地球的环境-地球的生态环境

第三节  地球的生态环境

一、生态系统的基本概念

（一）生物种群与群落

所谓种群（Population）是指有一定的空间和时间的同一物种个体的总和。构成种群的同一物种必须具有潜在互配能力的个体（雄性和雌性），否则种群就会消失，所以说种群是物种具体的存在单位、繁殖单位和进化单位。

同一物种的不同种群之间既有交流，也有可能存在着明显的地理隔离。如海洋中的岛屿上的种群与大陆之间存在明显的地理隔离。而居住在一座城市中的人这个种群，与另一座城市的人种群之间就存在交流，甚至远隔重洋的不同人种群也发生交流。

群落（community）是指在一定的空间范围内所有生物种群的集合体。这个集合体包括了植物、动物和微生物等各分类单元的种群。地球上的生物之间是存在互相依赖关系的，任何一种生物都不可能单独地生存，而是多种生物共同生活在一起，构成一个相互依存、相互影响、相互制约的有机体。群落就是这种有机综合体。群落具有一定的结构、一定的种类组合和一定的种间相互关系，并在环境条件相似的不同地段可以重复出现。但是群落并不是任意物种的随意组合，生活在同一群落中的各个物种是通过长期历史发展和自然选择而保存下来的，它们彼此之间相互作用，这不仅有利于它们各自的生存和繁殖，而且也有利于保持群落的稳定性。

（二）食物链与营养级

食物链（food  cycle），简单来说，就是一种生物以另一种生物为食，而另一种生物又以第三种生物为食……彼此就形成一个以食物为钮带的链锁关系。比如在草原中，兔子以草为食，而狐以兔子为食，狼又捕食狐，狼又被更凶猛的虎或狮子捕食，这就是一个食物链。实际上，在自然界食物链是一个很复杂的关系，生物与生物之间存在一个相互制约的关系，是制约一个群落稳定性的重要因素。

营养级（trophic    level）是指食物链中的每一个环节。如绿色植物是一个营养级，兔子或食草动物是一个营养级，狼或食肉动物又是一个营养级。营养级实际上就是一个储存能量的一些生物组合，它可划分为第一个营养级（位于最低层，如绿色植物）、第二个营养级（如食草动物）、第三个营养级（食肉动物）……以此类推，还可以有第四个、第五个营养级。

（三）生态系统及其组成

生态系统（ecosystem）一词是由英国植物生态学家Tansley于1935年提出来的。现在的定义是指在一定时间和空间范围内，所有生物和非生物的总和（表11.2）。生态系统是一个复杂的综合体，生物与生物或与非生物之间借助于能量流动、物质循环和信息传递而相互联系、相互影响、相互依存，并形成具有自组织和自调节功能的复合体。

生态系统的范围可大可小，大到全球的生物圈，小到一个池溏等。无论大小如何，生态系统都应包括生产者、消费者、分解者和无机环境4个组成部分。

表11.2  生态系统的结构

无机环境即非生物的物质和能量，其中包括水、气体、土壤和阳光等，阳光是生物的最主要来源。生产者是生态系统中最积极的因素，它包括所有的绿色植物和某些细菌。它们通过光合作用，将二氧化碳和水等无机物转化成有机物，将太阳能储存起来，使生态系统获得能量。消费者是生态系统的消极因素，它不能为生态系统制造有机物和能量，而是直接或间接地依赖于生产者而生存，消费者包括各类动物。分解者也是生态系统的积极因素，是把生态系统中一些复杂的有机物逐步分解为简单的无机物，便于生产者吸收。它包括细菌、真菌、土壤原生动物等。

（四）生态系统中的能量流动和物质循环

生态系统的能量是处于不断的流动之中的。能量流动不仅使生态系统各个部分都能获得能量，保持稳定性，而且使生态系统中各种生物之间建立联系。生态系统中的能量流动是通过食物链来完成的。如绿色植物把太阳能转化成生态系统内部的能量，而食草动物又把绿色植物中的能量转移到第二营养级上，食肉动物又把能量转移到第三营养级。这样，生态系统中的能量就一级一级地流动下去。

生态系统中的能量流动是遵循能量守恒定律的，既不能产生，也不能消亡。由于生态系统是一个开放系统，能量流动是单向的不可逆过程，始终是从能量较丰富的低营养级流向高营养级。生态系统能量流动另一个原则是“十分之一”法则（图11.8），就是在能量流动过程中，前一个营养级的能量转移给后一个营养级的能量效率一般为10％左右，其它的能量通过散热或呼吸、排泄等形式输出生态系统。

生态系统中的物质循环是指各种物质和元素从环境到生物，又从生物到环境的这种往返不停的运动。维持生命所必需的各种化学元素，通过食物链不停地在生产者、消费者和分解者之间循环反复利用，如氧、碳、氮、磷等元素。以碳为例，它以CO2的形式，经光合作用被绿色植物或藻类固存，一些食草动物又把这部分碳转移到自己的体内，其中一部分又以CO2的形式通过呼吸排出体外进入大气，又进行光合作用而循环，一部分以废物排出体外，被分解者分解之后又被植物吸收，余下的通过食物链转移到食肉动物体内。

（五）生态系统的分类

生态系统的分类有多种方案。如按生态系统的生物成分，可分为植物生态系统、动物生态系统、微生物生态系统、人类生态系统；若按生态系统的非生物成分和特征，从宏观上可分为陆地生态系统和水生生态系统；如果按照人类活动及其影响程度，可分为自然生态系统、半自然生态系统和人工复合生态系统。生态系统的类型可简列如下：

  

二、森林生态系统

森林生态系统是地球上最主要的生态系统之一，它不仅对于全球的环境具有调节作用，而且是生物圈中生物量最主要的储存场所。森林生态系统对地球环境的主要贡献有：

（1）固碳造氧  氧和二氧化碳的循环变化是地球生物圈存在的基础。动物的呼吸过程以及人类进行的各种燃烧过程，消耗大量的氧气，同时释放出数量相当可观的二氧化碳。如果没有绿色植物吸收二氧化碳和造氧的作用，地球大气圈的性质会发生根本性的变化，生物也难以生存下去。据研究，1hm2阔叶林每天吸收1t二氧化碳，放出0.73t氧气。全球的森林每年大约能使550亿t二氧化碳转变成木材，同时放出400多亿t氧气。

（2）物质和能量交换的重要枢纽  森林除了是二氧化碳的重要储库外，水、氮等无机物质通过森林的交换量也是巨大的。森林每年吸收约250亿t水和相应数量的二氧化碳化合成有机物质。通过森林蒸腾的水量则更大，每年约向空中蒸腾48万t水，并需要消耗1.005×1022J热量。森林生态系统通过光合作用而固定的太阳能，占整个生物圈总量的一半左右。

（3）涵养水源和保持水土  林地土壤疏松，加上土壤中根系发育，而且其上常有众多的枯枝落叶，这些均具有保水能力，能使降落在林地上的水分贮存起来不致散失。据测定，无林坡地的土壤只能吸收降量水的56％，但10m宽的林带则可吸收84％，如林带宽达80m，地表径流则可完全转为地下径流，5万亩森林相当于100×104m3贮量的水库。由于森林的枝叶对雨滴的破碎和减弱动能，以及树木根系的固着作用，大大地降低雨水对土层的冲刷作用。据测定，林地的水土流失比裸地小100多倍。因此，森林破坏后，就会造成生态平衡的破坏，引起一系列严重的后果。

（4）清洁大气  林地能吸收有害气体、净化空中微粒和粉尘，使大气变清洁，更适宜人类的生存。据研究，榆树叶面每平方米可滞留粉尘3.39g，山岳森林每亩每年可吸粉尘约4.5t。很多的树木对一些气体都有吸收作用，每公顷刺槐吸收氯气42kg，银杏、柑桔、核桃等树种可吸收二氧化碳，茶树、山茶可除去氟化氢，杨树和桑树叶对铅粉尘有较强的吸收作用等。

三、生态平衡

在任何一个正常的生态系统中，能量流动和物质循环总是不断进行着，在一定时间和空间内，生产者、消费者和分解者之间都保持着一种动态的稳定，这种稳定状态就称生态平衡。这种平衡包括生态系统结构上的稳定、功能上的稳定以及能量输入、输出上的稳定。

保持生态平衡是非常重要的，这是因为生态系统对人类的生存和发展具有很重要的意义。这种意义主要表现在它的功能上。如森林生态系统是地球上重要的生态系统之一，它具有固碳制氧、涵养水源和防止水土流失、清洁大气、进行物质交换等功效。假如地球上没有了森林，那么地球的景观将是不堪设想的。

破坏生态平衡的因素很多，有自然的，也有人为的。自然的因素如地震、火山喷发、森林大火、干旱、洪水等，它们都可能破坏生态系统的某一个成分或营养级，造成生态系统失衡。人为的因素主要表现在不合理地开发和利用自然资源或人为的破坏。如大量砍伐森林、过度开垦草原、城市化发展、水体的污染等，都会使生态平衡遭受破坏。如1998年长江流域出现的特大洪水，就与长江流域上游的森林生态系统遭受破坏密切相关。

一个生态系统的稳定性（或平衡），与生态系统的结构、能量流动和物质循环的途径有关。一般是在成分多样、能量流动和物质循环途径复杂的生态系统中，比较容易保持稳定；相反，成分单纯、结构简单的生态系统通常就比较脆弱。因此，森林生态系统比草原生态系统更易保持稳定，草原生态系统比苔原生态系统更具有稳定性。我们经常说的要保持生物的多样性，这就是为了生态系统的稳定性。但是，一个生态系统的调节能力是有限的，超出了这个限度，生态系统本身的调节能力就不会再起作用，生态平衡就会遭到破坏。

四、生物灾害

生物灾害主要有虫灾、森林大火、红潮、鼠灾、瘟疫等。森林大火是目前威胁森林生态系统最严重的灾害之一。由于气候异常，80～90年代在世界各地频频发生森林大火，如俄罗斯的贝加尔湖森林大火、蒙古境内的森林大火、印度尼西亚的森林大火等。1987年的大兴安岭的一场森林大火，过火林面积达114万hm2（即公顷），直接经济损失5亿元以上。1997年的印度尼西亚的森林大火烧了3个月，在雅加达的上空弥漫着烟尘，街上行人带上口罩，毁林  30多万hm2，死亡人数达300人。

虫灾年年都会发生，殃及世界各地。我国每年因虫灾和森林大火造成林业的损失达20亿元，农业损失100亿元。虫灾主要有蝗灾、棉铃虫灾、水稻虫灾、松毛虫灾等。鼠灾主要是损耗粮食和传播疾病。14世纪（1347～1350年）在欧洲流行的“黑死病”就是一种鼠疫，造成了1/3的欧洲人（2  000多万人）死亡。我国80年代，平均每年因老鼠损失的粮食达7.2亿kg。此外，还有白蚁蛀蚀木制房子和家具、蚊子传播疾病等一系列的生物灾害。

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