高等植物所不具有的生命系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次是

【專家解說】：能量是生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，一切生命都存在著能量的流動和轉(zhuǎn)化。沒有能量的流動，就沒有生命和生態(tài)系統(tǒng)。流量流動是生態(tài)系統(tǒng)的重要功能之一，能量的流動和轉(zhuǎn)化是服從于熱力學(xué)第一定律和第二定律的，因為熱力學(xué)就是研究能量傳遞規(guī)律和能量形式轉(zhuǎn)換規(guī)律的科學(xué)。 能量流動可在生態(tài)系統(tǒng)、食物鏈和種群三個水平上進行分析。生態(tài)系統(tǒng)水平上的能流分析，是以同一營養(yǎng)級上各個種群的總量來估計，即把每個種群都歸屬于一個特定的營養(yǎng)級中（依據(jù)其主要食性），然后精確地測定每個營養(yǎng)級能量的輸入和輸出值。這種分析多見于水生生態(tài)系統(tǒng)，因其邊界明確、封閉性較強、內(nèi)環(huán)境較穩(wěn)定。食物鏈層次上的能流分析是把每個種群作為能量從生產(chǎn)者到頂極消費者移動過程中的一個環(huán)節(jié)，當(dāng)能量沿著一個食物鏈在幾個物種間流動時，測定食物鏈每一個環(huán)節(jié)上的能量值，就可提供生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)一系列特定點上能流的詳細和準(zhǔn)確資料。實驗種群層次上的能流分析，則是在實驗室內(nèi)控制各種無關(guān)變量，以研究能流過程中影響能量損失和能量儲存的各種重要環(huán)境因子。 在這里我們還介紹一下食物鏈、食物網(wǎng)、營養(yǎng)級、生態(tài)金字塔等概念。植物所固定的能量通過一系列的取食和被取食關(guān)系在生態(tài)系統(tǒng)中的傳遞，這種生物之間的傳遞關(guān)系稱為食物鏈（food chains）。一般食物鏈?zhǔn)怯?~5環(huán)節(jié)構(gòu)成的，如草→昆蟲→鳥→蛇→鷹。但在生態(tài)系統(tǒng)中生物之間的取食和被取食的關(guān)系錯綜復(fù)雜，這種聯(lián)系象是一個無形的網(wǎng)把所有生物都包括在內(nèi)，使它們彼此之間都有著某種直接或間接的關(guān)系，這就是食物網(wǎng)（food web）。一般而言，食物網(wǎng)越復(fù)雜，生態(tài)系統(tǒng)抵抗外力干擾的能力就越強，反之亦然。在任何生態(tài)系統(tǒng)中都存在著兩種最主要的食物鏈，即捕食食物鏈（grazing food chain）和碎屑食物鏈（detrital food chain），前者是以活的動植物為起點的食物鏈，后者則以死生物或腐屑為起點。在大多數(shù)陸地和淺水生態(tài)系統(tǒng)中，腐屑食物鏈?zhǔn)亲钪饕模缫粋€楊樹林的植物生物量除6%是被動物取食處，其余94%都是在枯死凋落后被分解者所分解。一個營養(yǎng)級（trophic levels）是指處于食物鏈某一環(huán)節(jié)上的所有生物種群的總和，在對生態(tài)系統(tǒng)的能流進行分析時，為了方便，常把每一生物種群置于一個確定的營養(yǎng)級上。生產(chǎn)者屬第一營養(yǎng)級，植食動物屬第二營養(yǎng)級，第三營養(yǎng)級包括所有以植食動物為食的肉食動物，一般一個生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)級數(shù)目為3~5個。生態(tài)金字塔（ecological pyramids）是指各個營養(yǎng)級之間的數(shù)量關(guān)系，這種數(shù)量關(guān)系可采用生物量單位、能量單位和個體數(shù)量單位,分別構(gòu)成生物量金字塔、能量金字塔和數(shù)量金字塔.任何物質(zhì)或元素都處在循環(huán)的某個階段，他們通過生態(tài)系統(tǒng)中生物有機體和無生命環(huán)境之間的循環(huán)活動過程就叫做生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動是緊密聯(lián)系，不可分割的。能量在食物鏈中是向著一個方向逐級流動，不斷消耗和散失，而物質(zhì)則可被生物多次利用，在生態(tài)系統(tǒng)中不斷地循環(huán)，或是從一個生態(tài)系統(tǒng)消失而又在另一個生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)。這是物質(zhì)循環(huán)和能量流動的重要特征。 （海洋中生產(chǎn)者體積小，但是群體大。消費者體積大）依據(jù)在生態(tài)系統(tǒng)中的功能可劃分為三大功能類群：生產(chǎn)者、消費者和分解者。生產(chǎn)者通過光合作用不僅為本身的生存、生長和繁殖提供營養(yǎng)物質(zhì)和能量，而且也為消費者和分解者提供唯一的能量來源。海洋生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者包括所有海洋中的自養(yǎng)生物，這些生物可以通過光合作用把水和二氧化碳等無機物合成為碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪等有機化合物，把太陽輻射能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，貯存在合成有機物中。。太陽能只有通過生產(chǎn)者的光合作用才能源源不斷地輸入生態(tài)系統(tǒng)，然后再被其它生物所利用。值得提出的是，深海熱泉生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者能通過化能作用制造有機物，而陸地上沒有這樣的生產(chǎn)者。消費者是指依靠動植物為食的動物。直接吃植物的動物叫植食動物，又叫一級消費者，如大多數(shù)海洋雙殼類、鉤蝦、哲水蚤、鮑等；捕食動物的叫肉食動物，也叫二級消費者，如海蜇、箭蟲、對蝦和許多魚類等；以后還有三級消費者、四級消費者，直到頂位肉食動物。消費者也包括那些既吃植物也吃動物的雜食動物，如鯔科魚類、只吃死的動植物殘體的食碎屑者和寄生生物。分解者在任何生態(tài)系統(tǒng)中都是不可缺少的組成成分。它的基本功能是把動植物死亡后的殘體分解為比較簡單的化合物，最終分解為無機物，并把它們釋放到環(huán)境中去，供生產(chǎn)者再重新吸收和利用。在全球生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)平衡中,資源分解的主要作用有:①通過死亡物質(zhì)的分解,使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)再循環(huán),給生產(chǎn)者提供營養(yǎng)物質(zhì);②維持大氣中CO2濃度;③穩(wěn)定和提高土壤有機物質(zhì)的含量,為碎屑食物鏈以后各級生物提供食物;④改變土壤物理性狀,改變地球表面惰性物質(zhì).因此，分解過程對于物質(zhì)循環(huán)和能量流動具有非常重要的意義。此外，還有一些以動植物殘體和腐殖質(zhì)為食的動物，在物質(zhì)分解的總過程中發(fā)揮著不同程度的作用，如沙蠶、海蚯蚓和刺海參等，有人把這些動物稱為大分解者，而把細菌和真菌稱為小分解者。它們在生態(tài)系統(tǒng)中的重要作用是把復(fù)雜的有機物分解為簡單的無機物，歸還到環(huán)境中供生產(chǎn)者重新利用。分解作用的意義主要在于維持全球生產(chǎn)和分解的平衡. 生物量指水體單位面積或單位體積內(nèi)生物有機質(zhì)的重量。在海洋，生產(chǎn)量一般隨生物量增加而增加。周轉(zhuǎn)率是指一定時間內(nèi)新增加的生物量P與這段時間內(nèi)平均生物量B的比率P/B系數(shù)。在海洋中，初級生產(chǎn)量以珊瑚礁和海藻床為最高，其變化趨勢是由河口灣向大陸架到海洋而逐漸減少。占地球表面積71%的大洋，其生物生產(chǎn)力很低，所以有人將其稱之為“生物學(xué)的荒漠。海洋初級生產(chǎn)力的季節(jié)變動是中等程度的，而陸地生產(chǎn)力的季節(jié)波動則很大，夏季比冬季生產(chǎn)力平均高60%。周轉(zhuǎn)率一般都隨生物量的增加而增加。從P/B比值(或稱周轉(zhuǎn)率)來看，個體越小的種類，P/B比值越大，雖然生物量小，但周轉(zhuǎn)時間短，結(jié)果產(chǎn)量高。一般地，海洋的生物量比陸地增加的速度快。 海洋生態(tài)系統(tǒng)中的植食動物有著極高的取食效率，海洋動物利用海洋植物的效率約相當(dāng)于陸地動物利用陸地植物效率的5倍。正是由于這一點，海洋的初級生產(chǎn)量總和雖然只有陸地初級生產(chǎn)量的1/3，但海洋的次級生產(chǎn)量總和卻比陸地高得多在海洋中植食性動物對初級生產(chǎn)者的利用效率要高于陸地也高于肉食性動物以及雜食性動物對營養(yǎng)的利用率，因為在海洋中植食性動物大多以浮游植物和海草海藻等為食，攝食的時候基本將食物全部攝入，并且進行比較良好的消化。而在陸地上，大部分植食性動物只攝食植物的一部分，而根或是莖則被遺棄，或是進食之后并沒有進行很好的消化就排出體外。不同生態(tài)系統(tǒng)中食草動物的消費效率是不相同的.①植物種群增長率高,世代短,更新快,其被利用的百分率就高;②草本植物的支持組織比木本植物的少,能提供更多的凈初級生產(chǎn)量為食草動物所利用;③小型浮游植物的消費者(浮游動物)密度很大,利用凈初級生產(chǎn)量比例最高。肉食性動物也是同樣的道理，所以在海洋中植食性動物對初級生產(chǎn)者的利用率是最高的。 海洋生物群落中，從植物、細菌或有機物開始，經(jīng)植食性動物至各級肉食性動物，依次形成攝食者與被食進的營養(yǎng)關(guān)系，稱為海洋食物鏈。因為海洋中一種生物往往以多種其他生物為生，而它本身也為多種生物所食，所以每種生物在一個海域中是處于不同的營養(yǎng)層次之中。這樣，整個海域中各種生物彼此之間的食物關(guān)系就構(gòu)成一個錯綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這就是海洋食物網(wǎng)。物質(zhì)和能量經(jīng)過海洋食物網(wǎng)的各個環(huán)節(jié)所進行的轉(zhuǎn)換與流動，是海洋生態(tài)系中的物質(zhì)循環(huán)和能量流動的一個基本過程。不同層次的消費者（個體、群體或種群直到群落）在其不同的生態(tài)位發(fā)揮著作用。物質(zhì)和能量沿著食物鏈傳遞過程中不斷地消耗，其消耗量視不同的攝食者對所攝食食物的實際利用效率而定。一般說來，食物鏈每升高一個層次，有機物質(zhì)量能量就要損失一部分，食物鏈的層次越多，總體效率就越低。因此，從初級生產(chǎn)者浮游植物、底棲植物或碎屑算起，處于食物鏈層次越高的動物，其相對數(shù)量越少。相反，處于食物鏈層次越低的動物，其相對數(shù)量越多。這便形成生物量度能量的金字塔。而食物鏈（網(wǎng)）越復(fù)雜，生態(tài)系統(tǒng)的主要動能。 (1)海洋食物鏈較長，特別是大洋區(qū)食物鏈經(jīng)常達到4～5級。而陸生食物鏈通常僅有2～3級，很少達到4～5級。 (2)海洋食物鏈的許多環(huán)節(jié)是可逆的、多分支的，加上碎屑食物鏈、植食食物鏈和腐食食物鏈相互交錯，網(wǎng)絡(luò)狀的營養(yǎng)關(guān)系比陸地的更多樣、更復(fù)雜。因此，在海洋中用食物網(wǎng)更能確切表達海洋生物之間的營養(yǎng)關(guān)系。 (3)食物鏈只表示有機物質(zhì)和能量從一種生物傳遞到另一種生物中的轉(zhuǎn)移與流動方向，而不表示每一營養(yǎng)層所需的有機物和能量的數(shù)量(即生物量和熱量)。 (4)食物鏈每升高一個層次，有機物質(zhì)和能量就要有很大的損失，食物鏈的層次越多，總體效率越低。因此，從初級生產(chǎn)者浮游植物、底棲植物或碎屑算起，處于食物鏈層次越高的動物，其相對數(shù)量越少；相反，處于食物鏈層次越低的動物，其相對個體數(shù)量越多。貯存在生產(chǎn)者體內(nèi)的能量沿著食物鏈傳遞時會大量消耗，能流越來越細，營養(yǎng)級間的能量轉(zhuǎn)移效率平均只有10％～15％左右。這便構(gòu)成了生物量金字塔和能量金字塔。 (5)食物網(wǎng)的結(jié)構(gòu)是可變的。從食物網(wǎng)的定義，我們已知在自然界中，一種生物往往攝食多種生物，而其本身也為多種生物所食。因而每種生物在一個海域中是處于不同食物鏈的不同環(huán)節(jié)，或者說處于不同的營養(yǎng)層次之中。這樣，整個海域各種生物彼此之間的食物關(guān)系，就成了一個錯綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。事實上，同一種魚也依其發(fā)育生長階段、季節(jié)和所在海域的不同，其餌料也各異，所以食物網(wǎng)的結(jié)構(gòu)是會改變的。 圖 海洋食物鏈類型 能量流動,物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞是生態(tài)系統(tǒng)的三大功能. 生產(chǎn)者所固定的能量和物質(zhì),通過一系列取食和被食的關(guān)系在生態(tài)系統(tǒng)中傳遞,各種生物按其食物關(guān)系排列的鏈狀順序稱為食物鏈. 由于受能量傳遞效率的限制,食物鏈的長度不可能太長,一般食物鏈都是由4～5個環(huán)節(jié)構(gòu)成的。生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈不是固定不變的,只有在生物群落組成中成為核心的,數(shù)量上占優(yōu)勢的種類所組成的食物鏈才是穩(wěn)定的。捕食食物鏈:直接以生產(chǎn)者為基礎(chǔ),繼之以植食性動物和肉食性動物,能量沿著太陽→生產(chǎn)者→植食性動物→肉食性動物的途徑流動.如:青草→野兔→狐→狼.在大多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)中,凈初級生產(chǎn)量只有很少一部分通向捕食食物鏈,不是主要的食物鏈. 2)碎屑食物鏈:以碎屑為基礎(chǔ),高等植物的枯枝落葉被分解者分解成碎屑,然后再為多種動物所食.其構(gòu)成方式為枯枝落葉→分解者或碎屑→食碎屑動物→小型肉食動物→大型肉食動物. 除此之外,還有寄生食物鏈,可認為是捕食食物鏈的特例。生態(tài)系統(tǒng)中許多食物鏈彼此交錯連接,形成的一個網(wǎng)狀結(jié)構(gòu). 一般說來,生態(tài)系統(tǒng)中的食物網(wǎng)越復(fù)雜,生態(tài)系統(tǒng)抵抗外力干擾的能力就越強,其中一種生物的消失不致引起整個系統(tǒng)的失調(diào);生態(tài)系統(tǒng)的食物網(wǎng)越簡單,生態(tài)系統(tǒng)就越容易發(fā)生波動和毀滅,尤其是在生態(tài)系統(tǒng)功能上起關(guān)鍵作用的種,一旦消失或受嚴重損害,就可能引起這個系統(tǒng)的劇烈波動.一個復(fù)雜的食物網(wǎng)是使生態(tài)系統(tǒng)保持穩(wěn)定的重要條件。