第十五章节应用生态学课件

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1、21世纪 生态学的挑战,第十五章 应用生态学,21世纪人类面临的最大生态学挑战 人们发现： 地球环境正在全面恶化中，甚至于威胁人类自身的生存。 当今，人类活动对于环境或地球生态 系统的影响问题已经上升为现代生态学的 焦点 ，而全面、充分了解各种生态系统的 生态过程是科学确定环境对策的关键。,人类的努力: 1972年6月联合国在瑞典斯德哥尔摩召开了第一次世界性人类环境会议，通过了人类环境宣言和人类环境行动计划。 1992年，联合国在巴西召开了 环境与发展政府首脑会议，通过了21世纪议程，签署了生物多样性公约、气候变化框架条约等， 并且达成了共识走可持续发展的道路。 我国政府已经签署了生物多样性公

2、约和气候变化框架条约，并且最早制定了中国21世纪议程。 1996年3月，八届全国人大第四次会议通过的国民经济和社会发展“九五”计划和2010年远景目标纲要，把可持续发展作为重要战略。,2002年8月26日-9月4日在南非约翰内斯堡举行 的可持续发展世界首脑会议就可持续发展通过目标明确的行动执行计划并发表了政治宣言，推动了全球可持续发展事业进入一个新阶段。 月日中国国务院总理朱镕基在会议上讲话时宣布，中国已核准联合国气候变化框架公约京都议定书 然而: 美国是世界头号排污大国，它却不执行京都议定书。很多国家的政府代表、非政府组织和媒体指出，美国是世界上经济最发达的国家，却也是最大的污染国。,一、地

3、球环境变化的主要表现 1998年美国科学279 (5350） :491-497刊登了美国生态学会秘书长J. Lubchenco 进入环境世纪的文章介绍， 提出了下列6 结论：,从工业革命以来大气的二氧化碳浓度提高了30%； 人工固氮的总量已经超过了天然固氮总量； 人类利用的地表淡水，已经超过可用总量的1/2； 近二千年来，地球上大概有1/4的鸟类物种已经灭绝； 有1/3到1/2的陆地面积已经被人类活动所改变； 接近2/3的海洋渔业资源已经过捕或耗尽。,根据南极冰芯中所含气泡组成测定的16万年间大气二氧化碳和温度变化的同步。（http：/www.epa,gov/globalwarming/cli

4、mate/index.html ),（一）大气的二氧化碳浓度与全球气候变暖,温室效应是指大气中二氧化碳和甲烷等污染物导致全球气温上升的理论。 大气中二氧化碳含量上升的主要原因是化石燃料的燃烧和地球表面植被的破坏。 空气中二氧化碳浓度的准确测量和记录已持续120多年，这段时间里，二氧化碳水平增加，同时全球温度上升0.4-0.7。根据模型的预测，如果将大气中的二氧化碳浓度在现有水平上翻倍，气温将继续上升3.5左右。 温室效应引起的影响将是深远的，如极地的冰会融化，海洋会因热而膨胀，海平面上升，最终导致全球气候的大规模变化。另外，全球变暖会引起生物的迁移，这种迁移或者是为寻求适宜的温度，或者是为适应

5、变化的环境，或者是面临灭绝的反应。生物的这种迁移会引发热带病，生境由温带气候变成热带气候就有可能导致这类病（如疟疾）的流行。,厄尔尼诺 （El Nino ，原含义是“基督的孩子”，因为它出现在圣诞节季节而得此名）现象是当今人类最具挑战性问题，它对于海洋生物种群造成了巨大的生态后果，例如曾经是世界海洋鱼类产量最高的秘鲁鯷鱼，其产量曾在1982-1983年由特大El Nino 而崩溃。在常年中，南美西海岸海洋表面温度较低，上升流将营养物质从海底带到海洋上层。但在El Nino 出现时，它阻挡了上升流，上层的营养物质供应大量减少，其影响达到大部分食物链。浮游植物初级生产力剧烈下降，上层吃浮游植物的鯷

6、鱼及其捕食者种群生物量就大为降低。 对于厄尔尼诺 的预报，最初也开始于秘鲁，根据预报不仅能够减少损失，而且从调整种植水稻-棉花的面积获得好处，现在有澳大利亚，巴西, Ethiopia，印度等国家也已经从实施预报中收到利益。,（二）人工固氮的总量已经超过了天然固氮总量,1960-1997年世界氮肥消费（百万吨）,Colorado灌溉和旱作的小麦、玉米年产量的变化,大量有活性的含氮化合物进入土壤和各种水体以后对于环境产生的后果，其影响范围可能从局域卫生到全球变化，深至地下水、高达同温层。 (1) 水体硝酸盐（NO3）浓度对于生物是危险的，例如，它可以引起婴儿的“蓝婴病 ”。硝酸盐在消化道中可以转化

7、为亚硝酸盐，当亚硝酸盐与血红蛋白相结合形成正铁血红脘 , 它导致红血细胞输氧功能的损失，婴儿皮肤因缺氧而呈蓝色，尤其是在眼和口部，蓝婴病即由此而得名。这种病还可能与皮肤病和一些癌有联系。硝酸盐是高溶解性的，容易从土壤淋洗出来，污染地下水和地表水，在使用化肥过多的农田区是一个严重问题，至少已经有了30余年历史。 (2) 流入池塘、湖泊、河流、海湾的化肥氮造成水体富氧化，藻类和蓝细菌种群大暴发，死体分解过程中大量掠夺氧，造成鱼类、贝类大规模死亡。海洋和海湾的富氧化称为赤潮，某些赤潮藻类还形成毒素，引起记忆缺失、肾脏和肝脏的疾病。造成水体富氧化和赤潮的原因，除过多的氮以外，还有磷，两者经常是共同起作

8、用的。,（三）臭氧层和紫外辐射 臭氧存在于大气上层，它吸收短波太阳辐射（特别是200-300 nm范围）形成了保护地球表面免受紫外辐射的护罩。不幸的是某些物质，特别是用作喷雾器中的推进剂和空调、冰箱中的制冷剂氯氟烃（CFCs）即氟里昂，其中的氯原子，破坏臭氧分子 。 同温层臭氧降低50%以上，就形成所谓的臭氧空洞，它已经在两个半球的高纬度地区观察到了。 紫外辐射对于人的健康、作物和自然植被是有害的。 因为DNA也吸收280-320nm波长的紫外辐射，危害DNA分子，所以地球表面紫外辐射的提高将使皮肤癌病例上升。紫外辐射还危害植物的光合作用，能导致初级生产力下降 。 臭氧空洞威胁很大，国际社会已

9、经通过维也纳臭氧层保护协定（1985）和蒙特利尔协议（1987），同意在20世纪末停止使用CFCs, 欧洲社会则在1997年。 近来也有报道预期，这个行动将使我们已经制造的危害逆转，或许在一个世纪之内，使大气臭氧回到它自然平衡水平。,南极臭氧空洞 （根据NASA提供的1999年10月3日的假彩色卫星象）,（四）酸雨问题 煤和石油在燃烧中产生二氧化碳和水蒸气，喷涌出氧化氮和二氧化硫到大气中。当这些气体溶于雨滴中时转变为酸，导致酸雨。 酸雨的分布比较广泛。在工业化很高的地区，雨的pH可能下降到3到4 之间，这相当于自然雨水酸度的100 到1000倍。酸雨在某些地区的后果十分严重，例如美国东北部和加

10、拿大，北欧的斯堪的纳维亚。这些区域的河流湖泊是贫养的，因此没有溶解的盐来缓冲酸的输入，所以其pH可能降低到4.0，足以阻碍鱼类和其它生物的生长发育，甚至于死亡。 我国降水酸度由北向南逐渐加重，华东、西南地区普遍发生酸雨，成了世界第三大酸雨区。1982年重庆地区入夏后连降酸雨，使2万亩水稻，叶子突然枯黄，状如火烤，几天后枯死。另外，酸雨因腐蚀性很强，会大大加速建筑物腐蚀速度，可成为摧残文物古迹的原凶。,德国被酸雨损害的树林, 这些树更易遭受干旱、疾病和昆虫的危害,（五） 荒漠化 荒漠化是导致土地资源丧失的另一世界性重大环境问题。据联合国环境规划署的资料，全球沙漠化土地有4560万平方公里，几乎等

11、于俄罗斯、加拿大、美国和中国面积的总和。其中60%在亚洲和非洲。现在世界上平均每分钟就有10公顷的土地变成荒漠，每年要损失600万公顷的农田和牧场，直接损失约260亿美元。 我国也是受荒漠化危害较深的国家之一。有关研究资料表明，我国荒漠化土地70年代为每年1560平方公里，90年代初增加到每年2100平方公里，到世纪末扩展到每年3436平方公里。北京2005年6 月17日 “世界防治荒漠化与干旱日”宣布，全国沙化土地已由上世纪末每年扩展3436平方公里转为每年减少1283平方公里。 造成荒漠化的主要原因是：草原开垦，过度放牧。 治理沙漠化，应该采取治理与预防相结合，以预防为主的方针。我国采取了

12、沙障和植物固沙相结合，乔、灌、草防沙林与农田相结合，人工造林与丰育相结合，调整土地利用结构和合理放牧相结合等等一系列措施，使大约10%的地区的沙漠化得到控制，12%的沙漠化土地恶化情况得到改善。,（六）谈水资源 现在世界有三分之一人口的淡水供应不足； 30年后，经受淡水供应不足的人口将加倍,2005年10月26日，因巴西亚马孙河流域遭遇严重干旱，一头牛正在接近干涸的库鲁阿伊湖湖底喝水。,二、环境与人类健康 良好的空气质量、 清洁的饮用水、干净 无污染的食品、最低 的无毒化学物和紫外 辐射的暴露等都已经 成为人类健康的重要 问题；这是一些明显 的例子，还有一些 不很明显的例子. (参考: 健商H

13、Q， 加谢华真著）。,(1) 有些传染性疾病曾盛极一时，之后得到控制降低， 现在又重新严重起来。例如疟疾和肺结核病在全世界许多地方又卷土重来。鼠疫、白喉、登革热、流行性脑膜炎、黄热病和霍乱在潜迹数年后又在许多国家重新出现，威胁了公共健康。有些病还可能再次爆发流行。 根据世界卫生组织的报告，传染病的几个头号杀手是急性肺炎(370万)，肺结核(290万)，腹泻(250万)，HIV艾滋病(230万)和疟疾(150-270万)。 ( 2) 一些以前没见过的传染病正以惊人的速度涌现。过去20年间已鉴别出30多种新型传染病和高度传染的疾病。 毒力很强的埃博拉出血热，西尼罗病毒和SARS病毒。 对于这些病和

14、HIV艾滋病，我们尚无有效药物和疫苗。 ( 3) 新病的出现和旧病的再发有许多原因：如国际旅游人数的增加，人口稠密的大城市的增多 ，全球化贸易，以及食品生产、处理与加工程序的改变，由食物致病的危险一直在增长。,土地利用实践、气候变化以及人口密度是许多疾病的发生和传播的变化。例如，人类砍伐森林，划出土地作为新的居所，这些曾经是野外动物和昆虫栖息的地方，导使人类致病的可能性极高，人们往往无法控制蚊子和其他疾病载体的侵害。一些流行病的新变化，如莱姆关节炎，锥虫病、吸血虫病、霍乱、黄热病等的加剧，都是由于土地利用变化而引起的；在亚马逊河地区，由于造路和运输木材，加上人口密度的增加，疟疾的发生和扩散更加

15、猖獗（例如，锥虫病、疟疾和寄生虫）。,(4) 人类疾病增加的另一个重要原因是大量新的合成化学物品： 大量不易分解的新化学合成物品，如 DDT等被不断生产出来和释放到大自然中；在这些新化学物品中，只有少数的种类，其变化和动态得到监察；而新化学物品的生物学后果，尤其是它们之间的协同作用，大部分还是未知的；特别是那些对于激素系统和生长发育的影响有密切关系的化学物品，与人类健康息息相关。,三、生物多样性 1生物多样性价值 (1) 直接价值 它们给人类提供了食物、纤维、药物（如各种中药、维生素、鱼油等）和燃料、建材等的使用价值，这些是人们普遍认识的。 (2) 间接价值 对环境和生命维持系统的调节功能（例

16、如CO2和O2的平衡，水土保持、土壤形成、净化环境等），这部分以往被认为是人们可以“免费”使用的、公共的自然恩施。 生物多样性的间接价值，明显地大于可以作为买卖价值的直接使用价值。 （3）伦理或道德价值（ethical value）:认为每种生物都有自己的生存权利。对伦理价值还是有争论的概念，所谓“深层生态学家 deep ecologists” 就持有这种观点。哲学家把价值分为工具主义价值和内在价值两类，道德价值属于内在价值之一。不管如何，加强生态意识和生态道德是当前的重要任务。,2、生物多样性丧失及其危害 一般的说，生物多样性分为物种多样性、生态系统多样性和遗传多样性。 (1) 物种损失 生物物种的灭绝是自然过程，但是灭绝的速度和方式，由于人类活动对地球的影响而大大加速。有学者估计，自1600年以来， 人类已经导致75 % 的物种灭绝。 Reidh 和Miller（1989）估计，鸟、兽两类， 1600-1700年间 大约每10年灭绝一种；而18