生物界的二阶系统（生物圈biosphere是地球上有生命活动的领域及其居住环境的整体）

生物圈(biosphere)是指地球上有生命活动的领域及其居住环境的整体。它包括海平面以上23km至海平面以下12km的范围 。主要由生命物质、生物生成性物质和生物惰性物质组成。

生命物质又称活质，是生命有机体的总和。生物生成性物质是由生命物质所组成的有机矿质作用和有机作用的生成物，如煤、石油、泥炭和土壤腐殖质等。生物惰性物质是指大气低层的气体、沉积岩、粘土矿物和水。

生物圈存在的基本条件

•能够获得来自太阳的充足光能；•存在有可被生物利用的大量液态水 ；•生物圈内要有适合生命活动的温度条件，在此温度变化的范围内的物质存在气态、液态和固态三种变化；•提供生命物质所需的各种营养元素，包括02、C02、N、C、K、Ca、Fe和S等，它们是生命物质的组成或中介。

一、生物与环境

1．环境因素与生物的相互影响

任何生物有机体都不能脱离环境而生存，环境控制和塑造着生物的生理过程、形态构造和地理分布。同时，生物有机体特别是其群体对环境也产生有明显的改造作用。不同的生物种对生态因素和环境的适应能力存在差异。一般来说，对环境适应能力较强的种类，其分布范围亦较广。

2．生物的适应性和指示现象

(1)生物的适应性

生物的适应性 是指生物的形态结构、生理机能、个体发育和行为等与其生存的一定环境条件互相统一、彼此适合的现象。

(2)生物的指示现象

生物的指示现象 是指根据生物种或它们的群体、或生物的某些特征来确定地理环境中其他成分的现象。

二、生物群落

1.种群

占据着一定环境空间的同一种生物的个体集群叫做种群。换言之，种群就是在一定空间中同种生物的个体群。自然界中，种群是物种存在、物种进化和表达种内关系的基本单位，是生物群落或生态系统的基本组成部分，同时也是生物资源开发、利用和保护的具体对象。

2.生物群落

群落 为种群的集合体，是一个比种群更复杂更高一级的生命组织层次。生物群落 在一定地段的自然环境条件下，由彼此在发展中有密切联系的动物、植物和微生物有规律地组合成的生物群体。每个生物群落都是自然界真实存在的一个整体单位，占据着生物圈的一定地区，具有一定的组成和结构，在物质和能量交换中执行着独特的功能。

3.生物多样性

生物多样性包括了遗传多样性（包括一个物种内个体之间和种群之间的差别 ）、物种多样性（一个区域内动植物和其他生物的不同类型 ）和生物群落或生态系统多样性（一个地区内各种各样的生境 ）。多样性在生态系统中的重要性有一部分是由于它们可以为人类服务——水、气体、营养物和其他物质的循环。

三、生态系统

1.概念

在自然界中，一定空间内由生物成分和非生物成分组成的一生态学单位构成生态系统。即：生态系统就是由生命系统和环境系统在特定空间的组合。任何生态系统都具有三个共同特征：Ø能量流动、物质循环和信息传递；Ø具自我调节的能力；Ø属一动态系统。

2.类型：•自养型生物：称为生产者，包括各种绿色植物和化能合成细菌。

•异养型生物：称为消费者，包括草食动物和食肉动物。

•异养型微生物：称为分解者（或还原者），如细菌、真菌、土壤原生动物和一些小型无脊椎动物，它们靠分解动植物残体为生。

3.生态系统的营养结构

生态系统的营养结构指生态系统中的无机环境与生物群落之间和生产者、消费者与分解者之间，通过营养或食物传递形成的一种组织形式。食物链 是生态系统内不同生物之间类似链条式的食物依存关系。营养级食物链上的每一个环节称之。食物网食物链相互交叉形成复杂的摄食关系网称之。

能力传递的1/10律

能量在食物网中流动转移效率是很低的。后一营养级所储存的能量只有大约10％能够被其上一营养级所利用。其余大部分能量被消耗在该营养级的呼吸作用上，以热量的形式释放到大气中去。这在生态学上被称为10％定律或1／10律。

4.生态系统的功能

生态系统的功能主要表现为生物生产、能量流动和物质循环，它们是通过生态系统的核心部分——生物群落来实现的。

(1)生态系统的生物生产

生态系统的生物生产是指生物有机体在能量和物质代谢的过程中，将能量、物质重新组合，形成新的产物(碳水化合物、脂肪、蛋白质等)的过程。

植物性生产或初级生产

绿色植物通过光合作用，吸收和固定太阳能，将无机物转化成有机物的生产过程。

动物性生产或次级生产

消费者利用初级生产的产品进行新陈代谢，经过同化作用形成异养生物自身物质的生产过程。

(2)生态系统的能量流动

生态系统中的能量流动都是按照热力学第一定律和第二定律进行的。在热力学定律的约束下，自然界中大大小小的生态系统处于完美的和谐之中。在热力学定律的约束下，自然界中大大小小的生态系统处于完美的和谐之中。大自然赋予生物多样性使生态系统更加和谐。由于存在着这种多样性，每种生物都会在生态系统中找到适宜的栖息地。生存竞争导致优胜劣汰。当某种病害袭来时，只有某些敏感的物种遭到伤害。灾害过后，幸存的物种可能使生态系统得以复苏。

值得注意的是，自然界的生态平衡很脆弱，易遭外力破坏。人类虽无力改变热力学定律，但往往能轻易地破坏生态金字塔和生物多样性，使不少地区陷入“生态危机”之中。

(3)生态系统的物质循环

自然界的各种元素和化合物在生态系统中的运动为一种循环式的流动, 称为生物地球化学循环。 生物地球化学循环可分为三种主要类型：水循环，气体型循环和沉积型循环。气体型循环主要包括碳和氮的循环，这两个元素的贮存库主要是大气和海洋。循环具全球性。

•碳循环

•碳循环的最简单形式：在有阳光的条件下，植物把大气中的C02转化为碳水化合物，用以构成自身。同时，植物通过呼吸过程产生的C02被释放到大气中，供植物再度利用。

全球碳循环示意图

•碳循环的第二种形式：植物被动物采食后，碳水化合物转入动物体内，经消化、合成，由动物的呼吸排出C02。此外，动物排泄物和动植物遗体中的碳，经微生物分解被返回大气中，供植物重新利用 。

•碳循环的第三种形式：人类通过燃烧煤、石油和天然气等释放出大量C02，它们也可以被植物利用，加入生态系统的碳循环中。此外，在大气、土壤和海洋之间时刻都在进行着碳的交换，最终碳被沉积在深海中，进入更长时间尺度的循环。

•氮循环

氮属于不活泼元素，气态氮并不能直接被一般的绿色植物所利用。氮只有被转变成氨离子、亚硝酸离子和硝酸离子的形式，才能被植物吸收，这种转变称为硝化作用。大气氮进入生物体的主要途径有四种：

•生物固氮(豆科植物、细菌、藻类等)；•工业固氮(合成氨)；•岩浆固氮(火山活动)；•大气固氮(闪电、宇宙线作用)。四种途径中第一种使大气氮直接进人生物有机体，其他则以氮肥的形式或随雨水间接地进人生物有机体。

全球氮循环示意图

•硫循环

地球中的硫大部分储存在岩石、矿物和海底沉积物中，以黄铁矿、石膏和水合硫酸钙的形式存在。 大气圈中天然源的硫包括H2S、SO2和硫酸盐。H2S来自火山活动、沼泽、稻田和潮滩中有机物的嫌气(缺氧)分解等途径，SO2来自火山喷发的气体；大气圈中硫酸盐(如硫酸铵)则来自海浪花的蒸发。大气圈中硫的l／3(包括硫酸盐的99％)来自人类活动，其中的2/3来自含硫化石燃料(煤和石油)的燃烧，其余来自炼油和冶金工业和其他工业过程。

全球硫循环数字表示通量（1012g/a)；小字体表示天然源贡献，大字体表示人为源贡献

四、生态平衡及其破坏

任何一个正常、成熟的生态系统，其结构与功能，包括其物种组成，各种群的数量和比例，以及物质与能量的输出、输入等方面，都处于相对稳定状态。就是说，在一定时期内，系统内生产者、消费者和分解者之间保持着一种动态平衡，系统内的能量流动和物质平衡在较长时期内保持稳定。这种状态就是生态平衡， 如果生态系统中物质与能量的输入大于输出，其总生物量增加，反之则生物量减少。在自然状态下，生态系统的演替总是自动地向着物种多样化、结构复杂化、功能完善化的方向发展。

生态平衡是靠一系列反馈机制维持的。物种循环与能量流动中的任何变化，都是对系统发出的信号，会导致系统向进化或退化的方向变化。生态系统结构愈复杂，物种愈多，食物链和食物网的结构也愈复杂多样，能量流动与物种循环就可以通过多渠道进行，有些渠道之间可以起相互补偿的作用。一旦某个渠道受阻，其他渠道有可能替代其功能，起着自动调节作用。当然，这种调节作用是有限度的，超过这个限度就会引起生态失调，乃至生态系统的破坏。

影响生态平衡的因素既有自然的，也有人为的。自然因素如火山、地震、海啸、林火、台风、泥石流和水旱灾害等常常在短期内使生态系统破坏或毁灭。受破坏的生态系统在一定时期内有可能自然恢复或更新。人为因素包括人类有意识“改造自然”的行动和无意识造成对生态系统的破坏。例如，砍伐森林、疏干沼泽、围湖围海(垦殖)和环境污染等。这些人为因素都能破坏生态系统的结构与功能，引起生态失调，直接或间接地危害人类本身。所谓的“生态危机”大多是指人类活动引起的此类生态失调。

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