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第四章人类与生物圈制作：李静亚文字编辑：邰丽娟第一节生物圈的概念及其发展生物圈是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。在生机勃勃的生物圈以外，还有一些休眠形式生命的“副生物圈”区域。生物圈的发育大约经历了30亿年的漫长历程。生物圈是地球上最大的生态系统，它包括海平面以上9公里到海平面以下10公里的范围。第二节生态系统的结构与功能一.生态系统的结构和类型生态系统的类型•水生生态系统•陆地生态系统二.生态系统的功能1942年，美国生态学家林德曼（R.L.Lindeman，1915—1942）对一个天然湖泊——赛达伯格湖的能量流动进行了定量分析，得出了上图所示的数据。(一)能量流动一般来说，在输入到某一个营养级的能量中，只有10％～20％的能量能够流动到后一个营养级，也就是说，能量在相邻的两个营养级间的传递效率大约是10％～20％。为了形象地说明这个问题，可以将单位时间内各个营养级所得到的能量数值，由低到高绘制成图，这样就形成一个金字塔图形，叫做能量金字塔。从能量金字塔可以看出，在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多。能量传递的“十分之一定律”(二)物质循环1.碳循环碳是地球上储量最丰富的元素之一。它广泛地分布于大气、海洋、地壳沉积岩和生物体中，并随地球的运动循环不止。同时碳又是有机化合物的基本成分，是构成生命体的基本元素。碳循环还与生命活动紧密相联。亿万年来，在地球的生物圈和大气圈中，碳通过生命的新陈代谢，往复循环、生生不息。碳循环示意图全球碳循环•自然界中绝大多数的碳并非储存于生物体内，而是储存于大量的地壳沉积岩中。一方面沉积岩中的碳因自然和人为的各种化学作用分解后进入大气和海洋；另一方面生物体死亡以及其他各种含碳物质又不停地以沉积物的形式返回地壳中，由此构成了全球碳循环的一部分。碳的生物循环虽然对地球的环境有着很大的影响，但是从以百万年计的地质时间上来看，缓慢变化的碳的地球化学大循环才是地球环境最主要的控制因素。二氧化碳问题•自然界自发进行的碳循环，在很长的时期内始终处于一种均衡的状态，使地球的环境基本保持不变。然而人类的行为却在很短的时间内打破了这种平衡。尤其是近二百年来，人类对煤、石油和天然气等含碳能源的大量开采利用，致使更多的二氧化碳被排入大气。本世纪以来，大气测量的众多数据表明，大气中二氧化碳浓度正在呈指数上升。二氧化碳能吸收地表的红外辐射，是一种典型的温室气体。自从100年前瑞典化学家阿伦尼乌斯（SvanteArrhenius）提出大气中二氧化碳丰度的变化会影响地表温度的假说以来，越来越多的科学家致力于大气中二氧化碳与环境关系的研究。时至今日，大量的研究表明，大气中二氧化碳浓度的增长，将继续使全球气候发生变化，从而也给人类社会带来了深远的影响。2.氮循环氮在地球大气圈、岩石圈和生物圈都有广泛的分布。在大气中氮的储量最为丰富。在地壳中的氮也是常见元素之一。生物圈中的氮总量最少，但是它对生命体却有着决定性的作用。无论是生命必须的蛋白质还是核酸，处处都离不开氮的存在。氮循环示意图氮是构成生命的主要元素。植物的生长更缺少不了氮的补充。但是由于地表径流的溶解和搬运作用，土壤中的氮往往消耗极大而补充很少。而大多数植物又不能直接吸收大气中的氮。自然条件下，很多植被丰茂的地区都面临着氮的缺乏。人类利用自身的智慧使全球氮循环，尤其是大气的氮循环得到了补充。现代化肥工业成功地固定了大气中的氮，并将其转化为可被初级生产者利用的形式。这个有90年历史的产业带来了全世界范围内农作物产量的大幅度增长，因而被称之为“绿色革命”。(三)信息传递1.物理信息2.化学信息3.营养信息4.行为信息第三节人类对生物圈的影响一.生态平衡及其破坏乱砍滥伐环境污染美国科学家小米勒总结出生态学三定律:1.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限的效应,其中许多是不可预料的.这一定律是G.哈定提出来的,可称为多效应原理.2.每一事物无不与其他事物相互联系和相互交融.此定律又称相互联系原理.3.我们所生产的任何物质不应对地球上自然的生物地球化学循环有任何干扰.此定律或可称为勿干扰原理.二.人类对生物圈的影响(一)森林在缩小纸张与森林：纸浆需求量的猛增，是木材消费增长的原因之一。全国年造纸消耗木材1000万立方米，进口木浆130多万吨，进口纸张400多万吨，这要砍伐多少树木啊！纸张的大量消费不仅造成森林毁坏，而且因生产纸浆排放污水使江河湖泊受到严重污染（造纸行业所造成的污染占整个水域污染的30%以上。）一次性筷子的危害：一次性筷子是日本人发明的。日本的森林覆盖率高大65%，但他们却不砍伐自己国土上的树木来做一次性筷子，全靠进口。我国的森林覆盖率不到14%，却是出口一次性筷子的大国。我国北方的一次性筷子的产业每年要向日本和韩国出口150亿双筷子。全国每年生产一次性筷子耗材130万立方米，减少森林蓄积200万立方米。一棵树的生态价值：印度加尔各答农业大学德斯教授对一棵树的生态价值进行了计算：一棵50年树龄的树，产生氧气的价值约31，200美元；吸收有毒气体，防止大气污染价值62，500美元；增加土壤肥力价值约31，200美元；涵养水源价值37，500美元；为鸟类及其他动物提供繁衍场所价值31，250美元；产生蛋白质价值2，500美元。除去花，果实和木材价值，总计创值约196，000美元。森林的消失：我国的森林覆盖率只有世界平均值的1/4。据统计，我国森林在10年间锐减了23%，可伐蓄积量减少了50%。云南西双版纳的天然森林，自50年代以来，每年已约1.6万公顷的速度消失着。当时，55%的原始森林覆盖面积现已减少了一半。森林的消失意味着大面积的水土流失，荒漠化的加速。目前全球有100多个国家，9亿人口和25%的陆地受到荒漠化的威胁，每年因荒漠化造成直接经济损失达400多亿美元。我国受荒漠化影响的地区超过国土总面积的1/3，生活在荒漠地区和受荒漠化影响的人口近4亿，每年因荒漠化危害造成的经济损失高达540亿元以上。(二)牧场在退化(三)猎捕与毒杀(四)人与昆虫的战争(五)意外的繁衍(六)日益加速的物种灭绝第四节国际人与生物圈计划概况一.人与生物圈计划的目的二.人与生物圈计划的研究内容1.不断增加的人类活动对热带、亚热带森林生态系统的影响.2.不同的提地利用和管理方法对温带和地中海森林景观的影响.3.人类活动和土地利用对牧地、热带稀树草原和草场(从温带到干旱区)的影响.4.人类活动对干旱和半干旱地区生态系统的发展和演化带来的影响,特别是灌溉的作用.5.人类活动对湖泊、沼泽、河流、三角洲、河口及海岸地带的作用和对这些地方的资源所产生的生态学影响.6.人类活动对山地和冻原生态系统的影响.7.岛屿生态系统的生态与管理利用.8.自然保护区及其特有资源的保护.9.从生态学角度评价使用化肥对陆地和水生生态系统的影响.10.大型工程建设对人类及其环境的影响.11.城市系统生态学.12.人口和遗传特性的演变同环境变化的相互关系.13.对环境质量的评价.14.环境污染及其对生物圈影响的研究.三.生物圈保护区的特征四.生物圈保护区的功能(一)自然保护区与传统土地利用结合功能(二)研究和监测功能(三)教育和培训功能(四)合作功能