生态系统

走进大自然的家园

在之前的学习中，我们初步了解了自然界中生物的多样性以及它们各自的特点。进入本内容的学习，我们将进一步探索这些生物和它们所处环境如何组成一个完整的生态系统。

当我们走进校园的花园，或者到公园里散步时，总能看到各种各样的生物。草地上有嫩绿的小草，树上有叽叽喳喳的小鸟，花丛中有忙碌采蜜的蜜蜂，泥土里有辛勤劳作的蚯蚓。这些生物和它们周围的环境组成了一个完整的整体，我们称之为生态系统。

生态系统就像一个大家庭，每个成员都有自己的角色和责任。在这个家庭中，生物们相互依存、相互影响，共同生活在同一个环境中。阳光洒下温暖的光芒，空气中弥漫着泥土的芬芳，溪水潺潺流过，这一切构成了生物赖以生存的基础。

在四川的卧龙自然保护区，大熊猫在茂密的竹林中悠闲地啃食竹子，金丝猴在树枝间跳跃嬉戏，溪流中的鱼儿自由游动，地面上的苔藓和蕨类植物铺满了林间小道。这片森林就是一个典型的生态系统，在这里，每一种生物都找到了自己的位置。

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生态系统中的非生物因素

虽然我们常常把注意力放在各种动物和植物身上，但生态系统中还有一些看似普通却至关重要的非生物因素。这些因素就像舞台的布景，为生物的表演提供了必要的条件。

阳光是生态系统中最重要的能量来源。每天清晨，当第一缕阳光照射到森林时，树叶就开始了光合作用的工作。阳光不仅为植物提供了制造养分的能量，还影响着动物的活动节奏。向日葵会随着太阳的方向转动，许多鸟类在黎明时分开始觅食，而蝙蝠则在夜幕降临后出来捕食昆虫。

空气是所有陆地生物呼吸的必需品。植物通过叶片上的气孔与空气进行气体交换，吸收二氧化碳释放氧气；动物则通过呼吸吸入氧气呼出二氧化碳。在青藏高原这样的高海拔地区，空气稀薄，氧气含量较低，生活在那里的牦牛和藏羚羊经过长期的适应，已经能够在这样的环境中正常生活。

水是生命之源。在内蒙古的草原上，每到夏季雨水充沛的时候，草原就会变得郁郁葱葱，牛羊成群；而在干旱的冬春季节，草原则显得有些荒凉。水不仅是生物体的重要组成部分，还参与了生物体内的各种生理活动。植物通过根系吸收土壤中的水分，动物则通过饮水或者食物来获取水分。

土壤是陆地生态系统的基础。在东北的黑土地上，肥沃的土壤中蕴藏着丰富的有机质和矿物质，这里出产的粮食品质优良、产量很高。土壤为植物提供了生长所需的养分和固定根系的场所，同时也是许多小动物的家园。蚯蚓在土壤中穿行，既能改善土壤的通气性，又能把有机物转化为植物可以吸收的养分。

温度是影响生物生存的重要因素。在海南岛，全年气温较高，这里生长着茂密的热带雨林，椰子树、橡胶树等热带植物生长旺盛；而在黑龙江，冬季气温可达零下三十度，这里的植物必须经受住寒冷的考验，东北虎、驯鹿等动物也进化出了厚厚的皮毛来抵御严寒。

下面这个表格总结了主要非生物因素对生物的影响：

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生态系统中的不同角色

生产者

在生态系统这个大家庭中，植物扮演着生产者的角色。它们就像勤劳的农民，利用阳光、水和二氧化碳，通过光合作用制造出有机物，为自己也为其他生物提供食物和能量。

在长江中下游的平原地区，每到春季，农民们就开始在田里播种水稻。经过几个月的生长，稻苗从嫩绿的幼苗长成金黄的稻穗，这个过程就是光合作用不断积累的结果。水稻从土壤中吸收水分和矿物质，从空气中吸收二氧化碳，在阳光的照射下，叶片中的叶绿素将这些原料转化为淀粉等有机物储存在稻米中。

森林中的树木是更加庞大的生产者。在云南的西双版纳热带雨林中，高大的望天树可以长到七八十米高，它们巨大的树冠像一把把绿伞，为林下的植物提供了阴凉的环境。这些树木每年通过光合作用可以固定大量的二氧化碳，释放出我们呼吸所需的氧气，同时也为森林中的各种动物提供了食物和栖息场所。

即使在水生环境中，也有生产者在默默工作。在太湖、洞庭湖这样的大型淡水湖泊中，漂浮在水中的藻类就是重要的生产者。虽然它们个体微小，肉眼几乎看不见，但数量极其庞大，通过光合作用制造的有机物养活了湖中的鱼虾和其他水生动物。

消费者

如果说植物是生产者，那么动物就是消费者。它们无法像植物那样自己制造食物，必须通过取食其他生物来获取能量和营养。在生态系统中，消费者根据食物来源的不同可以分为不同的类型。

草原上的羊群专门吃草，它们是植食性动物，也叫做一级消费者。在内蒙古大草原上，夏季水草丰美时，成群的绵羊和山羊在草地上悠闲地吃草。它们的消化系统经过长期进化，已经能够高效地消化植物纤维。羊有四个胃，可以反复咀嚼食物，把坚韧的草料磨碎消化。

以草食动物为食的动物叫做肉食性动物，也是二级消费者。在草原上，狼就是典型的肉食性动物。狼通常成群结队地捕猎，它们会选择年老体弱的羊或者其他草食动物作为猎物。这样的捕食行为看似残酷，实际上对维持草原生态平衡有重要作用。

还有一些动物既吃植物也吃动物，我们称它们为杂食性动物。野猪就是一种杂食动物，它们既会用鼻子拱开地面寻找植物的根茎和果实，也会捕食一些昆虫、小鸟或者小型哺乳动物。在秦岭山区，野猪在森林生态系统中扮演着重要角色。

在青藏高原上，藏羚羊吃高原上的草本植物，而雪豹则捕食藏羚羊和其他高原动物。在东北的大兴安岭，梅花鹿以树叶和草为食，而东北虎则位于食物链的顶端，捕食梅花鹿、野猪等大型动物。这样的取食关系在各种生态系统中都普遍存在。

分解者

在生态系统中，还有一类特殊的生物，它们默默无闻地工作着，却发挥着不可替代的作用，这就是分解者。分解者主要包括细菌和真菌，它们能够把动植物的遗体、排泄物等有机物分解成简单的无机物，使这些物质重新回到环境中被植物利用。

在秋天的森林里，当树叶纷纷飘落时，地面上很快就会积累厚厚的一层落叶。但到了第二年春天，这些落叶大多都消失了。这是因为土壤中的细菌和真菌正在辛勤地工作，它们分泌出各种酶，把落叶中的纤维素、蛋白质等复杂的有机物分解成二氧化碳、水和矿物质。这些分解产物重新回到土壤和空气中，又可以被植物吸收利用。

蘑菇是我们比较熟悉的真菌。在云南的松林中，每到雨季就会长出各种各样的野生菌，像松茸、牛肝菌等。这些蘑菇其实只是真菌的子实体，真菌的主体是由无数细丝组成的菌丝体，在土壤或朽木中蔓延生长。它们能够分解枯枝落叶，在分解过程中释放出植物需要的养分。

在长江里，当鱼儿死去后，它的尸体会慢慢沉到江底。水中的细菌很快就会附着在鱼的尸体上，开始分解工作。不久，鱼的尸体就会被完全分解，其中的营养物质溶解在水中，又可以被水生植物吸收利用。这样的循环过程确保了生态系统中的物质能够不断地循环使用。

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食物链

在生态系统中，生物之间通过取食关系形成了一条条食物链。食物链描述的是“谁吃谁”的关系，它清楚地展示了能量和物质在生态系统中的流动路径。

在青海湖边的草地上，有这样一条简单的食物链：草→鼠→鹰。草通过光合作用制造有机物，鼠以草为食，鹰又捕食鼠。能量和物质就这样沿着食物链传递。当鹰吃掉一只鼠时，鼠体内储存的能量就转移到了鹰的体内。

在海洋中也有类似的食物链。在渤海湾，浮游植物通过光合作用制造有机物，小虾以浮游植物为食，小鱼吃小虾，大鱼吃小鱼，最后可能被海豹捕食。这是一条典型的海洋食物链：浮游植物→浮游动物→小鱼→大鱼→海豹。

食物链通常从生产者开始，经过若干个消费者，每一个环节我们称为一个营养级。在大多数生态系统中，食物链的长度一般不超过五个营养级。这是因为能量在传递过程中会逐级递减。据研究，能量在从一个营养级传递到下一个营养级时，大约只有百分之十到百分之二十能够被利用，其余的都以热量的形式散失了，或者被生物自身的生命活动消耗了。

下面这个图表展示了一个典型草原生态系统中的能量流动情况：

从图表中可以清楚地看到，随着营养级的升高，可利用的能量急剧减少。这就解释了为什么草原上草的数量最多，鼠的数量次之，蛇更少，而鹰最少。这种现象在各种生态系统中都普遍存在。

在秦岭山区的森林里，有这样一条食物链：树叶→毛虫→小鸟→蛇→老鹰。如果用数字来表示各种生物的数量，我们会发现树叶的数量是数以万计的，毛虫的数量可能有几千条，小鸟有几十只，蛇只有几条，而老鹰可能只有一两只。这种数量关系形成了一个金字塔形状，我们称之为生态金字塔。

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食物网

在真实的生态系统中，生物之间的关系远比单一的食物链要复杂得多。一种动物往往不只吃一种食物，一种生物也可能被多种动物捕食。这样许多食物链相互交错，形成了食物网。

在东北的长白山自然保护区，森林里有各种各样的植物：橡树、松树、草莓、蘑菇等。野猪既吃橡树的果实，也吃草莓和蘑菇，有时还会捕食昆虫和小型动物。梅花鹿主要吃树叶和嫩草。狼既会捕猎野猪，也会捕食梅花鹿。熊不仅吃浆果和坚果，还会捕鱼，偶尔也会捕食小型哺乳动物。老鹰会捕食兔子、松鼠和小鸟。这些复杂的取食关系交织在一起，形成了一个复杂的食物网。

下面这个图表展示了一个简化的森林生态系统食物网：

这个图表展示了食物网中不同生物种群数量的动态变化。我们可以看到，当植物数量减少时，以植物为食的草食动物数量也会随之下降；而当草食动物数量减少时，肉食动物的数量也会受到影响。各种生物的数量在波动中保持着相对稳定，这正是食物网调节作用的体现。

食物网的存在使生态系统更加稳定。如果某一条食物链中的某个环节出了问题，生物还可以通过食物网中的其他途径获得食物。在黄河湿地，水鸟既可以吃鱼，也可以吃螺、虾和昆虫。如果某一年鱼的数量减少了，水鸟还可以吃其他食物，不至于因缺少食物而大量死亡。

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中国丰富多彩的生态系统

我们伟大的祖国幅员辽阔，从南到北，从东到西，分布着各种各样的生态系统。每一种生态系统都有其独特的环境条件和生物组成，共同构成了中国丰富的生物多样性。

森林生态系统是陆地上最复杂的生态系统之一。在东北的大兴安岭和小兴安岭，分布着我国最大的温带针叶林。这里生长着红松、落叶松、云杉等树种，林中栖息着东北虎、棕熊、驼鹿等大型动物，还有许多鸟类和小型哺乳动物。森林不仅为这些动物提供了食物和栖息地，还涵养水源、保持水土、调节气候。在云南、广西和海南，则分布着茂密的热带雨林，这里常年温暖湿润，生物种类之多令人惊叹。

草原生态系统主要分布在我国的北方和西部地区。内蒙古大草原一望无际，草原上生长着针茅、羊草等多年生草本植物。每到夏季，草原上开满了各种野花，牛羊成群，骏马奔腾。草原生态系统为畜牧业提供了天然的牧场，同时也是候鸟迁徙的重要停歇地。在青藏高原上，还分布着特殊的高寒草原，这里海拔高、气温低，但依然生活着藏羚羊、野牦牛等珍稀动物。

湿地生态系统被称为“地球之肾”，具有净化水质、调节气候、防洪蓄水等重要功能。在长江中下游地区，分布着众多的淡水湖泊和沼泽湿地。洞庭湖、鄱阳湖等大型淡水湖是许多鱼类的产卵场和候鸟的越冬地。每年冬季，成千上万的候鸟从西伯利亚飞到这里过冬，场面十分壮观。在东北的三江平原和松嫩平原，分布着广阔的沼泽湿地，这里是丹顶鹤等珍稀鸟类的繁殖地。

海洋生态系统覆盖了地球表面的大部分。我国拥有漫长的海岸线，渤海、黄海、东海和南海各具特色。在近海海域，生长着大量的海藻和浮游植物，它们是海洋食物链的起点。这里生活着各种鱼类、虾蟹、贝类等海洋生物。在南海，还分布着美丽的珊瑚礁，珊瑚礁被称为"海洋中的热带雨林"，为众多海洋生物提供了栖息和繁殖的场所。

下面这个表格对比了我国几种主要生态系统的特点：

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探索身边的生态系统

了解了生态系统的基本知识后，我们可以到校园或者附近的公园去实地观察一个真实的生态系统。这样的实践活动能够帮助我们更好地理解生态系统的组成和功能。

校园里通常都有一些绿化区域，可能是一片小树林，也可能是一个小花园。我们可以选择这样一个区域作为观察对象。首先，观察这里有哪些植物。高大的乔木如梧桐树、银杏树，较矮的灌木如月季、杜鹃，还有地面上的草坪和各种草本植物。这些植物就是这个生态系统的生产者。

接着，寻找这里的动物。可能会看到麻雀在树枝上跳跃，蝴蝶在花丛中飞舞，蜜蜂忙着采蜜，蚂蚁在地面上排队前行。仔细观察，还可能发现树皮下藏着一些小虫子，草丛中有蚱蜢在活动。这些动物都是消费者。我们可以尝试判断它们的食性，比如蜜蜂吃花蜜和花粉，蚱蜢吃植物的叶子，麻雀可能吃昆虫也吃植物的种子。

在树下的枯枝落叶层，我们还可以发现一些真菌，比如小蘑菇。如果翻开落叶，可能会看到一些已经部分腐烂的叶片，这就是分解者工作的结果。蚯蚓也可能在土壤中活动，它们既是消费者，也帮助分解有机物。

观察这个小型生态系统时，我们还应该注意非生物因素的影响。这里的阳光照射情况如何？是全天有阳光还是只有部分时间有阳光？土壤是干燥的还是湿润的？如果有水池或小溪，水的流动情况怎样？温度如何？这些因素都会影响生物的生活。

我们可以用下表来表示这个生态系统中的食物网：

在这个表中，“生产者”如树叶和花朵，为初级消费者（毛虫、蝴蝶）提供食物；初级消费者又会被次级消费者（小鸟、蜘蛛）捕食；部分次级消费者（如小鸟、麻雀）处于链顶。通过这种表格的形式，我们可以直观地看到不同生物之间的食物关系，这些不同的食物链互相交织，形成了一个简单的食物网。

通过这样的实地观察，我们会发现，即使是一个很小的区域，也是一个完整的生态系统。在这里，生产者、消费者和分解者各司其职，阳光、空气、水和土壤为生物提供了生存条件，各种生物通过食物链和食物网相互联系，形成了一个有机的整体。

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生态系统的物质循环

生态系统不是一个封闭的系统，其中的物质在不断地循环流动。碳、氮、氧等元素在生物和环境之间不断循环，这种循环保证了生态系统能够长期存在。

碳循环是生态系统中最重要的物质循环之一。大气中的二氧化碳通过植物的光合作用被固定到有机物中。当动物吃植物时，有机物中的碳进入动物体内。动物和植物通过呼吸作用把一部分碳以二氧化碳的形式释放回大气。当动植物死亡后，分解者把它们的遗体分解，其中的碳又以二氧化碳的形式回到大气中。就这样，碳在大气、生物体和土壤之间循环流动。

在四川盆地的稻田里，水稻通过光合作用吸收空气中的二氧化碳，把碳固定在稻米中。农民收获后，稻米被运到城市，成为人们的食物。人们吃了大米后，通过呼吸把碳以二氧化碳的形式释放出来。稻田里剩下的稻草被翻进土里，经过分解也会释放出二氧化碳。这样，碳又回到了大气中，可以被植物重新利用。

水循环也是生态系统的重要组成部分。海洋、湖泊和河流中的水在阳光照射下蒸发成水蒸气，上升到空中形成云。当云中的水蒸气冷凝，就会形成雨雪降落到地面。降到地面的水一部分被植物吸收利用，一部分渗入地下，一部分汇入江河最终流回海洋。植物吸收的水通过蒸腾作用又回到大气中。这样，水在大气、陆地、海洋和生物体之间不断循环。

在秦岭山区，降雨落到地面后，一部分被森林中的植物吸收，通过植物的蒸腾作用又回到大气中；一部分渗入土壤，补充地下水；还有一部分汇集成溪流，流入渭河，最终汇入黄河。这个过程中，森林就像一个巨大的“蓄水池”，调节着水的流动。

这个图表展示了某地全年的降水量和蒸发量变化。我们可以看到，在雨季（6-8月），降水量大于蒸发量，这时多余的水分会储存在土壤中或形成地表径流；在旱季（11月至次年3月），蒸发量大于降水量，植物和土壤中储存的水分就会逐渐减少。这种季节性的变化是许多生态系统的共同特征。

物质循环的意义在于，它使生态系统中的物质能够反复利用，不会枯竭。如果没有物质循环，植物很快就会把土壤中的养分消耗殆尽，而动物的排泄物和遗体会在环境中不断积累。正是因为有了分解者和物质循环，生态系统才能够持续运转，生生不息。

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本节练习

第一题：在一个池塘生态系统中，有水草、浮游植物、小鱼、大鱼、青蛙和水鸟。请根据这些生物构建一个食物网，并说明哪些是生产者，哪些是消费者。如果由于污染导致浮游植物大量死亡，会对这个生态系统产生什么影响？

第二题：为什么说“森林是大自然的绿色屏障”？请从生态系统的角度，说明森林的重要作用。

第三题：在草原上，牧民们发现，如果放养的羊太多，草原就会退化，草长不好；但如果完全不放羊，草原的生产力也不是最高的。请用生态系统的知识解释这个现象。

第四题：在一个森林生态系统中，发现了一条这样的食物链：橡树→松鼠→黄鼠狼→老鹰。如果某一年橡树的果实因为天气原因大量减产，请预测这条食物链上各种生物数量的变化趋势，并说明原因。

第五题：学校的生物兴趣小组在校园的一角建立了一个小型生态园，种植了一些蔬菜和花卉。但他们发现菜叶上很快就爬满了菜青虫，而且数量越来越多。有同学建议喷洒农药杀死菜青虫，也有同学建议引入瓢虫和小鸟来控制菜青虫。请从生态系统的角度分析，哪种方法更好？为什么？