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生态系统的物质循环和能量流动

生态系统是由生物和非生物因素相互作用的复杂系统。其中，

物质循环和能量流动是生态系统的两个基本特征。

一、物质循环

物质循环是生态系统中物质的转换和迁移过程。它包括生物元

素的转化、生物体的营养和无机物的循环等。生物元素包括碳、

氮、磷、钾、钙等，它们通过生物体内和外部的转换迁移，不断

地循环利用，控制了生态系统的物质平衡。

1.生物元素的循环

生物元素循环是生态系统物质循环的重要环节，它决定了生态

系统中物质元素的循环程度和相互关系。

例如，氮是生命所必需的重要元素，它在生态系统中的循环过

程可以被分为两个部分。一部分是在大气中的氮被固定，形成固

氮物质，通过植物作用进入食物链并进一步转化为氨基酸、蛋白

质等物质。另一部分是由大气中的NOx过程形成的硝酸盐和亚硝

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酸盐。硝酸盐和亚硝酸盐也是生态系统中氮的重要形式，它们会

在水中的生物体内还原为氨或亚硝酰胺，再进入植物从而重复到

固氮物质。生物体内的氮再次被排出，通过微生物的作用变为硝

酸盐和亚硝酸盐重新进入循环，形成氮循环的闭合循环。

2.生物体的营养

生物体的营养是指从外部获取营养物质进行生命活动所必需的

过程。食物链是生物体营养的重要组成部分，它是从光合作用的

植物生产者开始，经过食肉和草食消费者等一系列的相互作用，

最终形成一个完整的有机物质循环的过程。

不同层次的食物链交织在一起，形成了生态系统中的复杂食物

网。生态系统中的每个层面都具有其特定的生物体数量和种类，

它们通过相互捕食建立起食物链。上一层的捕食者依赖于下一层

的食物来维持食性和生计，而下一层的食物链则是依靠植物和无

机物提供的营养来维持生命活动。

3.无机物的循环

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生态系统中的无机物质主要包括水和气体等。它们的循环与物

质间的相互转化密切相关，在生态系统中发挥着重要的作用。

例如，水循环是生态系统中最为重要的循环之一，它通过蒸发、

降雨、丰水和地下水的迁移等过程，将水分送回地热带状水循环

中，为生态系统中的生物体提供水资源。同时，气体的循环同样

对生态系统的稳定性起到了至关重要的作用。氧气和二氧化碳等

气体在生物体内外的转化和迁移对维持生态系统的平衡至关重要。

二、能量流动

能量流动是指生态系统中由光合作用物质向消费者转化的能量。

这种能量的存在和流动保证了生态系统的能量平衡。

1.光合作用和呼吸作用

光合作用是生物界最为重要的过程之一，其在生态系统中的地

位难以被取代。光合作用中，植物利用阳光能和二氧化碳等有机

物质将太阳能转化为化学能，同化作用的过程体现是有机物质物

质的逆反应。利用有机物质的物质是动物，由此形成一条基本的

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食物链体系。光合作用产生的有机物质被消费者利用，通过呼吸

或代谢将其转化为能量，释放出光合作用的化学能。

2.逐级捕食和生态位

生态系统中不同物种间的关系都是基于捕食关系而建立起来的。

逐次捕食的过程中，能量从一个物种转移至另一个物种，形成一

个食物链。捕食者获得的能量会在消费后释放出来，转化为下一

级捕食者的生存和生长所需。

生态位是描述不同形态生物与环境之间关系的概念。每一个生