生物与环境：从种群到生态系统

把镜头从个体拉远：同种的个体构成种群，不同种群构成群落，群落加上无机环境就是生态系统。这一章的三个层次各有一个核心问题——种群「数量怎么变」，群落「怎么演替」，生态系统「能量与物质怎么走」。

种群：数量的「进」与「出」

种群的特征中，种群密度是基本特征；出生率、死亡率、迁入率、迁出率直接决定数量变化；年龄结构（增长型、稳定型、衰退型）可预测趋势；性别比例通过影响出生率间接影响密度。

调查方法的选用：

• 样方法：植物及活动能力弱的动物（蚜虫、跳蝻）。要点：随机取样，取多个样方求平均值；
• 标志重捕法：活动能力强、活动范围大的动物。公式 （ 为初次捕获并标记数， 为重捕总数， 中有标记数）。前提：标记不脱落、不影响活动、重捕是随机的——若动物被捕后变得「机警」，测得的 会偏大。

两种增长模型：

• J 型：理想条件（食物空间充裕、气候适宜、无敌害），；实验室条件或入侵初期常出现；
• S 型：资源有限、存在天敌与竞争，数量趋近并稳定在环境容纳量 K；在 时增长速率最大。

应用两句话：渔业捕捞在略高于 时进行，使种群迅速恢复；有害生物防治应在其数量远低于 之前动手（越早越省力）。

群落：谁与谁为邻

丰富度指群落中物种数目的多少。种间关系四种：

群落具有垂直结构（分层现象，提高对光等资源的利用；植物的分层为动物创造栖息空间）与水平结构（镶嵌分布）。群落不是一成不变的：初生演替发生在从未有生物的裸岩（地衣 → 苔藓 → 草本 → 灌木 → 乔木阶段，历时漫长）；次生演替发生在有土壤条件甚至种子库的地方（火灾后的森林、弃耕农田）。人类活动往往使群落演替偏离自然速度与方向，也可引导其向有利于人类的方向发展。

生态系统的结构与功能

结构 = 组成成分 + 营养结构。四类成分中，生产者是生态系统的基石（把无机物变成有机物），分解者是物质循环的关键（把有机物分解回无机物），非生物的物质和能量是舞台，消费者加快物质循环。营养结构即食物链与食物网（从生产者开始，到不被捕食的最高营养级为止）。

能量流动：起点是生产者固定的太阳能，渠道是食物链网。两大特点：单向流动（不能逆转、不能循环）与逐级递减（相邻营养级传递效率 ）。每个营养级的能量去向：自身呼吸散失（热能）+ 流入下一营养级 + 流向分解者 + 未利用。所以食物链一般不超过五六个营养级——「一山不容二虎」的能量学解释。

应用：研究能量流动，合理调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分（除草治虫减少「浪费」；桑基鱼塘使能量多级利用）。

物质循环：元素（如碳）在生物群落与无机环境之间反复利用、循环流动，具有全球性。碳循环的关键节点：光合作用／化能合成作用把 合成有机物进入群落；呼吸作用、分解者的分解作用、化石燃料的燃烧把碳归还为 ——化石燃料的大量燃烧打破了碳平衡，造成温室效应。物质循环与能量流动同时进行、相互依存：物质是能量的载体，能量是物质循环的动力。

信息传递：物理信息（光、声、温度）、化学信息（性外激素、生物碱）、行为信息（蜜蜂舞蹈）。作用：个体生命活动正常进行；调节生物的种间关系，维持生态系统稳定。应用：性引诱剂诱杀害虫（破坏交配，属化学信息）。

生态系统的稳定性

负反馈调节是自我调节能力的基础。稳定性的两面此消彼长：抵抗力稳定性（抵抗干扰、保持原状）随组分增多、食物网复杂而增强；恢复力稳定性（受扰后恢复原状）一般与之相反。热带雨林结构复杂、抵抗力强，但一旦破坏、恢复极慢——「复杂者抗折腾，却经不起折腾」。

提高稳定性则要增加组分、完善营养结构（混交林优于纯林）。

生物多样性的保护

三个层次：基因（遗传）多样性、物种多样性、生态系统多样性。价值：直接价值（食用、药用、观赏）、间接价值（生态功能，如涵养水源、调节气候——也叫生态价值，对人类「免费」却最巨大）、潜在价值（尚未被发现）。

保护措施：就地保护（建立自然保护区，最有效）与易地保护（动物园、植物园、种子库）；同时反对盲目掠夺式开发，坚持合理利用——保护不是封存，而是让「取之有度」成为可能。

记忆点：三个层次三句话——种群看数量（J 型与 S 型， 是开关），群落看演替（初生与次生），生态系统看流动（能量单向递减管「多少」，物质循环往复管「去向」，信息传递管「秩序」，负反馈管「稳」）。