第一篇珊瑚礁生态系统
第一章海洋生态系统海洋生态系统
第一节生态系统
一、生物圈
生物圈（biosphere）：地球上存在生物有机体的圈层，包括大气圈的下层、岩石圈的上层（主要由沉积层组成的部分）、整个水圈和土壤圈全部（第二届动物学名词审定委员会，2021），是地球上所有生物有机体及其生存环境的综合体。生物圈中有能耐受140°C高温的生物有机体，也有能耐受零下190°C低温的生物有机体，还有可以经受3000多个大气压（atm）环境的生物有机体。生物在地球上分布很广，高等植物生存的高度可达6200m，在海拔7000m的地方还可见到少量蜘蛛，一些大型的猛禽如鹫可在海拔7000m的高空飞翔，海洋生物则可分布到大洋*深处-1万多米深的马里亚纳海沟。（Appeltans et al.，2012）。
二、生物群落与生态系统
生物群落（biotic community， biocommunity， biocoenosis）：简称“群落（community）”，是指在相同时间聚集在一定地域或生境中所有生物种群的集合体（第二届动物学名词审定委员会，2021）。地球上的任何生物都不能单独存在，多种生物总是通过各种方式彼此联系而共同生活在一起，组成了生物社会。海洋生物群落通常以群落中的优势种或代表种命名。
生态系统（ecosystem）：在一定空间范围内，所有生物（即生物群落）与其环境之间由于不断地进行物质循环和能量流动而形成的统一整体，是由生物群落和与之相互作用的自然环境以及其中的能量流过程构成的自然系统（第二届动物学名词审定委员会，2021）。生物生存的环境由水、热、光、土、空气及生物等因子构成。生物与环境息息相关，二者相互联系、相互制约，是有规律的组合，处在不断运动和变化之中。有学者把生态系统概括为一个简明的公式：生态系统=生物群落+环境条件（祝廷成和董厚德，1983）。
三、生态系统的基本成分
生态系统的基本组成包括非生物环境和生物两大部分，生物又包括生产者、消费者、分解者3种类型（图1-1）。
图1-1生态系统的组成
非生物环境（abiotic environment）：是生态系统中生命的支持系统，它为各种生物提供生境及生存所必需的物质和能源，包括陆上空间和海洋空间，海洋空间又包括水体和海底（潮间带、大陆架、大陆坡和深海海盆）。
生物（organism）：是执行生态功能的主体，按营养关系分为3类。
（1）生产者（producer }：生态系统中能利用简单的无机物质合成有机物质的生物，是自养生物（autotroph），包括陆地上和海洋中含叶绿素的绿色植物，以及海洋中的硅藻、甲藻和海洋原绿球藻Prochlorococcus marinus等单细胞藻类，后者是原核光能自养生物，具有光合色素二乙烯基叶绿素，可捕捉极微弱的光，在海洋真光层底部进行高效的光合作用（焦念志，2006）。光合色素利用太阳能进行光合作用，将C02、H20和无机营养盐合成有机物质。化能合成细菌也是自养生物，利用还原物质被氧化所释放的能量，进行碳固定和有机物合成，如深海热液口的化能合成细菌通过硫化物氧化进行化能合成。
（2）消费者（consumer）：生态系统中不能将简单的无机物质合成有机物质，而是直接或间接依靠生产者所制造的有机物质生存的生物，也称异养生物（heterotroph），通常按其食物来源可分为以植物为食的初级消费者（primary consumer）和以动物为食的次级消费者（secondary consumer），如南极磷虾是以滤食浮游植物为生的初级消费者。
（3）分解者（decomposer）：以动植物残体、排泄物中的有机物质为生命活动能源，并把复杂的有机物质逐步分解为简单的无机物质的生物，主要是细菌、真菌等微生物和一些无脊椎动物。
以上三大功能群构成生态系统中生物成分的3个亚系统（图1-2），并且与环境共同形成统一整体，执行生态系统能量流动和物质循环的基本功能。结构与功能统一表明，生态系统是更高层次的生命系统，与其中任何一个亚系统相比已经有了质的变化（沈国英等，2010）。
四、生态系统的营养结构、食物链和食物网
营养结构（trophic structure）：生态系统中生产者、各级消费者和分解者之间的取食和被取食的关系网络。民间俗语“大鱼吃小鱼、小鱼吃虾米、虾米吃滋泥”就是对营养结构的形象表述。
图1-2生态系统的三个亚系统（戈峰，2008）
食物链（food chain）：又称营养链（trophic chain），是生态系统中生产者和各级消费者之间通过取食与被取食的关系而排列成的链状顺序，是生物之间食物关系的体现。生物在食物链中所处的营养层次称为营养级（trophic level），依据生物在食物链环节所处的位置而划分等级。
食物网（food web）：生态系统中根据能量利用关系，不同的食物链彼此相互联结而形成的复杂网络结构，可以形象地反映生态系统内各生物有机体间的营养位置和相互关系。
生态系统中，同一种生物可能处于不同的营养级。图1-3展示了南极生态系统中营养结构、食物链和食物网的相互关系（浮游植物一磷虾一须鲸）。
五、生态系统能量流动和物质循环的基本过程
能量流动（energy flow）：在生态系统中，从太阳能被生产者转变为化学能开始，经食草动物、食肉动物和微生物参与的食物链而转化，从某一营养级向下一个营养级过渡时部分能量以热能形式而失掉的单向流动（第二届动物学名词审定委员会，2021）。在化能生态系统中，能量不是来自太阳能，而是来自地球内部。
能量的流动与转化有如下特点：①能量守恒定律，即能量可以从一种形态转化为另一种形态，但不能创造它，也不能消灭它。例如，热能可以在不同情况下转化为功、热或食物的潜能，但它一点也不会消失。②能量流动是非循环性的，由于能量在转化过程中部分消散为不能利用的热能，因而没有任何能量（如光能）能够百分之百有效地自然转化为潜能（如原生质）。通过光合作用进入生态系统的能量在流动过程中不断损耗，*后全部以废能的形式散发出去。
能量转化和营养金字塔（trophic pyramid）：能量通过食物链逐级传递而递减，愈向食物链的顶端，生物量愈少。生物量等级变化形成一种金字塔形的营养级关系。图1-3示意南极的浮游植物被磷虾滤食，磷虾再被须鲸滤食，能量流动时每次损失90%，也即1头须鲸要消费大量的磷虾，磷虾又需要更多的浮游植物，所以生产者的生物量或能量等级变化呈金字塔状的锥体（图1-4）。
图1-3南极生态系统中营养结构、食物链和食物网的相互关系（Castro and Huber，2010）
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