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认知生态系统


认知生态系统
生态系统最初是由英国生态学家坦斯利提出的,他强调有机体 与环境是不可分割的,并阐述了生态系统的基本概念是“物理学上使 用的‘系统’整体,这个系统不仅包括有机复合体,而且也包括形成 整个环境的整个物理因子的复合体” 。 因此,生态系统是指在一定时间和空间内,生物和非生物的成 分之间,通过不断地物质循环和能量流动而形成的统一整体。关于对 生态系统的认知,我主要

从两方面来说明: 1、生态系统及其中的能流和物流 按照现代生态学的观点, 生态系统就是生命系统和环境系统在特 定空间的组合。在生态系统中,各种生物彼此间以及生物与非生物的 环境因素之间相互作用,且不断发生物质和能量的流动。目前人类所 生活的生物圈内有无数大小不同的生态系统。 在一个复杂的大生态系 统中又包含着无数个小的生态系统。 各种各样的生态系统组成了统一 的整体,这就是目前人类生活的自然环境。大而言之,整个生物圈是 一个生态系统;小而言之,一滴天然水珠也是一个生态系统。 世界是物质的,物质又是恒久运动的,自然环境中的物质迁移或 循环,又是以能量流动为推动力的(在地球范围内,极大多数形式的 能量来自太阳) 。正由于能量的不停流动,物质在自然环境中的不息 循环,才构成了循环不已的自然史和生生不息的生物史。能量流动和 物质循环过程又分别遵循着两条最重要的自然法则, 即能量守恒定律 和物质不灭定律。

2 太阳能在地球上的流动 人类利用能量的形式经历了由低级到高级的历史过程:风力、水 力→木材→煤→石油→天然气→原子裂变能→原子聚变能。 其中风力 和水力是太阳能的变形;木材、煤、石油、天然气可看作是太阳能的 历史“遗产”;至于裂变物质和聚变物质,前者是在地球诞生日起与 地球共存的矿物质,后者则是人工生产物质(如 3H) 。当前,可以说 太阳能是地球上大多数形式能量的源泉。 太阳到地球的距离为 1.5×108km,从地球看太阳犹如盘子般大, 而从太阳看地球, 则像运动场上百米跑道一端看另一端地面上一枚分 币那么大。相距如此之遥,能达到地球的太阳能仅是太阳总能量的 25 亿分之一, 但这仍相当于太阳每年向地球提供 90×1012 吨优质煤。 按热力学第二定律,若无外界能量输入,则作为封闭体系的地球 上的一切事物将随时间的推延而增大其无序性, 地球上的一切将变得 毫无生气。幸亏由于太阳辐射不断向地球注入能量,才不致于发生这 种情况。用于蒸发水分的太阳能又以动能和势能的形态重现。地面水 经蒸发化为雨雪、再流入河海是太阳能转化为动能的表现;冰川的形 成则是太阳能转为势能的表现。 由于纬度不同的地面受太阳光直射或斜射的情况不同,致使各 地区吸收辐射的程度有所差异。 这种地区间的不平衡又可通过风流和 水流来抵消,以使太阳能的吸收在全球范围内达到平衡,从而使地球 平均温度大致保持恒定。 3 物质的地球化学循环

地球上物质的大多数循环过程是在生物和人类出现之前就发 生了的。例如河流将悬浮物和溶解物从陆地搬运入海;地球板块运动 引起海洋沉积物拔升并形成新的陆地过程; 大气组分的循环和渐次演 化过程等。这些过程都可归入地球化学循环。在地球化学循环中,虽 然多种元素和它们的各类化合物往往同时参与同一循环, 但为研究方 便, 常将某一元素或某一特定化合物在地球表面的迁移用一个特定的 地球化学循环来描述。 此外, 由于迁移是连续的, 物质又是守恒的 (很 少与地幔或外层空间交换物质) ,所以物质在地球圈层之间的迁移是 循环往复、不见始终的。物质的地球化学循环模型如图 2-3 所示。 2.1.4 物质的生物地球化学循环 将物质的地球化学循环和物质在生态系统中的循环加以综合考 虑,就是物质在生物圈范围内的循环。这种循环中除地质系统、化学 系统外,还包含着生物系统,所以称为生物地球化学循环。稳定有序 的生物地球化学循环是生态系统存在和发展的必要条件之一。 在自然 条件下,这一状态是通过漫长的、互相协同的生物进化和环境演化得 以达成的。由于人类各种不适当活动结果的长期累积,目前这种循环 已偏离了原有的稳定性和有序性,从而导致了各种不良的环境后果。 生命体的最小结构单位是细胞,组成细胞的成分都是原生质,可 以说原生质是生命活动的物质基础。原生质的主要组成元素如下: 含量最多元素:碳、氢、氧、氮等约占总质量的 98%; 含量少的元素:磷、硫、氯、钠、钾、镁、钙、铁等; 含微量的元素:铜、锰、锌、硼、钼、碘等。

运用现代分析技术获知这样一个事实, 即包括上述元素在内的自 然存在的所有元素(共 90 余种)都或多或少地存在于有机生物体之 中,这是生物界和非生物界统一性的表现,也恰恰说明了物质是在生 物界和非生物界之间流动和循环的。 从化学元素组成和分子化学的观点来看有机生物体, 人们可以发 现,所有有生命的系统都由相对简单的无机分子(在生物体体液中常 呈电离状态)和含碳的有机化合物所组成;非生物系统所遵循的所有 物理的和化学的定律同样也适用于生物系统。 组成原生质的上述各化学元素在生物圈中的循环过程, 对于人类 和各种生物体的生存、生长、繁衍来说是至关重要的。以下将分节阐 述水和元素碳、氧、氮、硫和磷的生物地球化学循环。


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