索引：1.生物的类群及其分布 2.生物种群与生物群落 3.生态系统
1.生物的类群及其分布
现代地球上生存着数量惊人的生物，据估计有500×104～1000×104种甚至更多，已经定名或研究过的约有140×104～170×104种。为了认识它们，人们进行了大量的研究，建立了一个生物分类等级系统，把生物分为界、门、纲、目、科、属、种7个等级，其中种（或称为物种）是分类系统的基本单元。
环境对生物有着深刻的影响，对生物类群的发展进化起着选择作用。在此基础上，各种生物具有自己的地理分布规律。一个物种由若干植物个体组成，它们所占有的一定区域，就是该物种的分布区。例如，油松在我国分布于冀、鲁、豫、晋、陕、宁、夏、辽西、蒙中南、甘中南、青东北、川北等地，这些地区就是油松的分布区。同样，生物属、科、目等也都有自己的分布区，如松属分布区、松科分布区、松杉目分布区等。种的分布区是植物分布规律研究的最主要和最基本的对象。分布区的形成受到气候、土壤、地形、生物、历史、人为等多种因素的影响，是它们综合作用的产物。某一地区生物种类（科、属、种）的总体，构成了该地区的生物区系。例如，北京西山所包含全部生物的科、属、种，就是北京西山的生物区系。为了研究生物区系空间分布的规律，进行陆地生物区系的分区是十分必要的。在这方面，许多生物学家作出了卓越的贡献。在世界植物区系分区方面，德国植物地理学家恩格勒（Engler）、狄尔斯（Diels）于17世纪末和18世纪初最早进行了研究，划分出六个植物区，后经苏联植物地理学家阿略兴、塔赫他疆、美国植物地理学家古德（R.Good）等人的修改补充，逐渐形成了目前流行的世界植物区系分区方案。该方案将全球分为三个植物区系组（或植物区系总带）、六个植物区，下分若干亚区。六个植物区为：
①泛北极植物区（全北植物区），面积广大，包括北回归线以北的北半球广大地区及北回归线以南的部分地区，是包括亚热带常绿阔叶林、温带落叶阔叶林、寒温带针叶林的以温带为主的植物区系。
②古热带植物区（旧热带植物区），位于北回归线以南，包括热带雨林、季雨林和稀树草原。
③新热带植物区，包括中美洲和40°S以北的南美大陆，植物种类十分丰富。
④澳洲植物区，包括澳大利亚大陆和新西兰、塔斯马尼亚岛，具有其他大陆无法比拟的独特性植物区系和丰富的特有属种。
⑤好望角植物区（开普植物区），面积极小，仅包括非洲西部。
⑥南极植物区，包括40°S以南的南美大陆和大洋岛屿、南极大陆及其周围岛屿。
2.生物种群与生物群落
种群是同种生物个体的集合体。任何一个种群都是由许多个体组成的，这些个体占据着一定的分布区。在其分布区内，既有适合生存的环境，又有不适合生存的环境，物种就在分散的、不连续的环境里形成不同大小的个体群。这些群体是物种存在的基本单位，其大小往往随时间的推移而变化。由此可知，种群是由一定时间内占据一定地区或空间的同种个体组成的生物系统。种群无论在空间上，还是时间上，都可随研究者的目的去任意划分。它既可以大到全球蓝鲸种群，又可以小至一片草地上的黄鼠狼种群，甚至可以限定为实验室中饲养的一瓶草履虫这一实验种群。
各类生物种群在其正常生长发育条件下，具有一些共同特征。
①种群在空间分布格局上表现为均匀型、随机型和集群型三类。种群空间分布格局的均匀型是指种群内各个个体在空间上呈等距离分布，随机型是指种群内每个个体在空间上均呈随机的分布，集群型是指种群内个体在空间上是成群、成簇、成斑点状或片状地密集分布。了解种群的分布格局，对选择统计种群密度的方法具有重要意义。
②种群的繁殖力受出生率、死亡率、迁入率和迁出率的影响。了解种群的繁殖力，对于掌握种群动态、确定物种环境容量和调控种群数量具有重要意义。
③种群的年龄结构呈三种金字塔类型，即增长型种群、稳定型种群和下降型种群（见图12）。增长型种群的年龄结构呈典型的金字塔形，基部阔而顶部窄，表示种群中有大量的幼体和极少的老年个体，这种种群出生率大于死亡率，是一个迅速增长的种群。稳定型种群的年龄结构呈钟形，基部和中部近于等宽，即种群中幼年个体与中年个体数量大致相等，出生率和死亡率大致平衡，种群数量稳定。下降型种群的年龄结构呈壶形，基部窄而顶部阔，表示种群中幼体比例小而老年个体比例大，出生率小于死亡率，是一个数量趋于下降的种群。
④种群的性比接近1：1。种群中雄性和雌性个体数目的比例称为性比，亦称性别结构，它也是种群动态研究的内容之一。对于大多数动物来说，雄性和雌性的比例较为固定，接近于1：1。只有少数动物，尤其是较为低等的动物，在不同的发育时期，性比会发生变化。
图12 种群年龄结构的三种基本类型
自然界中的生物都不是单独孤立地存在的，而是多种生物生活在一起。在一定地域内，共同生活在一起的各种生物（包括各种植物、动物和微生物）以多种多样的方式相互作用、相互联系、彼此适应形成的具有一定组合规律的生物群体叫生物群落。
根据生物群落的生物组成，可将其进一步分为植物群落、动物群落和微生物群落三大类。不同的生物群落有着不同的外貌。生物群落的外貌是指群落的外部表相，它是群落对一定自然环境长期适应的结果。例如，森林、草原、灌丛的外貌迥然不同，森林中针叶林和阔叶林的外貌也有明显的差异。每一个相对稳定的群落都有一定的种类组成，不同群落其种类组成是不同的，群落中生物种类的丰富程度与环境条件的优越程度和复杂程度以及群落发育的时间长短有关。一般来说，环境的水热条件和营养条件越优越，环境条件越复杂，发育时间越长，种类就越丰富，反之则贫乏。所以，陆地上低纬度地带的群落比高纬地带的群落种类丰富，同一纬度地带山地比平原丰富，森林比草原丰富，大陆比岛屿丰富。
生态学家在研究群落种类组成的过程中，提出了物种多样性的概念。狭义的物种多样性是指群落中所含物种数目的多少，广义的物种多样性是指群落中所含物种数目的多寡及各物种个体分布的均匀程度。群落的空间结构有两个突出的特征，即分层性和镶嵌性。分层性在成熟的森林群落中，尤其是温带森林群落中最为明显。温带森林地上部分一般可分出四个基本层次，自上而下依次为乔木层、灌木层、草本层和地被层。农业生产实践中的间作、套种、多层种植和立体养殖，就是人们模拟天然群落的分层性，充分利用光、热、水和养分等，提高产量的一种有效措施。
群落的镶嵌性是指群落内部在水平方向上生物分布疏密不均而呈现为许多斑块的现象。其成因有环境和生物本身两个方面的因素。环境在水平方向上往往有一定的差异，这种差异会影响到植物的发芽、生长及分布的不均。生物群落处于动态变化之中，它的动态变化包括年内变化的季相更替、年际变化的波动和较长期的演替和演化等，其中以群落的季相更替和演替最为重要。
群落的季相是指群落的季节外貌。在季节变化明显的地区，群落的外貌会随着季节的转变而发生周期性变化，这种现象就称为群落的季相更替或季相变化，如温带落叶阔叶林的冬季秃灰，春季青色，夏季浓绿，秋季黄红。群落季相更替属于同一个群落年内的外貌变化，并没有发生群落组成和结构的变化，所以季相更替不是群落质的变化。
如果生物群落发生了质的变化，则称群落发生了演替。群落演替是指在一定的地段上一个群落被另一个群落所替代的现象。例如，当林区内某块农田弃耕休闲后，随着时间的推移，最先出现的是1～2年生杂草群落，然后是多年生杂草和禾草群落，再后是灌木群落和乔木群落，直至最后形成一片森林。导致群落发生自然演替的原因有内因和外因两个方面，其中前者是指群落内部的种间矛盾和生物与环境之间的矛盾，后者是指外部环境的变化，如气候变迁、洪水淹没、火灾、人类活动等。
3.生态系统
任何生物群落都存在于一定的环境中，并与环境经常进行着物质和能量的交换，从而形成一个不可分割的统一整体，这个整体称为生态系统。
生态系统一词由英国植物生态学家坦斯利（Tansley）于1935年提出。他认为，生态系统是指在一定时间和一定空间内，由生物成分和非生物成分（无生命的环境）组成的一个有一定大小，执行着一定功能，并能自我维持的功能整体。换句话说，生态系统就是生物群落与其环境的综合，它实际上是生物群落与其非生物环境共同形成的一个物质－能量系统，是构成生物圈的基本单元。生态系统是一个广泛的概念，可以从类型上理解，也可以从区域上理解。例如，一片森林、一个湖泊、一条河流都可看做是不同类型的生态系统，一个包括有森林、湖泊和河流在内的相对独立的地理区域也可看做一个生态系统，生物圈可看做地球上最大的生态系统。对生态系统的研究有助于我们全面正确认识生物与生物、生物与环境之间的关系，正确认识人类与自然的关系，为协调人类与自然的关系，解决当今人类面临的人口、资源、环境等全球性问题提供理论基础。
生态系统由生物和非生物环境两大部分构成，其中生物根据其在生态系统中的功能作用又分为生产者、消费者和分解者三类，因此，一个完整的生态系统由非生物环境、生产者、消费者和分解者四种成分组成。
非生物环境包括与生物生存有关的所有自然地理要素，它们既是生物活动的场所，又是生物生活所依赖的物质和能量的源泉。
生产者主要指绿色植物，另外还包括某些自养细菌，它们能够利用太阳能将环境中的二氧化碳和无机盐等合成为有机物，同时把太阳能固定下来，不断为其他生物提供食物和能量。
消费者由各种动物组成，它们自己不能制造食物，而是靠直接或间接地消耗植物生产的有机物而生存。根据消费者食性的不同可分为植食动物（食草动物）、肉食动物（食肉动物）和杂食动物等。
分解者主要包括细菌、真菌和一些原生动物等异养微生物，它们靠分解动植物的残体及其排泄物取得能量和营养物质。分解者把复杂的有机物分解成简单的无机物归还到环境中，供生产者再次利用。
在上述生态系统的四种成分中，唯独消费者是可有可无的非基本成分，但是它们的存在使生态系统的能量流动和物质循环进一步复杂化，延长了物质和能量在生态系统中的停留时间。
生态系统各组成成分并不是杂乱无章地堆积在一起，而是具有一定的内在联系，构成一个有机整体并呈现出一定的功能。生态系统除了有以分层性和镶嵌性为特征的空间结构外，还有以食物为纽带形成的营养结构。所谓营养结构就是生态系统中各营养级的有序组合。在一个生态系统中，根据生物营养方式所划分的级别叫营养级。通常把获取食物方法相似的和食物性质相同的生物归为同一个营养级。作为生产者的植物和所有自养生物都属于第一营养级，所有以生产者为食的动物为第二、三、……营养级。生态系统中营养结构的具体表现形式是食物链和食物网。所谓食物链是指处于不同营养级的某些生物通过取食与被食的关系彼此关联而形成的一个能量和物质流通系列。任何一个生态系统的食物链都不只一条，并且多个食物链发生交叉，彼此交织在一起成为一种网状结构。这种由多个食物链相互交织而形成的复杂网状结构称食物网。生态系统具有一定的功能，主要体现在生物生产、能量流动和物质循环三个方面。生态系统功能的强弱决定于系统的结构，结构越复杂，功能就越强大。生态系统的能量主要来源于太阳能。绿色植物通过光合作用把太阳能转化为化学能固定在有机物质中，从而使太阳能进入生态系统。然后，随着植食动物和肉食动物的采食与捕食，能量沿着食物链转移到各营养级。生态系统的能量在由低营养级逐渐向高营养级转移过程中，每经过一个营养级，其能量的数量都要大大减少。这是因为对于每一级消费者来说，前一营养级的生物产品总是不能全部被利用，只有很少一部分能量储存在生物体内供自身的生长发育之用。后一营养级生物对前一营养级生物能量的实际利用率是很低的。早在20世纪40年代，美国生态学家林德曼（Lindeman）通过对湖泊生态系统的研究发现，能量在各营养级中转化的效率大约为10％，这就是著名的林德曼“百分之十率”。林德曼“百分之十率”给我们提供了一个大致的数量概念，受能量转移效率的制约，顺营养级向上，生产量急剧地、阶梯般地递减，用图形表示则呈金字塔形，故称之为生态金字塔。生物量和个体数量也有类似的递减规律，也呈金字塔形。
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