63第4章 自然资源生态学原理

第四章自然资源生态学原理第一节自然资源生态过程一、生态学基本概念1.生态学与生态系统生态学时研究生物（包括人）之间、生物与无机环境之间相互作用的科学。事实上生态学就是关于自然界各种联系的研究。研究人类与其环境关系的生态学称为人类生态学。自然资源生态过程主要是人与环境相互作用的过程，涉及人类生态学原理。人类生态学的一个基本原理是：任何生态系统对其所能支持的生物物质总量都要有一个自然极限，在这个极限内人类文化的调整起着极大的作用2.生态系统生态系统是由植物、动物和微生物群落，与其无机环境相互作用而构成的一个动态、符合的而功能单位。生态系统研究内容包括生态系统的组成、结构、物质能量联系、生产力、动态及管理等等。3.人类生态系统人类生态系统中的自然资源生态过程就包括自然-生态过程经济-技术过程社会-政治过程任何资源稀缺问题都是一定经济技术条件和社会政治条件下产生的。二、自然资源生态过程中的能量1.太阳能与光合作用太阳能对自然资源生态工程过程至关重要光合作用在自然资源生态过程中是一个关键环节。2.食物链中的能量过程3.生态系统中的熵与自然资源3.1生态系统的熵与耗散结构熵的概念是：一个物体的绝对温度为T（K），使该物体增加热量△Q（cal），该物质的熵就增加△S=△Q/T；设从该物质取去热量△Q，则该物质的熵即减少△S=△Q/T。显然该函数的物理意义表示：熵的变化量△S为单位绝对温度（K）的热量变化值，它反映该物质热状态（或能量状态）所发生变化的程度。熵的单位是cal/K。耗散结构论是比利时物理化学家普利高津（I.Prigogine）于1969年首次发表的。他认为自然界中的许多开放系统在远离平衡态情况下可形成新的有序的结构，称之为“耗散结构”3.2自然资源与熵“高质量”的自然资源可看作是由“负熵资本储存”所组成的。随着“高质量”品位的利用自然资源逐渐变成了“低质量”品位形式。其“负熵资本储存”也相应减少。化石燃料是太阳的负熵的聚集无机矿物要形成资源需要一定的富集程度，也是由太阳能所驱的风化、搬运、沉积等过程产生的。低浓度的自然资源要提高品位也要消耗能量自然资源开发与利用就其本身而言是它的负熵耗散，但就其受益系统而言是负熵储存。可更新资源的利用若其负熵的耗散超过了来自太阳呢的负熵的补充，将使资源走向无序和退化。不可更新资源的利用最终将以一种低品位（或无序）的“废物”的形式耗散。第二节自然资源与人类生态一、人类的能动性及在生态系统中的的优势地位1.人是自然的产物在长期的生存发展中，人与自然界建立起密切的关系。人与自然的关系首先表现在人体组成物质与自然物质间的关系上。生物体内的元素组成如人体血液中的化学元素与地球化学元素的基本构成一致，更为突出的是人对自然有着极强的依赖性，人离不开自然。在人类的生命过程中不断地从自然界获取物质与能量。2.人类的优势地位表现2.1人口数量一般物种的种群增长由于受到各种限制因素的制约，其总数不会永远呈指数增长趋势,人类是惟一呈指数(J形)增长的物种,在种群规模和增长方面，人类显然已在全球生态系统中占据绝对优势，并将继续发展这种优势。2．2人类的适应能力大多数物种都局限在狭小的适宜生态环境内,而人类则占据地球上广阔的领域，在几乎所有生态系统中都能生存。这是由于人类具有极强的适应能力，包括生理上的适应能力和文化上的适应能力2.3人类的意识和智力人类是惟一具有反射性意识能力(即增强自己智力的自觉性的能力)的物种。由于有了这种意识，某些潜在的限制因素所造成的问题，对人类来说只不过是用文化手段适应环境就可以解决的问题。2.4现代人类的社会化大生产和现代科学技术当代人类在生态圈中的优势地位的最重要方面，在于已形成社会化的大规模生产力，并且掌握了似乎无所不能的科学技术。人类的社会实践活动已深刻地改变了自然资源系统的形态、结构，影响着它的前途和命运。人的行为和活动已具有了全球规模，就其威力和对自然资源系统的影响而言，堪与地质力量和达到地球的太阳能相比。二、人类与环境的物质能量联系能量是联系人类及其环境的重要中介。能量中首要的一种形式显然是人力本身，它只需要一般的生存条件就可直接发挥作用，人类在进化过程中先后认识而加以利用的外部能量形式有火、畜力、风力、水力、化石燃料和原子能，现在还开始了有经济意义的太阳能、海洋能、地热能等新能源的利用。随着人类利用外部能源的进展，对其他自然资源的利用也不断加速.以当代农业为例，它是靠巨大的物质能量投入维持的。矿物能源取代了传统的人力和畜力，耕作实现机械化，化学肥料投入迅速增加，除草也以机械方式或化学方式进行，农药的使用也加剧了物质能量投入及其环境影响……在现代农业中的能量流中，可见矿物燃料的重要作用，它使每个农业人口可以养活32倍于己的城市—工业人口，然而其资源代价也是巨大的。三、人类对资源过程的影响——人类对生态系统中物质能量流的干预人类对生物资源的利用就是在一定的空间范围内取走生态系统中富能量的物质，又把资源利用后的产物返还同一系统或其他系统。能量作为热能消散后就不可恢复，但其他产物对全球生态系统而言，事实上并未消失。在作物生产过程中，作物的竞争者被人为地除掉，以便把本来要被它们消耗掉的物质和能量让给选定的作物。这些竞争者被称为“杂草”或“害虫”、“害兽”，而在天然生态系统中是无所谓“杂草”、“害虫”的，所以这些都是文化上的概念。除掉竞争者也就使生态系统简单化，从而减少了系统中总的能量流。这种把食物链引导向人类聚集的过程可能会增加作物产量并使之更富营养，但系统中总的能量流并不一定比天然状态更多，损失的部分是靠化石燃料来补偿的。四、人对资源系统的控制可以根据人类干预程度的强弱排列出一种资源利用序列，在这个序列的一端是人类尚未触及的生态系统，或人类有意尽可能保留其天然状态的生态系统，如极地、高山和外海以及自然保护区；另一端则是人类的建设使其自然性质完全改变的生态系统，如城市。除了完全无人迹的土地外，某些天然风景区和自然保护区代表着受人类干扰最少的状态。水资源的汇聚需要较多的人类控制畜牧业和林业是历史悠久的土地利用方式，它们受人类控制的程度是逐渐加强的农业受人类控制的程度很高受人类控制程度最高的是城市生态系统五、人类对自然资源的适应1、人类的适应行为1.1关于适应的进化论生态学观点生态适应，可归纳为生理适应和行为适应两大类生理适应是个体作出的体质反应，是一种低代价的生理变化，这种变化本身并不遗传给后代，虽然它的最终基础(机制)还是遗传和继承。生理适应是一种本能，是人类没有想过却不断在做的重要事情。行为适应，这是人类适应环境最重要的形式。这就是发展新的行为来适应环境及其变化，而且新行为通过学习一代一代传下去1.2．人类行为的生态系统分析进化论—生态学着意研究人类行为与特定环境下生存挑战之间的关系，人类行为就是一种适应机制。这一理论主要探讨三个问题：①特定人类群体在其特定生态系统中的地位如何?②这一群体的行为如何适应环境?③这一群体适应过程中的行为多样性和变动性人类对资源和环境的适应不是固定的而是动态的。不同的人类社会由于他们与环境的特殊关系而发展出不同的生活方式。1.3．获食模式及其对资源的适应人类社会主要有5种获食模式：狩猎—采集，粗耕农业(生计农业)，畜牧业，精耕农业，工业化。多数社会并不绝对奉行一种获食模式，而是采取混合的获食方式。各种获食模式对资源的适应包括三个方面：(1)对资源可得性的适应(2)对资源变动的适应(3)对其他群体的适应1.4．适应成败的衡量适应是资源过程的一部分，一切生物为了避免灭绝都必须不断地适应他们的资源与环境。增强物种应付可能出现的食物供给、环境变化、生存空间等挑战的能力和手段是第一位的。最可能成功生存繁衍的物种并不一定是一时最完美地适应了其环境的物种，而是那种能用广泛多样的方式适应资源和环境的物种。也就是说，适应能力比适应状态更重要。2.、各社会发展阶段对自然资源的适应2.1.精耕农业前的适应狩猎-采集的获食模式、粗耕、畜牧业这三种获食模式都与其有限的资源保持了相当长时期的平衡，因为它们有某些共同的适应机制。(1)低能源消费(2)人口控制(3)高度变通灵活的社会组织(4)自然崇拜(5)自给自足、互惠和平均主义2.2．精耕农业对自然资源的适应(1)精耕农业特征①单位土地上能量投入的增加②单位土地上产量的提高③基本上重新安排了生态系统(2)适应机制①不断地投入②高度有组织的社会③资源私有化④一个庞大、自足、少进取、相对贫困的农民阶层⑤平均主义取向的资源分配2.3．工业社会对自然资源的适应研究(1)工业化特征①急速扩张的人均资源消费②专业化生产③社会组织更复杂④财富的集中，使对资源的掠夺更加贪婪⑤人口变迁(2)工业化过程中的适应研究①农村人口城市化②跨国公司的作用3、人类利用自然资源的历史教训3.1．苏美尔文明的衰落3.2．地中海地区的环境退化与古文明衰退3.3．玛雅文明的消亡3.4．丝绸之路沿线文明的衰亡苏美尔楔形文字车轮的发明者太阳历4、当代适应策略研究当代适应策略的研究包括三个方面：①需要适应的资源性质和环境变化性质；②受资源环境变化干扰的人类社会系统自身特征，明确其影响适应策略的性质；③适应行为和策略，例如市场机制、科技进步、社会体制与政策、伦理等4.1、资源可得性与变化性质①资源可得性②资源与环境变化的大小或严重程度③频率④延时⑤突然性⑥区域范围4.2、系统特征①稳定性②弹性③脆弱性④灵活性⑤尺度4.3、适应策略(1)适应的抽象特征(或类型)①战术性与战略性适应②目的性与偶然性适应③适应的时机④适应的空间尺度⑤政府和社会的作用⑥缓冲与变动⑦技术适应与制度适应(2)具体适应措施专门研究农业、工业、沿海带、能源供应、林业、水资源、城市、土地利用等方面的具体适应措施。例如农业对资源环境变化的具体适应措施就包括：改变地形、引入人为系统(如灌溉)、改变农作方式、改变农事季节，、引入新品种、农业政策、农业科技与教育等等