1.種群
地球上任何一種動(dòng)物或植物都由許多個(gè)體組成,這些個(gè)體在地表總是占據(jù)著一定的地區(qū),我們把占據(jù)著一定環(huán)境空間的同一種生物的個(gè)體集群叫做種群.換句話說(shuō),種群就是在一定空間中同種生物的個(gè)體群.種群是由個(gè)體組成的,但是當(dāng)生物進(jìn)入到種群水平時(shí),生物的個(gè)體已成為較大和較復(fù)雜生物體系中的一部分,此時(shí),作為整體的種群出現(xiàn)了許多不為個(gè)體所具有的新屬性,如出生率、死亡率、年齡結(jié)構(gòu)、分布格局和某些動(dòng)物種群獨(dú)有的社群結(jié)構(gòu)等特征.在自然界,種群是物種存在、物種進(jìn)化和表達(dá)種內(nèi)關(guān)系的基本單位,是生物群落或生態(tài)系統(tǒng)的基本組成部分,同時(shí)也是生物資源開(kāi)發(fā)、利用和保護(hù)的具體對(duì)象.
種群個(gè)體數(shù)目的增加稱為種群增長(zhǎng).如果一個(gè)單獨(dú)的種群（在自然界,常常是若干種群的個(gè)體生長(zhǎng)在一起）在食物和空間充足,并無(wú)天敵與疾病以及個(gè)體的遷人與遷出等因素存在時(shí),按恒定的瞬時(shí)增長(zhǎng)率（r）連續(xù)地增殖,即世代是重疊時(shí),該種群便表現(xiàn)為指數(shù)式增長(zhǎng),即dN／dt＝rN.其積分就得到經(jīng)過(guò)時(shí)間t后種群的總個(gè)體數(shù),可用一條個(gè)體數(shù)目不斷增加的J形曲線來(lái)表示（圖10－4）.種群如按此方式增長(zhǎng),那么一個(gè)細(xì)菌經(jīng)過(guò)36小時(shí),完成108個(gè)世代后,將繁殖出2107個(gè)細(xì)菌,可以布滿全球一尺厚.達(dá)爾文也曾計(jì)算過(guò)繁殖緩慢的大象的個(gè)體.一對(duì)大象任其自由繁殖,后代都能成活,750年后將會(huì)有19 000 000 頭大象的存在.這些顯然是一種推算.實(shí)際上,這種按生物內(nèi)在增長(zhǎng)能力即生物潛力呈幾何級(jí)數(shù)或指數(shù)方式的增長(zhǎng)在自然界是不可能實(shí)現(xiàn)的.因?yàn)橄拗粕镌鲩L(zhǎng)的生物因素和非生物因素即環(huán)境阻力的存在（如有限的生存空間和食物,種內(nèi)和種間競(jìng)爭(zhēng),天故的捕食,疾病和不良?xì)夂驐l件等）和生物的年齡變化等必然影響到種群的出生率和存活數(shù)目,從而降低種群的實(shí)際增長(zhǎng)率,使個(gè)體數(shù)目不可能無(wú)限地增長(zhǎng)下去.相反,通常是當(dāng)種群侵入到一個(gè)新地區(qū)后,開(kāi)始時(shí)增長(zhǎng)較快,隨后逐漸變慢,最后穩(wěn)定在一定水平上,或者在這一水平上下波動(dòng).此時(shí)個(gè)體數(shù)目接近或達(dá)到環(huán)境最大容量或環(huán)境的最大負(fù)荷量（K）.在這種有限制的環(huán)境條件下,種群的增長(zhǎng)可用邏輯斯諦方程表示：dN/dt=rN（K-N／K）=rN（1-N/K）,1-N/K 代表環(huán)境阻力.增長(zhǎng)曲線表現(xiàn)為S形.一般認(rèn)為,這種增長(zhǎng)動(dòng)態(tài)是自然種群最普遍的形式.
種群動(dòng)態(tài)與調(diào)節(jié)機(jī)能的研究,對(duì)于管理和保護(hù)生物資源,以及對(duì)于了解自然界的生態(tài)平衡都具有重要意義.
2.生物群落
① 群落的概念
在自然界,任何生物物種都不是孤立地生存,總有許多其他生物種與之同群共居,形成一個(gè)完整的生物群休.正如種群是個(gè)體的集合體一樣,群落是種群的集合體,是一個(gè)比種群更復(fù)雜更高一級(jí)的生命組織層次.群落因成分中生物類(lèi)別不同而有不同的名稱.如果在一定地段上,共同生活在一起的植物種以多種多樣的方式彼此發(fā)生作用,形成一種有規(guī)律的組合,這種多植物種的組合就叫做植物群落.它是不同種類(lèi)植物松散地組織起來(lái)的單位.河漫灘上的一塊草地,山坡上的一片松林,湖岸淺水處的一片蘆葦叢,乃至一塊人工管理的稻田,都是植物群落.其類(lèi)型繁雜多樣,其面積差別懸殊,彼此之間的邊界明顯或不明顯.
動(dòng)物同植物一樣,也常常是以群落的形式組合在一起共同生活著.只是由于動(dòng)物的流動(dòng)性很大,群落組合更松散,在科學(xué)研究上多以種群為對(duì)象而很少應(yīng)用“動(dòng)物群落”一詞.
植物群落是動(dòng)物的食物資源庫(kù)、隱蔽所和繁殖生息的地方.所以地球上沒(méi)有毫無(wú)動(dòng)物棲居的植物群落,也沒(méi)有不與植物群落發(fā)生關(guān)系的動(dòng)物群落.在動(dòng)植物生活的地方,甚至其軀體上都布滿著微生物的群體.因此,在一定地段的自然環(huán)境條件下,由彼此在發(fā)展中有密切聯(lián)系的動(dòng)物、植物和微生物有規(guī)律地組合成的生物群體,叫做生物群落.每個(gè)生物群落都是自然界真實(shí)存在的一個(gè)整體單位,占據(jù)著生物圈的一定地區(qū),具有一定的組成和結(jié)構(gòu),在物質(zhì)和能量交換中執(zhí)行著獨(dú)特的功能.生物群落中以陸地植物群落的外貌最為突出,在生物群落的結(jié)構(gòu)和功能中所起作用最大.一個(gè)地區(qū)全部植物群落的總體,叫做該地區(qū)的植被.如北京的植被、秦嶺山地的植被都是指該地區(qū)范圍內(nèi)分布的全部植物群落.
地球上所存在的各種自然群落,如森林、草原、荒漠、沼澤等都是億萬(wàn)年來(lái)地球歷史發(fā)展的產(chǎn)物,是通過(guò)長(zhǎng)期自然選擇在一定地區(qū)產(chǎn)生的最合理、最有效的生物群體.人們研究它,可從中得到啟示,以便更合理地創(chuàng)造人工群落,改造自然群落.
② 生物群落的動(dòng)態(tài)
生物群落同其他自然現(xiàn)象一樣是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng),處在不斷發(fā)展變化之中.生物群落作為一個(gè)由多種有機(jī)體構(gòu)成的生命系統(tǒng),既有季相變化和年變化,又有群落的演替和演化等.其中,以群落的季節(jié)性變化和演替比較重要. 在氣候季節(jié)變化明顯的地區(qū),植物在不同季節(jié)通過(guò)發(fā)芽、展葉、開(kāi)花、結(jié)果和休眠等不同的物候階段,使整個(gè)群落在各季表現(xiàn)出不同的外貌,叫做群落的季相.不同氣候帶群落季相表現(xiàn)很不一致,在終年炎熱多雨的熱帶雨林變化很不明顯；溫帶地區(qū)四季分明,變化最為突出. 群落的季節(jié)性變化除季相更替外,群落的生產(chǎn)力、植物的營(yíng)養(yǎng)成分和群落的內(nèi)部環(huán)境也都相應(yīng)地發(fā)生周期性變化.
由于氣候變遷、洪水、野火、山崩、動(dòng)物的活動(dòng)和植物繁殖體的遷移散布,以及因群落本身的活動(dòng)改變了內(nèi)部環(huán)境等自然原因,或者由于人類(lèi)活動(dòng)的結(jié)果,可使群落發(fā)生根本性的變化.這種在一定地段上一個(gè)群落被性質(zhì)不同的另一個(gè)群落所替代的現(xiàn)象叫做演替.例如,在某一林區(qū),一片土地上的樹(shù)木被砍伐后辟為農(nóng)田,種植作物；以后這塊農(nóng)田被廢棄,在無(wú)外來(lái)因素干擾的情況下,就發(fā)育出一系列植物,并且依次替代.首先出現(xiàn)的是一年生雜草群落；然后是多年生雜類(lèi)草與禾草組成的群落；再后是灌木群落和喬木的出現(xiàn),直到一片森林再度形成,替代現(xiàn)象基本結(jié)束.在這里,原來(lái)的森林群落被農(nóng)業(yè)植物群落所代替,就其發(fā)生原因而論是一種人為演替.此后,在撩荒地上一系列天然植物群落相繼出現(xiàn),主要是由于植物之間和植物與環(huán)境之間的相互作用,以及這種相互作用的不斷變化而引起的自然演替過(guò)程.
群落的演替按發(fā)生的基質(zhì)狀況可分為兩類(lèi).發(fā)生于以前沒(méi)有植被覆蓋過(guò)的原生裸地上的群落演替叫做原生演替.原來(lái)有過(guò)植被覆蓋,以后由于某種原因原有植被消滅了,這樣的裸地叫做次生裸地.土壤中常常還保留著植物的種子或其他繁殖體,發(fā)生在這種裸地上的演替稱做次生演替.上述出現(xiàn)于撩荒地上的演替即屬此類(lèi).原生演替如果是發(fā)生在森林氣候環(huán)境下,其演替系列可概括為：裸巖－地衣群落－苔蘚群落－草本群落－灌木群落－喬木群落.如果發(fā)生在淡水湖泊里,演替系列為：開(kāi)敞水體－沉水植物群落－浮葉植物群落－挺水植物群落－濕生植物群落－陸地中生或旱生植物群落（圖10－5）.從圖中可以看出,與植物群落發(fā)生演替的同時(shí),棲居于其中的動(dòng)物種群也發(fā)生更替,每一階段的動(dòng)物群都與一定的植物群落類(lèi)型相聯(lián)系.
群落演替還因其發(fā)展方向不同分為順行演替與逆行演替.當(dāng)發(fā)生于裸露地面或撩蕪地面的群落經(jīng)過(guò)一系列發(fā)展變化,總趨勢(shì)朝向逐漸符合于當(dāng)?shù)刂饕鷳B(tài)環(huán)境條件（如氣候和土壤）的演替過(guò)程,叫做順行演替.順行演替的結(jié)果,群落的特征一般表現(xiàn)為生物種類(lèi)由少到多,結(jié)構(gòu)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜,由不穩(wěn)定變得比較穩(wěn)定.最后會(huì)發(fā)展成為與當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件協(xié)調(diào)一致的、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的頂極群落,整個(gè)群落的物質(zhì)與能量的輸入和輸出保持相對(duì)平衡.
群落由于受到干擾破壞而驅(qū)使演替過(guò)程倒退,即逆行演替.強(qiáng)度放牧下的草原,因適口性強(qiáng)的牧草逐漸減少或消失,品質(zhì)低劣或有毒和有刺的植物得以繁生蔓延,草群總蓋度下降,甚至出現(xiàn)裸露地面.草原發(fā)生的這種退化現(xiàn)象即是逆行演替.河流中上游地區(qū)的森林或其他類(lèi)型的植被被過(guò)度砍伐,如遇大雨、河水暴漲造成危害,是植被逆行演替帶來(lái)的惡果. 群落演替的速度隨具體條件不同而有差異.一般在演替系列的早期階段比較迅速,群落穩(wěn)定性差；后期演替速度逐漸變慢；最后階段的群落保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài).次生演替比原生演替快些. 研究群落的演替對(duì)于認(rèn)識(shí)它們的性質(zhì),預(yù)測(cè)未來(lái)發(fā)展的趨向,以及合理利用、改造和保護(hù)等方面都有重要意義.
3.生態(tài)系統(tǒng)
在自然界,任何生物群落總是通過(guò)連續(xù)的能量－物質(zhì)交換與其生存的自然環(huán)境不可分割地相互聯(lián)系和相互作用著,共同形成統(tǒng)一的整體,這樣的生態(tài)功能單位就是生態(tài)系統(tǒng).
按照生態(tài)系統(tǒng)的上述定義,我們既可以從類(lèi)型上去理解,例如森林、草原、荒漠、凍原、沼澤、河流、海洋、湖泊、農(nóng)田和城市等；也可以從區(qū)域上理解它,例如分布有森林、灌叢、草地和溪流的一個(gè)山地地區(qū)或是包含著農(nóng)田、人工林、草地、河流、池塘和村落與城鎮(zhèn)的一片平原地區(qū)都是生態(tài)系統(tǒng).生態(tài)系統(tǒng)是地球表層的基本組成單位,它的面積大小很懸殊,從整個(gè)最大的生物圈,到最小的一滴水及其中的微生物.所以整個(gè)地球表層就是由大大小小各種不同的生態(tài)系統(tǒng)鑲嵌而成.
作為一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng),生態(tài)系統(tǒng)并不是完全被動(dòng)地接受環(huán)境的影響,在正常情況下的一定限度內(nèi),其本身都具有反饋機(jī)能,使它能夠自動(dòng)調(diào)節(jié),逐漸修復(fù)與調(diào)整因外界干擾而受到的損傷,維持正常的結(jié)構(gòu)與功能,保持其相對(duì)平衡狀態(tài).因此,它又是一個(gè)控制系統(tǒng)或反饋系統(tǒng).
生態(tài)系統(tǒng)概念的提出,使我們對(duì)生命自然界的認(rèn)識(shí)提到了更高一級(jí)水平.它的研究為我們觀察分析復(fù)雜的自然界提供了有力的手段,并且成為解決現(xiàn)代人類(lèi)所面臨的環(huán)境污染、人口增長(zhǎng)和自然資源的利用與保護(hù)等重大問(wèn)題的理論基礎(chǔ)之一.