高等植物所不具有的生命系统结构层次是

【专家解说】：能量是生态系统的基础，一切生命都存在着能量的流动和转化。没有能量的流动，就没有生命和生态系统。流量流动是生态系统的重要功能之一，能量的流动和转化是服从于热力学第一定律和第二定律的，因为热力学就是研究能量传递规律和能量形式转换规律的科学。 能量流动可在生态系统、食物链和种群三个水平上进行分析。生态系统水平上的能流分析，是以同一营养级上各个种群的总量来估计，即把每个种群都归属于一个特定的营养级中（依据其主要食性），然后精确地测定每个营养级能量的输入和输出值。这种分析多见于水生生态系统，因其边界明确、封闭性较强、内环境较稳定。食物链层次上的能流分析是把每个种群作为能量从生产者到顶极消费者移动过程中的一个环节，当能量沿着一个食物链在几个物种间流动时，测定食物链每一个环节上的能量值，就可提供生态系统内一系列特定点上能流的详细和准确资料。实验种群层次上的能流分析，则是在实验室内控制各种无关变量，以研究能流过程中影响能量损失和能量储存的各种重要环境因子。 在这里我们还介绍一下食物链、食物网、营养级、生态金字塔等概念。植物所固定的能量通过一系列的取食和被取食关系在生态系统中的传递，这种生物之间的传递关系称为食物链（food chains）。一般食物链是由4~5环节构成的，如草→昆虫→鸟→蛇→鹰。但在生态系统中生物之间的取食和被取食的关系错综复杂，这种联系象是一个无形的网把所有生物都包括在内，使它们彼此之间都有着某种直接或间接的关系，这就是食物网（food web）。一般而言，食物网越复杂，生态系统抵抗外力干扰的能力就越强，反之亦然。在任何生态系统中都存在着两种最主要的食物链，即捕食食物链（grazing food chain）和碎屑食物链（detrital food chain），前者是以活的动植物为起点的食物链，后者则以死生物或腐屑为起点。在大多数陆地和浅水生态系统中，腐屑食物链是最主要的，如一个杨树林的植物生物量除6%是被动物取食处，其余94%都是在枯死凋落后被分解者所分解。一个营养级（trophic levels）是指处于食物链某一环节上的所有生物种群的总和，在对生态系统的能流进行分析时，为了方便，常把每一生物种群置于一个确定的营养级上。生产者属第一营养级，植食动物属第二营养级，第三营养级包括所有以植食动物为食的肉食动物，一般一个生态系统的营养级数目为3~5个。生态金字塔（ecological pyramids）是指各个营养级之间的数量关系，这种数量关系可采用生物量单位、能量单位和个体数量单位,分别构成生物量金字塔、能量金字塔和数量金字塔.任何物质或元素都处在循环的某个阶段，他们通过生态系统中生物有机体和无生命环境之间的循环活动过程就叫做生态系统的物质循环，生态系统的物质循环和能量流动是紧密联系，不可分割的。能量在食物链中是向着一个方向逐级流动，不断消耗和散失，而物质则可被生物多次利用，在生态系统中不断地循环，或是从一个生态系统消失而又在另一个生态系统出现。这是物质循环和能量流动的重要特征。 （海洋中生产者体积小，但是群体大。消费者体积大）依据在生态系统中的功能可划分为三大功能类群：生产者、消费者和分解者。生产者通过光合作用不仅为本身的生存、生长和繁殖提供营养物质和能量，而且也为消费者和分解者提供唯一的能量来源。海洋生态系统中的生产者包括所有海洋中的自养生物，这些生物可以通过光合作用把水和二氧化碳等无机物合成为碳水化合物、蛋白质和脂肪等有机化合物，把太阳辐射能转化为化学能，贮存在合成有机物中。。太阳能只有通过生产者的光合作用才能源源不断地输入生态系统，然后再被其它生物所利用。值得提出的是，深海热泉生态系统的生产者能通过化能作用制造有机物，而陆地上没有这样的生产者。消费者是指依靠动植物为食的动物。直接吃植物的动物叫植食动物，又叫一级消费者，如大多数海洋双壳类、钩虾、哲水蚤、鲍等；捕食动物的叫肉食动物，也叫二级消费者，如海蜇、箭虫、对虾和许多鱼类等；以后还有三级消费者、四级消费者，直到顶位肉食动物。消费者也包括那些既吃植物也吃动物的杂食动物，如鲻科鱼类、只吃死的动植物残体的食碎屑者和寄生生物。分解者在任何生态系统中都是不可缺少的组成成分。它的基本功能是把动植物死亡后的残体分解为比较简单的化合物，最终分解为无机物，并把它们释放到环境中去，供生产者再重新吸收和利用。在全球生态系统的动态平衡中,资源分解的主要作用有:①通过死亡物质的分解,使营养物质再循环,给生产者提供营养物质;②维持大气中CO2浓度;③稳定和提高土壤有机物质的含量,为碎屑食物链以后各级生物提供食物;④改变土壤物理性状,改变地球表面惰性物质.因此，分解过程对于物质循环和能量流动具有非常重要的意义。此外，还有一些以动植物残体和腐殖质为食的动物，在物质分解的总过程中发挥着不同程度的作用，如沙蚕、海蚯蚓和刺海参等，有人把这些动物称为大分解者，而把细菌和真菌称为小分解者。它们在生态系统中的重要作用是把复杂的有机物分解为简单的无机物，归还到环境中供生产者重新利用。分解作用的意义主要在于维持全球生产和分解的平衡. 生物量指水体单位面积或单位体积内生物有机质的重量。在海洋，生产量一般随生物量增加而增加。周转率是指一定时间内新增加的生物量P与这段时间内平均生物量B的比率P/B系数。在海洋中，初级生产量以珊瑚礁和海藻床为最高，其变化趋势是由河口湾向大陆架到海洋而逐渐减少。占地球表面积71%的大洋，其生物生产力很低，所以有人将其称之为“生物学的荒漠。海洋初级生产力的季节变动是中等程度的，而陆地生产力的季节波动则很大，夏季比冬季生产力平均高60%。周转率一般都随生物量的增加而增加。从P/B比值(或称周转率)来看，个体越小的种类，P/B比值越大，虽然生物量小，但周转时间短，结果产量高。一般地，海洋的生物量比陆地增加的速度快。 海洋生态系统中的植食动物有着极高的取食效率，海洋动物利用海洋植物的效率约相当于陆地动物利用陆地植物效率的5倍。正是由于这一点，海洋的初级生产量总和虽然只有陆地初级生产量的1/3，但海洋的次级生产量总和却比陆地高得多在海洋中植食性动物对初级生产者的利用效率要高于陆地也高于肉食性动物以及杂食性动物对营养的利用率，因为在海洋中植食性动物大多以浮游植物和海草海藻等为食，摄食的时候基本将食物全部摄入，并且进行比较良好的消化。而在陆地上，大部分植食性动物只摄食植物的一部分，而根或是茎则被遗弃，或是进食之后并没有进行很好的消化就排出体外。不同生态系统中食草动物的消费效率是不相同的.①植物种群增长率高,世代短,更新快,其被利用的百分率就高;②草本植物的支持组织比木本植物的少,能提供更多的净初级生产量为食草动物所利用;③小型浮游植物的消费者(浮游动物)密度很大,利用净初级生产量比例最高。肉食性动物也是同样的道理，所以在海洋中植食性动物对初级生产者的利用率是最高的。 海洋生物群落中，从植物、细菌或有机物开始，经植食性动物至各级肉食性动物，依次形成摄食者与被食进的营养关系，称为海洋食物链。因为海洋中一种生物往往以多种其他生物为生，而它本身也为多种生物所食，所以每种生物在一个海域中是处于不同的营养层次之中。这样，整个海域中各种生物彼此之间的食物关系就构成一个错综复杂的网络结构，这就是海洋食物网。物质和能量经过海洋食物网的各个环节所进行的转换与流动，是海洋生态系中的物质循环和能量流动的一个基本过程。不同层次的消费者（个体、群体或种群直到群落）在其不同的生态位发挥着作用。物质和能量沿着食物链传递过程中不断地消耗，其消耗量视不同的摄食者对所摄食食物的实际利用效率而定。一般说来，食物链每升高一个层次，有机物质量能量就要损失一部分，食物链的层次越多，总体效率就越低。因此，从初级生产者浮游植物、底栖植物或碎屑算起，处于食物链层次越高的动物，其相对数量越少。相反，处于食物链层次越低的动物，其相对数量越多。这便形成生物量度能量的金字塔。而食物链（网）越复杂，生态系统的主要动能。 (1)海洋食物链较长，特别是大洋区食物链经常达到4～5级。而陆生食物链通常仅有2～3级，很少达到4～5级。 (2)海洋食物链的许多环节是可逆的、多分支的，加上碎屑食物链、植食食物链和腐食食物链相互交错，网络状的营养关系比陆地的更多样、更复杂。因此，在海洋中用食物网更能确切表达海洋生物之间的营养关系。 (3)食物链只表示有机物质和能量从一种生物传递到另一种生物中的转移与流动方向，而不表示每一营养层所需的有机物和能量的数量(即生物量和热量)。 (4)食物链每升高一个层次，有机物质和能量就要有很大的损失，食物链的层次越多，总体效率越低。因此，从初级生产者浮游植物、底栖植物或碎屑算起，处于食物链层次越高的动物，其相对数量越少；相反，处于食物链层次越低的动物，其相对个体数量越多。贮存在生产者体内的能量沿着食物链传递时会大量消耗，能流越来越细，营养级间的能量转移效率平均只有10％～15％左右。这便构成了生物量金字塔和能量金字塔。 (5)食物网的结构是可变的。从食物网的定义，我们已知在自然界中，一种生物往往摄食多种生物，而其本身也为多种生物所食。因而每种生物在一个海域中是处于不同食物链的不同环节，或者说处于不同的营养层次之中。这样，整个海域各种生物彼此之间的食物关系，就成了一个错综复杂的网络结构。事实上，同一种鱼也依其发育生长阶段、季节和所在海域的不同，其饵料也各异，所以食物网的结构是会改变的。 图 海洋食物链类型 能量流动,物质循环和信息传递是生态系统的三大功能. 生产者所固定的能量和物质,通过一系列取食和被食的关系在生态系统中传递,各种生物按其食物关系排列的链状顺序称为食物链. 由于受能量传递效率的限制,食物链的长度不可能太长,一般食物链都是由4～5个环节构成的。生态系统中的食物链不是固定不变的,只有在生物群落组成中成为核心的,数量上占优势的种类所组成的食物链才是稳定的。捕食食物链:直接以生产者为基础,继之以植食性动物和肉食性动物,能量沿着太阳→生产者→植食性动物→肉食性动物的途径流动.如:青草→野兔→狐→狼.在大多数生态系统中,净初级生产量只有很少一部分通向捕食食物链,不是主要的食物链. 2)碎屑食物链:以碎屑为基础,高等植物的枯枝落叶被分解者分解成碎屑,然后再为多种动物所食.其构成方式为枯枝落叶→分解者或碎屑→食碎屑动物→小型肉食动物→大型肉食动物. 除此之外,还有寄生食物链,可认为是捕食食物链的特例。生态系统中许多食物链彼此交错连接,形成的一个网状结构. 一般说来,生态系统中的食物网越复杂,生态系统抵抗外力干扰的能力就越强,其中一种生物的消失不致引起整个系统的失调;生态系统的食物网越简单,生态系统就越容易发生波动和毁灭,尤其是在生态系统功能上起关键作用的种,一旦消失或受严重损害,就可能引起这个系统的剧烈波动.一个复杂的食物网是使生态系统保持稳定的重要条件。