第二节 生态系统和生态平衡
生态系统的概念 生物在自然界中并不是个体孤立地生存着，它们总是由一定的生物种类结合在一起，成为一个有规律的组合。生活在一定自然区域内，相互有直接或间接关系的各种生物的总体，叫做生物群落。由生物群落及其无机环境所构成的自然界的任何部分，只要其中生物和它们的无机环境之间进行连续的能量和物质交换，就叫做生态系统。池塘，河溪，草地，森林，都是生态系统；一个包括池塘、草地、森林的区域也是生态系统；整个地球生物圈可算是一个最大的生态系统。可见，小的生态系统联合成大的生态系统，简单的生态系统组成复杂的生态系统。研究生态系统的变化，对人类的生活和发展有重要意义。
生态系统的组成 每个生态系统都是由生产者、消费者、分解者①和非生物环境四个基本部分组成的。
（一）非生物环境。生物以外的一切无生命物质和能量，如光、热、水、氧、二氧化碳、各种无机盐类和氨基酸等，组成了生物赖以生存的大气、江河、湖海和土壤等环境。
（二）生产者，主要指制造有机物的绿色植物。它们通过叶绿素吸取太阳能进行光合作用，把从周围环境中摄取来的二氧化碳、水等无机物质合成有机物质，把太阳能转变成化学能储存起来。
（三）消费者，指各种动物。它们直接或间接地利用绿色植物制造的有机物质来生活。植食动物是初级消费者，如蝗虫、兔、牛、羊等。以初级消费者为食的第一级肉食动物是次级消费者。捕食次级消费者的第二级肉食动物是三级消费者，依次类推。但是这些消费者的级别间并没有严格的界限，许多动物是既吃植物又吃动物的杂食动物。
（四）分解者，指细菌、真菌、放线菌等微生物。它们能把死的生物体分解成化学元素和简单的化合物，这些化学元素和化合物再回到土壤、空气和水中，被绿色植物重新利用。
生态系统的四个组成部分是互相联系、互相依存的，每个因素都受周围各因素的影响，同时也反过来影响其他因素。例如一个小池塘，里面有水，有植物，有鱼类和各种微生物，它们结合成为一个整体。池塘里的浮游植物和其他水生植物是生产者；各种鱼、虾、浮游动物等是不同级别的消费者；分解动植物残体的细菌和真菌是分解者；阳光、水、氧气和其他一些化学元素组成非生物环境。这就构成了池塘生态系统。
食物链 食物是动物生存的基本条件。不同生物间的关系十分复杂，主要是围绕着食物所发生的联系。绿色植物是生产者，它是各种动物直接或间接的食物。植食动物吃植物，肉食动物吃植食动物，较大的动物又吃较小的动物。例如，昆虫吃草，青蛙吃昆虫，蛇吞食青蛙，猫头鹰又吃蛇；水生生物中，大鱼吃小鱼，小鱼吃毛虾，毛虾吃硅藻。这样食物中的能量，从植物通过一系列的动物，依次传递，这个途径好像是一个食物的链条，所以叫做食物链。
在一个生态系统中有许多食物链。消费者常常不仅吃一种食物，如有的鸟既吃种子，又捕捉昆虫；同一种食物又能被不同种的消费者所食，如小鸟被鹰吃，又被蛇吞。因此，各种食物链彼此联系，交错成网，形成复杂的食物网。
生态系统中的能量流动 太阳能是所有生命活动的能量来源。它通过绿色植物的光合作用进入生态系统，然后从绿色植物转移到各种消费者，首先是植食动物，再由植食动物转移到肉食动物。在这些生产者和消费者进行呼吸时，一部分能量散失在外界环境中。动植物死后又被分解成简单的无机物，有机物中的化学能也转化为热量散失到环境中去。这些由各种途径放散到环境中的能量，再不能为生态系统中的其他生物所利用。因此，能量通过食物链在生态系统中是单向流动的。
食物链上的每个环节，都可以作为一个营养级。能量不断地沿着生产者、植食动物、肉食动物等逐级流动。每一个营养级都把从前面一个环节所获得能量的一部分用来维持自己的生存和繁殖，把剩下的一部分传递到后一环节中去。一般来说，在输入到一个营养级的能量中，大约只有10％～ 20％能够流通到下一个营养级，其余的能量则为呼吸所消耗，这就是说，能量在沿着食物链的营养级流动时，是逐级递减的。前一级的能量只能维持后一级少数生物的需要，愈向食物链的后端，生物体的数量就愈少，这样便形成一种金字塔形的营养级关系。
为了充分利用植物固定的能，改善人类的营养状况，增强人类的体质，需要建造能量消耗少的食物链。在生产上应尽量缩短食物链，培养固定能量效率高的家畜和作物的新品种。例如，培育或饲养转化成肉、蛋能量效率高的猪、鸡等家畜、家禽良种。在水产养殖业中，也以食物链短的鱼类为养殖对象，例如海水中的鲻鱼、梭鱼主要吃硅藻，淡水中的草鱼、鲢鱼等主要吃水草。这些鱼类因而日益为养殖业所重视。
生态系统的物质循环 在生态系统中，进行能量流动的同时，生物维持生命所需要的基本营养元素，如碳、氢、氧、氮、磷等也参加流动。营养元素首先是以矿物质的形式被植物从周围空气和土壤中吸收，然后以有机分子的形式从一个营养级传递到下一个营养级，生物体死后再由分解者把生物遗体分解为简单的无机物质，并把它们归还到环境中去，重新被生物所利用，完成营养物质的生物循环。
任何一种生物都要从外界取得营养物质，最终死后如数还回外界，并被其他生物利用，因此物质通过食物链在生态系统中可以循环，从而维持着生物圈营养物质的收支平衡。
生态平衡 生态系统发展到成熟阶段，物质和能量的输入与输出处于相对稳定状态，即系统中生产、消费和分解过程处于相对平衡状态，这叫做生态平衡。在生态系统中，这种平衡还表现在动植物种类和数量的相对稳定上。以池塘生态系统为例，在那里鱼类吃浮游动物，浮游动物吃浮游植物，鱼的尸体以及被鱼吃剩下的浮游生物的尸体，又被水里的微生物分解成化学元素和简单的化合物。这些化学元素和化合物又成为浮游植物的营养来源。微生物在分解其他物质时，消耗水中的氧气，而这些氧气则是浮游植物在光合作用中产生的。浮游动物再吃浮游植物，又开始了新的循环，使这个池塘生态系统维持着相对平衡状态。但是这种平衡是暂时的相对的动态平衡。
在森林生态系统中，树木靠吸取土壤营养物质生活，树叶落下腐烂后经微生物分解变为可利用的营养物质，归还给土壤，又供植物利用。这样，物质就可循环不止，森林自己养活自己。如果把落叶取走，那就破坏了生态平衡。保持森林生态平衡，并不等于不能采伐，问题是怎样合理采伐，例如在河流上游的高山峡谷、悬崖峭壁上，就不应采伐。有些山地森林是河流的主要水源林，凡有利于水土保持、水源涵养的地段，就应严加保护。砍伐森林要和抚育更新相结合，尽量维持原有的生态平衡。
多种自然因素或人为活动都可能破坏生态平衡，因而发生一系列的连锁反应，直到建立新的平衡。例如，工厂含氮、磷的废液和污水排入池塘，可能使池塘的养分剧增，引起藻类的过度生长，促使浮游生物的过度繁殖，这样就大量积累了有机物质。随着有机物质的分解和藻类等水生生物的不断生长，水中的氧气被大量消耗，水中就会出现过度缺氧的现象，导致鱼类大批死亡。直到池塘里溶解氧得到恢复，池塘内的生态系统又在新的基础上建立平衡。因此，生态系统总是在不平衡——平衡——不平衡的发展过程中，进行着物质和能量的交换，推动着自身的变化和发展。破坏生态系统平衡的方式是多种多样的。人类不断地砍伐森林，开垦草原，对自然资源进行掠夺式的开发、采集和狩猎活动，向环境排放废弃物，都不同程度地破坏了陆地生态系统的平衡，引起森林资源的衰竭，草原的退化，沙漠的扩张，以及水土流失、气候恶化和环境污染。这些变化又影响植被的恢复。而这种长期积累的恶性循环是不可能在短时期内得到改善的，其结果必然使人类受到大自然的惩罚。
认识自然规律，注意生态系统的变化，设法使之向有利于人类生活和生产的方向发展，这是人类刻不容缓的任务。
问题和练习
1．什么叫生态系统？它是由哪几个基本部分组成的？指着“生态系统的组成图”加以说明。
2．四川卧龙自然保护区，箭竹因开花而大批死亡，熊猫减少；某些地区，猫头鹰被大量捕杀，鼠类猖獗。试以这些事例说明各种生物之间的食物关系，以及如何才能保持生态系统的平衡。
3．利用课本插图，说明能量在生态系统中是怎样流动的。
4．画一幅示意图，说明物质在生态系统中是怎样循环的。
5．某条河流附近建有一座氮肥厂。氮肥厂的废液、废水不断地排放到河中。日久以后，河中的鱼大量死亡。你认为鱼死亡的原因是什么？
6．为什么农区禁止捕杀青蛙，林区禁止捕杀狐狸？利用生态系统的知识加以说明。