資源簡介

生態系統中的能量流動和物質循環
一、生態系統中的水循環
水由氫、氧元素組成，化學式為H2O，是生命過程中氫的主要來源，一切生命有機體中水的含量是最高的。水又是生態系統中能量流動與物質循環的介質，對調節氣候和凈化環境起著重要作用。地球表面約3/4被水覆蓋，在冰川、海洋、冰山、湖泊、河流、大氣和生物體中約含1.4×1018
m3的水。海洋、湖泊、河流和地表水不斷蒸發，形成水蒸氣進入大氣。被植物吸收到體內的大部分水，通過葉表面的蒸騰作用進入大氣。大氣中的水蒸氣遇冷，形成雨、雪、冰雹，重新返回地面。這部分水中的一部分流入湖泊、河流，另一部分則滲入地下，形成地下水，有些再被植物吸收。除此之外，動物也從其生存環境取得一定量的水，其中一部分成為身體的組成成分，大部分通過身體表面蒸發或排泄到體外，再蒸發釋放到其生存環境，由此形成水的循環。
二、生態系統中的氮循環
氮是形成蛋白質的主要元素，所有生物體均含有蛋白質。所以說，氮的循環涉及生態系統及生物圈的所有領域。
大氣中氮氣占78%，但由于它是一種化學性質不活潑的氣體，不能為大多數生物利用。大氣中的氮進入生物有機體主要有以下幾種途徑：一是生物固氮，某些特殊的生物如豆科植物、細菌和藻類，它們能夠直接利用大氣中的氮。豆科植物根部的根瘤菌，能把空氣中的氮轉變成硝酸鹽。生物固定的氮比其他過程固定的多20倍以上。其次是工業固氮，通過工業手段，將大氣中的氮合成氨或銨鹽，即合成氮肥，供植物利用。此外，火山噴發時噴出的巖漿，也可以固定一部分氮氣。雷雨天氣時的閃電，可使大氣中的氮氧化，生成硝酸，經雨水淋洗帶入土壤，成為植物的養料被植物吸收，在植物體內再與復雜的含碳分子結合生成各種氨基酸，由氨基酸構成蛋白質。動物直接或間接以植物為食，從植物體中攝取蛋白質，作為自身蛋白質的來源。動植物死后，殘體中的蛋白質被微生物分解成氮、二氧化碳和水。土壤中的氮經硝化形成硝酸鹽，又被植物吸收。
此外，在環境中還有多種反硝化細菌。在無氧條件下，這些反硝化細菌利用硝酸根離子或亞硝酸根離子來氧化有機物。硝酸鹽通過反硝化細菌的作用，使氮返回大氣，從而完成氮的循環。
近年來，隨著人工固氮（制造化肥）的大量增加，大量化肥施用于土壤中，加速了生產者的活動，從而使氮循環的量加大。
三、生態系統中的碳循環
碳是構成有機分子的基本元素，是一切生物的物質組成的基礎，也是構成地殼巖石及煤和石油的主要成分。據測算，碳約占生活物質總量的25%。大氣中的二氧化碳約為7.0×1011t，且還有繼續增加的趨勢。在地球表層碳的貯藏量約為2.0×1024t。
碳循環主要是通過二氧化碳來進行的。在生物圈中，二氧化碳的循環主要是通過綠色植物（生產者）在光合作用中固定了大氣中的二氧化碳。被綠色植物固定的碳以有機物的形式供消費者利用。生產者和消費者通過呼吸把二氧化碳釋放回大氣中。動物（消費者）或植物（生產者）死亡后，機體組織為微生物（分解者）所分解，其中的碳被氧化為二氧化碳而回到大氣中。煤和石油是動植物殘體長期埋藏在地層中形成的化石燃料，其中的碳經燃燒氧化成二氧化碳釋放到大氣中。
從碳的循環可以看出，空氣中的二氧化碳主要來自以下幾方面：
生物呼吸時呼出的大量二氧化碳；生物死后殘體被微生物分解，產生的二氧化碳；化石燃料燃燒放出的二氧化碳。從數量上講，大部分的碳是通過微生物分解有機物放出碳，而返回大氣中的。而通過煤、石油、木材等物質燃燒和生物的呼吸而返回到大氣中的二氧化碳只占一小部分。植物通過光合作用從大氣中吸收碳的速率，與通過動植物的呼吸作用和微生物的分解作用將碳釋放到大氣中的速率大體相等。因此，大氣中二氧化碳的含量在受到人類活動干擾以前是相當穩定的。
四、生態系統的信息交流
人們在研究生態系統中的能量流動和物質循環時，發現在生態系統的各組成部分之間及各組成部分內部，存在著各種形式的信息。生態系統中的信息形式主要有營養信息、化學信息、物理信息和行為信息。食物鏈（網）即是一個營養信息系統，例如，田鼠成為貓頭鷹的營養信息，田鼠多，貓頭鷹也多。又如，螞蟻可以通過分泌某種物質，使自己的同伴跟隨。再如燕子求偶時，雄燕會圍繞雌燕在空中做出特殊的飛行姿勢等。
信息傳遞是生態系統的重要功能之一。物理信息由聲、光和顏色等構成。鳥的鳴叫、獅虎的咆哮、蜜蜂蝴蝶的飛舞、螢火蟲的閃光、花朵艷麗的色彩和誘人的芳香都屬于物理信息，這些信息對生物而言，所起的作用是：
有的吸引，有的排斥，有的表示警告，有的則是恐嚇，可以傳遞驚慌、警告、安全和求偶等信息。化學信息是生物自身產生的化學物質。同種動物間釋放的化學物質能傳遞求偶、行蹤和劃定活動范圍等信息。化學信息深深地影響著生物種間和種內的關系。化學信息在生態系統中是廣泛存在的，它們深深地影響著生物種間和種內的關系。有的相互制約，有的相互促進，有的相互吸引，也有的相互排斥。有人發現鳳眼蓮（水葫蘆）根的分泌物對引起水體富營養化的藻類的生長有明顯的抑制作用，并已在實際應用中取得了良好效果。雌蠶蛾釋放一種性引誘劑，可以把3
km以外的雄蠶蛾吸引過來。雖然每只雌蠶蛾釋放性引誘劑的數量不到0.01μg，但雄蠶蛾仍然對其作出反應。有趣的是，雄蠶蛾對密封在玻璃瓶中的雌蠶蛾，雖然看得見，但卻無動于衷，說明它是化學信息的作用，而不是視覺的作用。根據這點，性引誘劑現已用在農業、林業的有害昆蟲的防治上。營養信息由食物和養分構成。通過營養交換的形式，可以將信息從一種生物傳遞給另一種生物。食物網和食物鏈就是一個營養信息系統。物質循環和能量流動的任何變化都是對生態系統發出的信息。例如某一森林生態系統中食葉昆蟲（松毛蟲）數量增多（信息），林木因此受害；這種信息傳遞給食蟲鳥類（灰喜鵲），促使其大量繁殖，捕食食葉昆蟲，使蟲數得到控制，于是森林生態系統的生態平衡逐漸得到恢復。最后，無論是同一種生物還是不同種生物，它們的個體之間都存在行為信息的表現。不同動物傳遞不同的行為信息。例如，某些動物以飛行姿勢和舞蹈動作傳遞覓食和求偶信息，以鳴叫和動作傳遞警戒信息等。
人們對信息傳遞的研究剛剛起步，由于信息傳遞對種群和生態系統調節具有重要意義，人們需逐步探索，以期解開這些自然界的“對話”之謎。

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