森林生态系统

文字编辑本节是以树木为主体的生物群落(包括植物、动物和微生物)及其非生物环境(光、热、水、气、土壤等)构成的动态系统。).它是生物与环境、生物之间进行物质交换和能量流动的景观单元。生态系统这个术语是由英国植物学家A.G .坦斯利在1935年提出的。他将系统的概念引入生态学，认为生物与环境之间存在着不可分割的相互依赖关系，形成了一个有序协调的物流和能量流动的综合整体。这一理论经过丰富和发展，逐渐成为生态学的一个重要分支。20世纪40年代以后，生态系统从理论阶段进入科学实验阶段。生态系统的概念、理论和研究方法被应用到各种生物群落和生物环境中，并逐渐形成了生态系统的几个边缘分支。森林生态系统就是其中之一，它与草原、沙漠、苔原、沼泽等自然生态系统一起被称为陆地生态系统。陆地生态系统、淡水生态系统和海洋生态系统统称为地球生态系统，即生物圈。

特征与分类森林生态系统是陆地生态系统中最大的生态系统，有40.3亿公顷，占陆地总面积654.38+04.9亿公顷的32.3%。也是世界上最丰富的生态资源和基因库，占陆地植被生物量的90%以上，仅热带雨林就有多达300万至400万种。它的三维成分大，寿命长，多层，地上地下空间巨大，周期长。它是陆地生态系统中最复杂、最稳定的生态系统，对其他陆地生态系统有很大影响。其光能利用率高，每年固定的总能量约为13×1017 kJ，占陆地生态系统每年固定总能量的63%。每公顷年干物质产量为6 ~ 8吨。森林生态系统类型最多，分布最广，跨越寒带、暖带和热带。根据其群落特征和分布区域，有针叶林、针阔混交林、落叶阔叶林、常绿阔叶林、热带雨林、热带季雨林、红树林、珊瑚岛常绿林、灌木林和稀树草原。还可以根据树种和生境分为中小型森林生态系统，包括人工林生态系统。

因此，研究森林生态系统的组成结构、运动发展、物质交换和能量流动的基本规律，有助于了解其功能和时间变化，以便采取合理措施，发挥其经济、生态和社会效益。

森林生态系统由生物系统和非生物环境系统组成。

非生物环境系统由气候、水分、土壤等生态因素组成，包括光、热、水、气、矿物等。其中，太阳能是生态系统的总能量，促进系统中的物质循环，不断改变其存在形式。根据地质历史的演变和季节、昼夜交替的节律，各生态因子不仅有自己独特的变化规律，而且有一定的相互补偿和制约，协调生物体所需的最小、最优和最大的量变和质变范围，形成多样的生态环境；由于时间和空间的变化，出现了各种生态位或龛位，适应了各种生物独特的生理生态特征，分别提供了它们所需要的独特的生存环境。生态系统中的生态位越多，生物物种越丰富，系统结构越复杂。由于其巨大的生态空间和稳定的连续循环，森林生态系统比其他陆地生态系统拥有更多的生态位和生物物种。

生物系统包括树木、灌木、草、苔藓、地衣、真菌、细菌、病毒、昆虫、爬行动物、两栖动物、鸟类和哺乳动物。这些生物根据不同的营养水平形成食物网。根据它们在森林生态系统中的地位、功能和作用，可将其分为生产者、消费者和分解者三类。

(1)生产者。指森林生态系统中以绿色植物树种为最基本成分的自养生物。它可以将简单的无机物转化为复杂的有机物，用于自身的体积增长、呼吸消耗和数量增殖。它们通过光合作用产生大量有机物，为森林生态系统的运动奠定物质和能量基础，是系统的初级生产者。它在一定时期内的产量称为初级产量；其单位面积的产量称为初级生产力；扣除呼吸消耗称为净初级生产力。森林生态系统的净初级生产力占土地净初级生产力的65%。绿色植物根据其大小和生态特征，在系统中相应的水平和垂直空间中呈层状或斑块状分布(见森林结构)。

2消费者。指森林生态系统中的各种动物，属于不同的营养级。以植物为食的昆虫、啮齿动物和反刍动物属于初级消费者。以初级消费者为食的食肉动物属于次级消费者。以二级消费者为食的食肉动物属于三级消费者。杂食者属于跨层次消费者。此外，还有寄生和腐生动物，也在消费者之列。食物链是一个营养序列，从生产者开始，依次由各级消费者喂养。几个食物链的交错称为食物网络。系统中各级消费者的数量、分布和移动主要取决于其食性和食物资源。

3分解者。指分解、还原、转化生态系统中动植物残体的细菌和真菌。

生产者、消费者和分解者彼此紧密依赖。根据它们的生物学特性和生命活动规律，它们不仅有自己生长发育的时间顺序，而且在系统中占有相应的空间位置，并按其营养类别、个体数量和生产力排列成由大到小的有序营养层次。绿色植物是第一个营养级，食草动物是第二个营养级，第一个食肉动物叫第三个营养级，第二个食肉动物是第四个营养级，分解者是第五个营养级。这些营养层次和纵横交错的食物链结构，形成了个体、种群和生物与环境之间物质和能量流动的有序系统，保证了系统结构的稳定性和功能的有效性。森林生态系统具有最高的营养级和高阶性，这是其稳定性大于其他陆地生态系统的原因。

运动和功能性生命活动是生态系统运动的基本动力。森林生态系统是一个开放的生态系统。物质能量是从非生物环境中输入的，一系列物质能量流经系统中生物的生命活动，输入到环境中。这种反复的内外物质能量流动和伴随的信息传递是生态系统运动的基本功能。绿色植物是生态系统运动的基本出发点。通过光合作用，太阳能转化为化学能(生物能)，外界环境中的无机物转化为内部的有机物，一群生物通过营养级的顺序转移到另一群。这样储存的部分物质和能量转化为热能并散发到环境中；或者从内部的有机物到外部的无机物。对于已经失去生命的生物来说，物质能量一部分留在残渣中，一部分通过微生物分解还原释放出来，输送到环境中(见图)。物质和能量的流动是同步的，能量的流动是单向的，物流可以反复循环。

生态系统第一营养级的物质和能量利用率最高，产量最大。随着营养品位的提高，物质和能量的生产效率相应降低。一般以10%的速率逐级传递，称为生态营养动态10%法则。排列成金字塔形状，称为生态金字塔，用千焦/(m2·年)表示；生物量金字塔以克/(m 2年)表示；数字金字塔是用生物的数量来表示的。森林生态系统物种丰富，物质和能量利用率高，其生态金字塔有多层次。

森林生态系统营养层次和食物网络的有序排列表明，它是一个具有明显反馈和负反馈的高度自组织系统:生物接受外界环境的影响，形成信息反馈。由于其具有选择、加工和调节能力，其信息传递表现为系统自我调节、自我约束、自我组织的负反馈过程，形成一个有序统一的结构整体以适应环境的变化，保证生物体正常的生命活动和系统物质能量运动的良性循环。另一方面，如果生态环境突然发生剧烈变化或生态网络严重断裂，信息传递和反馈功能失灵，就可能导致生态系统的混乱甚至崩溃。

森林生态系统中物质和能量的流动速率和生产效应因森林类型和区域条件而有显著差异。一般为热带雨林>热带季雨林>亚热带常绿阔叶林>温带落叶阔叶林>寒区和亚寒带针叶林。

生态平衡森林的效益，包括经济效益、生态效益和社会效益(见森林效益)，只有在森林生态系统处于动态平衡时才能充分发挥。生态平衡的标志是:生物种群、数量和结构的相对稳定；生态群落适应非生物环境；物质-能量流动系统的有序性高；信息反馈和负反馈效果明显；生产力和生物量达到最高水平。保护森林资源，实施可持续经营，限制采伐量不大于生长量，是保护生态平衡，确保森林生态系统整体效益的根本措施。

研究与应用自20世纪40年代以来，生态系统的研究取得了从局部到整体、从零散到系统、从静态到动态、从定性到定量、从现象到本质的重大进展。特别是近10年来，借助热力学熵变理论、信息概念、系统工程等学科，围绕生态系统的物质交换、能量流动和信息传递三大基本功能，以及经济、生态和社会效益三大效益，开展了一系列研究。

当前研究的主要方面有:①生产力的研究。涉及森林生物气候、森林土壤、森林初级和次级生产力、动植物、养分循环等。，属于森林生态系统的基础研究。②物质循环和能量循环的研究。它涉及物质和能量流动的系统、结构、过程、速度，以及伴随的信息反馈和负反馈机制，属于森林生态系统结构功能的研究。③利益研究。在研究森林生态系统的组成、结构和功能的基础上，研究其所能提供的直接和间接效益，分析比较其潜在价值，维护和发挥其最大功能。④人工生态系统的研究。随着天然林的减少，人工林的比例越来越大，变得越来越重要。目的是根据生态系统的理论、原则和方法恢复和建设森林。研究内容包括立地条件类型及其生产力、树种特性、土地更新、林分结构配置、施肥灌溉、抚育保护和次生林的重建与恢复。⑤系统仿真和系统设计研究。也就是说，根据生态系统的不同效益要求而设计的各种过程、内在联系和生态系统工程，都是以抽象的方式表达和描述的。由于森林生态系统是一个多输入、多输出、时变的开放系统，其动态模型的建立首先要确定系统的状态变量，包括以下数据:生物种群、生物种群和系统的结构、生物群落和系统的演化(如多样性指数等。)，非生物环境因素对种群和结构的影响，生物种群之间的关系，物质和能量的流动以及信息传递。

上述研究应选择有代表性的森林类型和区域设置定位站。我国先后在小兴安岭、长白山针阔叶混交林、湖南江华杉木林和云南西双版纳热带雨林设立了定位点，通过长期系统的测量、记录和观测，为综合分析评价提供了必要的数据。因为这项工作涉及面广，学科多，需要自然科学和社会科学共同努力，才能达到预期的效果。