一、生态系统的结构
群落连同其所生活的物理环境所构成的能量、物质的转化和循环系统，就是生态系统（ecosystem），也就是相互作用着的生物的与非生物的系统。生态系统就所涉及的范围是可大可小的，小至一个池塘、一片森林，大至整个地球，都是生态系统。所有的生态系统一般包括以下4个基本组成部分：
1.非生物物质和能量 包括无机物、水、气体等等以及日光能。日光是生物能量的来源。
2.生产者 自养生物（主要是植物）。
3.消费者 异养生物（主要是动物）。根据其在食物链中所占的位置可分初级、次级及三级消费者等等。寄生生物和腐生生物通常也归入此类。
4.还原者（或称分解者）将动植物尸体的复杂有机物分解为简单的无机物并释放于环境中，以供植物再一次利用。因而还原者也是生态系统中物质循环不可缺少的组成部分。
生态系统最简单的例子是池塘。日光透射入水内作为浮游植物和水生植物（自养生物）的能源。自养生物还利用水中和池底淤泥中的无机物作为制造有机物的原料，称为生产者（produc-er）。浮游动物吃浮游植物而获得能量，称初级消费者（primary consumer）。小鱼吃浮游动物，为次级消费者（secondary consumer）。大鱼吃小鱼，为三级消费者（tertiary consumer）。鱼鹰吃大鱼，为四级消费者（quaternary consumer）。上述食物链中的动植物死亡以后，其尸体即被微生物所分解，称为分解者（decompomer）。能量、物质就在这样一个生态系统中转化和循环。能量只能被有机体或种群用一次就转化成热并散失了，是一种单向流（one-way flow），而非能物质（如氮、碳和水）则能周而复始地被利用。
二、食物链
生态系统中不同物种间的最主要的联系是食物联系，通过食物而直接地或间接地把各个成员联结成一个整体，这种食物联系称为食物链（food chain）。
动物所利用的全部能量，最终是来源于日光。植物借叶绿体利用日光的辐射能，通过光合作用把二氧化碳和水制成糖类，把日光能转变为食物的潜能。食草动物通过取食植物而获得能量。食肉动物通过捕食食草动物而获得能量。大型食肉鸟兽还捕食小型食肉动物。能量就是在这种形式下流转。这种流转所联系的食物链事实上极为复杂，可称为食物网（food web）。图 24-10就是一个简化了的食物网，从图中可见昆虫、鼠及兔均以桧树种子和杂草为食，它们又是猞猁、狼和狐的食物。
生态系统内的各种动物的食物链有长有短，绝大多数是极为复杂的，这与每一种动物所吃的食物非常广泛有关。但也有比较简单的形式，例如须鲸以浮游生物为食，它们既是初级或第一级能量消费者，也是终极的能量消费者。在水产养殖业中宜选择食物链短的动物作为养殖对象。例如鲻鱼、梭鱼主食硅藻，已日益成为各国所重视的养殖鱼类。
生态系统内的生产-消费结构中，有机体所占据的特异性部分称营养水平（trophic level）。通常把营自养生活的绿色植物作为第一级营养水平的主体；草食性动物构成第二级营养水平；以草食性动物为食的动物构成第三级营养水平；以肉食性动物为食的动物构成第四级营养水平。但实际情况要复杂得多，因为很多动物不止在一个营养水平中获取食物，因而食物网间的物种种类及其数量，是互为影响的。查明这种关系及影响并加以控制，使之朝着有利于人类的方向发展，是生态学研究中的一项基础工作。研究食物链可以通过直接观察和解剖胃内容物来加以判断。目前已有采用放射性同位素32P喷洒标记食物源，然后检查动物的放射性强弱情况来加以推断。
复杂的食物网是生态系统保持稳定的重要条件，它具有较强的抵抗干扰的能力。食物链愈简单，生态系统就愈脆弱，对外力的干扰愈敏感，容易引起波动甚至破坏。
三、生态系统的能量流转
在生态系统中，食物链的环节和营养水平并不是无限地增多的，通常不超过4～5个营养水平，这是由于生态系统中的能量流动（energy flow）特性所决定的。能流和物质循环影响着有机体的生命过程、繁盛程度以及生物群落的复杂程度。它们是同时进行着的，但无机物质在自然界内可以反复循环利用，而能流则是单向的，在生态系统中逐次被利用、消耗而最终消失（图24-11）。
地球上生态系统所需的能量均来自太阳能，由初级生产者（绿色植物）通过光合作用，把太阳能固定下来转化为化学能，所制造出的物质称初级生产力。据测定，射向地球的太阳能量，大约仅有0.02％用于光合作用产生化学能。自然界内不同的生态系统的初级生产力有很大差别，除去生产者用于呼吸的能量之外，所余的净生产力见表24-1。从此表可见，陆地生态系统的净初级生产力以森林为最高，荒漠最低，农田居间。
净初级生产力是生态系统中一切消费者的能量来源，它被食物网中处于不同营养水平的动物所消耗，用于维持生命和构成自身的生物量，并成为较高营养水平动物的能量来源。由于并不是所有的生产者及较低营养水平的动物均被吃掉和全部利用，以及生物体维持生命需消耗相当的能量（愈是恒温的肉食动物，能量消耗愈大），因而各级消费者所获得的能量呈递增性减少。此外还有相当一部分动植物尸体是被腐生细菌所分解。能量的递减，使各级营养水平呈金字塔状，称为生态锥体（ecological pyramid）（图24-12）。生态锥体就其所涉及的不同内容，可分为数目锥体、能量锥体和生物量锥体。这里的生物量（biomass）是指单位面积内种群的总重量，也就是贮存于不同营养水平中有机体内的能量。
能量是通过光合作用而积存下来，于不同的营养水平内以呼吸作用而消耗掉。如果一生态系统的积存（收）和消耗（支）相当，则处于稳定态。如果光合作用的收入大于各营养水平的支出，则多余的能量必以生物量的形式贮存于生态系统内（例如树木生长、生物数量多、腐殖质及落叶层厚），呈正态，生物群落发展的早期阶段常为这种类型。如果入不敷出，则呈负态，如严重干旱所导致的后果。由此可见，良好的温度及湿度、长的生长季节和高肥力等环境因子，都是获得高的年净生产力的有利因子。
从生态锥体中还可见到，较高营养水平的动物所能利用的食物较少，而这些掠食者用于捕食活动及维持自身的高新陈代谢水平，所需消耗的能量又大得多。有人计算，一只草食动物在一亩地内即可获得足够的食物，而同等体型的次级消费者则需10亩，三级消费者则需100亩。这就是为什么猛禽及猛兽一般均为生态系统中的稀有种，以及这些动物一般均保卫较大的领域的原因之一，也是为什么不能乱捕滥猎这些动物以及必需设立较大的自然保护区的原因。
四、环境保护
生态学所研究的多数问题均涉及环境保护。环境保护的目的就是最有效和最有益的合理利用并保护自然资源。从生态系统来考虑，不论对于动植物资源都必须在其能够不断更新的范围内来加以利用。不要轻易地消灭某些动植物，因为它们作为生态系统的一部分，对于保持生态系统的相对稳定性是不可缺少的。
由于人类活动对环境的破坏，使野生动物的生存面临着极为严重的威胁。据近2千年以来的记录表明，已有110多种兽类和139种鸟类被人类消灭了，其中大多数是在1600年以后消灭的。目前尚有255种兽类和381种鸟类濒临灭绝。以美洲旅鸽（Ecotopistes migratoris）为例，它一度多得“能将天空遮黑”，在1810年尚有几10亿只，1869年仅在一个巢址区域内就猎得700万只。由于商人竞相争捕出售以及典型栖息地栎林的大规模破坏，使种群数量逐年急剧下降，至1914年最后一只旅鸽死于美国辛辛那提动物园。人类对环境的破坏，主要有3个方面，即由于经济活动（例如砍伐森林、城市设施以及城乡工业的发展）而导致的生态系统的破坏；环境污染以及由于乱捕滥猎而导致的生态平衡的破坏。关于乱捕滥猎所招致的后果以及自然资源的保护问题，已在第二十章哺乳纲中加以叙述，这里着重就环境污染问题作些介绍。
生态系统的污染源可分为3类，即工业废物污染、农药污染以及放射性污染。工业设施所排出的有毒气体（二氧化碳、一氧化碳、硫、氯及氮的化合物等）能造成严重的大气污染，使动植物、特别是人类的生存受到威胁。例如1952年12月5日，伦敦上空的烟尘和二氧化硫毒雾，曾造成4千居民死亡。化工厂、造纸厂等所排出的工业废水进入河道之后，能引起水质的严重污染，致使整个水域中的生物、特别是鱼类中毒并死亡，有机体内的残毒还能通过食物链的途径转移富集，最终危害食鱼鸟类及人类健康。日本曾出现过的轰动一时的水俣病就是工厂废水中的水银在水生生物体内富集，导致因食物中毒而引起严重死亡及病害的事例。污水中的有机质，还使江河的水质富营养化（eutrophication），细菌等腐生生物大量繁殖，造成水中缺氧，水色呈绿色及黄色，带有恶臭，使鱼类等大量水生动物缺氧窒息而死。近海地区的石油污染也是十分严重的问题，据统计，1968年世界海域就倾入了500万吨石油产品，加上港口、炼油厂及油船的漏油，能使大面积的海域污染，造成鱼类及海鸟的成批死亡。例如1967年英伦海峡仅由于油船漏油就杀死了30000只水鸟。
农业上大量使用杀虫剂（特别是DDT等有机氯化合物），在自然环境中不能降解或降解非常缓慢，以致大量地沉积于土壤中并随雨水流入河道或渗入地下。昆虫及作物等有机体内所吸收的这些有毒物质，又通过食物链的形式富集而造成严重危害。目前在地球上所积累的DDT型杀虫剂残留物已达100万吨，在这些农药严重污染的地区，很多鸟类（例如美国一些地区的猛禽）生存受到很大威胁，所产的蛋壳变薄、不能孵出，胚胎内积存有DDT成分，不能正常发育，导致种群数量急剧下降。水生生物富集DDT的速度极快，在低浓度污染的水中所饲养的钩虾，7天以后体内即富集了相当于水内浓度25000倍以上的DDT成分，可见它们对生态系统的破坏是极为严重的。在南极的企鹅及人乳内，都已发现有DDT富集，说明必须立即采取措施加以消除。
放射性污染主要发生在核武器试验及核电厂等设施附近地区，它可以通过大气中的微尘和水流扩散，也能在生物体内富集而产生危害。
此外，随着人口增加和现代化城市的迅速发展，城市内的噪音、汽车排出的废气、工业设施排出的粉尘等，都是人们日益关注的“公害”。城市生态系统的环境保护和改善问题，也需要将城市建设规划与生态学紧密地结合起来加以研究。
自然是可以被认识和控制的。在人与自然的斗争中，人是决定性因素。人们为着要在自然界里得到自由，就要用自然科学来了解自然，克服自然和改造自然，从自然里得到自由。
我们可爱的祖国蕴藏着无比丰富的自然资源，我国优越的社会主义制度是合理利用资源的根本保证。让我们在党中央的领导下，为高速度地建设社会主义，实现四个现代化而努力奋斗！
复习题
1.生态因子及其与动物有机体的关系。
2.什么是种群？种群有哪些基本特征？
3.举例说明种群的增长特性以及种群的数量变动及调节的基本内容。
4.什么是群落，有何特性？群落的稳定性与多样性和生态位有什么关系？
5.举例说明食物链、能流与生态系统的关系。
6.结合环境保护理解生态平衡的重要性。