一个生态系统的组成和特征是什么？

生态系统各组成部分之间的营养关系是通过食物链和食物网实现的。食物链是生态系统中不同生物之间的链状食物依赖关系，食物链中的每个环节称为营养级。每个生物种群都处于某个营养级，少数物种同时处于两个营养级，如杂食动物。生态系统中的食物链包括两种主要类型:活体食物链和食腐食物链。活体食物的食物链从绿色植物固定太阳能和产生有机物开始，属于第一营养级，草食动物属于第二营养级，各种食肉动物构成第三、第四和更高营养级。腐生食物链从生物的残体开始，通过土壤动物的碾压分解和细菌、真菌的分解转化，以无机物的形式回到环境中供绿色植物重新吸收。根据营养级，分解者处于第五或更高的营养级。老鼠以谷物为食，黄鼠狼以老鼠为食，鹰以黄鼠狼为食。鹰的遗骸被各种微生物分解成无机物，这是简单食物链的一个例子。然而，自然界的食物链并不是孤立存在的。几乎没有一个消费者是专门针对某一种植物或动物的，没有一种植物或动物只是某一个消费者的食物，这是一个很容易理解的事实。例如，老鼠吃各种各样的谷物和种子，谷物是许多鸟类和昆虫的食物。昆虫被青蛙吃掉，青蛙是蛇的食物，蛇最终被老鹰捕获为食物。谷物的秸秆还是牛的食物，牛肉成了人类的食物(图10-7)。可见食物链往往相互交叉，形成复杂的摄食网络，称为食物网。一般来说，生态系统的食物网结构越复杂，系统的稳定性就越大。

4.生态系统的功能

生态系统的功能主要表现为生物生产、能量流动和物质循环，这些都是通过生态系统的核心部分——生物群落来实现的。

(1)生态系统的生物生产

生态系统的生物生产是指生物有机体在能量和物质代谢过程中，重新组合能量和物质，形成新的产品(碳水化合物、脂肪、蛋白质等)的过程。).绿色植物通过光合作用吸收和固定太阳能，将无机物转化为有机物的生产过程称为植物生产或初级生产；消费者代谢初级产品并同化它们形成异养生物自身物质的生产过程称为动物生产或次级生产。

单位面积、单位时间内植物通过光合作用固定的太阳能称为总初级生产量(GPP)，单位为J·m-2a-1或G·DW·m-2a-1(DW为干重)。净初级生产量(NPP)是总初级生产量减去植物由于呼吸作用的消耗量(R)。他们之间的关系是

GPP-R

另一个与初级生产相关的概念是生物量。对于植物，是指单位面积上植物的总重量，单位为km·m-2。某一时刻的植物生物量是该时刻之前积累的初级生产量。

估计全地球净初级生产量(干物质)为172.5×109t a-1，生物量(干物质)为1841×109t，不同生态系统类型的产量和生物量。需要指出的是，这一估算非常粗略，但对了解全球生态系统初级生产和生物量的一般数量特征仍有一定的参考价值。

单位地面上植物光合作用积累的有机物所含能量与照射在同一地面上的太阳能之比，称为光能利用率。绿色植物平均光能利用率为0.14%，采用现代耕作技术的农田生态系统光能利用率仅为1.3%左右。地球的生态系统就是这样低的光能利用率产生的有机物，来维持动物界和人类的生存。

(2)生态系统的能量流动

生态系统的生物生产始于绿色植物对太阳能的固定，太阳能通过植物的光合作用转化为生化能量，成为生态系统中可利用的基础能量。单向流动是生态系统各组成部分间能量流动的一个重要特征，表现为很大一部分能量被各营养级的生物利用，并通过呼吸作用以热量的形式耗散，但散失到环境中的热能无法回到生态系统中参与能量流动，因为尚未发现利用热能作为能量合成有机物的生物，但用于形成更高营养级生产的能量比例很小(图10-8)。

生态系统中的能量转移和转化遵循热力学定律。根据热力学第一定律，输入生态系统的能量总是等于生物有机体储存、转化和释放的能量，从而保持生态系统及其环境中的总能量值不变。根据热力学第二定律，生态系统的能量随时都在转化和转移。当一种形式的能量转化为另一种形式的能量时，总有一些能量以热能的形式被消耗掉，所以系统的熵往往会增大。对于一个热力学非平衡的孤立系统，其熵总是趋于自发增加，使得系统的有序程度越来越低，最终达到一种无序混沌状态，即热力学平衡状态。然而，地球生态系统正在经历一个与热力学第二定律相悖的发展过程，即从简单到复杂，从无序到有序。根据非平衡态热力学的观点，远离平衡态的开放系统可以从环境中引入负熵流，以抵消系统内部产生的熵的增加，使系统从无序向有序转化。生态系统是一个开放的系统，生物群落与其环境之间既进行能量交换，又进行物质交换。生态系统通过能量和物质的输入，不断“吃掉”负熵流，维持高度有序的状态。

如前所述，每经过一个营养级，就会损失大量能量。那么，生态系统的能量转换效率如何呢？美国学者林德曼对湖泊生态系统的能量转换效率进行了测算，得到的平均结果为10%，即能量从一个营养级流向另一个营养级的过程中，大约有90%的损失，这就是著名的“十分之一定律”(图10-9)。举个例子，一个人通过饮水产品增重0.5kg，就要吃5kg鱼，鱼以50kg浮游动物为食，而50kg浮游动物消耗约500kg浮游植物。因为这个“定律”来自于对天然湖泊的研究，更符合水生态系统的情况，不适用于陆地生态系统。一般来说，陆地生态系统的能量转换效率低于水生生态系统，因为陆地上的净生产只有一小部分能转移到前一个营养级，大部分直接转移到分解者那里。

(3)生态系统的物质循环

生态系统的发展变化不仅需要一定的能量输入，而且本质上包含着作为能量载体的各种物质运动。比如绿色植物通过光合作用将太阳能以化学能的形式储存在合成有机物中，能量和物质的运动同时并存。自然界中各种元素和化合物在生态系统中的运动是一个循环流动，称为生物地球化学循环。