群落中的綠色植物通過光合作用從無機物質製造有機化合物,這是生物群落的最重要的功能。在光合作用過程中,一段時間內由植物生產的有機物質的總量叫總初級生產力,通常以克/米2·年或千卡/米2·年表示。可是植物為了維持生存要進行呼吸作用,呼吸作用要消耗一部分光合作用生成的有機物質,剩餘的部分才用於積累(生長);一段時間內植物在呼吸之後餘下的有機物質的數量,叫淨初級生產力,例如在森林中,60%~75%的總生產量可能被植物呼吸掉,餘下的40%~25%才是淨生產量,在水生群落中不到總生產量的一半可能被植物呼吸掉。淨初級生產量隨時間的前進會逐漸積累,日益增多,到任一觀測時間為止積累下來的數量就是植物生物量。生物量以克/米2或千克/公頃表示。
生態學上更關心的是群落的生產力,即單位時間內的生產量。對於陸地或水底群落,是計算單位麵積內的生物量數量,而對於浮遊和土壤群落則按單位容積確定。因而生物生產力乃是平方米麵積上(或立方米容積中)在單位時間內的生產量,經常以碳的克數或幹有機物質的克數表示。
生物生產力不能與生物量混淆。例如,一年內單位麵積上的浮遊藻類合成的有機物質可能和高生產力的森林一樣多,但因大部分被異養生物所消費,故前者的生物量隻有後者的十萬分之一。按照生產力,草甸草原的生物量年增長量比針葉林的大得多。根據前蘇聯的資料,在中等草甸草原植物生物量為每公頃23噸的情況下,它們的年生產量達到每公頃10噸,而在針葉林,在植物生物量為每公頃200噸的情況下,年增長量每公頃隻有6噸。小型哺乳動物比大型哺乳動物有較大的生長和繁殖速度,在相等的生物量的情況下提供較高的生產量。
消耗初級生產量的消費者也形成自己的生物量。它們在一段時間內的有機物質生產量叫次級生產量,即異養生物的生產量。消費者形成產量的速率叫次級生產力。
地球上不同群落的初級生產力差別很大。惠特克按初級生產力將地球生物群落分為4類。
綠色植物的生物生產量,一部分以枯枝落葉的形式被分解者分解,一部分被風、水或其他動力帶至群落之外,一部分沿食物鏈傳遞。餘下的部分以有機物質的形式積累在群落中。
二、有機物質的分解
在許多群落中,動物從活植物組織得到的淨初級生產量部分要比植物組織死亡之後被分解者細菌和真菌等利用的部分小得多。在森林中,動物食用的大約不到葉組織的10%,不到活木質組織的1%,大部分落到地麵形成覆蓋土壤表麵的枯枝落葉層,被各種各樣的土壤生物所利用。這些土壤生物包括吃死植物組織和死動物組織的食腐者,分解有機質的細菌和真菌,以及以這些生物為食的動物。雖然動物有助於枯枝落葉的破壞,但細菌和真菌在把死有機物質還原成無機最終產物方麵起最主要的作用。
分解者的生物量與消費者的相比是很小的,與生產者的相比更小。然而,物質量微小的分解者的活動在群落功能中十分重要。群落中全部死亡生物的殘體依賴分解者進行破壞。如果沒有分解者的分解活動,生物的死亡殘體將不斷地積累,像在酸沼中形成泥炭那樣。不僅群落的生產力可能由於養分被閉鎖在死組織中而受限製,而且整個群落也將不能存在。
三、養分循環
群落中生產者從土壤或水中吸收無機養分,如氮、磷、硫、鈣、鉀、鎂以及其他元素,利用這些元素合成某些有機化合物,組成原生質和保持細胞執行功能。消費者動物從吃植物或其他動物取得這些元素。分解者在分解動、植物廢物產品和死亡殘體時,養分又釋放歸還到環境中,再被植物吸收。這便是養分循環,或稱物質的生物性循環。例如,在森林中,某種養分從土壤被吸收進入樹根,通過樹的輸導組織向上運輸到葉子,這時可能被吃葉子的蠋所食入,然後又被吃蠋的鳥所利用,直到鳥死亡後,被分解釋放歸還到土壤,再被植物根重新吸收。許多養分采取較短的途徑從森林樹木回到土壤——隨植物組織掉落到枯枝落葉層而被分解,或者在雨水淋洗下由植物表麵落到土壤。
不同群落參加循環的養分數量和循環的速度不同。在一部分群落中,某些元素的較大部分保持在植物組織中,隻有較小部分在土壤和水中遊離。例如溶於水中的磷酸鹽數量與浮遊生物細胞和顆粒中的數量比較起來隻是小部分。在熱帶森林,大部分養分保持在植物組織中,被雨水淋洗到土壤的養分和枯枝落葉腐敗分解時釋放出的養分,很快被重新吸收。但當一片森林被采伐或火燒後,通過侵蝕和養分在土壤水中的向下移動,造成養分的大量損失。在開闊大洋中隨著浮遊生物細胞和有機顆粒的下沉,養分也被攜帶到深處,因而在進行光合作用的光亮表層水中養分很少,所以生產力很低。