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第三节 生态系统的类型
作者:生科院植…    文章来源:西北农林科技大学    点击数:994    更新时间:2010/7/13
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     凡是有生物的地方,生物就与其居住环境构成生态系统。由于生物种类的多样性和非生物环境的差异,在地球表面可形成各种各样的生态系统,因采用的分类标准和方法不同,形成了生态系统的不同划分体系。
     按人类对生态系统的影响程度,可将生态系统分为自然生态系统、半自然生态系统和人工生态系统。
     自然生态系统(natural ecosystem)。凡是未受人类干扰和扶持,在一定空间和时间范围内,依靠生物和环境本身的自我调节来维持相对稳定的生态系统,均属自然生态系统。如原始森林、荒漠、冻原、海洋等。
     人工生态系统(artificial ecosystem)。按人类需求,由人类设计制造建立的、并受人类活动强烈干扰的生态系统为人工生态系统,如城市、宇宙飞船、人工气候室和一些用于仿真模拟的生态系统,如实验室微生态系统(micro- ecosystem)等。
     半自然生态系统(seminatural ecosystem)。介于自然生态系统和人工生态系统之间,在自然生态系统基础上,通过人工对生态系统进行调节管理,使其更好地为人类服务,这类生态系统属半自然生态系统。如农田、农业生态系统等。由于它是人类对自然生态系统的驯化利用,所以又叫人工驯化生态系统(domestic ecosytem)。
     由于人类对生态系统的干扰程度以及生态系统原动力不同,导致三类生态系统在组成、结构、功能、生态学过程方面差异很大。
     按生态系统的环境性质和形态特征,可将生态系统分为水域生态系统和陆地生态系统。水域生态系统根据水体理化性质不同,又分为淡水生态系统和海洋生态系统。陆地生态系统根据植被类型和地貌不同,可分为森林、草原、荒漠、冻原等。
     生态系统的环境性质和形态特征受多种因素影响,这些因素来自环境本身及生物的作用和人类的影响。所以生态系统可按生物成分不同划分为森林生态系统、草原生态系统等;按人类利用方式划分为放牧生态系统、农田生态系统、果园生态系统等。按生态系统的开放程度划分为开放系统、封闭系统和隔离系统,这种划分常用于生态系统的研究。
     一般生态系统都是开放系统,开放系统可不断同外界环境进行能量、物质和信息交换,以维持系统的有序状态。开放是绝对的,封闭是相对的,但为了生产、生活或研究目的,在一定时间和空间范围内允许相对独立的生态系统存在。如人们将宇宙飞船设计成密闭性很好、能够进行能量转化利用、允许能量输入和输出的封闭系统。隔离系统具有封闭的边缘,阻止了物质和能量的输入和输出,与外界处于完全隔离状态,如用作生态实验研究的微生态系统。

一、海洋生态系统

     海洋生态系统包括所有海洋及其海岸,总面积约3.6×108km2,占地球表面70%以上,平均水深2750 m,占全球水量的97%。
     海水是一种混合液体,含有多种溶解固体、气体和少量悬浮有机物,平均含盐量约3.5%。从海岸线到远洋,从表层到深层,随着水的深度、温度、光照和营养状况不同,生物种类、活动能力和生产水平差异很大,从而形成了不同区域的亚系统。在海洋生态系统中,非生物因子(如盐碱度、温度、压力、涌流、海浪、海潮、光强等)对生物群落的组成、结构和分布起着决定性作用。由于海洋从水面到很深的水下都有生物活动,因此也是地球上最“厚”的生态系统。
     1.海岸带:位于海洋和陆地交界处,是海洋最外圈的浅水带。水深不超过100m,约占海洋总面积的2.5%。这个地带接受陆地输入的大量营养物质,故养分丰富,生产力高,但也是最容易受陆地污染物污染的地带。水体的光照条件较好,水温和盐度变化大,地形、底质复杂多样。生产者是一些固定着生的大型植物,如红树(Rhizophora apiculata)、大叶红藻(Rhodophyta)、绿藻(Chlorophyta)、棕藻(Phaeophuta)等。消费者是以这些大型植物为食的海洋动物,如滨螺、牡蛎、蟹、沙蚕等。这一地带也是人类经济活动比较频繁的区域。
     2.浅海带:位于水深200m以内的大陆架部分,约占海洋总面积的7.5%。浅海带也受大陆输入物的影响,营养物质、光照条件、生产力水平仅次于海岸带。主要生产者为浮游植物,如硅藻(Diatoms)、裸甲藻(Pyrrophyta)等。初级消费者为摄食浮游植物的浮游动物,它们与浮游植物一起为大量的海洋动物(如虾、鳕、海鸥、牡蛎等)提供了食料。
     3.远洋带:指水深在200m以上的远洋海区。它是海洋生态系统的主体,约占海洋总面积的90%左右。这一带按深度不同可分为远洋表层带、中层带、深海带和海底带,还包括上涌带和珊瑚礁。远洋表层带光照充足,水温较高,生活着很多小型的、单细胞的浮游藻类和浮游动物,许多远洋的鱼类都生活在这一带。随着深度增加,光线减弱,水层压力加大,生产者不能生存,消费者依靠大量碎屑食物和上层生物为生,多为肉食者。尽管生物种类和个体数量很少,但在万米深的海底仍有动物生存。
     海洋生物主要有浮游、游泳和底栖三大生态类群,种类十分丰富。海洋生态系统的食物链有两种:捕食食物链多始于微小的自养生物,结束于海洋中大型的动物,如鲨鱼、鲸鱼等;碎屑营养链在远海更重要,因为远海的大多数初级生产的物质和能量都是通过它进行循环和流动的。

二、淡水生态系统

     陆地上的江河湖泊及其岸边、河口、淡水沼泽等均属于淡水生态系统。这些水体的形成以及在地球上的分布与气候条件和地质事件有关。与河流相比,湖泊、池塘是相对封闭的生态系统,各种物质多沉积在湖底。河流从源头到河口,生物群落组成多种多样,代谢方式也各不相同。通常在上游植物生产往往不能满足系统中消费者的需求,生物群落能量来源很大程度上依赖于系统外输入,如地表径流所带来的有机物;到河流中段,水生植物数量增多,物种多样性通常达到最大;河流下游,河水常变得混浊,水体透光性下降,导致水生植物的光合作用下降。
     淡水生态系统包括江河、溪流、泉水、湖泊、池塘、水库等陆地水体,总面积为
4.5×107km2。水的来源主要靠降水补给,含盐度低。根据水的流速不同可分为流水和静水两类,它们之间常有过渡类型,如水库等,有时难于把流水与静水截然分开。
     1.流水生态系统:包括江、河、潭、泉、水渠等。流动水一般发源于山区,纵横交错的各级支流汇合成江河,最后多注入大海。随水的流速不同,可分为急流和缓流。在急流中,初级生产者多为由藻类等构成的附着于石砾上的植物类群,初级消费者多为具有特殊附着器官的昆虫;次级消费者为鱼类,一般体型较小。缓流中的初级生产者除藻类外,还有高等植物;消费者多为穴居昆虫幼虫和鱼类,它们的食物能源,除了水生植物外,还有陆地输入的各种有机腐屑。
     2.静水生态系统:包括湖泊、池塘、沼泽、水库等。静水并非绝对静止,只是水流没有一定方向,水的流动缓慢。在静水生态系统中,又可分为滨岸带、表水层和深水层。从滨岸向中心,因水深度不同,初级生产者的种类也不同,依次为:湿生树种,如柳树、水松(Glyptostrobus pensilis)等-挺水植物,如芦苇、香蒲、莲等-浮叶植物,如菱(Trapa japonica)、水葫芦(Eichhornia crassipes)等-沉水植物,如苦草(Vallisneria asiatica)、孤尾藻(Myriophyllum)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)等。消费者为浮游动物、虾、鱼类、蛙、蛇和水鸟等。

三、陆地生态系统

    全球陆地面积为1.5×108km2,约占地球表面总面积的30%。陆地生态系统主要以大气和土壤为介质,生态环境极为复杂。从炎热的赤道到严寒的两极,从湿润的近海到干旱内陆,形成了各种各样的陆地生态环境。按其生境特点和植物群落的生长类型,又可分为荒漠、冻原、草原、森林等生态系统。各种类型的植物群落在地球表面的分布是有一定规律的,它主要取决于植物自身的遗传特征和其所处的环境条件。环境条件中,气候条件,特别是水热的时空分布对植物群落的分布起重要作用。同种类型的群落可以出现在气候相似的不同地区,如温带常绿阔叶林,在中国、法国、美国、俄罗斯均有分布;气候不同,群落分布也不同,如热带雨林和热带荒漠。各种陆地植被生态系统特征见第十四章。

四、农业生态系统

     农业生态系统和一般生态系统一样,是在一个同质区域中或一个有限范围内,通过能量流动和物质循环把生物及其环境联系起来的系统。农业生态系统(agroecosystem)是指以农业生物为主要组分、受人类调控、以农业生产为主要目标的生态系统。
     农业生态系统主要分布在30%的土地面积上(10%的农田和20%的草地),它是生物圈中的一类生态系统,并与自然生态系统形成不可分割的连续整体。到目前为止,凡自然生态系统条件好的基本上都已开垦为农田,建立了各种类型的农业生态系统。由于世界上各个国家或地区自然和社会经济条件不同,农业发展现状差异悬殊,对自然生态系统的驯化程度不同,农业发展的不同历史阶段对自然生态系统的驯化程度也不同。根据农业生态系统的驯化特征可将其分为原始农业生态系统、传统农业生态系统和现代农业生态系统。
     1.原始农业生态系统 是指以刀耕火种的方法清理土地,通过次生演替方式恢复地力的农业生态系统。这种系统的结构单一,系统生产力主要依赖自然生产力,人工投入仅限于简单的播种和收获。作物生长过程中土壤肥力下降很快,一般种植三年以后进行轮歇,通过轮歇恢复地力,这种系统生产力低下。
     2.传统农业生态系统 是连年种植作物并通过轮作倒茬和有机能源投入维持系统生产力的农业生态系统。主要农业生物为人工选育的作物和家畜、家禽等,人力和畜力是农业的主要动力,人畜肥、堆沤肥、绿肥等为主要肥源,作物种植采用间作、混作、套种、轮作等方式。该系统立足于利用地方资源和系统内的物质和能量,具有较大的生态合理性,但缺乏经济合理性,人们满足于温饱,商品生产不发达,经济效益处于次要地位。
     3.现代农业生态系统 是利用现代科学技术,通过大量工业能投入,维持系统高产出的农业生态系统。其特点是机械化程度高,劳动生产率高,人力、物力投入量大,大量自然生态系统过程被人工化,产出也高,但产投效益较低;商品生产发达,生产的主要目的是获得较大的经济效益。
     农业生产的对象是生物,无论是栽培植物或是饲养动物,它们的生命活动都离不开自然环境,都要受气候、土壤等自然环境要素制约。农业生态系统是介于自然生态系统和人造生态系统(如宇宙飞船、城市)之间的一种生态系统类型,与自然生态系统比较,其特点是除太阳能,还有大量人工辅助能(化肥、劳力等)投入,生物多样性简单,如一块农田在一个时间段中常只种一种作物,动植物种类的选择受人工控制,有相当一部分能量通过产品(粮食、牲畜等)输出该系统。总之,农业生态系统是被人类驯化了的生态系统。

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