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地球生态系统简史与生态系统科学大纲时间：2024-02-13
地球生态系统简史与 生态系统科学大纲 （网络版） 王根礼 赵芳 编著
目录 第01章 生态系统简史 第02章 动态平衡与种类环境 第03章 早期研究与系统发展 第04章 组成成分与无机环境 第05章 生物群落与时间营养结构 第06章 陆地水域与人工生态系统 第07章 能量过程输入与营养关系 第08章 生态金字塔与物质循环 第09章 生态系统作用与生产系统 第10章 生态价值与生态稳定性 第11章 生态系影响与生态经济 第12章 生态文学与生态伦理
第01章 生态系统简史
40多亿年前，地球诞生之初，天空中电闪雷鸣，大地上浓烟滚滚，那是超级火山喷发产生的含有大量二氧化碳和硫化合物的喷雾，原始海洋波浪滔天，在这样的环境中，偶然产生了最早的有机物，并在长达数亿年的演化过程中，诞生了第一个生命。 在之后的万亿年间，生命还都只是最基础的形态，在这个没有氧气的星球漂泊，直到蓝细菌的出现。蓝细菌大约出现于距今35～33亿年前的太古宙，这些早期的低等生命依然只是在原始海洋中流浪。但是，它们能够进行光合作用！ 天上那个刺眼的太阳圆盘，长期炙烤着新生星球的恒星，而今成为了生命诞生的催化剂。在蓝细菌的光合作用之下，地球大气逐渐从无氧环境变成了有氧环境，为高等生命的出现奠定了基础。 蓝细菌出现在约35亿年前 正是因为蓝细菌的出现，使得地球从无氧环境变为有氧环境，所以它是最原始的原核细胞生物。没有蓝细菌就没有后来的一切。最原始的细胞也是蓝细菌。 蓝细菌，改造地球的先行者 38亿年前，来自太空的小行星、陨石越来越少，地表水圈渐渐形成，动荡不安的地球变成了一个蓝色的星球。地球表面覆盖着蔚蓝色的大海，海面上遍布着岩石裸露的岛屿。但是，陆地和海洋中仍然没有植物和动物的踪影。大气中二氧化碳含量很高，几乎没有氧气。当时的地球是被厌氧菌占据的。 蓝细菌出现，导致了大量厌氧细菌的灭绝 蓝细菌是最古老的生物。地球本是无氧的环境。最早使地球由无氧环境转化为有氧环境是由于蓝细菌出现并产氧所致。 人们从前寒武纪地壳中发现大量由蓝细菌（如螺旋藻 ）生长形成的化石化的叠层岩（约30亿年）及27亿年黑色页岩中代表蓝藻存在的分子化石（生物标志物）中得到证实。 蓝细菌的出现，在生物史上是一个巨大的飞跃 因为蓝藻含有叶绿素,能制造养分和独立进行繁殖。蓝藻能够摄取地球还原性大气层中的二氧化碳。通过叶绿素进行光合作用,放出游离氧。 蓝藻产生的氧，消耗掉早期地球上的还原性物质共用了近10亿年。 到距今24.5亿年前，海洋里所有的亚铁离子都已经被氧化，游离的氧终于释放出来，并在海洋和大气中积累。 空气中出现氧气，这使得地球的面貌发生了极大的变化。 大氧化事件 从24.5亿年前到18.5亿年前，大气中的氧气浓度从0.02%上升到了4%，这就是地质史上著名的大氧化事件，大量的厌氧生物被氧气杀死。 当时海洋里随处可见的古细菌绝大多数在大氧化事件中灭绝了，今天我们只能在深海热液喷口、高浓度的盐碱湖湖底这种极端缺氧的环境中，才能见到古细菌的踪迹。 大氧化事件对自然界和生物界都产生了深刻的影响，不仅为我们带来了今天所需的铁矿资源，更是诞生了真核生命，即需要有氧环境下呼吸和生存的生命，从此开启了通向人类出现的演化征程。 第一次大规模灭绝事件 但是，大氧化事件也导演了距今20亿年前生命史上第一次大规模灭绝事件。 斯坦福大学研究人员发现，地球上高达99.5%的生命消失了。当时地球海洋是单细胞藻类一统天下，自养的蓝藻在吸收二氧化碳，营养自身的同时不断地释放氧气，结果造成了有氧环境的出现，即大氧化事件。但是，有氧环境却对原本厌氧的原核生命产生了致命的伤害，导致绝大多数生命的灭绝。与6600万年前恐龙从地球上消失那次相比，这次大规模灭绝显然更为惨烈。 现在,我们生活的地球上,百花盛开,万木争荣,一片生机盎然的景象,这些都是由蓝藻等藻类,经过几亿、几十亿年的进化,发展而来的。 即使在现今的地球上，生物界每年产出的氧气里，大部分仍然是由微型“氧气工厂”——蓝细菌贡献的。 蓝细菌，构成了地球原始的生态系统：一极生态系统。
第01节 一极生态系统
蓝细菌，又称蓝绿菌、蓝绿藻、黏藻（blue-green algae），是一类进化历史悠久、革兰氏染色阴性、无鞭毛、含叶绿素a，但不含叶绿体（区别于真核生物的藻类）、能进行产氧性光合作用的大型单细胞原核生物。与光合细菌区别是：光合细菌（红螺菌）进行较原始的光合磷酸化作用，反应过程不放氧，为厌氧生物，而蓝细菌能进行光合作用并且放氧。它的发展使整个地球大气从无氧状态发展到有氧状态，从而孕育了一切好氧生物的进化和发展。已有120多种蓝细菌具有固氮能力，特别是与满江红鱼腥蓝细菌（Anabaena azollae）共生的水生蕨类满江红，是一种良好的绿肥。但是，有的蓝细菌在受氮、磷等元素污染后引起富营养化的海水“赤潮”和湖泊的“水华”，给渔业和养殖业带来严重危害。 此外，还有少数水生种类如微囊蓝细菌属（Microcystis）会产生可诱发人类肝癌的毒素。 蓝细菌广泛分布于自然界，包括各种水体、土壤中和部分生物体内外，甚至在岩石表面和其他恶劣环境（高温、低温、盐湖、荒漠和冰原等）中都可找到它们的踪迹，有“先锋生物”之美称。它们在岩石风化、土壤形成以及水体生态平衡中起着重要的作用。另外，蓝细菌具有经一定经济价值，包括许多食用种类，如普通木耳念珠蓝细菌（即葛仙米，俗称地耳，N. commun）、盘状螺旋蓝细菌（Spirulina platensis）、最大螺旋蓝细菌（Smaxima）等，后两种已开发成有一定经济价值的“螺旋藻”产品。 蓝藻不具叶绿体、线粒体、高尔基体、中心体、内质网和液泡等细胞器，细胞器是核糖体。含叶绿素a，无叶绿素b，含数种叶黄素和胡萝卜素，还含有藻胆素（是藻红素、藻蓝素和别藻蓝素的总称）。 其光合作用系统中具有叶绿素a和光系统Ⅱ，以水为电子供体，放出O2，而其他光合细菌的电子供体一般为H2、H2S和S，不产生氧气。 一般说，凡含叶绿素a和藻蓝素量较大的，细胞大多呈蓝绿色。同样，也有少数种类含有较多的藻红素，藻体多呈红色，如生于红海中的一种蓝藻，名叫红海束毛藻，由于它含的藻红素量多，藻体呈红色，而且繁殖的也快，故使海水也呈红色，红海便由此而得名。蓝藻虽无叶绿体，但在电镜下可见细胞质中有很多光合片层，叫类囊体，各种光合色素均附于其上，是含有色素的膜性结构，大大增加了细胞内的膜面积，该结构的主要功能是：进行光合作用。 蓝藻的细胞壁和细菌的细胞壁的化学组成类似，主要成分为肽聚糖（糖和多肽形成的一类化合物）；贮藏的光合产物主要为蓝藻淀粉和蓝藻颗粒体等。细胞壁分内外两层，内层是纤维素的，少数人认为是果胶质和半纤维素的。外层是胶质衣鞘以果胶质为主，或有少量纤维素。细胞质部分有很多同心环样的膜片层结构，称为类囊体，光合色素与电子传递链均位于此。 蓝藻中央在光镜下较周围原生质层明亮，为遗传物质DNA所在部位，相当于细菌的核区，称为中心质或中央体。“中心质”常不位于中央，与周围胞质无明确界限。蓝藻DNA几乎裸露，复制可连续进行。DNA平均含量比高等动物细胞还多。 蓝藻细胞分裂时，细胞中部向内生长出新横隔壁，将中心质与原生质分为两半。一般情况下，两个子细胞在一个公共的胶质鞘包围下保持在一起，并不断分裂而形成丝状、片状等多细胞群体。除此之外，蓝藻还可以通过出芽、断裂和复分裂等方式增殖。 内壁可继续向外分泌胶质增加到胶鞘中。有些种类的胶鞘很坚密拌可有层理，有些种类胶鞘很易水化，相邻细胞的胶鞘可互相溶和。胶鞘中可有棕、红、灰等非光合作用色素。蓝藻的藻体有单细胞体的、群体的和丝状体的。最简单的是单细胞体。有些单细胞体由于细胞分裂后子细胞包埋在胶化的母细胞壁内而成为群体，如若反复分裂，群体中的细胞可以很多，较大的群体可以破裂成数个较小的群体。有些单细胞体由于附着生活，有了基部和顶部的极性分化，丝状体是由于细胞分裂按同一个分裂面反复分裂、子细胞相接而形成的。有些丝状体上的细胞都一样，有些丝状体上有异形胞的分化；有的丝状体有伪枝或真分枝，有的丝状体的顶部细胞逐渐尖窄成为毛体，这也叫有极性的分化。丝状体也可以连成群体，包在公共的胶质衣鞘中，这是多细胞个体组成的群体。 蓝藻（Cyanobacteria）包括蓝球藻（Chroococcus）、颤藻（Oscillatoria）、念珠藻（Nostoc）（如发菜N. flagelliforme）等。 蓝藻门分为两纲：色球藻纲和藻殖段纲。色球藻纲藻体为单细胞体或群体；藻殖段纲藻体为丝状体，有藻殖段。蓝藻在地球上大约出现距今35～33亿年前，已知蓝藻约2000种，中国已有记录的约900种。 分布十分广泛，遍及世界各地，但大多数（约75%）淡水产，少数海产；有些蓝藻可生活在60～85℃的温泉中；有些种类和菌、苔藓、蕨类和裸子植物共生；有些还可穿入钙质岩石或介壳中（如穿钙藻类）或土壤深层中（如土壤蓝藻）。 蓝藻的繁殖方式有两类，一为营养繁殖，包括细胞直接分裂（即裂殖）、群体破裂和丝状体产生藻殖段等几种方法，另一种为某些蓝藻可产生内生孢子或外生孢子等，以进行无性生殖。孢子无鞭毛。至2018年尚未发现蓝藻有真正的有性生殖。 蓝藻是最早的光合放氧生物，对地球表面从无氧的大气环境变为有氧环境起了巨大的作用。有不少蓝藻（如鱼腥藻）可以直接固定大气中的氮（原因：含有固氮酶，可直接进行生物固氮），以提高土壤肥力，使作物增产。还有的蓝藻为人们的食品，如著名的发菜和普通念珠藻（地木耳）、螺旋藻等。 据物理学家组织网报道，美国加州大学戴维斯分校的化学家通过基因工程对蓝藻进行了改造，使其能生产出丁二醇，这是一种用于制造燃料和塑料的前化学品，也是生产生物化工原料以替代化石燃料的第一步。相关论文发表在2013年1月7日的美国《国家科学院学报》上。 论文领导作者、加州大学戴维斯分校化学副教授渥美翔太（音译）说：“大部分化学原材料都是来自石油和天然气，我们需要其他资源。”美国能源部已经定下目标，到2025年要有1/4的工业化学品由生物过程产生。 生物反应都会形成碳—碳键，以二氧化碳为原料，利用阳光供给能量来反应，这就是光合作用。蓝藻以这种方式在地球上已经生存了30多亿年。用蓝藻来生产化学品有很多好处，比如不与人类争夺粮食，克服了用玉米生产乙醇的缺点。但要用蓝藻作为化学原料也面临一个难题，就是产量太低不易转化。 研究小组利用网上数据库发现了几种酶，恰好能执行他们正在寻找的化学反应。他们将能合成这些酶的DNA（脱氧核糖核酸）引入了蓝藻细胞，随后逐步地构建出了一条“三步骤”的反应路径，能使蓝藻将二氧化碳转化为2,3丁二醇，这是一种用于制造涂料、溶剂、塑料和燃料的化学品。 渥美翔太说，由于这些酶在不同生物体内可能有不同的工作方式。在实验测试之前，无法预测化学路径的运行情况。经过3个星期的生长后，每升这种蓝藻的培养介质能产出2.4克2,3丁二醇——这是迄今将蓝藻用于化学生产所达到的最高产量，对商业开发而言也很有潜力。 渥美翔太的实验室正在与日本化学制造商旭化成公司合作，希望能继续优化系统，进一步提高产量，并对其他产品进行实验，同时探索该技术的放大途径。 受其它藻种的生长制约，蓝藻并不可能在常温条件下大规模暴发，水温25—35℃时，蓝藻的生长速度才会比其他藻类快，故温度是蓝藻暴发的主要因素之一。养殖水体中富营养化，蓝藻比较容易生长，所以不经常换水的池塘往往更容易暴发蓝藻。有机磷是蓝藻生长的必须因素，治理蓝藻最直接最根本的办法就是除去有机磷。蓝藻暴发的成因为富营养化。过量的养分主要来自于以下这些源头： 1．化肥流失，化肥是很多富营养化区域的主要养分来源，例如在密西西比河流域，67%的氮流入水体，随之流入墨西哥湾，波罗的海和太湖中超过50%的氮也来自化肥的流失。 2．生活污水，包括人类的生活废水和含磷清洁剂。 3．畜禽养殖，畜禽的粪便含有大量营养废物如氮和磷，这些元素都能导致富营养化。 4．工业污染，包括化肥厂和废水排放。 5．燃烧矿物燃料，在波罗的海中约30%的氮，在密西西比河中约13%的氮来源于此。 6．蓝藻使水体缺氧，使动物死亡，分解者分解是又消耗氧气，造成恶性循环。 在一些营养丰富的水体中，有些蓝藻常于夏季大量繁殖，并在水面形成一层蓝绿色而有腥臭味的浮沫，称为“水华”，大规模的蓝藻爆发，被称为“绿潮”（和海洋发生的赤潮对应）。绿潮引起水质恶化，严重时耗尽水中氧气而造成鱼类的死亡。更为严重的是，蓝藻中有些种类（如微囊藻）还会产生微囊藻毒素（microcystins，简称MCs），大约50%的绿潮中含有大量MCs。MCs除了直接对鱼类、人畜产生毒害之外，也是肝癌的重要诱因。MCs耐热，不易被沸水分解，但可被活性碳吸收，所以可以用活性碳净水器对被污染水源进行净化。 蓝藻等藻类是鲢、鳙的食物，可以通过投放它们来治理藻类，防止蓝藻爆发（非经典的生物操纵）。 蓝藻大量出现时，附近水体一般呈蓝色或绿色，水面被厚厚的蓝绿色湖靛所覆盖，被风吹到岸边堆积，不但会发出恶臭味，且含毒素的蓝藻细胞在水体中漂游，当与某些悬浮物络合沉淀，或被养殖对象捕食后随其排泄物沉淀，在鱼池池底富集，对无公害水产品生产会带来巨大的负面影响。 蓝藻中的项圈藻可快速产生致死因子，破坏养殖对象的鳃组织，干扰其新陈代谢的正常进行，麻痹神经，使其死亡。蓝藻中个别种不但活体带毒，而且死亡个体分解会产生生物毒素——蓝藻毒素（如微囊藻毒素）。蓝藻毒素量多时可直接造成养殖对象中毒死亡；或者即使数量少，也可通过食物链积累效应危害养殖对象，直至危害人体。 蓝细菌是蓝藻的学名，在部分蓝藻内部的特定区域存有藻毒素，蓝藻毒素内分为很多种，通过其危害方式可分为肝毒素和神经毒素，它们是已知的会侵袭肝脏和神经的毒素，另一类毒素对皮肤有刺激作用。当蓝藻细胞破裂或死亡时，毒素就会被释放到水中，当暴露在含有蓝藻毒素的湖水中，虽然一部分人会生病，但是饮用含有受污染藻类的水却未必会导致死亡。长期地暴露在含有蓝藻肝毒素的水中，即使含量较低，也有可能对人体产生长期的或慢性的不利影响，如果你不断的摄入含有蓝藻的水，鱼或者其他水产品，就可能会产生头痛、发烧、腹泻、腹痛、反胃或者呕吐。如果你在受污染的水中游泳，也有可能会产生皮肤发痒或者眼睛、皮肤受到刺激，如果你怀疑直接接触到了污染水源并且身体发生了不良反应，用干净水冲洗身体并立即联系医生，煮沸的水不会去除蓝藻中的毒素，因为你不可能凭借水的外表、气味或者味道去检测毒素的存在，只有化学测试才可以，如果条件允许，不要使用受污染水洗衣服和餐具，如果实在没有其他水源，做家务要用水时必须戴上橡胶手套，使用受污染水洗澡应该避免，因为皮肤直接接触水会造成皮肤刺激和皮疹。 藻毒素具有水溶性和耐热性。易溶于水，甲醇或丙酮，不挥发，抗PH变化。MC-LR的分子式为C49H74N10O12，分子量为995.2（计算时往往按1000计）。 其在水中的溶解性大于1g/L，化学性质相当稳定。在水中藻毒素自然降解过程是十分缓慢的，当水中的含量为5ug/L时，三天后，仅10%被水体中微粒吸收，7%随沙沉淀。藻毒素有很高的耐热性，加热煮沸都不能将毒素破坏，也不能将其去除；自来水处理工艺的混凝沉淀、过滤、加氯也不能将其去除。有调查试验研究表明在某湖周围3个自来水厂的出厂水中检出低浓度的藻毒素（128～1400ng/L），结果提示采用常规的饮水消毒处理不能完全消除水体中的藻毒素。 它是一种肝毒素，这种毒素是肝癌的强烈促癌剂。 家畜及野生动物饮用了含藻毒素的水后，会出现腹泻、乏力、厌食、呕吐、嗜睡、口眼分泌物增多等症状，甚至死亡。病理病变有肝脏肿大、充血或坏死，肠炎出血、肺水肿等。 对于人类健康，微囊藻毒素也具有很大危害性。其中MC-LR的半致死剂量（LD50）约为50~100ug/kg。人们在洗澡、游泳及其他水上休闲和运动时，皮肤接触含藻毒素水体可引起敏感部位（如眼睛）和皮肤过敏；少量喝入可引起急性肠胃炎；长期饮用则可能引发肝癌。流行病学研究显示，慢性MC染毒引起了巢湖渔民实质性的肝损伤。医学部门已发现饮水中微量微囊藻毒素与人群中原发性肝癌的发病率有很大相关性。1996年在巴西造成100多名急性肝功能故障，7个月内至少50人死于藻毒素产生的急性效应，引起举世瞩目的关注。淡水水体中的蓝藻毒素已成为全球性的环境问题，世界各地经常发生蓝藻毒素中毒事件。 UV-B（紫外线B波段，波长275～320nm，又称为中波红斑效应紫外线。中等穿透力，日光中含有的中波紫外线大部分被臭氧层所吸收，只有不足2%能到达地球表面，在夏天和午后会特别强烈。）可以破坏蓝细菌的运动性和趋光性，可以影响许多其他的生理和生化过程，这将导致生产力的降低，发芽和分化的破坏。光合色素会被UV-B漂白，光捕获复合体的结构受到影响，这些都会损坏光合作用。 DNA和蛋白质的主要作用位点、氮代谢中的酶对于UV-B表现出不同的敏感性。UV对固氮酶和谷氨酰氨合成酶的活性产生抑制，但会提高硝酸还原酶的活性（当暴露在认为的UV-B下）。UV-B也会影响基本的光合作用的反应和二氧化碳的吸收。Synechococlus通过快速改变光合系统中酶的形式来抵抗UV。这种分子的可塑性在种群水平上来的抵抗UV-B是非常重要的，这使得光合系统对UV-B的敏感性每天都在改变。然而，光合作用可以被UV-A合蓝光所激活。 蓝细菌已经发展了对于UV-B的影响的对策。这包括：a、产生像MAAs类的光保护物质；b、通过迁移到避光的地带来逃避UV；c、产生猝灭物质如类胡萝卜素和超氧化物；d、修复机制象光活化和光独立的DNA修复；e、激活抗氧化酶。UV-B在许多蓝细菌中诱导了MAAs的产生。在Anabaenasp中显示只有在290nm的光可以诱导MAAs。除了光保护作用外，MAAs还具有调节渗透压和抗冻作用。其他的UV-A激活物质也被发现。在蓝细菌和藻类中的光保护物质已经建立了数据库。 南极的蓝细菌形成大的蒲状菌落。UV-B对于Leptolyngbya的菌落具有很强的光化学抑制作用，但是不如对Phormidium的抑制作用大。后者包括了比前者多25倍的MAAs和2倍的类胡萝卜素。Rai和同事研究了UV-B和重金属污染之间的关系对于氮固定的作用，并发现二者具有协同性。 首先，全池泼洒沸石粉10公斤/亩，使之絮凝蓝藻；第二，间隔3-4小时后全池泼洒溶藻芽孢杆菌（侧孢芽杆菌），用量为500克/亩。注意使用微生物制剂过程中必须防止蟹池缺氧，天气闷热时不应使用，而使用时则应开动增氧机；第三，平衡氮磷比例，通过泼洒无机磷改变氮磷的比例，加快培育绿藻和硅藻等有益藻类快速生长成为优势藻种来抑制蓝藻生长，从而改善蓝藻过度繁殖的状况。 无害处理 2020年1月13日，从中国科学院南京地理与湖泊研究所获悉，该所陈开宁研究员领导的河湖生态治理与修复团队新近研发出一种蓝藻无害化处理的新技术。该技术能有效对湖湾和湖滨湿地内堆积的蓝藻进行富集、消解和转化，以促进湖泊生态系统实现良性物质循环。 此次，科研团队充分利用生态系统的自我调节功能，达到蓝藻无害化处置的目标。本研究的核心突破在于自主研发出一种新型复合改良剂。这种改良剂能快速将水面漂浮的蓝藻形成团聚体并沉降到水底，并有效抑制其释放次生有害物质。在蓝藻更容易聚集的湖滨湿地区，新型改良剂还能促进蓝藻富含的营养物质被湿地植物高效利用，最终实现湖滨带营养物质的良性循环。 2007年5月28日起，无锡太湖区域蓝藻大面积爆发，引发无锡市自来水严重污染，市区纯净水被哄抢，政府虽及时采取措施，但已经对人民的生活产生很大的影响。 2010年11月29日，云南昆明滇池蓝藻大量繁殖，在昆明滇池海埂一线的岸边，湖水如绿油漆一般。绿浪翻滚的湖水涌向岸边，带来一阵阵腥臭气味。滇池是云南九大高原湖泊中污染最严重的一个，每当气温上升，加之富营养化严重，均要引起蓝藻爆发，造成严重污染。 2011年8月21日，受持续高温影响，安徽巢湖局部湖面蓝藻又开始“抬头”，出现较大面积蓝藻集聚。巢湖市高度关注城市集中式饮用水水源地水质状况，开展蓝藻拦截、打捞和自来水深度处理措施。 从2008年开始，南昌市城区范围内水域面积较大的景观湖泊青山湖连续6年遭遇蓝藻侵袭，尤其是2014年，蓝藻已经爆发数十次。2014年10月27日，尽管已经进入深秋，气温较低，但青山湖湖面依旧爆发蓝藻，数百亩湖面如同被泼洒绿漆，腥臭味随风袭来，不少人掩鼻而过。据悉，这6年来，南昌市都会投放生石灰、生物再生杀菌剂等以净化湖水、消杀蓝藻，但收效甚微。 2016年7月17日，美国犹他州中毒控制中心接收了100多名中毒者，他们伴有呕吐、腹泻、高烧以及皮肤或眼部刺激、过敏等症状。经研究发现，该现象或与犹他湖中蓝藻细胞的爆发式增长有关。 犹他湖中蓝藻面积达湖面总面积的90%，尽管面积正在缩小，事实上却更危险。各级政府对此采取了相应措施。政府人员称，至2017年还无法证实蓝藻爆发与这些症状之间的直接关系，但该症状与蓝藻细胞中毒的症状相符。 世界卫生组织和犹他州卫生署条例规定，蓝藻细胞数量的中度危险标准为10万。而7月14日湖水抽样发现，大部分样本都超出了这一标准的3倍，其中一份样本甚至包含了超过70万的蓝藻细胞。蓝藻细胞在死亡时会向水中释放更多的有毒物质，使得水中的毒细胞尽管数量减少，但却更为致命。 2020年9月21日，博茨瓦纳野生动物和国家公园管理局宣布，3月以来，在该国西北部发生的数百头大象死亡事件由水中有毒的蓝藻细菌引发，在送往实验室的样品中检测出了蓝藻毒素，由此得出结论，蓝藻神经毒素是导致大象死亡的原因，最终确认的死亡大象数量升至330头。
第02节 二极生态系统
二极生态系统也称双极生态系统（dipolar ecosystem）是2012年公布的微生物学名词。包含有以微生物为主体的分解者和以植物为主体的生产者的原始生态系统。 在生物学进化阶段，从物质转化和生态系统进化的角度来看，先后分别经历了单极、双极和三极生态系统等三个阶段。 双极生态体系中，由于“原始汤”中有机物的消耗日益超过其自然产生，即物质转化的运转机制发生新的不平衡，因而单一的异养生物就不能维持下去。大约在25～30亿年前，由于厌氧性异养原核生物的不断变异和进化，终于出现了具有叶绿素的蓝细菌，它们能利用光能进行放氧性光合作用，并由无机物制造养料，故是好氧性自养生物。这类自养生物的诞生，使早期的生态系统中具备了自养与异养即合成与分解的两个环节，从而形成了一个完整的双极生态系统。 “生产者”与“分解者” 自养的蓝细菌是合成者，即生态系统中的“生产者”，而异养的细菌是“分解者”，它们从蓝细菌那里得到有机养料，并把它分解成无机物质，反过来又将这些无机物质供应给“生产者”使用。 原始生态系统 原始生态系统是由原始自养生物、原始海洋、原始大气圈和太阳辐射构成的还原性自然生态体系。这种生态系统形成的意义在于，通过化学进化而形成的原始生命物质与相应的原始海洋环境构成一个基于简单的物理和化学系统的生态系统。 特点：这种生态系统的特点，不同于复杂的物理、化学系统，它的有序性是逐步形成的；自组织和自协调能力逐渐形成并不断得到加强；具有了复制机能；能不断进行物质、能量、信息的交换，形成了生态系统发展中的第一个里程碑。在这种生态系统中缓慢地进行着多分子体系的化学进化和原始生态系统的进化。一方面是原始生命物质的繁衍进化，另一方面是原始海洋及大气圈生态条件的演变。应该说，这种生态系统有可能是多源的，可能分别在不同的海域形成。冰期的影响会使大部分原始生态系统毁灭，局部原始系统则因所处特殊地理位置和生态环境而得以保存。
第03节 三极生态系统
三极生态系统 三极生态系统（tripolar ecosystem）是2012年全国科学技术名词审定委员会公布的微生物学名词。同时包含有 分解者 以微生物为主体的分解者。 生产者 以植物为主体的生产者。 消费者 以动物为主体的消费者。 三级生态系统（tripolar ecosystem）是一个在微生物学领域被定义的概念。它指的是一个包含三个主要组成部分的生态系统：以微生物为主体的分解者、以植物为主体的生产者和以动物为主体的消费者。这三个部分共同构成了一个完整的生态系统，它们之间存在相互依赖和相互作用的关系。这个概念是在2012年被全国科学技术名词审定委员会公布的。
第04节 七极生态系统
七大生态系统是指： 森林生态系统 森林不仅在蓄水方面有重要作用，而且在保持水土方面起着重要作用。12 草原生态系统 草原生态系统分布在干旱地区，年降水量非常少，导致动植物种类也不多。 海洋生态系统 海洋生态系统由海洋和海洋生物组成，动物种类很多。 湿地生态系统 湿地生态系统是多水、或过湿条件下形成的生态系统，沼泽就是湿地生态系统。 农田生态系统 农田生态系统是以农作物为主的生态系统。 城市生态系统 城市生态系统的消费者主要是人类。 淡水生态系统 淡水生态系统由河流、湖泊，或池塘等淡水水域与淡水生物所组成的。 这些生态系统共同构成了地球上的生物圈，每个生态系统都有其独特的特征和功能。 第05节 非生物因素
非生物因素(abiotic factor )指的是影响某种生物生活和分布的环境因素。比如光照、温度、水等。 大气是指在地球周围聚集的一层很厚的大气分子，称之为大气圈。像鱼类生活在水中一样，人类生活在地球大气的底部，并且一刻也离不开大气。大气为地球生命的繁衍，人类的发展，提供了理想的环境。它的状态和变化。时时处处影响到人类的活动与生存。 只有在光照条件下，植物才能进行光合作用，制造有机物并储存能量。动物则直接或间接依赖植物生存。例：菊花在秋季开花（植物分长、短日照植物），深海中无植物的生长。山的阳面植物生长好；光对动物影响也很大，例：日照长短能影响动物繁殖活动，貂、鼬等需在长日照条件下进行繁殖；鹿和山羊要在短日照条件下繁殖。 温度影响各种生物。例如：影响生物生存（动物生存于－2～50度）；影响植物的分布：南柑，北梨，冷─针叶林，热─阔叶林；影响动物的形态（极地狐和沙漠狐）、生活习性（动物的冬眠和夏眠）。 一切生物的生存都离不开水。年降雨量决定陆生生物分布；影响生物体的结构、生育和习性特点。干旱叶枯萎，生长受阻；土壤中水分过多导致空气减少，影响植物根系的呼吸，严重时会使植物窒息而死。对动物来说，缺水比缺少食物后果更为严重。在干旱荒漠地区，只有少数耐干旱动植物能生存；在雨量充沛的热带雨林地区，森林茂密，动植物种类繁多。 由于地球有强大的吸引力，使百分之八十的空气集中在离地面平均为十五公里的范围里。这一空气层对人类生活、生产活动影响很大。人们通常所说的大气污染指的是这一范围内的空气污染。工业的发展，向空气排放了有害物质，污染了空气，使空气里增加了有害成分。当空气里的有害物质达到一定浓度后，就会严重地损害人类的健康和农作物的生长，破坏了某些物质，又会使人的能见度降低，影响交通安全等等。因此，必须大力防止空气的污染。 排放到空气里的有害物质，可以分为以下几类：粉尘类（如炭粒等），金属尘类（如铁、铝等），湿雾类（如油雾、酸雾等），有害气体类（如一氧化碳、硫化氢、氮的氧化物等）。从世界范围来看，排放量较多、危害较大的有害气体是二氧化硫和一氧化碳，二氧化硫是煤、石油在燃烧中产生的。一氧化碳主要是汽车开动时排出的。从全球估计，一氧化碳的排出量超过二氧化硫的排出量。
第06节 原始汤
“原始汤” 20世纪20年代，科学家提出一种理论，认为在45亿年前，在地球的海洋中就产生了存在有机分子的“原始汤”，这些有机分子是闪电等能源对原始大气中的甲烷、氨和氢等的化学作用而形成的。50年代初，有人做了一个令人兴奋的放电实验。他用电火花（闪电）穿过类似原始大气的一种混合气体。结果，奇迹出现了，甲烷中的碳有15%发生转移，形成了水溶性有机小分子，其中包括四种氨基酸和氰化氢、甲醛等。
漂浮在“原始汤”周围的原胞 科学家认为，地球上的所有生物——从人类到细菌，从蓝铃花到蓝鲸——都源自同一种实体，一种30亿年或40亿年前漂浮在“原始汤”周围的原胞。这种实体是什么样子呢？它又是如何生活，以及生活在哪里呢？科学家正一步步为我们解开这些谜团。1871年，达尔文在一封信里这样写道：“生命最早很可能在一个热的小的池子里面。近30年来，科学家在世界各地的大洋海底相继发现海底热液和“黑烟囱”，包括台湾东北角的龟山岛。 “黑烟囱” 后来，这个“热的小池子”被称做“原始汤”。但是由于当时条件限制，对于“原始汤”的研究一直没有进展。直到100多年之后的1977年，美国科学家在加拉巴戈斯群岛海底找到了它。2009年11月24日，为纪念“物种起源”发表150周年，由江苏省科协、南京地质古生物所主办的“达尔文与进化论”科学论坛上，同济大学汪品先院士介绍，30多年来，随着深海生物科研的不断深入，科学界认为：生命可能起源于深海海底热液形成的“黑烟囱”。 氨基酸是组成蛋白质的成分，而蛋白质是生命体不可缺少的有机物；甲醛分子则可以结合生成组成RNA的一种核糖，而RNA是生命体中决定蛋白质性质的物质；氰化氢也可以进一步结合成腺嘌呤（这已为60年代初奥罗的实验所证明），而腺嘌呤是生命体中遗传物质DNA的组成成分。由此可见，这个实验说明，生命确实可以在原始汤中通过简单的化学反应产生。 有机小分子在地球上原始海洋的原始汤中产生后，经过长期积累和互相作用，在条件适合的情况下形成有机高分子物质——原始蛋白质分子和核酸分子。它们是构成生物体的最重要的物质。 有机高分子在海洋中越积越多，它们相互作用，凝聚成小滴，构成一个独立的多分子体系，漂浮在水面上，进而演变成具有原始新陈代谢作用和能够进行繁殖的原始生命。 分子生物学家凯奇和奥特曼认为，地球海洋原始汤中最早出现的能自我复制的分子，可能是RNA，它能把自己一分为二，并再次结合起来。这样不断自我复制，不断进化，进而能合成蛋白质和脂类。蛋白质反过来又可帮助RNA分子自我复制，脂类则可以形成细胞膜。最后，在这种RNA生物体中产生DNA。DNA是生命发育过程中的指示和命令，在生物的传种接代过程中传递遗传信息，使后代表现出与亲代相似的性状。 原始生命产生以后，地球进入了生物进化阶段。大约在7亿年前，在海洋中出现无脊椎动物，5亿年前有了鱼类等海洋脊椎动物，3亿年前陆地上有了植物，2亿年前和1亿年前陆地上分别有了爬行动物和哺乳动物，5000万年前有了灵长类动物，并逐渐进化为人类。人类的历史只有15～18万年。不过，与生物学家的看法不同，古人类学家认为，人类有着数百万年的进化过程。 生命可能起源于“黑烟囱” 海底“黑烟囱”的发现及其研究是全球海洋地质调查近几十年取得的最重要的科学成就。1977年，美国“阿尔文号”深潜器潜到了加拉巴戈斯群岛深海，在那里测得深层海水高达8摄氏度，同时海底出现白色的巨型蛤类。这种反常的现象引起专家们的关注，到了1979年，“阿尔文号”又重新来到这里，并且还带了很多生物学家一同前往。正是这次的研究，揭开了“深海热液生物群”的神秘面纱。 科学家们发现，海底热液带出大量硫化物，遇水冷却后形成巨大的“黑烟囱”，约350℃的含矿热液从直径约15厘米的烟囱中喷出，与周围海水混合后，很快产生沉淀变为“黑烟”，沉淀物主要由磁黄铁矿、黄铁矿、闪锌矿和铜-铁硫化物组成。这些海底硫化物堆积形成直立的柱状圆丘，称为“黑烟囱”。 近30年来，科学家在世界各地的大洋海底相继发现海底热液和“黑烟囱”，包括台湾东北角的龟山岛。并在“黑烟囱”旁发现很多生物，形成与人们常识迥异的生物群和食物链。最具有代表性的生物是3米长的管状蠕虫，这类蠕虫没有口腔和肛门，靠体内的硫细菌供给营养。个体大有利于一次性大量取食，也有利于迅速运动到达食物源，能够忍耐长期饥饿。 “黑烟囱”附近生物链的生存环境，与太古代生命起源时期类似。太古代时期没有绿色植物，没有光合作用产生的大量氧气。此外，光合作用也可能起源于热液的“黑烟囱”。科研人员在大西洋深海的“黑烟囱”，发现有一种虾的背上有感光区，能够感知蓝绿光线。另外，美国科学家在5000米深的海底曾关闭深潜器灯光5分钟，在热液口发现光线。这种光显然被最早的某一种生物利用了，这个时候光合作用效率高的优越性就显示出来了，把生物的演化往前推进。由此，我们说生命的起源很可能就是从海底的“黑烟囱”开始的。 海洋病毒堪比60个银河系 “其实，深海里不光有特大号生物，更重要的是，深海里还有无数的细菌，细菌通过化学作用吸取地热带出来的能量，形成各级生物链的营养源。”汪品先说，据统计，海底有90%的生物是微生物。而且最多的是病毒，如果病毒拉手起来游行，可以排60个银河系。这些微生物能够自己制造营养，过着自己的生活，有自己的生态。几十亿年来，正是它们，勤勤恳恳地耕耘了这个地球。 “土卫二”上或有地外生命 科学家此前，曾在“土卫二”上的冰下，找到了5万米深的海水。而让大家都很惊讶的是，在这些海水里，竟然也发现了细菌。这是否意味着有地外生命存在？汪品先院士解释说，现在看来，应该有地外生命存在，但是人类还没有这个本事找到地外生命。 “按照现在的能力，我们推测地外生物可能并不是以前想象的大生物。”汪品先说，现在看来只能从水和大气的成分来推测有没有生命活动。而且估计存在的生命很可能就是种微生物。 深海生物如何进化仍是谜 达尔文在1871年的信里，说到生命起源可能是在“一个小的暖水池里，有着各种氨与磷的盐类，光，热，电等等，化学上形成了蛋白质的成分，能够进行更为复杂的变化；而今天有了生物，这种物质就会马上被吃掉或吸附掉，当生命出现前就不会有这种事”。这也就是后人讲的“原始汤”。达尔文时代对深海基本还是一无所知，这个想法经过很多年都没有证实。近30年来深海生物科研的重大突破则是对这种设想的佐证。 深海生物的发现对于进化论提出了一些列问题，比如海底的生物是怎么进化的？很多生物起码几百万岁了，在极端条件下怎么新陈代谢，怎么遗传？这种黑暗食物链和我们的阳光食物链能不能交融，怎么交融热液。生物地理分区不一样，又是怎么传播呢？是不是火星过来，然后在地球上存活？这些问题都留给未来的研究者去回答。
第02章 动态平衡与种类环境
生态系统(ecosystem)是由生物群落及其生存环境共同组成的动态平衡系统。 生物群落 由存在于自然界一定范围或区域内并互相依存的一定种类的动物、植物、微生物组成。 生物群落内不同生物种群的生存环境包括非生物环境和生物环境。 非生物环境 又称无机环境、物理环境，如各种化学物质、气候因素等。 阳光，水分，空气，土壤（不包括土壤中的微生物），岩石等都属于非生物环境。 生物环境 又称有机环境，如不同种群的生物。 生物群落同其生存环境之间以及生物群落内不同种群生物之间不断进行着物质交换和能量流动，并处于互相作用和互相影响的动态平衡之中。这样构成的动态平衡系统就是生态系统。它是生态学研究的基本单位，也是环境生物学研究的核心问题。 生态系统的动态机理，而且对人类的经济活动和受损生态系统的恢复和重建具有重要的指导意义。生态系统(ecosystem)在一定的时间和空间范围内，生物群落与非生物环境通过能量流动和物质循环所形成的一个相互影响、相互作用并具有自调节功能的自然整体。 根据研究目的和对象，划定生态系统的范围。 最大的是生物圈，包括地球上的一切生物及其生存条件。小的如一片森林、一块草地、一个池塘都可以看作是一个生态系统。
每一种生物都要从周围的环境中吸取空气、水分、阳光、热量和营养物质。 生物生长、繁育和活动过程中又不断向周围的环境释放和排泄各种物质，死亡后的残体也复归环境。 所有生物都依照这个规律生活在一个生态系统中。 自然界的生态系统大小不一，多种多样，小如一滴湖水、培养着细菌的平皿、小沟、小池、花丛、草地，大至湖泊、海洋、森林、草原以至包罗地球上一切生态系统的生物圈。 按类型则有水域的淡水生态系统、河口生态系统、海洋生态系统等。 陆地的沙漠生态系统、草甸生态系统、森林生态系统等等。 此外，按由来又可分为自然生态系统(如极地、原始森林)，半人工生态系统(如农田、薪炭林、养殖湖)以及人工生态系统(如城市、工厂/矿区、宇宙飞船和潜艇的载人密封舱)。
第03章 早期研究与系统发展
随着生态学的发展，生态学家认为生物与环境是不可侵害的整体，以至后来欧德姆(E.P.Odum)认为应把生物与环境看作一个整体来研究，定义生态学是“研究生态系统结构与功能的科学”，研究一定区域内生物的种类、数量、生物量、生活史和空间分布；环境因素对生物的作用及生物对环境的反作用；生态系统中能量流动和物质循环的规律等，他的这一理论对大学生态学教学和研究有很大的影响，他本人因此而荣获美国生态学的最高荣誉——泰勒生态学奖，也是首次提出生态系统概念的人。 第10节 生态系统系统发展
1935年，英国生态学家，亚瑟·乔治·坦斯利爵士（Sir Arthur George Tansley）受丹麦植物学家尤金纽斯·瓦尔明（Eugenius Warming）的影响，明确提出生态系统的概念。认为： “（原文）But the fundmental conception is, as it seems to me, the whole system (in the sense of physics), including not only the organism-complex, but also the while complex of physical factors forming what we call the enviriment, with which they form one physical system. ... These ecosystems, as we may call them, are of the most various kinds and sizes. They form one category of the multitudinous physical systems of the universe, which range from the universe as a whole down to the atom. (Tansley A G. The use and abuse of vegetational concepts and terms. Ecology, 1935,16(3):284-307.P 299)” （但是对我来讲，基础概念是整个系统（从物理学中的意义来说），包括了有机体的复杂组成，以及我们称之为环境的物理要素的复杂组成，以这些复杂组成共同形成一个物理的系统，我们可以称其为生态系统，这些生态系统具有最为多种的种类和大小。他们形成了宇宙中多种多样的物理系统中的一种类型，而物理系统从宇宙整体到原子的范围。） 坦斯利对生态系统的组成进行了深入的考察，为生态系统下了精确的定义。 林德曼定律 1940年，美国生态学家R.L.林德曼（R.L.Lindeman）在对赛达伯格湖（Cedar Bog Lake）进行定量分析后发现了生态系统在能量流动上的基本特点： ——能量在生态系统中的传递不可逆转 ——能量传递的过程中逐级递减，传递率为10%～20% 这也就是著名的林德曼定律。 早在古代，中国的哲学家就阐发了“天地与我并生，而万物与我为一”（《庄子·齐物论》）的重要的生态哲学思想，其中以老子和庄子为代表的道家学派对人与自然的关系进行了深入探讨。这一时期，人与生态系统的矛盾并不突出。 第11节 十九世纪中期的研究
西方最早倡导人与自然和谐共处的是新英格兰作家，亨利·戴维·梭罗（Henry David Thoreau）。在其1849年出版的著作《瓦尔登湖》中，梭罗对当时正在美国兴起的资本主义经济和旧日田园牧歌式生活的远去表示痛心。（梭罗第1页、30～34页）梭罗在康科德四乡的生活中，对本土生物做了详细的考察，以艺术的笔调记录在《瓦尔登湖》一书中。为此，梭罗被后人称为“生态文学批评的始祖”。（梭罗第1-4页） 第12节 二十世纪晚期的研究
1962年，美国海洋生物学家蕾切尔·卡逊（Rachel Carson），发表震惊世界的生态学著作《寂静的春天》，提出了农药DDT造成的生态公害与环境保护问题，唤起了公众对环保事业的关注。 孟山都：罪恶之都 1964年，先驱卡逊去世，化工巨头孟山都化学公司颇有针对性地出版了《荒凉的年代》一书，对环保主义者进行攻击，书中描述了DDT等杀虫剂被禁止使用后，各种昆虫大肆传播疾病，导致大众死伤无数的“惨剧”。 世界地球日 1970年4月22日，美国哈佛大学学生丹尼斯·海斯（Dennis Hayes）发起并组织保护环境活动，得到了环保组织的热情响应，全美各地约2000万人参加了这场声势浩大的游行集会，旨在唤起人们对环境的保护意识，促使美国政府采取了一些治理环境污染的措施。后来，这项活动得到了联合国的首肯。至此，每年4月22日便被确定为“世界地球日”。 人类环境大会 1972年，瑞典斯德哥尔摩召开了“人类环境大会”并于5月5日签订了《斯德哥尔摩人类环境宣言》，这是保护环境的一个划时代的历史文献，是世界上第一个维护和改善环境的纲领性文件。 世界环境日 宣言中，各签署国达成了七条基本共识；此外，会议还通过了将每年的6月5日作为“世界环境日”的建议。会议把生物圈的保护列为国际法之中，成为国际谈判的基础。而且，第三世界国家成为保护世界环境的重要力量，使环境保护成为全球的一致行动，并得到各国政府的承认与支持。在会议的建议下，成立了联合国环境规划署，总部设在肯尼亚首都内罗毕。 《内罗毕宣言》 1982年5月10日至18日，为了纪念联合国人类环境会议10周年，促使世界环境的好转，国际社会成员国在规划署总部内罗毕召开了人类环境特别会议，并通过了《内罗毕宣言》。在充分肯定了《斯德哥尔摩人类环境宣言》的基础上，针对世界环境出现的新问题，提出了一些各国应共同遵守的新的原则。 可持续发展 《内罗毕宣言》指出了进行环境管理和评价的必要性，和环境、发展、人口与资源之间紧密而复杂的相互关系。宣言指出：“（原文）只有采取一种综合的并在区域内做到统一的办法，才能使环境无害化和社会经济持续发展。”1987年，以挪威前首相格罗·布莱姆·布伦特兰夫人（Gro Harlem Brundtland）为主席的联合国环境与发展委员会（WCED）在给联合国的报告《我们共同的未来》（Our Common Future）中提出了“可持续发展（Sustainable development）”的设想： “（原文）Sustainable development is development that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs。（可持续发展指既满足当代人需求，又不影响后代人的发展能力。）” 1992年6月3日至4日，“联合国环境与发展大会”在巴西里约热内卢举行。183个国家的代表团和联合国及其下属机构70个国际组织的代表出席了会议，其中，102位国家元首或政府首脑亲自与会。这次会议中1987年提出的“可持续发展战略”得到了与会国的普遍赞同。会议通过了《里约环境与发展宣言》（rio declaration）又称《地球宪章》（earth charter），这是一个有关环境与发展方面国家和国际行动的指导性文件。全文纲领27条确定了可持续发展的观点，第一次在承认发展中国家拥有发展权力的同时，制定了环境与发展相结合的方针。 然而，条款中“到2000年，生物农药用量要占农药的60% ”这一号召，因为生物农药性价比的问题，仍是一纸空文。 这次会议还通过了为各国领导人提供下一世纪在环境问题上战略行动的文件《联合国可持续发展二十一世纪议程》、《关于森林问题的原则声明》、《气候变化框架公约》与《生物多样性公约》。《联合国气候变化框架公约》计划将大气中温室气体浓度稳定在不对气候系统造成危害的水平。 非政府环保组织通过了《消费和生活方式公约》，认为商品生产的日益增多，引起自然资源的迅速枯竭，造成生态体系的破坏、物种的灭绝、水质污染、大气污染、垃圾堆积。因此，新的经济模式应当是大力发展满足居民基本需求的生产，禁止为少数人服务的奢侈品的生产，降低世界消费水平，减少不必要的浪费。
第13节 生态系统的组成成分
生态系统的组成成分:非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者。 其中生产者为主要成分。 不同的八大生态系统有：森林生态系统、草原生态系统、海洋生态系统、淡水生态系统（分为湖泊生态系统、池塘生态系统、河流生态系统等)、农田生态系统、冻原生态系统、湿地生态系统、城市生态系统。 其中，无机环境是一个生态系统的基础，其条件的好坏直接决定生态系统的复杂程度和其中生物群落的丰富度；生物群落反作用于无机环境，生物群落在生态系统中既在适应环境，也在改变着周边环境的面貌，各种基础物质将生物群落与无机环境紧密联系在一起，而生物群落的初生演替甚至可以把一片荒凉的裸地变为水草丰美的绿洲。生态系统各个成分的紧密联系，这使生态系统成为具有一定功能的有机整体。 生物与环境是一个不可分割的整体，我们把这个整体叫生态系统。 第14节 生态系统的无机环境
无机环境是生态系统的非生物组成部分，包含阳光以及其它所有构成生态系统的基础物质：水、无机盐、空气、有机质、岩石等。阳光是绝大多数生态系统直接的能量来源，水、空气、无机盐与有机质都是生物不可或缺的物质基础。
第15节 生态系统的生物群落
生产者（producer） 生产者在生物学分类上主要是各种绿色植物，也包括化能合成细菌与光合细菌，它们都是自养生物，植物与光合细菌利用太阳能进行光合作用合成有机物，化能合成细菌利用某些物质氧化还原反应释放的能量合成有机物。比如，硝化细菌通过将氨氧化为硝酸盐的方式利用化学能合成有机物。 生产者在生物群落中起基础性作用，它们将无机环境中的能量同化，同化量就是输入生态系统的总能量，维系着整个生态系统的稳定，其中，各种绿色植物还能为各种生物提供栖息、繁殖的场所。生产者是生态系统的主要成分。 生产者是连接无机环境和生物群落的桥梁。 分解者（decomposer） 分解者又称“还原者”它们是一类异养生物，以各种细菌（寄生的细菌属于消费者，腐生的细菌是分解者）和真菌为主，也包含屎壳郎、蚯蚓等腐生动物。 分解者可以将生态系统中的各种无生命的复杂有机质（尸体、粪便等）分解成水、二氧化碳、铵盐等可以被生产者重新利用的物质，完成物质的循环，因此分解者、生产者与无机环境就可以构成一个简单的生态系统。分解者是生态系统的必要成分。 分解者是连接生物群落和无机环境的桥梁。 消费者（consumer） 消费者指以动植物为食的异养生物，消费者的范围非常广，包括了几乎所有动物和部分微生物（主要有真细菌），它们通过捕食和寄生关系在生态系统中传递能量，其中，以生产者为食的消费者被称为初级消费者，以初级消费者为食的被称为次级消费者，其后还有三级消费者与四级消费者，同一种消费者在一个复杂的生态系统中可能充当多个级别，杂食性动物尤为如此，它们可能既吃植物（充当初级消费者）又吃各种食草动物（充当次级消费者），有的生物所充当的消费者级别还会随季节而变化。 一个生态系统只需生产者和分解者就可以维持运作，数量众多的消费者在生态系统中起加快能量流动和物质循环的作用，可以看成是一种“催化剂”。 第16节 生态系统的时间结构
生态系统随时间的变动结构也发生变化。 一般有3个时间长度量： 一是长时间度量，以生态系统进化为主要内容； 二是中等时间度量，以群落演替为主要内容； 三是短时间度量。 第17节 生态系统的营养结构
生态系统各要素之间最本质的联系是通过营养来实现的，食物链和食物网构成了物种间的营养关系。 生态系统类型众多，一般可分为自然生态系统和人工生态系统。自然生态系统还可进一步分为水域生态系统和陆地生态系统。人工生态系统则可以分为农田、城市等生态系统。
第18节 陆地生态系统
热带雨林（Tropicalrainforest） 分布：赤道南北纬5 ～10度以内的热带气候地区（热带辐合带）。 特点：动植物种类繁多，群落结构复杂，种群密度长期处于稳定。据不完全统计，热带雨林拥有全球40～75%的物种。澳大利亚昆士兰州的热带雨林 植物：高大乔木为主。 动物：丰富度极高，大多数为树栖或攀爬型。 针叶林（Temperate coniferous forest） 分布：寒温带及中、低纬度亚高山地区 植物：冷杉，云杉，红松 热带草原（Grassland（Temperate orTropical）） 分布：干旱地区。 特点：年降水量少，群落结构简单，受降雨影响大；不同季节或年份种群密度和群落结构常发生剧烈变化，景观差异大。 荒漠（desert（Hot or Cold）） 分布：南北纬15°～50°之间的地带。 特点：终年少雨或无雨，年降水 量一般少于250mm，降水为阵性，愈向荒漠中心愈少。气温、地温的日较差和年较差大，多晴天，日照时间长。风沙活动频繁，地表干燥，裸露，沙砾易被吹扬，常形成沙暴，冬季更多。荒漠中在水源较充足地区会出现绿洲，具有独特的生态环境。 冻原（tundra） 分布：欧亚大陆和北美北部边缘地区，包括寒温带和温带的山地与高原。 特点：冬季漫长而严寒，夏季温凉短暂，最暖月平均气温不超过14℃。年降水200～300mm。
湿地（wetland） 分布：大部分地区 种类：沼泽、泥炭地、河流、湖泊、红树林、水库、池塘、沿海滩涂、深度小于6m的浅海。 生态价值：可作为生活、工农业用水的水源；补充地下水；水禽的栖息地，鱼类的育肥场所。 海洋（sea） 分布：太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋。 特点：生物群落受光照、温度、盐度、等非生物因素影响较大。 生物：浮游生物、大型藻类、鱼类、海生哺乳动物、其他无脊椎动物。 淡水 分布：河流、湖泊、池塘等。 作用：淡水生态系统不仅是人类资源的宝库，而且是重要的环境因素，具有调节气候，净化污染及保护生物多样性等功能。 生物：藻类、鱼类、淡水哺乳动物以及其他节肢动物等无脊椎动物。 生态系统的类型比较：
人工生态系统有一些十分鲜明的特点：动植物种类稀少，人的作用十分明显，对自然生态系统存在依赖和干扰。人工生态系统也可以看成是自然生态系统与人类社会的经济系统复合而成的复杂生态系统。 农田（farmland） 分布：农垦地区 生物：农作物为主，昆虫，鸟类，杂草，被废弃后，农田生态系统将发生次生演替，成为自然生态系统。 城市（city） 分布：世界各地 特点：除人工生态系统的共同特点外，城市生态系统以化石燃料为直接的能量来源，开放度高。 能量流动指生态系统中能量输入、传递、转化和丧失的过程。能量流动是生态系统的重要功能，在生态系统中，生物与环境，生物与生物间的密切联系，可以通过能量流动来实现。能量流动两大特点：1.能量流动是单向的；2.能量逐级递减。 第07章 能量过程输入与营养关系
第21节 过程输入
一、能量的输入 生态系统的能量来自太阳能。 太阳能以光能的形式被生产者固定下来后，就开始了在生态系统中的传递，被生产者固定的能量只占太阳能的很小一部分，下表给出太阳能的主要流向： 太阳能主要流向一览表
然而，光合作用仅仅是0.8%的能量也有惊人的数目：3.8×10^25焦/秒。 在生产者将太阳能固定后，能量就以化学能的形式在生态系统中传递。 二、能量的传递与散失 能量在生态系统中的传递是不可逆的，而且逐级递减，递减率为10%～20%。能量传递的主要途径是食物链与食物网，这构成了营养关系，传递到每个营养级时，同化能量的去向为：未利用（用于今后繁殖、生长）、代谢消耗（呼吸作用，排泄）、被下一营养级利用（最高营养级除外）。
主条目：食物链、食物网、营养级 食物链 生态系统中，生产者与消费者通过捕食、寄生等关系构成的相互联系被称作食物链。 食物网 多条食物链相互交错就形成了食物网。 食物链（网）是生态系统中能量传递的重要形式。 营养级 其中，生产者被称为第一营养级。 初级消费者被称为第二营养级，以此类推。 由于能量有限，一条食物链的营养级一般不超过五个。
第08章 生态金字塔与物质循环
第23节 生态金字塔
生态金字塔是以面积表示特定内容，按营养级至下而上排列形成的图示，因其往往呈现金字塔状，故名。常用的有三种：能量金字塔、生物量金字塔、生物数量金字塔。 一、能量金字塔（energypyramid） 含义：将单位时间内各营养级所得能量的数量值用面积表示，由低到高绘制成图，即为能量金字塔。 特点：能量金字塔永远正立，因为生态系统进行能量传递是遵守林德曼定律，每个营养级的能量都是上一个营养级能量的10%～20%。 二、生物量金字塔（biomasspyramid） 含义：将每个营养级现存生物的有机物质量用面积表示，由低到高绘制成图，即为生物量金字塔。 特点：与能量金字塔基本吻合，因为营养级所获得的能量与其有机物质的同化量正相关。 三、生物数量金字塔（Eltonian pyramid） 含义：将每个营养级现存个体数量用面积表示，由低到高绘制成图，即为生物数量金字塔。 特点：形状多样，并不总是正立。例如，几百只昆虫和数只鸟可以同时生活在一棵树上，出现“下小上大”的现象
主条目：生物地球化学循环 生态系统的能量流动推动着各种物质在生物群落与无机环境间循环。 基础元素 这里的物质包括组成生物体的基础元素：碳、氮、硫、磷，以及以DDT为代表的，能长时间稳定存在的有毒物质。这里的生态系统也并非家门口的一个小水池，而是整个生物圈，其原因是气态循环和水体循环具有全球性。 一个例子是2008年5月，科学家曾在南极企鹅的皮下脂肪内检测到了脂溶性的农药DDT，这些DDT就是通过全球性的生物地球化学循环，从遥远的文明社会进入企鹅体内的。 按循环途径分类 气体型循环（gaseous cycles） 元素以气态的形式在大气中循环即为气体型循环，又称“气态循环”，气态循环把大气和海洋紧密连接起来，具有全球性。（吴人坚141页）碳–氧循环和氮循环以气态循环为主。 水循环（water cycle） 水循环是指大自然的水通过蒸发，植物蒸腾，水汽输送，降水，地表径流，下渗，地下径流等环节，在水圈，大气圈，岩石圈，生物圈中进行连续运动的过程。水循环是生态系统的重要过程，是所有物质进行循环的必要条件。 沉积型循环（sedimentary cycles） 沉积型循环发生在岩石圈，元素以沉积物的形式通过岩石的风化作用和沉积物本身的分解作用转变成生态系统可用的物质，沉积循环是缓慢的、非全球性的、不显著的循环。沉积循环以硫、磷、碘为代表，还包括硅以及碱金属元素。 常见物质的循环 碳循环（carbon cycle） 碳元素是构成生命的基础，碳循环是生态系统中十分重要的循环，其循环主要是以二氧化碳的形式随大气环流在全球范围流动。碳–氧循环的主要流程为（可参见图1）：
①大气圈→生物群落 ·植物通过光合作用将大气中的二氧化碳同化为有机物。 ·消费者通过食物链获得植物生产的含碳有机物。 植物与动物在获得含碳有机物的同时，有一部分通过呼吸作用回到大气中。动植物的遗体和排泄物中含有大量的碳，这些产物是下一环节的重点。 ②生物群落→岩石圈、大气圈 ·植物与动物的一部分遗体和排泄物被微生物分解成二氧化碳，回到大气。 ·另一部分遗体和排泄物在长时间的地质演化中形成石油、煤等化石燃料。 分解生成的二氧化碳回到大气中开始新的循环；化石燃料将长期深埋地下，进行下一环节。 ③岩石圈→大气圈 ·一部分化石燃料被细菌（比如嗜甲烷菌）分解生成二氧化碳回到大气。 ·另一部分化石燃料被人类开采利用，经过一系列转化，最终形成二氧化碳。 ④大气与海洋的二氧化碳交换 大气中的二氧化碳会溶解在海水中形成碳酸氢根离子，这些离子经过生物作用将形成碳酸盐，碳酸盐也会分解形成二氧化碳。 整个碳循环过程二氧化碳的固定速度与生成速度保持平衡，大致相等。 但随着现代工业的快速发展，人类大量开采化石燃料，极大地加快了二氧化碳的生成速度，打破了碳循环的速率平衡，导致大气中二氧化碳浓度迅速增长，这是引起温室效应的重要原因。 氮循环（nitrogen cycle） 氮气占空气78%的体积，因而氮循环是十分普遍的，氮是植物生长所必需的元素，氮循环对各种植物包括农作物而言，是十分重要的。氮循环的主要流程为（可参见图2）： ①氮的固定 氮气是十分稳定的气体单质，氮的固定指的就是通过自然或人工方法，将氮气固定为其它可利用的化合物的过程，这一过程主要有三条途径： ·在闪电的时候，空气中的氮气与氧气在高压电的作用下会生成一氧化氮，之后一氧化氮经过一系列变化，最终形成硝酸盐。 氮气+氧气→一氧化氮→二氧化氮（四氧化二氮）→硝酸→硝酸盐。硝酸盐是可以被植物吸收的含氮化合物，氮元素随后开始在岩石圈循环。 ·根瘤菌、自生固氮菌能将氮气固定生成氨气，这些氨气最终被植物利用，在生物群落开始循环 ·自1918年弗里茨·哈勃（Fritz Haber）发明人工固氮方法以来，人类对氮循环施加了重要影响，人们将氮气固定为氨气，最终制成各种化肥投放到农田中，开始在岩石圈循环； ②微生物循环 氮被固定后，土壤中的各种微生物可以通过化能合成作用参与循环。 ·硝化细菌（Nitrifying bacteria）能将土壤中的铵根（氨气）氧化形成硝酸盐。 ·反硝化细菌（Denitrifying bacteria）能将硝酸盐还原成氮气。 反硝化细菌还原生成的氮气重新回到大气开始新的循环，这是一条最简单的循环路线。如果进入岩石圈的氮没有被微生物分解，而是被植物的根系吸收进而被植株同化，那么这些氮还将经历另一个过程。 ③生物群落→岩石圈 植物将土壤中的含氮化合物同化为自身的有机物（通常是蛋白质），氮元素就会在生物群落中循环。 ·植物吸收并同化土壤中的含氮化合物。 ·初级消费者通过摄取植物体，将氮同化为自身的营养物，更高级的消费者通过捕食其它消费者获得这些氮。 ·植物、动物的氮最终通过排泄物和尸体回到岩石圈，这些氮大部分被分解者分解生成硝酸盐和铵盐。 ·少部分动植物尸体形成石油等化石燃料。 经过生物群落循环后的硝酸盐和铵盐可能再次被植物根系吸收，但循环多次后，这批化合物最终全部进入硝化细菌和反硝化细菌组成的基本循环中，完成循环。 ④化石燃料的分解 石油等化石燃料最终被微生物分解或被人类利用，氮元素也随之生成氮气回到大气中，历时最长的一条氮循环途径完成。 硫循环（sulfur cycle） 硫是生物原生质体的重要组分，是合成蛋白质的必须元素，因而硫循环也是生态系统的基础循环。硫循环明显的特点是，它有一个长期的沉积阶段和一个较短的气体型循环阶段，因为含硫的化合物中，既包括硫酸钡、硫酸铅、硫化铜等难溶的盐类；也有气态的二氧化硫和硫化氢。硫循环的主要过程为： ①硫的释放 多种生物地球化学过程可将硫释放到大气中。 ·火山喷发可以带出大量的硫化氢气体。 ·硫化细菌（thiobacillus）通过化能合成作用形成硫化物，释放化合物的种类因硫化细菌的种类而有不同。 ·海水飞沫形成的气溶胶。 ·岩体风化，该途径产生的硫酸盐将进入水中，这一过程释放的硫占释放总量的50%左右（吴人坚146～147）。 大部分硫将进入水体。火山喷发等途径形成的气态含硫化合物将随降雨进入土壤和水体，但大部分的硫直接进入海洋，并在海里永远沉积无法连续循环。只有少部分在生物群落循环。 ②岩石圈、水圈→生物群落 和氮循环类似，植物根系吸收硫酸盐，硫元素就开始在生物群落循环，最后由尸体和排泄物脱离，大部分此类物质被分解者分解，少部分形成化石燃料。 ③重新沉积 分解者将含硫有机物分解为硫酸盐和硫化物后，这些硫化物将按①过程重新开始循环 磷循环（phosphorus cycle） 磷是植物生长的必须元素，由于磷根本没有气态化合物，所以磷循环是典型的沉积循环，自然界的磷主要存在于各种沉积物中，通过风化进入水体，在生物群落循环，最后大部分进入海洋沉积，虽然部分海鸟的粪便可以将磷重新带回陆地（瑙鲁岛上存在大量的此类鸟粪），但大部分磷还是永久性地留在了海底的沉积物中无法继续循环。 有害物质循环 主条目：生物富集 人类在改造自然的过程中，不可避免地会向生态系统排放有毒有害物质，这些物质会在生态系统中循环，并通过富集作用积累在食物链最顶端的生物上（最顶端的生物往往是人）。 生物的富集作用指的是： 生物个体或处于同一营养级的许多生物种群，从周围环境中吸收并积累某种元素或难分解的化合物，导致生物体内该物质的平衡浓度超过环境中浓度的现象。有毒有害物质的生物富集曾引起包括水俣病、痛痛病在内的多起生态公害事件。 生物富集对自然界的其他生物也有重要影响，例如美国的国鸟白头海雕就曾受到DDT生物富集的影响，1952年～1957年间，已经有鸟类爱好者观察到白头海雕的出生率在下降（卡逊第八章），随后的研究则表明，高浓度的DDT会导致白头海雕的卵壳变软以致无法承受自身的重量而碎裂。直到1972年11月31日美国环境保护署（Environmental Protection Agency .EPA）正式全面禁止使用DDT，白头海雕的数量才开始恢复。 主条目：生物信息传递 物理信息（physical information） 物理信息指通过物理过程传递的信息，它可以来自无机环境/也可以来自生物群落，主要有：声、光、温度、湿度、磁力、机械振动等（参，稳态与环境，第105页）。眼、耳、皮肤等器官能接受物理信息并进行处理。植物开花属于物理信息。 化学信息（chemical information） 许多化学物质能够参信息传递，包括：生物碱、有机酸及代谢产物等，鼻及其它特殊器官能够接受化学信息。 行为信息（behavior information） 行为信息可以在同种和一种生物间传递。行为信息多种多样，例如蜜蜂的“圆圈舞”以及鸟类的“求偶炫耀”。 作用 生态系统中生物的活动离不开信息的作用，信息在生态系统中的作用主要表现在： ①生命活动的正常进行 ·许多植物（莴苣、茄子、烟草等）的种子必须接受某种波长的光信息才能萌发。 ·蚜虫等昆虫的翅膀只有在特定的光照条件下才能产生。 ·光信息对各种生物的生物钟构成重大影响。 ·正常的起居、捕食活动离不开光、气味、声音等各种信息的作用。 ②种群的繁衍 ·光信息对植物的开花时间有重要影响。 ·性外激素在各种动物繁殖的季节起重要作用。 ·鸟类进行繁殖活动的时间与日照长短有关。 ③调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定 ·在草原上，当草原返青时，“绿色”为食草动物提供了可以采食的信息。 ·森林中，狼能够依据兔子留下的气味去猎捕后者，兔子也能依据狼的气味或行为特征躲避猎捕。
第25节 生态系统的作用
能降低自然灾害风险 《世界风险报告》 布鲁塞尔发布的2012年度《世界风险报告》称，人类发展已经“使得潜在风险大幅增加”。报告还说，我们需要进行大量的科学研究，以帮助我们了解自然生态系统、降低风险和防止各种灾害。 报告举例说，珊瑚礁以及东南亚滨海红树林等生态系统的消失，降低了防护洪水和风暴潮的能力；巴基斯坦长期的滥砍乱伐致使土壤流失、洪水肆虐、频发山体滑坡等地质灾害。因此报告警告说，如果人类未来的发展依然如此“差劲”，那么更多人口将面临灾害困境。 不过报告同时也描绘了另一幅画面。如果可持续发展与生态系统保护携手共进，就能够将降低灾害风险与环境、社会经济发展目标联系起来。 有证据表明，完整的生态系统能够显著降低灾害风险，但“政界和学界极少对此”予以关注。报告援引加勒比海地区国家恢复珊瑚礁的例子说，这种生态系统恢复就降低了这些国家经受暴风雨灾害的风险。 德国发展援助联盟（Alliance Development Works）主席彼得·穆克（Peter Mucke）认为：“应该将减灾的‘绿色解决方案’纳入国际间就发展问题进行的磋商议题之中。”我们需要“确定哪些地方的生态系统保护和恢复工作提供了较好的降低风险解决方案”，同时，我们还需要更好的数据，并且将各地的研究整合到国际间的灾害预防规划当中。 穆克还说：“新的《世界风险报告》为我们提供了一幅生动的图景，描绘了环境破坏如何在全球范围内正逐渐构成对人类的直接威胁。”全世界越来越多的人正面临洪水、干旱、地震和飓风，从2002年到2011年，发生了逾4000次灾害，受灾人口达100万，造成的损失几近2万亿美元，而2011年是灾害高峰。 该报告的“世界风险指数”采用了“世界灾害指数”的28个指标，对173个国家的灾害风险进行了评级，由此得出一个发生风险的综合指数，其中包括了自然灾害风险以及应对和适应灾害的能力不足等因素。 中美洲、大洋洲、撒哈拉沙漠南部以及东南亚是风险最大的地区，那里面临着自然灾害的高风险、急剧的气候变化，而社会状况又十分脆弱。在面临最大自然灾害风险的15个国家中，有8个是岛国，其中大多数分布在东南亚和太平洋地区。由于靠近海洋，这些国家尤其要面对飓风、洪水和海平面升高的风险。 美国“自然保护协会”的研究人员克里斯蒂娜·谢泼德（Christine Shepard）说，这15个高风险国家都位于热带和沿海地区，但这些国家也都同时拥有能够降低灾害风险的沿海生态系统。 第26节 生态系统的生产系统
生态系统健康与服务功能产品生产系统主要实现生态系统评价参数的生产功能，主要包括植被指数、叶面积指数、草场状况、辐射计算、地表温度、比辐射率、地表蒸腾与蒸散量以及生态系统生产力等参数的计算，并结合上述参数及相关模型方法实现草场承载力评价功能。系统同时提供地图制作功能，将本系统生产的产品或其他系统产品制作专题图并输出为图片或打印输出。本系统相关健康与服务功能产品的生产，为生态系统健康度评价提供数据基础。 1 文件操作 本模块主要实现地图文档的管理，包括新建地图文档、打开地图文档，对地图文档的保存和另存操作;以及打开和导出影像功能。 2 产品制作 (1) 植被指数 (2) 叶面积指数 (3) 草场状况 (4) 辐射计算 (5) 地表温度LUT (6) 比辐射率 (7) 地表反照率 (8) 地表蒸散与蒸散量 (9) 生态系统生产力 (10)草场承载力评价 3 地图制作 系统提供了模板进行产品制作;用户也可以通过插入文本、图例、比例尺、格网和指北针等自定义模板，并可以对图层颜色定义，进行地图输出。系统提供两种窗口：地图窗口和打印窗口;通过地图窗口放大缩小选择需要输出的视图，在“图层控制”中选择需要输出的图层;选择“打印窗口”，当前的地图窗口的视图将被输出为专题图，通过系统模板或自定义模板输出专题图。在“打印窗口”状态，模板编辑工具将以快捷菜单方式在地图操作窗口，方便用户操作。
第10章 生态价值与稳定性
第27节 生态系统的生态价值
主条目：生态价值、生物多样性、生态系统多样性 生态价值是区别于劳动价值的一种价值。指的是空气、水、土地、生物等具有的价值，生态价值是自然物质生产过程创造的。它是“自然–社会”系统的共同财富。无机环境的价值是显而易见的，它是人类生存和发展的基础，而随着日益严重的环境问题，生物多样性的价值也逐渐被人类发现。 生物多样性 生物多样性指的是一定范围内动物、植物、微生物有规律地结合所构成稳定的生态综合体。这种多样包括：物种多样性、遗传与变异多样性、生态系统多样性。 生态系统多样性是指不同生境、生物群体以及生物圈生态过程的总和。它表现为生态系统结构多样性以及生态过程的复杂性和多变性。保护生态系统多样性尤为重要，因为无论是物种多样性还是遗传多样性．都是寓于生态系统多样性之中，生态系统多样性保护直接影响物种多样性及其基因多样牲。 潜在价值 潜在价值指的是人类尚不清楚的价值。 直接价值 直接价值包括对人类的医药、仿生、文艺、旅游等非实用意义的价值。 间接价值 间接价值亦称“生态功能”，指的是对生态环境起稳定调节作用的功能，常见的有：湿地生态系统的蓄洪防旱功能、森林和草原防止水土流失的功能。生物多样性的间接价值远大于直接价值。（稳态与环境125～126） 第28节 生态系统的稳定性
作为一个独立运转的开放系统，生态系统有一定的稳定性，生态系统的稳定性指的是生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力，生态系统稳定性的内在原因是生态系统的自我调节（稳态与环境第109页）。生态系统处于稳定状态时就被称为达到了生态平衡。生态系统发育具有阶段性，即具有相对稳定的暂态，这些暂态之间的变化称之为稳态转化，这是一种从量变到质变的生态系统突变过程。 主条目：生态平衡 生态平衡是一种动态平衡，是生态系统内部长期适应的结果，即生态系统的结构和功能处于相对稳定的状态，其特征为： ·能量与物质的输入和输出基本相等，保持平衡 ·生物群落内种类和数量保持相对稳定 ·生产者、消费者、分解者组成完整的营养结构 ·具有典型的食物链与符合规律的金字塔形营养级 ·生物个体数、生物量、生产力维持恒定 很多类型的生态系统在不同的发育阶段，往往具有若干个相对稳定的暂时性平衡状态（暂态），这些暂态之间可相互转化，称之为稳态转化。稳态转化也是一种从量变到质变的突变过程：生态系统状态在一定范围内响应相当迟缓，而接近某一临界水平时强烈地响应，形成突变；当生态系统的响应曲线向回“折叠”时表明，在同样的环境条件下，生态系统可存在于两种不同的稳定状态之中，被一个不稳定的平衡区隔开。 生态系统保持自身稳定的能力被称为生态系统的自我调节能力。生态系统自我调节能力的强弱是多方因素共同作用体现的。一般地：成分多样、能量流动和物质循环途径复杂的生态系统自我调节能力强；反之，结构与成分单一的生态系统自我调节能力就相对更弱。热带雨林生态系统有着最为多样的成分和生态途径，因而也是最为稳定和复杂的生态系统，北极苔原生态系统由于仅地衣一种生产者，因而十分脆弱，被破坏后想要恢复便需花费很大代价。 负反馈调节（negative feedback） 负反馈调节是生态系统自我调节的基础，它在生态系统中普遍存在的一种抑制性调节机制，例如，在草原生态系统中，食草动物瞪羚的数量增加，会引起其天敌猎豹数量的增加和草数量的下降，两者共同作用引起瞪羚种群数量下降，维持了生态系统中瞪羚数量的稳定。 正反馈调节 与负反馈调节相反，正反馈调节是一种促进性调节机制，它能打破生态系统的稳定性，通常作用小于负反馈调节，但在特定条件下，二者的主次关系也会发生转化，赤潮的爆发就是此类例子。 抵抗力稳定性（resistance stability） 生态系统抵抗外界干扰的能力即抵抗力稳定性，抵抗力稳定性与生态自我调节能力正相关。抵抗力稳定性强的生态系统有较强的自我调节能力，生态平衡不易被打破。 恢复力稳定性（resilience stability） 恢复力稳定性指的是生态系统已经被破坏后，在原地恢复到原来状态的能力。恢复力稳定性与生态系统的自我调节能力的关系是微妙的，过于复杂的生态系统（比如热带雨林）的恢复力稳定性并不高，原因是其复杂的结构需要很长的时间来重建，而自我调节能力过低的生态系统（比如冻原和荒漠）几乎没有恢复力稳定性，且抵抗力稳定性也很低；只有调节能力适中的生态系统有较高的恢复力稳定性，草原的恢复力稳定性就是比较高的。 第29节 生态系统的人类影响
人类对生态系统施加了强有力的影响，自工业革命以来，人类对生态系统进行了前所未有的破坏，而二十世纪六十年代后，对生态系统的重建与恢复已经成为一个重要问题，总之，人类活动深刻影响了生态系统的运转。 破坏 ①对植被的破坏 ·伐木业在引入大型作业机器后，工作效率迅速提高，这是植被破坏的重要原因 ·有些地区由于长期以木柴为燃料，长年累月导致了植被的严重破坏，黄土高原就是一个例子 ·有些国家在战争中释放能引起植物死亡的毒剂，美军在越战中就曾使用“橙剂”，导致越南地区大面积树木死亡 ②对食物链与食物网的破坏 ·物种入侵 ·大规模捕杀 ③对无机环境的污染 重建与改进 主条目：恢复生态学、生态工程 生态系统在遭到破坏后对其进行恢复需要运用恢复生态学原理。恢复生态学是研究生态整合性的恢复和管理过程的科学，生态整合性包括生物多样性、生态过程和结构、区域及历史情况、可持续的社会实践等广泛的范围。恢复生态学的目标是重建某一区域历史上曾有的生物群落，并将其生态功能恢复到受干扰前的状态。 对生态系统进行重建关键是恢复其自我调节能力与生物的适应性，主要依靠生态系统自身的恢复能力，辅以人工的物质与能量投入，并进行生态工程的办法进行生态恢复。
第30节 生态系统的影响
自卡逊《寂静的春天》以来，轰轰烈烈的环保运动对全球的影响并不仅仅停留在生物学界。经济学、哲学以及日常生活，都不同程度地受到环保运动的冲击，莱斯特·布朗提出了生态经济的概念，哲学家也将视线投向生态环境，生态伦理应运而生。 中华人民共和国主席胡锦涛在党的十七大的报告中，就提到“要建设生态文明，基本形成节约能源资源和保护生态环境的产业结构、增长方式、消费模式。”生态环境保护，已经远远超过学术领域，成为全人类共同的主题。 第31节 生态系统的生态经济
主条目：生态经济学 人类本身只是全球生态系统的一个子系统，人类社会的正常运转需要以生态系统的正常运转作为保证。在经济发展的早期阶段，由于人与自然的冲突较小，人类改造世界的能力较弱，生态环境问题还未受到重视，在1850年～1980年间，世界总人口增长2.65倍（吴人坚184），人类经济行为对生态系统的影响愈来愈大，20世纪60年代后期，Herman Daly的“稳态经济”设想，就已经被认为是生态经济学的奠基性工作。生态经济学是生态学和经济学的交叉学科。 生产的生态化是进行生态经济建设的重要环节，生态产业指的是按生态经济原理和知识经济规律组织起来的，基于生态系统承载能力、具有高效经济过程及和谐经济功能的网络型、进化型产业（吴人坚292）生态产业的特点可以通过与传统企业的对比来体现： 传统产业与生态产业特征比较表
（吴人坚293～294，有删节） 绿色消费是生态经济建设的又一重要环节。绿色消费，也称可持续消费，指一种以适度节制消费，避免或减少对环境的破坏，崇尚自然和保护生态等为特征的新型消费行为和过程。绿色消费，不仅包括绿色产品，还包括物资的回收利用，能源的有效使用，对生存环境、物种环境的保护等。 主要特征：简朴、摈弃过度消费与过度包装、使用绿色材料与绿色食品。
第12章 生态文学与生态伦理
第32节 生态文学
环保运动对文学的影响主要表现在生态文学上。生态文学是一种反映生态环境与人类社会发展的关系的文学，在生态文学中，生态环境不再是一种背景或工具化的存在，而是主题的一部分。 生态文学著作： 亨利·戴维·梭罗，《瓦尔登湖》（又译《湖滨散记》） 奥尔多·奥利波德，《沙乡年鉴》 蕾切尔·卡逊，《寂静的春天》 第33节 生态伦理背景 ①历次公害事件 ·伦敦烟雾事件 ·日本四日市哮喘病事件 ·美国洛杉机的光化学烟雾事件 ·日本水俣病事件 ·日本富川县痛痛病事件 ②资本与现代科技 生态环境问题是工具理性的现代技术在消极方面的体现，资本与现代技术是导致环境问题的两个基本因素。一方面资本的无限扩张性与自然资源的有限性构成矛盾；另一方面，现代技术的反自然特性与生态系统的自然性构成矛盾（高兆明104），现代技术的反自然特性主要表现在两个方面：一、现代技术创造了自然界不存在的物质；二、人造物进入自然界，使自然界无法循环再生，自然界的自我平衡能力被打破。 理论初步 从生态系统的价值论证人保护生态的伦理责任是不充分的。生态问题的核心是人与自然的关系问题，是人自身生活世界的问题，据马克思的分析，“在人类历史中即在人类生产过程中形成的自然界是人的现实的自然界”因此，自然界不在社会之外，而在社会之中，即，自然不在人之外，而在人之中，人对自然环境的责任就是对自身存在的责任。这一本体论是生态伦理的基础。 |
