第二章 生态环境基础第一节 生态系统与生态环境一、生态系统生态系统是指一定空间范围内，生物群落与其所处的环境所形成的相互作用的统一体，是生态学的基本功能单位。（一）生态系统的组成任何一个生态系统都由生物与非生物环境两大部分组成。1. 生物部分生态系统中的各种生物，按照它们在生态系统中所处的地位及作用的不同，可以分为生产者、消费者和分解者三大类群。（ 1 ）生产者主要是指绿色植物，它们能进行光合作用将太阳能转变为化学能，将无机物转化为有机物，不仅供自 身生长发育的需要，也是其他生物类群的食物和能源的提供者。还有一些能利用化学能将无机物转化为有 机物的，自养微生物也是生产者，虽然它们合成的有机物量不大，但它们对物质的自然循环具有重要意义（ 2 ）消费者消费者是指直接或间接利用生产者所制造的有机物质为食物和能量来源的生物，主要指动物，也包括 某些寄生的菌类等。消费者虽不是有机物的最初生产者，但也是生态系统物质与能量转化过程中一个极为 重要的环节。3 ）分解者又称为还原者，它们是具分解有机物能力的微生物，也包括某些以有机碎屑为食的动物。分解者以动 植物残体和排泄物中的有机物质为食物和能量来源，把复杂的有机物分解为简单的无机物归还环境、供生 产者重新利用。2. 非生物环境部分非生物环境是生态系统中生物赖以生存的物质、能量及其生活场所，是除了生物以外的所有环境要素的总和，包括阳光、空气、水、土壤，无机矿物质等。（二）生态系统的结构生态系统中，生物群落处于核心地位，它代表系统的生产能力、物质和能量流动强度以及外貌景观等 非生物环境既是生命活动的空间条件和资源，也是生物与环境相互作用的结果，它们形成了一个统一的整 体。生产者：绿色植物:生物群落寸消费者：草食动物h肉食动物（生命系统）1分解者：有机异养型徴生物生态系统介质：水、空气、土壤无机环境 基质：岩石、砂、泥I非生命系统L代谢原料：光、 恥、g无机和有机营养物质构成生态系统的各组成部分，各种生物的种类、数量和空间配置，在一定时期处于相对稳定的状态，使生态系统保持一个相对稳定的结构。生态系统的结构可以从形态和营养两个角度加以研究。1. 形态结构如同群落的结构一样，生态系统中生物的种类、数量及其空间配置（水平分布、垂直分布）的时间变 化（发育、季相）以及地形、地貌等环境因素，如山地、平原等构成了生态系统的形态结构。其中，群落 中的植物的种类、数量及其空间位置是生态系统的骨架，是各个生态系统形态结构的主要标志。2. 营养结构生态系统各组成部分之间建立起来的营养关系，构成了生态系统的营养结构。营养结构以食物关系为纽带，把生物和它们的无机环境联系起来，把生产者，消费者和分解者联系起来，使得生态系统中的物质循环与能量流动得以进行。在一个生态系统中，一种生物以另一种生物为食，而另一种生物又以第三种生 物为食，这些生物彼此间通过食物联系起来的关系称为食物链（食物链的每一个营养链节又称为一个 营养级）。在生态系统中，食物关系往往很复杂，各种食物链有时相互交错，形成所谓食物网，由食物链 食物网所构成的营养结构是生态系统物质循环和能量流动的基础。（三）生态系统的类型地球表面由于气候、土壤、水文、地貌及动植物区系不同，形成了多种多样的生态系统。根据生态系 统的环境性质与形态特征，可将生态系统分为水生生态系统和陆地生态系统两类。水生生态系统又分为淡 水生态系统和海洋生态系统，而前者又可分为静水生态系统与流水生态系统；后者又可分为滨海生态系统 与大洋生态系统等。陆地生态系统类型更是多样，有荒漠生态系统、草原生态系统、森林生态系统等 有的生态系统则兼有水生与陆地生态系统的特性，如岛屿生态系统。根据生态系统形成的原动力及人类对其影响程度，可将生态系统分为自然生态系统、半自然生态系统 和人工生态系统。完全未受到人类的影响与干预，靠系统内生物与环境本身的调节能力来维持系统的平衡 与稳定的生态系统称为自然生态系统，如极地、冻原、原始森林等生态系统；而按人类需求建立起来的， 受人类活动强烈干预的生态系统称为人工生态系统，如城市生态系统、农田生态系统等；介于两者之间的 生态系统为半自然生态系统，如放牧的草原、养殖河塘、人工林等。f陆地生态系统自然生态系统“I人工生态系统森林生态系统草原生态系统荒漠生态系统、拣原极地生态系统（城市生态系统农田生态系统模拟人工生态系统生物圈淡水生态系统流水生态系统，如河流等静水生态系统，如湖泊等海岸生态系统I海洋生态系统 浅海生态系统I远洋生态系统图 2-5 生物圈主要生态系统划分第二节 生物层次结构及其特征一 、种群的概念我们把一定时间内占有一定空间的某一生物种的个体的集合群称为种群。二、群落( Community )生物群落即是指一定地理区域内，生活在同一环境条件下的所有生物的集合体，是所有该区域内生物种 群的总和，它们彼此相互作用，有规律地组成具有独特组成和功能的结构单元。第三节 生态因子及其生态作用组成环境的具体因素称为环境因子，或叫生态因子。它包括自然环境要素和社会环境要素。自然环境 要素主要包括生物要素、大气环境要素、水环境要素和岩石与土壤要素。或者分为生物因子和非生物因子。 社会环境要素主要指人为的各种干扰活动，如耕作、施肥、灌溉、喷药等。非生物因子包括温度、光、水 (湿度)、 pH 、营养元素等理化因子；生物因子则包括同种生物的其他个体和异种生物的有机体。一、主要生态因子的生态作用1 温度温度直接影响有机体的体温，体温的高低又决定了动物新陈代谢过程的强度和特点、有机体的生长和 发育速度、繁殖、行为、数量和分布等。温度影响气流、降水，从而间接影响了动植物的生存条件。植物 生长发育与温度的昼夜及季节变化同步的现象叫温周期，或节律性变温。2 光和辐射光和辐射的主要生态作用有四个方面：生物生活所必需的全部能量都直接或间接地来源于太阳光；植 物利用太阳光进行光合作用，制造有机物，动物直接或间接从植物中获取营养；光是生物的昼夜周期性和季节周期性的外界“触发器”，生命活动的昼夜节律（如动物的活动与静止的交替）、季节性节律（如繁 殖、换毛、迁徙）都与光周期有着直接的联系。3 水水是一切生命活动和生化过程的基本物质；是光合作用的底物之一，是植物营养运输和动物消化等生 理活动的介质；在一个区域内，水是决定植被群落和生产力的关键因素之一，还决定动物群落的类型和动 物行为等；水与大气之间的循环运动，形成支持生物的气候，并帮助调节全球能量平衡；水的流动开创和 推动着土地景观的形成，也是重要的成土因素，在岩石风化中起重要作用。4 空气大气组成中除了氮气、氧气和惰性气体及臭氧等较恒定外，主要起生态作用的是二氧化碳、水蒸气等 可变气体和由于人为因素造成的组分如尘埃、硫化氢、硫氧化物和氮氧化物等。大气中的 CO 2 是植物光 合作用的原料， O2 是大多数动物呼吸的基本物质；大气中的水和 CO2 对调节生物系统物质运动和大气 温度起着重要的作用，氧和二氧化碳的平衡是生态系统能否进行正常运转的主要因素。大气流动产生的风 对花粉、种子和果实的传播和活动力差的动物的移动起着推动作用；但风对动植物的生长发育、繁殖、行 为、数量、分布以及体内水分平衡都有不良影响，强风使植物倒伏、折断等。5 土壤土壤是陆地植物生长的基地，植物主要从土壤中获取生命必需的营养物质和水分；土壤是多种多样生 物栖息和活动的场所；生态系统中的许多基本功能过程是在土壤中进行的，如固氮作用、分解作用、脱氮 作用等都是物质在生物圈中良性循环所不可缺少的过程。土壤中生活着各种各样的微生物和土壤动物，能 对外来的各种物质进行分解、转化和改造，故土壤被人们看成是一个自然净化系统。二、生态因子作用的一般特征1. 综合作用各种环境因子都不是孤立存在的，而是彼此联系、相互促进、相互制约的。任何单因子的变化，都会 引起其他因子不同程度的变化及其反作用。如温度是植物春化阶段中起决定作用的因子，但它也只能在适 宜的湿度和良好的通气条件下才能发挥作用。如果空气不足、湿度不适，萌发的种子仍不能通过春化阶段。 生态因子的作用虽然有直接和间接、主要和次要作用之分，但他们都是相对的，在一定条件下可以互相转 化。2. 主导因子作用在诸多环境因子中，常有一个生态因子对生物起着决定性作用，称主导因子。主导因子的变化会引起 其他因子也发生变化。如对水热条件较好的区域，土壤是决定植物分布类型的主要因子，以土壤为主导因 子可以将植物分成喜钙、嫌钙、盐生植物、沙生植物等多种生态类型。3. 直接作用和间接作用有些因子对生物的影响是直接的，如水、光照和温度等；有些是间接的，如地形并不直接作用于生物 但它通过起伏、坡向、坡度、海拔等影响光、温和水等因子的分布，因而间接影响生物的生长发育和分布4. 阶段性由于生物生长发育不同阶段对环境因子的需求不同，因此因子对生物的作用也具有阶段性，这种阶段 性是由生态环境的规律性变化引起的。如光照长短，在植物的春花阶段并不起作用，但在光周期阶段则是 至关重要的。有些生物在不同的生育期要求不同的环境条件，如洄游性鱼类，在产卵期和生长期要求不同 的水质条件。5. 不可代替性和补偿性环境中各种生态因子对生物的作用虽然不同，但各具其重要性，尤其是主导因子。任何因子的缺少都 会影响生物的正常发育，甚至死亡。所以从总体上说生态因子是不能代替的，但局部是可以补偿的。如锶 可部分地补偿一些软体动物钙的不足。就植物的光合作用来说，光照的不足，可以增加二氧化碳的浓度来 补偿。这种补偿作用只能在一定范围内作部分的补偿，而不能以一个生态因子代替另一个因子，而且，这 种补偿作用也并不是经常存在的。三、生态因子的作用方式1. 拮抗作用指各因子联合作用时，一种因子能抑制或影响另一种因子的作用。如青霉菌产生的青霉素能抑制革兰 氏阳性菌和部分革兰氏阴性菌的生长；在制作酸菜、泡菜和青饲料时，由于乳酸菌的旺盛生长繁殖，产生 大量的乳酸，而抑制了腐败细菌的生长。两种或两种以上化合物共同作用于生物时，由于化合物间产生的 拮抗作用，可使其毒性低于各化合物毒性之和。如有机汞和硒同时在金枪鱼中共存时，硒可以抑制有机汞 的毒性。2. 协同、增强和叠加作用两种或多种化合物共同作用时，总毒性等于或超过化合物单独作用时的毒性总和叫协同作用；总毒性 为各化合物单独作用时的总和叫叠加；一种本无毒性的化合物与另一种化合物共同作用时，使后者毒性增 强，称为增强作用（协同作用的特例）。3. 净化作用是利用物理、化学和生物的方法消除水、气和土壤中有害物质的作用。自然净化作用有物理净化，如 烟尘通过扩散、重力沉降和雨水的淋洗作用等得到净化；化学净化，如氧化还原、化合与分解、吸附、凝 聚、交换和络合等作用使某些物质的毒性降低的过程；生物净化则使生物对污染物的吸收、降解作用，使 污染物浓度降低或毒性减小的作用，如进入土壤或河流的某些污染物经过一段时间的自然净化后，可以得 到恢复。四、生态因子作用的规律1. 最小因子定律李比希在研究植物生理时发现“植物生长取决于处在最小量状况下的营养物质的量”或者说，当植物 所需的营养物质降低到该植物的最小需要量时，该营养物质就会影响该植物的生长。这个论点被称为李比 希最小因子定律。把营养物质扩张到生态因子，则在诸多的生态因子中，只有处于最小量的因子或接近耐 受极限的因子对生物的生长发育起主要的限制作用，甚至因该因子的超低量导致生物的死亡，把这个因子 叫限制因子。这个规律叫限制因子定律。2. 耐受性定律耐受性定律是美国生态学家谢尔福德提出的，他认为因子在最