生物圈(biosphere)是指地球上有生命活動的領域及其居住環境的整體。它包括海平面以上23km至海平面以下12km的範圍 。主要由生命物質、生物生成性物質和生物惰性物質組成。

生命物質又稱活質，是生命有機體的總和。生物生成性物質是由生命物質所組成的有機礦質作用和有機作用的生成物，如煤、石油、泥炭和土壤腐殖質等。生物惰性物質是指大氣低層的氣體、沉積岩、粘土礦物和水。

•能夠獲得來自太陽的充足光能；•存在有可被生物利用的大量液态水 ；•生物圈内要有适合生命活動的溫度條件，在此溫度變化的範圍内的物質存在氣态、液态和固态三種變化；•提供生命物質所需的各種營養元素，包括02、C02、N、C、K、Ca、Fe和S等，它們是生命物質的組成或中介。

1．環境因素與生物的相互影響

任何生物有機體都不能脫離環境而生存，環境控制和塑造着生物的生理過程、形态構造和地理分布。同時，生物有機體特别是其群體對環境也産生有明顯的改造作用。不同的生物種對生态因素和環境的适應能力存在差異。一般來說，對環境适應能力較強的種類，其分布範圍亦較廣。

2．生物的适應性和指示現象

(1)生物的适應性

生物的适應性 是指生物的形态結構、生理機能、個體發育和行為等與其生存的一定環境條件互相統一、彼此适合的現象。

(2)生物的指示現象

生物的指示現象 是指根據生物種或它們的群體、或生物的某些特征來确定地理環境中其他成分的現象。

1.種群

占據着一定環境空間的同一種生物的個體集群叫做種群。換言之，種群就是在一定空間中同種生物的個體群。自然界中，種群是物種存在、物種進化和表達種内關系的基本單位，是生物群落或生态系統的基本組成部分，同時也是生物資源開發、利用和保護的具體對象。

2.生物群落

群落 為種群的集合體，是一個比種群更複雜更高一級的生命組織層次。生物群落 在一定地段的自然環境條件下，由彼此在發展中有密切聯系的動物、植物和微生物有規律地組合成的生物群體。每個生物群落都是自然界真實存在的一個整體單位，占據着生物圈的一定地區，具有一定的組成和結構，在物質和能量交換中執行着獨特的功能。

3.生物多樣性

生物多樣性包括了遺傳多樣性（包括一個物種内個體之間和種群之間的差别 ）、物種多樣性（一個區域内動植物和其他生物的不同類型 ）和生物群落或生态系統多樣性（一個地區内各種各樣的生境 ）。多樣性在生态系統中的重要性有一部分是由于它們可以為人類服務——水、氣體、營養物和其他物質的循環。

1.概念

在自然界中，一定空間内由生物成分和非生物成分組成的一生态學單位構成生态系統。即：生态系統就是由生命系統和環境系統在特定空間的組合。任何生态系統都具有三個共同特征：Ø能量流動、物質循環和信息傳遞；Ø具自我調節的能力；Ø屬一動态系統。

2.類型：•自養型生物：稱為生産者，包括各種綠色植物和化能合成細菌。

•異養型生物：稱為消費者，包括草食動物和食肉動物。

•異養型微生物：稱為分解者（或還原者），如細菌、真菌、土壤原生動物和一些小型無脊椎動物，它們靠分解動植物殘體為生。

3.生态系統的營養結構

生态系統的營養結構指生态系統中的無機環境與生物群落之間和生産者、消費者與分解者之間，通過營養或食物傳遞形成的一種組織形式。食物鍊 是生态系統内不同生物之間類似鍊條式的食物依存關系。營養級食物鍊上的每一個環節稱之。食物網食物鍊相互交叉形成複雜的攝食關系網稱之。

能力傳遞的1/10律

能量在食物網中流動轉移效率是很低的。後一營養級所儲存的能量隻有大約10％能夠被其上一營養級所利用。其餘大部分能量被消耗在該營養級的呼吸作用上，以熱量的形式釋放到大氣中去。這在生态學上被稱為10％定律或1／10律。

4.生态系統的功能

生态系統的功能主要表現為生物生産、能量流動和物質循環，它們是通過生态系統的核心部分——生物群落來實現的。

(1)生态系統的生物生産

生态系統的生物生産是指生物有機體在能量和物質代謝的過程中，将能量、物質重新組合，形成新的産物(碳水化合物、脂肪、蛋白質等)的過程。

植物性生産或初級生産

綠色植物通過光合作用，吸收和固定太陽能，将無機物轉化成有機物的生産過程。

動物性生産或次級生産

消費者利用初級生産的産品進行新陳代謝，經過同化作用形成異養生物自身物質的生産過程。

(2)生态系統的能量流動

生态系統中的能量流動都是按照熱力學第一定律和第二定律進行的。在熱力學定律的約束下，自然界中大大小小的生态系統處于完美的和諧之中。在熱力學定律的約束下，自然界中大大小小的生态系統處于完美的和諧之中。大自然賦予生物多樣性使生态系統更加和諧。由于存在着這種多樣性，每種生物都會在生态系統中找到适宜的栖息地。生存競争導緻優勝劣汰。當某種病害襲來時，隻有某些敏感的物種遭到傷害。災害過後，幸存的物種可能使生态系統得以複蘇。

值得注意的是，自然界的生态平衡很脆弱，易遭外力破壞。人類雖無力改變熱力學定律，但往往能輕易地破壞生态金字塔和生物多樣性，使不少地區陷入“生态危機”之中。

(3)生态系統的物質循環

自然界的各種元素和化合物在生态系統中的運動為一種循環式的流動, 稱為生物地球化學循環。 生物地球化學循環可分為三種主要類型：水循環，氣體型循環和沉積型循環。氣體型循環主要包括碳和氮的循環，這兩個元素的貯存庫主要是大氣和海洋。循環具全球性。

•碳循環

•碳循環的最簡單形式：在有陽光的條件下，植物把大氣中的C02轉化為碳水化合物，用以構成自身。同時，植物通過呼吸過程産生的C02被釋放到大氣中，供植物再度利用。

全球碳循環示意圖

•碳循環的第二種形式：植物被動物采食後，碳水化合物轉入動物體内，經消化、合成，由動物的呼吸排出C02。此外，動物排洩物和動植物遺體中的碳，經微生物分解被返回大氣中，供植物重新利用 。

•碳循環的第三種形式：人類通過燃燒煤、石油和天然氣等釋放出大量C02，它們也可以被植物利用，加入生态系統的碳循環中。此外，在大氣、土壤和海洋之間時刻都在進行着碳的交換，最終碳被沉積在深海中，進入更長時間尺度的循環。

•氮循環

氮屬于不活潑元素，氣态氮并不能直接被一般的綠色植物所利用。氮隻有被轉變成氨離子、亞硝酸離子和硝酸離子的形式，才能被植物吸收，這種轉變稱為硝化作用。大氣氮進入生物體的主要途徑有四種：

•生物固氮(豆科植物、細菌、藻類等)；•工業固氮(合成氨)；•岩漿固氮(火山活動)；•大氣固氮(閃電、宇宙線作用)。四種途徑中第一種使大氣氮直接進人生物有機體，其他則以氮肥的形式或随雨水間接地進人生物有機體。

全球氮循環示意圖

•硫循環

地球中的硫大部分儲存在岩石、礦物和海底沉積物中，以黃鐵礦、石膏和水合硫酸鈣的形式存在。 大氣圈中天然源的硫包括H2S、SO2和硫酸鹽。H2S來自火山活動、沼澤、稻田和潮灘中有機物的嫌氣(缺氧)分解等途徑，SO2來自火山噴發的氣體；大氣圈中硫酸鹽(如硫酸铵)則來自海浪花的蒸發。大氣圈中硫的l／3(包括硫酸鹽的99％)來自人類活動，其中的2/3來自含硫化石燃料(煤和石油)的燃燒，其餘來自煉油和冶金工業和其他工業過程。

全球硫循環數字表示通量（1012g/a)；小字體表示天然源貢獻，大字體表示人為源貢獻

任何一個正常、成熟的生态系統，其結構與功能，包括其物種組成，各種群的數量和比例，以及物質與能量的輸出、輸入等方面，都處于相對穩定狀态。就是說，在一定時期内，系統内生産者、消費者和分解者之間保持着一種動态平衡，系統内的能量流動和物質平衡在較長時期内保持穩定。這種狀态就是生态平衡， 如果生态系統中物質與能量的輸入大于輸出，其總生物量增加，反之則生物量減少。在自然狀态下，生态系統的演替總是自動地向着物種多樣化、結構複雜化、功能完善化的方向發展。

生态平衡是靠一系列反饋機制維持的。物種循環與能量流動中的任何變化，都是對系統發出的信号，會導緻系統向進化或退化的方向變化。生态系統結構愈複雜，物種愈多，食物鍊和食物網的結構也愈複雜多樣，能量流動與物種循環就可以通過多渠道進行，有些渠道之間可以起相互補償的作用。一旦某個渠道受阻，其他渠道有可能替代其功能，起着自動調節作用。當然，這種調節作用是有限度的，超過這個限度就會引起生态失調，乃至生态系統的破壞。

影響生态平衡的因素既有自然的，也有人為的。自然因素如火山、地震、海嘯、林火、台風、泥石流和水旱災害等常常在短期内使生态系統破壞或毀滅。受破壞的生态系統在一定時期内有可能自然恢複或更新。人為因素包括人類有意識“改造自然”的行動和無意識造成對生态系統的破壞。例如，砍伐森林、疏幹沼澤、圍湖圍海(墾殖)和環境污染等。這些人為因素都能破壞生态系統的結構與功能，引起生态失調，直接或間接地危害人類本身。所謂的“生态危機”大多是指人類活動引起的此類生态失調。

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