生态系统(ecosystem) 是英国植物生态学家A．G．Tansley于1935年首先提出来的。

Tansley发现土壤、气候和动物对植物的分布和丰度有明显的影响。“更基本的概念……是整个系统(具有物理学的概念)，它不仅包括生物复合体，而且还包括了人们称为环境的各种自然因素的复合体。……

不能把生物与其特定的自然环境分开，生物与环境形成一个自然系统。正是这种系统构成了地球表面上具有大小和类型的基本单位，这就是生态系统。

 

(1)构成生态系统的三个必备条件。首先，系统是指彼此之间相互作用、相互依赖的事物，有规律地联合的集合体，是一个有序的整体。如手表、手机、电脑、房屋等等都是一个有序的整体，这些系统都是无生命的，属于物理或机械系统。

构成系统的三个必备条件（以手表为例）：

① 组成要素：表芯、表壳、表带、表盘和后盖，即由两个或两个以上要素组成

②结构上：各要素彼此之间互相联系、互相作用

③功能上：要素之间的联系必须是相干性联系即能产生整体功能。

 

 

生态系统一词是英国植物生态学家Tansly于1936年首先提出来的。

生态系统是指在一定时间和空间范围内，由生物与非生物成分组成，生物与生物之间，生物与非生物成分之间，通过物质循环、能量流动和信息传递而相互联系、相互影响、相互依存，组成的一个生态学功能单位。  

 

（1）非生物成分：生物的活动场所，为生物提供物质和能量，包括：

（2）生产者（也称自养生物）：自然界中的绿色植物通过光合作用制造有机物，转化和储存能量。

（3）消费者（也称为异养生物）：不能制造有机物，直接或简接以植物为食的各种动物，属于异养生物。可分为：食草性动物，食肉性动物，杂食性动物。

（4）分解者（也称为腐生生物，也属于异养生物）：主要是细菌和真菌，还有一些原生动物及蚯蚓、白蚁、秃鹫等大型腐食性动物，它们分解动植物残体、粪便和各种复杂的有机化合物，将有机物分解为简单的无机物。

生态系统中，生物与生物之间、生物群落与环境之间都可以通过各种途径进行相互影响、相互联系。

（5）生态系统各组成成分之间的关系

①生产者通过光合作用制造有机物，将光能转变为化学能，为其他生物提供食物和栖息场所，是生态系统的基石，是生态系统中不可缺少的主要成分。

②消费者通过自身代谢把有机物分解为无机物，回归自然，加快了生态系统物质循环，还对植物的传粉受精和种子传播具有重要的作用。

③分解者将动植物残体中复杂的有机物分解成简单的有机物，归还无机环境，是物质循环的关键成分。

总的说来，生态系统中各组成成分之间通过物质循环、能量流动和信息传递相互影响、相互依存、相互联系，构成一个完整的功能单元。联系生物群落和无机环境的两大“桥梁”是生产者和分解者

 根据生态系统的概念及其组成，在自然界中，只要在一定空间内存在生物和非生物两种成分，并能互相作用达到某种功能上的稳定性，就可以看作为一个生态系统。因此，在我们居住的地球上有大大小小的生态系统，大至生物圈（biosphere）或生态圈（ecosphere），海洋，陆地，小至一片森林、一片草原、 一个湖泊、一个小池塘，甚至含有微生物的一滴水、一块培养基。

在这里，利用多媒体呈现出大小不一的，多种多样的生态系统的画面。

生态系统的结构是生态系统功能能够顺利进行的根本保证。任何一个生态系统都具有一定的结构，包括形态结构、组分结构和功能结构。其中，生态系统中各生物之间最重要的联系就是因为食物而发生的营养联系，即功能结构。

生态系统的结构主要包括：

1、形态结构   2、组分结构   3、功能结构

形态结构也称为空间结构，是指生态系统中各种生物的空间配置状况，即生物群落的空间格局，包括垂直结构和水平结构，它是一个生态系统的基本骨架。

 

 组分结构也称为物种的数量结构，是指生态系统中各类物种在数量方面的分布特征。

不同类型的生态系统，物种数量及规模差异很大，如水域生态系统的生产者主要是借助于显微镜才能分辨的浮游藻类，而森林生态系统中的生产者是一些高达几米甚至几十米的灌木和各种乔木。

即使是一个比较简单的生态系统，要全部弄清它的物种结构也是极其困难的，也是不可能的。因此，在实际工作中，主要以群落中的优势种类作为组分结构的研究对象。 

 

功能结构是生态系统中生物成分之间通过食物链或食物网构成的网络结构或营养位级，即营养结构，简单地说，生态系统的功能结构就是食物链和食物网，是生态系统能量流动和物质循环的基础。

1.食物链

（1）定义：

所谓食物链是指生产者所固定的能量和物质，通过一系列取食和被食的关系在生态系统中传递，各种生物按其食物关系排列的链状顺序，又称为营养链。

如：在水体生态系统中，食物链从低到高分别为，浮游植物，浮游动物和肉食性鱼类。这表明了食物链是生态系统能量和物质流动的基本途径。没有食物链，生态系统基本不能发生任何能量和物质流动。

（2）食物链的特点：

①生态系统中的食物链不是固定不变的，它不仅在进化历史上有改变，在短时间内也有改变。只要在生物群落中成为核心的、数量上占优势的种类，食物联系比较稳定。关键作用种的消失，就可能引起生态系统的剧烈变动。

②生态系统中的能量在沿着食物链的传递过程中，每从一个环节到另一个环节，能量大约要损失90％，也就是说能量的转化效率大约只有10%。

越是处在食物链顶端的动物，数量越少、生物量越小，能量也越少，而顶端肉食动物数量最少，不可能再有别的动物以它们为食，因为从它们身上所获取的能量不足以弥补为搜捕它们所消耗的能量。

一般说来，能量从太阳开始沿着食物链传递几次以后就所剩无几了，所以食物链一般很短，通常只由3～5个环节构成，很少有超过6个环节的。

（3）食物链的类型

生态系统中，一般均有两类食物链。第1类是捕食食物链或者是牧食食物链，以草食动物捕食植物的活体开始；第2类是碎屑食物链或者是腐食食物链，从分解动植物尸体或粪便中有机物质颗粒开始。

捕食食物链虽然最容易看到，但它在陆地生态系统和很多水生生态系统中并不是主要的食物链，只在某些水生生态系统中，捕食食物链才是主要食物链，在陆地生态系统中，净初级生产量只有很少一部分通向捕食食物链。

在大多数陆地生态系统和浅水生态系统中，生物量的大部分不是被取食，而是死后被微生物所分解，因此大多数陆地生态系统和浅水生态系统是以碎屑食物链为主。

碎屑食物链可能有两个去向，就是微生物或大型食碎屑动物，这些生物类群对能量的最终消散所起的作用，已引起了生态学家的重视。

除了以上两类食物链外，还有第3类，寄生食物链，以大动物为基础，由小动物寄生到大动物身上构成的。由于寄生物的生活史很复杂，所以寄生食物链也很复杂。

例如，寄生在哺乳动物和鸟类身上的跳蚤反过来可以被细滴虫所寄生。又如，小蜂把卵产在姬蜂或寄生蝇的幼虫体内，而后者又寄生在其他昆虫幼虫体内。在这些寄生食物链内，寄主的体积最大，沿着食物链寄生物的数量越来越多，体积越来越小，与捕食食物链不同。

（2）食物网

所谓食物网就是生态系统中多条食物链彼此交错连结，形成一个网状结构，如图所示。

一个复杂的食物网是生态系统保持稳定的重要条件。一般认为，具有复杂食物网的生态系统，不会因为某一种生物的消失而发生剧烈波动和失调；但食物网简单的生态系统，会因为某一种生物的消失而发生波动和毁灭，特别是在生态系统功能上起关键作用的种。

（3）研究食物链和食物网的理论和实践意义

通过研究生态系统的功能结构，弄清食物链和食物网的组成及其量的调节，具有十分重要的理论和实践意义。

①带来很大的经济价值。

我们可以从《物种起源》书中“猫与牛”的故事得到答案。英国的牛主要靠优质的红三叶草为饲料，而红三叶草的兴衰与给它传粉的丸花蜂有很大的关系。

奇妙的是丸花蜂的多少，又决定于田鼠的数量，因为田鼠吃蜂房和蜂幼虫，田鼠势旺丸花蜂便衰败。

而猫吃田鼠，猫多了，田鼠就少，田鼠少了，丸花蜂数量就多，红三叶草就兴盛，牛就养得壮了。

有趣的是当年英国海军的主要食品是牛肉罐头，看起来，英国海军的强大，猫也立一功。

这个故事告诉我们，一切事物处于普遍联系之中，这是辩证法最基本的观点，表面看起来不相关的生物却盛衰相依。

②通过食物链和食物网，有害物质会发生富集作用，导致危害现象。

自然界不能降解的一些物质如重金属元素、杀虫剂或其它有害物质，在环境中的含量并不高，但经过食物链逐渐积累和浓缩，在生物体内高度富集，达到一定的浓度，对生物体产生危害。

1.营养级的定义

所谓营养级就是指：食物链或食物网中，凡是以相同的方式获取相同性质食物的植物类群或动物类群可称作一个营养级。一个营养级是指处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。

如绿色植物和所有自养生物都位于食物链的起点，即食物链的第一环节，构成第一个营养级。

因此，营养级之间的关系不是指一种生物与另一种生物之间的营养关系，而是指一类生物与处在不同营养级上另一类生物之间的关系。

2.营养级分级

作为生产者的绿色植物和所有自养生物都位于食物链的起点，构成第一个营养级。

所有以生产者为食的动物处于第二个营养级，即草食动物营养级。

第三个营养级包括所有以草食动物为食的肉食动物。以此类推，还有第四个营养级和第五个营养级等。

3.营养级别与消费者级别的关系

营养级别与消费者级别是不同的，但两者又相互联系。两者之间的关系可表示为：营养级别=消费者级别+1

4.营养级数

由于能量流动在通过各营养级时会急剧减少，所以食物链不可能太长，生态系统中的营养级也不会太长，一般只有四、五级，很少有超过六级的。

5.同营养级生物

从生产者算起，经过相同级数获得食物的生物称为同营养级生物。但是在群落或生态系统内其食物链的关系是复杂的，除生产者和限定食性的部分食草性动物外，其他生物大多数或多或少地属于2个以上的营养级，同时它们的营养级也常随年龄和条件而变化。

因此，为了便于分析，需要依据动物的主要食性决定它们的营养级，因为在进行能流分析的时候，每一种生物都必须置于一个确定的营养级中。

 

 

我们把生态系统中各个营养级生物体的个体数量、生物量、能量，按营养级顺序排列并绘制成图，因其形似金字塔，故称为生态金字塔或生态锥体。

从定义上看，生态金字塔可分为数量金字塔、生物量金字塔和能量金字塔3种。

1.数量金字塔

数量金字塔是以单位时间内，各营养级的生物个体数量为指标绘制成的金字塔，反映营养级与生物个体数量的关系。

一般每一个营养级，包括生物数量随着营养级的上升而递减，但由于数量金字塔只考虑各营养级个体的数目而没有考虑个体的大小，有时会出现金字塔倒置现象。

例如：

人们对一片森林所有生物成员作了统计：

生产者（野草）842424株

初级消费者（昆虫）6708642只

次级消费者（吃昆虫的鸟）354904只

三级消费者（吃小鸟的鹰）56362只

2.生物量金字塔

生物量金字塔是以每一个营养级中生物的总重量为指标绘制成的金字塔，反映营养级与生物量的关系。

一般低营养级的生物量比相应高营养级的生物量要大，例如：水域生态系统生物量金字塔。但部分生态系统中也会出现低营养级的生物量比相应高营养级的生物量小的情况，呈倒锥体形生物金字塔。

 

3.能量金字塔

能量金字塔是以每一个营养级中生物的总能量为指标绘制成的金字塔，反映营养级与能量的关系。

能量通过各营养级逐级减少，越到金字塔的顶端，生物的总能量越少。因此，能量金字塔永远不会出现倒置现象。

例如：某一生态系统1平方米面积上

生产者（植物）36922  千焦

消费者І（草食动物）6178千焦

消费者Ⅱ（肉食动物）280千焦

消费者Ⅲ（肉食动物）25千焦

4.生态金字塔的意义

不同金字塔能形象地说明营养级与能量、生物个体数量、生物量之间的关系，是定量研究生态系统功能结构的直观体现。

5.三种金字塔的比较

（1）生物量金字塔片面强调重量易夸大大型动物的作用

（2）数量金字塔片面强调数量易夸大小型动物的作用

（3）生物量金字塔、数量金字塔在某些生态系统中都会出现倒置金字塔，但能量金字塔不会出现这种情况。

因此，3种生态金字塔中，只有能量金字塔能够较切实地反映生态系统功能。