什么是生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)作用
自然生態(tài)系統(tǒng)中的所有生物和非生物都具有雙重屬性，既是生態(tài)系統(tǒng)不可或缺的組成部分，也是人類社會可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)資源。什么是生態(tài)系統(tǒng)呢？下面是學(xué)習(xí)啦小編整理的什么是生態(tài)系統(tǒng)，歡迎閱讀。
什么是生態(tài)系統(tǒng)
生態(tài)系統(tǒng)簡稱ECO，是ecosystem的縮寫，指在自然界的一定的空間內(nèi)，生物與環(huán)境構(gòu)成的統(tǒng)一整體，在這個統(tǒng)一整體中，生物與環(huán)境之間相互影響、相互制約，并在一定時期內(nèi)處于相對穩(wěn)定的動態(tài)平衡狀態(tài)。生態(tài)系統(tǒng)的范圍可大可小，相互交錯，太陽系就是一個生態(tài)系統(tǒng)，太陽就像一臺發(fā)動機，源源不斷給太陽系提供能量。地球最大的生態(tài)系統(tǒng)是生物圈;最為復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)是熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)，人類主要生活在以城市和農(nóng)田為主的人工生態(tài)系統(tǒng)中。生態(tài)系統(tǒng)是開放系統(tǒng)，為了維系自身的穩(wěn)定，生態(tài)系統(tǒng)需要不斷輸入能量，否則就有崩潰的危險;許多基礎(chǔ)物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中不斷循環(huán)，其中碳循環(huán)與全球溫室效應(yīng)密切相關(guān)，生態(tài)系統(tǒng)是生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的一個主要結(jié)構(gòu)和功能單位，屬于生態(tài)學(xué)研究的最高層次。
生態(tài)系統(tǒng)理論
早期
隨著生態(tài)學(xué)的發(fā)展，生態(tài)學(xué)家認為生物與環(huán)境是不可侵害的整體，以至后來歐德姆(E.P.Odum)認為應(yīng)把生物與環(huán)境看作一個整體來研究，定義生態(tài)學(xué)是“研究生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的科學(xué)”，研究一定區(qū)域內(nèi)生物的種類、數(shù)量、生物量、生活史和空間分布;環(huán)境因素對生物的作用及生物對環(huán)境的反作用;生態(tài)系統(tǒng)中能量流動和物質(zhì)循環(huán)的規(guī)律等，他的這一理論對大學(xué)生態(tài)學(xué)教學(xué)和研究有很大的影響，他本人因此而榮獲美國生態(tài)學(xué)的最高榮譽--泰勒生態(tài)學(xué)獎，也是首次提出生態(tài)系統(tǒng)概念的人。[1]
發(fā)展
1935年，英國生態(tài)學(xué)家，亞瑟·喬治·坦斯利爵士(Sir Arthur George Tansley)受丹麥植物學(xué)家尤金紐斯·瓦爾明(Eugenius Warming)的影響，明確提出生態(tài)系統(tǒng)的概念。認為：
“(原文)But the fundmental conception is, as it seems to me, the whole system (in the sense of physics), including not only the organism-complex, but also the while complex of physical factors forming what we call the enviriment, with which they form one physical system. ... These ecosystems, as we may call them, are of the most various kinds and sizes. They form one category of the multitudinous physical systems of the universe, which range from the universe as a whole down to the atom. (Tansley A G. The use and abuse of vegetational concepts and terms. Ecology, 1935,16(3):284-307.P 299)”(但是對我來講，基礎(chǔ)概念是整個系統(tǒng)(從物理學(xué)中的意義來說)，包括了有機體的復(fù)雜組成，以及我們稱之為環(huán)境的物理要素的復(fù)雜組成，以這些復(fù)雜組成共同形成一個物理的系統(tǒng)。... 我們可以稱其為生態(tài)系統(tǒng)，這些生態(tài)系統(tǒng)具有最為多種的種類和大小。他們形成了宇宙中多種多樣的物理系統(tǒng)中的一種類型，而物理系統(tǒng)從宇宙整體到原子的范圍。)
坦斯利對生態(tài)系統(tǒng)的組成進行了深入的考察，為生態(tài)系統(tǒng)下了精確的定義。
1940年，美國生態(tài)學(xué)家R.L.林德曼(R.L.Lindeman)在對賽達伯格湖(Cedar Bog Lake)進行定量分析后發(fā)現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)在能量流動上的基本特點：
·能量在生態(tài)系統(tǒng)中的傳遞不可逆轉(zhuǎn)
·能量傳遞的過程中逐級遞減，傳遞率為10%～20%
這也就是著名的林德曼定律。
生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展史
早期歷史
早在古代，中國的哲學(xué)家就闡發(fā)了“天地與我并生，而萬物與我為一”(《莊子·齊物論》)的重要的生態(tài)哲學(xué)思想，其中以老子和莊子為代表的道家學(xué)派對人與自然的關(guān)系進行了深入探討。這一時期，人與生態(tài)系統(tǒng)的矛盾并不突出。
十九世紀中期
最早倡導(dǎo)人與自然和諧共處的是新英格蘭作家，亨利·戴維·梭羅(Henry David Thoreau)在其1849年出版的著作《瓦爾登湖》中，梭羅對當(dāng)時正在美國興起的資本主義經(jīng)濟和舊日田園牧歌式生活的遠去表示痛心。(梭羅第1頁、30～34頁)梭羅在康科德四鄉(xiāng)的生活中，對本土生物做了詳細的考察，以藝術(shù)的筆調(diào)記錄在《瓦爾登湖》一書中。為此，梭羅被后人稱為“生態(tài)文學(xué)批評的始祖”。(梭羅第1~4頁)
二十世紀晚期
1962年，美國海洋生物學(xué)家蕾切爾·卡遜(Rachel Carson)，發(fā)表震驚世界的生態(tài)學(xué)著作《寂靜的春天》，提出了農(nóng)藥DDT造成的生態(tài)公害與環(huán)境保護問題，喚起了公眾對環(huán)保事業(yè)的關(guān)注。[3] 1964年，先驅(qū)卡遜去世，化工巨頭孟山都化學(xué)公司頗有針對性地出版了《荒涼的年代》一書，對環(huán)保主義者進行攻擊，書中描述了DDT等殺蟲劑被禁止使用后，各種昆蟲大肆傳播疾病，導(dǎo)致大眾死傷無數(shù)的“慘劇”。1970年4月22日，美國哈佛大學(xué)學(xué)生丹尼斯·海斯(Dennis Hayes)發(fā)起并組織保護環(huán)境活動，得到了環(huán)保組織的熱情響應(yīng)，全美各地約2000萬人參加了這場聲勢浩大的游行集會，旨在喚起人們對環(huán)境的保護意識，促使美國政府采取了一些治理環(huán)境污染的措施。后來，這項活動得到了聯(lián)合國的首肯。至此，每年4月22日便被確定為“世界地球日”?！?972年，瑞典斯德哥爾摩召開了“人類環(huán)境大會”并于5月5日簽訂了《斯德哥爾摩人類環(huán)境宣言》，這是保護環(huán)境的一個劃時代的歷史文獻，是世界上第一個維護和改善環(huán)境的綱領(lǐng)性文件，宣言中，各簽署國達成了七條基本共識;此外，會議還通過了將每年的6月5日作為“世界環(huán)境日”的建議。會議把生物圈的保護列為國際法之中，成為國際談判的基礎(chǔ)，而且，第三世界國家成為保護世界環(huán)境的重要力量，使環(huán)境保護成為全球的一致行動，并得到各國政府的承認與支持。在會議的建議下，成立了聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署，總部設(shè)在肯尼亞首都內(nèi)羅畢。[4] 1982年5月10日至18日，為了紀念聯(lián)合國人類環(huán)境會議10周年，促使世界環(huán)境的好轉(zhuǎn)，國際社會成員國在規(guī)劃署總部內(nèi)羅畢召開了人類環(huán)境特別會議，并通過了《內(nèi)羅畢宣言》。在充分肯定了《斯德哥爾摩人類環(huán)境宣言》的基礎(chǔ)上，針對世界環(huán)境出現(xiàn)的新問題，提出了一些各國應(yīng)共同遵守的新的原則。《內(nèi)羅畢宣言》指出了進行環(huán)境管理和評價的必要性，和環(huán)境、發(fā)展、人口與資源之間緊密而復(fù)雜的相互關(guān)系。宣言指出：“(原文)只有采取一種綜合的并在區(qū)域內(nèi)做到統(tǒng)一的辦法，才能使環(huán)境無害化和社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展。”1987年，以挪威前首相格羅·布萊姆·布倫特蘭夫人(Gro Harlem Brundtland)為主席的聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展委員會(WCED)在給聯(lián)合國的報告《我們共同的未來》(Our Common Future)中提出了“可持續(xù)發(fā)展(Sustainable development)”的設(shè)想：
“(原文)Sustainable development is development that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs[5] 。(可持續(xù)發(fā)展指既滿足當(dāng)代人需求，又不影響后代人的發(fā)展能力。)”
1992年6月3日至4日，“聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會”在巴西里約熱內(nèi)盧舉行。183個國家的代表團和聯(lián)合國及其下屬機構(gòu)70個國際組織的代表出席了會議，其中，102位國家元首或政府首腦親自與會。這次會議中1987年提出的“可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略”得到了與會國的普遍贊同。會議通過了《里約環(huán)境與發(fā)展宣言》(rio declaration)又稱《地球憲章》(earth charter)，這是一個有關(guān)環(huán)境與發(fā)展方面國家和國際行動的指導(dǎo)性文件。全文綱領(lǐng)27條確定了可持續(xù)發(fā)展的觀點，第一次在承認發(fā)展中國家擁有發(fā)展權(quán)力的同時，制定了環(huán)境與發(fā)展相結(jié)合的方針。然而，條款中“到2000年，生物農(nóng)藥用量要占農(nóng)藥的60% ”這一號召，因為生物農(nóng)藥性價比的問題，至今仍是一紙空文。
這次會議還通過了為各國領(lǐng)導(dǎo)人提供下一世紀在環(huán)境問題上戰(zhàn)略行動的文件《聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展二十一世紀議程》[6] 、《關(guān)于森林問題的原則聲明》、《氣候變化框架公約》與《生物多樣性公約》?！堵?lián)合國氣候變化框架公約》計劃將大氣中溫室氣體濃度穩(wěn)定在不對氣候系統(tǒng)造成危害的水平。非政府環(huán)保組織通過了《消費和生活方式公約》，認為商品生產(chǎn)的日益增多，引起自然資源的迅速枯竭，造成生態(tài)體系的破壞、物種的滅絕、水質(zhì)污染、大氣污染、垃圾堆積。因此，新的經(jīng)濟模式應(yīng)當(dāng)是大力發(fā)展?jié)M足居民基本需求的生產(chǎn)，禁止為少數(shù)人服務(wù)的奢侈品的生產(chǎn)，降低世界消費水平，減少不必要的浪費。
生態(tài)系統(tǒng)組成成分
生態(tài)系統(tǒng)的組成成分:非生物的物質(zhì)和能量、生產(chǎn)者、消費者、分解者。其中生產(chǎn)者為主要成分。不同的生態(tài)系統(tǒng)有：森林生態(tài)系統(tǒng)、草原生態(tài)系統(tǒng)、海洋生態(tài)系統(tǒng)、淡水生態(tài)系統(tǒng)(分為湖泊生態(tài)系統(tǒng)、池塘生態(tài)系統(tǒng)、河流生態(tài)系統(tǒng)等)、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、凍原生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)、城市生態(tài)系統(tǒng)。 其中，無機環(huán)境是一個生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其條件的好壞直接決定生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜程度和其中生物群落的豐富度;生物群落反作用于無機環(huán)境，生物群落在生態(tài)系統(tǒng)中既在適應(yīng)環(huán)境，也在改變著周邊環(huán)境的面貌，各種基礎(chǔ)物質(zhì)將生物群落與無機環(huán)境緊密聯(lián)系在一起，而生物群落的初生演替甚至可以把一片荒涼的裸地變?yōu)樗葚S美的綠洲。生態(tài)系統(tǒng)各個成分的緊密聯(lián)系，這使生態(tài)系統(tǒng)成為具有一定功能的有機整體。
生物與環(huán)境是一個不可分割的整體，我們把這個整體叫生態(tài)系統(tǒng)。
無機環(huán)境
無機環(huán)境是生態(tài)系統(tǒng)的非生物組成部分，包含陽光以及其它所有構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)物質(zhì)：水、無機鹽、空氣、有機質(zhì)、巖石等。陽光是絕大多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)直接的能量來源，水、空氣、無機鹽與有機質(zhì)都是生物不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)。
生物群落
主條目：生物群落
生產(chǎn)者(producer)
生產(chǎn)者在生物學(xué)分類上主要是各種綠色植物，也包括化能合成細菌與光合細菌，它們都是自養(yǎng)生物，植物與光合細菌利用太陽能進行光合作用合成有機物，化能合成細菌利用某些物質(zhì)氧化還原反應(yīng)釋放的能量合成有機物，比如，硝化細菌通過將氨氧化為硝酸鹽的方式利用化學(xué)能合成有機物。
生產(chǎn)者在生物群落中起基礎(chǔ)性作用，它們將無機環(huán)境中的能量同化，同化量就是輸入生態(tài)系統(tǒng)的總能量，維系著整個生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，其中，各種綠色植物還能為各種生物提供棲息、繁殖的場所。生產(chǎn)者是生態(tài)系統(tǒng)的主要成分。
生產(chǎn)者是連接無機環(huán)境和生物群落的橋梁。
分解者(decomposer)
分解者又稱“還原者”它們是一類異養(yǎng)生物，以各種細菌(寄生的細菌屬于消費者，腐生的細菌是分解者)和真菌為主，也包含屎殼郎、蚯蚓等腐生動物。
分解者可以將生態(tài)系統(tǒng)中的各種無生命的復(fù)雜有機質(zhì)(尸體、糞便等)分解成水、二氧化碳、銨鹽等可以被生產(chǎn)者重新利用的物質(zhì)，完成物質(zhì)的循環(huán)，因此分解者、生產(chǎn)者與無機環(huán)境就可以構(gòu)成一個簡單的生態(tài)系統(tǒng)。分解者是生態(tài)系統(tǒng)的必要成分。
分解者是連接生物群落和無機環(huán)境的橋梁。
消費者(consumer)
消費者指以動植物為食的異養(yǎng)生物，消費者的范圍非常廣，包括了幾乎所有動物和部分微生物(主要有真細菌)，它們通過捕食和寄生關(guān)系在生態(tài)系統(tǒng)中傳遞能量，其中，以生產(chǎn)者為食的消費者被稱為初級消費者，以初級消費者為食的被稱為次級消費者，其后還有三級消費者與四級消費者，同一種消費者在一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)中可能充當(dāng)多個級別，雜食性動物尤為如此，它們可能既吃植物(充當(dāng)初級消費者)又吃各種食草動物(充當(dāng)次級消費者)，有的生物所充當(dāng)?shù)南M者級別還會隨季節(jié)而變化。
一個生態(tài)系統(tǒng)只需生產(chǎn)者和分解者就可以維持運作，數(shù)量眾多的消費者在生態(tài)系統(tǒng)中起加快能量流動和物質(zhì)循環(huán)的作用，可以看成是一種“催化劑”。
生態(tài)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)
時間結(jié)構(gòu)
生態(tài)系統(tǒng)隨時間的變動結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化。一般有3個時間長度量，一是長時間度量，以生態(tài)系統(tǒng)進化為主要內(nèi)容;二是中等時間度量，以群落演替為主要內(nèi)容;三是短時間度量。
營養(yǎng)結(jié)構(gòu)
生態(tài)系統(tǒng)各要素之間最本質(zhì)的聯(lián)系是通過營養(yǎng)來實現(xiàn)的，食物鏈和食物網(wǎng)構(gòu)成了物種間的營養(yǎng)關(guān)系。
生態(tài)系統(tǒng)分類
生態(tài)系統(tǒng)類型眾多，一般可分為自然生態(tài)系統(tǒng)和人工生態(tài)系統(tǒng)。自然生態(tài)系統(tǒng)還可進一步分為水域生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)。人工生態(tài)系統(tǒng)則可以分為農(nóng)田、城市等生態(tài)系統(tǒng)。
生態(tài)功能編輯
能量流動
能量流動指生態(tài)系統(tǒng)中能量輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和喪失的過程。能量流動是生態(tài)系統(tǒng)的重要功能，在生態(tài)系統(tǒng)中，生物與環(huán)境，生物與生物間的密切聯(lián)系，可以通過能量流動來實現(xiàn)。能量流動兩大特點：1.能量流動是單向的;2.能量逐級遞減。
過程
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生態(tài)系統(tǒng)的能量來自太陽能，太陽能以光能的形式被生產(chǎn)者固定下來后，就開始了在生態(tài)系統(tǒng)中的傳遞，被生產(chǎn)者固定的能量只占太陽能的很小一部分，下表給出太陽能的主要流向：
項目
反射
吸收
水循環(huán)
風(fēng)、潮汐
光合作用
所占比例
30%
46%
23%
0.2%
0.8%
然而，光合作用僅僅是0.8%的能量也有驚人的數(shù)目：3.8×10^25焦/秒。在生產(chǎn)者將太陽能固定后，能量就以化學(xué)能的形式在生態(tài)系統(tǒng)中傳遞。
②能量的傳遞與散失
能量在生態(tài)系統(tǒng)中的傳遞是不可逆的，而且逐級遞減，遞減率為10%～20%。能量傳遞的主要途徑是食物鏈與食物網(wǎng)，這構(gòu)成了營養(yǎng)關(guān)系，傳遞到每個營養(yǎng)級時，同化能量的去向為：未利用(用于今后繁殖、生長)、代謝消耗(呼吸作用，排泄)、被下一營養(yǎng)級利用(最高營養(yǎng)級除外)。
營養(yǎng)關(guān)系
主條目：食物鏈、食物網(wǎng)、營養(yǎng)級
生態(tài)系統(tǒng)中，生產(chǎn)者與消費者通過捕食、寄生等關(guān)系構(gòu)成的相互聯(lián)系被稱作食物鏈;多條食物鏈相互交錯就形成了食物網(wǎng)。食物鏈(網(wǎng))是生態(tài)系統(tǒng)中能量傳遞的重要形式，其中，生產(chǎn)者被稱為第一營養(yǎng)級，初級消費者被稱為第二營養(yǎng)級，以此類推。由于能量有限，一條食物鏈的營養(yǎng)級一般不超過五個。
生態(tài)金字塔
生態(tài)金字塔是以面積表示特定內(nèi)容，按營養(yǎng)級至下而上排列形成的圖示，因其往往呈現(xiàn)金字塔狀，故名。常用的有三種：能量金字塔、生物量金字塔、生物數(shù)量金字塔。
?、倌芰拷鹱炙?energypyramid)
含義：將單位時間內(nèi)各營養(yǎng)級所得能量的數(shù)量值用面積表示，由低到高繪制成圖，即為能量金字塔。
特點：能量金字塔永遠正立，因為生態(tài)系統(tǒng)進行能量傳遞是遵守林德曼定律，每個營養(yǎng)級的能量都是上一個營養(yǎng)級能量的10%～20%。
?、谏锪拷鹱炙?biomasspyramid)
含義：將每個營養(yǎng)級現(xiàn)存生物的有機物質(zhì)量用面積表示，由低到高繪制成圖，即為生物量金字。
特點：與能量金字塔基本吻合，因為營養(yǎng)級所獲得的能量與其有機物質(zhì)的同化量正相關(guān)。
?、凵飻?shù)量金字塔(Eltonian pyramid)
含義：將每個營養(yǎng)級現(xiàn)存?zhèn)€體數(shù)量用面積表示，由低到高繪制成圖，即為生物數(shù)量金字塔。
特點：形狀多樣，并不總是正立。例如，幾百只昆蟲和數(shù)只鳥可以同時生活在一棵樹上，出現(xiàn)“下小上大”的現(xiàn)象
物質(zhì)循環(huán)
主條目：生物地球化學(xué)循環(huán)
生態(tài)系統(tǒng)的能量流動推動著各種物質(zhì)在生物群落與無機環(huán)境間循環(huán)。這里的物質(zhì)包括組成生物體的基礎(chǔ)元素：碳、氮、硫、磷，以及以DDT為代表的，能長時間穩(wěn)定存在的有毒物質(zhì);這里的生態(tài)系統(tǒng)也并非家門口的一個小水池，而是整個生物圈，其原因是氣態(tài)循環(huán)和水體循環(huán)具有全球性，一個例子是2008年5月，科學(xué)家曾在南極企鵝的皮下脂肪內(nèi)檢測到了脂溶性的農(nóng)藥DDT，這些DDT就是通過全球性的生物地球化學(xué)循環(huán)，從遙遠的文明社會進入企鵝體內(nèi)的。
按循環(huán)途徑分類
氣體型循環(huán)(gaseous cycles)
元素以氣態(tài)的形式在大氣中循環(huán)即為氣體型循環(huán)，又稱“氣態(tài)循環(huán)”，氣態(tài)循環(huán)把大氣和海洋緊密連接起來，具有全球性。(吳人堅141頁)碳-氧循環(huán)和氮循環(huán)以氣態(tài)循環(huán)為主。
水循環(huán)(water cycle)
水循環(huán)是指大自然的水通過蒸發(fā)，植物蒸騰，水汽輸送，降水，地表徑流，下滲，地下徑流等環(huán)節(jié)，在水圈，大氣圈，巖石圈，生物圈中進行連續(xù)運動的過程。水循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的重要過程，是所有物質(zhì)進行循環(huán)的必要條件(吳人堅143)
沉積型循環(huán)(sedimentary cycles)
沉積型循環(huán)發(fā)生在巖石圈，元素以沉積物的形式通過巖石的風(fēng)化作用和沉積物本身的分解作用轉(zhuǎn)變成生態(tài)系統(tǒng)可用的物質(zhì)，沉積循環(huán)是緩慢的、非全球性的、不顯著的循環(huán)。沉積循環(huán)以硫、磷、碘為代表，還包括硅以及堿金屬元素。(吳人堅141～142)
常見物質(zhì)的循環(huán)
碳循環(huán)(carbon cycle)
碳元素是構(gòu)成生命的基礎(chǔ)，碳循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)中十分重要的循環(huán)，其循環(huán)主要是以二氧化碳的形式隨大氣環(huán)流在全球范圍流動。碳-氧循環(huán)的主要流程為(可參見右圖)：
?、俅髿馊?rarr;生物群落
·植物通過光合作用將大氣中的二氧化碳同化為有機物
·消費者通過食物鏈獲得植物生產(chǎn)的含碳有機物
植物與動物在獲得含碳有機物的同時，有一部分通過呼吸作用回到大氣中。動植物的遺體和排泄物中含有大量的碳，這些產(chǎn)物是下一環(huán)節(jié)的重點。
?、谏锶郝?rarr;巖石圈、大氣圈
·植物與動物的一部分遺體和排泄物被微生物分解成二氧化碳，回到大氣
·另一部分遺體和排泄物在長時間的地質(zhì)演化中形成石油、煤等化石燃料
分解生成的二氧化碳回到大氣中開始新的循環(huán);化石燃料將長期深埋地下，進行下一環(huán)節(jié)。
③巖石圈→大氣圈
·一部分化石燃料被細菌(比如嗜甲烷菌)分解生成二氧化碳回到大氣
·另一部分化石燃料被人類開采利用，經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)化，最終形成二氧化碳。
?、艽髿馀c海洋的二氧化碳交換
大氣中的二氧化碳會溶解在海水中形成碳酸氫根離子，這些離子經(jīng)過生物作用將形成碳酸鹽，碳酸鹽也會分解形成二氧化碳。
整個碳循環(huán)過程二氧化碳的固定速度與生成速度保持平衡，大致相等，但隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，人類大量開采化石燃料，極大地加快了二氧化碳的生成速度，打破了碳循環(huán)的速率平衡，導(dǎo)致大氣中二氧化碳濃度迅速增長，這是引起溫室效應(yīng)的重要原因。
氮循環(huán)(nitrogen cycle)
氮氣占空氣78%的體積，因而氮循環(huán)是十分普遍的，氮是植物生長所必需的元素，氮循環(huán)對各種植物包括農(nóng)作物而言，是十分重要的。氮循環(huán)的主要流程為(可參見右圖)：
①氮的固定
氮氣是十分穩(wěn)定的氣體單質(zhì)，氮的固定指的就是通過自然或人工方法，將氮氣固定為其它可利用的化合物的過程，這一過程主要有三條途徑
·在閃電的時候，空氣中的氮氣與氧氣在高壓電的作用下會生成一氧化氮，之后一氧化氮經(jīng)過一系列變化，最終形成硝酸鹽
氮氣+氧氣→一氧化氮→二氧化氮(四氧化二氮)→硝酸→硝酸鹽。硝酸鹽是可以被植物吸收的含氮化合物，氮元素隨后開始在巖石圈循環(huán)
·根瘤菌、自生固氮菌能將氮氣固定生成氨氣，這些氨氣最終被植物利用，在生物群落開始循環(huán)
·自1918年弗里茨·哈勃(Fritz Haber)發(fā)明人工固氮方法以來，人類對氮循環(huán)施加了重要影響，人們將氮氣固定為氨氣，最終制成各種化肥投放到農(nóng)田中，開始在巖石圈循環(huán); ②微生物循環(huán)
氮被固定后，土壤中的各種微生物可以通過化能合成作用參與循環(huán)
·硝化細菌(Nitrifying bacteria)能將土壤中的銨根(氨氣)氧化形成硝酸鹽
·反硝化細菌(Denitrifying bacteria)能將硝酸鹽還原成氮氣
反硝化細菌還原生成的氮氣重新回到大氣開始新的循環(huán)，這是一條最簡單的循環(huán)路線。如果進入巖石圈的氮沒有被微生物分解，而是被植物的根系吸收進而被植株同化，那么這些氮還將經(jīng)歷另一個過程
?、凵锶郝?rarr;巖石圈
植物將土壤中的含氮化合物同化為自身的有機物(通常是蛋白質(zhì))，氮元素就會在生物群落中循環(huán)
·植物吸收并同化土壤中的含氮化合物
·初級消費者通過攝取植物體，將氮同化為自身的營養(yǎng)物，更高級的消費者通過捕食其它消費者獲得這些氮
·植物、動物的氮最終通過排泄物和尸體回到巖石圈，這些氮大部分被分解者分解生成硝酸鹽和銨鹽
·少部分動植物尸體形成石油等化石燃料
經(jīng)過生物群落循環(huán)后的硝酸鹽和銨鹽可能再次被植物根系吸收，但循環(huán)多次后，這批化合物最終全部進入硝化細菌和反硝化細菌組成的基本循環(huán)中，完成循環(huán)。
?、莼剂系姆纸?/p>
石油等化石燃料最終被微生物分解或被人類利用，氮元素也隨之生成氮氣回到大氣中，歷時最長的一條氮循環(huán)途徑完成。
硫循環(huán)(sulfur cycle)
硫是生物原生質(zhì)體的重要組分，是合成蛋白質(zhì)的必須元素，因而硫循環(huán)也是生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)循環(huán)。硫循環(huán)明顯的特點是，它有一個長期的沉積階段和一個較短的氣體型循環(huán)階段，因為含硫的化合物中，既包括硫酸鋇、硫酸鉛、硫化銅等難溶的鹽類;也有氣態(tài)的二氧化硫和硫化氫。硫循環(huán)的主要過程為：
?、倭虻尼尫?/p>
多種生物地球化學(xué)過程可將硫釋放到大氣中
·火山噴發(fā)可以帶出大量的硫化氫氣體
·硫化細菌(thiobacillus)通過化能合成作用形成硫化物，釋放化合物的種類因硫化細菌的種類而有不同
·海水飛沫形成的氣溶膠
·巖體風(fēng)化，該途徑產(chǎn)生的硫酸鹽將進入水中，這一過程釋放的硫占釋放總量的50%左右(吳人堅146～147)
大部分硫?qū)⑦M入水體?；鹕絿姲l(fā)等途徑形成的氣態(tài)含硫化合物將隨降雨進入土壤和水體，但大部分的硫直接進入海洋，并在海里永遠沉積無法連續(xù)循環(huán)。只有少部分在生物群落循環(huán)。
?、趲r石圈、水圈→生物群落
和氮循環(huán)類似，植物根系吸收硫酸鹽，硫元素就開始在生物群落循環(huán)，最后由尸體和排泄物脫離，大部分此類物質(zhì)被分解者分解，少部分形成化石燃料。
?、壑匦鲁练e
分解者將含硫有機物分解為硫酸鹽和硫化物后，這些硫化物將按①過程重新開始循環(huán)
磷循環(huán)(phosphorus cycle)
磷是植物生長的必須元素，由于磷根本沒有氣態(tài)化合物，所以磷循環(huán)是典型的沉積循環(huán)，自然界的磷主要存在于各種沉積物中，通過風(fēng)化進入水體，在生物群落循環(huán)，最后大部分進入海洋沉積，雖然部分海鳥的糞便可以將磷重新帶回陸地(瑙魯島上存在大量的此類鳥糞)，但大部分磷還是永久性地留在了海底的沉積物中無法繼續(xù)循環(huán)。
有害物質(zhì)循環(huán)
主條目：生物富集
人類在改造自然的過程中，不可避免地會向生態(tài)系統(tǒng)排放有毒有害物質(zhì)，這些物質(zhì)會在生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)，并通過富集作用積累在食物鏈最頂端的生物上(最頂端的生物往往是人)。生物的富集作用指的是：生物個體或處于同一營養(yǎng)級的許多生物種群，從周圍環(huán)境中吸收并積累某種元素或難分解的化合物，導(dǎo)致生物體內(nèi)該物質(zhì)的平衡濃度超過環(huán)境中濃度的現(xiàn)象。有毒有害物質(zhì)的生物富集曾引起包括水俁病、痛痛病在內(nèi)的多起生態(tài)公害事件。
生物富集對自然界的其他生物也有重要影響，例如美國的國鳥白頭海雕就曾受到DDT生物富集的影響，1952年～1957年間，已經(jīng)有鳥類愛好者觀察到白頭海雕的出生率在下降(卡遜[3] 第八章)，隨后的研究則表明，高濃度的DDT會導(dǎo)致白頭海雕的卵殼變軟以致無法承受自身的重量而碎裂。直到1972年11月31日美國環(huán)境保護署(Environmental Protection Agency .EPA)正式全面禁止使用DDT，白頭海雕的數(shù)量才開始恢復(fù)。
信息傳遞
主條目：生物信息傳遞
物理信息(physical information)
物理信息指通過物理過程傳遞的信息，它可以來自無機環(huán)境/也可以來自生物群落，主要有：聲、光、溫度、濕度、磁力、機械振動等(參，穩(wěn)態(tài)與環(huán)境，第105頁)。眼、耳、皮膚等器官能接受物理信息并進行處理。植物開花屬于物理信息。
化學(xué)信息(chemical information)
許多化學(xué)物質(zhì)能夠參信息傳遞，包括：生物堿、有機酸及代謝產(chǎn)物等，鼻及其它特殊器官能夠接受化學(xué)信息。
行為信息(behavior information)
行為信息可以在同種和一種生物間傳遞。行為信息多種多樣，例如蜜蜂的“圓圈舞”以及鳥類的“求偶炫耀”。
作用
生態(tài)系統(tǒng)中生物的活動離不開信息的作用，信息在生態(tài)系統(tǒng)中的作用主要表現(xiàn)在，?、偕顒拥恼＿M行
·許多植物(萵苣、茄子、煙草等)的種子必須接受某種波長的光信息才能萌發(fā)
·蚜蟲等昆蟲的翅膀只有在特定的光照條件下才能產(chǎn)生
·光信息對各種生物的生物鐘構(gòu)成重大影響
·正常的起居、捕食活動離不開光、氣味、聲音等各種信息的作用
?、诜N群的繁衍
·光信息對植物的開花時間有重要影響
·性外激素在各種動物繁殖的季節(jié)起重要作用
·鳥類進行繁殖活動的時間與日照長短有關(guān)
③調(diào)節(jié)生物的種間關(guān)系，以維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定
·在草原上，當(dāng)草原返青時，“綠色”為食草動物提供了可以采食的信息
·森林中，狼能夠依據(jù)兔子留下的氣味去獵捕后者，兔子也能依據(jù)狼的氣味或行為特征躲避獵捕。
生態(tài)系統(tǒng)作用
能降低自然災(zāi)害風(fēng)險
布魯塞爾發(fā)布的2012年度《世界風(fēng)險報告》稱，人類發(fā)展已經(jīng)“使得潛在風(fēng)險大幅增加”。報告還說，我們需要進行大量的科學(xué)研究，以幫助我們了解自然生態(tài)系統(tǒng)、降低風(fēng)險和防止各種災(zāi)害。
報告舉例說，珊瑚礁以及東南亞濱海紅樹林等生態(tài)系統(tǒng)的消失，降低了防護洪水和風(fēng)暴潮的能力;巴基斯坦長期的濫砍亂伐致使土壤流失、洪水肆虐、頻發(fā)山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。因此報告警告說，如果人類未來的發(fā)展依然如此“差勁”，那么更多人口將面臨災(zāi)害困境。
不過報告同時也描繪了另一幅畫面。如果可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)保護攜手共進，就能夠?qū)⒔档蜑?zāi)害風(fēng)險與環(huán)境、社會經(jīng)濟發(fā)展目標聯(lián)系起來。
有證據(jù)表明，完整的生態(tài)系統(tǒng)能夠顯著降低災(zāi)害風(fēng)險，但“政界和學(xué)界極少對此”予以關(guān)注。報告援引加勒比海地區(qū)國家恢復(fù)珊瑚礁的例子說，這種生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)就降低了這些國家經(jīng)受暴風(fēng)雨災(zāi)害的風(fēng)險。
德國發(fā)展援助聯(lián)盟(Alliance Development Works)主席彼得·穆克(Peter Mucke)認為：“應(yīng)該將減災(zāi)的‘綠色解決方案’納入國際間就發(fā)展問題進行的磋商議題之中。”我們需要“確定哪些地方的生態(tài)系統(tǒng)保護和恢復(fù)工作提供了較好的降低風(fēng)險解決方案”，同時，我們還需要更好的數(shù)據(jù)，并且將各地的研究整合到國際間的災(zāi)害預(yù)防規(guī)劃當(dāng)中。
穆克還說：“新的《世界風(fēng)險報告》為我們提供了一幅生動的圖景，描繪了環(huán)境破壞如何在全球范圍內(nèi)正逐漸構(gòu)成對人類的直接威脅。”全世界越來越多的人正面臨洪水、干旱、地震和颶風(fēng)，從2002年到2011年，發(fā)生了逾4000次災(zāi)害，受災(zāi)人口達100萬，造成的損失幾近2萬億美元，而2011年是災(zāi)害高峰。
該報告的“世界風(fēng)險指數(shù)”采用了“世界災(zāi)害指數(shù)”的28個指標，對173個國家的災(zāi)害風(fēng)險進行了評級，由此得出一個發(fā)生風(fēng)險的綜合指數(shù)，其中包括了自然災(zāi)害風(fēng)險以及應(yīng)對和適應(yīng)災(zāi)害的能力不足等因素。
中美洲、大洋洲、撒哈拉沙漠南部以及東南亞是風(fēng)險最大的地區(qū)，那里面臨著自然災(zāi)害的高風(fēng)險、急劇的氣候變化，而社會狀況又十分脆弱。在面臨最大自然災(zāi)害風(fēng)險的15個國家中，有8個是島國，其中大多數(shù)分布在東南亞和太平洋地區(qū)。由于靠近海洋，這些國家尤其要面對颶風(fēng)、洪水和海平面升高的風(fēng)險。
美國“自然保護協(xié)會”的研究人員克里斯蒂娜·謝潑德(Christine Shepard)說，這15個高風(fēng)險國家都位于熱帶和沿海地區(qū)，但這些國家也都同時擁有能夠降低災(zāi)害風(fēng)險的沿海生態(tài)系統(tǒng)。
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