自然环境

人类与自然环境

自然环境是人类生存、繁衍的物质基础；保护和改善自然环境，是人类维护自身生存和发展的前提。这是人类与自然环境关系的两个方面，缺少一个就会给人类带来灾难。

我们生活的自然环境，是地球的表面，由空气、水和岩石（包括土壤）构成大气圈、水圈、岩石圈，在这三个圈的交汇处是生物生存的生物圈。这四个圈在太阳能的作用下，进行着物质循环和能量流动，使人类（生物）得以生存和发展。

据科学测定，人体血液中的60多种化学元素的含量比例，同地壳各种化学元素的含量比例十分相似。这表明人是环境的产物。人类与环境的关系，还表现在人体的物质和环境中的物质进行着交换的关系。比如，人体通过新陈代谢，吸入氧气、呼出二氧化炭；喝清洁的水、吃丰富的食物，来维持人体的发育、生长和遗传，这就使人体的物质和环境中的物质进行着交换。如果这种平衡关系破坏了，将会危害人体健康。

人类为了生存、发展。要向环境索取资源。早期，由于人口稀少，人类对环境没有什么明显影响和损害。在相当长的一段时间里，自然条件主宰着人类的命运。到了“刀耕火种”时代，人类为了养活自己并生存、发展下去，开始毁林开荒，这就在一定程度上破坏了环境。于是，出现了人为因素造成的环境问题。但因当时生产力水平低，对环境的影响还不大。到了产业革命时期，人类学会使用机器以后，生产力大大提高，对环境的影响也就增大了。到本世纪，人类利用、改造环境的能力空前提高，规模逐渐扩大，创造了巨大的物质财富。据估算，现代农业获得的农产品可供养50亿人口，而原始土地上光合作用产生的绿色植物及其供养的动物，只能供给一千万人的食物。由此可见，人类已在环境中逐渐处于主导地位。但是，严重的环境污染和生态破坏也随着出现在人类面前。大气严重污染，水的资源空前短缺，森林惨遭毁灭，可耕地不断减少，大批物种频临灭绝，人类赖以生存的自然环境正处在危机之中。日益恶化的环境向人类提出：保护大自然，维持生态平衡是当今最紧迫的问题。

四位一体的自然界

大自然中约有200万种生物，它们之间互相结合成生物群落，靠地球表层的空气、水，土壤中的营养物质生存和发展。这些生物群落在一定范围和区域内相互依存，同时与各自的环境不断地进行物质交换和能量传递，形成一个动态系统。就叫做生态系统。生态系统由包括动物、植物、微生物及其周围的非生物环境（又称无机环境、物理环境）四大成分组成，它们依靠物质的循环、能量的流动，有机地结合在一起，形成一个四位一体的生态系统结构。这就是四位一体的自然界。

自然界的生态系统有大有小。小的如一滴水、一片草地、一个池塘等；大的有湖泊、海洋、森林、草原等等。池塘是一个典型的生态系统：池塘里有各种水生植物、水生动物和细菌、真菌以及这些生物生存所必需的水、底泥、阳光、温度等非生物环境。水生植物利用太阳能进行光合作用，把水和底泥中的营养物质和大气中的二氧化碳转化为有机物，贮存在植物体内；小型浮游动物以浮游植物为食；浮游动物和有根植物又被鱼类作食物；水生植物和水生动物的残体最终被水和底泥中的细菌、真菌及腐食性动物分解成无机物，释放到环境中，供植物重新利用。这就构成了一个完整的生态系统，成为自然界的基本活动单元，它的功能就是物质循环和能量流动。

生态系统的各个组成部分都是互相联系的。如果人类活动干预某一部分，整个系统可以自动调节，以保持原有状态不受破坏。比如，池塘里的鱼被捕捞后，水生植物和浮游动物的天敌减少，水生植物、浮游动物就会迅速繁殖起来，这又对鱼类繁殖大有好处。生态系统的组成成分越多样，能量流动和物质循环的途径就越复杂，调节能力就越强。但是，生态系统本身的调节能力是有限的，如果人类大规模地干扰，自动调节就变得无济于事，生态平衡会遭到破坏。在本世纪30年代，美国由于大规模开垦西部草源，植物遭到严重破坏，地面失去保护，终于导致一场“黑风暴”事件，刮走3亿多吨土壤，全国冬小麦一年减产50多亿公斤。

随着人类利用、改造环境的能力日益加强，像原始森林和极地那样的原始生态系统已很少见，人们正以大量的养殖湖、薪炭林和乡村等半人工生态系统及城市、工厂等人工生态系统取代之。不过，人类已逐渐认识到自己和周围环境是一个整体，把自己的事和环境联成一个系统来考虑，产生了“人类生态系统”、“社会生态系统”，以便更好地保持人类与环境之间的平衡。

生态系统的组成

生态系统由生产者、消费者、分解者和非生命物质（无机界）四部分组成。它们（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，使整个生态系统正常运行。

生产者是指绿色植物，也包括单细胞的藻类和能把无机物转化为有机物的一些细菌。绿色植物的叶片中含有叶绿素，能进行光合作用，把太阳能转化为化学能，把无机物转化为有机物，供给自身生长发育的需要，并且成为地球上一切生物和人类食物和能量的来源。因此，绿色植物是生态系统的生产者。

消费者主要是指动物。它们不能直接利用外界能量和无机物制造有机物，而以消耗生产者为生。草食动物以植物作为直接食物，称为一级消费者，如蝗虫、蚱蜢等；以草食动物为食物的肉食动物称为二级消费者，如青娃、蟾蜍等；以肉食动物作为食物的动物，则称为三级消费者，如蛇、猫头鹰等。这些消费者都是生态系统中的重要环节，它们对整个生态系统的自动调节能力，尤其是对生产者的过度生长、繁殖起着控制作用。

分解者是指具有分解能力的各种微生物，也包括一些低等原生动物，如土壤线虫、鞭毛虫等。分解者是生态系统的“清洁工”，它们把动植物的尸体分解成简单的无机物，归还给非生物环境。如果没有分解者，死亡的有机体就会堆积起来，使营养物质不能在生物与非生物之间循环，最终使生态系统成为无水之源。生态系统的分解者数量十分惊人。有人估计，在1万平方米的农田土壤中，细菌的重量可达8公斤。

非生命物质，即无机界，是指生态系统的各种无生命的无机物和各种自然因素。

生态系统的各组成部分有分工，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载的范围内；生产者和消费者的残体、排泄物最终被分解者分解成无机物，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，使生态系统能够不停地发挥作用。

食物链与食物网

中国有句谚语：“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃泥球。”生态系统中的生物通过这种吃与被吃的关系构成一条链条，叫做食物链。

按照生物之间的相互关系，食物链主要有以下三种类型：一类是捕食性食物链，以植物为基础，由植物到小动物，再到大动物，后者可以捕食前者。青草→蝗虫→蛙→蛇→鹰，就属于这种类型。二是寄生性食物链，以大动物为基础，由小动物寄生在大动物身上。鸟类→跳蚤→原生动物→细菌→过滤性病毒，就属于这种类型。三是腐生性食物链，也称分解链，在死的动植物残体上，从繁殖细菌、真菌及某些土壤动物开始。植物残体→蚯蚓→线虫类→节肢动物，就属于这种类型。

食物链上的每一个环节，叫营养级。任何一种生物都属于一定的营养级。任何食物链上，后一种动物只能吃食、同化前一种动物所能提供能量的一部分，并通过新陈代谢等又消耗一部分能量。后一种生物最终只能贮藏从前一种生物中摄取能量的5—20%。这就是说，能量沿着食物链的营养级逐级流动，不断减少。因此，一般食物链中的营养级不会多于五个。

生态系统中，生物成分之间的取食关系是很复杂的。同一种植物会被不同的动物吃掉，同一种动物也不只吃一种食物。各生物成分之间在取食关系上存在着错综复杂的关系，各种食物链相互交错，相互联结，形成网状结构，称为食物网。食物网是生态系统中普遍而又复杂的现象。能量的流动，物质的迁移、转化，就是通过食物链或食物网进行的。

食物链上的各种生物相互影响，相互制约，一环扣一环。如果某一环节发生故障，链条就失去整体性，生态系统就会发生紊乱。第二次世界大战以后，南非探险队登上南极的马里思岛后，船上的几只老鼠也被带上了小岛。因为老鼠没有天敌，两年后，这个小岛成了鼠岛。为了消灭老鼠，探险队运来四只家猫，结果老鼠逐渐少了，而猫迅速繁殖，最终成了灾难，6万只猫每天要吃掉60多万只鸟。为挽救鸟类，南非当局用直升飞机向猫扫射，并派上百名士兵去捕杀猫。由此可见，食物链对环境有十分重要的影响，对维护生态平衡有着重要的作用。

人类的各种活动会把废弃物排入环境。人们也毫无觉察地通过食物链而把有害物质摄入体内，癌症就选择这条途径暗自潜伏起来。为了子孙后代的健康，我们必须保护好环境。

生态平衡的建立

生态系统也像人一样，有一个从幼年期、成长期到成熟期的过程。生态系统发展到成熟阶段时，它的结构、功能、包括生物种类的组成、生物数量比例以及能量流动、物质循环，都处于相对稳定状态，这就叫做生态平衡。比如，水塘里的鱼靠浮游动植物生活，鱼死后，水里的微生物把鱼的尸体分解为化合物，这些化合物又成为浮游动植物的食物，浮游动物靠浮游植物为生，鱼又吃浮游动物。这样，在水塘里，微生物——浮游动植物——鱼之间建立了一定的生态平衡。

在一般情况下，成熟的生态系统内部物种越丰富，食物网就越复杂，物质循环和能量流动可以多渠道进行。如果某一环节受阻，其他环节可以起补偿作用。比如隼以兔、田鼠、麻雀、蛇为食物，当兔、蛇被捕杀，隼就转到吃麻雀、田鼠为主。当然，这种自我调节能力有一定限度，超过限度平衡就会遭到破坏，甚至导致生态危机。欧洲移民刚到澳大利亚时，发现那里青草茵茵，于是大力发展养牛。后来牛粪成灾，造成牧草退化，蝇类滋生，只得引进以粪便为食物的蜣螂，才使牧场恢复原貌。

影响生态平衡有自然和人为两种因素。火山爆发、雷击火灾、地震、泥石流等，属于自然因素；过度垦荒、放牧，乱捕滥猎等等，属于人为因素。生态平衡的破坏，主要是人为造成的。如埃及阿斯旺大坝挡住了肥沃的淤泥，使尼罗河下游的土地贫瘠化；河里的营养物质减少，使尼罗河三角洲的地中海的渔业生产受影响，埃及沙丁鱼的捕捞量减少。又如印度北部山区由于森林资源全部被砍光，引起1978年的特大洪水，结果2000多人被淹死，4万头牲畜被冲走。

生态平衡是一种动态平衡，在这种平衡系统内部时时刻刻发生着各种物质循环和能量流动。虽然这种平衡系统对外界的干扰相当敏感，但这并不是说人类不能利用环境、改善环境。为了更加有利于自己的生存，人类完全可以建立新的平衡。我国珠江三角洲一带的“桑基池塘”，使桑、蚕、鱼的生产相互促进，是农业生态平衡的成功例子。此外，我国人民把北大荒改造成“北大仓”，也是一个重建高质量生态平衡的典型。

自然界的物质循环

生物有机体大约由40多种元素组成，其中碳、氢、氧、硫、磷是最主要的元素，它们都来源于环境，构成生态系统中的生物个体和生物群落。生产者把无机物转化为有机物，给消费者消耗；消费者产生的废弃物及生产者的残体被分解者消化，又转化为无机物，返回环境，供植物重新利用。地球上无数个这样的物质循环，汇合成生物圈的总的物质循环。

以生物圈的碳循环为例。绿色植物的光合作用把二氧化碳从大气中取走，合成碳水化合物贮存在体内，食草和食肉动物再分别通过食物链吸收这种营养物质。动物的呼吸和微生物对动植物残体的分解，又将碳以二氧化碳形式排入大气。未经完全分解的有机残体埋在地下、堆积在海底，转化成煤、石油和天然气，人类开采化石燃料，在燃料燃烧过程中也向大气排入大量二氧化碳。

像碳一样，生态系统中几乎所有的营养物质都在生物与非生物环境之间循环流动。物质循环的顺利进行使生态系统的各部分协调一致，对生态系统的自我调节起着重要作用。如果人类大规模干扰，物质循环不能畅通进行，就会造成严重的环境污染和破坏，导致生态失调。近几十年来，人类活动不断加剧，将大量的矿产从地下开采出来，并且人工制造了一些自然环境中本来不存在的物质，使物质循环受到空前影响，某些物质在局部富集或缺乏，产生不利于生物和人类生存的环境效应。比如，人们大量燃烧石油、煤等燃料，加上森林面积的大量减少，就会使大气中二氧化碳的浓度升高。大气中二氧化碳聚积在近地表上空，像温室的隔膜一样，阻止地面热量向外层空间散失，产生温室效应。有人估计，如果按现在的速度继续燃烧化石燃料的话，到2050年，全世界的平均气温将要升高3℃，后果不堪设想。

生物能量金字塔

人们在研究食物链和食物网的结构时，把每个营养级有机体的生物量、能量及个体数量按营养级的顺序排列起来，描绘成图，竟和古建筑——埃及的金字塔的形状相似。人们把这种图形叫做“生态金字塔”。

生态金字塔有能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔三种类型。能量金字塔表示各个营养级之间能量的配置关系。食物链和食物网的金字塔，是由生态系统中能量流动的客观规律决定的。生态系统中的能量流动沿着营养级逐级上升，能量越来越少，这就造成前一个营养级的能量只够满足后一个营养级少数生物的需要。一般来说，每一级生物的能量仅有10%左右转称到下一级生物。由于能量递减，生物的个体数目也急剧减少。如果在一个池塘里，要有500公斤浮游植物才能维持50公斤浮游动物的生活，这50公斤浮游动物才够5公斤的鱼的食料，而这5公斤鱼只能使18岁的青年人增加0.5公斤体重。又如，老虎以羊和鹿为食物，羊、鹿又草为食物，能量则沿着草→羊和鹿→老虎这一食物链很快减少，或供老虎的食物能量不多，老虎的数量也就不多。所以，我国一向有“一山不容二虎”的说法，表明在有限的生存环境条件中不可能供养许多位于能量金字塔顶端的老虎。

无论是从生物量看，还是从能量来看，或者从生物的个体数目来看，它们都呈金子塔形递减。这是生态系统营养结构的特点。

全球性环境污染

如果在一杯清水中滴入几滴污水，整杯水就无法饮用。环境污染也是同样的道理，它是指由于人为因素使有害有毒物质对大气、水体、土壤、动植物造成损害，使它们的构成和状态发生变化，从而破坏和干扰人类的正常生活。

自从本世纪20年代以后，世界性环境污染威胁着人类的安全。人类在解决环境污染问题上，经历了工业污染治理、城市环境污染综合防治、生态环境综合防治、区域污染防治等四个历程。但在相当长的一段时间里，人们的着眼点局限在一个工厂、一个行业、一条河流、一个地区。自从80年代以来，人们逐渐认识到，威胁人类生存的不仅仅是局部地区，而是更大的范围甚至是全球环境污染。

全球环境污染问题很多，现在人们把注意力集中在温室效应、臭氧层破坏和酸雨三大问题上。除此之外，还存在着一系列令人不安的环境问题，仍然表现在大气、水体、食物、土壤等几个方面。据世界卫生组织和联合国环境规划署有关空气、水和食物污染的报告称：全世界城市居民中有五分之四生活在受污染的大气环境中，饮用不符合卫生要求的水。另据报道，全世界有18亿人饮用过受污染的水，每年有30%的人因环境污染而患病。

严重的环境污染正在破坏建筑物，威胁社会生产，危害人体健康。具有两千多年历史的雅典古城堡的大理石建筑和雕塑艺术正在一层层地剥落；纽约自由岛上的自由女神铜像已披上一层厚厚的铜绿；我国重庆长江大桥的不锈钢底座已锈迹斑斑。

环境污染对人体的危害十分复杂，一般可分为急性、慢性和积累性三种。积累性危害也叫远期危害，主要是致癌、致畸、致突变作用。以致癌作用为例，全世界每年有500万人死于癌症，世界卫生组织认为，人类的癌症极大部分是由环境因素引起的，而在环境因素中，由化学物质引起的癌症占90%。

环境污染问题是不分国界的，需要众多国家甚至全球的共同努力才能解决。我们只有一个地球，保护全球环境是全人类的责任。

环境是异常的效应

一切有生命的物质，都需要一个正常的自然环境。这种正常的自然环境条件一旦破坏，生物和人群就会出现各种病变，最终危及生命。人们把自然环境条件改变的现象称为环境异常。

科学家研究证明：人体血液和地壳地表岩石中各种化学元素的含量非常类似。如果把两种含量绘成曲线，它们吻合得很好。这是因为生命的长期演化过程中，每时每刻都要通过消化道、呼吸道和皮肤，从周围环境中摄取生命所需要各种化学物质，同时又不断将体内废物排到环境中去。生命与环境构成一个有机整体，两者保持着和谐的适应关系。一旦因某些自然现象（如地壳表面化学元素不均匀分布）、自然灾害（如火山喷发、地震、洪水等）和人为活动，使局部环境中某些化学元素过量或不足，就会逐渐反映到人体中来，使生物和人群出现各种各样的病变。

我国沿大兴安岭——长白山——太行山——六盘山——云贵高原一带，流行着一种叫“克山病”的地方病，其病因是当地水体和土壤中元素硒含量过高或过低，而人体中硒元素含量的不足或过量会引起心肌代谢障碍而发心脏病。火山喷发的大量气体中含有一氧化碳和二氧化硫等有害气体，它们会使局部大气成分发生显著变化，从而引起局部地区的大气异常。这些都是自然因素造成的环境异常。然而，近几十年来，人类活动造成环境异常的事例也屡见不鲜。1953年到1956年在日本熊本县水俣湾附近的渔村中，出现原因不明的中枢神经病患者。事后经一些科学家调查发现，这种病是由于一家氮肥厂的工业废水排入水俣湾而引起环境异常，沿岸居民吃了受污染的鱼后便会发病。

有害物质的富集

1955—1972年，日本富山县神通川流域发生了一种奇怪的“骨痛病”。经科学家调查发现，这种病与神通川上游一家炼锌厂的废水有关。可是，这个厂1913年就开始炼锌，为什么在很长一段时间内没有出现这种病呢？这是有害物富集的结果。炼锌厂排放含镉废水，污染了神通川水体，两岸居民利用河水灌溉农田，使得镉在稻米中富集，最终导致中毒。

这个事实说明，环境污染从开始到造成危害，往往有一个过程。开始时容易被疏忽。同时，污染物进入环境以后，由于大气的扩散能力、水体的稀释能力、土壤的净化能力或微生物的分解，能使污染物的浓度降低，有时还会净化。但有相当一部分污染物化学性质稳定，不易分解，在复杂的生态系统中不断迁移、转化、积累和富集，这种富集作用使污染物的浓度越来越高，最终造成危害。比如，美国旧金山的休养胜地——明湖，曾因使用滴滴涕使鱼类、鸟类大批死亡。滴滴涕通过食物链以惊人的速度在生物体内富集。如果将湖水中的滴滴涕浓度当作一倍，那么，湖水中浮游生物体内的滴滴涕浓度是265倍，吃浮游生物的小鱼体内的脂肪中是500倍，吃小鱼的大鱼脂肪中达到8.5万倍。如果鸟类吃了这种鱼，鸟类体内脂肪中的滴滴涕浓度可达到湖水中的几百万倍。如果人吃了这种鱼和鸟，滴滴涕将在人体脂肪中富集。

环境中的污染物，不但能在生物体内富集，而且可以被土壤吸收。污染物的富集，暂时使环境中的污染物活性降低，然而却构成潜在威胁。一旦富集的污染物重新释放于水或土壤中，仍然会被动植物吸收，造成二次污染。

世界人口危机

人类在地球上生活了几百万年。在开始的岁月里，人口发展非常缓慢。公元初年时，全世界总人口只有2.7亿，1830年世界人口才达到第一个10亿。从此以后人口猛增：1930年为20亿，1960年为30亿，1975年为40亿，1987年7月11日达到50亿。第二、三、四、五个10亿分别用了100年、30年、15年、13年。现在世界上每年增加7500万人，每天增加20多万人，每秒增加2.5人。预计到2000年，世界人口将达63亿。

中国是世界上人口最多的国家，近40年增加了一倍。到1989年4月14日已经达到11亿。本世纪末已经突破12亿。

随着人口的激增和消费水平的提高，人类对地球资源的需要量也越来越多。但是，地球环境的空间不会增加，资源的储量和再生能力有限。因此，人类对环境的压力与冲击就变得越来越大。

人均耕地将越来越少。世界人均耕地从1975年的3100平方米将下降到本世纪末的1500平方米；我国人均耕地也将从目前的1000平方米下降到本世纪末的800平方米，粮食将成为严重问题。

森林毁坏更为严重。随着对木材的需求增加，地球上森林面积日益减少，由此带来土地沙漠化，致使大片土地弃耕。

矿物资源日益枯竭，石油、煤炭等供应将会紧张。

城市急剧膨胀。由于人口过于密集，造成城市空气浑浊、水质变坏、噪音扰人、拉圾成堆，以及住房紧张、交通拥挤。

用水量会相应增加，又随着许多水体被污染，水资源日益不足；同时，人们生活和生产排出大量二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物，不仅会引起酸雨，还可增强温室效应，改变整个气侯。

面对日益严重的人口压力，人类应当学会控制自己，实行计划生育，提高人口质量，创造一个良好的社会、自然环境。