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分析生態(tài)系統(tǒng)的功能及平衡
分析生態(tài)系統(tǒng)的功能及平衡
錢貴
一、生態(tài)系統(tǒng)的功能
�。ㄒ唬┥鷳B(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)
生態(tài)系統(tǒng)全部生命需要的能量都來(lái)源于太陽(yáng)。能量在生態(tài)系統(tǒng)中的流動(dòng)是按照熱力學(xué)定律進(jìn)行的：能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，轉(zhuǎn)換過(guò)程中不消失，也不增加；能量在流動(dòng)過(guò)程中，沿著從集中到分散，從高到低的方向傳遞，傳遞過(guò)程中會(huì)有一部分能量放散掉。
綠色植物通過(guò)光合作用把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，制造有機(jī)物，提供給消費(fèi)者。綠色植物每年制造的有機(jī)物可達(dá)2000億噸，成為整個(gè)生物圈能量的總來(lái)源。生產(chǎn)者貯存的能量通過(guò)食物鏈傳遞給消費(fèi)者，而動(dòng)植物死后的遺體又被分解者分解成簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物返回環(huán)境。生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者在進(jìn)行能量傳遞的過(guò)程中，自身又要進(jìn)行新陳代謝，消耗一部分化學(xué)能并以熱能的形式散發(fā)到環(huán)境中去。
生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)是通過(guò)食物鏈進(jìn)行的。甲生物以乙生物為食，乙生物以丙生物為食……形成一條以食物把各種生物連續(xù)進(jìn)來(lái)的鎖鏈，叫做食物鏈。例如，在草原上的食物鏈，青草-兔子-狐貍-狼；在池塘里的食物鏈，藻類-浮游動(dòng)物-小魚-大魚-魚鷹，等等。
在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，食物關(guān)系往往十分復(fù)雜，有的相互交錯(cuò)，形成一種網(wǎng)關(guān)關(guān)系，即所謂食物網(wǎng)。生態(tài)系統(tǒng)能量的流動(dòng)就是通過(guò)食物鏈和食物網(wǎng)進(jìn)行的。
在食物鏈上的各個(gè)環(huán)節(jié)稱為營(yíng)養(yǎng)級(jí)。在同一環(huán)節(jié)上起同樣作用的一群生物，屬于同一營(yíng)養(yǎng)級(jí)。生產(chǎn)者為第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)，一級(jí)消費(fèi)者為第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)……一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)一般有四至五個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)，達(dá)到七個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生態(tài)系統(tǒng)是很少見(jiàn)的。低位營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物向高位營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物提供物質(zhì)和能量。由于低位營(yíng)養(yǎng)級(jí)所獲得的能量，通過(guò)自身新陳代謝要消耗一部分，而剩余的能量又只有十分之一被上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)所利用（即十分之一定律），因此高位營(yíng)養(yǎng)級(jí)在數(shù)量上遠(yuǎn)少于低位營(yíng)養(yǎng)級(jí)。這樣遞減，形成了所謂生物量金字塔和生產(chǎn)率金字塔。在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中常�？吹�，處于低位營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物生長(zhǎng)快，繁殖容易，數(shù)量大；而高位營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物繁殖難，生長(zhǎng)慢，數(shù)量也少。要使高位營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物保持一定的數(shù)量，就要保持低位營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的足夠數(shù)量，否則，當(dāng)?shù)臀粻I(yíng)養(yǎng)級(jí)生物因自然和人為原因大量減少時(shí)，將必然導(dǎo)致高位營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的急劇減少甚至滅絕。
從環(huán)境保護(hù)的角度來(lái)看，在食物鏈關(guān)系上一個(gè)值得注意的現(xiàn)象是，進(jìn)入環(huán)境里的有毒物質(zhì)沿食物鏈的富集。毒物首先被生產(chǎn)者攝取，然后沿食物鏈逐級(jí)轉(zhuǎn)移，在轉(zhuǎn)移過(guò)程中其濃度會(huì)成千倍、成萬(wàn)倍地增加，其危害程度也就大大增高。在環(huán)境科學(xué)里，把同一食物鏈上某些元素或難分解的化合物在生物體內(nèi)隨著營(yíng)養(yǎng)級(jí)的提高而逐步增大的現(xiàn)象稱為“生物放大”。
�。ǘ┥鷳B(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)
生物有機(jī)體大約由四十余種化學(xué)元素組成，其中最主要的是碳、氫、氧、氮、磷、硫，它們?cè)谧匀唤缫运⒍趸�、硝酸鹽和磷酸等形式存在。這些物質(zhì)既是自然界中的主要元素，又是生物有機(jī)維持生命現(xiàn)象的主要元素。它們首先被生產(chǎn)者（植物）吸收，經(jīng)過(guò)合成，以有機(jī)物的形式通過(guò)食物鏈在各營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間逐級(jí)傳遞，最后經(jīng)分解者（微生物）分解為無(wú)機(jī)物返回環(huán)境供植物利用。這些物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中周而復(fù)始地循環(huán)，被反復(fù)利用，就形成了生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)。
每一種物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中的選一都有各自的循環(huán)途徑和特點(diǎn)，構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的循環(huán)體系。其中最主要的是水循環(huán)、碳循環(huán)和氮循環(huán)，它們與環(huán)境保護(hù)的關(guān)系非常密切。
以水循環(huán)為例，水由氫、氧組成，是生物體的重要組成成分，一切生物有機(jī)體都含有大量水分。水分子從地面經(jīng)過(guò)蒸發(fā)進(jìn)入大氣，再經(jīng)過(guò)雨、雪等降水形式降到陸地和海洋，形成周而復(fù)始的水循環(huán)。在水循環(huán)中由蒸發(fā)形成的淡水降落到地面對(duì)地球生命現(xiàn)象 具有重要意義。(www.panasonaic.com)如果沒(méi)有淡水來(lái)源，陸地和淡水的生命系統(tǒng)便不能維持。水又是一種溶劑，它成為其他生物循環(huán)的介質(zhì)，很多其他物質(zhì)循環(huán)都要結(jié)合水循環(huán)進(jìn)行，包括污染物在環(huán)境里的遷移轉(zhuǎn)化。因此保護(hù)淡水資源和防止水污染是環(huán)境保護(hù)中的一個(gè)重要問(wèn)題。
二、生態(tài)平衡
在一個(gè)正常的生態(tài)系統(tǒng)中，它的結(jié)構(gòu)和功能包括生物各類的組成、各種種群的比例以及不斷進(jìn)行著的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)都處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，生態(tài)學(xué)上把這種相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)稱為生態(tài)平衡。
生態(tài)平衡是整個(gè)生物圈保持正常的生命維持系統(tǒng)的重要條件，它為人類提供適宜的環(huán)境條件和穩(wěn)定的物質(zhì)資源。在生態(tài)系統(tǒng)能夠保持相對(duì)平衡是因?yàn)閮?nèi)部條件的穩(wěn)定的物質(zhì)資源。生態(tài)系統(tǒng)能夠保持相對(duì)平衡是因?yàn)閮?nèi)部具有自動(dòng)調(diào)節(jié)的能力。一般情況下，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，生物各類越多，食物鏈也越復(fù)雜多樣，物質(zhì)選一的渠道也越多，這樣生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力就越強(qiáng)。反之 ，結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單，成分單調(diào)，調(diào)節(jié)能力越水。不管生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力強(qiáng)與弱，都是有一定限度的。當(dāng)干擾因素的影響超過(guò)調(diào)節(jié)能力的極限時(shí)，調(diào)節(jié)能力就要降低甚至消失，從而引起生態(tài)失調(diào)，甚至整個(gè)系統(tǒng)的崩潰。破壞生態(tài)平衡的因素有自然因素和人為因素兩種。自然因素，如火山爆發(fā)、地震、海嘯、臺(tái)風(fēng)、水旱災(zāi)害、泥石流等，都可以在短期內(nèi)使生態(tài)平衡遭到破壞。人為因素，如建造大型工程，從而大規(guī)模改變環(huán)境條件，大量毀壞植被，從而改變生物的生境，向環(huán)境中大量排放有毒污染物，等等。這些人為因素考取有破壞生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，引起生態(tài)失調(diào)，甚至造成生態(tài)危機(jī)。
從上面的討論可以看到，生態(tài)學(xué)所反映的一些基本規(guī)律是環(huán)境科學(xué)的基礎(chǔ)理論，同環(huán)境保護(hù)有密切的關(guān)系。環(huán)境污染和破壞的最終后果是生態(tài)平衡的破壞，并對(duì)人類的生產(chǎn)和安全帶來(lái)危害。環(huán)境科學(xué)和環(huán)境保護(hù)的任務(wù)，就是要研究生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的范圍，以及人類干擾的限度，以保持人與環(huán)境系統(tǒng)的正常的平衡關(guān)系。
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