生态系统中的所有生物都会产生废物,并最终都会死亡。如果这些废物和尸体没有以适当方式从生态系统中去除,它们就会堆积起来,直到盖没所有的活生物。分解废物、生物尸体,并将组成生物的原料重新回归环境的生物就是分解者。主要的两类分解者是细菌和真菌,例如霉菌和蘑菇。在获得孳生所需能量的同时,这些分解者也将小分子物质回归周围的环境中。这些小分子物质可以被其他生物重新利用。
食物链和食物网
我们已经知道,大多数生态系统的能量来源是阳光,并由生产者将其转化为糖和淀粉等有机分子。这些能量被转移到以生产者为食的每一种生物中,然后又转移到以这些消费者(食草动物)为食的其他生物中。
食物链指生物为获取能量而捕食其他生物所发生的一系列关系。你可以从下图的田野生态系统中找出一条食物链。食物链的第一种生物总是生产者,例如田野里的草。第二种生物是指以生产者为食的消费者,称为初级消费者。田鼠就是初级消费者。接下来是次级消费者,它是以初级消费者为食的红隼。
食物链显示了生态系统中能量流动的可能路径。但是就像你不会每天都吃同一种食物一样,生态系统中的生物也是如此。大多数生产者和消费者是许多条食物链中的组成部分。更真实地显示生态系统能量流动的方法就是绘制食物网。一张食物网包含了生态系统中许多相互交叉的食物链。
在上页的食物网中,你可以找出森林生态系统的许多食物链。注意,一种生物在生态系统中可以充当多种角色。比如,像田鼠这样的杂食动物,当吃草时它是初级消费者,但是当它吃蝗虫时它就成了次级消费者。
能量金字塔
当生态系统中的某一种生物吃食时,它就获得了能量。这些生物利用所获得的能量的一部分来运动、生长、繁殖和进行其他生命活动。这意味着食物网中下一级的生物仅能利用上一级的一部分能量。
能量金字塔能够显示出食物网中从一个食物层流向另一个食物层的能量的数量。每一层中的生物需要使用一部分能量来进行生命活动。在生产者这一层,可利用的能量最多。在能量金字塔中,上层可利用的能量总是比下层可利用的能量要少。能量金字塔这个名称就是来自于这个图的形状——底部较宽而顶部较窄。(图片13)
总的来说,食物网中只有10%左右的能量能够从下层向上一层转移,其余90%的能量被生物体的生命活动消耗了,或者以热的形式消失在环境中。正因为这样,大多数的食物网只有3~4个食物层。因为每一层都要消耗掉90%的能量,所以不可能有足够的能量来支撑更多食物层。
但是,处在能量金字塔较高食物层上的生物消耗的能量,并不比较低食物层上生物所需的能量少。因为每一食物层消耗的能量太多了,所以在生产者这一层的能量数量就决定了生态系统能够承载的消费者数目。通常处于食物网最高层的生物是很少的。
七、你了解地球上的生物群落吗
生物群落是指有相似气候和生物的一组生态系统。
实际上,通常某一地区的气候条件——温度和降水量,决定了它的生物群落类型。这是因为气候限制了该地区的植物分布。而植物的类型决定了生活存那里的动物种类。
雨林生物群落
环球考察的第一站是赤道附近的热带雨林。雨林不但炎热而且潮湿,实际上那里时时有倾盆大雨。幸运的是,你没忘记带上雨衣。在一阵阵雨过后,太阳又出来了。尽管阳光灿烂,但穿过浓密的植被层的阳光还是很少。
雨林中层层叠叠到处是植物。你可以看到蕨类、兰花类、藤本类植物等从树枝上挂下来,甚至直接长在其他植物上。在茂盛的植物中间生活着许多种色彩鲜艳的鸟儿,它们就像你身边的无数花朵。
热带雨林 热带雨林位置在赤道附近的炎热地区。热带雨林的典型特征是多雨。炎热的温度一年到头变化不大,终年光照也相当稳定。
热带雨林中物种多得惊人。比如,科学家研究了某一地区雨林中100平方米的范围,找到了300种不同种类的树木。这些树木形成了几个不同的层次。高大的树形成一个顶层称为林冠。有一些特别高大的树木会从林冠中脱颖而出。在林冠的下面足下层林木,这一层的树木稍微矮一点,也包括一些藤本植物。这层中的植物在林冠层形成的树荫里生长良好。再往下,还有些植物在树林的近乎黑暗的底层中茂盛地生长着。
丰富的植物为动物提供了许多栖息地。热带雨林中到底有多少种昆虫至今还是个未知数,但估计有近百万种。这些昆虫供养了种类繁多的鸟儿,这些鸟类又供养了其他种类的动物。虽然地球上热带雨林面积只占了很小的一部分,但它们包含的动植物物种可能要比世界上其他所有陆地生物群落中的物种加起来的总和还要多。
温带雨林 美国西北部大陆的沿海岸线地区,气候在某些方面与热带雨林有点相似。这一地区每年降水量都在3000毫米以上。那里长有一些大树,包括雪松、红木和花旗松,但是很难给这一地区归类。它距热带雨林北缘很远,而且比热带雨林冷得多。于是许多生态学家将这一生态系统称为温带雨林。
沙漠生物群落
环球考察的第二站是沙漠。那里与你刚离开的热带雨林有着天壤之别。从汽车上下来,就进入了酷热的夏季。在中午,你甚至不能在沙漠上行走,因为沙子就像你家浴室热水龙头中的热水那样烫。
沙漠中的年降水量少于250毫米,而水蒸发量远大于降水量。有些极干燥的沙漠,甚至一年内滴水未降。沙漠中一天的温差通常很大,像纳米比亚沙漠这样灼热的沙漠,每当太阳下山后温度会很快降下来。其他的沙漠,如中亚的戈壁沙漠会冷得更快,在冬天甚至会达到冰冻的温度。
生活在沙漠中的生物既要适应缺水状况,又要适应温差大的恶劣条件。例如,树形仙人掌的枝干上有类似手风琴的褶皱一样的折叠。下雨时,仙人掌的枝干就能储存更多的水分。沙漠中的许多动物都是在晚卜出来活动的,这时温度稍微低一点。比如钝尾毒蜥人部分时间呆在凉爽的地下洞穴中,它可以在地底下连续呆上好几个星期。
草原生物群落
环球考察的下一站是大草原。这里的气温要比沙漠里舒服许多。微风带来被太阳烤过的泥土的清香。这片肥沃的土地卜长满了像你一样高的牧草。麻雀在草茎间飞来飞去,寻找着下一顿美餐。受到你脚步声的惊吓,一只兔子逃得无影无踪。
与中纬度地区的其他草原一样,大草原上的降水量要多于沙漠上的降水量,但是这些降水量还不足以生长树木。草原地区年降水量在250~750毫米之间,生长着典型的卓类和其他非木本类植物。靠近赤道的草地称为热带草原,那里的年降水量都大于1200毫米。在热带草原上与草类一起还生长着灌木和小树。
草原是地球上许多大型食草动物的家园,如野牛、羚羊、斑马、犀牛、长颈鹿和袋鼠。在牧养这些大型食草动物的同时,草原自身也得到了保护。大型食草动物限制了小树和灌木的生长,避免小树、灌木与牧草争夺水分和阳光。
环球考察的下一站将带你到另一片森林中去。现在是夏末时节,早晨凉爽,白天仍很炎热。环球考察的一些成员正在忙着记录不计其数的物种。其他一些成员正拿着双筒望远镜,寻找树上正在唱歌的鸟儿。你小心地在林地上走着,以免踩到蜥蜴。金花鼠一受到惊扰就在远处叫个不停。
你现在正处于落叶林生物群落中。这里的树木称为落叶树,每年都会落叶,来年再长出新叶。橡树和枫树是典型的落叶树。落叶林地区年降水量至少为500毫米,足以供给树木及其他植物的生长。这里一年中的气温变化鲜明。树木生长的季节大约是5~6个月。与热带雨林一样,这里不同的植物有不同的高度,从高大的林冠层到林地上的小蕨类植物和苔藓。
森林里各种各样的植物也创造了许多不同的栖息地。同学们可以注意一下,不同种类的鸟儿可以在树林的不同层面中生活,吃其中的昆虫和果实。你可以观察到负鼠、老鼠和臭鼬在地上厚厚的霉烂树叶中寻找食物。在北美洲落叶林中其他常见的动物还包括鸫、白尾鹿和黑熊。
如果你到冬天再回到这一生物群落,你就看不到现在这样多的动物了。许多鸟类都已迁徙到温暖的地区去了。一些哺乳动物进入冬眠状态,以减少能量消耗。哺乳动物在冬眠期间,依靠储存在体内的脂肪生存。
北方针叶林生物群落
现在,环球考察要向北方更冷的气候区域迸发。考察队长声称他能够用嗅觉辨别出下一站是北方针叶林生物群落。当到达目的地时,你看到的是一片云杉和冷杉树包裹的山坡,感受到的是初秋寒冷的气息。你得取出旅行包里的茄克衫和帽子穿戴好。
这个森林里生长着针叶树,它们会结出球形的果子,有像针一样的叶子。这里的冬天是非常寒冷的。年降雪量所达到的积雪是你身高的2~3倍。但那里的夏天还是温暖多雨,可以将所有的雪都融化掉。
能够适应北方针叶林生物群落的树木数量很有限。冷杉、云杉和铁杉是最常见的树种,因为它们厚厚的表面光滑的针形叶能够防止水分的蒸发。由于这个地区一年当中有很长时间水结成了冰,所以,防止水分蒸发是北方针叶林树木必要的适应条件。
北方针叶林中的许多动物以针叶树的果子为食。这些动物包括红松鼠、昆虫以及鸟类,如金翅雀和山雀。一些食草动物如箭猪、鹿、麋鹿、驼鹿和河狸是以树皮和嫩芽为食的。北方针叶林中种类繁多的食草动物也供养了许多大型肉食动物,包括狼、熊、狼獾、猞猁等。
苔原生物群落
当到达环球考察的下一站时,猛烈的风会吹得你流泪。现在的季节是秋天,刺骨寒风使每个成员立即感受到了苔原生物群落的气候特点。苔原生物群落区极度寒冷、干燥。看到深深的雪层,许多人都会觉得奇怪,因为苔原地带的降水量与沙漠一样少。苔原地带的许多土地是终年冰冻着的,称为永冻层。在短暂的夏天,苔原地带的上层土壤会解冻,下层土壤则依然是冰冻着的。
苔原地带的生物包括苔藓、草类、濯木和少量的矮树(如柳树)。放眼四望,大地呈现出棕色和金黄色,这表明短暂的生长季节已经结束了。这里的许多植物都是在夏日长长的光照时间里生长的。这里夏季每天光照时间特别长,气温也是全年中最高的,在北极圈以内的地区,仲夏的太阳是不落的。
如果你曾经在夏天游览过苔原地带,你记得最清楚的动物可能是昆虫。大群的黑蝇和蚊子给许多鸟类提供了食物。这些鸟类也是充分利用这一时期大量的食物和长长的白天,尽量地多吃。冬天到来时,许多乌儿又都迁徙到温暖的南方去了。
苔原地带的哺乳动物有驯鹿、狐狸、狼和野兔。这些动物存冬天会换上厚厚的毛,所以仍然能够呆在那里。那么,冬天苔原上的这些动物以什么为食呢?驯鹿会挖开雪层寻找地衣。地衣是生长在岩石上的真菌和藻类。狼则追踪驯鹿,捕食其中的弱小者。
山脉与冰原
地球陆地上还有一些地方不属于上述几个主要陆地生物群落的任何一个。这些地区包括山脉与覆盖着厚厚冰层的冰原。
你已经知道,从山脚到山峰之间气候条件是会变化的。在山上的不同地方生长着不同种类的植物,栖息着不同的生物。如果你徒步攀越一座高山,你会路过一系列的生物群落。在山脚下,会看到草原;再爬上一点,会看到落叶林;再向上,会看到北方针叶林;最后接近山顶时则看不到树木了,你的周围与长着草皮的苔原地带很相像。