书城科普读物科学伴你行-神往的生态环境
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第3章 生态小常识(3)

从老鹰捉小鸡看食物链

你大概做过“老鹰捉小鸡”的游戏吧?那么你一定知道:老鹰吃小鸡,那么,小鸡吃什么呢?你一定会说:小鸡吃虫子,可虫子又吃什么呢?它可能是吃草、菜叶或某种树叶。 所有的动物为了自身的生存,都必须吃东西,不吃食物的动物是没有的,这是它们最主要的共性。动物都吃什么呢?这是一个再简单不过的问题。它们的食物绝大部分是生物,以植物为食的叫食草动物,以动物为食的叫食肉动物,两者兼食的为杂食性动物。

由此可见,每种动物都在寻找食物,而自己又可能被当作其他动物的食物。你看那小鸡,到处抓呀,刨呀,如果两只鸡同时发现了一条虫子,一定会争起来。岂不知它们自己就要成为俯冲下来的老鹰口中的美餐。

你也许还会看到,蚜虫吞食小麦,同时又被瓢虫所吃,而瓢虫又常常成为山雀的美味佳肴,山雀呢?又难免被老鹰所捕食。

这些“吃”与“被吃”的关系,就好像一条链锁将“草→虫子→小鸡→老鹰”或是“小麦→蚜虫→瓢虫→山雀→老鹰”联系起来。

生物之间由于摄食关系所形成的一种联系,就叫做“食物链”,食物链上的每一个环节,就是一个营养级。处在第一营养级的往往都是绿色植物,由于它们都能进行光合作用,将太阳能转化为化学能,同时制造有机养料,所以,绿色植物又叫“生产者”;而第二营养级都是以植物为食的动物,这些食草动物就成为“初级消费者”,依次下去是“次级消费者”、“三级消费者”……如果你进一步观察就会发现,一种动物并不只是被一条食物链拴住,它们往往可以吃几种食物,同时又被多种动物所吃。如山雀不仅吃瓢虫,也吃蚱蜢、毛虫等昆虫,而它自己,不仅被老鹰所吃,也可能成为山猫的美味佳肴。

看来,生态系统中很多的食与被食,不限于简单的直线链状,实际上,各条食物链互相交织在一起,形成一个错综复杂的食物网。而在这个食物网中,某种动物可能占据两个或三个营养级:如狐狸在“草→兔子→狐狸”这条食物链上占据第三营养级,而在“草→蚂蚁→蜥蜴→狐狸”这条食物链上占据第四营养级,它还可在“草→蛴螬→蚂蚁→蜥蜴→狐狸”这条食物链上处于第五营养级。

巨大的海洋生态系统

海洋,以她那无与伦比的壮阔占据了我们这个星球71%的领域。这个古老的、从原始海洋进化到今天这般雄伟壮观的海洋,不仅仅是生命的摇篮,而且她拥有着巨大光合生产能力的植物类群并包容了现存的各门类的动物。

她本身就是一个巨大的海洋生态系统。

由于这个生态系统的复杂与庞大,随着它距离海岸的远近以及地形、深度的变化,又将它分为几个不同的生态区域:与陆地交界的海岸带;水深200米以内的浅海带;从海洋深处过渡到光亮区的上涌带;巨大开阔海域的远洋带;还有一些是以藻类和腔肠动物共生的珊瑚礁生态系统。

海岸带是海洋与陆地交界的地带,由于这个地带受潮水涨落的影响,又叫潮汐带,它包括低潮面以外的浅海地带和现代海岸线以上狭窄的近海的陆地地带。

海岸带生态系统的主要生产者是许多固着生活的大型植物。如:大叶红藻、海带、昆布、褐带菜。消费者是许多植食性的挠足类动物及以固着生活为主的贝类,它们大多靠滤食碎屑食物为生。

浅海带主要是大陆架,即从低潮线开始以缓慢倾斜延至海底坡度显著增大的地方。这是大陆周围的浅水地带,岛屿周围的这类地带称为“岛架”。

世界上的大陆架占海洋总面积约7.5%,水深0~200米,宽度10~100公里以上。大陆架上生物资源非常丰富,浮游植物是主要生产者,如硅藻、褐甲藻;植食性的动物如虾、挠足类的水蚤等为初消费者;鲱鱼、鳕鱼以及海鸥等为肉食性动物。

上涌带是从海洋深处过渡到光亮区的海洋地带,这里有着巨大的海洋生产者,主要是群居生活的硅藻。消费者主要是以海藻为食的贝类,因此上涌带的食物链大都较短。

远洋带是占有最大面积和极深海水的广阔水域,因此,它拥有的动物种类极多,不仅有游速极快的飞鱼,凶猛残忍的鲨鱼,还有固着生活或栖息海底的种种动物。所以,远洋带的食物链从生产者到各级肉食者,可达5~6级之长,典型的食物链是“极小浮游生物→大浮游动物→鱼→大肉食类动物”。

生态金字塔

你见过金字塔吗?那是古埃及帝王死后的陵墓。在非洲的尼罗河畔,这种方锥形的建筑宏伟壮观,由于它形似汉字中的“金”字,因此被称为“金字塔”。其中开罗近郊吉萨的金字塔是公元前26世纪古埃及第四王朝法老胡夫的陵墓,其塔基为边长232米的正方形,高约146米,用230万块巨石造成,塔内有通道、石阶、墓室等设施,是迄今最大的金字塔。它作为一种伟大的建筑艺术和文化遗产,令世人瞩目,惊叹。

然而有一种更为神奇,更为巨大的金字塔就在你的脚下。或许,你就站在那高高的塔尖上,而你却全然不知,它就是“生态金字塔”。下面有一条食物链,可以帮助你看到在一个海洋中的生态金字塔。

座头鲸是生活在热带海洋中的中型鲸,它体长13~15米,以鱼、虾为食。它的一顿“饭量”是多少呢?说起来怪吓人的。如果以鲱鱼计算,大约需要5000条鲱鱼才能填饱座头鲸的肚子。鲱鱼是一种以甲壳动物为主要食物的小型鱼,体长约20厘米。别小看这么小的鱼,它要饱食一顿则需要6000~7000只小甲壳动物。当然,这些甲壳动物也不能饿着肚子,一只甲壳动物的一顿食量是13万条硅藻。你如果认真算一算,就不难看出,要让一条中等身材的座头鲸饱餐一顿,在“硅藻→甲壳动物→鲱鱼→座头鲸”这条食物链中,能通过光合作用制造有机养料的硅藻是一个庞大的基础。食物链上的生物个体由小到大,而每一级的生物数量则由多到少,也就是说,众多的“生产者”

以自己的身体,喂养一批数量较少、形体较大的生物,而后者又要用自己的身体去喂养一些数目更少、体形更大的生物。

如果你注意一下自然界食物网中的每条食物链,如“草→兔→鹰”或者“草→昆虫→鸟→山猫”,还有更多更多……你就会发现,几乎所有的食物链都有这样一个共同的特征:把食物链上各营养级按其拥有的个数和能量绘成一个图,那就是下宽上窄的锥体形。你看,它就和那尼罗河畔古埃及帝王的陵墓那宏伟的金字塔一个形状,这就是被我们踩在脚下的那个巨大的无形的但却有数的生态金字塔。

金字塔的基部是那些能够为我们捕捉太阳能,并制造营养物质的绿色植物,而站在塔尖上的动物是食物链中最高的一级消费者,它们通常是一些肉食性的大型动物,如狮、虎、鹰、鲨鱼等等,甚至还有我们人类。如果没有金字塔基部那些绿色植物和中间的许多层动物支持它们,它们就难以维持生命。

生态系统中的能量流动

地球上所有的生态系统需要的能量都来自太阳,生态系统中的能量流动是以绿色植物即生产者把太阳能固定在体内以后开始的。

生产者所固定的太阳能叫做初级生产量。生产者在自身的新陈代谢中要消耗一部分能量,这部分能量叫呼吸量。初级生产量除去呼吸量,其余的部分贮藏在自己体内,作为自身的物质形态表现出来。以草为食的初级消费者的能量来源就是固定在植物体内的能量,食草动物获得的能量除了新陈代谢消耗的呼吸量,其余贮藏在自己体内用于自身的生长、发育,同样以物质形态表现。肉食性的次级消费者又以同样的方式从初级消费者身上获取能量,除去一部分呼吸量,都贮藏在体内以自身的物质形态表现。

由此看来,生态系统的能量流动是通过食物链而逐渐传递下去的。由于各个营养级的生物,通过代谢而消耗很大一部分,因此,所有能量在逐级的流动中是递减的。食物链中能量从低级向高一级的转化过程中究竟有多少可以传递下去呢?经过科学家的研究发现,其转化率大约是10%~20%,这就是所谓的生态系统百分之十的能量传递定律。

根据这条规律,我们不难得出:一吨的草只能供养100斤的食草动物所需的能量。按照这样的定律,越是接近食物链末端的高级消费者,其数量越少,相应的群体贮存的太阳能也越少。

有人做过这样的计算:如果一个人以鱼为食,那么他要增加一公斤体重,就需要10公斤鱼提供;而10公斤鱼所需的能量从哪里来呢?它需要100公斤浮游动物或小虾提供;再进一步向塔的基部需求能量,则要1000公斤浮游植物提供。换句话说,坐落在金字塔尖上的人,增加一公斤体重,需要由海洋为他提供一吨的植物。而一个60公斤重的成年人,则需要60吨的植物来供养他成长起来。我们地球上的几十亿人需要向地球索取多少物质呀!

人类是杂食性动物。因此,人类可以通过改变食物类型来选择自己在食物网中的地位,同时改变在金字塔上的营养等级,从而以较少的能量需求来谋求生存。

从能量在生态系统中的流动过程,我们可以知道,绿色植物对于人类乃至整个生物界是多么的重要。人类赖以生存的最根本的物质和能量基础,就来源于绿色植物这个巨大的金字塔的基部。

相克相生

在美国的开巴高原上生活着一种以草为食、以温柔和善良著称的鹿群,常常受到凶残的狮子和狼的袭击。人类一向有同情弱者之心,为了保护鹿群,当地人采取了捕杀狮子和狼的措施。不久,人们几乎将狮子和狼全部消灭。

于是,鹿由于没有了捕杀它们的敌害而迅速的繁殖起来,人们为能够用自己的力量保护鹿群而自豪。

然而,人们良好的愿望却适得其反。由于鹿群毫无控制的大量繁殖,以至于当地的植物不能满足鹿的需要,它们大量地啃食植物的茎,刨食植物的根,毁坏了当地的植被,使得这些植物失去了再生的能力。由于食物的匮乏,鹿群饥饿而体质下降,瘟疫开始在鹿群中传播,几年后,鹿群中就有大批鹿死亡。

人们开始反省:为什么狮、狼被消灭,不仅没有使鹿得到保护,反而使当地植被受到破坏,鹿群因此而失了食源?由此看来,保护一种动物,并不能只靠消灭它的天敌。捕食者的存在对于被食者的存在也是一个十分重要的条件。狮、狼可以控制鹿的数量不至过高,从而鹿的食源——绿色植物可以年年更新,同时,由于狮、狼捕食的大多是鹿群中的病弱者,优良素质的鹿被保存下来,从而提高了鹿的质量。生存竞争尽管激烈,但每一种生物在大自然中都有自己“拿手”的进攻和防御本领,总会有一些个体被捕食,但又不能全部吃光,从而保存了生物的优良物种,并使自然界维持着一定的平衡。

狮和鹿的关系说明,人为地消灭一个物种会导致生态平衡的破坏,那么,人为地增加一个物种又会怎样呢?19世纪中叶,澳大利亚引进了几只家兔。但是在澳大利亚这块土地上,没有以家兔为食的猛兽,于是家兔就肆无忌惮地繁殖起来。20多年间,这些家兔已成为占据澳大利亚三分之二土地的野兔。农田受到它的践踏,植被受到它的破坏,给当地人民带来了灾难性的后果,以至于政府不得不动员人们围剿兔子。

不仅动物如此,随意引进植物也会酿成意想不到的后果。18世纪末,一种叫做圣约翰的野草被移民从欧洲传播到美洲。由于美洲没有能吃这种野草的动物——美洲的动物吃了它会中毒——于是这种野草疯狂的在美洲蔓延。

到20世纪初,它已占领了美国1500多万亩草场。直到人们认识到它的危害,才进行考察研究,这种草之所以没有酿成大祸,是由于这种草的故乡有它自己的天敌。直到美国从欧洲又引进了以圣约翰草为食的昆虫,这种野草才逐渐得到控制。

大自然在它自己漫长的演变中,使各种生物形成了一种相生相克的稳定平衡状态。如果没有生物间的相互制约,任何一种生物都可能独霸地球,而最终自己也要毁灭,作为“主宰”一切的人类,难道不能从中得到某些启发吗?