光和水的摄入量会影响植物的生长速度和生存。此外，温度会影响生物体的生理机能；例如，冷血动物会受到其环境温度的影响，这会影响它们的代谢、繁殖和运动。

总而言之，理解生态系统中的生物和非生物相互作用对于理解生态系统如何运作以及它可能如何响应环境变化至关重要。

生态系统的功能

1. 能量流动和营养循环

生态系统中最重要的过程之一是营养物质和能量的循环。它们维持生态系统的稳定和平衡，同时确保能量和营养物质的持续流动。

生态系统的能量流从太阳通过生产者（如植物）传输到消费者（如食草动物和食肉动物）。地球上所有生命都从太阳获取其主要能量，通过光合作用，生产者可以将这种能量转化为有机物质。当消费者食用这种有机物质时，能量就会从一个生物体传递到另一个生物体。

从一个生物体传递到另一个生物体的能量可能以热量的形式损失一部分。营养级联，一种能量传输和损失的过程，确保生态系统中的顶级消费者，如食肉动物，最终只获得太阳能量的一小部分。

另一个重要的生态过程是营养循环。碳、氮、磷和硫等化学物质是营养物质的例子。它们不断地从土壤和空气循环到植物，最终到生态系统中的动物。通过确保它们对所有生物都可用，这些元素的循环有助于维持生态系统的平衡和健康。

营养循环过程始于分解者（如细菌和真菌）分解腐烂的有机物，将营养物质释放到土壤和空气中。然后植物吸收营养物质并将其整合到它们的组织中。当食草动物吃植物时，营养物质会传递到它们的组织中，当食肉动物吃它们时，营养物质会进一步向上传递到食物链。

为了让植物吸收并重新启动循环，营养物质也必须作为营养循环过程的一部分返回到土壤和空气中。由于一个称为营养循环的过程，生态系统持续获得所有生物体所需的必需成分。

因此，能量流动和营养循环是两个关键的生态过程，它们确保能量和营养物质的稳定供应，并支持生态系统的稳定和平衡。这些过程对生态系统中所有生物体的生长和生存至关重要，同时对地球的整体健康也必不可少。

2. 生物多样性

生物多样性，顾名思义，由“生物”和“多样性”两个词组成，意思是“多种多样的动植物共存，共同构成一个良好而健康的环境”。

生命的种类并非均匀分布在地球上，通常在热带地区更高，因为那里气候温暖，初级生产力丰富。热带森林栖息地占地球表面不到 10%，却孕育了 90% 的物种。在所有海洋的中纬度地带以及海面温度最高的西太平洋沿岸，通常可以发现更多的海洋生物多样性。物种多样性存在纬度差异。生物多样性的速度随着时间的推移一直在增加，并且往往集中在热点地区，但预计在未来几年会因森林砍伐而放缓。进化、生态学和文化过程都包括在生物过程中。

急剧的气候变化通常是导致大灭绝的原因。地球上存在过的所有物种中，有超过 99.9%（即 50 亿）被认为已经灭绝。据估计，地球上今天存在 1000 万到 1400 万个物种，其中 120 万已被发现，而超过 86% 尚未命名。根据估计，地球上有 5.0 x 10^37 个相连的 DNA 碱基对，即 500 亿公吨。据估计，生物圈可能总共拥有高达四万亿公吨的碳。2016 年 7 月，研究人员从所有地球生命最后的共同祖先（LUCA）那里发现了一组 355 个基因。

3. 栖息地和生态位

物种的家园是它生存和寻找生存和繁殖所需资源和条件的特定环境。它可以是陆地、水生或大气环境，包含各种生物和非生物要素，包括温度、光照、水、土壤和食物来源。环境为生物体提供生长、繁殖后代和其他维持生命活动所需的资源。

“生态位”一词描述了一个生物体在其生态系统中的特定功能，包括它与其他生物的关系、它所利用的资源以及它对周围环境的影响。生物体与其环境和其他物种在生态系统中的相互作用是独特而特殊的。一个物种可以同时适应捕食者和食腐者的生态位。例如，狮子既是捕食者，捕猎并食用其他动物，也是食腐者，捕猎并食用死去的动物。生物体的生态位决定了它在生态系统中的位置。它会影响环境，包括它如何在食物链中参与，如何将养分和能量在生态系统中输送，以及如何控制种群增长和自然循环。

4. 气候和自然循环的调控

生态系统对于维持水、碳和营养物质等自然循环以及调控局部和区域气候至关重要。生态系统的这一功能确保了生态系统随时间的稳定性，并有助于将环境保持在平衡状态。

• 水循环调控：植物通过蒸腾作用释放水蒸气，有助于调控供水，而根系吸收水，有助于防止洪水。
• 控制碳循环：生态系统通过光合作用从大气中吸收二氧化碳，并通过呼吸和分解将其释放回来，从而控制碳循环。这有助于调节大气二氧化碳浓度，减轻气候变化的影响。
• 资源流动：生态系统通过分解死亡的有机物，将养分释放到土壤中，并通过植物根系吸收养分来控制资源流动。这些养分随后可以通过食物链传递给其他生物。这有助于防止营养污染，维持生态系统的营养平衡。

总而言之，生态系统调控气候和自然循环的能力对于维护地球的稳定和健康至关重要。

5. 废物管理

生态系统通过分解废物产品并通过分解和矿化等各种过程将营养物质返回环境，从而自然处理废物。这有助于维持生态系统中的营养平衡并防止污染。

• 分解：分解是由分解者（如细菌和真菌）将死亡的有机物分解成更小成分的过程。它将必需的营养物质释放到土壤中，植物可以从中吸收并循环到生态系统中。
• 矿化：矿化是由分解者将有机物转化为无机物质（如二氧化碳、氮和磷）的过程。这有助于维持生态系统中的营养平衡，防止营养污染。
• 过滤：湿地和其他生态系统可以充当过滤器，在水返回环境之前去除污染物和多余的营养物质。总而言之，生态系统的废物处理功能有助于维持生态系统中的营养平衡并防止污染，确保生态系统随时间的健康和稳定。