[学习要求]

1.熟悉生态系统的功能。   

[学习内容]

     

一、植物与生态系统的物种流

1.物种流  是指物种的种群在生态系统内或系统之间时空变化的状态。物种流是生态系统一个重要过程，它扩大和加强了不同生态系统间的交流和联系。提高了生态系统的服功能。

种流主要有三层含义：

（1）生物有机体与环境之间相互作用所产生的时间、空间变化的过程；如植物从发芽、成苗、开花、结果、死亡的过程，对系统而言就是物种流动。

（2）物种在生态系统内或系统之间格局和数量的动态，反映了物种关系的状态，如寄生、捕食、共生等；

（3）生物群落中物种组成、配置，营养结构变化，外来种和本地种的相互作用，生态系统对物种增加和空缺的反应等。

2. 物种流的特点

2.1迁移、入侵   迁移多指生物有规律的扩散或移动。一般是有规律的习性和行为表现，有一定的途径和路线。入侵指生物由原发地侵入到新的生态系统的过程。 

2.2 有序性 有季节、有年龄、有成熟个体先后。

2.3 连续性  运动是连续不断的。

2.4 连锁的 种向外扩散是成批的。

3.物种流对生态系统的影响

3.1新增种造成系统内原有种大量灭绝

3.2去除种造成系统内其他种的猛增。

3.3新增种改变了生态系统发展方向。

3.4物种丧失、空缺所造成分解作用及其速率的影响

3.5通过资源利用改变了生态系统的结构和功能

3.6对生态系统间接的影响  外来种侵入后改变原有生态系统的干扰机制，从而改变了生态过程。

二、植物与生态系统的物质生产

    物质生产是指生物获得能量和物质后建造自身的过程。物质生产积累能量的速率，称为生产力。

    绿色植物通过光合作用，吸收和固定太阳能，把无机物转化成有机物，是生态系统能量存储的初级阶段，称为初级生产或第一性生产。
    初级生产以外的动物性生产称为次级生产，或称为第二性生产。

没有初级生产，就没有次级生产，初级生产的规模和速度决定了次级生产的规模和速度，次级生产的总和小于初级生产。

植物初级生产的重要性集中体现在以下两个方面：

植物的初级生产力决定了其他生物生存和发展的基本物质条件；

植物的初级生产方式决定了其他动物获得资源的方式。

三、植物与生态系统的能量流动

   能量的固定

能量流动的起点是植物通过光合作用所固定的太阳能，流入生态系统的总能量就是所固定的太阳能总量。能量流通的渠道是食物链和食物网。

    生态系统中能量流动的特点：

（1）生态系统中能量流动严格遵循热力学第一、第二定律。热力学第一定律即能量守恒定律：自然界的能量可从一种新式转化到另一种形式，在转化过程中能量既不能被消灭，也不能被凭空创造。热力学第二定律指出：生态系统的能量从一种形式转化成另一种形式时，总有一部分能量转化为不能利用的热能而耗散。

热力学第一定律强调了固定更多太阳能的意义；热力学第二定律强调了生态系统的存在和发展必须不断地进行交换能量。

（2）能量在生态系统中是单向流动的，即能量只能从第一营养级流入第二营养级，再流入后面的营养级。是不可逆的（食物链中各营养级的顺序是不可逆转的，这是长期自然选择的结果）。

（3）能量在系统内沿食物链的流动过程中逐级递减，呈金字塔形，称为生态金字塔（递减原因：① 各营养级的生物都因呼吸消耗了绝大部分能量。② 各营养级总有一部分生物未被下一营养级利用）。

生态效率：次一营养级的生产力与前一营养级的生产力的比率，即生态效率。

各营养级的不能百分之百利用上一个营养级的能量。林德曼百分之十定律：能量从一个营养级流向另一个营养级时,大约损失90%的能量。随着能量的急剧减少，食物链就不可能太长，一般只有4～5个营养级。

 （4）能质在流动中提高。

 （5）能量流动速率不同。

四、植物与生态系统的物质循环

地球上的各种化学元素，从周围的环境到生物体，再从生物体回到周围环境的周期性循环，称为生态系统的物质循环。因此循环需要生物作用和地球化学作用的有机结合的条件才能完成，所以又称为生物地球化学循环。

1.生态系统的物质循环，是指生物地球化学循环。

可分为：

地球化学循环：化合物或元素从环境进入生物有机体，再返回环境。

生物循环：化合物或元素从环境进入生态系统，被利用后，经分解者作用，再被生产者吸收利用。

物质循环离不开元素的供应。

能量元素：碳、氢、氧、氮

大量元素：钙、镁、磷、硫、钾、钠等

微量元素：铁、铜、锌、硼、锰、铬、钼、钴、铝、氟、碘、硒、溴、硅、锶、钛、钒、锡、镓等。

2.物质循环的主要类型：

全球的物质循环可分为3种类型：水循环、气体循环、沉积型循环。

水循环：生态系统中所有的物质循环都是在水循环的推动下完成的，因此，没有水的循环，也就没有生态系统的功能，生命也将难以维持。

气体循环：物质的主要储存库是大气和海洋，气体循环使大气和海洋密切相联，具有明显的全球性，循环性能最为完善。循环物质有氧、二氧化碳、氮、氯、溴、氟等。气体循环速度比较快。    

沉积型循环：循环物质的主要储库在岩石圈和土壤圈，而无气体状态，因此这类物质循环的全球性不如气体型循环、循环性能也很不完善。沉积物通过岩石的风化和沉积物的溶解转变为可被生物利用的营养物质，沉积物转化为岩石圈成分则是一个极其缓慢的物质移动过程。属于沉积型循环的物质有：磷、硫、碘、钙、钾、钠、镁等，其中磷是较典型的沉积型循环物质，它从岩石中释放出来，最终又沉积在海底，转化为新的岩石。气体循环和沉积型循环虽然各有特点，但都能受能量的驱动，并能依赖于水循环。
3.植物与生态系统的物质循环

3.1陆地植物能大量截留、涵养水分，在生态环境中进行再分配，被生物利用后再缓慢释放到环境中，为陆地生态系统的生物的生存和发展提供水分保障。

3.2植物吸收二氧化碳，放出氧气，维持着大气中二氧化碳和氧气的平衡。（温室效应的防治方法）

3.3植物的固氮作用保证了各类生物氨基酸、蛋白质和核酸的来源。

4. 生态系统的物质分解

分解者：细菌、真菌和一些无脊椎食碎屑动物。

分解的环节：碎化、降解和淋溶。

碎化：物质的粉碎，是物理过程。

降解：在酶的作用下，有机物分解为小分子物质。

淋溶：水将有机物中可溶性成分解脱出来。

这三个过程交叉进行彼此影响。

五、植物与生态系统中的信息流动

1.信息：现实世界物质客体间相互联系的形式。对于生态系统而言，信息就是自然、社会间的普遍联系。

在生态系统中，种群与种群之间，同一种群内部个体之间，生物与环境之间都可以表达、传递信息。信息传递与能量流动和物质循环一样，都是生态系统的重要功能，它通过多种方式的传递把生态系统的各个部分联系成一个整体，具有调节系统稳定性的功能。

2.生态系统信息的特点：多样性；复杂性；类型多，信息量大。

3.生态系统的信息类型：

3.1物理信息：声、光、电、磁等信息。如：节奏粗犷单调的摇滚乐，可以促进大黄的生长，但却能使牵牛的生长受到抑制，甚至枯死；烟草种子萌发，需要光照；植物细胞间的联系有电信号的参与；蒲公英在磁场中开花会推迟，长期生长在磁场中会死亡。

以下为跳舞草Codariocalyx motorius (Houtt.) Ohashi的侧生小叶随着声波的变化旋转舞动的视频。

3.2 化学信息：生物代谢产生的物质，如酶、生物碱、黄酮、生长素、抗菌素等，都是生物传递信息的化学物质。这些化学物质虽然数量不多，但却会影响到生物种间和种内的关系。近年来，关于生物之间及生物与环境之间的化学联系研究已发展成为一门新兴的边缘学科—化学生态学。如：植物散发气味和形成色彩吸引昆虫传粉。

3.3 行为信息：生物的行为可传递信息。如植物分泌花蜜吸引动物传粉，兰科植物通过拟态，色诱雄蜂传粉（毁三观，链接如下）

色诱术！那边的雄蜂，你没发现自己交了个假女朋友么？

https://www.guokr.com/article/448044/

3.4 营养信息：食物链是一种信息。如害虫吃作物，作物就是害虫的营养信息。

4.植物与生态系统的信息传递

4.1植物与光的信息流

植物的形态建成，即其生长和分化，是受光信息控制的。植物只需接受很短时间的光，就能决定其形态建成。如光对种子萌发具有二重性：既有促进作用，又有抑制作用。详见“药用植物与光的生态关系”一章。

4.2 植物与动物间的信息传递

在吸引动物方面：花的颜色、气味吸引动物传粉。通常物理信息和化学信息的手段都在使用。

在防御动物方面：蓟属植物长刺，避免动物啃食；荨麻类植物具有螯毛，释放毒素保护自己不被动物啃食；铃兰体内含铃兰氨酸，能使动物组织坏死；药用植物中存在生物碱等成分，能使动物神经麻痹死亡；白桦树被害虫啃食后5至10分钟，树叶内的酚类物质会急剧增加，抑制害虫取食。

4.3 植物间的信息传递

4.3.1化感作用：植物之间的信息传递，多与化感作用有关。见第四章。

4.3.2寄生植物:如菟丝子靠嗅探其他植物释放的化学物质寻找寄主。玄参科药用植物独脚金的种子可以在土壤中休眠十多年，等待直至它们检测到宿主根部分泌物的信号才开始生长。

以下视频是对植物与动物、植物之间信息交流的总结：

七、生态系统的特性

1. 生态系统是生态学研究的最高层次；

2. 生态系统内部具有有限的自我调节能力；

3. 能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能；

4. 生态系统中营养级数量通常不会超过5-6个；

5. 生态系统是动态的系统。

拓展阅读：