自然生态系统:结构与功能|生态建筑（第三版）

自然生态系统具有形态和营养两种结构特征。形态结构是指生态系统的生物种类、数量的水平和垂直分布以及种的发育和季相变化等。营养结构是指生态系统各组成成分间由于营养物质的流动形成的关系。自然生态系统具有物质循环、能量流动和信息传递的功能。

（1）自然生态系统中的物质和能量生产。在自然生态系统中，绿色植物通过光合作用将太阳能转换为化学键能并储存在有机物中，这就是生态系统中的能量的生产；同时，通过光合作用将无机物合成为有机物，这就是生态系统中的物质生产。光合作用过程可概括为

6CO2+12H2O+光→C6H12O6+6O2↑+6H2O

自然生态系统中，绿色植物生产能量和物质的过程称为初级生产。有了初级生产，能量就在生态系统中流动，物质就在生态系统中循环。消费者和还原者利用初级生产量进行的生产称为次级生产，表现为动物和微生物的生长、繁殖和营养物质的存储等生命活动过程。

（2）自然生态系统中的能量逐级流动。在自然生态系统中，绿色植物利用光合作用将太阳能转换为化学键能储存于有机物中，随着有机物质在生态系统中从一个营养级到另一个营养级传递，能量不断沿着生产者、食草动物、一级食肉动物、二级食肉动物等逐级流动。这种能量流动是单向的、逐级的，且遵循热力学第一定律和热力学第二定律：能量在流动过程中，要么转换为其他形式的能量，要么以废热形式消散在环境中（见图1-3）。能量在从一个营养级向下一个营养级流动的过程中，一定存在耗散。

图1-3　生态系统中的能量逐级流动［3］

生态效率是指物质或能量从一个营养级到下一个营养级的利用效率，即营养级物质生产量与其物质消耗量之比值。在自然生态系统中，食物链越长，损失的能量也就越多。在海洋生态系统和一些陆地生态系统中，能量从一个营养级到另一个营养级，其转换效率一般为10%，约90%的能量在流动过程中散失掉了。这一定律称为林德曼“百分之十”定律。

（3）自然生态系统中的物质循环。生态系统中的物质主要是指生物为维持生命活动所需要的各种营养元素，包括能量元素：碳（C）、氢（H）、氧（O），它们占生物总质量的95%左右；大量元素：氮（N）、磷（P）、钙（Ca）、钾（K）、镁（Mg）、硫（S）、铁（Fe）、钠（Na）；微量元素：硼（B）、铜（Cu）、锌（Zn）、锰（Mn）、钼（Mo）、钴（Co）、碘（I）、硅（Si）、硒（Se）、铝（Al）、氟（F）等。它们对于生物来说，缺一不可。这些物质，从大气、水域或土壤中通过生产者的吸收进入自然生态系统，然后转移到食草动物和食肉动物等消费者，最后被还原者分解转化回到环境中。这些释放出来的物质，又再一次被植物利用吸收，再次参加生态系统的物质循环。图1-4和图1-5所示为地球生态系统中的碳循环和水循环。(www.xing528.com)

图1-4　地球生态系统中的碳循环［4］

图1-5　地球生态系统中的水循环［2］

物质循环和能量流动是自然生态系统的两大基本功能，两者不可分割，是一切生命活动得以存在的基础。如果说自然生态系统的能量来自太阳，那么构成自然生态系统所需要的物质必须由地球供给。

（4）自然生态系统中的信息传递。在自然生态系统中，种群与种群之间，同一种群内部个体与个体之间，甚至生物与环境之间都可以表达、传递信息。信息不是物质，也不是能量，但信息必须以物质或能量为载体进行传输。信息传递与能量流动和物质循环一样，都是生态系统的重要功能，它通过多种方式的传递把生态系统的各组分联系成一个整体，具有调节系统稳定性的功能。自然生态系统中的信息一般分为基因信息和特征信息两大类［5］。基因信息是生命物种得以延续的保证，是一组结构复制体。它记录了生物种类的最基本性状，在一定的生物化学条件下，可以重新显示发出者的全部生理特征。特征信息分为物理信息、化学信息、营养信息、行为信息4类，主要用于社会交流与通信。

通信是指种群中个体与个体之间互通信息的现象。只有互通信息，个体之间才能互相了解，各司其职，在共同行动中协调一致。信号是个体之间用以传递信息的行为或物质。通信根据信息的传递途径分为以下三种类型。化学通信：由嗅觉和味觉通路传导信息。机械通信：由触觉、听觉通路进行传导，包括声音和触压方面。辐射通信：由光感受或视觉来完成其通信，视觉信号包括动作、姿势以及各种色彩的展示。

通信的生态意义如下。①相互联系。通信引导动物与其他个体发生联系，维持个体间相互关系，例如，标记居住场所、表示地位等级等可以通知对方本身的存在，使行为易于被感受者所接受。②个体识别。通过通信，动物彼此互相识别。③减少动物间的格斗和死亡。标记居住场所、表示地位等级，可以减少社群成员之间的相争。④帮助各个体间行为同步化。⑤相互警告。⑥有利于群体的共同行动。