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1、人类对自然界生态平衡的探索历程1课时1 人类对自然界生态平衡的最初认识生态平衡指的是一定的动植物群落和生态系统在发展过程中，各种对立因素通过相互制约、转化、补偿和交换等作用，达到一个相对稳定状态。比如，在自然情况下，某一地区的棉蚜由于受到瓢虫、草蛉等天敌的控制，它的种群数量维持在低度水平，不致引起棉花的减产。早在十九世纪中叶，达尔文在他的物种起源一书里，曾经用“生存斗争”来概括生态系统中各种生物之间以及它们跟无机环境之间的复杂关系。达尔文依据观察到的事实，认为在一个区域里猫的多少，通过田鼠、土蜂等环节可以决定三叶草长得是不是繁盛。事实上，自然界的各种关系远不是这样简单，用达尔文的活来说，“在战
2、争之中，更有战争，此起彼伏，胜负迭见”。然而，最后各方面的努力常常达到一个均衡状态。虽然细微的变动完全能使一种生物压倒另一种生物，可是自然界的面貌却可以在一个相当长的时间里保持一致。这是因为对于每一个物种来说，在不同的生命时期、不同的季节或者年份，大致总有不同的因素在作用着；其中常有某一种或者几种的作用力量最大，但是总要凭全部作用的汇合来决定那个物种的平均数，甚至决定它的生存。达尔文说：“当我们在河岸上看到生长茂密的植物或灌木，以为它们的种类和个数比例的决定是由于所谓偶然机会，但是这个看法是多么荒谬！每个人都听说过，当美洲的一片森林被砍伐以后，会有一片极不相同的植物群出现。在美国南部古代印第安
3、的废墟上，我们可以推想，以前地面上的树木一定曾经全部清除过，可是现在所生长的植物却和周围的原始森林，显示了同样美丽的多样性和同样比例的树种。”这就是说，一个生态系统在相当长的时间里是相对均衡、稳定的。因为在这个生态系统中，各种生物之间、甚至整个自然环境中的各种因素，都是相互作用着的。达尔文的这种概括对于认识有机界的人口规律，无疑是很有价值的。正象恩格斯说的：“自然界中的有机体也有自己的人口规律，不过这种规律还完全没有被研究过，而证实这种规律，一定会对物种进化的理论有决定性的意义。是谁在这方面给了决定性的推动呢？不是别人，正是达尔文。”2 生态学的提出继达尔文之后，德国进化论者海克尔在1869年
4、，首次把研究生物和环境相互关系的科学叫生态学。1935年英国植物学家但斯雷提出生态系统概念。这一概念把生物群落和它所在的无机环境，看成是一个完全的自然实体；它在相当长的时间里，各种成分的数量关系和状态保持稳定，趋向相对平衡。因为在生态系统中的生物群落，具有自我维持和修复重建的能力。20世纪四十年代初，美国生态学家林德曼对一个面积五十公顷的湖泊作了野外调查和室内分析，最后用确切的数据说明生物量随食物链的顺序，是从绿色植物向食草动物、食肉动物等不同营养级转移，并且有稳定的数量级比例关系。通常后一级生物量只等于或者小于前一级生物量的十分之一（或者百分之十）。林德曼把生态系统中能量的不同利用者之间必然
5、存在的这种定量关系，叫做十分之一定律。如果把这种关系表示在图上，用横坐标表示生物量，在纵坐标上把食物链中各级消费者的数量依次逐级标出，那么整个图形就象个金字塔，叫做群落中的数量金字塔。现在，生态学家一般都用生态系统来表示某一有机体和物理环境，某一有机体和生物环境，以及生物环境和物理环境之间的复杂关系。这种关系也可以说构成了一个生态模型。在这个模型中，X可以是动植物，也可以是人类本身。如果X是人类本身的话，那么物理因素和有机体之间的相互转化，就要包括所有的环境科学，包括人类生理学和地理学；生物因素和有机体之间的相互转化，就要包括农业、林业和传染病害；而在有机体之间的关系，甚至可以把所有的社会科学
6、都包括在里面。的确，生态学在过去几十年的转变是很剧烈的。现在生态学家不仅引用了一套新技术，包括标记元素、地质化学、遥感、自动侦察、计算机模拟和化学分析的大量运用等，而且还从其它学科领域引进稳定态、反馈和能量等概念，用来研究生态学的问题。生态学近年来进展是很快的，它将在消除污染、维持生态平衡、为人类创造更美好的环境方面，发挥越来越大的作用。3 人类在生态系统中的角色在人类出现之前，影响生态系统的因素，除了光、热、雨等气候条件以及土壤的物理化学特性和生物间的相互作用外，没有人为因素影响。但是，人类在地球上出现以后，情况就发生了很大变化。从生态学的角度来说，人虽是生态系统的组成部分，人的环境也是生态
7、系统的环境。但是，人类活动的因素不同于其它系统的组成部分，它对自然界有着深刻而巨大的影响，能在自然界打下自己的印记。当然，人和自然的关系不是单方面的，而是相互作用的。随着人对自然界的影响越来越大，自然界对人的反作用也日益暴露出来。早在19世纪70年代，恩格斯就明确指出：“我们不要过分陶醉于我们对自然界的胜利。对于每一次这样的胜利，自然界都报复了我们。”他举出历史上的事例来说明这种情况：美索不达米亚、希腊、小亚细亚以及其他各地的居民，为了想得到耕地，把森林都砍完了。但是，他们想不到这些地方现在变成了不毛之地，因为这些地方失去了森林，也就失去了积聚和储存水分的中心。阿尔卑斯山的意大利人，砍光了山南
8、坡茂密的森林，他们却没有想到，这样一来，他们将高山畜牧业的基础给摧毁了，更没料到，他们这样做，竟使山泉枯竭，而在雨季又使更加凶猛的洪水倾泻到平原上来。随着工业生产的发展，在带给人们许多好处的同时，也出现了环境污染问题。环境污染是指人类活动对空气、水域、土壤等自然环境的影响和破坏，并且给人类和其他生物带来一定的危害。环境污染引起人们的注意，是从用煤开始的。十九世纪中叶以来，煤的消耗量的增加是很惊人的。近年来，由于大量燃烧煤等化石燃料和砍伐森林，不仅煤烟污染事件不断发生，而且大气中的二氧化碳含量也迅速增加，按体积计算，从原来的万分之二十八增加到现在的万分之三十二。而大气中的二氧化碳浓度不断增加的结
9、果，可导致全世界的气候异常，这对于动植物的生长和人类的生活，后果将是非常严重。第二次世界大战以后，环境污染更加严重，不仅污染物的种类扩大了，除机械粉尘、汞、铅、氢化物和煤烟外，又增加了放射性污染；而且污染物的数量也增加了，单是工业发达的美国，每年就要排放大量废气、污水和固体废渣。因此，严重污染事件屡见不鲜。这就不能不引起人们的极大关注。1962年，美国女生物学家莱切尔卡逊通过阅读大量资料和实地考察，写成著名的寂静的春天一书。她在书中用丰富而翔实的资料说明大量使用化学农药以后，使得自然界发生一系列的变化，一些地方已经从繁荣的春天变成了寂静的春天。环境污染问题的出现，再次证明人类的活动对自然界的变
10、化有重大影响。4 环境科学的出现近二三十年以来，经过各国科学家大量的调查研究，证明工业”三废”（废水、废气、废渣）的大量排放或者不适当的使用化肥、农药而引起的环境污染，跟生态系统的破坏有密切的关系。我们知道生活在生物圈里的几百万种生物，在长期的进化过程中，生物和生物之间，生物和周围环境之间，形成一个相互联系、相互制约的生态系统。在这个系统中，同生命有关的物质，象碳、氢、氧、氮、硫、磷等都在不断的循环更新。这样，污染物就可以在循环中得到净化，也就是说，自然界本身有自净的作用。但是，当地球上的物质循环系统的自净作用遭到破坏时，就会使生态系统失去平衡，产生环境污染。这种破坏有时是自然因素如火山、地震
11、、气候异常等造成的；有时是人为因素如盲目的砍伐森林、大量排放工业“三废”等造成的。据研究，污染物质在生态系统中是沿食物链转移的。按照林德曼的理论，食物链有点象金字塔。它的最下层是绿色植物，依次是食草动物、食肉动物，人类处在金字塔的最顶端。如果工业“三废”或其它有害物质排入一个生态系统，比如说一条河流，在通常情况下，污染物质的含量并不很高，大多用百万分之几来计算的，还不至引起生物死亡。但是，这些污染物质经过食物链的富集，可以成千上万倍地在生物体里积聚起来。通过食物链迅速富集下去，到达人体里的时候，就会增长到许多倍。可见，人类在工农业生产活动中所排放出来的有害物质或者农药等，一旦参与了自然界的物质循环，就会影响甚至破坏原来的物质循环规律，甚至危及人类自身，从而产生不可预料的后果。由于环境污染直接威胁到人类的生存和发展，因此消除污染，保护生态平衡，已经成为当代自然科学研究的重要课题。20世纪六十年代以后出现的环境科学，就是专门研究人类环境质量，保护和改善环境的一门综合性学科。现在，环境科学的有关部门生物学、地学和化学等，都把环境问题列为研究的重点。因此，在现代生物学的发展中，除了继续向微观方向发展外，也不断向宏观方向探索，研究种群、群落和生态系统的调控和它的发展规律，用来揭示生物有机体在整个自然界的能量和物质交换中所起的作用。
