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生物+环境=生态系统

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2024-12-05 23:59

生物与环境构成了统一整体，在这个统一整体中，生物与环境之间相互影响、相互制约，并在一定时期内处于相对稳定的动态平衡状态。能量流动是生态系统的重要功能，在生态系统中，能量随着营养关系而流动，物质也在不停地循环着。

生态学研究包括了五个层次，从小到大依次为个体、种群、群落、生态系统和生物圈。
在一定空间和时间内同种生物个体的总和构成种群；生活在一定的自然区域内，相互之间具有直接或间接关系的各种生物种群的总和就是群落；生物群落及其所生活的无机环境之间由于不断地物质循环和能量的流动过程而形成的统一整体就是生态系统。全球生态系统的总和称为生物圈。

对于某个生物，其周围一切客观存在都是它的环境。从某种意义上来说，没有生物，就谈不上所谓的环境，环境往往是针对生物而言的。生物的环境因素按性质可分为非生物因子和生物因子。其中影响生物活动的非生物因子包括了气候因子，营养因子，水因子，土壤、地形和地理因子，海洋地理因子，大气成分，自然灾变和地质条件；
影响生物活动的生物因子包括了生物之间的各种相互作用；比如人类的活动对自然界其他生物产生的影响；以及政治、经济、文化、科学技术等社会环境因素对个人和整个人类的作用和影响。

古人用了很多优美的诗词描绘生物与环境之间的和谐之美。比如说“落霞与孤鹜齐飞”，“两个黄鹂鸣翠柳”，“小桥流水人家”等等。

环境与生物的相互作用包括两个方面：一方面，生物的生长、繁殖、代谢和分布等一切活动都要受到环境的影响和制约；另一方面，生物的活动又反过来会影响环境的变化。

生态系统中各类生物之间的营养关系决定了能量流动和物质循环的途径，生态学家根据生物的营养来源确定各种生物处于什么样的营养水平。通过处于不同营养水平的生物之间的食物传递形成了一环套一环的链条式关系结构，称为食物链。在食物链基部的一些光合自养生物是生态系统的生产者，它们能够利用太阳能合成有机物作为营养来源；所有位于生产者营养水平之上的异养生物都是消费者，它们直接或间接以生产者制造的有机物为食物。那些直接以生产者为食的是初级消费者，位于初级消费者之上的肉食动物是二级消费者，更高的是三级消费者、四级消费者。另一类非常重要的消费者是分解者。它们主要包括细菌和真菌等微生物，通过分解生物死亡后的有机体，从中获得营养和能量。

在生态系统中，一种生物往往并不只固定在一条食物链上，它们可以同时加入几条食物链。比如我们人，既可以吃植物，也可以吃动物。因此，生态系统中的营养关系实际上是一种网状结构，称为食物网。

食物网越复杂，生态系统就越稳定；越简单，就越容易波动或遭受毁灭。食物的传递伴随着能量的流动。在生态系统中，当能量以食物的形式在不同营养水平的生物间传递时，食物中相当一部分能量通过呼吸作用以热的形式散失，其余被用于合成新的有机质作为潜能贮存下来。能量在生态系统中各级营养水平生物之间的传递的效率很低，每传递一次，便损失掉大约90%。因此，生态系统吸收的太阳能量一般最多只能通过4-5个不同的营养级的生物传递。由于通过食物链后能量的逐级损失，食物链中的能量也呈现出下宽上窄的金字塔构造，被称为能量金字塔。

从能量的角度考虑，生态系统是一个开放的系统，不断地能量输入和能量的散失，使该开放系统维持一种稳定的平衡状态。

与能量流动同样重要的还有物质循环。在一个生态系统中，诸如碳氮磷之类的物质不断地改变形态，有时它们是生物体的一部分，有时是非生物体系的成分。这些与生命活动相关联的物质以生物的或非生物的形式，原子的、分子的或生物大分子的形式在自然界中循环，这些物质的循环叫做生物地球化学循环。

无论是食物网，能量流动还是物质循环，都体现着生态系统的生物与环境之间的相互关联。下面我们用一个经典的案例，也是比较悲伤的例子来看看生态系统中的相互关联，同时也看看生物如何随着环境发生演化。这就是DDT的故事。

这个看起来比较简单的化学分子就是故事的主角DDT，化学名为双对氯苯基三氯乙烷。它是由欧特马-勤德勒于1874年首次合成。

1939年，瑞士化学家穆勒发现这种化合物具有杀虫剂效果，而且几乎对所有的昆虫都非常有效。第二次世界大战中，人们开始大量地以喷雾的方式使用DDT对抗疟疾和伤寒等虫媒传染病，取得了奇迹般的效果。例如在印度，DDT使疟疾病例在10年内从7500万例减少到500万例。在后来的30年间，千百万吨DDT在全世界被使用，使农业大幅度增收。20世纪50年代以来，全世界大约有500万人因此免于饿死。因为DDT在农业和疾病预防上的作用，穆勒于1948年荣获诺贝尔生理/医学奖。

然而不久以后，科学家们开始担忧，因为有些昆虫对DDT产生了抗药性，药效不如从前那样明显了。人们还发现，由于DDT的使用，导致了自然生态系统的破坏，造成了减产。比如秘鲁在使用DDT后，在最初的4年内棉花亩产量从220千克增加到295千克，然而之后又下降到159千克，比使用杀虫剂之前还少!不仅如此，科学家通过研究还发现DDT在环境中非常难以降解，并可以在动物脂肪内积累，甚至在南极企鹅的血液中也检测出DDT。

鸟类体内含DDT会导致产软壳蛋而不能够孵化，尤其是处于食物链顶端的食肉鸟，比如美国国鸟白头海雕几乎因此而灭绝。

1962年，美国海洋生物学家Rachel Carson在其所发表的著作《寂静的春天》中高度怀疑， DDT进入食物链，是导致一些食肉和食鱼的鸟接近灭绝的主要原因。

从70年代后DDT逐渐被世界各国明令禁止生产和使用。因为全世界禁用DDT等有机氯杀虫剂，而且1962年以后又放松了对疟疾的警惕，所以，疟疾很快就在第三世界国家中卷土重来。今天，在发展中国家，特别是在非洲国家，每年大约有一亿多的疟疾新发病例，大约有100多万人死于疟疾，而且其中大多数是儿童。

疟疾目前还是发展中国家最主要的病因与死因，这一方面是因为疟原虫对氯奎宁等治疗药物产生的抗药性，一方面也因为目前还没有找到一种经济有效、对环境危害小、能代替DDT的杀虫剂。

从DDT的大规模使用到被摒弃，这其中不过30年。在这短短的30年中，昆虫已经演化出对DDT的强大抗药性，而与此同时，DDT也随着食物链在鸟类和其他处于昆虫营养水平之上的消费者体内富集，并造成了危害。

这让我们不得不更加认真地思考人与自然，生物与环境之间的相互作用。

这是我们美丽的家园地球，它就像一颗蓝宝石一样，充满了生机。

我们与其它的生物一起，在地球上呼吸着空气，享受着生命，不断地演化着。让我们保持着对自然的敬畏之心，和其他的生命一起在地球这个生态圈中长久地延续下去吧。