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自然世界生态系统 主讲人：朱永杰 自然生态系统最重要的是支撑人与地球其他生物生存，生物多样性的存续是其价值的体现。身处社会中的人们大多并不理解这样的“留存价值”，因此，让人们理解和认识这个价值，将其保留并延续下去是我们肩负的重要任务。 可持续发展是一个关于人类社会与自然生态系统关系的领域。人们从研究多生物组成的单一生态系统，到今天继续考察包括人在内的诸多生态系统组合成的生态世界，生态科学从纯自然科学的视角走出来，肩负起如何让以征服和改造自然为己任的社会认识自然世界、善待生态系统的艰巨任务。 1935年，英国生态学家首次用生态系统这个词来描述“物质在生物和非生物的环境间流动的重要性”的时候，“生态系统”这个词汇便问世，然而，迄今为止，科学界对于生态系统还没有形成公认的定义。 在阅读大量文献以后，我们发现有几个关于生态系统的共同点：首先，这是关于生命及其在自然状态存续的概念。其次，这是多种生命形态和非生命物质间关系的概念。最后，这是一个运动和变化的动态概念。其中有几个关键词是特别重要的，多样、联系、动态、生命、存续。 地球上那些可爱的生物 生态是生命延续的状态，是生命与环境作用的结果。尽管研究生态的学者首先应是生物学家，但升级到生态学者，观察和研究的内容一定不是生物个体。 生态系统管理所关注的问题，远远宽于对于单个物种或生命体的生物学研究。核心词汇叫做“生物多样性”。生物多样性是生命和多样化的复合词，通常指的是地球上生命的多样性和可变性。根据联合国环境规划署(UNEP)的提法，生物多样性是用来描述生命的遗传、物种和生态系统的变化程度。 在2016年5月，科学研究报告估计，目前，地球上有1万亿个物种，只有千分之一的物种被描述。估计地球现有物种的数量从1000万到1400万不等，其中约120万被记录在案，超过86%的物种还没有被描述。 在我们生活的这个地球上，热带森林生态系统覆盖不到陆地表面的10%，却包含了世界上90%的物种。澳大利亚大堡礁、美国太平洋沿岸的海洋里，海洋生物多样性是最高的。 生物多样性的很多方面对于人类社会的可持续发展具有积极意义，联合国确定2011-2020年为联合国生物多样性10年，号召全球保护生物多样性。 我们可以将自然生态系统简单理解为，在自然状态下生命与客观事物间的相互关系。因此，生态学本身就是一门“自然世界关系学”。而近年来的趋势是将人类社会的影响也纳入生态科学，研究人与自然的关系，这就使有关生态的事情变得异常复杂。 可以确定的是，迄今为止的人类经济活动对于自然生态系统及其生物多样性造成了负面影响。因此，当今世界的优秀生态学家都十分关心人类活动对自然的影响，关心那些属于社会领域的法律法规和国家政策，并努力参与政策制定和社会活动，实现保护自然生态系统的目的。 因为世界各地的水、热、气候状况存在差异，维度高低各有不同，世界各地的植物生长环境不同，以植物、苔藓和微生物为生的各种动物就有所差异，环境的不同造就了不同的次级生态系统。 海洋占地球面积的71%，90%的海洋生物生活在仅占海洋7.5%的大陆架范围内，剩余那些十分宽广无垠的海洋，相当于地球上的荒漠地区，那里的生命延续是非常艰难的。 地球上的森林占地球表面的31%，（图中）也包括一些平原地区，在生态分类中，降水丰富的平原和丘陵，在原来也长满森林。只不过，随着人类文明的发展，温带平坦区域的森林已经采伐完毕，变成了城市、乡村和农田等。现在的天然森林主要为环绕北极的泰加森林和南美亚马孙河、非洲刚果、东南亚的热带雨林。 非洲坦桑尼亚塞伦盖蒂国家公园内的角马大迁徙 地球上那些缺水少林的干旱半干旱贫瘠之地，占陆地表面的69%，通常会被称为“Rangeland”，是一种与森林和水体相对应的概念，也因为直接翻译为草原，引起了很多误解。其基本意思应是荒地，指的是那些初级生产力较低的自然土地，主要包括草地、沙漠、山地、灌木、稀树草原、苔藓和冰原等在内。虽然“Rangeland”在词典中被翻译为草原和牧场，但并不都是长着草的地方，大多数是不毛之地，例如中国西部的戈壁和沙漠，都属于这类生态系统。所以，对于草原这个词的使用应更加慎重一些，在这个范畴里，其生态系统保护意义远大于经济利用。 事实上，在我们的生态环境保护领域，还存在很多这样内涵模糊的词汇，例如山区、湿地等。相关的主管部门通常会用那个体量最大的数据，但还是需要用更加严谨的定义作为依据。 由于部分陆地终年被冰雪覆盖，例如南极大陆和格陵兰岛，虽然储存了地球绝大部分的淡水，但要用起来还是不容易。陆地上遍布了很多湿地，它们是不稳定的土地和生态系统，有时干，有时湿，一会儿这里，一会儿那里，一会儿大，一会儿小，随时都在变化。所以说，大自然的生态系统是动态的、复杂的。 在阳光照耀下，碳与水在绿色植物体内通过光合作用结合在一起，合成了碳水化合物，所吸收的能量支持了各种生命形态。这个过程被生态学称为初级生产，生态系统中所有植物的光合作用称为总初级生产(GPP)，约48%-60%的GPP在植物呼吸中消耗，剩下的部分被称为净初级生产，这是可以被生态系统利用的，但大部分净初级生产或被动物吃掉，或腐烂在土壤中，留给人类利用的份额不多。 氮元素加入有机反应过程，地球有了简单生命，光合作用提高了氧气浓度，才有了更高级的生命形态，生命过程中发生的营养、能量、水、碳、氮等多种物质的循环运动使地球的生命过程延续了数十亿年。 在自然生态系统中物质不生不灭，只是另外一种形态的存在，从阳光、水、矿物质在植物-食草动物-食肉动物-微生物间的营养、热量转换过程，到水、碳、氮、氧以及其他元素在生物体内和体外的循环运动来看，物质不灭，不多不少，时聚时散，适地适时，按照自然规律变成另外一种形态。 按照自然生态系统中的能量转换与守恒定律，太阳供给地球的热量就那么多，太阳能按照自然规律在不同的生命过程中被消耗和储存。生态系统并不创造能量，仅仅是将太阳能转换为化学能，适当的环境创造了地球生命形态，地球生命系统利用太阳能和转换的化学能创造了丰富的生物多样性奇迹。 在自然界中“存在即是合理的”，每一个自然存在的个体或生态系统的出现和延续都是多种自然环境相互作用的结果。生态系统还用最洁净和成本最低的方式完成各种能量、营养、水等的循环过程。自然生态的分布并不是按照人的意愿安排的，自然规律也并不是仅仅为服务人类社会安排的。 按科学界的说法，自然是包括人类（这里的人类仅仅指的是人类的肉身）在内的所有物质事物。自然科学必须是客观的，因为自然世界的运动规律亿万年不变，人类需要用客观的观察来描述和解释。 如果一定要找到一个与其相对的词汇，那就是“社会”，就是那些由人想象和创造出来的一切事物的集合。在数十万年时间里，人类从一般生物群体中脱颖而出，成为智慧生物。智慧的人类建立了“社会”这个概念。而社会科学则要建立在“以人为本”基础上。 正因为自然的安排并不完全以人的意志为转移，自然的安排在很多地方并不如意。因此，人类社会就要改造自然，以便更好地生活，这样就在人类文明史上产生了很多“不自然”的认识和想法，在很多时候还会利用自己的科学技术付诸实践。 在18世纪以前，北美大平原上估计有1亿头以上的北美野牛在北美大草原上生活，还有棕熊、森林狼以及大量的鹿类等食草动物。北美洲的土著印第安人也会捕杀野牛，但数量很少。 1870年，美国西部农民收集的北美野牛骨头老照片 欧洲殖民者来到北美便开始使用枪支猎杀野牛。在西部开发的过程中，美国联邦政府为了发展农业，甚至动用军队围捕、猎杀野牛。野牛的肉被随意丢弃，野牛的皮被当作皮革在集市上交易，野牛的骨头被集中起来，成车地运往加工厂粉碎，制作肥料撒到土地中，用于发展农业。西部开发的过程中，仅仅用了不到100年的时间，原来在北美大平原上狂奔的成群野牛不见了踪迹，仅北部的部分自然保护区还能见到少量的野牛在游荡。 在大自然不同生态系统的安排中，温带森林被分布在最适合人类生存的平坦、湿润、土地肥沃的区域，这种类型的土地资源初级生产力是最高的，也成为人类社会发展农业的最佳区域。其次是优质草原，在那里绿草如茵，天苍苍，草茫茫。智慧的人类利用强大的科技工具，继续向那些生态环境比较恶劣的贫瘠区域扩展。 很多人坚定地相信，科学技术能够改造自然，人类可以按照自己的意愿安排一切。而实际情况是，如果一定要在原来长草的地方种上树，不是不可以，但要花很多钱和人力物力，小心呵护。一棵树可以长大，但这些树很难形成森林生态系统，自我延续下去。 强行按照人类自己的意愿所做的事情，很多都难以如愿。在美国曾经进行过的生物圈2号实验就是例证。生物圈2号在物质上与地球生态系统隔离，通过工程手段禁止它与外界大气和地下土壤进行物质变换。 生物圈2号实验站 Johndedios摄 实验证明，人类试图在一个完全封闭的状态下，脱离地球生态系统长期生活是做不到的。即使在未来，人能在实验室模拟这些过程，用科技手段创造出生命形态，也要付出巨大成本，很难自然延续下去。保护自然形成的生态系统，是科学的需要也是经济和社会可持续发展的需要。 随着社会对于环境保护问题的关注，污染问题日益受到重视，在很多有关环境保护的议题中，污染问题一般能够达成共识。但生态系统保护问题往往很难解决，关键的问题在于，我们对于一个区域、山地、湖泊、河流、草地等的生态系统状况并不了解。大多缺乏本地资料，污染治理的理念解决不了生态环境和生态系统的问题。 我们需要认真探讨大自然中的生物个体、生态系统以及相互关系，需要用严谨的科学论文证明某些从未发现的生物个体。我们的确需要用复杂和周密的数据来更加精确地描述自然生态系统。 但更重要的是，要让老百姓、政治和经济的决策者们了解生态环境保护的意义。在当今世界可持续发展的大势下，在生物、生态相关领域工作的科学工作者需要让社会大众了解自然和珍爱生态系统，这样的工作更加重要而富有意义。 来源 | 中国绿色时报5月10日 |
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