人类是自然之子，人的成长离不开自然。

大自然是孩子的摇篮，小孩子刚生下来，如果能来到室外感受空气的流动、感知温度和湿度、观赏树叶的颜色、嗅闻花草的香气，那他们的整个身心功能都将被唤起，自然中适宜的环境与丰富的刺激会促进其生理发育。

大自然也是孩子成长发育最好的场所，儿童的发展更多地是从感觉刺激开始的。自然中的游戏能够为儿童提供丰富、全面的感觉刺激，进而支撑儿童感觉的发展和大脑的健康发育。孩子们无论是看蚂蚁搬家还是去挖土玩沙，都是最好的学习。

大自然也是我们休憩的场所，对我们有滋养作用，可以唤醒复杂的人类智慧系统。让孩子接触大自然，让自然补偿孩子在社会中不适应的部分，使他们的内心有一个寄托或者有一个疗伤的场所……

然而，河流在悲泣，森林在呻吟，流沙在怒吼，天空的雾霾在无言地抗议……人类的警钟要自己敲响，爱护环境、拯救自然刻不容缓！

红岭教育集团高中部成立了以马敢飞副校长为组长的校本课程开发与实施领导小组，教师发展中心、教学处、学生成长支持中心、杨志强工作室等部门共同参与，努力推进环境教育的实践工作。课程的开发得到了深圳市红树林湿地保护基金会的大力支持，也吸纳了家长委员会中的部分家长参与。课程开发成员走访了环保局等相关单位，访问了大批专家、学者，使校本课程《走近红树林》的开发有了政策、理论、智力的保证；课程开发成员攻坚克难，在促进学校的特色发展、实现红岭从卓越走向伟大做出了巨大贡献，补充了国家课程的空白。

该校本课程以提高学生的环境保护意识为目标，以实践活动、体验自然为主线，把“去学习、去认识、去行动、去传播、去探究”作为课程的五个关键词。“去学习”就是学生选课之后先进行生物基础知识的学习；“去认识”就是带上必要的设备、带上发现美的眼睛去认识自然；“去行动”就是用实际行动去护卫大自然；“去传播”就是把我们听到的、看到的传达给人们，唤起人们对自然的热爱；“去探究”就是引导学生以探究性学习的方式研究未知世界。

该校本课程的内容分为固定内容和可变内容两大板块，固定内容以基础知识的学习为主，为高一、高二学生补充生态学知识，拓展学生视野。可变内容以实践活动为主，每届学生活动内容和形式不断变化、不断出新，围绕深圳红树林曾开展过水资源调查、环境污染调查、水的循环使用设计、废旧电池的危害讲坛、传统手帕的帕客校园活动、生态一条街、校园植物识别、常见植物栽培、环保标语设计等内容，每届学生的实践活动有所变化、有所侧重。

经过几年的校本课程实践，我校开发出《走近红树林》红岭校本教材，教材第一部分介绍人类所面临的环境现实，从环境污染、环境破坏和环境变化三个方面阐明了世界范围内的环境问题，并进一步阐述由此带来的全球性环境危机——“地球遭受着各种污染”“森林减少”“水污染与水资源危机”“土地退化”“全球变暖”“臭氧层破坏”和“生物多样性丧失”等，启迪学生学会与自然和谐相处，走可持续发展之路；教材的第二部分全面介绍深圳湿地状况、红树林国家级自然保护区动植物资源及其适应性特征，为学生外出活动提供理论依据；教材的第三部分选编近年来社会实践过程中一些探究自然、模拟环境、社会调查的优秀案例，展示学生在该校本课程学习中的风采，倡导学生积极加入到环境保护的行动中，争当保护环境的小卫士。

我们相信：“唯有了解，我们才会关心；唯有关心，我们才会行动；唯有行动，生命才有希望。”红岭中学先后被市区评为“环保学校”“绿色学校”，2014年我校被全国环境教育示范学校推选委员会、环境教育杂志社推选为“2014全国环境教育示范学校”。尤为重要的是，红岭学子的精神面貌、环境意识、环保能力发生了很大变化，红树林的那种搏击风浪、拥抱海潮、枝枝相印、根根相连的精神得到了弘扬……

“天地与我同根，万物与我一体。”爱护环境、保护环境就是爱护自己、保护你我，让我们每个人都行动起来，从亲近红树林开始，曾经美丽的地球、绿色的田野、湛蓝的天空、清新的空气、清澈的河流、蔚蓝的大海……必将重返我们的身边，让我们在追求知识、追求卓越的同时享受自然界的华美。

   在福田区中小学名师团队中，杨志强工作室在不断发展、不断壮大，工作室是由福田区生物学科骨干教师为主体组成的学术团队，他们在合作中研讨、在交流中碰撞、在思辨中前进。

工作室秉承“思想引领，人文培育，诗意建构，视界融合”的理念，坚持“立足课堂，服务教学，以人为本，着眼未来”的研究方向，努力造就一批师德高尚、学科知识深厚、教学水平优异、科研能力突出、在市内外有一定知名度的中学教师。力争让工作室成为名师的摇篮、科研的基地、交流的平台、辐射的中心，成为教师发展的共同体、魅力课堂的策源地、学生成长路上的加油站。

第一章?生态学基础理论

第一节　环境及环境问题的基本知识

第二节　生态系统

第三节　深圳湿地生态系统

第二章?生态危机

第一节　大气污染

第二节?水污染

第三节?其他类型的污染

第四节?生物入侵与转基因植物的安全性问题

第三章?人口数量与环境

第一节?人口数量动态

第二节?人类种群发展趋势

第三节?人口数量增长对环境的影响

第四节?可持续发展的环境人口容量

第四章?环境污染防治的原则、策略与方法

第一节?环境标准

第二节?环境保护的原则与手段

第三节?常见污染的预防方法

第五章?红树林的植物

第一节?红树林的分布

第二节　红树植物生长的环境及其适应的现象

第三节?走近红树林的安全与防护

第六章?红树林的微生物和动物

第一节?红树林藻类、浮游生物和微生物及适应性

第二节?红树林底栖动物及适应性

第三节?红树林常见鸟类

第七章?学生实践活动成果展示

第一节?论文案例精选

第二节?课题立项案例精选

第三节?校园植物

参考文献

后记

第一章

生态学基础理论

生态学（Ecology）的英文词首和经济学（Economics）是相同的，均来自希腊文，表示“家庭居处”或“环境”的意思，可见生态学与经济学、家庭、环境等有着密切的关系。生态学定义为研究有机体与其周围环境相互关系的科学。

第一节　环境及环境问题的基本知识

一、有关环境的概念

对于环境学来说，中心事物是人类，环境是以人类为主体，与人类密切相关的外部世界的全体，即人类环境是人类生存、繁衍、发展所必需且相适应的环境。人类环境是庞大而复杂的多级大系统，它既包括未经人类改造过的自然界，如高山、大海、江河、湖泊、天然森林以及野生动植物等，又包括经过人类社会加工改造过的自然界，如街道、房屋、水库、园林等。

必须指出，首先，人类环境的范畴是随人类社会的发展而不断变化的，其范围也在不断扩大。早期人类的生产力十分有限，因此，所能影响的环境的范围也有限；今天，人类活动的范围在不断扩大，甚至进入宇宙环境，对环境的影响也日益扩大。因此，对于环境和环境问题的研究也需要不断发展才能与之相适应。

其次，环境科学以人类环境为研究对象，其目的在于探讨人类与环境的相互关系，研究环境本身的功能、结构与发展变化机制，研究人类活动对环境的影响特别是污染物在环境中的迁移、转化规律及对环境的破坏机制，以寻求人类与环境相协调的规律。有关环境的几个概念如表1-1所示：

表1-1                      有关环境的几个概念

二、环境问题

1.?环境问题的概念

对于环境问题，可从广义和狭义两个方面理解。从广义上理解，就是由自然力或人力引起生态平衡破坏，最后直接或间接影响人类生存和发展的一切客观存在的问题。狭义的环境问题是指由于人类的生产和生活活动，使自然生态系统失去平衡，反过来影响人类生存和发展的一切问题。

20世纪五六十年代以前，人们对环境问题的认识还仅仅局限在对环境污染或公害上，因此那时把环境污染等同于环境问题，并经常以“环境公害”称之。而地震、水、旱、风灾等则全被认为属自然灾害，可是随着近几十年来经济的迅猛发展，自然灾害发生的频率及受灾的人数都在激增。

以旱灾和水灾为例，20世纪60年代，全世界每年受旱灾人数为185万人，受水灾人数为244万人；而70年代则分别为520万人和1540万人，即受旱灾人数增加了1.8倍，而受水灾人数增加了5.3倍。

国际红十字会的《1999年世界灾难报告》中指出，由于全球变暖和大规模砍伐森林等环境恶化所引起的自然灾害（主要是旱灾、洪灾、火灾和飓风），1998年导致2万多人死亡，经济损失超过900亿美元；由于土质下降、干旱、洪灾和滥伐森林致使2500万环境难民流离失所。

因此，由于生产力的发展，人类活动已成为一种强大的营力，并改造或破坏了自身原有的生存环境。大部分的自然灾害显然是自然营力和人类活动长期联合作用的结果，因此，环境问题的范围也在不断扩大。

2.?环境问题的类型

如果从引起环境问题的根源考虑，可将环境问题分为两类。纯粹由自然力引起的为原生环境问题，又称第一环境问题，它主要是指地震、洪涝、干旱、滑坡等自然灾害问题。对于这类环境问题，目前人类的抵御能力还很薄弱。由人类活动引起的为次生环境问题，也叫第二环境问题，它主要包括环境污染和生态破坏两大类。

（1）环境污染。环境污染指由于人为的因素，污染物质进入环境，使自然环境的组成、状态发生了变化，结构、功能遭到破坏，引起环境质量恶化，生态系统破坏和对人类生产、生活产生危害的现象。具体说来，环境污染是指有害的物质，主要是工业的“三废”（废气、废水和废渣）对大气、水体、土壤和生物的污染。环境污染包括大气污染、水体污染、土壤污染、生物污染等由物质引起的污染和噪声污染、热污染、放射性污染或电磁辐射污染等由物理性因素引起的污染（也叫环境干扰）。

（2）生态破坏。生态破坏则是人类活动直接作用于自然界而引起的区域性的生态平衡破坏。如乱砍滥伐引起的森林植被破坏，过度放牧引起的草原退化，大面积开垦草原引起的沙漠化，滥采滥捕使珍稀物种灭绝危及地球物种多样性，植被破坏引起的水土流失，等等。

除环境污染和生态破坏两大类主要环境问题外，广义的环境问题还包括人口激增、资源短缺、自然灾害、地方病、气候异常等等。

需要注意的是，原生环境问题与次生环境问题往往难以截然分开，它们常常相互影响、相互作用。例如，人们为了获取食物而大肆毁林垦荒、草原过度放牧而造成植被破坏，从而给水或风对土壤的破坏活动提供了条件，在自然营力的作用下造成了水土流失或土地沙化。由于水土流失或土地沙化导致土壤肥力下降，人们为了补充食物的不足又进行新的植被破坏，从而引发新一轮自然灾害和生态环境破坏。

3.?环境问题的产生与发展

人类的产生和发展一直与环境变化带来的环境问题有关。早在三百万年前的第三纪，地球气候炎热湿润，热带亚热带森林广布，古猿生活在其中，过着无忧无虑的生活，进化速度也很慢。在大约距今三百万年时，地球进入第四纪冰期，气候寒冷，森林面积大大缩小，古猿的生存受到严重威胁，因不适应环境变化而大批死亡，但少量的古猿改变了自己的生活习惯，走下树木，学会制造和利用工具，改造环境，战胜寒冷和饥饿，这是人类产生和发展过程中的一个巨大变革。在这一大变革时期的主要环境问题是气候危机，属于原生环境问题，人类就是在解决气候危机的过程中诞生的。

古人类在距今三百万年前产生，在第三纪漫长的发展过程中，绝大部分时间过着采集植物果实、种籽、根、茎、叶和捕鱼打猎生活。由于活动范围有限，可供采集和渔猎的生物资源十分有限，往往因采集和渔猎过度引起生物资源枯竭，于是产生了食物危机，这是由人类活动直接影响而产生的环境问题。食物危机迫使古人类迁移，而迁移的结果又往往使新的地区生物资源枯竭。早期人类与环境的关系主要表现在人类如何适应环境，总体上说人类对环境的影响十分有限。

距今大约八千年前，人类学会了农耕和畜牧，由原始社会进入了农业社会。

在农业社会中，由于“刀耕火种”的掠夺经营加上不断扩大耕地等原因，植被被破坏、森林被砍伐、草原被开垦（图1-1），由此带来了水土流失、沙漠化，不合理的灌溉又带来了盐渍化，即产生了以土地破坏为主要特征的环境问题。

我国的黄河流域是中华民族的摇篮，哺育了我国光辉灿烂的历史文化。四千多年前，这里森林茂密、水草丰富。据史料记载，周代时期黄土高原的森林约有4.8亿亩，森林覆盖率达到53%。由于大规模的盲目开发，森林被破坏，土地不断退化，产生了严重的水土流失问题。今天，这里成为世界上水土流失最严重的地区之一，到处千沟万壑、荒山秃岭，严重制约着经济和社会的发展。

18世纪初的工业革命，使人类社会的生产力获得了突飞猛进的发展，人类进入工业文明时期。在工业社会，自然资源以前所未有的规模被开发，与此同时，大量的污染物排入环境，对地球的生态和环境造成了严重的破坏。环境公害造成大量的人身和财产损失，成为早期资本主义国家发展的噩梦。

今天，人类社会已经普遍认识到环境问题的危害和严重性，期望实现一种可持续的发展，努力寻求各种解决环境问题、促使人类持久生存和发展的途径。然而，由于环境问题的复杂性，解决环境问题将是一项长期而艰巨的任务。

4.?形形色色的环境负效应

自然环境是日光、大气、水、岩石、矿物、土壤、生物等自然要素共同组成的综合体，各种要素的客观发展过程必然影响到自然环境的性质与特点。人类生存于环境之中，通过生产活动和消费活动作用于环境，影响环境系统的结构和功能。环境又把它所受到的各种自然的或人为的影响，以反馈作用的形式表现出来，形成各种各样的环境效应，影响人类的生产和生活，甚至影响生存，引发环境问题。

环境效应的表现是多方面的，按环境变化的性质可分为环境生物效应、环境化学效应和环境物理效应。

（1）环境生物效应。环境生物效应是指各种环境因素变化而导致生态系统变异的效果。环境生物效应种类繁多、数量巨大、成因多样。中生代恐龙的突然灭绝，就是当时气候剧变所引起的生物效应。现代大型水利工程的建设，切断了鱼、虾、蟹等的回游途径，致使这些水生生物的生长繁殖受到影响，并导致其生活习性发生变化。工业废水、生活污水及农业污水大量排入江河湖海，改变了水体的物理、化学和生物条件，致使鱼类受害，数量减少甚至灭绝。森林的大量砍伐、植被的大规模破坏，既能引起水土流失，降低土壤肥力，引发干旱、风沙等自然灾害，造成农业减产；又能造成鸟类栖息场所缩减，鸟类减少，虫害加剧。而致畸、致癌、致突变物质的污染则可引起染色体突变、机体畸变和癌症发病率上升。

（2）环境化学效应。环境化学效应是指在各种条件的影响下，物质之间的化学反应所引起的环境效果，如环境的酸化、土壤的盐碱化、地下水硬度升高、光化学烟雾发生等。环境酸化主要是酸雨造成的地面水体和土壤酸度增大现象。环境酸化可降低土地肥力，侵蚀石刻雕像、大理石建筑、金属屋顶、桥梁、铁路，造成环境质量下降，影响植物及鱼类生长繁殖。与环境酸化相反的环境化学效应是环境碱化。它是由于大量的可溶性盐类、碱类物质在水体和土壤中长期积累，或者受到海水的长期浸渍造成的。长期利用含盐碱成分的工业废水灌溉农田也会造成土地碱化，土壤碱化则使作物生长受阻、农业减产。地下水硬度升高的现象，在中国北方一些大城市如北京、西安、沈阳等地普遍存在。水硬度的升高增加了水处理的人力、物力和财力成本。光化学烟雾是大气光化学效应的产物，即碳氢化合物和氮氧化合物在阳光中紫外线的作用下，发生光化学反应，产生光化学烟雾。它会显著降低大气能见度，恶化大气环境，并直接危害人体健康和生物的生长。

（3）环境物理效应。它是物理作用引起的环境效果，如热岛效应、温室效应、噪声、地面沉降等。城市和工业区人口集中，工厂、汽车、家庭炉灶大量消耗能源，释放大量废热进入大气，再加上建筑群和街道的辐射热量，致使城市气温高于周围地带，形成热岛效应。工业烟尘和风沙的增加，引起大气混浊度升高和能见度降低，并与二氧化碳一起影响城区辐射平衡。大气中颗粒物的大量存在增加了云雾的凝结核，致使城市降水量增加，产生雨岛效应。近几十年来，由于工厂、交通工具、家庭炉灶等大量燃烧煤炭、石油和天然气，排放出大量的二氧化碳，而森林大量被砍伐，二氧化碳消耗量减少致使大气中二氧化碳的浓度日益升高，产生温室效应，导致全球变暖。温室效应将严重影响全球生态系统的发展演化、人类生存环境的结构功能和社会经济的进步繁荣。工矿企业的机器振动和城市交通车辆产生的噪声，影响人们的思维能力，降低工作效率，甚至危害人体健康。过量开采地下水，往往引起地下水水位下降、地面沉降、建筑塌陷及海水入侵等环境物理效应。

1.?举例说明你身边的环境问题。

2.?环境问题的类型有哪些？

第二节　生态系统

地球上的生物种类十分庞杂，其中包括动物2000万种以上，植物三十多万种，微生物十多万种。这些生物通过新陈代谢不断与环境进行着物质交换、能量的传递和信息的交流，从而引起环境与生物自身的变化。生物在长期的进化中对环境具有依附性和适应性，但生物也不是被动地适应环境。生物在受到环境影响的同时，反过来又作用于环境。

一、生态系统的基本概念

1.?生态系统的概念

一个生物物种在一定的范围内所有个体的总和称为生物种群；在一定自然区域的环境条件下，许多不同种的生物相互依存，构成了有着密切关系的群体，称为生物群落。

生态系统是指生物（包括植物、动物、微生物和人类）与它们赖以生存的环境之间通过物质循环和能量流动互相作用、互相依存而构成的一个动态的有机整体。

生态系统由生物和其赖以生存的生态环境构成，其内部组成之间靠能量传递和物质循环而互相联系并完成一定的功能。人类所生活的生物圈，可以看作是一个最大的生态系统，因此，也经常被称为“生态圈”。

一般的，生态系统可分为自然生态系统、人工生态系统及自然—人工复合生态系统。池塘、河流、海洋、草原、森林、沙漠等，都是典型的自然生态系统；城市、矿山、工厂等是人类创造的人工生态系统；农田、果园、城市环境生态可以作为复合生态系统。

此外，根据生态系统的主要环境条件，又可将自然生态系统分为陆地生态系统和水生生态系统。

2.?生态系统的实例

例如，黄土高原半干旱地区天然分布的干草原，干旱的气候、质粗疏松的土壤、起伏不平的地形……这一切使得在这个区域内只能生长以长芒草、大针茅、克氏针茅、冰草、白草、百里香、冷蒿等植物为主要建群种的干草原类植物；与此相应的也生活着一些草食性和肉食性的动物。但由于生物方面的因素（动物或是人类）使得草原植被破坏，进而会引起气候条件的变化，风大风多、少雨干旱、水土流失等，这一切又使得植被进一步稀少，干旱进一步加深，结果会形成新的以荒漠类生物为主要建群种的生物群落。又如，茂密的热带雨林又是该地区常年雨量充沛、四季温差小、宜于植物生长的气候条件形成的重要保证。

在生态系统中，各种生物彼此间以及生物与非生物的环境因素之间互相作用、关系密切，而且不断进行着物质的交换、能量的传递和信息的交流。目前，人类所生活的生物圈内有无数大小不等的生态系统。图1-2就是一个简化了的陆地生态系统。

3.?生态系统的组成

生态系统由四个基本成分构成，即生产者、消费者、分解者和非生物成分。这些组成成分在物质循环和能量流动中各自发挥着特定的作用，并形成整体功能，缺一不可，使整个生态系统维持动态的平衡。

生态系统是由生命成分和非生命成分这两大部分构成的，其构成如表1-2所示。

表1-2

生态系统中的非生命成分，是指由非生命物质构成的无机环境，如生物生存所需要的阳光、温度、水、各种有机物和无机物等等。它们是生物赖以生存的物质和能量的源泉，并共同构成大气、水和土壤环境，成为生物活动的场所。

生态系统中的生命成分，是生态系统中的主体部分，主要包括植物、动物和微生物。根据它们在生态系统中的作用可划分为生产者、消费者、分解者三大功能类群。

（1）生产者。生产者主要是绿色植物，凡能进行光合作用、制造有机物的生物种类，包括单细胞藻类、光合细菌；还有一些能利用化学能把无机物转化为有机物的化能自养型微生物，它们利用太阳能或化学能并从周围环境中摄取无机物合成有机物，以供给自身和其他生物营养，为生态系统中的其他生物提供赖以生存的食物，是有机物的最初制造者，是生态系统中的最积极因素。

（2）消费者。消费者是指只能依赖生产者生产的有机物为营养来获得能量、维持自身生命活动的生物，它们是异养型生物。按它们的食性不同，可分为草食动物和食肉动物。草食动物是通过直接采食植物而获得能量的动物，如牛、羊、马、食草昆虫和大量啮齿类动物（如兔子）等，属于初级消费者。以草食动物为食物的动物称为二级消费者，如青蛙，鸟类等；以食肉动物为食物的动物称为三级消费者，如狐狸等；狮、虎等猛兽以三级消费者为食，称为四级消费者。有些动物的食性并无固定，如某些鸟，它们既吃昆虫又吃粮食，属杂食动物。我们人类也属于杂食动物。

（3）分解者。分解者主要是指细菌、真菌等微生物和某些原生动物（如鞭毛虫等），它们是生态系统的“清洁工”。它们依靠分解动物和植物的排泄物和尸体取得营养物质和能量，同时又将组成动植物残体的复杂有机物分解为简单的无机物，归还给无机环境，以供植物再次利用，所以又称它们为还原者。如果没有分解者，死亡的有机体在地球表面就会堆积如山，营养物质就不能在生物与非生物之间循环，因此分解者是生态系统中不可缺少的组成成分。

生态系统的各组成成分各自承担着不可替代的功能。生产者为消费者和分解者直接或间接地提供食物；消费者把生产者的数量控制在非生物环境所能承受的范围内；生产者和消费者的残体、排泄物最终被分解者分解为无机物，供植物重新利用。

人类作为生态系统一个不可缺少的组成部分，对于生态系统的稳定起着非常重要的作用。人类对自然资源的掠夺性利用、工农业发展带来的环境污染、人类有意或无意地引进外来物种等因素均严重地破坏了生态系统的结构和功能。

4.?生态系统的结构

对生态系统的结构特征，一般从形态结构和营养结构两个角度进行研究。

（1）生态系统的形态结构：生态系统的生物种类、种群数量、种的空间配置（水平分布、垂直分布）、种的时间变化（发育、季相）等构成了生态系统的形态结构。例如，在森林生态系统中，有各种乔木、灌木和草本植物，有各种动物和复杂的微生物种群。它们各自的数量、空间的分布和种的时间变化就构成了森林生态系统特有的形态结构。

（2）生态系统的营养结构：生态系统各组成部分之间建立起来的营养关系，构成了生态系统的营养结构。它是生态系统中能量流动和物质循环的基础。生态系统中，由食物关系把多种生物联系起来，一种生物以另一种生物为食，另一种生物再以第三种生物为食……彼此形成一个以食物连接起来的链锁关系，称为食物链。例如，老鼠以农作物为食，而鼬鼠又以老鼠为食，这就构成了一个最简单的食物链。又如，碎屑—蘑菇—昆虫—蛙—蛇—鹰就构成了一个较为复杂的食物链。

按照生物间的相互关系，一般可把食物链分为：

（1）捕食性食物链，即由一些以其他动物为食的动物构成的食物链。例如，由狐狸和野兔构成的食物链。

（2）碎食性食物链，是由一些食碎屑生物构成的。例如，秃鹫、蚯蚓、千足虫、白蚁、蚁和甲虫等。

（3）寄生性食物链，是由一些寄生性生物构成的。它们不像其他生物那样吃掉“捕获物”，而是与它们的“捕获物”建立起一种紧密的联系，长期地以“捕获物”为生。例如，动物肠内的绦虫，寄生在动物体外的蜱、虱或七鳃鳗以及一些植物如菟丝子、槲寄生等。

（4）腐生性食物链，是由腐生性生物构成的。例如，水晶兰、真菌等。

在一个生态系统中，食物关系往往十分复杂，各种食物链相互交错，形成所谓食物网。能量的流动、物质的迁移和转化，就是通过食物链或食物网进行的。

各个食物链之间的关系都不是一种简单的直线关系，它们之间相互联系、相互交叉，形成了一个纵横交错的网络，如图1-3所示。

食物网结构的复杂与完备程度和生态系统的稳定性有很大的关系。一般食物网越复杂，生态系统就越容易保持稳定的状态；而食物网越简单，生态系统就越容易发生波动和遭到毁灭。

二、生态系统的功能

生态系统是由各种组成成分之间组成动态平衡的有机整体。生态系统能够维持一定的稳定状态，是通过其基本功能实现的。能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大基本功能。

1.?生态系统中的能量流动

生态系统能量的根本来源是太阳能。太阳像一个巨大的火球，日夜不停地向地面辐射着巨大的能量。

据科学计算，太阳每秒辐射的光能相当于燃烧115亿吨标准煤所发出的热量，而这部分能量中只有1％左右能被绿色植物所利用。绿色植物通过光合作用把太阳能转变成有机分子中的化学能。当植食性动物吃植物时，这种能量就转移到食草动物身体中；当食肉动物吃食草动物时，又转移到食肉性动物的身体中；最后由腐生生物将动植物残体分解，归还到环境中。

生态系统中的能量流动，是有一定规律的。

首先，能量流动是单向的、不可逆的。太阳能被绿色植物吸收转化为化学能，是生态系统所能固定的能量的全部和唯一来源。太阳能被固定后，只能从低营养级向高营养级流动和转化，而不能逆向进行。

其次，能量在生态系统中的流动是递减的，即生态金字塔定律（也称1/10定律）。

太阳能沿着食物链、食物网在生态系统中流动时，绿色植物所获得的能量并没有全部被草食动物利用。因为绿色植物的根系、茎杆、果壳，以及枯枝落叶等部分组织，往往不能被草食动物所采食，而且采食部分还有不能被消化而作为粪便排出体外的部分。由于这些原因，草食动物所能利用的能量，一般仅为绿色植物所含总量的1/10左右。同样道理，肉食动物所能利用的能量，一般仅为草食动物总能量的1/10左右。这就不难看出，能量在生态系统中的流动越来越少，所能供养的动物数量也应该越来越少。一般说来，能量沿着绿色植物→草食动物→一级肉食动物→二级肉食动物逐级流动，而后者所获得的能量大体等于前者所含能量的1/10；也就是说，在能量流动过程中，约有9/10的能量损失掉了。这种数量关系即是由美国耶鲁大学的学者林德曼于1942年创立的1/10定律。按照这条规律，为了满足食物链或食物网中各个营养级对能量的需要，在食物链中生物的数量随营养级的上升而呈递减的趋势，从而形成金字塔结构，这就是所谓的“生态金字塔”。

生态系统中能量流动的规律对人类有着重要的指导作用。我们只有认识和掌握了这些规律，才能正确调节生态系统各组成成分之间的关系，使之保持稳定的状态，如图1-4所示。

2.?生态系统中的物质循环

在生态系统中不仅随时进行着能量的转换和流动，而且无时无刻不在进行着物质的循环。生态系统中的一切生物，无论是植物、动物还是微生物，都是由运动着的物质构成的。所有的生物都是地球长期演化的产物。

与能量流动不同，这种运动不是物质的单向流动，而是周而复始的物质循环。由于生态系统中的物质是多种多样的，不同的物质其循环的特点和途径也各不相同。其循环主要包括水循环、碳循环、氮循环、氧循环、磷循环等几种途径。

下面以最重要的碳循环为例来说明生态系统物质循环的基本过程。

碳是构成生物体的主要元素之一，它主要以二氧化碳的形式储存于大气之中。碳循环示意图如图1-5所示。

绿色植物通过光合作用，吸收空气中的二氧化碳，与水形成碳水化合物；在经过食草动物、食肉动物和人的取食过程中，这些碳水化合物沿着食物链逐级移动，并转变为其他含碳化合物；植物、动物和人的残体或尸体及排泄物经过微生物的分解，释放出二氧化碳，重新返回到大气之中。此外，人、动物和大部分植物的呼吸，木材、煤炭、石油的燃烧等，也使二氧化碳返回大气中。这些返回大气的二氧化碳又重新被植物所吸收，开始新的循环。

森林生态系统是碳的主要吸收者。森林的光合作用每年大约固定36×10⁹吨碳，在整个生态系统的碳循环中起着极其重要的作用。近百年来，随着世界人口爆炸和工业的发展，大气中二氧化碳的含量正在缓慢地上升。二氧化碳对太阳的短波辐射无阻挡，但对地面长波辐射产生吸收和散射作用。因此，CO₂的含量增加可使对流层温度升高，称为温室效应。据科学家估算，大气二氧化碳浓度1860年为295×10^-4％，1958年为313×10^-4％，1971年为323×10^-4％，2000年为375×10^-4％。

也有学者认为，大气中微小颗粒物质的增多会反射入射的太阳辐射，从而可使地球温度降低，即“冷房效应”。但世界上较为普遍的看法认为，全球环境整体在变暖。到2030年，大气中二氧化碳含量将会持续增加，全球表面平均温度将上升1.5℃～4.5℃，海平面将升高20～140cm。因此人类将不得不牺牲许多现代化的沿海城市和设施。全球气候的未来巨变，必将对整个生物圈产生深远的影响。这些都已引起全社会的广泛重视。

3.?生态系统中的信息传递

信息传递是生态系统的另一功能。生物在生存的过程中能释放出一些信息素（一种特殊的化学物质），或驱赶天敌以自我保护，或吸引异性以繁衍后代。在自然生态系统中，许多生物种内或种外可以传递的信息有多种形式，主要有营养信息、化学信息、物理信息、遗传信息和行为信息。例如，蚂蚁可以通过触角来相互传递各种信息，蜜蜂通过分泌物质来传递花粉来源地，有些生物遇到敌害可以释放恶臭气体，等等。

北极狐和北极兔

据科学家们观察，生活在北极地区的北极狐是以北极兔为食的。北极狐一胎可以怀单胎，也可以怀双胎，而这取决于北极兔的多少。北极兔的数量多则怀双胎，数量少则怀单胎。这对于维持生态系统的平衡是至关重要的。难道是北极兔告诉北极狐它们的数量的吗？显然不可能，这只能是生态系统中某些类似物理、化学等信息在起作用。

 食物信息在食物链中的传递

在麦苗→蝗虫→青蛙→蛇→鹰这个食物链中，进行的是能量和物质的转移。但这也是有关信息在不同营养级之间输入和输出的过程。因为能量和物质的转移有赖于各种生物的捕食行为，这种行为发生的时间、地点、程度却是由动物所获得的信息决定的。麦苗的颜色和气味、蝗虫的跳跃、蛙的鸣叫、蛇的游动等，都能提供有关信息。

由此可见，生态系统的各组成部分之间都伴随着信息的流动。整个生态系统中能量流和物质流的行为由信息决定，而信息又寓于物质和能量的流动之中，物质流和能量流是信息流的载体。

1.?什么是生态系统？其基本组成包括哪些？

2.?生态系统的基本功能是什么？