说 明 为了加深学生对课程内容的理解，扩展知识视野，便于学生阅读，本教案在相关知识点后附有大量（占总篇幅一多半）从相关文献中采集的的阅读材料，供同学们选读，有些超出大纲范围，故不在考试内容之列。 同时对所引用资料的作者及出版单位表示衷心感谢，感谢你们为传承普及环境教育的贡献！ 绪 论 课时安排：2学时 教学目的：通过讲授，让学生较全面了解以下内容： 1. 环境问题与产生根源 2. 生态学的内容、对象和目的 3. 生态学的分支 4. 生态学的研究方法 5. 生态学发展简史与发展趋势 6.环境生态学与普通生态学的区别 教学方法：1. 用幻灯及大量实例引发学生对本课程的学习兴趣 2.了解本课程的学习内容和方法 重点及难点：全面论述，无 第一节 环境问题产生根源 　 伴随着历时的进程，人类进入了新的世纪，新世纪迎接人类的见面礼是粮食、能源、资源和环境等问题的形势更加严峻；“温室效应”引起的全球气候变暖可能在下个世纪初使海平面升高0.2—1.65米，这足以使居住在沿海的几亿人口受到威胁；南极上空臭氧空洞在逐年加大，北极的臭氧层也在迅速被破坏，这将使对人类健康和生物构成危害的紫外线直射地球表面的强度增加；80年代严重干旱蹂躏着非洲大地，100多万人被饿死，3500万人在饥饿中挣扎；1988年，持续的高温折磨着美国，飓风席卷了加勒比海地区，无情的洪水使盂加拉国损失严重，我国也频频发生自然灾害。亚美尼亚大地震造成了数万人丧生。虽然自然灾害自古有之，但科学家们以研究事实证明，上述涉及到人类生存的重大问题有许多正是人类自己造成的恶果。自然灾害暂且不说，对人类生存将构成极大威胁的全球性重大环境问题，无疑都与大气和水体的严重污染有关。 　　所谓环境问题，是指人类为其自身生存和发展，在利用和改造自然界的过程中，对自然环境破坏和污染所产生的危害人类生存的各种负反馈效应。究其原因，它可分为两大类，一是不合理地开发和利用资源而对自然环境的破坏以及由此所产生的各种生态效应，即通常所说的生态破坏问题；二是因工农业发展和人类生活所造成的污染，即环境污染问题。在有的地区，环境问题可能以某一类为主，但在更多的地区却是两类问题同时存在。这正是当今环境问题难以尽快解决的原因之一。 　　（一）环境问题的产生及发展过程 　　环境质量的恶化是渐变的。毫无疑问，自有人类以来就产生和存在着环境问题。在靠采集和狩猎为主要谋生手段的时期，人类的过度采集和狩猎就曾对许多物种的数量和生存造成一定破坏。当然，那时的环境问题还是局部的、暂时的，大多数破坏并没有影响自然生态系统的恢复能力和正常功能。 　　新石器时期产生了原始农、牧业，使人类摆脱了靠采集、狩猎和迁徙维持生存的局面，人类社会进入了“刀耕火种”的时代。这无疑是人类改造大自然取得的一个伟大胜利，对于人类的发展起到了重要作用。但也正是从这时开始，人类大面积地砍伐森林，开垦土地和草原。落后的生产技术使人类不得不采取刀耕火种——弃耕的耕作方式。随着人口数量的增加，由这种耕作方式引发的生态环境问题开始出现，有的至今尚可见到。被称之为中华民族摇篮的黄河流域，到近代已变得千沟万壑，到处为荒山秃岭就是一个典型的例子。 　　18世纪后半叶开始，以蒸汽机广泛应用及由此而推动的炼铁业、机器制造业和采矿业迅速发展为标志，人类进入了蒸汽机时代，或称之为第一次产业革命。这是人类发展历程上的一次重要转折，许多国家在这个时期由农业社会过渡到了工业社会，生产力得到空前的发展。纺织、化工、铸造等行业迅速兴起，林立的烟囱成为工业发达和经济繁荣的象征，煤炭成为工业和交通的主要能源。据统计，1870年全世界的煤产量为2.5亿吨，到1915年增加为13.4亿吨。45年间增长了五倍多。煤的大量燃烧使大气遭到了严重污染。蒸汽机故乡的伦敦市，在1873年到1892年间，先后多次发生严重的煤烟污染事件，夺去了上千人的生命。与工业化过程伴生的“城市化”对水源的污染也相当惊人，“把一切水都变成了臭气冲天的污水”。矿山的开采把大地挖得满目疮痍。工业社会环境污染和生物资源利用所出现的问题，已经达到了与从前根本不同的新水平。这个时期环境问题主要表现是工业污染。但由于经济发展的不平衡，从全球角度看，危害还是局部的或区域性的，加之有些污染和生态破坏的危害在时间上具有时滞效应，当时的环境问题还没有引起大多数人的高度注意和重视。 　　19世纪30年代以后，电机的产生，电能的利用以及汽车和飞机的相继问世，形成了第二次产业革命，人类进入了电气时代。尤其是本世纪两次世界大战的爆发，刺激了工业和科学技术的发展。电力、石油、化学工业、汽车、造船和飞机制造等工业开始在世界经济中占据主导地位。这些产业结构的特点是，生产过程需要消耗大量的矿物质。而产品的消耗和使用又需消耗大量的能源，从而使这次产业革命对自然资源的利用和开发达到了空前的程度。60年代后，化学工业，尤其是有机化学工业又迅速崛起，合成了大量的化学物质以替代某些天然物质，使现代社会与自然环境间发生的大规模的物质交换及其所带来的各种不良的后效应，成为这个时期主要环境问题的根源。大规模的开发严重破坏了生态系统乃至生物圈的结构和功能，降低了其缓冲能力和自净能力。另一方面又是大量的人工合成的各类化合物，包括各种有毒物质和废弃物源源不断地进入环境。这不仅使原有的工业污染范围扩展，而且过去潜在的污染危害与新的污染共同酿成了社会性公害的发生。从本世纪30年代比利时马斯河谷事件开始，震惊全世界的污染公害相继发生。在工业发达国家里，大气、水体、土壤以及农药、噪声和核辐射等污染，在这个时期都达到了十分严重的程度，对人民的生活和经济的发展构成了严重威胁。人类第一次感觉到自身的生存安全受到了挑战。 　　本世纪60年代后，首先是西方工业发达国家的人民群众发出了“保护环境、防治污染”的强烈呼声，各界人士纷纷走向街头，要求本国政府采取有效措施治理日益严重的环境污染，掀起了声势浩大的“环境运动”。“环境运动”的兴起在人类发展史上具有深刻的意义。正如M．K．托尔巴博士所说：“决定我们这个星球上的生命能否维持其完整性并得到保护的是公众的舆论这种集体力量，即世界大家庭对环境问题的共同呼声。大众对环境问题的关注已形成一股强大的动力，促使‘联合国人类环境会议’的召开和联合国环境规划署的成立。”在这股强大动力的影响下，联合国制定了保护人类生存环境的一系列计划，并逐步付诸实施，各国政府环境保护机构相继成立。“地球的危机就是人类自身的危机”，“保护全球生态环境是全人类的共同责任”，这已成为世界各国人民的共识。“在不危害后代人满足其需要的前提下，寻求满足我们当代人需要和愿望”的“持续发展”（sustained development）的新观念已被普遍接受。正是基于这种变化，有人认为，1988年是地球环境和公众环境意识发生划时代变化的一年，它预告一个环境时代的来临。 　　（二）环境问题的启示 　　环境问题的历史回顾和“环境运动”的兴起，可使我们得到许多启示，对于寻求解决当今环境问题的途径，恢复和重建生态平衡，协调人与自然的关系等均有益处。 　　1．环境是人类生存所依赖的资源库：自从环境科学兴起后，对于环境的定义众说纷坛。从其功能和作用的角度看，所谓环境就是人类或生物生存所需要的条件和各种物质资源的总和，即相对于某一中心体的全部客体及其相互关系。所以，E．奥德姆认为，环境的能力并非是无限的“供应仓库和生存空间”（supply depot and living space）。这样来定义环境，无论对环境生态问题实质的理论认识还是对环境生态问题的实际解决都是有益的。 　　从环境生态学的角度看，人类诞生以来作为中心体与自然界客体及其相互关系之间发生了各种联系，但首先是表现为对食物的需要，而食物就是环境的组成成分。采集和狩猎是人类索取资源（食物）的方式，是主、客体之间发生关系的具体形式。到了农业社会，生活相对稳定下来，人类衣食住行所需要的也是环境的组成成分。即使近代，随着工业革命的兴起和发展，人类也没有摆脱对环境的这种依赖关系。实际上，近代和现代意义上的工业，就是以机器体系作为劳动手段采挖自然物质资源和对这些原料及农产品等原料进行加工的社会生产部门。人类社会通过一系列的劳动加工，把周围环境里的自然资源最终转化为生产资料或生活资料，以满足人类社会生存和发展的需要。没有环境资源这个物质基础，哪一种工业的再生产都将无法进行。只是由于形式的变化，一些人往往忽视了这一点。例如合成纤维的生产在一定程度上替代了棉织品，但化纤生产所需要的一切原料也是环境的组成。自然生态系统的许多产品至今在人类的生活中仍占有很大的比重。人们所喜食的各种山珍海味，医药上所需要的一些原料都是取自生态系统。森林不仅为人类提供所需要的大量木材，而且通过光合作用吸收了大量的CO2，释放人类和动物所需的氧气，调节气候，并为动物提供适宜的生境和维护着生物圈的正常功能。现在，人类感到自身的生存受到威胁，其中的原因之一就是，认识到了有些资源在枯竭，物质基础受到了破坏。其他生物也是如此，植物要生长，与其客体及相互关系即植物与环境的关系，也是对资源的需求关系，它要从土壤中得到水分和养分，从太阳辐射获得能量。因此，人类应该自觉地保护环境，保护环境也是保护人类自身。 　　2．环境问题的产生是人类社会发展的产物：人类或生物与其环境的关系，实际上是一种依赖和相互制约的关系。人类要生存发展，生物要保证种族延续，所需要的条件和物质都只能从各自的环境中获得。人口种群的增长需要更多的粮食，而粮食的增长只能是在提高现有耕地单位产量的同时相应地扩大可耕面积，这必然要砍伐森林或开垦草原，而这将意味着破坏许多动物的生境，消灭件多植物种群，减少生态多样性并引起生态系统一系列生态关系的改变。再如，电力工业或其他工业的发展，即使采取一些环保措施，也不可避免地要加重一些区域内的大气污染。可见，人类现在所面临的各种环境问题的产生并非人类的本意，它是伴随着人口的增长和生产力的发展而产失的。人类今后在开发和利用自然资源或改变一些生态关系前，要进行充分的科学论证。当前，抛弃“人是自然界的主宰者”的旧观念，树立“人也是自然界一成员”的新观念是很重要的。环境是资源库，但其中的资源并非都是“取之不尽，用之不竭”的，适度开发和永续利用才是科学和明智的。 　　3．人类面临的环境问题是相互联系相互制约的：同生命系统一样，环境系统也是一个相互联系、相互制约的统一体，整个生物圈就是一个生命巨人。大气的严重污染引起温室效应、臭氧层破坏和酸雨的形成，而后三者对生命系统的损伤降低了生物圈的自净功能，使大气污染的程度更加严重，形成恶性循环。因此，全球生态环境的恶化，正是局部生态环境破坏效应的叠加结果，是量变引起的质变。同理，局部生态环境的改善将是全球生态环境质量好转的基础。因此，保护生态环境是全人类的义务和责任。尤其对全球生态环境造成很大影响的工业发达国家，更应主动地在这方面多承担些义务。 　　环境系统的统一和相互制约关系，还表现在客体对主体需求的提供并不是无偿的。主体的“索取”应该与对客体的“偿还”实现等价，否则就是生态平衡失调，就随之产生相应的生态环境问题。人类对地下水的利用应该与地下水的补充量相等，不然就会造成地下水位的下降，甚至形成“漏斗”。植物生长从土壤中“索取”营养物质，应该以残体或其他形式归还给土壤。否则就会造成土壤生态系统中有机质含量下降、结构破坏并导致土壤的贫瘠。 　　人类所面临的各种环境问题也是相互联系的，它们交织在一起增加了问题解决的难度。从环境问题的历史回顾可看到，人类对环境的破坏首先是始于对生物资源的利用和开发，其结果是局部生态环境恶化，生物圈中生命成分急剧减少。现代工业的兴起和发展造成的污染，使各类生态系统的结构受损、功能衰退，从而加重了其它环境问题的危害作用程度。森林的砍伐加重了水土流失和沙漠化；种群适宜空间的缩小，加速了物种灭绝的速度；对水体的污染危害着鱼类的繁殖和生长；为获得农业丰产不得不向土壤中施用大量的化肥和农药，从而导致了土壤的污染。然而，土壤的污染和结构的破坏反过来又在限制着粮食产量的提高。所以，生态环境的恶化成为各种环境问题的焦点，生物圈中生命成分既是环境污染危害的对象，同时它们又是环境污染危害程度的调节者。人类要保护环境，恢复生态平衡，首先就应该保护生物资源，重视生命成分在维持生物圈正常运行中的地位和作用。从增强生态系统自净能力和稳定性为出发点和着眼点来考虑各种措施和途径。 4．环境问题发展和变化的关键是人类：人口问题过去是，今后仍是制约各类环境问题发展趋势的关键。人类要生存和发展，就得需要粮食、能源、资源，就得发展工业、农业和其它经济活动。但人类又不完全等同于其他生物，她具有自我控制能力，掌握着发达的科学技术，能够主动调节与自然界的关系并使之和谐。因此，对人类当前所面临的各种环境问题，采取盲目乐观的态度不行，采取悲观失望的态度也不对。当前世界各国都积极采取措施保护生态环境，国际间的环境保护工作也已展开。自然保护区的建立，濒危物种的抢救，大面积的植树造林，保护臭氧层的国际公约以及生态工程的兴起都是鼓舞人心的有效对策。可以肯定，只要全人类重视现实，积极采取措施，全球环境问题的逐渐改善和解决是大有希望的。人类破坏了自身生存的环境，也同样有能力恢复和重建它。 阅读材料（后边按五号字排的部分） 　　二、三大全球性环境问题及危害的剖析 　　全球环境问题的相互联系和相互制约，使人类所面临的各种环境问题构成了一个复杂的环境问题群（groupes of environmental problems），臭氧层破坏、温室效应和酸雨这三个环境问题在整个环境问题群中占有极其重要的位置（图1-1），因而被认为是三大全球性环境问题，剖析这三大环境问题的形成、发展和危害，不仅有助于认识人类所面临的各种环境问题的严重性，增强保护环境和解决环境问题的紧迫感和责任感。同时有助于对环境生态学研究内容和学科任务的了解。  　　（一）臭氧层的破坏及其危害 　　臭氧（O3）是大气中的一种痕量气体组分，其总量只占大气的几百万分之一。有人估计，如果把从地球表面到60公里高空的所有臭氧集中在地球表面上，那也只是3毫米厚的一层气体，总重量为30亿吨左右。大气中所有的臭氧都集中在对流层与同温层底部这一空间范围内，主要距地面20—25公里的平流层中。在这里10万个气体分子中也只有1个分子的臭氧，其浓度也没有超过10ppm（图1-2）。  　　臭氧在保护地球生态环境中起着重要的作用。首先，它是太阳紫外辐射的一种过滤器。在波长200—400nm的紫外线（UV）中，UV-C的波长范围是200—280nm，它可以杀死人和生物，但它几乎全部被臭氧吸收，使之不能辐射到地球表面；UV-B的波长为280—320nm，它可以杀死生物，引起人体和生物体产生明显的生理效应，臭氧可吸收其大部分。人们所关注的就是臭氧层破坏后，UV-B的动态变化；波长在320nm以上的UV-A，对生物和人类的危害很小，臭氧对它的吸收量也很少。臭氧对紫外线的总吸收率为70—90％。所以臭氧象把保护伞一样，保护着地球上的所有生物和人类免遭伤害。正是从这种意义上说，一切生命都离不开臭氧，它对人类和生物如同氧气、水一样重要。另外，臭氧对调节地球气温也具有重要作用。同CO2一样，臭氧也是一种温室气体。低层大气中臭氧浓度的增加可吸收地球表面反射回宇宙的红外辐射而使地球气温升高。同温层臭氧浓度的降低，涉及到两种相反的效应。如果同温层中臭氧浓度降低，在这里吸收掉的紫外辐射即会相应减少，到达地球表面的紫外辐射将会增加，从而使地球变暖。另一方面，如果同温层中吸收的紫外辐射减少，同温层自身会变冷，释放出来的红外辐射将会减少，导致地球变冷。整个同温层中臭氧浓度的降低如果是一致的，则上述两种效应大致可以相互抵消。当前人们所关注的臭氧层破坏问题是指同温层中臭氧浓度的降低和低层大气中臭氧浓度的增加。 大气中臭氧浓度的变化是个复杂的光化学过程。大气层中如果没有其他干扰性化学物质存在，臭氧的形成与破坏速度几乎大致相同。因此，在大气严重污染以前，臭氧水平分布状况变化很小，只是随太阳辐射的周期性循环而呈现出一些规律性差异。近几十年来，燃烧矿物燃料产生的气体数量不断增加，其中有许多化学物质干扰了臭氧层的动态平衡。它们具有催化剂作用，能加快臭氧的破坏速度。这些物质能长期滞留在对流层中（表1-1），最后上升到同温层。耗损臭氧物质在紫外线辐射下能同其他化学物质反应而剧烈地破坏臭氧的动态平衡。大量的科学事实和观测结果表明，同温层中臭氧浓度呈减少趋势（图1-3）。人造地球卫星的观测也证实，南极上空臭氧空洞范围也在逐年扩大（图1-4）。   　臭氧层是维持整个地球生物圈平衡的主要因素，它的破坏会以多种方式深刻地影响着全球的生态环境。首先，UV-B辐射量的增加会对农业生产造成不利影响。特雷缪雷对大豆进行的五年田间试验结果表明，减少25％的臭氧后，可使大豆产量降低20-25％，大豆的质量也有所降低（表1-2）。人工照射UV-B对植物抗性实验表明，200种植物中有三分之二的种类表现出不同的受害反应。紫外线的增加还可使植物光合作用受破坏，生长率降低等。在目前人类主要谷物种类较少的情况下（表1-3），臭氧破坏所带来的这些影响对农业生产可能造成一些潜在威胁。   　　Uy-B辐射的增加对水生生物也会产生有害影响。鱼类是人类动物性蛋白质主要来源之一，全世界动物性蛋白的18％是由鱼类提供的，而在亚洲地区这个比例则高达40％。然而，许多研究证实，若大气中臭氧减少10％，将会使许多水生生物的幼体变畸率增加18％。UV-B还可使浮游植物光合作用减少5％左右。在淡水生态系统中，UV-B辐射水平的增加可通过对微生物的杀伤而使系统功能降低，影响着水体的自然净化效率（Van Dyke等，1975）。据证实，无论对生物个体的观察结果，或由生物群落的推测结果都证明，受UV-B辐射的生态系统的组成和生态过程与对照生态系统是不同的。 　　另外，UV-B照射可从多方面危害人类的健康，例如晒斑、眼疾病、免疫系统变化、光变反应和皮肤病（包括皮肤癌）。据估计，若臭氧总量减少1％（即UV-B增加2％），皮肤癌变率将增加4％，扁平细胞癌变率增加6％（UNEP，1986）。流行病学的研究也发现，臭氧减少1％，白内障患者将增加0.2—0.6％（UNEP，1986）。 　　人类为了保护臭氧层采取了许多积极对策，包括寻找和研制CFCs（氯氟烃类）的替代物等。但最近的研究表明，CFCs的替代物虽对臭氧层的破坏比CFCs至少小10倍，但也同样具有温室气体的作用而加速全球变暖。另外，这些替代物对全球变暖的影响虽比CFCs小3倍，但在吸收辐射能方面却比同量的CO2强百倍。这个发现对人类如何解决目前所面临的重大环境问题也许是个很好的启示，即替代物的选用应该慎重。 　　（二）温室效应及其变化趋势 　　存在于大气中的某些痕量物质和存在于对流层中的臭氧具有吸收太阳能在近地表面的长波辐射从而使大气增温的作用，称之为温室效应（Green-house effect）。具有这种作用的气体称为温室气体（Green-house gases）。实际上，在人为干扰之前，温室效应和温室气体就存在。如大气中的CO2气体和水蒸汽等，可让太阳辐射透过大气层进入地球表面而对地球表面散发的长波辐射有强烈的吸收作用，正是他们对能量捕获才使地球上生物的存在成为可能，这属于“自然”温室效应。而人类对化石燃料的燃烧，森林砍伐和工业发展等破坏了地球上这种“自然”温室效应所形成的热平衡，引起气候的变暖被称之为“人为”温室效应。人们平时所说的温室效应就是指后者。由于温室气体的大量增加，致使许多科学家认为，地球的气候正处在“过去气候”与“未来气候”的分水岭。前者以自然因素占主导优势，后者以人为因素占主导优势。所谓人为因素，就是指人为活动导致大气温室气体浓度和种类的增加。  　　根据科学家预测，在未来的气候变化过程中，CO2的贡献率很大（图1-5）。大气中CO2浓度的增加始于上个世纪，但直到工业革命前仍维持在280ppm上下（图1-6）。实测CO2浓度的工作始于1958年，那时仅315ppm，到1988年达到了350ppm（图1-7），平均每年增长1.17ppm。预计到2000年达到375ppm。科学分析结果表明，CO2浓度若增加1倍，地球的气温将增加2-4℃。 　　分析冰核表明，1850年大气中CH4浓度为0.7ppmv；1977年为1.52ppmv；1985年达到1.7ppmv。CH4是本世纪70年代中期后才开始呈现出明显增长趋势（图1-8），并与人口增长呈正相关关系（图1-9）。现在每年排入大气中的CH4约为4.25亿吨，其浓度已由工业革命前的0.7ppmv增长为1.7ppmv，年均增长率为1.0％。CH4主要来源是反刍生物、土地开发和化石燃料的使用（表1-4）。CH4的分子结构能更有效地阻止红外线的向外辐射和减弱大气的自净能力并对臭氧层造成破坏。大气中CH4浓度的增长速度比CO2还快，预计到2030年大气中CH4浓度将达到2.34ppmv，有可能成为今后温室效应的主因。      　　CFCs类温室气体是人为产生而排放到大气中的，其中量大危害重的是CFC-11和CFC-12。自这类物质1928年合成，50年代开始批量生产后，到70年代中期上升到86万吨每年，其后稳定在这一水平上（表1-5）。现在每年排入大气的CFC-11和CFC-12各约为0.4吨。1986年大气中CFCs气体的浓度已达556pptY（万亿分之556），预计2030年可达到2900pptY。CFCs能长期在对流层中积累并会不断向同温层中扩散，在这里通过光解反应而破坏臭氧层。据科学家预测，在未来的气候变暖过程中，CFCs的贡献很大（参见图1-5）。由于这类气体在大气中的寿命能保持65—150年，即使世界产量今后保持现有的生产水平，在相当长的一段时间内，大气中的CFCs浓度每年也要增加5％。  　　根据各种温室气体对地球变暖贡献率的分析，1980年大气中除CO2外的其他各种痕量气体若按“碳效应”计算，相当于40ppm的温室加热，到2030年将相当于140ppm的CO2，加上CO2本身可达到的450ppm，温室气体总效应相当于590ppm，与1860年的275ppm相比增加1倍多，最可能的估计是到2030年全球范围将升温1.5—4.5℃。 　　全球气候变暖的结果弊大于利，而且后果无法挽回。气候变暖的一个重要后果是加速海平面的上升（图1-10）。目前广泛接受的估测是到2100年，海平面可能上升0.2-1.65米（WMO、UNEP、ICSU，1985）。海平面若上升1米，可使尼罗河三角洲全部淹没，使埃及的可耕地减少12—15％，将淹没孟加拉国国土的11.5％，使其8％的国民生产总值受到威胁（OavidA．Wirth，1989）。就世界范围看，影响区域可达500万平方公里，占全球土地面积的3％，有人估计这可使10亿人处于危险之中。  　　气候变化在历史上曾导致生物带和生物群落空间（纬度）分布的重大改变。在公元800—1200年中世纪的气候最佳期，至少在北大西洋地区的平均温度只比目前高1℃，但这足以使玉米在挪威的种植成为可能，并导致森林纬度极限和高度极限的改变。公元1500—1800年西欧的小冰川期，平均气温只比现在低1—2℃，在挪威就有一半农场被弃耕，冰岛的农业耕种活动几乎全部停止，苏格兰的一些农场也全部被冰雪覆盖。温室效应引起的温升可能要大于上述幅度，据艾姆尔（Emanuel，1988）等人的结论，仅气候变暖（不考虑CO2富集的直接影响）就会导致森林分布区的重大改观。冻原生态系统则可能从北欧地区完全消失。植被的改变必将影响动物的种群和群落结构。气候变暖会使生活在赤道的种群扩展到温带，温带物种则同样向极地方向扩散。在历史上，有些物种已成功迁移并适应了当时的气候变化，但也确有许多物种因此而灭绝，尤其是一些极地和高山地区生活的植物种群常成为受害最重的物种。格尔·哈特斯尔（Gary Hartshor，1988）认为就热带雨林而言，气候变暖后，仅降雨形式的变化就可能对许多昆虫、鸟类和哺乳类造成灾难性危害。降雨量年度内的时变会干扰许多植物生殖时期及各种生理反应，进而影响动物与之相适应的多年协同进化的一致性，导致动物生殖系统紊乱，加速热带森林动物的灭绝。 　　气候变暖也同样会影响世界粮食生产的稳定性与分布。根据现有的技术和粮食品种，气温升高2℃，即使降水量不变，全世界的粮食产量也可能下降3—17％，并能使害虫的危害增加10—13％。由于人口增长对粮食生产的压力越来越大，气候变暖使全世界的农业减产可能成为未来许多问题的起因，甚至是世界局势动荡的重要因素。气候变暖还会造成疾病的增加。卡尔克斯曾统计过纽约市气温与死亡率的相互关系，他发现，即使其他环境因素无变化，气温升高2—4℃，该市的人口死亡率也明显地呈上升趋势。 　　（三）酸雨和环境酸化范围扩大 　　酸雨（Acid rain）是指雨水中含有一定数量酸性物质（硫酸、硝酸、盐酸等）的自然降水现象，包括雨、雪、雹、雾等，其pH值一般都小于5.6。“酸雨”这个名词自1872年由英国化学家R．A．史密斯（R．A．Smith）提出后，直到本世纪50年代，发达国家才设置监测网，开始研究工作，从而使酸雨做为一个重大环境问题被认识。目前在美国、日本、瑞典、丹麦、加拿大和我国的部分地区都出现了酸雨和环境酸化问题，并呈现发展趋势。 　　酸雨是大气污染的结果，是SO2和氮氧化物在大气或水滴中转化为硫酸和硝酸等所致，这两种酸占酸雨中总酸量的90％以上。据报导，国外酸雨中硫酸与硝酸之比为2∶1，而我国对酸雨水化学的分析表明，硝酸的含量还不及硫酸含量的1％，说明我国当前的酸雨属硫酸型。 　　酸雨形成的机理是很复杂的，影响其形成的因素也很多，除与大气污染程度有关，还与大气和降水、土壤地带性差异以及大气的缓冲能力等因素有关。空气中氨的作用也不容忽视，它是空气中唯一重要的气态碱、易溶于水，对空气和雨水中酸起着中和作用。空气中气态氨含量高，酸雨就不易形成（表1-6）。因此，形成酸雨除因有一定数量的酸性物质外，碱性物质的相对减少也是酸雨形成的重要原因，瑞典酸雨比我国严重的原因也与之有关（表1-7）。 　　目前，酸雨和环境酸化还只出现在局部地区，在我国也仅见于西南地区。除大气中气态氨的含量对酸雨的形成有重要影响外，大气中的颗粒物也起着重要作用。我国北方的土壤一般都偏碱，pH值在7—8间，南方的土壤则偏酸，pH值在5一6间，而空气中的颗粒物一半左右来自土壤，碱性土壤中氨的挥发量大于酸性土壤，这就使北方地区大气颗粒物缓冲能力和气态氨水平高。这是西南地区酸雨多而北方地区不易形成酸雨的主要原因。由于形成酸雨的物质及二次污染物在大气中平均滞留时间短，酸雨问题还不能象温室效应那样构成全球性危害。但酸雨和环境酸化的破坏常常是不可逆的，对生态系统的损害常是毁灭性的，故成为全世界极其关注的尖锐问题。   　　酸雨的危害是导致环境的酸化。当酸性雨水降到地面而得不到中和时，就会使土壤、湖泊、河流酸化。若水体的pH值降到5以下时，鱼类的生长就要受到严重的影响，流域土壤中和水体底质中的有毒金属即会溶解在水中，毒害鱼类。同时，水质的酸化还会引起水生态系统结构上的变化，耐酸的藻类和真菌将增多，而有根植物、细菌、无脊椎动物、两栖动物则减少，并使分解速度降低，水质恶化。有关学者对北美洲的安大略地区的研究表明，湖泊因受水质酸化的影响，绿藻（Chlorophyta）的种类已由26种减少为5种，蓝藻（Cyanophyta）由22种减少到10种。在挪威南部，5000个湖泊中已有1750个无鱼，900个受到严重影响。瑞典8500个大中型湖泊中，1800个已酸化，900个已表现出生态平衡失调。在这些地区和北美还发现，在酸化的水体中，鱼卵不能正常发育，藻类叶绿素合成量降低，底生藻类减少，水生生物群落结构趋于单一化。 　　陆地生态系统中，土壤酸化的危害也是十分严重的。在瑞典南部，由于酸雨的影响，30多年来使该地区的土壤肥力减弱了一半，土壤已经贫瘠化。另外，土壤酸化还影响了土壤微生物的活性，降低生态系统正常功能。酸雨及土壤酸化对森林生态系统的影响也很明显。根据斯堪地那维亚半岛南部的调查，1950—1960年雨水中的pH值从6.0降到4.0以下，森林的生长量减少了2—7％。我国重庆郊区马尾松林的成片死亡也与酸雨有关。酸雨对建筑物和名胜古迹的损害是人们所熟悉的，由于受酸雨的影响，重庆市公共汽车外壳已不得不改用铝板。目前，世界上许多名胜古迹都程度不同地受到了酸雨的损害，这方面的事例和报导已屡见不鲜。 　　总之，在短时间内酸雨和环境酸化还不会像“温室效应”和臭氧层破坏那样构成全球性危害，但无论对生态系统破坏程度还是所造成的经济损失却是十分惊人的。在美国，每年因酸雨造成的各种经济损失近百亿美元，因酸雨和大气污染引起全世界范围的森林损失每年也有数十亿美元。酸雨和环境酸化已是现在不容忽视的重大环境问题。 世界经济与发展委员会在“我们的共同未来”的报告中，列出了当今世界面临的16个严重环境问题。实际上，这些问题都是人口、粮食、能源、资源和环境五大问题的具体化和发展。包括上面所谈的三大全球性问题，并不是一种新发现，而是人们对当今环境问题的一种新意识的反映，即环境问题已成为全球性的问题。人类对各种生态系统的干扰已经影响到了生物圈的正常功能。局部的环境污染和生态破坏是有害的，而人类生存环境的彻底损坏则是更令人担忧的。人类必须认真研究和尽早寻求对策来解决这些潜在的，但却是重大的环境问题。环境科学包括环境生态学的产生和发展都是人类为此所作的努力。 第二节 环境生态学的研究内容和任务 1． 生态学的定义 何谓生态学? the total relations of the animal to both its organic and its inorganic environment (Haeckel, 1869) the scientific study of the distribution and abundance of organisms (Andrewartha, 1961) the study of the structure and function of nature (Odum, 1963) the scientific study of the interactions that determine the distribution and abundance of organisms (Krebs, 1994) 研究生物与环境间相互关系的科学 分 胞 细 组 器 个 族 群 生 生 子 器 胞 织 官 体 群 落 态 物 圈 　　生态学（Ecology）是研究生物与其环境之间相互关系的科学。　　“Ecology” 来自希腊文“Oikos”(住所,栖息地)和“Logos”(学问，研究)，亦即生态学在创建之初就表达为研究生物有机体与其栖息场所之间相互关系的科学。上述生态学的定义是德国生物学家赫克尔（Haeckel,1866）首次提出的。这是生态学至今最为全面的定义。但是首先使用“Ecology”一词学者是亨利?索瑞（Henry Thoreau,1858)。 　　随着生态学的发展，一些生态学家认为上述定义过于广泛而提出了自己的看法。主要有： 　　　(1) 科学的自然史-英国生态学家-埃尔顿(Charles Elton, 1927)。 　　　(2) 生态学是研究生物的形态、生理和行为上的适应性的科学—前苏联-克什卡洛夫（Кашкаров ，1945）。 　　　(3) 生态学是研究有机体的分布和多度的科学—澳大利亚-安德列沃斯（Andrewartha, 1954）。 　　　(4) 生态学是研究决定有机体的分布与多度的相互作用的科学-加拿大克雷伯斯（Krebs,1972,1978,1985）. 　　　(5) 生态学是研究生态系统的结构与功能的科学—美国-奥德姆（Odum, E., 1959,1971）。（生态学基础—Fundamentals of Ecology,1971） 　　　(6) 生态学是研究生命系统和环境系统相互关系的科学—中国-马世骏。 但是，当前人类面临三大难题，对生态学提出了更高的要求： 　　（1）环境污染：如工业三废“废气、废水、废渣”，农药和放射形物质污染，从登上月球后拍摄的照片看，地球上已无处不被污染。二氧化碳排放，温室效应使气温升高，海平面升高。人类环境的前途如何？真是令人不堪设想。 　　（2）人口爆炸：马尔萨斯的“人口论”是现实的。 　　（3）资源短缺：土地资源，农用耕地日减。如中国人口增加——1400万/a, 耕地减少500万亩。水资源尤其是淡水资源日趋紧张，污染和浪费严重。能源、森林等资源不足，生物资源：种量日减。这样就存在生物多样性问题。联合国环境规划署（UNEP）1995：“生物多样性是生物和所组成的系统的总体的多样性和变异性。” 　　地球上的物种估计500~3000万种。已定名的有140~170万种。已定种中：鸟兽、爬行类、两栖类和鱼类80%；高等植物85%；昆虫5~50%（300~3000万种）。 　　地球上生命存在了35亿年，曾出现过巨多物种，现在可能仅存在千分之几，有几次灭绝期。 　　二亿年前二叠纪末，海洋生物种数减少了90%； 　　6500年前，恐龙灭绝； 　　人类出现后，物种灭绝加速，目前人类影响已达自然灭绝速率的1000倍以上。物种灭绝和多样性减少的后果： 　　　（1） 使用价值：食物、纤维、木材、药物和其他工业材料。欣赏对象——美术。 　　　（2） 间接价值：环境调节功能，如森林——氧气；水土保持、巩固堤岸。鸟类——害虫；虎狼——兔鼠——草原 　　　（3） 潜在价值——为人类后代提供选择机会，遗传信息——基因库 　　　（4） 存在价值——生态平衡，自然选择的结果有其特定的作用。 2. 研究对象 　　传统的生态学要在有机体（Organism）、种群（Population）、群落（Community）和生态系统（Ecosystem）水平上探索生命系统的奥秘。因此，生态学是以生物个体、种群、群落和生态系统甚至是生物圈（Biosphere）作为它的研究对象。 　　（1） 种群：种群是在一定空间中同种个体的集合。种群具有空间、数量和遗传三个基本特征。种群是物种存在的基本单位。 　　（2） 群落：群落是在一定区域或一定生境里各个生物种群相互松散结合的一种结构单位。即群落是指同一生境中彼此影响着的多种生物种群的集合体。 　　（3） 生态系统：生物群落与其环境之间由于不断地进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体。 　　（4） 生物圈：是指地球表面有生命的部分，包括三个组成部分，即大气、水域 和陆地。 因此，生态学按其研究的生命体的水平可分为: 　　a） 个体生态学[autecology]:主要研究生物的个体发育与环境的相互关系 　　b） 种群生物学[population ecology]:主要研究同种个体组成的种群与环境的相互关系 。 　　c） 群落生态学[community ecology]:主要研究群落的结构与功能、形成和发展 方面与环境间的相互关系。 　　d） 生态系统学[ecosystem ecology]: 主要研究由群落与其周围理化环境构成的生态系统的结构与功能，系统的平衡与调控机制。 3、目的任务： 　　生态学的目的是指导人与生物圈（既自然、资源与环境）的协调与发展。 三、生态学的分支 　　1．按生命层次：分子（基因）、细胞、器官、个体、种群、群落、生态系统、景观、生物圈和全球生态学。 　　2．生物分类：动物、植物、微生物、昆虫、鱼类等； 　　3．按栖所：淡水、海洋、河口、陆地、森林、草地、荒漠等； 　　4．边缘科学：数学生态学、化学生态学、进化生态学、生理生态学、经济生态学、生态经济学； 　　5．应用生态学：农业、渔业、污染生态学等。 五、生态学发展趋势： 　　（1）人类的加入。自蛋白质作为生命形式开始，就存在生命活动与环境的生态学关系。在今天人类社会发展至宇宙时代，对生态学的探索也将随人类的踪迹达至太空。凡生命之所至，就有生态学问题、现象和规律。可以说生态学也是研究生物生存的科学。生物的演化史就是一卷浩瀚的生物对环境适应的生存发展史。人类曾一度自诩为主宰地球的力量，甚至提出“人定胜天”的口号，但是生态学已经提醒我们，人也是一种“高级动物”，人类并不能逃脱作为其生存环境的地球的种种变化对其前途的影响，人类只不过是地球生物圈大家庭的一个成员，而且只能与这个星球同命运，共存亡。人类社会发展如果不按生态学规律从事，只能带来人类与地球的共同厄运。可以说，还很少有像生态学这样一门学科，与人类的生存在时间尺度上，在自然、社会和经济等方面，有如此紧密的联系。生态学如此地重要，不仅因为人类为了生存发展，要合理利用动植物资源而需要研究动植物生态学，而且人类自身有责任维护人类赖以生存的星球，需要以生态学原则来调整人类与自然、资源与环境的关系。因此，现代生态学发展至今，已不仅是生物科学中揭示生物与环境相互关系的一门分支科学，而且已经成为指导人类行为准则的一门科学。生物科学的任何其他分支学科的性质，都没有像生态学这样具有如此广泛的社会性，与人类的意识形态、观念和道德规范有如此密切的关系。 　　（2） 研究对象广泛。由中观水平向宏观和微观两个方向、两个深度发展。如果把个体、种群、群落、生态系统都视为中观范畴的话，那么，现代生态学发展的一个方向是向区域性、全球性乃至宇宙性方面发展。至于中观范畴本身也是向宏观方向发展。这是由于人类已有一定的能力和紧迫的需要来面对和处理更加宏观、更加复杂的系统，诸如国土整治和规划、环境污染治理、温室效应、臭氧空洞、人口爆炸、资源匮乏等。就水域生态学而言，实质上与陆地、大气圈是相联系的。生态学发展的另一个方向是向微观方面发展，这是生态学与分子生物学、分子遗传学、生理学、微形态解剖学的结合，这类研究将依靠更加精密仪器，如高倍电镜、中子探针、紫外荧光、核磁共振等手段，可以精细地观测器官内部、细胞内部的结构变化。无论是宏观、微观方向，直观图像信息以反映大系统、微系统的功能的手段，不仅是一个工具问题，而且将结合生理生态、宇宙生态、分子生态学，形成一些新的前沿研究领域。 　　（3）生态学在发展中不断充实生态学的内容，从个体、种群、群落的研究进入整个生态系统的结构、功能和生产力的研究。当前的趋势是：(1)从静态的结构研究到动态的功能研究；(2)从描述现状的定性研究到预报未来的定量研究；(3)野外调查和室内实验相结合；(4)宏观研究和微观研究相结合；(5)生物学与地理、化学、物理和数学互相渗透；(6)运用自动化测试、计算机和遥感技术等现代化实验手段；(7)开展国际协作。 　　现代生态学研究在方法论上也面临挑战，以往的基于因果关系的线形方程式、传统的热力学定律等的研究水平，已不能适应现代生态学，尤其是自然-社会-经济复合系统的需求，势必要探讨新的指标体系和新的定量表达方式，建立新的模型，因而将促进数、时、空、序在生态学中的深入研究。对于复杂的真实的生命系统对外部信息的灵活反应能力及功能的自我调节的定量表达，基于因果关系和黑箱理论的生态学工作方式，显然也不能满足要求，正期待在系统论、控制论和协同论的数学理论发展基础上的重要突破，近代化学物理学的突破或可深化生态过程的分析。 　　总之，不管生态学向何处发展，传统的生态学研究内容仍将是生态学的基本任务，是生态学向宏观和微观发展的基础和核心。这四个水平上的研究，与解决人类生存有关的提高地球承载能力（即生物生产力和环境质量）问题直接相关，尚有大量理论与实际问题需要解决。 6.环境生态学与普通生态学的区别 以人为中心来探讨其生活环境的科学 研究人类与环境相互关系的科学 研究人为干扰下，生态系统内在的变化原理、规律及寻求受损生态系统恢复、重建和保护对策的科学 环境生态学研究课题 1.人为干扰下生态系统内在变化原理与规律 2.生态系统受损程度的判断 3.各类生态系统的功能与保护措施的研究