一、森林生态系统的概念

　　森林生态系统是指以木本植物为主体的生物系统和环境系统之间进行能量流动、物质循环和信息传递,并具有一定结构和特定功能的总体。木本植物处于主体地位,决定了这个系统的性质,也是区别于其他生态系统的特殊根据:①在森林生态系统中,木本植物的生产力最高,生物量最大。据调查,中欧120年生的以橡树、水青岗等木本植物为主体的森林生态系统中,木本植物的生物量为274000千克,大型哺乳动物2千克,小型哺乳动物5千克,鸟类113千克,蚯蚓600千克,其余土壤动物400千克;②在森林生态系统中,当木本植物的种类、组成、结构一定时,与这些木本植物相适应的草本植物,以及以这些植物为食的各种动物就会繁衍发展,相应的具分解功能的微生物就会滋生,充分体现了以木本植物为主体特征的因果关系、主从关系;③再从森林生态系统所呈现的外部形态上看,先是有主林层、次林层、下木或灌木层中的木本植物,然后才是林下地被物中的草本植物,以及作为消费者的各种动物。

　　森林生态环境系统是指能与以木本植物为主体的生物系统进行能量交换和物质循环的外界条件的总和,包括太阳辐射、空气温度、空气湿度、二氧化碳含量及其作用形成的气候,以及与土壤有关的土壤水分、养分结构、有机质性质和含量、分解方式等因素。

　　因此,一片森林是一个森林生态系统;一个林区内的大片森林是个较大的森林生态系统;单层同龄纯林是个简单的森林生态系统;复层异龄混交林是个复杂的森林生态系统研究这个系统的两个组成之间矛盾运动规律的科学就是森林生态学。目的是探索这两个方面的最佳组成、结构和有效的控制,取得以森林生态系统作为总体的最优效益。

　　二、森林生态系统的组成和结构

　　1.森林生态系统的组成。森林生态系统的组成包括生物系统和无机环境系统,生物系统中的生产者为乔木、灌木(为主)及草本、藤本植物、苔藓、地衣等;消费者为鸟、兽和昆虫等(包括草食、肉食、杂食动物);分解者为微生物以及食腐性动物(如白蚁、甲虫、蚯蚓和某些软体动物等)。

　　无机环境系统包括光能、土壤环境、大气环境、无机物(水、肥、气、热)、有机物等。

　　2.森林生态系统的结构。

　　①形态结构。由于森林植被生活型的多样性,通常按高度分成层次。森林类型不同,层次也不完全一致,如热带混交雨林共分五个层次:

　　A层:由35-42米高的乔木组成的不连续层;

　　B层:由约20米的矮乔木组成的不连续层(A、B层不能截然分开,共同组成林冠);

　　C层:最矮的乔木层,连续且浓密;

　　D层:由灌木、幼树、高草和蕨类组成,在浓密的树荫下发育总是很差;

　　E层:地表层由树木实生苗及矮草本植被构成。

　　又如高度发育的异龄阔叶落叶林,通常由四个层次组成。即由优势林木组成的林冠层(相当于上面所说的A、B层),矮乔木林冠层,灌木层和以草本植物、蕨类、苔藓等组成的地表层。而有的北美油松林可能只有三层:林冠层、灌木层、草本层。

　　与植被分层相对应,环境也成层分布。如森林中的CO₂随着离地面的高度发生梯度变化,在林冠以上CO₂含量等于大气中的含量(0.03%);在林冠层中,由于光合作用对CO₂的吸收,只有0.02%;林冠以下越接近地面,CO₂含量越高,在距地1.5米左右时,CO₂含量可高达0.04%至0.08%,这是因为土壤呼吸作用,枯枝落叶的分解释放出大量的CO₂的缘故。林下植物在光照微弱的条件下,也能较好地生长发育,完成自己的生命周期,这与CO₂浓度的增加而弥补了光照不足有着直接的关系。其他环境因素,如光、热、水、肥、土壤等,在任何一个森林生态系统中也是成层分布的,系统不同,其分布状况也不完全相同。

　　②营养结构。营养结构是指生态系统中生物成分和非生物成分,通过食物链关系紧密结合起来,构成以生产者、消费者、分解者为中心的三大功能类群,及其与环境间的物质、能量与信息的循环、转换与传递。森林生态系统中的食物链主要由草食食物链和腐屑食物链交织而成,以腐屑食物链占优势。因为构成森林的绝大部分生物量是树林,其死体、枯枝、落叶等在自然条件下主要为昆虫、蚯蚓和一些真菌所腐化、分解和还原。

　　森林生态系统类型的不同,其结构也不完全相同,情况比较复杂。森林生态系统的主要类型包括:热带雨林、季雨林、红树林、常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、常绿硬叶林、竹林、夏绿林、针阔混交林和针叶林或称针叶木本群落。

　　三、森林生态系统的功能(生态效应）

　　在陆地生态系统中，森林的面积约为44×10平方千米,占地球总面积的9.5%到,占陆地面积的3%(一说为22%)。

　　森林生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,是自然界物质和能量的重要枢纽。对于地面、地下和空间的生态环境都有着多方面的影响,有着多方面的作用功能,是全球生态平衡的核心。

　　1.森林是陆地上最大、最复杂的生态系统,是维护陆地生态平衡的枢纽。在地球生命物体中,植物生物量占地球总生物量的9%,而森林又占植物生物量的90%以上,可见在地表物质循环和能量转化过程中起着最重要的作用。

　　2.森林是环境的重要净化器。据估计全世界每年排入大气的有害气体约6亿吨,严重污染大气。而森林是天然的过滤器。许多树种对SO₂、CO、NO₂、O₃、氟化物等都有不同程度的抗性和吸收能力。

　　森林的光合作用需要吸收大量的CO₂并同时释放出氧气,1公顷阔叶林每天约能吸收1000千克CO₂,同时放出730千克氧。据估计,森林每累积100千克干物质,即能产生1393-1423千克氧。成年人每日呼吸消耗的氧气为0.75千克,排出CO₂为0.9千克,则每个城市居民有10平方米的森林面积就可以满足呼吸的需要。

　　许多树种,如桦树、柏树、梧桐树、冷杉等能分泌植物杀菌素,杀死空气中的白喉、肺结核、伤寒、痢疾等疾病的病原菌。据测定,每立方米空气中,森林内约有细菌5个,公园内约有1000个,城市林荫道约有58万个,热闹的百货大楼约有4000万个。

　　3.调节气候、蓄养水源、防止水土流失。森林可以改变大气湿度,改变局部大气流动,明显增加降雨。据观测,有林地区一般比无林地区的降水量要多17.4%,森林上空空气的相对湿度比无林区上空高12%~15%。森林和农田防护林网在有效地改善土壤和空气湿度、防止水土流失、涵养水分等方面的作用十分明显。

　　4.防风固沙,保护农田。森林的枝叶可以挡风,根系可以固沙,因此,可以防止农田被风蚀、沙压和防止或减轻庄稼倒伏。我国“三北”防护林带的建设,有效地防止了风沙内侵,对保护和发展“三北”农牧业产生了明显的效果。农田防护林网能有效地减少干热风和其他风沙危害。

　　5.森林是个巨大的物种资源和基因资源库。森林是复杂的综合生态系统,内部有各种各样的生态环境,蕴含着丰富多彩的动植物。据统计,地球上约有1000万个物种,而在热带雨林群落里聚集的就有200~400万种。目前热带雨林每天至少消失一个物种,如果森林的砍伐仍以目前的趋势发展下去,单是热带雨林就将要失去100多万个物种,目前处于危机状态的鸟类和哺乳动物约有1000种。

　　随着遗传工程的兴起和发展,人类可以用基因重组技术迅速创造出地球上没有的物种或改造已有的物种,但是作为重组的基因材料仍然来源于生物种,森林则是最丰富的种源。

　　6.森林可以提供大量的木材、水果及中药材等。

　　综上所说,森林生态系统在地球生态系统中有着十分重要的地位和作用。但是,由于人口的迅速增长,森林被大规模的砍伐和破坏,导致森林生态系统范围的缩小和质量的降低,总体来说正在朝着低质量的方向演替。