第三章 可持续生态系统
生物和生态系统这颗星球上最突出
的标志。生物世界是一个绚丽多彩,奥
妙无穷的世界。生物之间既存在着为生
存而进行的竞争和搏斗,又存在着互相
依存、互惠互利的共一关系。正是这些
错综复杂的相互关系,才形成千姿百态
的生命形式。
第一节 生态系统的基本原理
生态系统是生态学的一个基本功能
单位,它就像一部有许多零件组成的机
器,这些零件之间靠能量的传递而互相
联系并完成一定的功能。人类所生活的
生物圈内,就有无数大大小小的生态系
统。
1.1 生态系统的概念
所谓生态系统就是指生物(包括植
物、动物、微生物和人类)与它们赖以
生存的环境之间通过物质循环和能量流
动互相作用、互相依存而构成的一个有
机整体。
生态系统=生物群落+环境条件
1.2 生态系统的组成
任何一个生态系统,不论是简单还
是复杂,都是由四个基本组分构成,即:
生产者、消费者、分解者和非生物成分。
这些组成成分在物质循环和能量流动中
各自发挥着特定的作用,并形成整体功
能,缺一不可,使整个生态系统正常运
行。
1.2 生态系统的组成
1.2 生态系统的组成
生产者主要包括全部绿色植物和某
些能进行光合作用的细菌,它们利用太
阳能并从周围环境中摄取得无机物合成
有机物,以供自身和其他生物营养,为
生态系统中的其他生物提供赖以生存的
食物,是有机物的最初制造者,是生态
系统中的最积极因素。
1.2 生态系统的组成
消费者是指只能依赖生产者生产有
机物为营养来获得能量,维持自身的生
命活动。它们是异养生物。按它们的食
性不同,可分为草食动物和肉食动物。
1.2 生态系统的组成
分解者主要是指细菌、真菌等微生
物和某些原生动物,如鞭毛虫等,它们
是生态系统的, 清洁工, 。它们依靠分
解动物和植物的排泄物和尸体取得营养
物质和能量,同时又将组成动植物残体
的复杂有机物分解为简单的无机物,归
还给无机环境,以供植物再次利用,所
以又称它们为还原者。
1.2 生态系统的组成
生态系统的各组成成分既有分工,
也有协作。生产者为消费者和分解者直
接或间接地提供食物;消费者把生产者
的数量控制在非生物环境所能承受的范
围内;生产者和消费者的残体、排泄物
最终被分解者分解为无机物,供植物重
新利用。正是生产者、消费者、分解者
和非生物环境之间的协调统一,使生态
系统这部, 大机器, 能够正常运转。
1.3 食物链与食物网
在自然界中,植物所固定的能量通
过一系列的取食和被取食有关系在生态
系统中传递,我们把生物之间存在的这
种传递关系称为食物链。
1.3 食物链与食物网
在任何生态系统中都存在着两种最
主要的食物链,即捕食食物链和碎屑食
物链,
前者是以活的动植物为起点的食物
链,如:草地 草 → 蝗虫 → 蛙 → 蛇 → 鹰;
森林 树叶 → 松毛虫 → 鸟 → 蛇 → 野猪都
属于这种类型。
1.3 食物链与食物网
后者是以死生物或腐屑为起点的食
物链。例如,森林中的动植物尸体被微
生物分解早用,而微生物又被小动物利
用,小动物又被大动物利用,就属于这
种类型。如:植物残体 → 蚯蚓 → 线虫类
→ 节肢动物。
1.2 生态系统的组成
1.4 生态系统的功能
生态系统在自然界中民以能够存在
下去,是因为经常不断从外界获得能量。
在生态系统中能流和物质流的行为是由
信息决定的,而信息又寓于物质和能量
的流动之中,物质流和能量流是信息流
的载体。因此,能量流动、物质循环和
信息传递是生态三大基本功能。
1.4 生态系统的功能
1、生态系统中的能量流动
生物之所以成为生物,就在于他有
生命,而生命来自于运动-生态系统中
不断进行着能量流动和物质循环。
1.4 生态系统的功能
1.4 生态系统的功能
2、生态系统中的物质循环
在生态系统中仅随时地进行着能量
的转换和流动,而且无时无刻不在进行
着物质的循环。生态系统中的一切生物,
无论是植物、动物、还是微生物,都是
由运动着的物质构成的。这所有的生物
都是地球长期演化的产物。
1.4 生态系统的功能
( 1)水循环
地球上的生命最初是在水中产生的。
就总体而言,地球上的水是丰富的。水
面积要占地球总面积的 71%,其中 97%
在海洋,3%分布在陆上的河水、胡水、
地上水、土壤水,以及存在于极地冰雪
和冰川中的固态水和存在于大气中的气
态水。
1.4 生态系统的功能
1.4 生态系统的功能
( 2)碳循环
碳也是构成生物体的主要元素之一,它主要以二
氧化碳的形式储存于大气之中。绿色植物通过光合作
用,吸收空气中的二氧化碳,与水形成碳水化合物;
在经植食动物、肉食动物和人的以食过程中,这些碳
水化合物沿着食物链逐级移动,并为其他含页面碳化
合物;植物、动物和人的残体或尸体及排泄物经过微
生物的分解,释放出二氧化碳,重新返回大气之中。
此外,人、动物和大部分植物的呼吸,木材、煤炭、
石油的燃烧等等,也使二氧化碳返回大气中。这些返
回大气的二氧化碳,又重新被植物所吸收,开始新的
循环。
1.4 生态系统的功能
1.4 生态系统的功能
( 3)氮循环
氮是构成生命物质-蛋白质的主要元素之一。大气中
有大量的氮,约占大气的 79%。但是,这些游离于大气
中的氮,除了一部分在雷电时形成氮的氧化物,被雨水带
到土壤中变成硝酸盐外,大部分在雷电时形成氮的氧化物,
被雨水带到土壤中变成硝酸盐外,大部分却不能被植物所
直接吸收。生态系统中氮的循环,主要依赖于具有固氮能
力的生物固氮作用。如:根瘤菌首先将空气中的游离氮转
变民氮的氧化物,再经过硝化细菌的硝化作用,转化为亚
硝酸盐或硝酸盐,才能被植物所吸收。植物吸收亚硝酸盐
或硝酸盐后,合成了生命物质蛋白质。于是,氮就以蛋白
质的形式,沿着食物链在生物之间转移。
1.4 生态系统的功能
1.4 生态系统的功能
3、信息传递
生态系统中能量、物质流动的过程,其实
总是同时伴随着信息的流动。例如,麦苗在农
地里生长、蝗虫吃麦苗、蛙吃蝗虫、蛇吃蛙、
鹰吃蛇,在这样一条食物链上,进行着的是能
量和物质在各个营养级之间转移的过程,但显
然也是有关的信息在不同营养级之间输出和输
入的过程。因为能量和物质的转移有赖于各中
动物的捕食行为,这种行为发生的时间、地点、
程度,却是由动物年获得的信息决定的。
1.4 生态系统的功能
生态系统中生产者之间发生着复杂
的信息联系。常为人知的是植物的他感
作用。这是指植物产生的次生代谢物质
在植物生长过程中,通过信息抑制其他
植物的生长、发育并加以排队的现象,
常称为异株克生现象。
1.4 生态系统的功能
生态系统的各组成成分之间都伴随着信息
的流动。整个生态系统中能流和物流的行为由
信息决定,而信息又寓于物质和能量的流动之
中,物质流和能量流是信息流的载体。生态系
统中生物与生物之间,生物与无机环境之间之
所以能组成一个相互协调的整体系统,除了依
靠能量交换和物质循环以外,也同各种物理因
子、化学物质所携带的信息的传递和反馈作用
是分不开的。
1.5 生态系统的稳态
现代生态学告诉我们,一个正常运
行的生态系统应当是结构相对稳定,能
量和物质的输入、输出接近相等,生产
过程和消费、分解过程大体平衡的系统。
生态系统的这种状态常被称为生态系统
的稳态。
1.5 生态系统的稳态
生态系统的稳定状态并不是静止的,
而是处于不断变化发展之中的相对稳定,
它取决于生态系统的自我维持和自我调
节功能。在一个自然系统内,有许多对
立的因素在起控制作用。
1.5 生态系统的稳态
影响生态系统稳态的因素很多,包
括自然因素和人为因素。火崇山峻岭喷
发,地震等可在瞬间使生态系统遭到破
坏,甚至毁灭。然而,在自然条件下,
即使生态系统受到了较严重的干扰,也
总是会自发地通过群落演替,恢复原先
的稳定状态,重建失去了的生态平衡,
只是所需的时间,比受轻微干扰的长。
1.5 生态系统的稳态
自然界中,一切生物都是与周围的
环境同处于一个生态系统里,它们既相
互储存,又相互制约,都随着自然生态
系统的发展而发展。只有调节好生态系
统中各组成成分的关系,遵循大自然的
规律,才能使生态系统保持稳定的状态,
使自然界最大可能地维持人类的发展,
造福于子孙后代。
第二节 生态系统的退化
随着科学技术的进步,生产力的发展,人
类开始向自然挑战,用科学改造自然,用自然
促进生产,达到人与自然的共同进步。然而,
好景不长,人类为拥有先进的科学技术而骄傲,
为发现大自然这座宝库而欣喜,于是不顾一切
地开采资源,以, 人定胜天, 的信心与决心将
我们美丽的大自然变得面目全非,大自然愤怒
了,转过身来,向人类发起进攻。一桩桩令人
惊骇的, 报复, 事件为, 水能覆舟, 提供了论
据。
2.1 生态系统退化的概念
生态系统退化是旨自然灾害或人类
对自然资源过度减少、生物生产力下降
以及系统生产潜力衰退、资源丧失等一
系列生态恶化现象。
由于自然资源的不合理利用、污染
物的乱排乱放、盲目的毁林开荒、必草
为田等等原因,全国乃至世界医学界内
生态系统退化的例子不胜枚举。
2.1 生态系统退化的概念
1、生态系统退化的特点
( 1)结构性失衡
生态系统是由生产者、消费者、分解者和
非生命成分四大要素构成的,通过食物链和食
物网进行着物质的循环、能量的流动和信息的
传递,维持着生态系统的稳态。如果四者之中
的某一成分的数量发生剧烈变化或种类增失,
都会给生态系统的稳态造成重大损坏,继而生
态系统走向退化与衰亡。
2.1 生态系统退化的概念
( 2)功能性失衡
生态系统有四大功能,即:生物生产、能
量流动、物质循环和信息传递。在系统正常运
行时,这四种功能均能正常发挥,而当人类干
扰超过一定限度时,生物生产量降低,能量流
动受阻,物质循环不畅通,传递不准确、迅捷,
从而生态系统失去稳态,走向崩溃与瓦解。
2.1 生态系统退化的概念
2、生态系统退化的特征
( 1)生物多样性降低
( 2)生产力下降
( 3)食物链、食物网简单化
( 4)生物利用和改造环境能力弱化、功能
衰退
( 5)物质循环、能量流动出现危机和障碍
2.2 生态系统退化的原因
1、自然因素
2、人为干扰
2.3 人类对生态系统的破坏
1、生物入侵
2、乱捕滥猎,过度采挖珍稀动植物
3、乱砍滥伐,过度放牧
4、毁林、毁草造田,垦荒,围湖造田
5、城乡建设占用大量耕地,矿山开发使林地、
草原、耕地受损
6、农林牧配置不合理,内部生物品种单一化,
耕作技术不合理
7、环境污染对生态系统的破坏
8、人为火灾与战争
2.4 生态系统的退化的危害
1、物种灭绝、生物资源锐减,地球难以支
撑人类
2、土壤侵蚀
3、土地沙漠化
4、土地盐渍化
第三节 受损生态系统的恢复与重建
生态系统的相对稳定是人类赖以生
存与发展的必要条件。维护与保持生态
平衡,促进生态系统的良性循环和健康
发展,是关系到人类前途和命运的重大
课题。自然生态系统是在长期的历史发
展中形成的。组成一个生态系统的生命
系统和非生命系统的各种因素之间是相
互协调的,从而形成一个完整的生态单
元。
3.1 生态系统恢复与重建
重建已损害或退化的生态系统,恢
复生态系统的良性循环和功能的过程。
因此生态恢复过程可能使生态系统恢复
到原先的状态,但由于自然条件的复杂
性及人类社会对自然资源利用的取向影
响,生态恢复并不意味着在所有场合下
都能够或必须使被恢复的生态系统都恢
复到原先的状态。
3.1 生态系统恢复与重建
受损生态系统因管理对策的不同,可能有以下 4
种结果,
( 1)恢复到它原来的状态;
( 2)重新获得一个既包括原有特性,又包括对
人类有益的新特性;
( 3)由于管理技术的使用,形成一种改进的和
原来不同的状态;
( 4)因适宜条件不断损失的结果,保持受害状
态甚至不断恶化。
第四节 可持续生态系统
全球环境问题的应对、缓解和最终
解决必须通过全球各国家,各种族人民
的共同努力。人类依然以破坏自己的生
存环境为代价。片面追求经济发展的时
代虽然还未过去,但越来越多的人们已
开始具有认识和保护人类生存环境,追
求持续发的意识,越来越多的国家正在
采取行动。
4.1 可持续发展理论
可持续发展理论是指, 既满足当代
人的需要,又不对后代人满足其需要的
能力构成危害的发展。, 这是 20世纪 70
年代由生态环境学家基于全球生态危机
日益加深而提出的一个关于发展的全新
概念,主张经济、社会、资源、环境、
人口之间相互协调地发展。
4.1 可持续发展理论
, 只有当人类向自然的索取,能够
同人类向自然的反馈相平衡时;只有当
人类为当代的努力,能够同人类为后代
的努力相平衡时;只有当人类为本地区
发展的努力,能够同为其他地区共建共
享的努力相平衡时,,全球的可持续发
展才能够真正实现。
4.2 可持续生态系统的内涵
可持续的生态系统是人类可持续发
展的重要前提。生态系统服务以及产生
这些服务的生态系统本身对地球生命支
持系统功能的发挥是至关重要的,它们
直接或间接地改善着人类的福利,并因
此而体现了全球总经济价值的一部分。
4.3 可持续生态系统遵循的基本规律
1、相互依存与制约规律
2、物质循环与转化规律
3、物质输入和输出的动态平衡规律
4、协同进化规律
5、最大阈限规律
4.4 生态系统可持续发展的有效途径
1、生物多样性的保护
2、对生物资源的开发利用与系统的再生产
能力相协调
3、污染物排放与自然生态系统的自净能力
相协调
4、应用高新技术,促进系统发展
5、因地制宜,注重整体和局部的统一