什么是生态系统

引言

生态系统是生物与其环境之间相互作用的系统。这个生态系统主要有两个组成部分：生物因素和非生物因素，它们通过营养循环和能量流动相互联系。

生态系统同时受到内部和外部因素的控制。这类外部因素包括气候和母质，它们负责土壤的形成及其地形。同时，内部因素则由分解、根系竞争、叶片遮荫、新幼苗的演替、风或其他因素的干扰，以及最重要的是土壤中物种的类型来控制。

虽然外部因素主要有助于控制资源输入，但生态系统中这些资源的可用性更多地由内部因素控制。因此，生态系统过程和内部因素都相互依赖。

一些科学家称生态系统为动态实体，它会受到周期性干扰，并且总是从损坏或之前的干扰中恢复过来。现在，环境科学定义了一个很好的术语，即生态系统抵抗力，它基本上意味着即使在受到如此多干扰的情况下，生态系统也能维持其平衡状态。

还有一个术语叫做生态恢复力，它指的是生态系统能够吸收和避免干扰，并以其原始形式保持稳健的功能、结构、特性和反馈循环。

生态系统是生命体，它们不断地从过去的损伤中恢复。抵抗力是指生态系统在面对干扰时保持平衡的能力。生态恢复力是指系统在改变时吸收干扰并重组的能力，以基本保持相同的功能、结构、特性和反馈。生态系统可以通过多种方法进行研究，包括理论研究、对特定生态系统的长期监测、区分不同生态系统以更好地理解它们如何运作，以及直接的操作性实验。

生态系统分类是生态分类的类型，它们考虑了生态系统定义的所有四个部分：非生物成分、非生物复合体、它们之间的相互作用以及它们所占有的物理空间。植物、动物和微生物是生态系统中生物变量的例子，而非生物成分包括水、土壤和大气。

涉及的过程

生态系统是生命体，它们不断地从过去的损伤中恢复。抵抗力是指生态系统在面对干扰时保持平衡的能力。生态恢复力是指系统在改变时吸收干扰并重组的能力，以基本保持相同的功能、结构、特性和反馈。生态系统可以通过多种方法进行研究，包括理论研究、对特定生态系统的长期监测、区分不同生态系统以更好地理解它们如何运作，以及直接的操作性实验。

生态系统可能因其所处地势的微小凹陷或附近的高山而发生显著变化。

时间以及潜在的生物群（即一个区域内存在的可能最终占据某个特定地点的动物）是影响生态系统功能的其他重要外部因素。由于在地球不同区域的相同条件下可能存在不同的物种库，因此生态系统的功能可能截然不同。由于引入非本地物种，生态系统功能可能会发生重大变化。

能量流

通过光合作用，碳和能量被生物体吸收，传递给其他以动植物残骸为食的生物，并最终通过呼吸作用排出。动物消耗植物组织中吸收的碳和能量（净初级生产），或者当植物组织死亡并变成碎屑时，碳和能量仍然未被消耗。在陆地生态系统中，分解者最终分解了大部分净初级生产。其余的在被动物活体摄食后进入植物营养链。死去的动植物体中残留的有机物进入碎屑营养链。

生态系统中所有生物（植物、动物和分解者）的总呼吸作用称为生态系统呼吸作用。生态系统呼吸作用与总初级生产（GPP）之差称为净生态系统生产。在没有干扰的情况下，净生态系统生产等于生态系统中的净碳积累。

能量还可以通过侵蚀转移到不同的生态系统（例如从森林到溪流再到湖泊），或者通过森林火灾等干扰从一个生态系统中释放出来。与陆地系统相比，水生系统中的草食动物要吃掉植物生物量的很大一部分。光合作用生物是营养系统的主要生产者。草食动物是吃它们组织的生物，有时也被称为初级消费者或次级生产者。

以微生物为食的生物被定义为那些以真菌和细菌等微生物为食的生物。次级消费者是食肉动物，它们以初级消费者为食。这些每个都构成一个营养级。动植物和食肉动物的消费顺序构成了一条食物链。实际系统远比这复杂得多；生物体经常消费多种食物来源，并且可能在不同的营养级进行消费。以草食性蚱蜢和以残骸为食的蚯蚓为食的鸟类就是一个食肉动物的例子。食肉动物也可能捕食以碎屑为基础的营养链的一部分的食物。与其说构成食物链，不如说实际系统——以及它们的全部复杂性——构成了食物网。

分解

分解是释放腐烂有机物中碳和养分的一系列过程的总称。除了将二氧化碳释放回大气（或水中）供光合作用利用外，这还释放了可供植物和微生物再次利用的养分。分解会导致死去的有机物在生态系统中堆积，从而消耗大气中的二氧化碳和养分。

分解过程分为浸出、断裂和死物质的化学改性三个类别。水溶解并输送水溶性成分，穿过腐烂的有机物。

生态系统由内部和外部力量决定。尽管生态系统不影响它们，但外部影响（也称为状态因子）会调节生态系统的整体结构和功能。在广阔的地理区域内“最有力地决定生态系统过程和结构”的要素是气候。气候决定了生态系统的嵌入式生物群落。可供环境使用的能量量由光合作用决定，而光合作用受季节性温度和降雨模式的影响。

生态系统的母质影响矿物养分的可用性，并定义了该生态系统的土壤类型。地形通过其对微气候、土壤形成和系统内水流的影响来调节生态活动。

功能与生物多样性

生物多样性是生态功能的一个关键组成部分。构成生态系统的物种、它们的特征以及每个物种的个体数量决定了生态系统如何运作。

每个生物体与其环境相互作用的累积结果被称为生态系统过程。根据生态学理论，物种需要以某种基本方式彼此不同，才能共存；否则，一个物种将能够与其他物种竞争资源。然而，新物种在生态系统中的累积影响并非线性；例如，新物种可能会改善氮的保留。尽管如此，除非它们差异很大，否则超过一定物种丰富度后，更多物种可能不会产生多少累加效应。

超过一定物种丰富度后，除非新物种与现有物种差异很大，否则它们可能不会产生多少累加效应。例如，这适用于外来物种。

生态学上相似的物种数量要么增加，要么减少，但它们对生态系统功能的影响通常可以忽略不计。然而，生态学上独特的物种的影响要大得多。同样，稀有物种对生态系统功能的影响通常很小，而优势物种的影响很大。与它们在生态系统中的丰度相比，关键物种通常对生态系统功能产生不成比例的影响。

生态系统分类

生态系统可以广泛地归类为生物群落。然而，生态系统和生物群落之间没有明显的区别。生物群落总是用非常广泛的术语来描述。有几种方法可以表征生态系统，从高度通用（术语通常与生物群落相同）到高度具体（例如“湿沿海针叶林”）。

世界各地的气候变化导致生物群落的差异。一般而言，生物群落的结构——例如热带森林、温带草原或极地苔原——定义了它。一个生物群落可以在其生态类型中包含任意数量的子组，例如湿热带森林或针叶林。

生态系统还可以以各种方式进行分类和划分，例如根据人类影响的程度（参见人为生物群落）、它们如何融入社会或技术过程，或者它们的独特性（例如，新生态系统）。所有这些生态系统分类倾向于强调特定的结构或功能特征。这些不是“最佳”分类。

特定类型的生态分类，称为生态系统分类，考虑了构成生态系统概念的四个组成部分：非生物复合体、非生物成分、它们之间以及它们内部的相互作用，以及它们所处的物理区域。已经提出了一种基于功能的类型学，以结合陆地、淡水和海洋领域已建立的多种生态分类方法的优点。

人类与生态系统的互动

人类依赖生态系统提供的各种商品和服务。生态系统活动的“有形、物质产品”，如食物、燃料、建筑材料、水和药用植物，被称为生态系统产品。此外，它们还包括较不物质的产品，如休闲和旅游，以及可用于改良家养物种的野生动植物的 DNA。

另一方面，“事物价值的状态或位置的改善”通常与生态系统服务相关。这些包括水文循环的维持、空气和水的净化、大气氧气的维持、农业授粉，甚至包括美学、动机和研究机会等要素。尽管生态系统中的物质在历史上一直被认为是具有经济价值的商品的基础，但生态系统服务却常常被视为理所当然。

全球一千多名顶尖生物学家合作编纂了《千年生态系统评估》。这份全球性综合报告评估了地球生态系统的状况，并向决策者提供建议和摘要。报告强调了四种主要的生态系统服务：供给服务、调节服务、文化服务和支持服务。研究表明，人类活动正在对全球生态系统的生物多样性产生负面影响，导致其恢复力和生物承载力下降。

根据评估，在测量的 24 种生态系统服务中，只有 4 种在过去 50 年有所改善，15 种严重下降，5 种处于危险境地。

一个名为“生物多样性和生态系统服务政府间科学政策平台”（IPBES）的政府间机构成立，旨在加强有关生物多样性和生态系统服务相关事项的研究与政策之间的沟通。其目的是执行与政府间气候变化专门委员会（IPCC）类似的功能。

生态系统服务不仅稀缺，而且受到人类活动的威胁。许多生态系统服务正在被赋予经济价值，以帮助为决策者提供信息；这些价值通常基于用人类创造的替代品替换生态系统服务的成本。为了更好地理解和管理环境、社会责任、商业机会以及我们物种的未来，跨学科变革正在被持续的将自然货币化的挑战所驱动——例如，通过生物多样性银行。

生态系统的持续衰退

随着人口的增长和人均消费的增加，人类生态足迹及其对生态系统的资源需求所带来的后果也在增加。自然资源稀缺且容易受到损害。人为活动对环境的影响日益显现。环境污染、气候变化和生物多样性丧失是影响所有生态系统的问题。对陆地生态系统的其他威胁包括森林砍伐、土壤侵蚀和空气污染。对水生生态系统的威胁还包括沿海地区的建设、海洋污染、微塑料污染、过度捕捞和其他不可持续的海洋资源利用，以及气候变化对海洋的影响，如变暖和酸化。

人类活动，如土壤侵蚀、空气和水污染、栖息地破碎化、河流改道、森林火灾控制以及入侵物种的引入，导致许多生态系统退化。

这些威胁有可能导致生态系统发生突然变化，或逐渐干扰生物过程并使生态系统的非生物条件恶化。当一个生态系统的特征不再存在时（也参考 IUCN 生态系统红色名录），该生态系统就被认为已崩溃。生态系统崩溃与物种灭绝不同，它可以逆转。通过对崩溃风险的定量评估来衡量保护的状况和趋势。