主要内容
什么是生态系统？
了解生态系统是什么，能量和物质如何在生态系统中移动，以及什么使一个生态系统处于稳定的状态。
要点
- 一个生态系统由生物群体及其所处的物理环境所构成。
- 生态系统有大有小，可以是海洋生态系统，水生生态系统或者陆地生态系统。陆地生态系统的大量种类被称为 生物群落。
- 在生态系统中，物质和能量都是守恒的。能量在生态系统中是流动的（通常是从光变成热），物质在生态系统中是循环的。
- 当遭遇扰动或者破坏时，因其具有更好的抵抗性和恢复力，生物多样性较高的生态系统显得更加稳定。
介绍
加利福尼亚海岸上的潮池与南美洲的亚马逊雨林有什么相似之处？尽管大小相差很多数量级，二者都是生态系统的实例——生物群体及其所处的物理环境共同构成的群落。
提醒一下，一个群落是由居住在一个特定地区的所有物种全体所组成的。生态系统和群落这两个概念密切相关——差异在于生态系统包括物理环境，而群落则不包括。换句话说，一个群落是一个生态系统的生物或者活物构成。除了这个生物构成以外，生态系统还包括非生物构成——物理环境。
生态系统可能很小，例如许多海洋的多岩石海岸附近的潮池；生态系统也可能很大，例如南美洲的亚马逊雨林。生态系统的边界基本上是由研究生态系统的生态学家来界定的，生态学家为了合理解释他们关心的问题来做出相应界定。
生态系统是什么样的？
简短的回答：难以置信的多样化！生态系统不仅大小可能不同，而且几乎在所有可以想象的生物或非生物特征方面也可能不同。
一些生态系统是海洋生态系统，还有的是淡水生态系统，其他的是陆地生态系统。海洋生态系统在地球上最为常见，海洋及其包含的生物体覆盖了地球表面的75％。淡水生态系统是最少见的，仅占地球表面的1.8％。陆地生态系统覆盖了地球表面的其余部分。
基于气候，陆地生态系统可以进一步归类为生物群落。陆地生物群落的例子包括热带雨林，稀树草原，沙漠，针叶林，落叶林和苔原。下图显示了地球上生物群落的广泛分布。
即使在同一个生物群落中，也有很大的多样性。例如，左图的索诺兰沙漠和右图的博阿维斯塔岛内陆都可以归类为沙漠，但它们的生态群落却截然不同。索诺兰沙漠中生活着更多的植物和动物。
生态系统中的能量和物质
通常生态系统生态学家最感兴趣的是追踪生态系统中的能量和物质活动。
当我们考虑食物网（彼此互为食物的生物网络）、生物地球化学循环（化学元素在生物圈中移动时所采取的途径），我们将仔细研究能量和物质的运动。在生态系统中发现的生物往往具有适应性。适应性是自然选择产生的有益特征，使得生物可以在特定的生态系统中获得能量和物质。
在我们深入了解细节之前，让我们看看能量和物质通过生态系统传播的关键特征。能量和物质都是 守恒 的，既不会被创造也不会消失，只是在生态系统中的流通方式不同：
- 物质是循环的；相同的原子一遍又一遍地重复使用。
- 能量通过生态系统进行流动，通常以光的形式进入，再以热量的形式流出。
循环的物质
物质通过地球的生态系统不断循环——尽管物质可能会从一个生态系统转移到另一个生态系统，例如营养成分被冲到河里
举个例子，让我们看看化学营养成分如何在陆地生态系统中运转。陆地植物从大气中吸收二氧化碳和土壤中的其他营养物质，如氮和磷，以构建构成其细胞的分子。当动物吃掉植物时，它使用植物的分子获取能量，并将其作为自身细胞的构成材料，通常会将原子和分子重构成新的形态。
当植物和动物进行细胞呼吸——将分子分解为能量——二氧化碳释放到大气中。同样，当它们排泄废物或死亡时，其化合物被细菌和真菌当作能量和材料。这些分解者将简单的分子释放回土壤和大气中，在下一轮循环中这些分子可以被重新吸收。
由于这种回收利用，现在构成你身体的原子具有悠久而独特的历史。它们很可能是植物，动物，其他人，甚至是恐龙的一部分
单向的能量流动
与物质不同，能量不能在生态系统中回收利用。相反，能量在生态系统中是单向流动的——通常是从光到热。
能量通常以阳光的形态进入生态系统，并被绿色植物和藻类通过光合作用以化学形式捕获。然后，能量在生态系统流动并且不断变换形态。这个过程是随着生物体的代谢，产生废物，相互捕食，最终死亡和分解而进行的。
能量每改变一次形态，其中一部分会转化为热量。热量仍被视为能量——因此能量没有损失——但它通常不能被生物体用作能源。以阳光的形式进入生态系统的能量最终将以热量的形式消散并辐射回太空。
这种生态系统中的单向能量流意味着每个生态系统要想正常运转，都需要持续的能量供应（通常来自太阳）。能量可以在生物体之间传递，但是它不能循环，因为部分能量在每次传递过程中作为热量损失掉了。
生态系统的稳定和动态
生态系统是动态的，一个静态的生态系统会是一个死亡的生态系统——正如静态的细胞会是一个死亡的细胞。如上所述，能量在生态系统中不断流动，化学营养素不断循环。在较高的组织层面，生物体在不断死亡和出生，种群数量在不断变化，气候模式以不可预测的方式季节性地发生着变化。
均衡和扰动
均衡是生态系统的稳定状态，尽管物理环境和生物群落是变动的，生态系统的构成和特征仍然保持不变。生态系统可能会由于扰动或破坏事件而偏离均衡，这些事件会影响生态系统的构成。
一些扰动是自然过程的结果。例如，草原或森林生态系统中的闪电可能引起火灾这种扰动。其他扰动是人类活动的结果。例如酸雨，滥砍滥伐，藻类繁殖以及入侵物种的引入。
对于相同的扰动，不同的生态系统的反应可能不同；一种生态系统可能会迅速恢复，另一种生态系统可能恢复得很慢——或根本不恢复。
抵抗力和恢复力
生态学家有时会使用两个参数来描述生态系统如何应对扰动。这两个参数就是抵抗力和恢复力。生态系统抵御扰动而保持平衡的能力被称为抵抗力。
生态系统在扰动后恢复平衡的难易程度被称为恢复力。一些生态学家认为抵抗力也是一种恢复力——短期的恢复力
许多生态学家认为生物多样性在维持生态系统的稳定性中起着关键作用。
例如，如果生态系统中只有一种具有特定作用的植物物种，如果扰动会伤害该物种——例如干旱敏感物种遭遇干旱——还会对整个生态系统产生严重影响。相反，如果生态系统中有几种具有相似功能作用的植物物种，可能会有一种植物具有更好的耐旱性，该物种还能帮助整个生态系统在干旱期间存活下来
当我们考虑由人类活动造成的扰动的影响时，生态系统的抵抗力和恢复力就显得很重要。扰动可能会严重到超过生态系统的恢复临界点——生态系统不再具有恢复力。这种扰动可能导致生态系统的永久性的改变或损失。