第7章生物环境

第七章生物环境地球上所有的生物构成整个地球生命支持系统，提供人类生存和发展第一节生物多样性一、生物多样性添加与前面多样性的联系（一）生物多样性的定义生物多样性（Biodiversity或Biologicaldiversity）是生物及其与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和。它包括数以万计的植物、动物、微生物和它们所拥有的基因以及它们与其生存环境形成的复杂的生态系统，它是生命系统的基本特征。生物多样性是一个内涵十分广泛的重要概念，包括多个层次或水平，目前探讨比较多的主要有遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性和景观多样性四个层次。遗传多样性(Geneticdiversity)主要是指种内不同种群之间和同一种群内不同个体的遗传变异的总和，发生在分子和基因水平，又称基因多样性，是物种多样性和生态系统多样性的基础。物种多样性(Speciesdiversity)是指物种水平的生物多样性。一是指一定区域内物种的总和的，二是指生态学方面的物种分布的均匀程度。生态系统多样性（Ecosystemdiversity）是指生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样化以及生态系统内生境、生物群落和生态过程变化的多样性。景观多样性(Landscapediversity)是指由不同类型的景观要素或生态系统构成的景观在空间结构、功能机制和时间动态方面的多样化或变异性。亦有人提出，人类文化多样性包括语言、宗教信仰、艺术、社会结构等人类社会特征的多样性，也是生物多样性的一部分。如同生物多样性一样，人类文化的一些特征表现出人们在特殊环境下生存的策略，有助于人们适应不断变化的外界条件。生物多样性有许多指标来定量地表征，最简单的是物种丰度（speciesrichness），是指群落中发现物种的数目，用于物种水平的多样性。Whittaker（1972）根据这些多样性指数的运用目的和范畴将它们分为三类：多样性指数、多样性指数和多样性指数。多样性指数用以测度群落内的物种多样性，与物种丰度概念接近；多样性指数用以测度群落的物种多样性沿着环境梯度变化的速率；多样性指数则是一定区域内总的物种多样性的度量。（二）生物多样性的分布生物多样性并不是均匀地分布于世界，物种最丰富的自然环境在热带雨林、珊瑚礁、热带湖泊及深海区，热带雨林中种类最多的生物类群是昆虫纲。热带雨林生物种类极其丰富（7％的面积拥有世界一半以上的物种），群落结构复杂，能流与物质流的速率很高，是陆地生态系统中生产力最高的类型。生物多样性在各国之间分布不均衡，全球12个“生物多样性大国”(墨西哥、哥伦比亚、巴西、秘鲁、厄瓜多尔、赞比亚、扎伊尔（刚果（金））、马达加斯加、印度尼西亚、马来西亚、印度、中国、澳大利亚)，这些国家拥有全世界60-70％的生物多样性。从全球范围看，南北两极生物多样性最少，热带集中大部分生物种类。物种丰富度与地形、气候及局部环境的复杂性等有关。海拔升高，太阳辐射降低，降雨量减少，物种丰富度随之减少。复杂地形使不同群体交流受阻，导致新物种形成。（三）生物多样性的价值生物多样性提供了地球生命的基础，包括人类生存的基础。生物资源的价值包括比较容易觉察的人们直接收获或使用的产品—直接价值，以及难以直接衡量的间接价值（包括生态价值，社会价值等）。生物多样性的直接价值体现在提供食物、药物、多种工业原料和科学研究等，按照非生产性消费和进入市场的可以分为消耗使用价值和生产使用价值。人类消耗的食物，目前都是来自植物的，人类90％的食物来源于100个物种，仅小麦、水稻和玉米三个物种就提供70%以上的粮食。发展中国家有80％的人口依靠传统的药物进行治疗，发达国家有40％的药物来源于自然资源或依靠从大自然发现的化合物进行化学合成。此外生物多样性还为人类提供多种多样的工业原料，如木材、纤维、橡胶等，甚至煤、原油、天然气也都是由森林储藏了几百万年前的太阳能所供给。遗传多样性是改良生物品质的源泉，许多优良作物、畜禽品种来源于野生种群。许多生物是科学研究的实验材料，在动物学、进化学、生态学、遗传学、现代医学、仿生学等学科领域里发挥着重要作用。生物多样性的间接价值体现在环境作用、生态价值等方面，通常不被考虑进入国家经济的宏观指标（如GDP,国民收入）之中，但是其价值往往大于直接价值。全球生态系统所提供的服务估计为每年平均为33万亿美元超过全球国民生产总值（18万亿美元／年）(孙儒泳，生物多样性，人类赖以生存的基础，科学时报，1999-10-23)。根据有关部门的估计，我国生物多样性价值初步统计为：直接使用价值达2000亿美元／年，间接使用价值达4万亿美元／年。生物间接价值主要体现在生态价值上：1、地球上生态系统的初级生产力，主要都是依靠植物通过光合作用固定太阳能使光能通过绿色植物进入食物链，为所有物种包括人类提供生命维持系统。2、生物多样性对于维持生态系统平衡具有重要意义。物种之间通过食物链的关系起到互相依存、互相牵制的作用，一旦食物链的某一环节出现问题，整个生态系统的平衡就会受到严重影响。3、促进土壤发育，保护水土资源。发育良好的植被，枝叶和落到地面的枯枝落叶遮挡雨水对土壤的冲刷，其根系起到涵养水源的作用，可以调节洪水和干旱的冲击。4、调节气候。在全球范围内，植物吸收二氧化碳，植被减少是全球变暖的原因之一（有争议）；在地区层次上，植物蒸腾作用使水循环到大气中，再以雨的形式返回地面，植被丧失导致地区降雨量减少；在局域层次上，树木降低地表温度，提高人们舒适感，减少空调使用。5、某些生物对污染物质有抗性，可以吸收和分解污染物，另一些生物对污染物敏感因而对环境污染具有指示意义。吸收分解污染物质，净化环境。6、良好、多样的自然景观有利于人类身心健康，提供良好的生活和娱乐环境。备择价值：许多物种的价值现在还不清楚，但是具有在未来某个时候为人类社会提供经济利益的潜能，为人类适应自然变化提供了选择的机会。随着技术革新和需求改变，一些未开发的生物成为药物、生物防治、农作物、畜禽改良的重要资源。存在价值：对于大多数宗教、哲学和文化的价值体系都有对保护物种的认同，支持保护那些即使对人类没有明显经济价值的物种。伦理考虑：西方80年代发展的“深生态学”，强调自然界的多样性具有自身的内在价值，与人类的需求无关，并反对以人类为中心的价值观（强调只有对人类有益才有价值），任何自然物种都有生存权利。二、人类活动对生物多样性的影响（一）生物多样性的威胁地球上的物种多样性在目前的地质时期达到了前所未有的丰富度，同时物种灭绝速度也是历史上最快的。目前陆地环境净初级生产力有40％被人类以各种方式用掉或浪费掉（占全球总初级生产力25％）。导致生物多样性衰落。一方面，由于经济发展和生活水平提高，导致对生物资源的需求一直在增加，加之对生物资源的低效率和不合理利用，许多生物资源濒临枯竭；另一方面，由于人口增长，人类所需的生存空间越来越大，加之工农业和城市不合理发展，对自然环境造成很大破坏，许多生物的生存空间丧失或遭到破坏。世界生物多样性面临的威胁自1600年以来,由于人类对大自然无节制地索取和破坏,地球上的生物物种灭绝率大为加快，以鸟、兽两类为例，1600—1700年间大约每十年灭绝一种，850-1950年间大约每两年灭绝一种，1600年以来的物种灭绝被古生物学家称为地质史上的第六次大灭绝,目前，地球上约每小时就有一种生物灭绝，每年有1.75万种生物消失，物种灭绝速率是自然灭绝速度的1000倍，比形成速度快100万倍。据哈佛大学的生物学家E0Wilson估计最少每年有5万种无脊推动物，每天几乎有140种由于热带雨林破坏而灭绝。由于毁林每年至少有1种鸟和哺乳动物或植物被灭绝（Ryan1992）。世界生物多样性丧失现象正在加剧,种内变种和整个自然生态系统的消失速度比物种灭绝速度更快(Brown1992)。全球热带森林在80年代初每年毁林1140万公顷，据卫星图象及实地调查，80年代未每年毁林上升到1700-2000万公顷（世界银行，1992）。热带雨林比原有面积减少了一半，世界上温带森林1/3已被砍伐，温带雨林已成为濒危生态系统。参考资料：陈灵芝，生物多样性研究的原理与方法第二章生物多样性保护现状及其对策生物多样性委员会中国科学技术出版社出版生物多样性丧失可以发生多个层次上，最严重的问题是物种灭绝。生物群落可能退化及减少分布面积，但只要全部原生种尚存，群落仍有恢复的可能，同样，物种的遗传多样性可能因个体数量减少而下降，但它可通过突变、重组和自然选择而恢复其遗传多样性。但是如果物种灭绝，包括在其DNA分子中独有的遗传信息和特有的性状组合将永远消失。灭绝是指一个个体、种群或物种从一个给定的生境或生物区系消失的过程。如果一个物种仅有的个体在圈养或其它人类控制的条件下存活，称为野外灭绝；如果一个物种虽然存在，但其数量已经减少到其对同一群落中其它物种的影响可以忽略到不计的地步，称为生态灭绝。环境条件的改变对于物种影响是不相同的，有些物种易于受到环境的影响趋于灭绝，另一些则不敏感。导致物种在人类活动下易于灭绝的特性有：地理分布区狭窄、只有少数种群、种群规模小、需要较大的生活空间、体型大、个体增长速率低（K对策生物）、不能有效扩散、很少遗传变异、需要特殊生态位、具有极高经济价值等。（二）生境破坏或破碎生境（生物体或生物种群自然分布的地方或地点）破坏和破碎是生物多样性的主要威胁。全球各类生态系统遭到严重破坏,使很多生物失去栖息地。拥有全球50％物种的栖息地的热带雨林比原有面积减少一半,大部分国家的森林均成破碎化,被退化土地所围绕,损害了森林维持野生生物种群生存和重要生态过程的能力。森林超量砍伐、过度放牧、围湖造田、草原和沼泽开垦等人类行为，引起生境破坏甚至严重退化，许多生物因此完全或部分丧失了栖息地，导致某些地方种群消失或规模缩小；如果丧失的太大以致不能使物种保持其延续所需要的最小种群，则该物种将逐渐灭绝，直接导致物种、遗传多样性减少。生境破碎化往往由一些人类活动如毁林开荒、修建铁路、公路、油管导致，使得一个大面积连续的生境，变成很多总面积较小的小斑块，斑块之间通常被退化的景观所隔离。包围着生境破碎的景观，对原有生境的物种并不适合，物种不易扩散，残存的斑块可以看作“生境的岛屿”。（A）(B)800米图7－3一个显示生境面积怎样由于破碎而减少以及边缘效应的假设例子（A）一个1Km2的保护区，假定边缘效应发生在进入保护区100m的范围内，大约64Km2道路（宽10米）内积＝8.7公顷×4＝34.8公顷1000米内积＝64公顷8.7公顷8.7公顷8.7公顷8.7公顷铁路宽10米的面积适于筑巢性的鸟类生存。(B)道路和铁路对生境进行了均分，虽然道路本身只占较少的面积（2×1000米＝2万公顷，占总面积2％），由于扩大边缘效应的影响，因此几乎一半的营巢生境被破坏。(引自保护生物学基础68页RichardPrimack季维智主编)破碎化使得生境有单位面积的生境中有更长的边界线以及各个斑块中心距边缘更近(见图7－3)，这两个特征极大影响了生物多样性。破碎化限制了生物活动范围，碎片面积可能小于物种所需的最小巢区或领域面积。生境破碎化导致小种群的产生，小种群间的隔离使得物种的迁移和散布能力降低,许多不同生活周期中依靠不同生境的生物移动受到障碍。其次，小种群带来的阿利氏效应（当种群密度低于某一域值时，交配的成功率降低），也促使种群的灭绝。再者，小种群内遗传变异性缺乏、近亲繁殖、遗传漂变等也会影响种群的存活力。此外，小种群对于捕食、竞争、疾病等变化导致的环境波动容易灭绝。破碎化导致了边缘效应。生境破碎显著增加了边缘与内部生境的相关性，一些重要因子如光照、温度、湿度和风力有更大的波动性，使得一些对环境敏感的生物灭绝，内部耐阴植物逐渐被来自林缘的不耐阴的种类代替，异质性的消失导致一些需要几种栖息地类型才能生存的物种灭绝。另外，由于外来物种容易在森林边缘建立种群，破碎化加速了外来物种入侵。也有学者（王如松等，1985；Alvaresetal.,1988等）认为，边缘效应对生物多样性的