生物与环境专题

生物与环境专题主讲人：孙定川第一部分环境环境问题人口一．环境二．环境问题三．人口㈠人类的环境1．概念：是指周围的事物。因此当讲到环境时候，必然暗含一个中心事物，否则，环境一词就失去了明确的含义。这里所指的是人类的环境，即以人或人类作为中心事物，其它生物和非生物物质被视为环境要素。人类环境人类环境2．关于环境的理解：自然环境是人类赖以生存和发展的各种自然因素的总和，即通常称为自然界。包括：生存环境；地理环境；地质环境；宇宙环境等。它们是不同学科所研究的对象。3．环境的法定范围《中华人民共和国环境保护法》明确指出：“本法所称的环境是指：大气、水、土地、矿藏、森林、草原、野生动物、野生植物、水生生物、名胜古迹、风景游览区、温泉、疗养区、自然保护区、生活居住区等。”这是以法律的语言准确地规定了应给予保护的环境要素和对象。二．当代环境问题的特点（1）人类的自身的发展达到了一个关键的时刻。在人地系统（或人类与环境关系）中，人口的数量与质量（或素质，主要指所掌握的科学技术力量）的增长速度与水平超过了历史上任何时代，人口的增长早已达到了“起飞”点。（2）因此，当代的许多人为过程达到了可以同自然过程相匹敌的程度，例如大气圈中CO2的增加和O3层的破坏、大规模的土壤侵蚀、大量物种的加速灭绝等。二．当代环境问题的特点（3）原来深埋地下的许多矿物质被采掘出来，散布世界各地，其中查明许多种重金属有毒性和有致癌、致畸变作用。同时，又人工合成了多种自然界原来并不存在的物质，如：DDT、聚氯联苯和氟利昂等，其中，有些已经进入了大气层中、有些有毒性物质进入土壤后，不易被分解，将长期残留在环境中。更为严重的是这类人工合成的物质中，未经长期毒理试验就投入了市场，它们在环境中的行为与后果尚难以预测。（4）人类大规模干预环境的行为中，有一些可能造成某些自然过程发生不可逆转的改变。例如：在温室效应中，两极冰帽全部融化，造成海平面上升就是一例。二．当代环境问题的特点(5）在当代人类与环境的矛盾中，人口增长成为矛盾的主要方面。就如何尽可能短的时间内控制人口增长，使世界人口稳定在适当的规模，成为解决环境问题的关键。（6）环境保护发展到空前的规模，成为公众、政府和国际都十分关切的问题，并逐渐深入到日常生活和经济、政治各领域中。三．人口㈠我国人口增长问题截止1990年7月1日零时，在中国第四次人口普查的数据表明，我国人口现状和特点如下几点：⑴基数大。⑵增长速度快。⑶年龄构成轻。⑷素质低。⑸分布不均衡。主要表现在三个方面：第一地理分布上不均匀；第二农村人口比例大；第三城市人口增长过快。⑹人口发展与国民经济的发展不相适应。㈡人口增长对环境的影响1．人口增长对土地资源的影响有限的资源还在不断地减少。其主要原因是：第一：由于人口的增长，城乡的不断扩展、工矿企业的建设、交通干线的开辟。第二:为了解决因人口增长而增加的粮食需求，一方面对土地过度利用，其结果是耕地表土侵蚀严重，肥力急剧下降。另一方面为了增加耕地面积，不得不砍伐森林、开垦草原、围湖造田，其结果是破坏了生态平衡，导致土地沙化。第三:为了提高单位面积的产粮量，除了推广优良品种，改良土壤和精耕细作外，就是大量施用农药和化肥，前者已成为污染土壤的重要因素。㈡人口增长对环境的影响2．人口增长对水资源的影响3．人口增长对能源的影响4．人口增长对大气污染的影响㈡人口增长对环境的影响D.L.Meadows提出了一个“人口膨胀—自然资源耗褐—环境污染”的世界模型并作了形象的概括。该模型认为，人口激增必然导致三种危机同时发生。第一：土地利用过度，因而不能继续加以使用，结果导致粮食产量的下降。第二：自然资源因世界人口过多而发生严重枯褐，工业产品也随之下降。第三：环境污染严重，破坏惊人，从而使粮食急剧减产，人类大量死亡，人口增长停止。这个模型只是一种纯数字计算的结果，它忽视了人类自身发展的主观能动性。该模型在某种程度上过分地宣扬了人多为患的论点，但也确实反映了生态平衡与人口增长的密切关系。㈢人口动态与预测1．种群生态学的基本概念⑴种群的定义：就是指占据一定面积并经常有品种或变种之间杂交的同一物种的一个群体。种群的特点是：有出生率和死亡率、增长率、以及在时间和空间上扩展的方式；种群能演化，即种群能够随着时间的进程而改变其特征，这是自然选择的结果。⑵种群的结构：种群的结构通常是指种群的年龄结构，是按照种群中的个体按其生命史不同阶段的分组。通常用不同年龄组的人口百分数表示这种结构，这就是所谓的年龄金字塔或人口百岁图。这种年龄金字塔或人口百岁图为比较人口的年龄结构提供了一个简便的手段，同时也是预测人口未来趋势的重要依据。在年龄金字塔或人口百岁图中能够反映出许多方面的内容。另外，瑞典人口学家桑德巴将人口结构划分为三种类型：增长型、静止型、缩减型。⑶生物种群的增长曲线A．指数曲线（S型曲线）特点是：每一项都大于前面所有各项的总和；开始增长很慢，当基数积累到一定程度后，总量就飞速地增长，这就是所谓的“起飞”。生物种群的增长曲线B．振荡返回曲线（阻尼曲线）生物种群的增长曲线C．突跃下降曲线生物种群的增长曲线D．爆发-灭绝曲线（J型曲线）生物种群的增长曲线E．逻辑增长曲线特点：环境容量是一个随着时间变化的量；逻辑增长曲线有一个理论上的平衡点，一旦达到这一点，只要系统不受干扰，出生率始终等于死亡率，种群就保持其大小，如果一旦超过这一点，死亡率就增长，反之，就是出生率上升。这样的曲线表明了种群和环境和谐一致。2．常见人口预测的方法①线性函数表达式:Pt=P0（1+Yt）其中：Pt——未来人口数；P0——-基期人口数；Y——人口年平均增长率；t——预测年限②指数表达式：③二次函数表达式：④罗杰斯蒂表达式：⑤人口学方法表达公式为：Pt=P0+B－D+I－E或Pt=P0（1+r）t其中：Pt——预测期人口数；P0——基期人口数；B——0~t时期内人口出生数；D——该时期死亡数；I——该时期迁入数；E——该时期迁出数；r——自然增长率；t——预测年限。第二部分人类与生物圈一．生物圈的概念及范围二．生态系统的结构与功能三．人类对生物圈的影响一．生物圈的概念及范围1．概念：指地球上有生命的部分。即地球上所有的生物，包括人类及其生存环境的总体。这个概念也是不很明确，因为在生物圈外，还有围绕着一个不明确范围的一些休眠体形式的生命“副生物圈”区域。2．范围：包括海平面以上9公里到海平面以下10公里的范围。二．生态系统的结构与功能㈠生态系统结构与类型1．结构：2类型：㈡功能1．能量流动⑴遵循二个规律热力学第一定律：能量可以从一种形式转化为另一种形式，在转化过程中能量不会消失，也不会增加，即能量守恒。热力学第一定律：能量总是沿着从集中到分散、从能量高到能量低的方向传递的，在传递过程中，又总会有一部分无用的能量放出。⑵流动过程：即反映了：能量流动的10%定律。⑶能量金字塔2．物质循环⑴碳循环⑵氮循环3．信息传递信息传递是生态系统的重要功能之一。生态系统中的信息形式有四种：⑴物理信息由声、光和颜色等构成。通过这类信息，可以在个体之间传递惊慌、警告、安全和求偶等多种信息。⑵化学信息由生化代谢产物，尤其是分泌的各种激素组成的化学物质。如：外激素等。⑶营养信息食物和养分也是一种信息。通过营养交换的形式，把信息从一个种群传递到另一个种群。食物链、食物网就是一个营养信息系统。⑷行为信息无论是同一种群还是不同的种群，个体之间都存在行为信息的表现。不同的行为动作传递着不同的信息，如：同一物种之间的舞蹈、飞行姿势传递着求偶信息等。功能三．人类对生物圈的影响㈠生态平衡及其破坏（略）1．概念及平衡破坏的因素2．美国科学家小米勒总结的生态学三大定律生态学第一定律：我们的任何行动都不是孤立的，对自然界的任何侵犯都具有无数的效应，其中许多是不可预料的。（多效应原理）生态学第二定律：每一事物无不与其它事物相互联系和相互交融。（相互联系原理）生态学第三定律：我们所生产的任何物质均不应对地球上自然的生物地球化学循环有任何干扰。（勿干扰原理）㈡人类对生物圈的影响1．森林在缩小原因：第一方面是耕作活动；第二方面是人类对薪柴的需求；第三方面是工业、农业对木材的要求提高。例如：中国农耕历史悠久，在长达几千年封建主义落后的社会制度下，由于对土地不适当的开发利用、历代统治者的掠夺以及战乱的破坏，森林面积逐渐减少。先秦时期，黄土高原的森林覆盖率在50%以上，东北和西南更是茂密的林区，覆盖率达80%以上。一直到清朝初年，全国森林覆盖率仍达21%。近200年来森林又大幅度地减少，到1949年只剩下7%——8%。解放以后，一方面由于生产水平的提高，另一方面由于大力提倡造林，森林面积又有所增加。第四个五年计划期间进行的森林资源清表明，当时全国的森林面积为12186万公顷，覆盖率为12.7%。但由于林业政策不稳定和管理上的失误，第五个五年计划期间再次调查的结果，这两个数据却相应地分别减少为11526万公顷和12%。5年之间森林面积净减660万公顷。近年完成的全国第三次全国森林资源清查结果表明情况有所好转，上述数字分别为12465万公顷和12.98%，达到了近代最高水平。更为可喜的是到了1991年底，从全国范围来看，森林的生产量已经开始超过采伐量，林业生产开始走向低谷。如果今后能稳定这个势头，采取更积极、更合理的政策和措施，我国的森林资源将会稳定地增长，到2000年全国森林总面积有可能达到1.64亿公顷，森林覆盖率提高到17%左右，接近《中国自然保护纲要》所规定的2000年达到18%的目标。2．牧场在退化草原子是最理想的天然牧场。然而，草场一般雨量较小，自然环境比较脆弱，其环境容量有限，畜牧业中早就产生了“载畜量”的概念，这就是一定面积牧场所能容纳（承载）牲畜的头数。超过了这个限度，就会导致草场的退化以至破坏。不幸的是由于人口的压力，许多牧场已经超载，引起草场严重退化，表现为草群变得稀疏低矮，产草量减少，草质变劣，即优良牧草减少，杂草、毒草增多。退化严重的地方整个自然环境变坏，引起沙化和盐渍化，其结果是该地区动植物资源遭到破坏，有些亿万年来适应了草原和荒漠环境的物种濒于灭绝。3．猎捕与毒杀大型食肉兽危害人畜，自古就是捕杀和毒杀的对象。从人类的全部历史来看，世界上生存过的全部500——1000亿人口中，90%为猎人，靠狩猎与采集为生，6%为农民，另有4%的人生活在工业社会中，但直至今天全世界尚有约300万人以打猎为生。长期的狩猎活动早已使一些野兽绝迹于许多地区，例如中国的东北虎与华南虎、北欧的野狼早已濒临绝境。海洋上与人无争的鲸与海豹亦在劫难逃，非洲原野上的象只因其贵重的象牙而成群地被杀死，就连作为人类之友的多种鸟类也难逃厄运。一项有案可查的大规模灭绝行动是美国的“联邦投毒计划”，在一些地区大量投放毒饵，仅1963年就毒死9万只郊狼、300只美洲狮、2.1万只猞猁狲与美洲野猫以及7.3万只其它动物。此前5年内共投毒饵（肉类和谷物）230万磅，许多非目标动物也一并毒死，并且至少使14人中毒。1971年一位参议员指责本应是野生生物保护机构的美国内务部野生生物局，变成了某些濒危物种最大的屠夫。1972年2月尼克松总统签署法令终止了该项投毒计划。但是1975年福特总统又授权使用一种新型的M-44氰化物陷井以捕杀某些猛兽，结果非目标动物继续遭殃，人畜中毒事件亦时有发生。一位农场主的儿子落入陷井中毒，他愤怒地写信给总统表示抗议：“多修些更先进的陷井吧，你的选票会源源不断”。4．人与昆虫的战争1874年，一位德国化学家首次合成了一种名叫双氯苯基三氯乙烷的有机化合物，这就是后来半个多世纪之内妇孺皆知的DDT。1939年发现了这种化合物卓越的杀虫特性。于是被广泛地应用以消灭农田害虫与传染疾病的有害昆虫，事实上成为现代大农业的重要手段之一。其发现者，瑞士人保罗·穆勒为此获得诺贝尔奖金。然而，大量使用农药的生态学后果却令人沮丧。农药在制造、运输与施用过程中造成人畜中毒事件的报道已屡见不鲜。1984年12月美国联合碳化物公司在印度博帕尔市家药厂的毒气泄漏