自然世界生態(tài)系統(tǒng)

主講人：朱永杰

可持續(xù)發(fā)展是一個(gè)關(guān)于人類社會(huì)與自然生態(tài)系統(tǒng)關(guān)系的領(lǐng)域。人們從研究多生物組成的單一生態(tài)系統(tǒng),，到今天繼續(xù)考察包括人在內(nèi)的諸多生態(tài)系統(tǒng)組合成的生態(tài)世界,，生態(tài)科學(xué)從純自然科學(xué)的視角走出來，肩負(fù)起如何讓以征服和改造自然為己任的社會(huì)認(rèn)識(shí)自然世界,、善待生態(tài)系統(tǒng)的艱巨任務(wù),。

1935年，英國(guó)生態(tài)學(xué)家首次用生態(tài)系統(tǒng)這個(gè)詞來描述“物質(zhì)在生物和非生物的環(huán)境間流動(dòng)的重要性”的時(shí)候,，“生態(tài)系統(tǒng)”這個(gè)詞匯便問世,，然而，迄今為止,，科學(xué)界對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)還沒有形成公認(rèn)的定義,。

在閱讀大量文獻(xiàn)以后，我們發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)的共同點(diǎn)：首先，這是關(guān)于生命及其在自然狀態(tài)存續(xù)的概念,。其次,，這是多種生命形態(tài)和非生命物質(zhì)間關(guān)系的概念。最后,，這是一個(gè)運(yùn)動(dòng)和變化的動(dòng)態(tài)概念,。其中有幾個(gè)關(guān)鍵詞是特別重要的，多樣,、聯(lián)系,、動(dòng)態(tài)、生命,、存續(xù),。

地球上那些可愛的生物

生態(tài)是生命延續(xù)的狀態(tài)，是生命與環(huán)境作用的結(jié)果,。盡管研究生態(tài)的學(xué)者首先應(yīng)是生物學(xué)家,，但升級(jí)到生態(tài)學(xué)者，觀察和研究的內(nèi)容一定不是生物個(gè)體,。

生態(tài)系統(tǒng)管理所關(guān)注的問題,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)寬于對(duì)于單個(gè)物種或生命體的生物學(xué)研究。核心詞匯叫做“生物多樣性”,。生物多樣性是生命和多樣化的復(fù)合詞,，通常指的是地球上生命的多樣性和可變性。根據(jù)聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)的提法,，生物多樣性是用來描述生命的遺傳,、物種和生態(tài)系統(tǒng)的變化程度。

在2016年5月,，科學(xué)研究報(bào)告估計(jì),，目前，地球上有1萬億個(gè)物種,，只有千分之一的物種被描述,。估計(jì)地球現(xiàn)有物種的數(shù)量從1000萬到1400萬不等，其中約120萬被記錄在案,，超過86%的物種還沒有被描述,。

在我們生活的這個(gè)地球上，熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)覆蓋不到陸地表面的10%,，卻包含了世界上90%的物種,。澳大利亞大堡礁、美國(guó)太平洋沿岸的海洋里,，海洋生物多樣性是最高的,。

生物多樣性的很多方面對(duì)于人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有積極意義，聯(lián)合國(guó)確定2011-2020年為聯(lián)合國(guó)生物多樣性10年，號(hào)召全球保護(hù)生物多樣性,。

我們可以將自然生態(tài)系統(tǒng)簡(jiǎn)單理解為,，在自然狀態(tài)下生命與客觀事物間的相互關(guān)系。因此,，生態(tài)學(xué)本身就是一門“自然世界關(guān)系學(xué)”,。而近年來的趨勢(shì)是將人類社會(huì)的影響也納入生態(tài)科學(xué)，研究人與自然的關(guān)系,，這就使有關(guān)生態(tài)的事情變得異常復(fù)雜,。

可以確定的是，迄今為止的人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)于自然生態(tài)系統(tǒng)及其生物多樣性造成了負(fù)面影響,。因此,，當(dāng)今世界的優(yōu)秀生態(tài)學(xué)家都十分關(guān)心人類活動(dòng)對(duì)自然的影響，關(guān)心那些屬于社會(huì)領(lǐng)域的法律法規(guī)和國(guó)家政策,，并努力參與政策制定和社會(huì)活動(dòng),，實(shí)現(xiàn)保護(hù)自然生態(tài)系統(tǒng)的目的。

因?yàn)槭澜绺鞯氐乃?、熱,、氣候狀況存在差異,，維度高低各有不同,，世界各地的植物生長(zhǎng)環(huán)境不同，以植物,、苔蘚和微生物為生的各種動(dòng)物就有所差異,，環(huán)境的不同造就了不同的次級(jí)生態(tài)系統(tǒng)。

海洋占地球面積的71%,，90%的海洋生物生活在僅占海洋7.5%的大陸架范圍內(nèi),，剩余那些十分寬廣無垠的海洋，相當(dāng)于地球上的荒漠地區(qū),，那里的生命延續(xù)是非常艱難的,。

地球上的森林占地球表面的31%，（圖中）也包括一些平原地區(qū),，在生態(tài)分類中,，降水豐富的平原和丘陵，在原來也長(zhǎng)滿森林,。只不過,，隨著人類文明的發(fā)展，溫帶平坦區(qū)域的森林已經(jīng)采伐完畢,，變成了城市,、鄉(xiāng)村和農(nóng)田等。現(xiàn)在的天然森林主要為環(huán)繞北極的泰加森林和南美亞馬孫河、非洲剛果,、東南亞的熱帶雨林,。

非洲坦桑尼亞塞倫蓋蒂國(guó)家公園內(nèi)的角馬大遷徙

地球上那些缺水少林的干旱半干旱貧瘠之地，占陸地表面的69%,，通常會(huì)被稱為“Rangeland”,，是一種與森林和水體相對(duì)應(yīng)的概念，也因?yàn)橹苯臃g為草原,，引起了很多誤解,。其基本意思應(yīng)是荒地，指的是那些初級(jí)生產(chǎn)力較低的自然土地,，主要包括草地,、沙漠、山地,、灌木,、稀樹草原、苔蘚和冰原等在內(nèi),。雖然“Rangeland”在詞典中被翻譯為草原和牧場(chǎng),，但并不都是長(zhǎng)著草的地方，大多數(shù)是不毛之地,，例如中國(guó)西部的戈壁和沙漠,，都屬于這類生態(tài)系統(tǒng)。所以,，對(duì)于草原這個(gè)詞的使用應(yīng)更加慎重一些,，在這個(gè)范疇里，其生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)意義遠(yuǎn)大于經(jīng)濟(jì)利用,。

事實(shí)上,，在我們的生態(tài)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，還存在很多這樣內(nèi)涵模糊的詞匯,，例如山區(qū),、濕地等。相關(guān)的主管部門通常會(huì)用那個(gè)體量最大的數(shù)據(jù),，但還是需要用更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩x作為依據(jù),。

由于部分陸地終年被冰雪覆蓋，例如南極大陸和格陵蘭島,，雖然儲(chǔ)存了地球絕大部分的淡水,，但要用起來還是不容易。陸地上遍布了很多濕地,，它們是不穩(wěn)定的土地和生態(tài)系統(tǒng),，有時(shí)干,，有時(shí)濕，一會(huì)兒這里,，一會(huì)兒那里,，一會(huì)兒大，一會(huì)兒小,，隨時(shí)都在變化,。所以說，大自然的生態(tài)系統(tǒng)是動(dòng)態(tài)的,、復(fù)雜的,。

在陽光照耀下，碳與水在綠色植物體內(nèi)通過光合作用結(jié)合在一起,，合成了碳水化合物,，所吸收的能量支持了各種生命形態(tài)。這個(gè)過程被生態(tài)學(xué)稱為初級(jí)生產(chǎn),，生態(tài)系統(tǒng)中所有植物的光合作用稱為總初級(jí)生產(chǎn)(GPP),，約48%-60%的GPP在植物呼吸中消耗，剩下的部分被稱為凈初級(jí)生產(chǎn),，這是可以被生態(tài)系統(tǒng)利用的,，但大部分凈初級(jí)生產(chǎn)或被動(dòng)物吃掉，或腐爛在土壤中,，留給人類利用的份額不多,。

氮元素加入有機(jī)反應(yīng)過程，地球有了簡(jiǎn)單生命,，光合作用提高了氧氣濃度,，才有了更高級(jí)的生命形態(tài),，生命過程中發(fā)生的營(yíng)養(yǎng),、能量、水,、碳,、氮等多種物質(zhì)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)使地球的生命過程延續(xù)了數(shù)十億年。

在自然生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)不生不滅,，只是另外一種形態(tài)的存在,，從陽光、水,、礦物質(zhì)在植物-食草動(dòng)物-食肉動(dòng)物-微生物間的營(yíng)養(yǎng),、熱量轉(zhuǎn)換過程，到水,、碳,、氮,、氧以及其他元素在生物體內(nèi)和體外的循環(huán)運(yùn)動(dòng)來看，物質(zhì)不滅,，不多不少,，時(shí)聚時(shí)散，適地適時(shí),，按照自然規(guī)律變成另外一種形態(tài),。

按照自然生態(tài)系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換與守恒定律，太陽供給地球的熱量就那么多，太陽能按照自然規(guī)律在不同的生命過程中被消耗和儲(chǔ)存。生態(tài)系統(tǒng)并不創(chuàng)造能量,，僅僅是將太陽能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能,，適當(dāng)?shù)沫h(huán)境創(chuàng)造了地球生命形態(tài)，地球生命系統(tǒng)利用太陽能和轉(zhuǎn)換的化學(xué)能創(chuàng)造了豐富的生物多樣性奇跡,。

在自然界中“存在即是合理的”，每一個(gè)自然存在的個(gè)體或生態(tài)系統(tǒng)的出現(xiàn)和延續(xù)都是多種自然環(huán)境相互作用的結(jié)果。生態(tài)系統(tǒng)還用最潔凈和成本最低的方式完成各種能量,、營(yíng)養(yǎng)、水等的循環(huán)過程,。自然生態(tài)的分布并不是按照人的意愿安排的,，自然規(guī)律也并不是僅僅為服務(wù)人類社會(huì)安排的。

按科學(xué)界的說法,，自然是包括人類（這里的人類僅僅指的是人類的肉身）在內(nèi)的所有物質(zhì)事物,。自然科學(xué)必須是客觀的，因?yàn)樽匀皇澜绲倪\(yùn)動(dòng)規(guī)律億萬年不變,，人類需要用客觀的觀察來描述和解釋,。

如果一定要找到一個(gè)與其相對(duì)的詞匯，那就是“社會(huì)”,，就是那些由人想象和創(chuàng)造出來的一切事物的集合,。在數(shù)十萬年時(shí)間里，人類從一般生物群體中脫穎而出,，成為智慧生物,。智慧的人類建立了“社會(huì)”這個(gè)概念。而社會(huì)科學(xué)則要建立在“以人為本”基礎(chǔ)上,。

正因?yàn)樽匀坏陌才挪⒉煌耆匀说囊庵緸檗D(zhuǎn)移,，自然的安排在很多地方并不如意。因此,，人類社會(huì)就要改造自然,，以便更好地生活，這樣就在人類文明史上產(chǎn)生了很多“不自然”的認(rèn)識(shí)和想法,，在很多時(shí)候還會(huì)利用自己的科學(xué)技術(shù)付諸實(shí)踐,。

在18世紀(jì)以前,，北美大平原上估計(jì)有1億頭以上的北美野牛在北美大草原上生活，還有棕熊,、森林狼以及大量的鹿類等食草動(dòng)物,。北美洲的土著印第安人也會(huì)捕殺野牛，但數(shù)量很少,。

1870年,，美國(guó)西部農(nóng)民收集的北美野牛骨頭老照片

歐洲殖民者來到北美便開始使用槍支獵殺野牛。在西部開發(fā)的過程中,，美國(guó)聯(lián)邦政府為了發(fā)展農(nóng)業(yè),，甚至動(dòng)用軍隊(duì)圍捕、獵殺野牛,。野牛的肉被隨意丟棄,，野牛的皮被當(dāng)作皮革在集市上交易，野牛的骨頭被集中起來,，成車地運(yùn)往加工廠粉碎,，制作肥料撒到土地中，用于發(fā)展農(nóng)業(yè),。西部開發(fā)的過程中,，僅僅用了不到100年的時(shí)間，原來在北美大平原上狂奔的成群野牛不見了蹤跡,，僅北部的部分自然保護(hù)區(qū)還能見到少量的野牛在游蕩,。

在大自然不同生態(tài)系統(tǒng)的安排中，溫帶森林被分布在最適合人類生存的平坦,、濕潤(rùn),、土地肥沃的區(qū)域，這種類型的土地資源初級(jí)生產(chǎn)力是最高的,，也成為人類社會(huì)發(fā)展農(nóng)業(yè)的最佳區(qū)域,。其次是優(yōu)質(zhì)草原，在那里綠草如茵,，天蒼蒼,，草茫茫。智慧的人類利用強(qiáng)大的科技工具,，繼續(xù)向那些生態(tài)環(huán)境比較惡劣的貧瘠區(qū)域擴(kuò)展。   

很多人堅(jiān)定地相信,，科學(xué)技術(shù)能夠改造自然,，人類可以按照自己的意愿安排一切。而實(shí)際情況是,，如果一定要在原來長(zhǎng)草的地方種上樹,，不是不可以,，但要花很多錢和人力物力，小心呵護(hù),。一棵樹可以長(zhǎng)大,，但這些樹很難形成森林生態(tài)系統(tǒng)，自我延續(xù)下去,。

強(qiáng)行按照人類自己的意愿所做的事情,，很多都難以如愿。在美國(guó)曾經(jīng)進(jìn)行過的生物圈2號(hào)實(shí)驗(yàn)就是例證,。生物圈2號(hào)在物質(zhì)上與地球生態(tài)系統(tǒng)隔離,，通過工程手段禁止它與外界大氣和地下土壤進(jìn)行物質(zhì)變換。

生物圈2號(hào)實(shí)驗(yàn)站  Johndedios攝

實(shí)驗(yàn)證明,，人類試圖在一個(gè)完全封閉的狀態(tài)下,，脫離地球生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期生活是做不到的。即使在未來,，人能在實(shí)驗(yàn)室模擬這些過程,，用科技手段創(chuàng)造出生命形態(tài)，也要付出巨大成本,，很難自然延續(xù)下去,。保護(hù)自然形成的生態(tài)系統(tǒng)，是科學(xué)的需要也是經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需要,。

隨著社會(huì)對(duì)于環(huán)境保護(hù)問題的關(guān)注,，污染問題日益受到重視，在很多有關(guān)環(huán)境保護(hù)的議題中,，污染問題一般能夠達(dá)成共識(shí),。但生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)問題往往很難解決，關(guān)鍵的問題在于,，我們對(duì)于一個(gè)區(qū)域,、山地、湖泊,、河流,、草地等的生態(tài)系統(tǒng)狀況并不了解。大多缺乏本地資料,，污染治理的理念解決不了生態(tài)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的問題,。

我們需要認(rèn)真探討大自然中的生物個(gè)體、生態(tài)系統(tǒng)以及相互關(guān)系,，需要用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)論文證明某些從未發(fā)現(xiàn)的生物個(gè)體,。我們的確需要用復(fù)雜和周密的數(shù)據(jù)來更加精確地描述自然生態(tài)系統(tǒng)。

但更重要的是,，要讓老百姓,、政治和經(jīng)濟(jì)的決策者們了解生態(tài)環(huán)境保護(hù)的意義,。在當(dāng)今世界可持續(xù)發(fā)展的大勢(shì)下，在生物,、生態(tài)相關(guān)領(lǐng)域工作的科學(xué)工作者需要讓社會(huì)大眾了解自然和珍愛生態(tài)系統(tǒng),，這樣的工作更加重要而富有意義。