第七章 生物与环境

第七章 生物与环境

　　生物种类繁多，形态各异，颇有充满全球之势。但认真观察就会发现，任何生物都只能在一定的分布区生内活。鲤鱼离不开水，池塘干涸它就无法生存。青蛙虽技高一筹，能上岸捕食昆虫，但蛙卵和蝌蚪却在水中发育，没有水域它便不能繁衍。猴群生活在热带雨林里，它们凭借着灵活的肢体在树丛和藤蔓间上下攀援，来回悠荡，俨然是大森林的主人。然而，一旦离开这特定的环境，比如把猴子放到沙漠中去，它们便寸步难行了。人是“万物之灵”，在漫长的进化过程中，人类学会用火、做衣裳、修建房屋……随着现代科技的发展，人类的足迹几乎遍及全球，上至太空，下至“龙宫”，到处都受人类活动的影响。但是，请勿忘记，即使科技再发达，人类也还需要从环境中获取新鲜的空气，清净的饮用水和充足的食物。由此可见，一切生物，包括人类，都依赖于周围的环境。

但是，生物的活动也在影响和改变着环境。坚硬的岩石之所以变成土壤，其中固然有风吹、雨打、日晒之功，同时又是多种生物协同作用的结果，倘若没有多种生物源源不断地提供有机物，就不可能形成良田沃土。又如，野兔既依赖牧草，但它们的活动也在改变着草场。欧兔的爆炸性繁殖曾一度使澳洲的大片草原沦为荒漠。至于人类的刀耕火种、毁林开荒、围湖造田、拦江筑坝等活动对环境的影响就更大了。现在我们用一个简单的图解表示生物与环境间的相互关系，以及生态学的定义和研究对象，如图1-7-1。

生态学的定义是德国生物学家海克尔于1866年提出来的，他认为生态学是“研究生物与其生活场所间相互关系的科学。”就是说，生态学是研究生物和人与环境之间的关系，研究自然生态系统和人类生态系统的结构和功能的一门科学。现代生态学强调人类生产活动的经济效益，社会效益和生态效益三者的统一，就是强调了“人”的作用。

　　现代自然科学有向宏观和微观两个方向发展的趋势，生物学也不例外，它的研究对象大致可分为如下等级：

　　分子——细胞——器官——个体——种群——群落和生态系统——生物圈

　　生态学主要研究个体以上的等级，属宏观生物学的范围。根据研究范围，可将生态学分为：

1．个体生态学

　　研究生物个体或某一物种与环境因素相互关系的科学，与生理生态学相当。

2．种群生态学

种群是某特定时间栖居在某自然区域内的同种生物个体的组合。如某一池塘里的全部鲤鱼，某城市的总人口，都可视为种群。种群由同种个体组成，但却不是其简单相加或机械组合；它既包含有个体的特征，又有许多个体不具备的特征，如个体只有出生和死亡，种群却有出生率和死亡率，还有迁入、迁出、密度、性比、年龄结构和平均寿命等。种群特征还包括种内关系和种间关系。动物种群还有占据领地、迁移活动和社群行为。种群生态学是研究生物种群数量与环境条件相互关系的一门科学。它研究种群的自身调节、行为适应、信息传递、本种群与其他种群间的相互关系等。种群密度指单位空间内某种群个体数量，它与出生率、死亡率、迁入和迁出率、性比、年龄组成及平均寿命等有关。环境负荷量(负载量)包括环境阻力、环境负荷量、种群增长曲线及种群控制等内容。

3．群落和生态系统生态学

　　群落就是生活在一定地段或水域内，相互间具有直接或间接关系的各种动植物和微生的总体。简明点说，群落就是栖息于同一地域中所有种群的集合体。群落有分层现象，还有昼夜节律和季节相等特征。如热带雨林的分层现象就十分明显，温带森林在不同季节中的变化也很大。同一地域中的生物群落和非生物环境的集合体就是生态系统。如森林、草原、湖泊等都是典型的生态系统，一片稻田也可看作一个生态系统。生态系统生态学的研究属综合性很强的研究。例如，为提高水稻产量，就要研究水稻的群体结构，其产量与各种有害生物种群的关系，及其与温度、降水、土壤养分、酸碱度等非生物因素的关系，从而提出最科学、最合理的管理方案。

(1)对群落概念的认识

①群落不是任意物种的随意组合；②群落边界的划分；③群落间的联系；④群落有大有小；⑤群落有自养的，也有异养的；⑥群落的性质是由组成群落的各种生物的适应性以及这些生物彼此间的相互关系所决定的，群落是各个物种适应环境和彼此相互适应过程的产物。

(2)群落的基本特征

①物种多样性；②植物的生长型和群落的结构；③优势现象；④物种的相对数量；⑤营养结构。群落的特征随群落的变化而变化。群落随时间发生的变化就是演替；随空间位置的不同也会变化。

(3)演替与顶级群落

①初生演替；②次生演替；③演替系列；④演替所经历的时间；⑤“沧海桑田”：湖泊→森林的演替阶段；群落的演替是一个有规律、有一定方向和可以被人所预测的过程；⑥顶级群落的理论，顶级群落的特征；⑦演替和物种多样性。

第一节 人类与生物圈

　　地球表面由大气圈、水圈和岩石圈构成，其中适于生物生存的范围大致包括大气圈的下层、岩石圈的上层和水圈的全部。生物圈就是地球上全部生物及其生存环境的总称。生物圈是一个不断进行物质循环和能量流动，具有一定调节功能的系统，但是，它的调节能力又是有限的。有人把地球比作一艘小小的宇宙飞船，把人类比作飞船中的乘客。人类的生存依赖于飞船内的空间、食物和水……由于一切都有限，所以我们的唯一选择就是精心地管理好这艘小小的飞船，以便持久地生活下去。

　　人类是生物圈中威力最大的生物。随着现代科技的突飞猛进，城市高楼林立，田野机声隆隆，化工产品日新月异，工农业生产节节上升，人类已进入了以电子计算机和生物工程为标志的新时代！改天换地的斗争创造了人类文明，同时也带来了一系列问题。

1．人口问题

自文艺复兴运动后，世界人口一直在持续增长，目前已超过50亿，给生物圈带来很大压力。地球到底能容纳多少人口？据估计，若要使“全世界人民吃得较好，并维持合理、健康而又不算奢侈生活”的人口限度为110亿，也有人认为世界人口极峰是100亿。若按目前世界人口动态来推算，到2050年左右，这个极峰就可能达到。

2．资源问题

首先是粮食问题。据统计，到本世纪70年代，在全世界128个发展中国家中，就有69个粮食增长速度落后于人口增长速度，许多人每天从食物中获取的能量不足8360千焦，人均蛋白质摄入量只有发达国家人均摄入量的一半左右。目前世界平均每人拥有5亩耕地，而我国人均耕地面积仅1.55亩。随着人口的增长，人多地少的矛盾必将进一步加剧，粮食问题可能变得更加突出。绿色革命为粮食增产带来希望，却又进一步加剧了能源危机。 1945年到1970年，全球玉米产量增加 138％，但用于增产的能源消耗却增加了222％。矿物燃料中的煤是一种主要能源，据估计，若保持目前的消耗水平，地球上易开采的煤矿将于今后100年内用尽。

3．污染问题

生物圈调节自身平衡的能力是有限的，人为干扰常常破坏这种平衡。例如，大量燃烧化石燃料会使大气中的二氧化碳浓度增大，引起“温室效应”，破坏地球的热平衡。氟利昂等化合物的大量使用，导致平流层中的臭氧减少，从而使到达地球表面的紫外线辐射强度加大，给自然生态系统带来危害。又如，大量人工合成的化合物的应用使环境污染日趋严重，据估计，这类物质已超过500万种，其中许多是致癌物质。目前类似的新产品正以每周增加500种的速度投入市场。现在，全世界每年约有500万人死于癌症，其中90％的癌症与环境污染有关。

为了有效地解决人口、资源、环境等问题，合理保护与利用生物圈中的资源，预测人类活动对未来世界的影响，增强人类经营、管理生物圈的能力，联合国教科文组织在联合国环境规划署、世界粮农组织、国际自然和自然资源保护协会等组织的配合下，于1971年开始实施一项人与生物圈计划(The Man and the Biosphere Programme简称 MAB)。这项计划的目的是为使土地利用规划及对生物资源的管理符合自然规律而确立必要的科学根据。它既是一项国际性的、政府间的计划，也是一项重点研究人与环境相互关系的多学科研究计划，其特点是强调自然科学家、社会科学家、，提倡将人与资源当作一个整体来研究，从不同角度探讨如何利用生物圈自然资源并维持其潜力的问题。到本世纪80年代初，已有114个国家参加这项计划。我国于1972年加入这个计划，并当选为理事国。我国的长白山、卧龙、鼎湖山、梵净山、武夷山和白音锡勒牧场等自然保护区已加入世界生物圈保护网。到1988年底，我国已建成400多个自然保护区，其中属国家级的自然保护区就有56个，北京的松山自然保护区便属此列。

第二节 环境污染危及人类

(一)伦敦毒雾

1952年12月伦敦发生毒雾事件。在特殊的气象条件下，工厂排出的废气形成浓雾，持续四、五天不散。居民在充满二氧化硫等有害物质的空气中生活，有的咳嗽，有的气喘，有的心脏病发作，几天中有4000余人丧生。

(二)水俣病和骨疼病

　　前者最初发现于日本的水俣湾，患者语言含混不清，面部表情淡漠，四肢麻木，最后由于全身痉挛无法进食而死亡。起因是汞污染了环境，人喝了含甲基汞的水或吃了受汞污染的鱼或贝类便发病。骨疼病也发现于日本，患者多系妇女，主要症状是骨质变脆，容易发生骨折，有时连打喷嚏都会引起胁骨断裂。由于身上多处骨折，患者痛苦不堪，日夜呼号，闻者毛骨悚然。起因是含镉的废水污染了水稻和大豆，人吃了含镉的稻米和豆类而受害。

(三)杀虫剂污染环境

DDT是一种含氯的高效杀虫剂，它不易分解，所以能长期残留在环境里。用大型喷雾器喷洒 DDT时，大约只有5％的药剂落在植物体上，其余的95％不是落在地面，就是漂浮在大气中。随着降雨，大部分DDT便通过各种渠通进入海洋。据估计，人类共生产了150万吨DDT，而海洋中就残存有50～100万吨。

在海洋里，DDT通过浮游生物→鱼→鸟的食物链进入各种生物体内，并积累在其脂肪中。一般来说，动物寿命越长，吃的食物越多，体内积累的DDT就越多。如图1-7-2所示，越处于食物链上层的动物，体内的DDT浓度就越大。从海水到银鸥，DDT的浓度竟相差150万倍。上述这种有害物质通过食物链而在生物体内逐步浓缩的现象，叫“生物富集作用”。

DDT影响雌鸟的机体代谢，使其血钙降低，蛋壳变薄，容易破碎，从而使鸟类数量减少。DDT还会通过母乳进入婴儿体内。随着大气环流作用和海水的运动，DDT竟能到达地球上的任何地方，就连南极的企鹅身上也有这种杀虫剂的残存。除DDT外，还有许多有害物质能通过生物富集作用危害生物和人类。

第三节 生态因子对生物的影响

一、有关定义

(一)生态因子

　　组成环境的所有因素统称为环境因子或生态因子。在生态因子中，凡属有机体生活和发育必不可少的因素被称为生存条件。生态因子分为两大类：

1．非生物因子

　　包括温度、光照、大气、水、湿度、盐分、风、火以及土壤的理化性质等。

2．生物因子

　　生物与生物间的复杂关系和相互影响。如种内关系中的种内互助和种内斗争，种间关系中的共生、寄生、竞争和捕食等。各种生物主要在食物、居住空间、掩蔽场所、物种传播、生存能力等方面相互有关。

(二)限制因子

　　在众多的环境因子中，任何接近或超过某种生物的耐受极限而阻止其生存、生长、繁衍或扩散的因素就是限制因子。一般来说，生物对某因子的耐受能力差，而该因子变化又大时，它就可能成为限制因子。相反，如生物对某因子的耐受力强，而该因子变化又小时，它就不可能成为限制因子。对于珊瑚来说，水温就是一个限制因子，因为珊瑚只能生活在年平均水温不低于20℃的热带海洋中。

(三)作用、反作用和和相互作用

　　非生物因子对有机体的影响称为作用；有机体对非生物因子的影响称为反作用；两种生物间的相互影响称为相互作用。

二、温度对生物的影响

(一)影响动物的繁殖

腹毛虫在7～10℃时每天只分裂一次，在24～27℃时每天分裂5次。受低温影响，长江流域的黑线姬鼠到冬季就停止繁殖。当气温超过30℃时，小白鼠的繁殖率也下降。

(二)影响变温动物的发育

在一定范围内，温度低，变温动物就发育缓慢，反之就加快。伊蚊的蛹在8℃时需197小时才完成发育，在28℃时仅需43小时，到33℃时又延长至46小时。

(三)影响动物的体态

　　低温常延缓常温动物的生长，使其性成熟推迟，个体长得大些。如东北虎比华南虎大，华北赤狐比华南赤狐大。从另一个角度看，个体大，相对体表面积就小，相对散热也少，所以同一种动物，生活在寒冷地区的个体就相对地大。

(四)影响动物的形态

生活在寒冷地区的常温动物，其身体末端(如尾、耳和四肢)有缩短的趋势。如对三种狐的外耳进行比较，北极狐的最短，温带赤狐的长短适中，非洲大耳狐的最长。身体末端缩小能减少体表面积，有利于减少热量散发；反之，就有利于散热。

(五)影响生物分布

　　受低温限制，樟树只生长于江南；受高温制约，云杉主要分布于东北。变温动物的分布直接受温度影响。如珊瑚只生活在热带海洋里。常温动物也间接受温度限制，寒冷地区昆虫较少，所以吃昆虫的蝙蝠数量也少。

(六)高温致死的原因

　　原因包括：①蛋白质凝固而变性；②在高温下酶的活性被破坏，生化反应中止；③组织供氧不足，排泄功能失调；④神经系统麻痹。

(七)低温致死的原因

　　原因包括：①产生冰结晶，原生质破裂，致使细胞内和细胞间的细微结构破坏；②自由水结冰，电解质浓度改变，细胞渗透压改变，导致蛋白质变性；③脱水，蛋白质沉淀；④生化反应缓慢，新陈代谢失调，乃至停止。

(八)动物对外界温度的适应

1)动物耐寒性变化的一般规律。①对同种动物来说，在休眠期的个体对寒冷的抵抗力强，活动期的就差。②在冬季抵抗力强，夏季就差。加拿大木蠹蛾在冬季能耐受-40℃的低温，而在夏季只能耐受-10℃。这与其体内的含水量有关，在冬季，其含水量仅占体重的31％，到夏季就增至54％。③在越冬期、卵期抗寒能力强，在发育期就差。舞毒蛾在卵期可耐受-20℃，其成虫在-4℃时仅存活30分钟。

2)常温动物对外界温度变化的适应性强，分布区域也广。它们的体温调节中枢在下丘脑。下视丘前部是散热中心，后部是产热中心。北极狐的体温为37～38℃，当环境温度为-40℃时它仍能在旷野上睡，其毛皮和皮下脂肪的隔热性能特别好，四肢的远端有高度耐受低温的能力。

3)常温动物和变温动物的冬眠有根本区别。处于冬眠状态的变温动物如无外部加温是不会苏醒的，若休眠地点温度太低，它们就会被冻结。常温动物的冬眠实际上是一种受调节的低体温现象。冬眠的刺猬和黄鼠处于麻痹状态，体温为1℃左右，基础代谢只相当于平时的5％，其冬眠地点的温度也在1℃左右。如果那里的温度进一步下降，它们就会自发地醒来，寻找新的休眠地点。狗熊在冬季的昏睡不是真正的冬眠，属浅度低体温(约10℃左右)，若受较强刺激，随时都可能醒来。

三、光照对生物的影响

(一)影响动物的行为

　　光是一切有机生命活动的能量来源，没有光辐射，地球上就没有生命。光对植物的分布起决定性作用，如阴坡和阳坡的植物种类大不相同，绿藻只分布在阳光能透过的浅水层里。光对动物行为的影响很大，许多动物的迁徙、换毛换羽、冬眠等都以光周期为启动信号，原因是光周期变化很有规律，以它为信号一般不会“上当”、“受骗”。但光照不是唯一的信号，在热带地区，动物迁徙的主要启动信号是旱季和雨季的交替。

(二)影响动物的器官

许多夜行性动物的眼睛都相对地大，如果和懒猴。营地下掘土的哺乳动物眼睛都小，甚至被皮肤所盖，如鼹鼠、鼢鼠。深海鱼类常有发达的视觉器官，或具发光器官。昆虫的可见光波范围一般在7000～2500埃之间，偏重于短光波，它们看不清红光，却能看到紫外线，故可用黑光灯诱杀农业害虫。

(三)影响动物的繁殖

　　温带鸟兽多在春夏繁殖，此时白昼延长，故有长日照动物的说法，鼬、水貂和许多鸟类都属此类。山羊和鹿在秋冬季交配，此时白昼缩短，故它们属短日照动物。但由于其孕期长，所以生育后代的时间也在春夏季。珍珠鸡、大家鼠等只要温度合适，食物丰富，一年四季都能繁殖。

实验一：生活在瑞士的银狐在1、2月份交配。12月初将其运到阿根延，结果到8月份才交配。(分析：北半球的2月份和南半球8月份白昼都开始延长，银狐是长日照动物，其繁殖活动被长日照光周期启动。)

实验二：紫翅椋鸟本在春夏繁殖，在冬季将其分成三组：Ⅰ．靠冬季自然光照，正常生活。Ⅱ．冬季自然光照，设法使鸟在黑暗中无法入睡，目的是增加其活动时间和食量。Ⅲ．利用人工光源额外增加光照时间。结果是第Ⅲ组鸟的性腺增大。(分析：延长光照→多活动→多吃→繁殖的传统认识是错误的，正确的认识是光→下丘脑→脑下垂体前叶分泌促性腺激素→繁殖。)

(四)影响动物的体色

　　淡水鱼类背色暗，腹白色；海洋上层鱼类背蓝绿色，腹白色。深海甲壳类和头足类红色，由于红光在透过水层时被吸收，所以在海洋深处，红色是一种保护色。

(五)影响动物的昼夜节律

　　大多数鸟类、哺乳类中的黄鼠、旱獭和许多灵长类白天活动，夜间休息，人们称之为昼出性动物。大多数哺乳类，如家鼠、蝙蝠、刺猬、狮、虎等昼伏夜出，属夜出性动物。但多数夜出性动物并非整夜活动，许多种类有两次活动高峰，一次在夜幕刚降临时，另一次在破晓之前。昼夜节律也影响到动物代谢水平的变化，昼出性动物的代谢水平白天比夜间高，夜出性动物则相反。

四、水对生物的影响

(一)影响植被分布

　　同处在热带地区，若年降雨量超过2000毫米，分布也均匀，就会出现热带雨林。若总降雨量达到上述标准，但有旱季雨季交替，就可能出现热带季雨林。若降雨量减至 250～275毫米，便出现热带草原。再减少，那便是热带荒漠了。

(二)影响动物行为

　　动物常选择湿度适宜的时间活动。湖蛙、铃蟾等水栖种类昼出；生活在潮湿环境的林蛙、蟾蜍夜出；在干燥环境中的绿蟾蜍也夜出。当炎热干旱季节来临时，黄鼠、非洲肺鱼和蜗牛进入夏眠状态。非洲东部塞伦盖底平原上的汤姆逊羚羊、角马和斑马靠迁徙躲过旱季。

(三)影响动物体色

　　一般来说，生活在寒冷干燥地方的动物体色较淡，在温暖潮湿地方的动物体色较深。东北虎体色显然比华南虎的淡。有人把澳大利亚沙漠地区的纺织鸟带到英国去饲养，由于那里气候潮湿，三年后，这种鸟的体色也变深。

五、生态因子的综合作用

　　同一环境中包含多种生态因子，因子之间常常是互相影响的。例如，光照时间长，温度就相对地高；太阳的高度角大，温度也高。大量降雨后，湿度加大，温度较低，土壤的酸碱度也发生变化。因此，生态因子对生物的影响通常表现为多种生态因子的综合作用。

六、种内斗争和种内互助

　　种内斗争是同种个体间为占有食物、空间、配偶、营巢地等而展开的斗争。斗争也可称为竞争。在繁殖期间，许多鸟类都有占据一定范围的行为，它们不准同种的其他个体入侵，以保证在育雏时有良好的巢区和充足的食物。在竞争中，只有强健的雄鸟才能占有领地，获得繁殖后代的机会。这有利于防止资源过度消耗，更有利于提高种群体质。又如苹果蠹蛾的幼虫相遇时必然互相残杀，所以在一个苹果中只能有一只幼虫。种内斗争常随种群密度的增加而加剧。种内斗争对失败个体不利，但对种族繁衍有利。鸟类孵卵育雏和某些鱼类的守卵护幼习性都是种内互助的例子，群聚也是种内互助的一种形式。皇企鹅群聚能改变群体内的小气候，使温度提高，风速减小，有利于幼体存活。斑马群聚有利于防御，狮的群聚有利于共同猎食。角生活在深海区，其雄性个体很小，寄生在雌性个体的头部或体侧，从雌鱼血液中吸收养料，这种互助形式有利于繁殖，原因是漆黑的深海区寻找异性十分困难。蜜蜂和蚂蚁属社会性昆虫，其集群中有首领，有分工，司不同职责的个体在形态上也不同。动物通过种内互助而更好地适应环境。

七、种间竞争

　　利用共同资源的不同物种间由于争夺食物、空间等而发生的斗争。生活习性越相近的物种间的斗争越激烈。斗争结果可能是一个物种获得生存发展，另一个被淘汰；也可能导致其生态要求的分化而长期共存。太平洋一些岛屿上曾生活着缅鼠，当黑家鼠随船只进入这些岛屿后，两者便展开激烈竞争，结果个体较小的缅鼠绝了种。又如，欧洲针叶林中三种山雀通过选择不同采食方位而共存：煤山雀在树顶采食蚜虫，山山雀在树下部吃种子，凤头山雀在地面时间较长，但也在树的上部和下部觅食，如图1-7-3。

　两种生物之间的关系，包括共生(互惠)关系、互抗关系(双方均受害)、寄生、共栖、抗生(对一方有害，对另一方无害无利)、中性关系等。

八、捕食

　　一种生物以另一种生物为食的现象，是群落中的生物之间最常见、最基本的相互关系之一。食草动物吃植物，或某种动物捕食另一种动物都属捕食行为。前者称捕食者，后者为被捕食者。在漫长的进化过程中，两者在形态、生理和行为上都产生了一系列的相互适应性。有的捕食者犬齿发达，动作敏捷，有独特的捕杀技巧；被捕食者也有一系列保护性适应，如牛羊有角，羚羊、斑马能疾跑，龟有坚硬的外壳等，但一切防卫都只有相对意义。捕食者与被捕食者在种群数量上关系复杂。一般情况下，被捕食者数量多时，由于食物丰富，捕食者数量亦随着增加，但这种增加最终必然导致被捕食者数量下降。上述相互作用常使许多捕食者——被捕食者种群出现周期性的数量波动规律，捕食者的数量高峰总出现在被捕食者数量高峰之后，北方针叶林中的猞猁和雪兔的数量就是按每10年一个周期的规律而变动的。在昆虫中，捕食者对被捕食者有很强的控制作用，人们常用引进天敌的方法控制害虫。在脊椎动物中，这种关系更为复杂。如为了保护雷鸟，挪威政府曾鼓励消灭猛禽和北极狐，但去除天敌后，传染病却在雷鸟种群中蔓延。原来被天敌捕杀的往往是体弱或有病的个体。

九、寄生

　　一种生物寄生于另一种生物的体内或体表，从后者摄取营养以维持生活的现象。前者称寄生物，后者为宿主或寄主。寄生物以宿主的体液、组织或已消化好的食物为食，并暂时地或长久地以宿主的身体为栖居地，因而常阻碍其生长发育，或使其生殖力降低，但一般不会引起宿主死亡，这是两者在进化过程中相互适应的结果。有的寄生物有两个以上的宿主，寄生物在其体内进行有性生殖的称为终宿主，在其中进行发育和幼体繁殖的为中间宿主。如日本血吸虫的终宿主是人，中间宿主是钉螺。寄生物有一系列对寄生生活的适应，如有的体内寄生物感觉器官和消化系统退化，生殖器官和吸附器官发达，并发展厌氧呼吸。有的体外寄生虫消化道长而有突起，忍耐饥饿能力很强。寄主也有相应的保护适应，如有防止寄生物入侵的机械保护层，吞噬作用和血液的保护反应等。某些寄生物(如疟原虫、传播斑疹伤寒的立克次体、鼠疫杆菌等)是动物和人类流行病的病原体，它们要靠吸血节肢动物为媒介才能传播疾病。只有在病原体、传染病媒介和宿主同时存在时，流行病才可能发生。寄生关系包括寄生、类寄生、巢寄生等。

第四节 生物对环境的适应

一、保护色

　　动物长期适应环境而具有与环境相协调的色彩。保护色形色多种多样：水母、海鞘等水生生物的躯体近乎透明，能巧妙地隐身于水域中。北极熊白色的皮毛和冰天雪地的背景十分协调。许多鱼类背部颜色深，腹部色浅，从上向下看，与水底颜色一致，从下向上看，却又像天空。分割色是保护色的又一种形式，虎、豹、斑马和长颈鹿身上都有鲜艳的花纹，在光暗斑驳的环境配合下，能使其轮廓变得模糊不清。某些种类的比目鱼和蜥蜴能随背景变化而改变体色，以保持与环境的协调。安乐蜥体色的改变由内分泌控制，避役的色素细胞变色由神经系统控制。动物的保护色有利于它逃避敌害或捕猎食物。

二、警戒色

　　某些有恶臭、有毒或不可食的动物具有鲜明的体色和斑纹，使其敌害有所警戒，不敢冒然攻击的现象。如毒蛾的幼虫多具鲜艳的色彩和斑纹，误食这类幼虫的小鸟常被毒毛刺伤口腔粘膜，以后，这种易于识别的色彩和花纹便成为小鸟的警戒色。又如欧洲有一种蟾蜍，腹部呈鲜红色，其皮肤腺能分泌出使掠食者厌恶的物质。当遭受攻击时，它腹部朝上，显示出鲜红的肚皮以示对天敌的“警告”。由于其天敌对红色和特殊气味产生条件反射，只好弃之而去。蜂类躯体上黄黑或黑白相间的颜色，瓢虫的斑点，金环蛇的银环蛇那种鲜明的环状花纹都属于警戒色。

三、拟态

　　在进化过程中某些生物演化成酷似其他生物或非生物的外形、色泽或斑纹的现象。如许多种蝴蝶的外形和体色像不可食的斑蝶。木叶蝶体息时双翅合拢，翅的反面形似枯叶。竹节虫目中的有些种类像竹节，又有些像竹叶。一些无毒或仅有弱毒的动物演化成具警戒色动物一样的色彩和花纹，使敌害不敢进攻。如身具红、黑、黄相间横纹的珊瑚蛇有剧毒，但同时有两种外形与它相仿的假珊瑚蛇，其中一种无毒，另一种只弱毒。还有进攻性拟态，如背上的棘形鳍很像蠕虫，当其他小鱼来吃“虫”时反而被它所吃；猪笼草形似鲜花，却能诱捕采蜜的小虫。杜鹃的拟态称为宿主拟态，它把卵产在其他小鸟窝中，其卵的大小、色泽等与原窝内的卵极其相似，常能达到以假乱真的地步。杜鹃利用这种方式让其他鸟类为其孵卵育雏。

四、休眠

　　动物在遇到气候不适或食物缺乏等不利环境条件时，其生命活动处于极度降低状态的现象。休眠分两类：1．冬眠：动物在休眠状态中过冬，是动物对冬季低温和食物不足的适应。温带和寒带的绝大多数无脊椎动物和变温脊椎动物都有冬眠现象，此时，它们的生命活动几乎处于停顿状态。有些常温动物，如黄鼠、旱獭等也冬眠，冬眠时其体温降至接近蛰伏环境的温度。但大多数常温动物不冬眠。动物在冬眠前一般要大量积累脂肪以供消耗，到翌年春、夏之交气温上升时，冬眠动物苏醒。2．夏眠：是动物对炎热干旱季节的一种适应，其表现为体温下降，新陈代谢微弱，进入麻痹状态。多见于无脊椎动物，但某些鱼类、两栖类、爬行类甚至哺乳类也有夏眠现象。在持续干旱时，某些陆生蜗牛钻入枯枝落叶层中或石块下休眠，待到下雨时，它们便出来活动。

第五节 食物链、食物网和生态金字塔

一、食物链

　　在生态系统中，各种生物之间由于食物关系而形成的一种联系。这种联系实际上是太阳能从一种生物向另一种生物的转移，也是物质和能量通过食物关系而流动和转移的渠道。一条食物链通常包括3～5个环节：一种植物，一种吃植物的动物，一种或一种以上的食肉动物。食物链可分为三类：

(一)捕食链

　　如人吃大鱼，大鱼吃小鱼，小鱼吃小甲壳类，小甲壳类吃藻类，这是一条以活的动植物为起点的食物链。现在用箭头表示其能量转移方向：藻类→小甲壳类→小鱼→大鱼→人。

(二)碎屑链

　是以死生物或腐屑为起点的食物链。如树叶落入水中，变成碎片，碎片被腐生菌分解，分解物连同藻类一起被虾、蟹、桡足类等碎食性动物利用，后者又被小型食肉动物(如鲦鱼)利用，最后一环是大型食肉动物

(三)寄生链

　　由较大生物开始逐渐到较小生物的食物链，其相互关系是后者寄生于前者身上。如鸟→蚤→原生动物→细菌→滤过性病毒。

　　一般来说，在高度放牧的草原生态系统中，其营养联系以活食链为主，在浅水和森林生态系统中，常以碎屑链为主。生态系统中的食物链不是一成不变的，因为有些动物在个体发育的不同阶段中食性有变化。如蝌蚪吃碎屑，蛙却主要吃昆虫。即使成年动物的食性也可能随季节而变化。如麻雀在春季育雏时主要吃昆虫，在非繁殖季节里主要吃种子。因此，生态系统中食物链的细微结构是处于变化之中的，只有在系统中处于核心地位，数量上占优势的种类，其营养联系才比较稳定。生态系统是一个整体，如果食物链上某一关键的环节发生变化，就有可能影响整个生态系统的结构，如消灭猛禽和北极狐，雷鸟种群数量就猛增，最后终因资源消耗过度和冻、饿、疾病等原因而大量死亡。

二、食物网

　　一个生态系统常常不止存在一条食物链，而是同时存在若干条，许多条食物链彼此相互交错连结成的复杂营养关系称为食物网。同一种生物可能同时占有几个不同的环节，如猫头鹰不仅吃鼠，而且吃食草籽的鸟，也吃食虫的鸟，还吃兔子。由此可见，生态系统中的食物联系十分复杂。

三、营养级

　　把生态系统中的生物按照其营养特性而划分成的等级。在生态系统中，生产者属第一营养级，食草动物为第二营养级，以食草动物为食的食肉动物为第三营养级，还可能有第四、第五营养级。营养级是机能上的分类，不是物种上的分类，实质上营养级就是食物链上的一个个环节。一般来说，营养级通常只有4～5级，原因是能量通过食物链流动时，每经过一个营养级都要以热的形式散失一部分。营养级越多，散失的热量就越多。各种动物所处的营养级不是固定不变的，有时一种动物可能同时占有几个营养级。

四、生态金字塔

　　如果把通过各营养级的能量由低到高绘成如图1-7-4形式，就会出现一个金字塔，即“能量金字塔”。

倘若以生物量或生物个体数目表示，就可绘成生物量金字塔和数量金字塔。上述三者统称为生态金字塔。生态金字塔的原理可用一个十分形象但又不很严格的比喻来概括：大约1000公斤浮游植物能转变成100公斤浮游动物，而100公斤浮游动物才能转变成10公斤鱼，而10公斤鱼大致是人长1公斤组织所需要的食物。这条规律称为“十分之一法则”，是美国生物学家林德曼提出来的。他曾受我国的“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃泥巴”和“螳螂捕蝉，黄雀在后”等谚语的启示，提出食物链的概念，又受“一山不存二虎”，这谚语的启发，提出物质和能量的“十分之一法则”。该法则说明，在生态金字塔中，每经过一个营养级，能流总量就减少一次。食物链越短，消耗于营养级之间的能量就越少，缩短食物链，就能供养较多的人口。

                          第六节 生态系统

　　生态系统是在一定空间范围内的生物与非生物环境之间，由于不断地进行物质循环和能量流动而形成的一个统一的整体。简言之，就是同一地域中的生物群落和非生物环境的集合体。生态系统的范围可根据研究者的需要而划定，海洋、森林、草原等都是典型的生态系统，甚至地球上的全部生物和所有适合于生物生存的环境加在一起，也可看作一个全球性的生态系统(即生物圈)。但是，一个生活有藻类、孑孓和蝌蚪的临时性小水坑也可视为一个生态系统。这里说的系统，就是彼此相互作用，相互依赖的事物有规律地联合起来的整体，各种因子之间是有“序”的。因此，不要把生态系统理解成生物群落与非生物环境的简单相加，相反地，在研究时应特别强调生态系统的整体性和各成分间的相互联系。

　　生态系统的共同特征：

(1)生态学上的一个主要结构和功能单位。

(2)其结构及构成与物种多样性有关，结构越复杂，物种越多。

(3)其功能离不开能量流动和物质循环。

(4)生态系统越复杂，能量传递效率越高。

(5)是一个流动系统，要经历从简单到复杂，从不成熟到成熟的进程，各阶段特性不同。

(6)系统中环境的改变对生物成分施加压力，使不能调整自己适应变化环境的生物从系统中消失。

一、生态系统的空间结构

　　无论陆地还是水生的生态系统，都可分为两个层带：上层为绿色带，即自养层，包括陆生植物的树冠、草被，水生的浮游藻类和芦苇、荷叶等，这个层带的主要作用是“生产”。下层是褐色带，即异养层，包括生活在土壤和深层水中的一些微生物，此层带的主要作用是“分解”。热带雨林分层现象十分明显，最上层有几十米高的望天树和番龙眼树，第二层是假海桐、叶楠木和木奶果等乔木，再下面是1～5米高的灌木，林下有草本植物，地表还会有地衣、苔藓之类。在林地里，不同动物分别占据不同高度和空间，蚯蚓、蝼蛄营地下生活，蚂蚁、蜈蚣在地表或枯枝落叶间忙个不停，大大小小的哺乳类以林地为活动舞台，各种鸟类也分别占据着各自的“领地”。植物分层有利于充分利用阳光、水分、养料和空间；动物分层有利于隐蔽、觅食和生存。

　　研究生态系统的分层对指导生产实践有重大意义。如作物的间作、套作，淡水鱼的混合放养等就是以上述原理为依据的。池塘中的鲢鱼和鳙鱼生活在水的中上层，前者吃浮游植物，后者吃浮游动物。草鱼生活在水的中层，主要吃水草，青鱼在水的底层，吃底栖螺类。鲤鱼和鲫鱼为杂食性鱼类，既吃水草和底栖生物，又吃其他鱼类吃剩的残渣，是池塘中的清道夫。鲤鱼觅食时翻动泥底有利于促使有机物的分解，有助于浮游生物的繁殖。

二、生态系统的营养结构

　　生态系统由生产者、消费者、分解者和非生物环境组成。上述成分的划分以其营养特点为依据。在生态系统中，各种成分间的联系实际上是营养上的联系。

(一)生产者

为自养生物。以绿色植物和某些藻类为主，它们通过光合作用，把环境中的无机物转化成有机物，把太阳的辅射能转化成有机体内的化学能。生产者在生态系统中的主要作用是进行初级生产。由于绿色植物的光合作用，地球上每年大约能生产10¹⁷克的有机物质。此外，光合细菌和化能合成细菌也是自养生物，也参加初级生产。生产者是生态系统的基础，系统中的所有消费者都直接或间接地以植物为食；植物还是分解者最初的物质源和能量的唯一来源。倘若生态系统中的植被被彻底破坏，这个系统也就解体了。

(二)消费者

　　为异养生物。就是直接或间接地以植物为食的动物。由于它们只能靠吃现成的有机物维持生命，故称为消费者。直接吃植物的动物，如草食性昆虫和牛、羊等。称为一级消费者。以一级消费者为食的动物，如吃浮游动物的鱼类，吃草食性动物的鸟兽，称为二级消费者。吃二级消费者的，称为三级消费者。消费者中还有寄生生物。虽然消费者依赖于植物，但其生命活动又从多方面对植物产生影响。例如，有的动物能促进花粉和种子的传播，其粪尿和遗体分解后又可被植物重新利用。某些动物能疏松土壤，改变其物理性质。生产者与消费者的作用是相互的。

(三)分解者

为异养生物。主要是一些营腐生生活的细菌和真菌，也包括一些原生动物和腐食性动物(如白蚁、蚯蚓等)。分解者能把复杂的动植物残体分解成简单的化合物，并最终将其分解为无机物，以供植物重新利用。分解过程缓慢而复杂。以池塘为例。那里有两大类分解者，第一类是蟹、蠕虫和某些软体动物，它们先把动植物残体分解成碎屑；第二类是细菌和真菌，它们把碎屑进一步分解成简单化合物和无机物。分解者在物质循环和能量流动中具有重要意义，大约有90％的陆地初级生产量需要经过分解者的分解作用，变成可利用的养分供绿色植物重新利用。如果没有分解者，生态系统中的物质循环就无法进行，这个系统也就无法维持了。

(四)非生物环境

包括C、H、O₂、CO₂、N、P、K、S等参加物质循环的无机物质，联结生物和非生物成分的有机物，还有光照、温度和水分等环境因素。非生物环境为生产者提供生产的能源和原料，还为生态系统中的生物提供栖息地和生活场所。虽然非生物环境本身并无生命特征，但它却是哺育生命的“摇篮”。

生态系统中各生物成员间最重要的联系是通过食物链(或食物网)的联系。首先是生产者通过光合作用，把太阳能转换成化学能，把自然界的无机物转化为植物体内的有机物，并通过食物链，将上述物质、能量流向消费者和分解者；水和其他营养物质也通过食物链不断地合成和分解，在非生物环境和生物之间反复地进行着生物—地球—化学的循环作用。以生物为核心的能量流动和物质循环，是生态系统最基本的功能和特征。

三、生态系统是一个统一的整体

　　生物与生物之间，生物与非生物环境之间的关系十分复杂。达尔文观察到如下情况：三叶草靠丸花蜂传粉，丸花蜂的天敌是田鼠，因为田鼠常捣毁蜂巢，致使丸花蜂无家可归。然而，野猫又是田鼠的“克星”。达尔文将它们的关系归纳为：猫多，田鼠少，丸花蜂多，三叶草繁盛；反之，猫少，田鼠多，丸花蜂少，三叶草不繁盛。

　　美国亚利桑那州一个草原上生活着黑尾鹿、美洲狮和狼等动物。由于有天敌限制，1905年前，黑尾鹿的种群数量经常保持在4000头左右。为保护鹿群，人们从1907年开始捕杀美洲狮和狼。去除天敌后，鹿群很快兴旺起来，翌年就发展到40000头，最多时达到10万头。但是物极必反，由于其种群数量太大，牧草消耗过度，草原无法更新，最后导致黑尾鹿大量饿死，原本生机勃勃的草原反而萧条冷落下去。人为地消灭捕食者破坏了草原生态系统的平衡。

　　澳洲是有袋类的乐园，那儿没有鹰隼，也缺乏猛兽，原来也没有兔子。1859年，人们无意中把欧兔引进。由于当地水草丰盛，气候适宜，又没有天敌限制，具有惊人繁殖力的欧兔很快就得到发展。成群的欧兔与牛羊争夺食物，它们先吃尽牧草，继而啃光灌木，使大片草原荆棘丛生，或变成不毛之地。为消除兔患，当地人民曾作出过许多努力，但都无济于事。直至1950年引进粘液瘤病毒，使传染病在兔群中蔓延，才结束这场旷日持久的斗争。

第七节 生态系统中的能量流动和物质循环

　　能量有两大类：动能和潜能。动能是在生物与环境之间以传导和对流形式传递的能量，如热能和辐射能。潜能是在有机分子链内处于静态的能量，如生物体内的化学能，这种能量只能通过食物关系在生物与生物之间传递。

　　由于生物的各种活动都与能量转变有关，故有必要重申两条热力学定律。第一定律是能量既不能消灭，也不能凭空产生，它只能以严格的当量比例，由一种形式转变为另一种形式。第二定律是由于某些能量以不能利用的热能形式而散失，故没有任何能量能百分之百地自然转变为其他形式的能量。当然，潜能也不例外。

　　地球上一切能量都来自太阳。例如，太阳光穿过大气层，照射到森林、草原和荒漠上，使那里的温度上升，这一来，光能就转换成热能。又由于受热不均匀，在地球上形成了冷热不同的地区，结果产生了气流(即风)，而气流又推动风车，于是热能便转变成动能……

　　绿色植物进行光合作用的过程，也是植物吸收光能使之转化为体内化学能的过程。食草动物吃植物，食草动物又被食肉动物吃掉……生物之间这种食物联系，实际上就是太阳能在食物链的各个环节间的流动。由于在流动中大部分能量以热能的形式散失，故能流有层层递减的趋势。

一、能流中的有关定义

(一)生物量

又称现存量。某一特定时间、某一空间范围内生物有机体的总量，它可表示一个物种、或一个以上的物种，甚至某个生物群落中的有机体总量。它是丰盛度的定量，可用单位面积(或体积)中个体的数量、重量或能量来表示。例如，在鱼池中，平均每立方米水体内有10条罗非鱼，每条平均体重为450克，这时鱼池中的生物量就可用10条/米³或4.5千克/米³表示。由于不同物种的含水量有差异，所以常用干重表示生物量，即把样方内的生物收集起来，作烘干处理，到其重量不变为止，这时的重量就是干重。干重也可换算成能量单位——焦耳。

(二)生产量

又称生产力。一定时间或阶段中，某个种群或群落生产出来的有机体总量，它包含时间上积累的概念。如某池塘中，平均每年每立方米水体内能生产100公斤鲤鱼，其生产量就可用100公斤/米³·年表示，也可换算成能量。生产量分为以下几个水平：

1．初级生产量

绿色植物通过光合作用，把太阳能转变成植物体内的化学能，这过程称为“初级生产”过程，它所固定的总能量(或形成的有机体总量)称为“初级生产量”。初级生产量又分为：

(1)总初级生产量 在某单位时间内(一天、一周或一年等)生产者所固定的全部太阳能。

(2)净初级生产量 总初级生产量扣除掉生产者自养呼吸消耗后余下的数值。生态系统的净初级生产量就是植物在该系统中构成的有机物质和能量，是系统中其他生物成员赖以为生的物质基础。在陆地，热带雨林的净初级生产量较高，平均为2200克(干物质)/米²·年。在海洋中，净初级生产量较高的地方有珊瑚礁和海藻床。

2．次级生产量

　　在单位时间内动物体的同化量减去其呼吸量余下的值。实际上，它就是动物用于生长、发育和繁殖的那部分能量。次级生产量没有“总”和“净”之分。一级、二级、三级消费者的生产量都属于次级生产量。可用下列公式计算次级生产量：

次级生产量=同化量-呼吸量

次级生产量=个体增重＋新个体重量

二、能流模式

　　太阳能是地球上一切能量的源泉。太阳常数是8.27焦耳/厘米²·分。当阳光穿过大气层时，有一部分被大气和云层吸收和反射掉。即使是晴天，真正到达地面的太阳辐射能也只有4.18焦耳/厘米²·分。

　　植物对太阳能的固定率很低。在到达地面的太阳总辐射能中，大约有55％是红外线和紫外线等不可见光，它们无法被植物利用。余下那45％的辐射能虽能被植物的色素吸收，但是，由于植物表面的反射、非活性吸收和蒸腾作用都消耗能量，因此，真正用于构成光合作用产物的能量，在最适应的条件下，也只占太阳总辐射能的3.6％。然而，植物自身的呼吸作用还要消耗掉其中的1/3。因此，最多只有2.4％的太阳能可转变成化学能而贮存于植物体内。一般来说，植物只能利用1％左右的太阳辐射能。人们看到植物体组织在生长，新个体在不断产生，这些都是净初级生产量。这部分能量有两种去向，其一是被食草动物利用而流入下一个营养级；其二是被分解者利用而流入其体内。

　　当食草动物吃植物时，植物体内的物质和能量就流向食草动物这一营养级了。

　　食草动物对植物能量的利用率也不高。田鼠咬断作物的茎秆，却主要吃种子，被吃的种子中有一部分未被消化而随粪便排出体外，而被同化的物质和能量便变成食草动物能利用的有机物质，即同化量。在同化量中，又被呼吸作用消耗掉一部分，最后余下的那部分才构成食草动物的生物量。能量从生产者流向食草动物营养级时，有如下几条去路：①食草动物维持生命活动所消耗掉的能量就是呼吸量，这部分能量以热能的形式散失，无法重新利用。②形成次级生产量，即食草动物自身的生长发育和产生的新个体中所包含的物质和能量，这部分可供下一营养级(即以食草动物为食的食肉动物)利用。③食草动物的粪尿和未吃完的植物体可供分解者利用。④从本生态系统流向别的生态系统去，即生态系统的能量输出。

　　当食肉动物吃食草动物时，食草动物身上的物质和能量就向第三营养级流动，其去路和散失情况都与在第二营养级时相仿。据测定，鼬利用了田鼠生产量的37.2％，但由于是常温动物，在被其同化的食物中，大部分消耗于维持其恒定的体温和其他生命活动中，真正构成自身的能量只占同化量的2％～3％。

　　构成更高的，即第四、第五营养级的都是消费者(动物)，其能流过程大致与第二、第三营养级相类似，因此，对二、三、四、五营养级的能流都用“次级生产”过程的概念。所谓“次级生产量”，应包括食草动物和食肉动物的生产量，同时还包括寄生物和分解者生物的生产量。

　　图1-7-5表示生态系统的能流模式：

　从能量流动过程中，可得如下结论：①自生产者把太阳能转化为体内的化学能开始，这些能量就通过食物链在各级消费者之间流动，这样就构成了能流。②能流是单向性的，每经过食物链的一个环节，都有一次剧烈的减少，食物链越长，散失的能量就越多。③由于生态系统中的能量在流动过程中层层递减，故需从太阳能中不断补充能量，生态系统才能维持下去。

三、生物地球化学循环

自然界的各种化学元素(包括构成原生质的必不可少的元素)，在生物圈里具有从环境进入生物体，沿着食物链而在不同生物体之间流转，最后以尸体和排泄物的分解而回到环境中去的趋势，由于这种循环带有全球性，所以称为生物地球化学循环，如图1-7-6。

按照活动情况，上述循环可分为：储存库和交换库。储存库一般为非生物成分，其特点是容积大，活动缓慢，贮存在磷矿石中的磷和矿石燃料中的碳就属此类。交换库是在生物体与环境(水圈、大气圈和岩圈)之间迅速交换的部分，其特点是容积小而活跃。生物地球化学循环分为三类：水循环、气体型循环和沉积型循环。C、N等元素的主要贮存库是大气，并以气体的形式出现于大气中，其循环属气体型循环。P、S等元素的主要贮存库是土壤、沉积物和地壳，其循环属沉积型循环。气体型循环比沉积型循环进行得快，又由于大气贮存库容积很大，所以更容易调节。例如，二氧化碳在局部的聚集，会很快被风吹散或被植物所吸收。唯一足以威胁生物地球化学循环中营养物质流的是人类。人类不仅需要那些生命不可缺少的元素，而且利用着几乎所有的元素。人类在许多方面干预着生物地球化学循环，例如，在某些地方使其加快，而在另一些地方又使其变慢甚至停止，从而使一些元素的供应不连续和不稳定，使在一些地方表现为过剩的元素，在另一些地方却表现为不足。

　　循环的三种类型：

(1)水循环：全球性。

(2)气体型循环(如：O、C、N、Cl、Br、F……)：全球性，储存库为海洋和大气。

(3)沉积性循环(如：P、S、Ca、Mg、K、Na、Fe、Mn、I、Cu……)：为局部的，储存库为岩石、土壤和沉积物等。

(一)水循环

水是构成生物体的主要成分，生物体内的一切生化反应都离不开水。地球表面的70％为水覆盖，水的总体积约有15亿立方公里，其中海水(咸水)占97％，淡水仅占3％。在淡水中有3/4存在于两极的冰盖和冰川中，余下的1/4才是可供人类利用的淡水。地球上的水是通过气体形式而循环的，循环动力是太阳能，大气是全球水循环的关键因素。循环的主要途径有三条：①由于阳光照射，江、河、湖、海和土壤中的一部分水变成水蒸汽，进入大气。②植物的蒸腾作用和动物体表蒸发出来的水分进入大气中。③大气中的水蒸汽遇冷，以雨、雪等形式回到地面。由于可利用的淡水有限，而且分布不均匀，人类活动又使某些地区水资源消耗过多，水质量下降。自然界的水循环不足以补偿人类对水资源的消耗和破坏，保护水资源、节约用水实为当务之急。

(二)碳循环

碳是一切有机物的基本成分，没有碳就没有生命。碳在无生命环境与生物体之间以二氧化碳的形式进行循环。碳循环的主要途径为：①绿色植物通过光合作用固定大气中的CO₂。②绿色植物合成的含碳有机物通过食物链转移到食草动物和食肉动物体内。③动、植物通过呼吸作用，把CO₂放回大气中。④动物的排泄物、动植物的遗体被分解者利用，分解后产生的CO₂也返回大气。⑤人类燃烧化石燃料，使大量CO₂进入大气，从而使贮存于地层中的碳加入到碳循环中。

人类对碳循环的主要影响是引起温室效应。由于大量利用化石燃料和对农田的精耕细作，大气中的CO₂含量在100年之间从1860年的283ppm上升到1960年的320ppm，估计到本世纪末将上升到375～400ppm。大气中CO₂含量增高将对气候产生重大影响。有人认为，大气中的CO₂会产生温室效应，它和大气中的水蒸汽允许阳光中的可见光和红外线通过，但当这些光线从地面向大气层反射时，大气中的CO₂和水蒸汽又象温室的玻璃顶罩那样阻碍热量的散发，因此，大气中CO₂含量增加，气温和地面温度就会相应地上升，并引起极地冰盖消融。据估计，若按目前的发展速度消耗化石燃料，南极的冰盖将在400年内全部消融，全球的海平面将上升70米，陆地面积将大大地缩小。也有人持相反意见，他们认为燃烧化石燃料不仅产生CO₂，同时也增加大气中的尘埃。悬浮在大气中的尘埃会阻碍太阳光射向地球的辐射能。因此，大量消耗化石燃料反而会使地球温度下降。

(三)氮循环

氮是构成蛋白质的基本元素之一。在大气中，氮的含量约占79％，但绝大多数生物不能直接利用大气中的氮。只有通过固氮作用，即把氮和氧结合成硝酸盐和亚硝酸盐，或使氮和氢结合成氨，才能被植物利用。通常有三条固氮途径：①大气固氮：氮的化学性质很不活泼，但在闪电和宇宙射线产生的高能作用下可分别与氧和氢结合成硝酸盐和氨，并随着雨水降到地面。②生物固氮：与豆科植物共生的根瘤菌有固氮功能，某些种类的蓝绿藻也能固氮，生物固氮平均每年能为每公顷土地提供100～200公斤氮。③工业固氮：通过工业生产而固氮是人类开辟的固氮途径，估计到本世纪末，全球的年固氮量可能会超过1亿吨。

植物从土壤中吸收硝酸盐和氮，把其中的氮转化成氨基酸的成分贮存于体内。动物吃植物，植物中的氮就转移到动物体内，变成动物的组织，动物粪尿和动植物遗体在土壤里腐烂分解，产生氨，这些氨可能以气体形式逸入大气，也可能直接为植物利用，或经过硝化细菌和亚硝化细菌作用转变成硝酸盐和亚硝酸盐，被植物重新利用。土壤里的一部分硝酸盐还会随雨水进入水域，被水生植物利用。同时，土壤中的一部分硝酸盐在反硝化细菌的作用下分解出游离的氮而返回大气。当生态系统中的一部分氮由于挥发、淋溶或流失等原因而损耗掉后，很快就能从各种形式的固氮中获得补偿。在人类尚未大量制造并施用氮肥(主要指化肥)和种植豆科植物前，自然界里的固氮作用和脱氮作用基本上是平衡的。

人类对氮循环的影响主要表现在两个方面：①在燃烧化石燃料时产生NO₂和一些次生污染物污染大气。②过多的硝酸盐(和磷一起)输入水体，使江河湖泊由于过度“肥沃”而出现富养化问题。在富养化水体里，藻类大量增殖，出现“开花”现象。大量藻类死亡后，分解作用要消耗大量氧气，由于水中缺氧，鱼类大量死亡，底栖动物更贫乏。

(四)磷循环(沉积型)

(1)磷：构成核酸质膜等

(3)从陆地→海洋的磷：约2000万吨/年

物质循环的特点：无机环境中的物质可以反复地被生物群落利用，因此，生态系统是一个在物质上自给自足的系统。

四、建立良性循环

　桑基鱼塘是一种符合生态学规律的传统农业生产方式。“基”就是池塘间的土埂，桑基鱼塘，就是塘中养鱼，塘上栽桑。桑是生态系统中的生产者，蚕是消费者，蚕吃桑叶，生产出丝、蛹、排出蚕沙(蚕粪)。鱼也是消费者，草鱼吃青饲料，又吃蚕沙和蛹；草鱼的粪、剩余的蚕沙和腐殖质又促进水生植物和浮游动物的繁殖。水生植物(如藻类)是鲢鱼的饲料，还能为水域提供氧气。浮游动物是鳙鱼的饵料。鲢和鳙的粪便和吃剩的有机物又是鲤、鲫等底栖鱼类的食品。底栖鱼类的排泄物和动植物残体被微生物分解，变成植物可利用的养分，存在于池塘的泥底中，这样，塘泥又成了桑树的好肥料。桑基鱼塘\就是这种水陆相互作用，动植物和微生物间相互作用的人工生态系统。在这个系统中，“桑茂、蚕壮、鱼肥大；鱼肥、泥好、桑茂盛”，真正实现了物质的良性循环。

　图1-7-7表示一种多层次、多级地利用资源，实现良性循环的生态工程设计：先把秸秆作糖化处理，用以饲养家畜；取家畜之排泄物，用来培养食用菌；收集残留菌屑，作为养殖蚯蚓的原料；最后，把蚯蚓利用过的残留碎屑，连同其排泄物一同送回农田，做到物尽其用。

五、两点结论

　　从物质循环的角度来看，自然资源和废物(或污染物)之间没有不可逾越的鸿沟。当某种物质处于物流的位置，其含量又适宜时，它就是资源；若处于不适当的地方或含量过高时，便成了污染物。例如，汞、镉本是重要的金属资源，但当它们进入自然水域并积累到一定程度时，就成了污染物。

　　促成物质的再循环和良性循环，应是人类奋斗的一个目标。在生物地球化学循环中，人类活动往往改变某些物质在某个循环途径中的运动，使物质循环变得不完全，或变成无循环，结果使一些物质在某个地方或某个环节上显得大少，而在另一地方或另一环节中又积累得太多，从而破坏了生态平衡。例如，水体富养化和热污染等问题。若把发电厂的冷却水引到温室去，它就是一种资源；若排放到江河去，就可能带来热污染问题。由于水的比热大，在一般情况下，水温变化是较小的。水生生物对水温变化十分敏感，水温为4℃时，一种虾的心率为30次/分，水温上升到22℃，其心率就达到125次/分，若温度进一步升高，它就无法生存了。从广义上说，保护自然资源，就是要使不循环的过程变成循环过程，并促使物质的再循环和良性循环。

第八节 生态平衡和生态平衡的破坏

一、有关概念

“生态平衡是生态系统在一定时间内结构和功能的相对稳定状态，其物质和能量的输入输出接近相等，在外来干扰下能通过自我调节(或人为控制)恢复到原初的稳定状态。当外来的干扰超越生态系统的自我控制能力而不能恢复到原初状态谓之生态失调或生态平衡破坏。生态平衡是动态的。维护生态平衡不只是保持其原初稳定状态。生态系统可以在人为有益的影响下建立新的平衡，达到更合理的结构、更高效的功能和更好的生态效益。”

　　根据中国生态学会对生态平衡概念所作的规定，可对这一概念作如下理解：(1)自然生态系统经过由简单到复杂的长期演替，最后形成相对稳定状态，即达到生态平衡。此时，其物种在种类和种群数量上保持相对稳定(结构平衡)；能量和物质的输入、输出接近相等，即系统中的能量流动和物质循环能较长时间保持平衡状态(功能平衡)。这时候，生态系统中所有有效的生活空间都被各种生物有机体占据，环境资源被最合理、最有效地利用。例如，热带雨林就是经过长期演替而最终形成的一种保持相对稳定状态的生态系统，它的特点是垂直分层明显，结构复杂，单位面积内生物种类多，往往在“几英亩热带雨林中，植物和昆虫的种类可能比整个欧洲的还多，”这些动植物各自占据着有利的生活空间，彼此间协调地生存。(2)生态系统一般具有一定的内部调节能力。当河水受轻度污染后，由于水的流动、水对污染物的稀释、污染物的沉淀或挥发，微生物对污染物的分解等联合作用，水体就能恢复到原初状态，即完成“自净”作用。但是，这种调节能力是有限的。如果外来干扰超过一定限度，生态平衡就遭到破坏。例如，过多的酸雨降到某些湖泊里，使水体中的pH值明显下降，生物群落受到严重破坏，于是便形成了“水沙漠”。又如，滥伐森林，使之来不及更新，林地就会变成不毛之地，这些都是生态平衡破坏的例子。一般来说，生态系统中物种越多，营养结构越复杂，其自动调节能力就越大，反之则小。例如，热带雨林的抗干扰能力就明显高于农田。但是，从恢复能力来看，物种多样性低、营养结构简单的生态系统反而占优势。如森林被彻底砍伐后，需几百年或更长时间才能恢复；农田中的作物受灾后，短期内就能复原。(3)不能不加分析地提倡维护生态平衡。生态平衡本身是动态的，生物进化和群落演替就是不断打破旧平衡，建立新平衡的过程。人类应充分发挥主观能动性，以维护自己所需要的生态平衡(如建立自然保护区，保护自然景观和珍稀生物)，或根据需要，打破旧的平衡，建立符合自己利益的新平衡(如把沙漠改造成绿洲)。

二、森林的功能和破坏森林的后果

(一)森林的功能

1．调节生物圈的CO₂和O₂的平衡

处于生长季节的阔叶林，每公顷每天能吸收1吨CO₂，生产730公斤O₂。按此推算，若人均拥有10₂米的森林，就能满足自己对氧的需要了。

2．净化空气

森林枝叶茂密，湿度也较高，能吸附油烟、灰尘，还能吸收SO₂等有毒气体。每公顷油松林一年可吸尘36.4吨，夹竹桃、梧桐、槐树等能吸收SO₂。松树针叶分泌的杀菌素可杀死白喉杆菌和结核杆菌。据测定，绿化区每立方米空气中的细菌含量仅为市区的15％。

3．减低噪音

30米宽的林带可减低噪音6～8分贝，在行道树之间种灌木，防噪音效果更佳。

4．涵养水源，保持水土

茂密的林冠能截留雨水，林下的枯枝落叶层能缓冲雨水对地表的冲击力，促进水的渗透，减少和节制地面径流，有利于涵养水源。据统计，一亩林地比裸地多蓄水20吨，5万亩森林的贮水量相当于一座100万立方米的大水库。森林还能有效地减少水土流失，据统计，在一次降雨346毫米后，平均每亩林地流失土壤4公斤，草地为6.2公斤，作物地和裸地分别是238公斤和450公斤。

5．调节气温、降低风速、增加降雨量。

(二)破坏森林的后果

一个地区的森林覆盖率若高于30％，而且分布均匀，就能相对有效地调节气候，减少自然灾害。我国的森林覆盖率仅为12％，分布也不均匀，属于少林国。目前，世界上的森林正以每年1800万～2000万公顷的速度消失，自1950～1980年间，全世界的森林面积减少了一半。破坏森林会产生一系列严重的后果。

1．水土流失

森林被砍伐后，裸露的土地经不起风吹雨打日晒。晴天，由于太阳曝晒，地温升高，有机物分解为可溶性矿质元素的进程加快；雨天，雨水直接冲测，把肥沃的表土连同矿质元素带进江河。据估计，我国每年约有50多亿吨土壤被冲进江河。

2．流沙淤积，堵塞水库河道

黄河水中的含沙量居全球之冠，洪水到来时，水、沙各占一半。由于流沙淤积，黄河下游有些地方的河床比堤外土地高出12米，甚至比开封市的城墙还高，严重威胁人民的生命和财产安全。

3．环境恶化，灾情频繁

海南省万宁县的森林覆盖率原来高达63％，由于有森林调节，本世纪四、五十年代没发生过干旱。后来，人为的破坏使那里的森林覆盖率降至9.8％，从此以后，自然灾害纷至沓来，从60到70年代，平均每10年就有6年闹旱灾，致使21条河的河水断流，3/4的农田受旱减产，25个水库干涸。特别是森林被毁，使一些珍稀动物失去繁衍基地。那里的动物就难以生存。我国的海南坡鹿、华南虎、黑冠长臂猿等珍贵动物都由于生境遭到破坏而濒临灭绝。

三、草原的利用和保护

　　我国地域辽阔，草场面积达173万平方公里，那里有多种优质牧草和药用植物，还有伊犁马、三河马、蒙古羊、新疆细毛羊等优良种畜。草原是主要的畜牧业基地，我们要保护好草原，防止其退化和沙化。草原退化和沙化的主要原因是：

　　过度放牧是草场退化的重要原因之一。草场的载畜量是有限的，平均每只羊应占有5～15亩上等草场，若羊的数量太多，牧草就会消耗过多，无法及时更新，此时，其他杂草、毒草就趁虚而入，应运而生，改变原有草场的成分，使其成为不适宜放牧的地方。内蒙镶黄旗的草原就是因为载畜过多而退化的，原来那里占优势的是针茅(一种优质牧草)，后来，它被冷蒿和其他杂草取代了。另外，过量牲畜的践踏还会破坏土壤的团粒结构，促使草场荒漠化。

　　盲目开垦是草场退化、沙化的另一主要原因。草被是土壤的保护层。茂密的牧草犹如厚厚的地毯，紧紧地覆盖着地面，其覆盖度高达80％。草地植被的地下茎和根深而牢固，在干旱环境里，草根可延伸到地下1.5～6米深处。有茂密的植被及其根系的保护，草场经得起风吹日晒和雨淋。开垦成作物地后就不同了，因为庄稼的根系一般较浅，植株在地面的覆盖度也远不及牧草，因此，庄稼地保持水土的能力远不如草场。刮大风时，作物地里黄沙滚滚，降雨时，水土流失也比草场严重得多。我国西北部干旱多风，土壤沙性大，草场开垦成农田后，土壤肥力一般只能维持2～3年，这样的土地弃耕后很快就会变成荒漠；荒漠面积越大，风沙的危害就越严重。1993年5月5日，一场特大的黑风暴席卷新疆、甘肃、宁夏和内蒙部分地区，除造成人畜伤亡外，直接经济损失达2.45亿元。究其起因，与近年来把大片草灌丛沙地开垦成耕地而防护林体系又没有完全建立起来有很大关系。

　　国外采用围栏、划区、轮牧等措施保护草场资源，并取得良好效果。我国在一些牧区实行封育退化草场的办法，让其“休闲”1～3年，同时清除毒草，也大大地提高了草场的生产力。

四、建立新的生态平衡

　　巴勒斯坦的内格夫沙漠极其干旱，年降雨量仅300毫米，蒸发量大于降雨量。对发展农业来说，水是关键。该地区有浅层地下水，但含盐量高，不宜用来灌溉。后来，人们找到一个东起内格夫，西至撒哈拉的大型地下水层，贮水量达几十亿立方米，含盐量亦低，是理想的农业用水。有了水，还得研究灌溉方法，传统的喷灌法容易造成土地盐碱化，于是，人们创造出“滴灌”的新技术，他们根据作物的株距，在特制的塑料管道系统上打孔，然后将管子埋在地下，让水通过管孔一滴一滴地“喂”给植物的根部，既省水，又防止土壤盐碱化。发展农业还要注意因地制宜，在那里应注意发展适应干旱地区的生物群落，人们用骆驼取代牛羊的位置，种植的多是耐旱的豆科植物和棉花。滴灌系统还栽培出甜菜、茄子、胡椒、黄瓜、洋葱、西红柿等作物，甚至还出产桔子和梨。经过一番努力，昔日黄沙滚滚的沙漠变成了美丽的绿洲——人们用智慧和双手把沙漠从比尔谢巴向南推进了80公里。

　　我国有一个民勤县，地处巴丹吉林沙漠中。解放前，那里风沙肆虐，曾把县城埋没。解放后，人们在沙漠中建立起治沙站，从1959～1974年间营造了1万多亩林木，以后又建立了一个1千多亩的沙生植物园，园内种植了梭梭、臭柏等适应干旱气候的植物。现在，那里已成为名符其实的沙漠中的绿洲。

第九节 生态系统的划分

　　地球上有多种类型的生态系统，可从不同角度进行分类：

一、从物理学的角度考虑

　　可分为隔离系统、封闭系统和开放系统三种类型。

　　凡有严格的边界，其边界足以阻止任何物质和能量的输入和输出的系统，称为隔离系统。这种生态系统只具理论上的意义，实际上是不存在的。凡有边界，其边界只能阻止系统与周围环境之间的物质交换，却允许能量自由出入的系统，称为封闭系统。例如，宇宙舱生态系统，它就是人工建立的完全封闭的系统，这种系统允许阳光向内透入，热能向外消散，而物质却只能在舱内的生产者、消费者、分解者和非生物成分之间循环。开放系统是边界开放，允许物质和能量与系统周围的环境进行交换的生态系统。森林、草原、湖泊、海洋等自然生态系统都属此类。

二、从人类对系统的影响考虑

　　可分为自然生态系统和人工生态系统两大类。热带雨林、红树林、珊瑚礁等都是典型的自然生态系统。农业生态系统和城市生态系统都属人工生态系统。自然生态系统与人工生态系统之间没有绝对的界限，原因是在当今世界上已很少有不受人类活动影响的地方。

三、按照生态系统所在环境的性质划分

　　可分为淡水生态系统、海洋生态系统和陆地生态系统三大类。陆地生态系统又可进一步分为苔原、泰加林和冷针叶林、阔叶林、热带雨林、热带季雨林、温带疏林、温带落叶林、温带草原、热带稀树草原、热带(无树)草原和荒漠等。这样的划分，就与生物群落的分类和命名成为同一个问题了。

四、几个实例

(一)热带雨林生态系统

属自然生态系统。分布在全年太阳直射或近于直射的地方，即在赤道附近的低纬度地区。高温、潮湿和地下水位不高是形成热带雨林的先决条件，上述地区年平均气温20～28℃，降雨量超过2000毫米，雨量分配较均匀。热带雨林中动植物种类极其丰富，没有明显的优势种。系统中的树木高大，四季常青，有些种类有巨大的板状根，有的有支柱根。林内分层现象明显，林中有大量附生植物和藤本植物。主要动物有猩猩、长臂猿、各种猕猴、多种多样的爬行类和两栖类，昆虫的种类也多，如白蚁、蜈蚣等。我国的西双版纳和台湾恒春地区都有热带雨林。

(二)温带草原生态系统

年降雨量在250～750毫米之间，由于降雨量相对地少，气温又低，无法形成森林。主要的植物有针茅、蒿草、芨芨草和一些豆科植物，常见动物有黄鼠、黄羊、羚羊和野驴等。由于其分层现象不如森林明显，故鸟的种类也比较少。我国的天山北麓有芨芨草生态系统，内蒙古自治区等地都有典型的温带草原。

(三)荒漠生态系统

年降雨量少于300毫米。由于雨量少，昼夜温差大，一般植物难以生长。按照温度条件、又有热荒漠和冷荒漠之分。热荒漠的初级生产者呈灌木状或匍匐状生长，主要由合欢属、大戟属和柽柳属等组成，系统中最主要的消费者有蝗虫、啮齿类和鸟类。我国西北、新疆、内蒙等地的荒漠属冷荒漠、常见植物有柽柳、山艾等，动物有跳鼠、沙鼠等。

(四)城市生态系统

　　属人工生态系统，与自然生态系统不同，它是以人类为中心的系统，其特点是人口密集，绿色植物占的比例小，动物的比例也不大。由于系统中的住房、工业、交通等设施都是人造的，所以必然影响到土壤、气候、植被和动物区系。城市中的能量和物质代谢强度都很高，主要能源是化石燃料，它们燃烧时产生的能量大大地超过一般生态系统中绿色植物固定的能量。城市生态系统的维持必须依赖于周围的农业、草原、森林和水体等生态系统，它产生的有机、无机废物也要依靠其他自然生态系统负荷、处理和转化。然而，它对其他生态系统的反作用也大。总之，现代城市不是独立的、能自我维持、自我调节的生态系统，它与在长期进化过程中形成的自然生态系统有着本质的区别。

(五)农业生态系统

　　同属人工生态系统。它以农作物为主体，其基础是自养的绿色植物。它与自然生态系统的主要区别是：除有日光能输入外，还有人工施予的辅助能，如人力、畜力、化肥、杀虫剂、灌溉以及农业机械作用等。另外，农业生态系统中物种类型减少，所栽培的农作物经受的不是自然选择，而是人工选择，它主要通过两种途径增加产量，其一是施加辅助能量，促使更多的太阳能转化成农产品中的化学能；其二是选育优良品种。

　农业生态系统难免带来一些新问题，如水土流失增加，杀虫剂和化肥污染环境，栽培作物对自然灾害和病虫害的敏感性高和能源消耗大等。

第十节 自然保护区

　　为了保护有代表性的自然生态系统，珍稀濒危动植物、水源涵养林、重要地质剖面、化石产地和自然风景区等而划定进行保护的特定地区。在自然保护区内，禁止随意采伐植物、捕猎动物和变更地形地貌。到1988年底，我国已建成400处以上自然保护区，其中有国家级自然保护区56个，如北京的松山、陕西的太白山、云南的西双版纳、广西的花坪、四川的唐家河、湖北的神农架和海南的大田等自然保护区。我国已有长白山等6个自然保护区加入世界生物圈保护网。(参阅本书第五编生物科技集萃)

根据建立的目的，可将自然保护区分为如下类型：①以保护典型完整综合自然生态系统为主的，如长白山、太白山、武夷山、西双版纳等自然保护区。②以保护珍稀动物为主的，如四川卧龙和王朗保护区(保护大熊猫)、吉林的向海和莫莫格(保护丹顶鹤)、海南的大田(保护坡鹿)和山东的长岛(保护金鵰和大天鹅)。③以保护特有植被为主的，如广西的花坪保护区(保护银杉)、甘肃的东大山区和寿禄山区(保护青海云杉)。④以保护自然风景为主的，如江西庐山自然保护区和台湾玉石山国家公园。⑤以保护特有地质剖面和地貌为主的，如天津蓟县境内的中上元古界地质剖面保护区(保护距今14—12亿年岩层中宏观藻类)。⑥以保护沿海自然环境和自然资源为主的，如海南省的东寨港自然保护区(保护红树林)。建立自然保护区的意义：①自然保护区，尤其是那些未受或较少受人类干扰的地方可为我们提供生态系统的自然本底，其合理的结构和高效的功能可为建立人工生态系统提供依据。②自然保护区是生物物种的天然基因库，它可为人类保存和提供大量有用的物种。据估计，地球上可能有500万种生物，但有记载的只有150万种，由于人类活动的干扰，有许多物种在未被发现前就灭绝了。③自然保护区是进行生物学、生态学和其他科学研究的天然实验基地。④自然保护区是普及自然科学知识和宣传自然保护意义的场所，同时又是活的自然博物馆。⑤自然保护区在改善环境、保持水土、涵养水源、调节气候和维持生态平衡等方面能起良好的作用。⑥有些自然保护区，特别是以保护自然风景为主要目的的保护区是发展旅游业的理想场所。

学习提要

1．生态学是研究生物与其生活场所间相互关系的科学。

2．根据研究范围，可将生态学分为：个体生态学、种群生态学、群落和生态系统生态学。

3．生物圈是地球上全部生物及其生存环境的总称，最大的生态系统。

4．人类是生物圈中威力最大的生物。他取食于自然，也影响着自然，人类目前面临的问题主要是：人口问题、资源问题和污染问题。

5．组成环境所有因素称为生态因素，它包括非生物因子和生物因子两大类。

6．温度、水、光等生态因子影响着生物的分布、生长、发育。生态因子对生物的影响通常表现为多种因子的综合作用。

7．种内斗争和种内互相是同种个体间的关系，它有利于种的繁衍、有利于对环境的适应。

8．竞争、捕食、寄生和共生是不同种的个体间关系，是生存斗争的具体表现。

9．保护色、警戒色、拟态和休眠是生物适应环境的表现，适应具有相对性。

10．食物链有三种类型：活食链、碎屑链和寄生链。它是各种生物由于食物关系形成的一种联系。

11．食物网是多种食物链相互交错形成的复杂营养关系，食物链(网)上的每个环节就是一个营养级。

12．生态金字塔是表示各营养级能量(或生物量，或个体数)关系的图示。

13．生态系统是在一定空间范围内的生物与非生物之间由于不断进行物质循环和能量流动而形成的一个统一整体。它具有一定的空间结构和营养结构。

14．生态系统的能量流动遵循“十分之一法则”，具有一定模式。

15．生态系统的物质循环带有全球性。水循环、碳循环、氮循环。促进物质再循环和良性循环是人类奋斗目标。

16．生态系统具有一定自动调节能力，自然灾害和人类活动是破坏生态平衡的重要因素。

17．森林在维护生态平衡中具有重大作用。

18．地球上的生态系统从不同角度可区分为多种类型。

19．建立自然保护区是保护自然生态系统、维护生态平衡的有力措施。

解题指导

1．对一只生活在田野里的蝗虫来说，它的环境就是： [ ]

A．田野中的植物和蛇、蛙等动物

C．阳光、空气、温度、土壤等因子

C．A与B的总和

D．A与B的总和再加上田野里的其他蝗虫

【解析】环境一般指生物有机体周围一切的总和，包括空间以及其中能直接或间接影响其生存和发展的诸因素。答案A只涉及其周围的生物因子，B只表示周围的非生物因子，都不够全面。此外，讨论环境时应有一个“主体”，题目的主体是“一只蝗虫”，故其他蝗虫也构成其环境，正确答案是D。倘若以整个蝗虫种群为主体，应选择C。

2．在生态学研究中，可把环境分为： [ ]

A．有机环境和无机环境 

B．生物环境和非生物环境

C．生物环境和无机环境 

D．物理环境和化学环境

【解析】“无机环境”的概念不够准确。例如，动植物遗体是“失去生命的”“有机物”，将其归入无机环境范畴中似乎不妥，因为它是有机物，故应归到非生物环境的范畴中。正确答案是B。

3．在一个由植物→雷鸟→猛禽组成的食物链中，若消灭了全部猛禽，雷鸟的种群数量就会： [ ]

A．缓慢上升 

B．迅速上升

C．仍保持相对稳定 

D．先迅速上升后急剧下降

【解析】捕食者对被捕食者种群有调节作用，由于有猛禽捕食，雷鸟种群数量受到限制。去除天敌后，其种群数量失控，迅猛上升。由于种群密度太大，产生了栖息地不够、食物缺乏、雷鸟体质下降等一系列问题；另外，密度大，接触机会多又容易出现流行病等问题。因此，在种群数量上升到一定限度后，必然有大量个体由于饥饿和疾病等原因而死亡，并导致种群数量急剧下降，这种情况叫“种群崩溃”。正确答案是D。

4．下列实例中属于初级生产量范畴的是：______，属于次级生产量的是：______，属于三级生产量的是： [ ]

A．草的生产量 

B．羊的生产量

C．狼的生产量 

D．羊肝片吸虫的生产量

【解析】A属于初级生产量，B、C、D都属于次级生产量。食草动物的生产量属次级生产量，食肉动物的生产量和寄生物以及分解者生物的生产量都属于次级生产量。“三级生产量”是不存在的。

5．在下列几种生态系统中，自动调节能力最大的是： [ ]

A．水稻田 

B．草地

C．北方针叶林 

D．热带雨林

【解析】一般认为，生态系统的自动调节能力的高低与其物种多样性的高低呈正相关关系。物种的多样性越高，结构功能越复杂的生态系统，其抗干扰能力就越强。正确答案是D。

6．下列实例中，属于隔离系统的有______，属封闭系统的有______，属开放系统的有： [ ]

A．敞口的养鱼缸 

B．水池

C．草地 

D．完全封闭的宇宙舱

【解析】隔离系统有严格的边界，这种边界足以阻止任何物质和能量的输入和输出，但这种系统仅具理论上的意义，一般来说是不存在的。D属于封闭系统，在宇宙舱内，物质在生产者、消费者和分解者之间不断循环，自成一个完整的体系，其封闭的边界足以限制舱内与舱外之间的物质交换。但是，它却允许阳光从外界透入，也允许舱内的热量向外散出。A、B、C都属开放系统，鱼缸边界虽明显，但它允许系统内外的物质和能量进行交换，如热量的进入和散失，缸内外的气体交换等。水池的边界更是开放的，池边的树叶、昆虫可落入池中，岸上的有机物和无机盐也可随着雨水流入池内；当然，水鸟也能到池内捕食鱼虾。至于草原，其边界的开放程度就更明显了。

7．如图1-7-8表示某水生生态系统的能量锥体，请根据此图完成各填充题。

A．生态系统中能量流动的渠道是______。

C．从能流方向看，其特点是______。

C．能量传递效率看，______。

D．食物链越长，营养级越多，能量______。

【解析】在生态系统中，能流的渠道是食物链。能流是单向性的，层层递减的。各营养级间的传递效率约为1/10左右，因此食物链越长，营养级越多，能量流失也越多。