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生态系统中的能量流动和物质循环
一、生态系统中的水循环
水由氢、氧元素组成，化学式为H2O，是生命过程中氢的主要来源，一切生命有机体中水的含量是最高的。水又是生态系统中能量流动与物质循环的介质，对调节气候和净化环境起着重要作用。地球表面约3/4被水覆盖，在冰川、海洋、冰山、湖泊、河流、大气和生物体中约含1.4×1018
m3的水。海洋、湖泊、河流和地表水不断蒸发，形成水蒸气进入大气。被植物吸收到体内的大部分水，通过叶表面的蒸腾作用进入大气。大气中的水蒸气遇冷，形成雨、雪、冰雹，重新返回地面。这部分水中的一部分流入湖泊、河流，另一部分则渗入地下，形成地下水，有些再被植物吸收。除此之外，动物也从其生存环境取得一定量的水，其中一部分成为身体的组成成分，大部分通过身体表面蒸发或排泄到体外，再蒸发释放到其生存环境，由此形成水的循环。
二、生态系统中的氮循环
氮是形成蛋白质的主要元素，所有生物体均含有蛋白质。所以说，氮的循环涉及生态系统及生物圈的所有领域。
大气中氮气占78%，但由于它是一种化学性质不活泼的气体，不能为大多数生物利用。大气中的氮进入生物有机体主要有以下几种途径：一是生物固氮，某些特殊的生物如豆科植物、细菌和藻类，它们能够直接利用大气中的氮。豆科植物根部的根瘤菌，能把空气中的氮转变成硝酸盐。生物固定的氮比其他过程固定的多20倍以上。其次是工业固氮，通过工业手段，将大气中的氮合成氨或铵盐，即合成氮肥，供植物利用。此外，火山喷发时喷出的岩浆，也可以固定一部分氮气。雷雨天气时的闪电，可使大气中的氮氧化，生成硝酸，经雨水淋洗带入土壤，成为植物的养料被植物吸收，在植物体内再与复杂的含碳分子结合生成各种氨基酸，由氨基酸构成蛋白质。动物直接或间接以植物为食，从植物体中摄取蛋白质，作为自身蛋白质的来源。动植物死后，残体中的蛋白质被微生物分解成氮、二氧化碳和水。土壤中的氮经硝化形成硝酸盐，又被植物吸收。
此外，在环境中还有多种反硝化细菌。在无氧条件下，这些反硝化细菌利用硝酸根离子或亚硝酸根离子来氧化有机物。硝酸盐通过反硝化细菌的作用，使氮返回大气，从而完成氮的循环。
近年来，随着人工固氮（制造化肥）的大量增加，大量化肥施用于土壤中，加速了生产者的活动，从而使氮循环的量加大。
三、生态系统中的碳循环
碳是构成有机分子的基本元素，是一切生物的物质组成的基础，也是构成地壳岩石及煤和石油的主要成分。据测算，碳约占生活物质总量的25%。大气中的二氧化碳约为7.0×1011t，且还有继续增加的趋势。在地球表层碳的贮藏量约为2.0×1024t。
碳循环主要是通过二氧化碳来进行的。在生物圈中，二氧化碳的循环主要是通过绿色植物（生产者）在光合作用中固定了大气中的二氧化碳。被绿色植物固定的碳以有机物的形式供消费者利用。生产者和消费者通过呼吸把二氧化碳释放回大气中。动物（消费者）或植物（生产者）死亡后，机体组织为微生物（分解者）所分解，其中的碳被氧化为二氧化碳而回到大气中。煤和石油是动植物残体长期埋藏在地层中形成的化石燃料，其中的碳经燃烧氧化成二氧化碳释放到大气中。
从碳的循环可以看出，空气中的二氧化碳主要来自以下几方面：
生物呼吸时呼出的大量二氧化碳；生物死后残体被微生物分解，产生的二氧化碳；化石燃料燃烧放出的二氧化碳。从数量上讲，大部分的碳是通过微生物分解有机物放出碳，而返回大气中的。而通过煤、石油、木材等物质燃烧和生物的呼吸而返回到大气中的二氧化碳只占一小部分。植物通过光合作用从大气中吸收碳的速率，与通过动植物的呼吸作用和微生物的分解作用将碳释放到大气中的速率大体相等。因此，大气中二氧化碳的含量在受到人类活动干扰以前是相当稳定的。
四、生态系统的信息交流
人们在研究生态系统中的能量流动和物质循环时，发现在生态系统的各组成部分之间及各组成部分内部，存在着各种形式的信息。生态系统中的信息形式主要有营养信息、化学信息、物理信息和行为信息。食物链（网）即是一个营养信息系统，例如，田鼠成为猫头鹰的营养信息，田鼠多，猫头鹰也多。又如，蚂蚁可以通过分泌某种物质，使自己的同伴跟随。再如燕子求偶时，雄燕会围绕雌燕在空中做出特殊的飞行姿势等。
信息传递是生态系统的重要功能之一。物理信息由声、光和颜色等构成。鸟的鸣叫、狮虎的咆哮、蜜蜂蝴蝶的飞舞、萤火虫的闪光、花朵艳丽的色彩和诱人的芳香都属于物理信息，这些信息对生物而言，所起的作用是：
有的吸引，有的排斥，有的表示警告，有的则是恐吓，可以传递惊慌、警告、安全和求偶等信息。化学信息是生物自身产生的化学物质。同种动物间释放的化学物质能传递求偶、行踪和划定活动范围等信息。化学信息深深地影响着生物种间和种内的关系。化学信息在生态系统中是广泛存在的，它们深深地影响着生物种间和种内的关系。有的相互制约，有的相互促进，有的相互吸引，也有的相互排斥。有人发现凤眼莲（水葫芦）根的分泌物对引起水体富营养化的藻类的生长有明显的抑制作用，并已在实际应用中取得了良好效果。雌蚕蛾释放一种性引诱剂，可以把3
km以外的雄蚕蛾吸引过来。虽然每只雌蚕蛾释放性引诱剂的数量不到0.01μg，但雄蚕蛾仍然对其作出反应。有趣的是，雄蚕蛾对密封在玻璃瓶中的雌蚕蛾，虽然看得见，但却无动于衷，说明它是化学信息的作用，而不是视觉的作用。根据这点，性引诱剂现已用在农业、林业的有害昆虫的防治上。营养信息由食物和养分构成。通过营养交换的形式，可以将信息从一种生物传递给另一种生物。食物网和食物链就是一个营养信息系统。物质循环和能量流动的任何变化都是对生态系统发出的信息。例如某一森林生态系统中食叶昆虫（松毛虫）数量增多（信息），林木因此受害；这种信息传递给食虫鸟类（灰喜鹊），促使其大量繁殖，捕食食叶昆虫，使虫数得到控制，于是森林生态系统的生态平衡逐渐得到恢复。最后，无论是同一种生物还是不同种生物，它们的个体之间都存在行为信息的表现。不同动物传递不同的行为信息。例如，某些动物以飞行姿势和舞蹈动作传递觅食和求偶信息，以鸣叫和动作传递警戒信息等。
人们对信息传递的研究刚刚起步，由于信息传递对种群和生态系统调节具有重要意义，人们需逐步探索，以期解开这些自然界的“对话”之谜。

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