15 环境保护与可持续发展
? 全球变化
? 生物多样性保护
? 可持续发展
15.1 全球变化
? 概述
? 全球变化的生态后果
? 减缓全球变化的途径
15.1.1 概述
? 人类的生态环境
? 全球的环境问题
? 温室气体引起的全球变暖
? 土地利用和覆盖的变化
? 生态系统及生物多样性变化
（ 1）人类的生态环境
? 圈带构造
? 生态系统的反馈和调节功能
a,圈带构造
地球是圆形的，人们习惯于用圈带来描述人类的生态环境
? 大气圈 (Atmosphere)
总厚度 >1000km,成为生物环境的仅 16km（ 对流层内）；
? 水 圈 (Hydrosphere)
包括 71%的海洋，内陆淡水水域，地下水等；
? 岩石圈 (Lithosphere)
指 40— 50km厚的地壳；
上述三个圈带相互作用的结果，又产生了,
? 土 圈 (Pedosphere)
以岩石圈的风化层为母质，含有矿物质、水、有机质、生物和
微生物；
? 生物圈 (Biosphere)
生活在上述四种圈带界面上的生物。
b,生态系统的反馈和调节功能
? 生态系统所以能存在至今天，并将继续存在下去，是因为生态系
统具有很强的自我调节能力。
? 当生态系统中能量流动和物质循环较长时间的保持动态平衡，这
种状态叫生态平衡。
? 这是一种自调节稳态，或称为趋稳特性。
? 但这个能力有一个阈值：小生态系统或简单生态系统：阈值小
大生态系统或复杂生态系统：阈值大
（ 2）全球的环境问题
? 当今世界主要有三大（或五大）问题
? 人口，资源与环境（粮食、能源）
? 全球环境问题有八个
? 温室气体引起的全球气候变化
? 臭氧层的破坏
? 酸雨
? 土地荒漠化
? 热带雨林减少
? 生物多样性减少
? 有害废物的越境转移
? 海洋污染
? 全球变化的研究
? 以气候变化为研究核心
（ 3）温室气体引起的全球变暖
? 温室气体
? 温室气体浓度的增加
? 全球气候变暖
? 全球气候变暖的后果
a,温室气体
? 大气中对长波辐射有屏蔽作用的气体。包括 CO2,CH4,N2O
以及 CFC（ 碳氟氯烷）和水蒸气等。
? CO2的作用占 50%以上。
? CO2不仅能进行光合作用，维持地球的初级生产，也能吸收太阳的短
波辐射和地球的长波红外辐射，维持着太阳入射能量和地球的逸散
能量之间的平衡。从而使地球的平均气温保持不变。
b,温室气体浓度的增加
? CO2在大气中的浓度 （ ppm）
干洁空气 1880 80年代 2000年
315 284 330 379
预计 2050年达 415— 480 ppm
? CO2在浓度的月变化 （见图 15-1）
? 与工业革命前比较
? CO2,CH4,N2O分别增长了 30%,145%和 15%，
? 氟氯烷的体积分数从 50年代到 90年代中期迅速增加到 2.68× 10-10。
? CO2在源和库的年平均值见 表 15-1。
? CO2对气候变暖的 不确定性 。
图 15-1 CO2浓度的月变化
1958年 4月到 1991年 6月大气
中二氧化碳含量的曲线。夏
天，北半球（大部分陆地在
北半球）的植物吸收了大量
二氧化碳，曲线下降；冬天
落叶，曲线再次上扬。
由于化石燃料的燃烧及毁坏
森林的行为，曲线总的趋势
稳定升高。
表 15-1 1980-1989年 CO2源和库年平均值
CO2对气候变暖的不确定性
孤立看, 将地球上的碳氢化合物燃料全部消耗, 并假定其产生的
CO250％ 进入大气, 则空气的平均气温将升高 1－ 2℃ 。
但其他因素也影响大气的性质 。 如
1920－ 1940, 气温升高了 0.4℃
1940后燃料增加：气温反而下降 （ 十几个火山尘埃吸收了能量 ）
实际上, 70％ 的海洋面积是地球的一个大空调 。
? 海水温度升高, CO2逸出量大, 将加速气温升高 。
? 气温升高, 将导致海水蒸发量大, 大气中水汽含量高, 云量增加,
阻碍太阳辐射, 提高地球反射率, 将导致气温下降 。
有学者认为这是一个反机制, 所谓不确定性, 取决于反机制
的存在 。
c,全球气候变暖
? 近 100年北半球的气温变化见 图 15-2；
? 气象资料表明,1860年以来，全球地表年平均气温升
高了 0.3-0.6℃ ；
? 根据跨政府气候变化委员会预测，从 1990到 2100年，
全球陆面气温将增加 2℃ ；
? 运用气候模式进行的预测，气候变暖的趋势见 图 15-3。
图 15-2 近 100年北半球平均气温变化
? 全球气温在过去 100年内上升
了 0.3— 0.6℃,同时，有 6个
全球最暖年（分别为 1980，
1981,1983,1987,1988，
1989）均在 80年代。
图 15-3 运用气候模式对全球气候变暖的预测
有三种趋势：
? 温室体排放量趋势不变,
每 10年气温增长约
0,3℃
? 加速温室气体的排放,
每 10年气温增长约
0,8℃
? 基本不排温室气体, 每
10年气温增长约 0,06℃
? 第 2种趋势存在 90％ 的可
能性 。
d,全球气候变暖的后果
? 直接结果
? 间接结果
直接结果
? 直接结果 — 海平面上升
? 气候变暖的直接结果是世界各地冰川的溶化 （ 后退 ）, 引起
海平面的上升 。 在过去 100年中海平面升高了 10－ 20cm,海
平面升高的后果是严重的, 将直接威胁世界沿海城市及 30多
个岛屿的生存和发展 。 联合国的专家小组认为：当 2050年全
球海平面升高 30－ 50cm时, 世界各地约 1亿人口受到海等水
灾的影响；美国环保专家预测, 再过 50－ 70年, 东京, 大阪,
曼谷, 威尼斯, 圣彼得堡, 阿姆斯特丹以及中国等一些沿海
城市会被完全和局部淹没 。
? 2003年 7月新快报报道：因全球气候变暖, 广东沿海的海平面
正以每年 1cm的速度升高, 至 2030年, 将升高 30cm,可淹没
1154平方公里, 数以百万计的人口需要迁移, 直接经济损失
高达 1332亿元；若升高 1m,淹没面积将达 6520平方公里 。 对
三角洲威胁最大的是广州市, 佛山市和斗门县
间接结果
气候变暖的间接结果是灾害性气候：厄尔尼诺现象 。
a.厄尔尼诺及其成因
厄尔尼诺 （ elnino）, 西班牙语, 圣婴,,, 耶稣之子,,
因发生在圣诞节前后, 故称厄尔尼诺现象 。 是热带太平洋水域受到东南
向西北方向的信风 （ 洋面上的一股强风 ） 的影响, 造成澳大利亚附近的
洋面比南美地区的洋面高出约 50cm,使得与信风相反方向上空形成一股
暖流, 这股暖流就叫厄尔尼诺 。 （ 见图 15-4） 。
b,厄尔尼诺形成的机理
? 地心岩浆从海底结构板块间喷发, 其能量相当于 3000座核反应堆,
加热了上部海水；
? 可能与海底地震有关；
? 可能与海水含盐量有关 。
科学研究表明, 单位面积 100米深的海水温度增高 0,1℃, 其上的
大气温度将会增高 6℃ 。 由此引起全球大气环流和世界气候的异常 。
厄尔尼诺现象一般 3－ 7年发生一次, 且持续 12－ 24个月, 平均 17
个月左右, 近 45年已发生 13次, 97-99年为 14次 。
c.厄尔尼诺的危害
图 15-4 厄尔尼诺的成因
（ a） 正常情况 下，信风（ 东风）将表层暖水向西集结，冷水从南美（秘鲁）海洋深
处向上涌动，使海面水温西高东低；积雨云在暖水上空形成；
（ b） 厄尔尼诺：信风因某种原因变弱，使得集结在西部的暖水东移，使赤道东太平
洋附近洋面上的海水异常增温，即平均温度增高 0.5－ 2℃ 以上。积雨云也向东移动。
（ 4）土地利用与覆盖的变化
? 概念
? 土地利用与覆盖的变化类型
? 变化的影响
a,概念
? 土地覆盖（ land cover）
? 陆地表面生态系统类型及其生物的和地理的特征，如森林，
草原，农田等；
? 土地利用（ land use）
? 对土地的利用方式
? 前者更多地强调了自然因素，后者明显加入了人为因
素，多数情况下难以区别。
b,变化类型
? 森林转化为农田，人工设施等；
? 黄土高原，三江源等。
? 草原转化为农田，人工设施等；
? 草原的退化。
? 湖泊转化为农田，人工设施等。
? 湖泊面积已经大幅度缩减。
c,变化的影响
? 森林砍伐后,CO2的吸收量降低，焚烧和分解又释放出
大量的 CO2；
? 温室效应
? 直接改变陆地生态系统的结构和功能，影响生物地球
化学循环；
? 古文明的衰落
? 影响区域范围内的能量和水分收入，并进一步影响气
候特征；
? 亚马逊河流域的部分地区的严重干旱
（ 5）生态系统及生物多样性的变化
? 生态系统的变化
? 主要是陆地生态系统的变化
? 结构的变化。表现在
? 种群构成
? 群落结构
? 景观格局
? 功能的变化。表现在
? 初级生产力
? 生理生态过程
? 生物多样性变化
? 生物多样性是衡量生态系统生命力和持续性的重要指标；
? 生物灭绝的速度急速加剧；
? 生物多样性变化受到气候变化的重要影响。
15.1.2 全球变化的生态后果
? 生态后果的评价是极其困难的；
? 生态系统的短期波动和长期变异难以区分；
? 不同生物种对变化的反应有时截然不同；
? 不同地区的生态系统对于同一种环境变化也有不同的反应；
? 气候和气候变化本身具有时空分布的异质性。
? 生态系统水平上的变化后果
? 生产力、呼吸和分解
? 生物群落的空间分布
? 物种组成和生物多样性
? 生态系统的结构
? 生态系统的功能
? 其他研究领域
（ 1）生产力、呼吸和分解
? 全球变暖有助于高纬度地区植物生产力的提高；
? 在高温、干旱地区，将降低生态系统的生产力；
? 间接证据表明，全球气候的波动使整个生物圈的呼吸
和分解能力提高了 10%，但生产力并无明显变化。
（ 2）生物群落的空间分布
? 全球变暖将使气候向高纬度地区迁移
? 地表温度升高 2~3.5 ℃,气候带向高纬度迁移 1o，向高海拔迁移
100m；
? 生物的生境是由气候和其他环境因素综合决定的，并长期演化形成
的，气候的迁移将造成生物与生境关系的损害；
? 气候的变化将使生物群落在地理空间上重新分布（再分布）。
（ 3）物种组成和生物多样性
? 生物群落的迁移不是简单的空间上的平移，而是依据
其生态位在生长发育和繁殖上进行调节和适应，造成
各种群在其大小和作用上发生重组；
? 重组将使新环境下竞争力弱的物种淘汰，降低生物的
多样性；
? 新环境也可能导致新物种的产生；
? 环境变化的速度起着至关重要的作用。
（ 4）生态系统的结构
? 宏观结构的变化比较容易识别；
? 微观结构的变化影响深远；
? 温度升高使荒漠化地区的生态环境更加恶劣；
? 次生荒漠区的荒漠化进程加快；
? 主要建种群和次要建种群的更替。
（ 5）生态系统的功能
? 宏观功能包括为人类提供食物和各种必需品，以及人
类的生境；
? 功能的变化不易觉察，但非常重要；
? SARS病毒及许多疾病的变异。
? 研究指出,80％的癌症是环境因素造成的。
? 中国人的健康状况
（ 6）其他研究领域
主要有三个
? 微观层次上的生理学研究
? 如二氧化碳浓度对光合作用的影响；
? 植物、动物、微生物及多种环境要素的相互影响等。
? 生态系统的动态研究
? 长期的生态系统定位研究；
? 生态建模与实验研究的结合；
? 大范围生态与环境检测
? 长期的定位观测；
? 新技术的采用与改进（遥感,GIS等）。
15.1.3 减缓全球变化的途径
? 引起全球变化的主要原因
? 人口的增长；
? 人类对大自然的盲目开发和破坏；
? 减缓的途径
? 减缓气候变化
? 加强生态系统管理
? 建立减缓的机制
（ 1）减缓气候变化
? 控制温室气体和大气颗粒物的排放
? 控制化石能源的消耗；
? 提高化石能的能效
? 开发绿色能源：太阳能，风能，水能，地热，核能（特别是核聚
变能）；
? 提高土地利用率和生产力
? 植树造林
（ 2）加强生态系统管理
? 提高认识
? 人是整个自然环境的一部分；
? 适应并管理环境
? 人和自然关系的和谐与整体的持续性；
? 将生态管理的概念应用到人类活动的各个方面。
（ 3）建立减缓的机制
? 技术
? 技术是一柄双棱剑
? 管理
? 主要是政府的管理
? 法律
? 包括各国的法律与国际协约
? 教育
? 提高环境意识
15.2 生物多样性保护
? 生物多样性概念
? 生物多样性的格局
? 生物多样性的测度
? 濒危生物的评估与分级
? 生物多样性的保护
15.2.1 生物多样性的概念
? 生物多样性（ biodiversity）
? 生命有机体及其赖以生存的生态综合体（ variety） 的多样化
和变异性（ variability）；
? 地球上所有的生物（植物、动物、微生物）及其构成的综合
体。
? 生物多样性的内容包括三个层次 （图 15-5）
? 遗传多样性
? 物种多样性
? 生态系统多样性和景观多样性
? 生物多样性研究的进展
图 15-5 生物多样性的层次
（ 1）遗传多样性（ genetic diversity）
? 概念
? 所有生物个体中所包含的遗传物质和遗传信息。
? 物种和物种之间基因的多样性，包括分子，细胞和个体三个
水平上的遗传变异度，因而成为生命进化和物种分化的基础。
? 一个物种的遗传基因愈丰富，它对所生存的环境的适应能力
愈大，进化潜力也愈大。
? 遗传多样性
? 世界上的生物大约存在 109种不同的基因；
? 控制生命基础的基因在物种之间差别不大，少量特殊的基因
控制着物种的差异。
（ 2）物种多样性（ species diversity）
? 概念
? 生物类型及种类的多样性；
? 代表物种演化的进程，是进化机制的主要产物。
? 物种多样性
? 地球上的物种估计有 500万种，也有估计为 2500万种或 5000
万种，已被描述的有 170万种；
? 还有科学家指出：现存物种与已灭绝的物种之比达 1:10000。
? 中国的物种多样性居世界第八位，北半球第一；
? 世界上 90%的食物来源于 20个物种,75%的粮食来源于 7个物种。
（ 3）生态系统多样性和景观多样性
? 概念
? 生态系统多样性（ ecosystem diversity）
? 生态系统中生境类型、生物群落和生态过程的丰富度；
? 景观多样性（ landscape diversity）
? 与环境和植被具有动态联系的景观缀块的空间分布特征的多样性。
? 生态系统多样性
? 生态系统的动态特征和复杂性使生态系统多样性的划分难以
进行；
? 生态系统类型的划分必须考虑生物群落、生境以及气候条件；
? 景观多样性
? 景观多样性包括了所有其他层次的多样性；
（ 4）生物多样性研究的进展
? 生物多样性的研究已经从结构特征进入到功能特征
? 结构特征主要指生物物理组成或格局，包括种类成分、生境
的复杂性、景观中的缀块和其他生物多样性元素的格局；
? 功能特征主要指生态系统的生态过程和进化过程，包括基因
流动，干扰，养分循环等。
? 功能性研究可以定量化。
15.2.2 生物多样性的空间格局
? 生物多样性在地球上的分布是不均匀的
? 不同生物类群的物种多样性分布具有一致的趋势
? 特定生物类群在特定地区可以达到最大的物种多样
性
? 空间分布格局
? 分布格局成因
（ 1）空间分布格局
物种多样性呈现出宏观规律
? 在平面格局中，随着纬度的增加而降低；
? 在垂直格局中，随着海拔高度的增加而降低 （图 15-6） ；
? 受水分的影响，随着干旱程度的增加而降低；
? 受盐分的影响，随着海水深度的增加先降低而后升高。
图 15-6 生物多样性的宏观格局
a.安第斯山脉鸟类种数随海拔高度的变化；
图 15-6 生物多样性的宏观格局
b.美国亚利桑那山植物种类随海拔高度的变化
（ 2）分布格局成因
? 成因：多样性分布格局形成的驱动力
? 主要成因：
? 地质历史
? 地质历史越古老，越具有生物的多样性
? 环境异质性和资源多样性
? 生境如含有多种不同的资源比，就有较多的物种共存
? 岛屿生物地理学理论
? 岛的面积越大，且离大陆越近，生物多样性越高
? 生物因素
? 生物因素包括种间关系，生态位幅等，如共生、寄生、传粉、捕
食、竞争等，是影响生物多样性的重要因素
? 尺度因素
? 大尺度上物理因素起主导作用，小尺度上生物因素起主导作用。
15.2.3 生物多样性的测度
? 各种生物多样性指标的测定
? 快速生态学评估
（ 1）各种生物多样性指标的测定
? 遗传多样性的测定
? 物种和群落或生态系统水平上多样性的测定
? 景观生物多样性的测定
? 生物多样性测定的意义
a,遗传多样性的测定
? 遗传多样性的功能等级
? 遗传多样性的测定
遗传多样性的功能等级
? 形态学水平的变异
? 形态学的变异是遗传变异的重要线索，最易进行；
? 染色体水平的变异
? 染色体变异包括了基因的重排和重组；
? 等位酶水平的多样性
? 利用等位酶谱带和等位基因间的明晰关系，已广泛采用；
? DNA水平的变异
? 直接测定 DNA序列，进入到分子生物学的领域。
遗传多样性的测定
? 种群内的遗传多样性测定
? 丰富度（ richness）,同一种群内在一个位点上等位基因的数
目，用 na表示；
? 均匀度（ evenness）,一个种群内第 i个等位基因的频度
（ πi）。
式中,N— 种群的大小；
fi— 种群中第 I个等位基因的数目。
则某一点上等位基因的多样性即为丰富度与均匀度的综合：
? 式中,Hdc— 等位基因的频度
fij— 一个种群内第 i个位点上第 j个等位基因的数目。
Nfii 2/??
?
??
?
anji
ijfNH d c /1
Meta-种群内亚种群内遗传多样性的测定
? 公式
式中,HT— Meta-种群的基因多样性；
Hs— 种群内基因多样度；
式中,n— 该位点上的等位基因数；
ri— 该位点上第 i个等位基因在 Meta-种群中的平均数；
式中,n— 所定的种群的总数；
gij— 第 i个种群在该位点上第 j个等位基因的频率；
mi— 第 i个种群在该位点上的等位基因数
TsTst HHHF /)( ??
?
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b,物种和群落或生态系统水平上多样性的测定
? α多样性
? β多样性
? γ多样性
α多样性
? 群落内生物种类数量及生物种类之间相对多度的一种测量
? 常用的 α多样性指数有：
? 物种丰富度指数 ；
? Shannon-Wiener指数 ；
? Simpson指数
? α多样性指数的应用条件
? 取样的样方应无限大，或已经对样方中的物种及数量有了解；
? 实际应用时应对公式进行必要的修改，或几个指数同时应用。
物种丰富度指数（ D）
? 一个群落中所有实际物种数目的测量
D=S/N
式中,S— 物种数目；
N— 所有物种个体数之和。
? 当研究的对象是是样本而不是整个群落时：
D=（ S-1） lgN
Shannon-Wiener指数（ H）
? 公式
式中,ni— 第 i个种的个体数目
N— 群落中所有种的个体数目
当以 pi=ni/N时，即第 i个种的相对多度时，也可表示
为：
? 公式表明,H越大，群落中生物种类增多，群落的复杂
性，即多样性增大。
??? )/l g (/ NnNnH ii
??? ii ppH lg
Simpson指数（ D）
? 公式
? Simpson指数实际上就是 Shannon-Wiener指数（ H） 中
的相对多度。
? Simpson指数和 Shannon-Wiener指数（ H） 不仅考虑了
群落内的物种数目，也考虑了每个物种的相对多度。
? ??? NnppD iii /,1 2
β多样性
? 主要表示生物种类对环境异质性的反应；
? 可以理解为群落间的相似性指数或同一地理区域内不
同生境中生物物种的周转率；
? 不同生境间生物种类组成的相似性越差,β多样性越高；
? Whittaker指数（ βw）
? Cody指数（ βc）
? Wilson和 Shmida指数（ βT）
? Bray-Curtis指数（ CN）
Whittaker指数（ βw）
? 公式
式中,S— 研究群落中的物种总数；
ma — 样方的平均物种数。
)1/( ?? aw mS?
Cody指数（ βc）
? 公式
式中,g(H)— 沿生境梯度 H而增加的物种数目；
I（ H） — 沿生境梯度 H而减少的物种数目。
2/)]()([ HIHgc ???
Wilson和 Shmida指数（ βT）
? 公式
? 该指数是前面两个指数的结合。
aT mHIHg /)]()([ ???
Bray-Curtis指数（ CN）
? 公式
式中,Na— 样地 A的物种数；
Nb— 样地 B的物种数；
Nj— 样地 A和 B共有种中的个体数目较少者。
? 该指数主要考虑了种的相对多度。
)/(2 bajN NNNC ??
γ多样性
? 主要描述生物进化过程的生物多样性；
? 地理尺度上的 α多样性；
? 或地理尺度上 β多样性。
c,景观生物多样性的测定
? 指景观水平上的生物多样性。
? 测定方法 —— 类似性分析
? 结合 α,β,γ3种多样性的分析方法，并以种为列，以样地为
行的数据矩阵进行的统计分析，再进行计算机模拟，并与实
际数据进行比较。
? 分析结果被称为缀块多样性或 γ多样性在多维梯度上的
扩展。
d,生物多样性测定的意义
? 主要用于生态学的比较研究中，不能用于生物保护；
? 多样性指数只能用作一种分析指标，而不能定义多样
性本身；
? 多样性指数只是一种狭义的多样性，或是广义多样性
中的部分内容。
（ 2）快速生态学评估（ rapad ecological assessment）
? 国际自然保护协会（ The Neture Conservancy,简称 TNC）
? 国际性生物多样性保护组织。
? 快速生态学评估
? 主要用于难以进行生物多样性评估的地区
? 缺乏基础资料的地区；
? 地形复杂难以调查的地区；
? 调查费用过高难以承受的地区。
? 步骤 （图 15-7）
? 确定地理位置及尺度；
? 收集卫星遥感图象及各种地图（生态区划图，土地覆盖图，植被图）；
? 收集高空感应器的各种地图；
? 收集航空勘测的各种地图；
? 必要的野外考察。
? 综合分析，确定具有保护价值的地区和处于潜在危机的地区
图 15-7 快速生态评估流程
15.2.4 濒危生物的评估与分级
? 濒危生物的评估
? 根据生物保护的目的确定需要保护的物种、生境和生态系统；
? 生物濒危的原因是复杂的，因此确定生物濒危程度的因子也
是多方面且相互影响的 （表 15-2） ；
? 濒危生物的分级
? 确定保护的优先级,Mace和 Lande评估系统 （表 15-3）
? 根据生物多样性元素在自然界的分布状况，将物种分为 5个等
级,TNC（ 世界自然保护协会）系统
TNC系统
? G1— 全球极度危机的物种
? 在分布区有小于 5次的出现记录，或少于 1000个成熟的个体，
如我国的熊猫；
? G2— 全球危机的物种
? 在分布区有 6-20次出现记录，或仅有 1000-3000个成熟个体；
? G3— 不常见但不危机的物种
? 分布区有 21-100次出现记录，或 3000-10000个个体；
? G4— 较常见非濒危的物种
? 应做长远考虑
? G5— 在分布区具有高丰富度，没有濒危危险的物种
? 也可能是稀有物种（如梵净山的银杉）
表 15-2 用于确定植物种濒危程度的因子
表 15-3 确定濒危种保护优先等级的方法
15.2.5 生物多样性保护
? 生物多样性保护现状
? 生物多样性保护途径
（ 1）生物多样性保护现状
? 世界的现状
? 中国生物的多样性
? 中国生物多样性的损害
（ 2）生物多样性保护途径
? 就地保护
? 迁地保护
? 离体保护
a,就地保护
? 是一种建立自然保护区进行生物多样性保护的途径。
? 全世界已建成 1000ha以上的自然保护区 4500多个,列入联合
国国家公园和保护区清单的有 3500多个,总面积达 425万 km2,
其中最大的格陵兰国家公园,占地 7000万 ha。
? 我国已建 700多个保护区, 占国土面积的 5.54%,如吉林长白
山, 四川卧龙, 贵州梵净山, 湖北神龙架等 。
? 我国还有 480个风景名胜区, 和 510个森林公园 。
? 保护区的规划与建立
? 自然保护区与持续发展
保护区的规划与建立
? 确定保护对象的标准
? 保护区规划尚未解决的主要问题
? 建立保护区的基本原则
? 保护区的一般模式
确定保护对象的标准
? 特色性
? 具有稀有物种的生物群落具有优先保护权；
? 危机性
? 存在濒危物种的生物群落应优先考虑；
? 效用性
? 对人类具有利用价值或潜在利用价值的物种具有优先等级。
保护区规划尚未解决的主要问题
? 保护区的面积以多大为宜；
? 以大面积保护还是以多个小面积保护
? 保护区的形状与最佳效益的关系；
? 保护区内濒危物种的个体数量与灭绝的关系；
? 确保不灭绝的最小个体数量应为多少
? 保护区之间应彼此联系还是可以独自分离
建立保护区的基本原则
? 保护区的面积
? 应尽可能大，但须遵循物种数 -面积曲线原理 （图 15-8） ；
? 保护区的形状
? 主要考虑边缘效应；
? 破碎化影响
? 减少人工设施对保护区的分隔；
? 优先保护对象
? 确定优先保护的植物或动物及其生境；
? 保护区之间的联系
? 应避免保护区处于完全孤立的状态；
? 人为活动的影响
? 应考虑人为活动，但要减少人为活动的影响。
图 15-8 物种数目与物种迁入率及灭绝率的关系
保护区的一般模式
? 联合国教科文组织（ UNESCO） 提出的人与生物圈计划
（ MAB） 见 图 15-9。
? 保留未受干扰的核心区，并受绝对保护；
? 建立一个缓冲带，允许研究人员进行检测和管理，并进行无
破坏性的研究；
? 在保护区与人类活动区之间还要有一个过渡带，进行各种实
验性科学研究
图 15-9 保护区的一般模式
自然保护区与持续发展
? 自然保护区的成效
? 泰国以 8%的国土面积保护了 88%的鸟类；
? 扎尼尔以 3.9%的国土面积保护了 89%的鸟类；
? 自然保护区的管理
? 确保保护区内的物种及种群能够长期存在；
? 发挥保护区的应有潜力；
? 尽可能地扩大保护区。
b,迁地保护
? 野生植物的迁地保护,
? 利用植物园 ; 已建成 110多个 (如武汉磨山植物园 )；
? 建立迁地保护中心和繁育中心,进行保护性繁育；
? 野生动物的迁地保护,
? 利用动物园；共建动物园 41个,加上大型公园中的动物展区,
总数达 175个；
? 建立迁地保护中心和繁育中心 ; 以保护为目的的有 26座,以商
业为目的的 230个 ;
c,离体保护
? 作物品种及其亲缘种的收集和保存
? 我国作物遗传资源的收集总数达 35万份,已入库的作物遗传种
质达 23万份；
? 家养动物品种的收集与保存
? 已保存禽畜地方良种 398个,并在建设一批具有现代化水平的
动物细胞库和动物精子库, 以及配子库 。
15.3 可持续发展
? 环境与可持续发展
? 生态恢复
? 生态工程
15.3.1 环境与可持续发展
? 概述
? 资源与可持续发展
? 环境保护与可持续发展
（ 1）概述
? 问题的提出
? 环境与发展前景展望
? 增长与协调发展
? 可持续发展的基本原则
a,问题的提出
1983年第 38届联合国大会委托瑞典首相布伦特兰夫人为领导组成
了, 世界环境与发展委员会,,该委员会经过几年的工作, 于
1987年提出了一份报告, 题目是, 我们共同的未来,,首次提出
了, 持续发展, 概念 。 原文是：
,本委员会相信, 人民有能力建设一个更加繁荣, 更加正义和更
加安全的未来, 我们的报告－, 我们共同的未来, 不是对一个污
染日益严重, 资源日益减少的世界环境恶化, 贫困和艰难不断加
剧状况的预测 。 相反, 我们看到了出现一个经济发展新时代的可
能性, 这一新时代必须立足于使环境资源库得以持续发展的政策 。
我们认为, 这种发展对于摆脱发展中世界许多国家正在日益加深
的巨大贫困是完全不可缺少的,
这份报告有两个基本内容：
? 肯定了, 一个一个污染日益严重, 资源日益减少的
世界的环境恶化, 贫困和艰难不断加剧, 的现状 。
? 提出了, 必须立足于使环境资源库得以持续发展的
政策,, 使得, 出现一个经济发展新时代, 成为可
能 。
这份报告的贡献在于：
? 把环境与发展这一矛盾看作一个整体, 环境制约发
展, 而只有发展才能解决环境问题 。
b,环境与发展前景展望
? 环境与发展前景的展望实质上是人类对自己未来的展
望 。 自古以来一直有着各种看法 。 归纳起来, 也可以
说是两种, 乐观派和悲观派 。
? 中国的哲学史上, 有关, 人天 （ 自然界或环境 ） 关系,
的争论就有两个学派：
? 孔子和老子 ——悲观派代表：
孔子,, 天命论,,, 尊天命,,, 畏天命,
老子,, 自然无为,,认为人在自然面前无能为力 。
? 旬子 ——乐观派
主张, 明于天人之分,,提出, 制天命而用之,,即最早的
人定胜天思想。
? 当代的两派
? 以, 罗马俱乐部, 为代表的悲观派
? 以康恩为首的乐观派
以, 罗马俱乐部, 为代表的悲观派
? 1968年 4月，意大利的经济学家贝切尼鼓动和召集了意
大利, 美国、德国、日本等十个国家的科学家、人类
学家、实业家和国家国际文职人员在罗马科学院集会,
由此诞生了, 罗马俱乐部,, 该俱乐部的主要代表人
物 是 美国麻省理工学院教授米都斯（ D.L.Meadows） 为
首的研究小组，历时 21个月,耗资 25万美元,完成了一
个报告 ——, 增长的极限,,形成了当代的一大流派。
? 该报告采用系统动力学的理论和方法，对人口、粮食
工业化、非再生资源和环境污染等五大问题及其相关
关系进行了系统研究。
主要观点：
? 认为人口增长, 粮食生产, 工业发展, 资源消耗和
环境污染都在呈指数增长；如果速度不变,则在 21
世纪的某个时候, 将达到增长的极限, 到时,系统
将趋于崩溃 （ 图 15-10） ；
? 科学进步不足以摆脱这种恶性循环；
结论,停止人口增长和经济发展 （ 图 15-11）
意义,引起了全世界对五大问题 (人口, 粮食, 能源,
资源, 环境 )的关注；
问题, 1) 忽略了科学进步的作用；
2) 模型过于简单, 不能完全反映客观情况 。
如任何事物都不可能稳定在指数增长, 大多呈波浪
形发展 。
,增长的极限, 对五大问题列举了 十种表现,应该说，
在 30多年后的今天，这些表现依然严重存在：
? 人口爆炸
? 人类缺乏计划和规划
? 支持人类生活的四大系统－农田, 牧场, 森林, 渔业已开发
过度, 生态系统已受到威胁；
? 世界性经济危机使人类必须重新审查基本的经济观念
? 军备竞赛和核武器的使用
? 人类社会过于拥挤, 带来一系列的犯罪
? 无政府主义状态的技术
? 陈旧的和不适应现状的社会制度
? 东西之间的紧张局势和南北之间结构上的不平衡
? 人类缺乏道德和政治上的领导, 领导人中没有人替全人类讲
话
图 15-10 系统崩溃图
图 15-11 停止增长图
以康恩为首的乐观派
以美国赫德森学院美国未来研究所所长 H.康恩 （ H.Kahn） 为主要
代表, 针对, 增长的极限,,采用了逐条批驳的形式, 发表了
,下一个 200年 ——美国和世界的一幅远景,
主要观点,五大问题是过渡性问题, 可以通过技术进步加以解决的；
认为, 1976年的前 200年和后 200年,即 1776-2175这 400年为世界
由贫穷 —繁荣的过渡时期, 即所谓的, 大过渡理论,
提出,到 2175年,世界人口 150亿,总产值 300万亿,人均 2万美元 。
意义,有助于克服悲观心理, 强调了科技进步的作用
问题, a.对人类面临的困境认识不足；
b.过分强调科技进步的作用, 忽视了资源因素和社会因素 。
c,增长与协调发展
? 增长与发展
? 协调发展
? 实际情况
增长与发展
? 增长,主要指国民生产总值的增长,即经济增长。
? 发展,既包括经济增长，也包括社会进步,只有经济增长了，经
济结构，社会关系，经济关系和经济管理体制也有了进步和改善，
我们才能说是发展了。
协调发展
? 是指在以人类为核心和主体的全球生态经济系统中,
人类通过不断理性化的行为和规范, 以协调人类社会
经济活动和自然生态的关系 。 包括,（ 三个方面 ）
? 经济发展和环境的统一, 既要发展经济, 又不能破坏我们赖
以生存的环境
? 人类的持久生存, 要追求美好的生活, 又要使人类永久的生
存；世代福利；既要追求当代的美好生活, 又要追求子孙的
美好生活
? 资源分配的当前和长远利益, 既要满足我们的需要, 也要满
足子孙的需要
? 这就是早在 1981年奥尔利欧,佩奇在, 世界的未来, 和
R.布朗在, 建设一个持续发展的社会, 中提出的协调
发展的思想
实际情况
? 我们面临着一个两难的选择：
? 一方面：面对西方国家的经验, 我们不能不补课,不能不超
越：这需要我们高速发展经济；即使我们保持 8%的经济增长
速度, 我们与发达国家仍有几十年的差距；我们必须努力赶
上, 否则, 在这弱肉强食的全球一体化进程中, 我们有被开
除球籍的危险 。
? 另一方面：我们又不能自毁家园, 以牺牲环境来谋求发展,这
样无异于杀鸡取卵,也有被开除球籍的危险 。
? GNP和 HDI
? GNP,国民生产总值
? HDI,人文发展指数
GDP
GNP历来是衡量一个国家或地区的经济发展水平的重要
指标, 但是近年来, 有人喊出了打倒 GDP的口号, 因为
GNP很难反映甚至掩盖一个事实, 就是某个地方的生产
发展了, 但居民的健康和环境却恶化了, 这种发展是
,吃祖宗饭,断子孙粮,,在这方面,
? GDP仅仅是一个 数字
? GDP有时起着, 鼓动浪费,,, 包庇污染,, 甚至, 为
虎作伥, 的作用
HDI
? HDI为人文发展指数,是由出生时的预期寿命，成人识
字率和综合入学率,经修正的实际人均收入合成得到，
以衡量人类发展方面已实现的福利水平。
? HDI 强调了国家的发展应从以物为中心转向以人为中
心，强调了达到合理的生活水平而非对物质的无限占
有；将收入与发展指数相结合，将人类在健康，教育
等方面的社会发展作为对传统的以收入衡量发展水平
的重要补充，这些，与持续发展的原则是一致的。
d,可持续发展的基本原则
? 基本原则
? 公平性原则
? 包括代际公平和代内公平
? 持续性原则
? 在生态系统保持相对稳定的范围内确定自己的消耗标准；
? 把资源当作财富，而不是把资源当作获得财富的手段。
? 系统性原则
? 将自然、社会、经济和文化等诸多因素看作一个综合系统；
? 人类的各种活动不能离开系统的综合分析和宏观调控。
? 评价体系
? 对可持续发展概念的理解
? 正确的评价体系
? 能够描述某一时刻发展的 各个方面 的现状；
? 能够描述某一时刻发展的 各个方面 的变化趋势；
? 能够描述发展的 各个方面 的协调程度；
对可持续发展概念的理解
? 可持续发展一词一经提出, 得到了全世界范围的广泛
认同并成为使用频率最高的词汇之一,可持续发展很快
成为一些学科的新开拓领地, 一个一个冠以可持续的
学科 （ 可持续 ×× 学 ） 产生了, 学术界也是一片可持
续热 。
? 对于可持续发展的 解释,各种文献中已下的定义已超过
100多个, 而讨论这些定义的论文已超过 1万多篇,有人
开玩笑, 对可持续发展定义的讨论将永远可持续下去 。
? 主要分歧
? 正确的理解
对可持续发展的解释
? 布伦特兰定义 (1972)：
满足当代人的需求, 又不损害子孙后代满足其需求能力的发展 。
（ 概念鲜明, 但空泛,不同的人可以有不同的解释 ） 。
? 世界自然保护同盟提出 (1980)：
资源的永续利用和生物体系的自然保护 （ 仅限于生态学的范畴 ）
? 美国世界资源研究所
建立极少废料和污染物的工艺和技术 （ 仅 反映技术人员的理解 ）
? 世界银行
建立在成本效益比较和审慎的经济分析基础上的发展和环境政策,
加强环境保护, 从而导致福利的增加和可持续水平的提高 （ 广泛
适用 ）
? 里约宣言
? 中国 21世纪宣言
里约宣言
? 1992年 6月在巴西里约热内卢召开的世界环境与发展大
会通过。
? 关于可持续发展的解释
? 人类应享有与自然和谐的方式过健康生活的权利，为了公平
地满足今世后代在发展和环境方面需要，求取发展的权利必
须实现。
中国 21世纪宣言
? 1994年发表。是世界上第一个完成国家级 21世纪议程
的国家，全称为《中国 21世纪议程 ——中国 21世纪人口、
环境与发展白皮书》。
? 可持续发展对于发达国家和发展中国家同样是必要的
选择，但对于象中国这样的发展中国家，可持续发展
的前提是发展。
主要分歧
? 南北国家的分歧
对可持续发展的不同解释和理解, 最终还是归结为南北国家, 或
发达和发展中国家的分歧 。
? 南方国家 (发展中国家 )认为：
? 要共同生存但要平等生存 。
? 北方国家（发达国家）认为：
? 要共同生存但不要计较平等与否。
? 不同领域的分歧
? 自然科学家,最容易发现环境问题带来的危害，不断的呼吁和警告；
? 经济学家,离开经济实力和经济刺激，一切都毫无意义，经济决定
科学的现实价值，决定道德价值。
? 社会学家,人不是技术的奴隶,也不是金钱的奴隶,一个人心不齐,
一个相差悬殊的世界是不可能持续的。
所以，可持续发展的概念中似乎有一些危险成分：
? 对发展的理解, 不同的国情有不同的理解, 对可
持续的理解也就不同了；
? 发展和可持续既能互补有时又是一对矛盾, 所以
将其放在一起有时会掩盖矛盾, 大家都欢迎, 大
家都按自己的理解去做 。
（ WTO,游戏规则, 三个意识等 ）
由于可持续发展的内容太广泛，几乎包括人类的一切
重要方面，这就把可持续发展变成一个大筐,什么都
可以装，都可以贴上这一时髦的标签，甚至变成一种
暗码,对不同的人有不同的含义，大家都把它奉为美德，
但都是别人必须奉行的美德。
正确的理解
? 正确的可持续发展概念应该是全面的 （图 15-12）
? 强调发展，并把消除贫困作为一项不可缺少的条件；
? 将环境保护作为衡量发展质量、水平和程度的标准之一；
? 强调国际之间的机会均等和代际之间的机会均等；
? 改变传统的生产和消费方式，应少投入多产出，多利用少排
放；
? 把自然界看作是人类生命的源泉和价值的源泉（文化）。
图 15-12 可持续发展图解
（ 2）资源与可持续发展
? 资源：
即自然资源, 自然界中人类可以直接获得的用于生产和生活
的物质 。
所谓直接获得：是指自然界中自然存在和产生的,
如：矿产资源, 水土资源, 动植物资源等
? 种类：
a,不可更新资源 (不可再生资源 ),如矿产资源 。
b,可更新资源 （ 可再生资源 ）,如土地, 水, 动植物资源 。
? 资源与可持续发展
? 对可更新资源保护其增殖能力 ———不能杀鸡取卵；
? 对不可更新资源要合理利用 —— 不要挥霍无度
（ 3）环境保护与可持续发展
? 环境保护是可持续发展的关键 （图 15-14）
? 环境保护的内容
? 保护自然资源
? 改变资源无价，原料低价，产品高价的现状
? 开发可再生能源
? 降低能耗，减少能源需求，开发新能源
? 倡导绿色工业
? 实行清洁生产 （图 15-15）
? 发展持续农业
? 提倡多种经营，避免水土流失，减少化学污染
? 保护生物多样性
图 15-14 环境保护与可持续发展的关系
图 15-15 清洁生产示意图
15.3.2 生态恢复
? 概念
? 恢复生态学的主要内容
? 恢复生态学的研究方法
（ 1）概念
? 生态恢复（ ecological restoration）
? 受损生态系统的恢复与重建。
? 1975年 3月召开了第一次, 受损生态系统的恢复, 的国际会议
? 各种生态系统恢复过程的特征
? 所有生态系统恢复过程中的一般性原理和概念；
? 人类参与下对生态系统恢复和重建的展望。
? 恢复生态学（ restoration ecology）
? 研究受损生态系统的恢复和重建的理论和科学。
? 恢复生态学是生态学的一个分支。
（ 2）恢复生态学的主要内容
? 恢复不是复原，包括在一定原则下的创造与重建。
? 完全的复原是不可能的；
? 应在恢复生态系统的结构，功能，与其他生态系统相融合的
原则下进行
? 主要内容
? 干扰与致损
? 受损机理与受损过程
? 恢复措施与恢复途径
干扰与致损
? 干扰
? 自然干扰：自然界偶发事件的干扰，如火山，地震等；
? 人为干扰：砍伐森林，开垦，过度放牧，工程等；
? 干扰的影响
? 干扰是生态系统致损的主要原因
? 干扰使生态系统的结构与功能发生位移（ displacement）；
? 位移的结果使结构和功能发生变化和障碍，形成破坏性波动
或恶性循环，造成生态系统受损。
? 对于干扰的研究
? 致损因子的确定；
? 受损类型与受损等级的评估体系的确定。
受损机理与受损过程
? 为受损生态系统的恢复提供理论与技术支持，是研究
的核心。
? 研究内容
? 受损生态系统的一般规律；
? 生物对胁迫因子的适应机理；
? 各种生态学过程的相互关系和相互作用。
恢复措施与恢复途径
? 自然干扰的恢复
? 自然干扰使生态系统返回到生态演替的早期状态。
? 新的演替过程将使生态系统趋于新的稳定。
? 人为干扰的恢复
? 人为干扰使生态系统的演替产生加速、延缓、改变方向或逆
向进行，形成脆弱的生态系统，恢复到原有的顶级状态已成
为不可能；
? 人类的参与可以加速恢复或进行改建与重建；
? 自然恢复也许是最好的途径
?, 三八, 线的启示；
? 沙漠治理的新途径。
? 自然生态系统的管理策略 （图 15-16）
? 四种结果：恢复，改建，重建，恶化。
? 重建对策与途径 （图 15-17）
图 15-16 自然生态系统管理的几种策略
图 15-17 受损生态系统恢复和重建的对策与途径示意图
（ 3）研究方法
? 描述与关联的方法
? 实验研究的方法
? 确定研究方法的原则
描述与关联
? 对系统现状的描述可以预测系统的演替方向；
? 对植物信息的描述可以预测生境；
? 对生境的描述可以预测植物的组成。
? 对系统原来演替的描述可以发现系统的受损情况。
? 生态系统是自然演替的结果；
? 与自然演替的对照即能预测系统的受损。
? 方法的局限性
? 对系统的预测依赖于原有的因果关系；这种关系本身难以了
解；
? 人为干扰的结果不可能恢复到原来的演替。
实验研究
? 实验研究必须在掌握系统知识的基础上进行；
? 实验研究的重点是测试种群和系统的工作机理；
? 实验研究的结果有助于建立真正可预测的生态系统。
确定研究方法的原则
? 要重视受损生态系统物理因子的研究；
? 能够进行种群过程和生态系统功能之间的联系的研究；
? 可以采用先进的研究手段和方法（如遥感,GIS等）；
? 要重视研究方法的研究
15.3.3 生态工程
? 概念
? 生态工程学原理
? 生态工程实例（自学）
（ 1）概念
? 生态工程（ ecological engineering,ecologineering）
? 生态工程是应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理、
结构与功能协调原则，结合系统分析的最优化方法，设计的
促进分层多级利用物质的生产工艺系统。
? 生态工程的目标是在促进自然界良性循环的前提下，充分发
挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益与生态效
益同步发展
（马世骏,1984）
? 生态工程与环境工程的区别
? 环境工程：利用各种科学原理防止与治理环境污染。
? 生态工程：利用生态系统所具有的自我设计特点进行恢复或
重建；低消耗，高效益，可持续。
（ 2）生态工程学原理
? 整体原理
? 必须在系统水平上进行整体调控，整体性质的了解又必须依
赖各种成分的性质及其相互关系的了解。
? 协调原理
? 必须维护生态系统结构与功能的协调性。
? 自生原理（ self-resiliency）
? 包括自我组织，自我优化，自我调节，自我再生，自我繁殖
和自我设计等一系列机制；
? 依靠自生原理进行设计和操作。
? 再生循环原理
? 利用生态系统的再生循环机制，调整循环运转的各个环节和
途径，协调各个环节的输入与输出量，保证各个环节的运转
的畅通
推荐阅读文献与思考题
? 推荐阅读文献
[1] 李博，高玉葆，弓耀明等, 普通生态学, 呼和浩特：内蒙古大
学出版社,1993
[2] 孙儒泳, 李博, 诸葛阳等, 普通生态学, 北京：高等教育出版
社, 1993
[3] Jordan W R,Gilpin M E,Aber J D,Restoration ecology,
Cambridge or New York Cambridge University Press,1993
? 思考题
? 研究全球变化有什么重大意义？
? 简述生物多样性的类型及保护意义。
? 简述环境保护对可持续发展的影响与作用。
? 全球变化
? 生物多样性保护
? 可持续发展
15.1 全球变化
? 概述
? 全球变化的生态后果
? 减缓全球变化的途径
15.1.1 概述
? 人类的生态环境
? 全球的环境问题
? 温室气体引起的全球变暖
? 土地利用和覆盖的变化
? 生态系统及生物多样性变化
（ 1）人类的生态环境
? 圈带构造
? 生态系统的反馈和调节功能
a,圈带构造
地球是圆形的，人们习惯于用圈带来描述人类的生态环境
? 大气圈 (Atmosphere)
总厚度 >1000km,成为生物环境的仅 16km（ 对流层内）；
? 水 圈 (Hydrosphere)
包括 71%的海洋，内陆淡水水域，地下水等；
? 岩石圈 (Lithosphere)
指 40— 50km厚的地壳；
上述三个圈带相互作用的结果，又产生了,
? 土 圈 (Pedosphere)
以岩石圈的风化层为母质，含有矿物质、水、有机质、生物和
微生物；
? 生物圈 (Biosphere)
生活在上述四种圈带界面上的生物。
b,生态系统的反馈和调节功能
? 生态系统所以能存在至今天，并将继续存在下去，是因为生态系
统具有很强的自我调节能力。
? 当生态系统中能量流动和物质循环较长时间的保持动态平衡，这
种状态叫生态平衡。
? 这是一种自调节稳态，或称为趋稳特性。
? 但这个能力有一个阈值：小生态系统或简单生态系统：阈值小
大生态系统或复杂生态系统：阈值大
（ 2）全球的环境问题
? 当今世界主要有三大（或五大）问题
? 人口，资源与环境（粮食、能源）
? 全球环境问题有八个
? 温室气体引起的全球气候变化
? 臭氧层的破坏
? 酸雨
? 土地荒漠化
? 热带雨林减少
? 生物多样性减少
? 有害废物的越境转移
? 海洋污染
? 全球变化的研究
? 以气候变化为研究核心
（ 3）温室气体引起的全球变暖
? 温室气体
? 温室气体浓度的增加
? 全球气候变暖
? 全球气候变暖的后果
a,温室气体
? 大气中对长波辐射有屏蔽作用的气体。包括 CO2,CH4,N2O
以及 CFC（ 碳氟氯烷）和水蒸气等。
? CO2的作用占 50%以上。
? CO2不仅能进行光合作用，维持地球的初级生产，也能吸收太阳的短
波辐射和地球的长波红外辐射，维持着太阳入射能量和地球的逸散
能量之间的平衡。从而使地球的平均气温保持不变。
b,温室气体浓度的增加
? CO2在大气中的浓度 （ ppm）
干洁空气 1880 80年代 2000年
315 284 330 379
预计 2050年达 415— 480 ppm
? CO2在浓度的月变化 （见图 15-1）
? 与工业革命前比较
? CO2,CH4,N2O分别增长了 30%,145%和 15%，
? 氟氯烷的体积分数从 50年代到 90年代中期迅速增加到 2.68× 10-10。
? CO2在源和库的年平均值见 表 15-1。
? CO2对气候变暖的 不确定性 。
图 15-1 CO2浓度的月变化
1958年 4月到 1991年 6月大气
中二氧化碳含量的曲线。夏
天，北半球（大部分陆地在
北半球）的植物吸收了大量
二氧化碳，曲线下降；冬天
落叶，曲线再次上扬。
由于化石燃料的燃烧及毁坏
森林的行为，曲线总的趋势
稳定升高。
表 15-1 1980-1989年 CO2源和库年平均值
CO2对气候变暖的不确定性
孤立看, 将地球上的碳氢化合物燃料全部消耗, 并假定其产生的
CO250％ 进入大气, 则空气的平均气温将升高 1－ 2℃ 。
但其他因素也影响大气的性质 。 如
1920－ 1940, 气温升高了 0.4℃
1940后燃料增加：气温反而下降 （ 十几个火山尘埃吸收了能量 ）
实际上, 70％ 的海洋面积是地球的一个大空调 。
? 海水温度升高, CO2逸出量大, 将加速气温升高 。
? 气温升高, 将导致海水蒸发量大, 大气中水汽含量高, 云量增加,
阻碍太阳辐射, 提高地球反射率, 将导致气温下降 。
有学者认为这是一个反机制, 所谓不确定性, 取决于反机制
的存在 。
c,全球气候变暖
? 近 100年北半球的气温变化见 图 15-2；
? 气象资料表明,1860年以来，全球地表年平均气温升
高了 0.3-0.6℃ ；
? 根据跨政府气候变化委员会预测，从 1990到 2100年，
全球陆面气温将增加 2℃ ；
? 运用气候模式进行的预测，气候变暖的趋势见 图 15-3。
图 15-2 近 100年北半球平均气温变化
? 全球气温在过去 100年内上升
了 0.3— 0.6℃,同时，有 6个
全球最暖年（分别为 1980，
1981,1983,1987,1988，
1989）均在 80年代。
图 15-3 运用气候模式对全球气候变暖的预测
有三种趋势：
? 温室体排放量趋势不变,
每 10年气温增长约
0,3℃
? 加速温室气体的排放,
每 10年气温增长约
0,8℃
? 基本不排温室气体, 每
10年气温增长约 0,06℃
? 第 2种趋势存在 90％ 的可
能性 。
d,全球气候变暖的后果
? 直接结果
? 间接结果
直接结果
? 直接结果 — 海平面上升
? 气候变暖的直接结果是世界各地冰川的溶化 （ 后退 ）, 引起
海平面的上升 。 在过去 100年中海平面升高了 10－ 20cm,海
平面升高的后果是严重的, 将直接威胁世界沿海城市及 30多
个岛屿的生存和发展 。 联合国的专家小组认为：当 2050年全
球海平面升高 30－ 50cm时, 世界各地约 1亿人口受到海等水
灾的影响；美国环保专家预测, 再过 50－ 70年, 东京, 大阪,
曼谷, 威尼斯, 圣彼得堡, 阿姆斯特丹以及中国等一些沿海
城市会被完全和局部淹没 。
? 2003年 7月新快报报道：因全球气候变暖, 广东沿海的海平面
正以每年 1cm的速度升高, 至 2030年, 将升高 30cm,可淹没
1154平方公里, 数以百万计的人口需要迁移, 直接经济损失
高达 1332亿元；若升高 1m,淹没面积将达 6520平方公里 。 对
三角洲威胁最大的是广州市, 佛山市和斗门县
间接结果
气候变暖的间接结果是灾害性气候：厄尔尼诺现象 。
a.厄尔尼诺及其成因
厄尔尼诺 （ elnino）, 西班牙语, 圣婴,,, 耶稣之子,,
因发生在圣诞节前后, 故称厄尔尼诺现象 。 是热带太平洋水域受到东南
向西北方向的信风 （ 洋面上的一股强风 ） 的影响, 造成澳大利亚附近的
洋面比南美地区的洋面高出约 50cm,使得与信风相反方向上空形成一股
暖流, 这股暖流就叫厄尔尼诺 。 （ 见图 15-4） 。
b,厄尔尼诺形成的机理
? 地心岩浆从海底结构板块间喷发, 其能量相当于 3000座核反应堆,
加热了上部海水；
? 可能与海底地震有关；
? 可能与海水含盐量有关 。
科学研究表明, 单位面积 100米深的海水温度增高 0,1℃, 其上的
大气温度将会增高 6℃ 。 由此引起全球大气环流和世界气候的异常 。
厄尔尼诺现象一般 3－ 7年发生一次, 且持续 12－ 24个月, 平均 17
个月左右, 近 45年已发生 13次, 97-99年为 14次 。
c.厄尔尼诺的危害
图 15-4 厄尔尼诺的成因
（ a） 正常情况 下，信风（ 东风）将表层暖水向西集结，冷水从南美（秘鲁）海洋深
处向上涌动，使海面水温西高东低；积雨云在暖水上空形成；
（ b） 厄尔尼诺：信风因某种原因变弱，使得集结在西部的暖水东移，使赤道东太平
洋附近洋面上的海水异常增温，即平均温度增高 0.5－ 2℃ 以上。积雨云也向东移动。
（ 4）土地利用与覆盖的变化
? 概念
? 土地利用与覆盖的变化类型
? 变化的影响
a,概念
? 土地覆盖（ land cover）
? 陆地表面生态系统类型及其生物的和地理的特征，如森林，
草原，农田等；
? 土地利用（ land use）
? 对土地的利用方式
? 前者更多地强调了自然因素，后者明显加入了人为因
素，多数情况下难以区别。
b,变化类型
? 森林转化为农田，人工设施等；
? 黄土高原，三江源等。
? 草原转化为农田，人工设施等；
? 草原的退化。
? 湖泊转化为农田，人工设施等。
? 湖泊面积已经大幅度缩减。
c,变化的影响
? 森林砍伐后,CO2的吸收量降低，焚烧和分解又释放出
大量的 CO2；
? 温室效应
? 直接改变陆地生态系统的结构和功能，影响生物地球
化学循环；
? 古文明的衰落
? 影响区域范围内的能量和水分收入，并进一步影响气
候特征；
? 亚马逊河流域的部分地区的严重干旱
（ 5）生态系统及生物多样性的变化
? 生态系统的变化
? 主要是陆地生态系统的变化
? 结构的变化。表现在
? 种群构成
? 群落结构
? 景观格局
? 功能的变化。表现在
? 初级生产力
? 生理生态过程
? 生物多样性变化
? 生物多样性是衡量生态系统生命力和持续性的重要指标；
? 生物灭绝的速度急速加剧；
? 生物多样性变化受到气候变化的重要影响。
15.1.2 全球变化的生态后果
? 生态后果的评价是极其困难的；
? 生态系统的短期波动和长期变异难以区分；
? 不同生物种对变化的反应有时截然不同；
? 不同地区的生态系统对于同一种环境变化也有不同的反应；
? 气候和气候变化本身具有时空分布的异质性。
? 生态系统水平上的变化后果
? 生产力、呼吸和分解
? 生物群落的空间分布
? 物种组成和生物多样性
? 生态系统的结构
? 生态系统的功能
? 其他研究领域
（ 1）生产力、呼吸和分解
? 全球变暖有助于高纬度地区植物生产力的提高；
? 在高温、干旱地区，将降低生态系统的生产力；
? 间接证据表明，全球气候的波动使整个生物圈的呼吸
和分解能力提高了 10%，但生产力并无明显变化。
（ 2）生物群落的空间分布
? 全球变暖将使气候向高纬度地区迁移
? 地表温度升高 2~3.5 ℃,气候带向高纬度迁移 1o，向高海拔迁移
100m；
? 生物的生境是由气候和其他环境因素综合决定的，并长期演化形成
的，气候的迁移将造成生物与生境关系的损害；
? 气候的变化将使生物群落在地理空间上重新分布（再分布）。
（ 3）物种组成和生物多样性
? 生物群落的迁移不是简单的空间上的平移，而是依据
其生态位在生长发育和繁殖上进行调节和适应，造成
各种群在其大小和作用上发生重组；
? 重组将使新环境下竞争力弱的物种淘汰，降低生物的
多样性；
? 新环境也可能导致新物种的产生；
? 环境变化的速度起着至关重要的作用。
（ 4）生态系统的结构
? 宏观结构的变化比较容易识别；
? 微观结构的变化影响深远；
? 温度升高使荒漠化地区的生态环境更加恶劣；
? 次生荒漠区的荒漠化进程加快；
? 主要建种群和次要建种群的更替。
（ 5）生态系统的功能
? 宏观功能包括为人类提供食物和各种必需品，以及人
类的生境；
? 功能的变化不易觉察，但非常重要；
? SARS病毒及许多疾病的变异。
? 研究指出,80％的癌症是环境因素造成的。
? 中国人的健康状况
（ 6）其他研究领域
主要有三个
? 微观层次上的生理学研究
? 如二氧化碳浓度对光合作用的影响；
? 植物、动物、微生物及多种环境要素的相互影响等。
? 生态系统的动态研究
? 长期的生态系统定位研究；
? 生态建模与实验研究的结合；
? 大范围生态与环境检测
? 长期的定位观测；
? 新技术的采用与改进（遥感,GIS等）。
15.1.3 减缓全球变化的途径
? 引起全球变化的主要原因
? 人口的增长；
? 人类对大自然的盲目开发和破坏；
? 减缓的途径
? 减缓气候变化
? 加强生态系统管理
? 建立减缓的机制
（ 1）减缓气候变化
? 控制温室气体和大气颗粒物的排放
? 控制化石能源的消耗；
? 提高化石能的能效
? 开发绿色能源：太阳能，风能，水能，地热，核能（特别是核聚
变能）；
? 提高土地利用率和生产力
? 植树造林
（ 2）加强生态系统管理
? 提高认识
? 人是整个自然环境的一部分；
? 适应并管理环境
? 人和自然关系的和谐与整体的持续性；
? 将生态管理的概念应用到人类活动的各个方面。
（ 3）建立减缓的机制
? 技术
? 技术是一柄双棱剑
? 管理
? 主要是政府的管理
? 法律
? 包括各国的法律与国际协约
? 教育
? 提高环境意识
15.2 生物多样性保护
? 生物多样性概念
? 生物多样性的格局
? 生物多样性的测度
? 濒危生物的评估与分级
? 生物多样性的保护
15.2.1 生物多样性的概念
? 生物多样性（ biodiversity）
? 生命有机体及其赖以生存的生态综合体（ variety） 的多样化
和变异性（ variability）；
? 地球上所有的生物（植物、动物、微生物）及其构成的综合
体。
? 生物多样性的内容包括三个层次 （图 15-5）
? 遗传多样性
? 物种多样性
? 生态系统多样性和景观多样性
? 生物多样性研究的进展
图 15-5 生物多样性的层次
（ 1）遗传多样性（ genetic diversity）
? 概念
? 所有生物个体中所包含的遗传物质和遗传信息。
? 物种和物种之间基因的多样性，包括分子，细胞和个体三个
水平上的遗传变异度，因而成为生命进化和物种分化的基础。
? 一个物种的遗传基因愈丰富，它对所生存的环境的适应能力
愈大，进化潜力也愈大。
? 遗传多样性
? 世界上的生物大约存在 109种不同的基因；
? 控制生命基础的基因在物种之间差别不大，少量特殊的基因
控制着物种的差异。
（ 2）物种多样性（ species diversity）
? 概念
? 生物类型及种类的多样性；
? 代表物种演化的进程，是进化机制的主要产物。
? 物种多样性
? 地球上的物种估计有 500万种，也有估计为 2500万种或 5000
万种，已被描述的有 170万种；
? 还有科学家指出：现存物种与已灭绝的物种之比达 1:10000。
? 中国的物种多样性居世界第八位，北半球第一；
? 世界上 90%的食物来源于 20个物种,75%的粮食来源于 7个物种。
（ 3）生态系统多样性和景观多样性
? 概念
? 生态系统多样性（ ecosystem diversity）
? 生态系统中生境类型、生物群落和生态过程的丰富度；
? 景观多样性（ landscape diversity）
? 与环境和植被具有动态联系的景观缀块的空间分布特征的多样性。
? 生态系统多样性
? 生态系统的动态特征和复杂性使生态系统多样性的划分难以
进行；
? 生态系统类型的划分必须考虑生物群落、生境以及气候条件；
? 景观多样性
? 景观多样性包括了所有其他层次的多样性；
（ 4）生物多样性研究的进展
? 生物多样性的研究已经从结构特征进入到功能特征
? 结构特征主要指生物物理组成或格局，包括种类成分、生境
的复杂性、景观中的缀块和其他生物多样性元素的格局；
? 功能特征主要指生态系统的生态过程和进化过程，包括基因
流动，干扰，养分循环等。
? 功能性研究可以定量化。
15.2.2 生物多样性的空间格局
? 生物多样性在地球上的分布是不均匀的
? 不同生物类群的物种多样性分布具有一致的趋势
? 特定生物类群在特定地区可以达到最大的物种多样
性
? 空间分布格局
? 分布格局成因
（ 1）空间分布格局
物种多样性呈现出宏观规律
? 在平面格局中，随着纬度的增加而降低；
? 在垂直格局中，随着海拔高度的增加而降低 （图 15-6） ；
? 受水分的影响，随着干旱程度的增加而降低；
? 受盐分的影响，随着海水深度的增加先降低而后升高。
图 15-6 生物多样性的宏观格局
a.安第斯山脉鸟类种数随海拔高度的变化；
图 15-6 生物多样性的宏观格局
b.美国亚利桑那山植物种类随海拔高度的变化
（ 2）分布格局成因
? 成因：多样性分布格局形成的驱动力
? 主要成因：
? 地质历史
? 地质历史越古老，越具有生物的多样性
? 环境异质性和资源多样性
? 生境如含有多种不同的资源比，就有较多的物种共存
? 岛屿生物地理学理论
? 岛的面积越大，且离大陆越近，生物多样性越高
? 生物因素
? 生物因素包括种间关系，生态位幅等，如共生、寄生、传粉、捕
食、竞争等，是影响生物多样性的重要因素
? 尺度因素
? 大尺度上物理因素起主导作用，小尺度上生物因素起主导作用。
15.2.3 生物多样性的测度
? 各种生物多样性指标的测定
? 快速生态学评估
（ 1）各种生物多样性指标的测定
? 遗传多样性的测定
? 物种和群落或生态系统水平上多样性的测定
? 景观生物多样性的测定
? 生物多样性测定的意义
a,遗传多样性的测定
? 遗传多样性的功能等级
? 遗传多样性的测定
遗传多样性的功能等级
? 形态学水平的变异
? 形态学的变异是遗传变异的重要线索，最易进行；
? 染色体水平的变异
? 染色体变异包括了基因的重排和重组；
? 等位酶水平的多样性
? 利用等位酶谱带和等位基因间的明晰关系，已广泛采用；
? DNA水平的变异
? 直接测定 DNA序列，进入到分子生物学的领域。
遗传多样性的测定
? 种群内的遗传多样性测定
? 丰富度（ richness）,同一种群内在一个位点上等位基因的数
目，用 na表示；
? 均匀度（ evenness）,一个种群内第 i个等位基因的频度
（ πi）。
式中,N— 种群的大小；
fi— 种群中第 I个等位基因的数目。
则某一点上等位基因的多样性即为丰富度与均匀度的综合：
? 式中,Hdc— 等位基因的频度
fij— 一个种群内第 i个位点上第 j个等位基因的数目。
Nfii 2/??
?
??
?
anji
ijfNH d c /1
Meta-种群内亚种群内遗传多样性的测定
? 公式
式中,HT— Meta-种群的基因多样性；
Hs— 种群内基因多样度；
式中,n— 该位点上的等位基因数；
ri— 该位点上第 i个等位基因在 Meta-种群中的平均数；
式中,n— 所定的种群的总数；
gij— 第 i个种群在该位点上第 j个等位基因的频率；
mi— 第 i个种群在该位点上的等位基因数
TsTst HHHF /)( ??
?
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i
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1
21
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j
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1
2
1
/)1(
b,物种和群落或生态系统水平上多样性的测定
? α多样性
? β多样性
? γ多样性
α多样性
? 群落内生物种类数量及生物种类之间相对多度的一种测量
? 常用的 α多样性指数有：
? 物种丰富度指数 ；
? Shannon-Wiener指数 ；
? Simpson指数
? α多样性指数的应用条件
? 取样的样方应无限大，或已经对样方中的物种及数量有了解；
? 实际应用时应对公式进行必要的修改，或几个指数同时应用。
物种丰富度指数（ D）
? 一个群落中所有实际物种数目的测量
D=S/N
式中,S— 物种数目；
N— 所有物种个体数之和。
? 当研究的对象是是样本而不是整个群落时：
D=（ S-1） lgN
Shannon-Wiener指数（ H）
? 公式
式中,ni— 第 i个种的个体数目
N— 群落中所有种的个体数目
当以 pi=ni/N时，即第 i个种的相对多度时，也可表示
为：
? 公式表明,H越大，群落中生物种类增多，群落的复杂
性，即多样性增大。
??? )/l g (/ NnNnH ii
??? ii ppH lg
Simpson指数（ D）
? 公式
? Simpson指数实际上就是 Shannon-Wiener指数（ H） 中
的相对多度。
? Simpson指数和 Shannon-Wiener指数（ H） 不仅考虑了
群落内的物种数目，也考虑了每个物种的相对多度。
? ??? NnppD iii /,1 2
β多样性
? 主要表示生物种类对环境异质性的反应；
? 可以理解为群落间的相似性指数或同一地理区域内不
同生境中生物物种的周转率；
? 不同生境间生物种类组成的相似性越差,β多样性越高；
? Whittaker指数（ βw）
? Cody指数（ βc）
? Wilson和 Shmida指数（ βT）
? Bray-Curtis指数（ CN）
Whittaker指数（ βw）
? 公式
式中,S— 研究群落中的物种总数；
ma — 样方的平均物种数。
)1/( ?? aw mS?
Cody指数（ βc）
? 公式
式中,g(H)— 沿生境梯度 H而增加的物种数目；
I（ H） — 沿生境梯度 H而减少的物种数目。
2/)]()([ HIHgc ???
Wilson和 Shmida指数（ βT）
? 公式
? 该指数是前面两个指数的结合。
aT mHIHg /)]()([ ???
Bray-Curtis指数（ CN）
? 公式
式中,Na— 样地 A的物种数；
Nb— 样地 B的物种数；
Nj— 样地 A和 B共有种中的个体数目较少者。
? 该指数主要考虑了种的相对多度。
)/(2 bajN NNNC ??
γ多样性
? 主要描述生物进化过程的生物多样性；
? 地理尺度上的 α多样性；
? 或地理尺度上 β多样性。
c,景观生物多样性的测定
? 指景观水平上的生物多样性。
? 测定方法 —— 类似性分析
? 结合 α,β,γ3种多样性的分析方法，并以种为列，以样地为
行的数据矩阵进行的统计分析，再进行计算机模拟，并与实
际数据进行比较。
? 分析结果被称为缀块多样性或 γ多样性在多维梯度上的
扩展。
d,生物多样性测定的意义
? 主要用于生态学的比较研究中，不能用于生物保护；
? 多样性指数只能用作一种分析指标，而不能定义多样
性本身；
? 多样性指数只是一种狭义的多样性，或是广义多样性
中的部分内容。
（ 2）快速生态学评估（ rapad ecological assessment）
? 国际自然保护协会（ The Neture Conservancy,简称 TNC）
? 国际性生物多样性保护组织。
? 快速生态学评估
? 主要用于难以进行生物多样性评估的地区
? 缺乏基础资料的地区；
? 地形复杂难以调查的地区；
? 调查费用过高难以承受的地区。
? 步骤 （图 15-7）
? 确定地理位置及尺度；
? 收集卫星遥感图象及各种地图（生态区划图，土地覆盖图，植被图）；
? 收集高空感应器的各种地图；
? 收集航空勘测的各种地图；
? 必要的野外考察。
? 综合分析，确定具有保护价值的地区和处于潜在危机的地区
图 15-7 快速生态评估流程
15.2.4 濒危生物的评估与分级
? 濒危生物的评估
? 根据生物保护的目的确定需要保护的物种、生境和生态系统；
? 生物濒危的原因是复杂的，因此确定生物濒危程度的因子也
是多方面且相互影响的 （表 15-2） ；
? 濒危生物的分级
? 确定保护的优先级,Mace和 Lande评估系统 （表 15-3）
? 根据生物多样性元素在自然界的分布状况，将物种分为 5个等
级,TNC（ 世界自然保护协会）系统
TNC系统
? G1— 全球极度危机的物种
? 在分布区有小于 5次的出现记录，或少于 1000个成熟的个体，
如我国的熊猫；
? G2— 全球危机的物种
? 在分布区有 6-20次出现记录，或仅有 1000-3000个成熟个体；
? G3— 不常见但不危机的物种
? 分布区有 21-100次出现记录，或 3000-10000个个体；
? G4— 较常见非濒危的物种
? 应做长远考虑
? G5— 在分布区具有高丰富度，没有濒危危险的物种
? 也可能是稀有物种（如梵净山的银杉）
表 15-2 用于确定植物种濒危程度的因子
表 15-3 确定濒危种保护优先等级的方法
15.2.5 生物多样性保护
? 生物多样性保护现状
? 生物多样性保护途径
（ 1）生物多样性保护现状
? 世界的现状
? 中国生物的多样性
? 中国生物多样性的损害
（ 2）生物多样性保护途径
? 就地保护
? 迁地保护
? 离体保护
a,就地保护
? 是一种建立自然保护区进行生物多样性保护的途径。
? 全世界已建成 1000ha以上的自然保护区 4500多个,列入联合
国国家公园和保护区清单的有 3500多个,总面积达 425万 km2,
其中最大的格陵兰国家公园,占地 7000万 ha。
? 我国已建 700多个保护区, 占国土面积的 5.54%,如吉林长白
山, 四川卧龙, 贵州梵净山, 湖北神龙架等 。
? 我国还有 480个风景名胜区, 和 510个森林公园 。
? 保护区的规划与建立
? 自然保护区与持续发展
保护区的规划与建立
? 确定保护对象的标准
? 保护区规划尚未解决的主要问题
? 建立保护区的基本原则
? 保护区的一般模式
确定保护对象的标准
? 特色性
? 具有稀有物种的生物群落具有优先保护权；
? 危机性
? 存在濒危物种的生物群落应优先考虑；
? 效用性
? 对人类具有利用价值或潜在利用价值的物种具有优先等级。
保护区规划尚未解决的主要问题
? 保护区的面积以多大为宜；
? 以大面积保护还是以多个小面积保护
? 保护区的形状与最佳效益的关系；
? 保护区内濒危物种的个体数量与灭绝的关系；
? 确保不灭绝的最小个体数量应为多少
? 保护区之间应彼此联系还是可以独自分离
建立保护区的基本原则
? 保护区的面积
? 应尽可能大，但须遵循物种数 -面积曲线原理 （图 15-8） ；
? 保护区的形状
? 主要考虑边缘效应；
? 破碎化影响
? 减少人工设施对保护区的分隔；
? 优先保护对象
? 确定优先保护的植物或动物及其生境；
? 保护区之间的联系
? 应避免保护区处于完全孤立的状态；
? 人为活动的影响
? 应考虑人为活动，但要减少人为活动的影响。
图 15-8 物种数目与物种迁入率及灭绝率的关系
保护区的一般模式
? 联合国教科文组织（ UNESCO） 提出的人与生物圈计划
（ MAB） 见 图 15-9。
? 保留未受干扰的核心区，并受绝对保护；
? 建立一个缓冲带，允许研究人员进行检测和管理，并进行无
破坏性的研究；
? 在保护区与人类活动区之间还要有一个过渡带，进行各种实
验性科学研究
图 15-9 保护区的一般模式
自然保护区与持续发展
? 自然保护区的成效
? 泰国以 8%的国土面积保护了 88%的鸟类；
? 扎尼尔以 3.9%的国土面积保护了 89%的鸟类；
? 自然保护区的管理
? 确保保护区内的物种及种群能够长期存在；
? 发挥保护区的应有潜力；
? 尽可能地扩大保护区。
b,迁地保护
? 野生植物的迁地保护,
? 利用植物园 ; 已建成 110多个 (如武汉磨山植物园 )；
? 建立迁地保护中心和繁育中心,进行保护性繁育；
? 野生动物的迁地保护,
? 利用动物园；共建动物园 41个,加上大型公园中的动物展区,
总数达 175个；
? 建立迁地保护中心和繁育中心 ; 以保护为目的的有 26座,以商
业为目的的 230个 ;
c,离体保护
? 作物品种及其亲缘种的收集和保存
? 我国作物遗传资源的收集总数达 35万份,已入库的作物遗传种
质达 23万份；
? 家养动物品种的收集与保存
? 已保存禽畜地方良种 398个,并在建设一批具有现代化水平的
动物细胞库和动物精子库, 以及配子库 。
15.3 可持续发展
? 环境与可持续发展
? 生态恢复
? 生态工程
15.3.1 环境与可持续发展
? 概述
? 资源与可持续发展
? 环境保护与可持续发展
（ 1）概述
? 问题的提出
? 环境与发展前景展望
? 增长与协调发展
? 可持续发展的基本原则
a,问题的提出
1983年第 38届联合国大会委托瑞典首相布伦特兰夫人为领导组成
了, 世界环境与发展委员会,,该委员会经过几年的工作, 于
1987年提出了一份报告, 题目是, 我们共同的未来,,首次提出
了, 持续发展, 概念 。 原文是：
,本委员会相信, 人民有能力建设一个更加繁荣, 更加正义和更
加安全的未来, 我们的报告－, 我们共同的未来, 不是对一个污
染日益严重, 资源日益减少的世界环境恶化, 贫困和艰难不断加
剧状况的预测 。 相反, 我们看到了出现一个经济发展新时代的可
能性, 这一新时代必须立足于使环境资源库得以持续发展的政策 。
我们认为, 这种发展对于摆脱发展中世界许多国家正在日益加深
的巨大贫困是完全不可缺少的,
这份报告有两个基本内容：
? 肯定了, 一个一个污染日益严重, 资源日益减少的
世界的环境恶化, 贫困和艰难不断加剧, 的现状 。
? 提出了, 必须立足于使环境资源库得以持续发展的
政策,, 使得, 出现一个经济发展新时代, 成为可
能 。
这份报告的贡献在于：
? 把环境与发展这一矛盾看作一个整体, 环境制约发
展, 而只有发展才能解决环境问题 。
b,环境与发展前景展望
? 环境与发展前景的展望实质上是人类对自己未来的展
望 。 自古以来一直有着各种看法 。 归纳起来, 也可以
说是两种, 乐观派和悲观派 。
? 中国的哲学史上, 有关, 人天 （ 自然界或环境 ） 关系,
的争论就有两个学派：
? 孔子和老子 ——悲观派代表：
孔子,, 天命论,,, 尊天命,,, 畏天命,
老子,, 自然无为,,认为人在自然面前无能为力 。
? 旬子 ——乐观派
主张, 明于天人之分,,提出, 制天命而用之,,即最早的
人定胜天思想。
? 当代的两派
? 以, 罗马俱乐部, 为代表的悲观派
? 以康恩为首的乐观派
以, 罗马俱乐部, 为代表的悲观派
? 1968年 4月，意大利的经济学家贝切尼鼓动和召集了意
大利, 美国、德国、日本等十个国家的科学家、人类
学家、实业家和国家国际文职人员在罗马科学院集会,
由此诞生了, 罗马俱乐部,, 该俱乐部的主要代表人
物 是 美国麻省理工学院教授米都斯（ D.L.Meadows） 为
首的研究小组，历时 21个月,耗资 25万美元,完成了一
个报告 ——, 增长的极限,,形成了当代的一大流派。
? 该报告采用系统动力学的理论和方法，对人口、粮食
工业化、非再生资源和环境污染等五大问题及其相关
关系进行了系统研究。
主要观点：
? 认为人口增长, 粮食生产, 工业发展, 资源消耗和
环境污染都在呈指数增长；如果速度不变,则在 21
世纪的某个时候, 将达到增长的极限, 到时,系统
将趋于崩溃 （ 图 15-10） ；
? 科学进步不足以摆脱这种恶性循环；
结论,停止人口增长和经济发展 （ 图 15-11）
意义,引起了全世界对五大问题 (人口, 粮食, 能源,
资源, 环境 )的关注；
问题, 1) 忽略了科学进步的作用；
2) 模型过于简单, 不能完全反映客观情况 。
如任何事物都不可能稳定在指数增长, 大多呈波浪
形发展 。
,增长的极限, 对五大问题列举了 十种表现,应该说，
在 30多年后的今天，这些表现依然严重存在：
? 人口爆炸
? 人类缺乏计划和规划
? 支持人类生活的四大系统－农田, 牧场, 森林, 渔业已开发
过度, 生态系统已受到威胁；
? 世界性经济危机使人类必须重新审查基本的经济观念
? 军备竞赛和核武器的使用
? 人类社会过于拥挤, 带来一系列的犯罪
? 无政府主义状态的技术
? 陈旧的和不适应现状的社会制度
? 东西之间的紧张局势和南北之间结构上的不平衡
? 人类缺乏道德和政治上的领导, 领导人中没有人替全人类讲
话
图 15-10 系统崩溃图
图 15-11 停止增长图
以康恩为首的乐观派
以美国赫德森学院美国未来研究所所长 H.康恩 （ H.Kahn） 为主要
代表, 针对, 增长的极限,,采用了逐条批驳的形式, 发表了
,下一个 200年 ——美国和世界的一幅远景,
主要观点,五大问题是过渡性问题, 可以通过技术进步加以解决的；
认为, 1976年的前 200年和后 200年,即 1776-2175这 400年为世界
由贫穷 —繁荣的过渡时期, 即所谓的, 大过渡理论,
提出,到 2175年,世界人口 150亿,总产值 300万亿,人均 2万美元 。
意义,有助于克服悲观心理, 强调了科技进步的作用
问题, a.对人类面临的困境认识不足；
b.过分强调科技进步的作用, 忽视了资源因素和社会因素 。
c,增长与协调发展
? 增长与发展
? 协调发展
? 实际情况
增长与发展
? 增长,主要指国民生产总值的增长,即经济增长。
? 发展,既包括经济增长，也包括社会进步,只有经济增长了，经
济结构，社会关系，经济关系和经济管理体制也有了进步和改善，
我们才能说是发展了。
协调发展
? 是指在以人类为核心和主体的全球生态经济系统中,
人类通过不断理性化的行为和规范, 以协调人类社会
经济活动和自然生态的关系 。 包括,（ 三个方面 ）
? 经济发展和环境的统一, 既要发展经济, 又不能破坏我们赖
以生存的环境
? 人类的持久生存, 要追求美好的生活, 又要使人类永久的生
存；世代福利；既要追求当代的美好生活, 又要追求子孙的
美好生活
? 资源分配的当前和长远利益, 既要满足我们的需要, 也要满
足子孙的需要
? 这就是早在 1981年奥尔利欧,佩奇在, 世界的未来, 和
R.布朗在, 建设一个持续发展的社会, 中提出的协调
发展的思想
实际情况
? 我们面临着一个两难的选择：
? 一方面：面对西方国家的经验, 我们不能不补课,不能不超
越：这需要我们高速发展经济；即使我们保持 8%的经济增长
速度, 我们与发达国家仍有几十年的差距；我们必须努力赶
上, 否则, 在这弱肉强食的全球一体化进程中, 我们有被开
除球籍的危险 。
? 另一方面：我们又不能自毁家园, 以牺牲环境来谋求发展,这
样无异于杀鸡取卵,也有被开除球籍的危险 。
? GNP和 HDI
? GNP,国民生产总值
? HDI,人文发展指数
GDP
GNP历来是衡量一个国家或地区的经济发展水平的重要
指标, 但是近年来, 有人喊出了打倒 GDP的口号, 因为
GNP很难反映甚至掩盖一个事实, 就是某个地方的生产
发展了, 但居民的健康和环境却恶化了, 这种发展是
,吃祖宗饭,断子孙粮,,在这方面,
? GDP仅仅是一个 数字
? GDP有时起着, 鼓动浪费,,, 包庇污染,, 甚至, 为
虎作伥, 的作用
HDI
? HDI为人文发展指数,是由出生时的预期寿命，成人识
字率和综合入学率,经修正的实际人均收入合成得到，
以衡量人类发展方面已实现的福利水平。
? HDI 强调了国家的发展应从以物为中心转向以人为中
心，强调了达到合理的生活水平而非对物质的无限占
有；将收入与发展指数相结合，将人类在健康，教育
等方面的社会发展作为对传统的以收入衡量发展水平
的重要补充，这些，与持续发展的原则是一致的。
d,可持续发展的基本原则
? 基本原则
? 公平性原则
? 包括代际公平和代内公平
? 持续性原则
? 在生态系统保持相对稳定的范围内确定自己的消耗标准；
? 把资源当作财富，而不是把资源当作获得财富的手段。
? 系统性原则
? 将自然、社会、经济和文化等诸多因素看作一个综合系统；
? 人类的各种活动不能离开系统的综合分析和宏观调控。
? 评价体系
? 对可持续发展概念的理解
? 正确的评价体系
? 能够描述某一时刻发展的 各个方面 的现状；
? 能够描述某一时刻发展的 各个方面 的变化趋势；
? 能够描述发展的 各个方面 的协调程度；
对可持续发展概念的理解
? 可持续发展一词一经提出, 得到了全世界范围的广泛
认同并成为使用频率最高的词汇之一,可持续发展很快
成为一些学科的新开拓领地, 一个一个冠以可持续的
学科 （ 可持续 ×× 学 ） 产生了, 学术界也是一片可持
续热 。
? 对于可持续发展的 解释,各种文献中已下的定义已超过
100多个, 而讨论这些定义的论文已超过 1万多篇,有人
开玩笑, 对可持续发展定义的讨论将永远可持续下去 。
? 主要分歧
? 正确的理解
对可持续发展的解释
? 布伦特兰定义 (1972)：
满足当代人的需求, 又不损害子孙后代满足其需求能力的发展 。
（ 概念鲜明, 但空泛,不同的人可以有不同的解释 ） 。
? 世界自然保护同盟提出 (1980)：
资源的永续利用和生物体系的自然保护 （ 仅限于生态学的范畴 ）
? 美国世界资源研究所
建立极少废料和污染物的工艺和技术 （ 仅 反映技术人员的理解 ）
? 世界银行
建立在成本效益比较和审慎的经济分析基础上的发展和环境政策,
加强环境保护, 从而导致福利的增加和可持续水平的提高 （ 广泛
适用 ）
? 里约宣言
? 中国 21世纪宣言
里约宣言
? 1992年 6月在巴西里约热内卢召开的世界环境与发展大
会通过。
? 关于可持续发展的解释
? 人类应享有与自然和谐的方式过健康生活的权利，为了公平
地满足今世后代在发展和环境方面需要，求取发展的权利必
须实现。
中国 21世纪宣言
? 1994年发表。是世界上第一个完成国家级 21世纪议程
的国家，全称为《中国 21世纪议程 ——中国 21世纪人口、
环境与发展白皮书》。
? 可持续发展对于发达国家和发展中国家同样是必要的
选择，但对于象中国这样的发展中国家，可持续发展
的前提是发展。
主要分歧
? 南北国家的分歧
对可持续发展的不同解释和理解, 最终还是归结为南北国家, 或
发达和发展中国家的分歧 。
? 南方国家 (发展中国家 )认为：
? 要共同生存但要平等生存 。
? 北方国家（发达国家）认为：
? 要共同生存但不要计较平等与否。
? 不同领域的分歧
? 自然科学家,最容易发现环境问题带来的危害，不断的呼吁和警告；
? 经济学家,离开经济实力和经济刺激，一切都毫无意义，经济决定
科学的现实价值，决定道德价值。
? 社会学家,人不是技术的奴隶,也不是金钱的奴隶,一个人心不齐,
一个相差悬殊的世界是不可能持续的。
所以，可持续发展的概念中似乎有一些危险成分：
? 对发展的理解, 不同的国情有不同的理解, 对可
持续的理解也就不同了；
? 发展和可持续既能互补有时又是一对矛盾, 所以
将其放在一起有时会掩盖矛盾, 大家都欢迎, 大
家都按自己的理解去做 。
（ WTO,游戏规则, 三个意识等 ）
由于可持续发展的内容太广泛，几乎包括人类的一切
重要方面，这就把可持续发展变成一个大筐,什么都
可以装，都可以贴上这一时髦的标签，甚至变成一种
暗码,对不同的人有不同的含义，大家都把它奉为美德，
但都是别人必须奉行的美德。
正确的理解
? 正确的可持续发展概念应该是全面的 （图 15-12）
? 强调发展，并把消除贫困作为一项不可缺少的条件；
? 将环境保护作为衡量发展质量、水平和程度的标准之一；
? 强调国际之间的机会均等和代际之间的机会均等；
? 改变传统的生产和消费方式，应少投入多产出，多利用少排
放；
? 把自然界看作是人类生命的源泉和价值的源泉（文化）。
图 15-12 可持续发展图解
（ 2）资源与可持续发展
? 资源：
即自然资源, 自然界中人类可以直接获得的用于生产和生活
的物质 。
所谓直接获得：是指自然界中自然存在和产生的,
如：矿产资源, 水土资源, 动植物资源等
? 种类：
a,不可更新资源 (不可再生资源 ),如矿产资源 。
b,可更新资源 （ 可再生资源 ）,如土地, 水, 动植物资源 。
? 资源与可持续发展
? 对可更新资源保护其增殖能力 ———不能杀鸡取卵；
? 对不可更新资源要合理利用 —— 不要挥霍无度
（ 3）环境保护与可持续发展
? 环境保护是可持续发展的关键 （图 15-14）
? 环境保护的内容
? 保护自然资源
? 改变资源无价，原料低价，产品高价的现状
? 开发可再生能源
? 降低能耗，减少能源需求，开发新能源
? 倡导绿色工业
? 实行清洁生产 （图 15-15）
? 发展持续农业
? 提倡多种经营，避免水土流失，减少化学污染
? 保护生物多样性
图 15-14 环境保护与可持续发展的关系
图 15-15 清洁生产示意图
15.3.2 生态恢复
? 概念
? 恢复生态学的主要内容
? 恢复生态学的研究方法
（ 1）概念
? 生态恢复（ ecological restoration）
? 受损生态系统的恢复与重建。
? 1975年 3月召开了第一次, 受损生态系统的恢复, 的国际会议
? 各种生态系统恢复过程的特征
? 所有生态系统恢复过程中的一般性原理和概念；
? 人类参与下对生态系统恢复和重建的展望。
? 恢复生态学（ restoration ecology）
? 研究受损生态系统的恢复和重建的理论和科学。
? 恢复生态学是生态学的一个分支。
（ 2）恢复生态学的主要内容
? 恢复不是复原，包括在一定原则下的创造与重建。
? 完全的复原是不可能的；
? 应在恢复生态系统的结构，功能，与其他生态系统相融合的
原则下进行
? 主要内容
? 干扰与致损
? 受损机理与受损过程
? 恢复措施与恢复途径
干扰与致损
? 干扰
? 自然干扰：自然界偶发事件的干扰，如火山，地震等；
? 人为干扰：砍伐森林，开垦，过度放牧，工程等；
? 干扰的影响
? 干扰是生态系统致损的主要原因
? 干扰使生态系统的结构与功能发生位移（ displacement）；
? 位移的结果使结构和功能发生变化和障碍，形成破坏性波动
或恶性循环，造成生态系统受损。
? 对于干扰的研究
? 致损因子的确定；
? 受损类型与受损等级的评估体系的确定。
受损机理与受损过程
? 为受损生态系统的恢复提供理论与技术支持，是研究
的核心。
? 研究内容
? 受损生态系统的一般规律；
? 生物对胁迫因子的适应机理；
? 各种生态学过程的相互关系和相互作用。
恢复措施与恢复途径
? 自然干扰的恢复
? 自然干扰使生态系统返回到生态演替的早期状态。
? 新的演替过程将使生态系统趋于新的稳定。
? 人为干扰的恢复
? 人为干扰使生态系统的演替产生加速、延缓、改变方向或逆
向进行，形成脆弱的生态系统，恢复到原有的顶级状态已成
为不可能；
? 人类的参与可以加速恢复或进行改建与重建；
? 自然恢复也许是最好的途径
?, 三八, 线的启示；
? 沙漠治理的新途径。
? 自然生态系统的管理策略 （图 15-16）
? 四种结果：恢复，改建，重建，恶化。
? 重建对策与途径 （图 15-17）
图 15-16 自然生态系统管理的几种策略
图 15-17 受损生态系统恢复和重建的对策与途径示意图
（ 3）研究方法
? 描述与关联的方法
? 实验研究的方法
? 确定研究方法的原则
描述与关联
? 对系统现状的描述可以预测系统的演替方向；
? 对植物信息的描述可以预测生境；
? 对生境的描述可以预测植物的组成。
? 对系统原来演替的描述可以发现系统的受损情况。
? 生态系统是自然演替的结果；
? 与自然演替的对照即能预测系统的受损。
? 方法的局限性
? 对系统的预测依赖于原有的因果关系；这种关系本身难以了
解；
? 人为干扰的结果不可能恢复到原来的演替。
实验研究
? 实验研究必须在掌握系统知识的基础上进行；
? 实验研究的重点是测试种群和系统的工作机理；
? 实验研究的结果有助于建立真正可预测的生态系统。
确定研究方法的原则
? 要重视受损生态系统物理因子的研究；
? 能够进行种群过程和生态系统功能之间的联系的研究；
? 可以采用先进的研究手段和方法（如遥感,GIS等）；
? 要重视研究方法的研究
15.3.3 生态工程
? 概念
? 生态工程学原理
? 生态工程实例（自学）
（ 1）概念
? 生态工程（ ecological engineering,ecologineering）
? 生态工程是应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理、
结构与功能协调原则，结合系统分析的最优化方法，设计的
促进分层多级利用物质的生产工艺系统。
? 生态工程的目标是在促进自然界良性循环的前提下，充分发
挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益与生态效
益同步发展
（马世骏,1984）
? 生态工程与环境工程的区别
? 环境工程：利用各种科学原理防止与治理环境污染。
? 生态工程：利用生态系统所具有的自我设计特点进行恢复或
重建；低消耗，高效益，可持续。
（ 2）生态工程学原理
? 整体原理
? 必须在系统水平上进行整体调控，整体性质的了解又必须依
赖各种成分的性质及其相互关系的了解。
? 协调原理
? 必须维护生态系统结构与功能的协调性。
? 自生原理（ self-resiliency）
? 包括自我组织，自我优化，自我调节，自我再生，自我繁殖
和自我设计等一系列机制；
? 依靠自生原理进行设计和操作。
? 再生循环原理
? 利用生态系统的再生循环机制，调整循环运转的各个环节和
途径，协调各个环节的输入与输出量，保证各个环节的运转
的畅通
推荐阅读文献与思考题
? 推荐阅读文献
[1] 李博，高玉葆，弓耀明等, 普通生态学, 呼和浩特：内蒙古大
学出版社,1993
[2] 孙儒泳, 李博, 诸葛阳等, 普通生态学, 北京：高等教育出版
社, 1993
[3] Jordan W R,Gilpin M E,Aber J D,Restoration ecology,
Cambridge or New York Cambridge University Press,1993
? 思考题
? 研究全球变化有什么重大意义？
? 简述生物多样性的类型及保护意义。
? 简述环境保护对可持续发展的影响与作用。
