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第24章 认识生态因子的作用(8)

在土壤动物中不能不提到白蚁(等翅目),因为在能分解木质纤维素的大型动物中,除了某些双翅目昆虫和甲虫幼虫之外,就只有白蚁了,它们是借助于肠道内共生原生动物的帮助才能利用纤维素的。在热带土壤动物区系中,白蚁占有很大优势,它们很快就能把土壤表面的木材、枯草和其他物质清除干净。白蚁在建巢和构筑巨大的蚁冢时会搬运大量的土壤。在食碎屑动物的背后是一系列的捕食动物,小节肢动物是蜘蛛、甲虫、拟蝎、捕食性螨和蜈蚣的主要捕食对象。

在世界各地,土壤正受到严重的侵蚀和破坏。在铁路的路基下土壤被掩埋,人类的挖掘活动、表层开矿和修路严重破坏着土壤的天然结构和层次性;风和水对土壤的侵蚀也日趋严重;表层土壤因农业耕耘而被搅乱。只有受植被保护的土壤才能保持其完整性,植被可减弱风力和暴雨的冲击力。雨水缓缓地进入枯枝落叶层渗入土壤之中。如果雨水太多,超过了土壤的吸收容纳量,过剩的雨水会从土壤表层流走,但植被将会减慢水流的速度。

如果因为垦荒、伐木、放牧、修路和各种建设活动而使土壤失去了植被和枯枝落叶层的保护,那它就极易遭到侵蚀,对各种侵蚀都会变得非常敏感。风和水会把土壤颗粒吹走或冲走,其速度要比新土壤的形成速度快得多。新土的形成速度每年每公顷大约只有1吨。一般说来,土壤的表层富含腐殖质、有团粒结构、吸收能力强,如果这些表土流失掉,下面的土壤腐殖质贫乏、吸收能力差、稳定性差,这些深层土一旦暴露到表层就易受到侵蚀。如果下层土壤是黏性土,那它的吸水能力就更差,一旦遇到洪水就会形成急速的地表径流,对土壤有极强的侵蚀性。

土壤常因各种原因被压实,这对土壤来说是更严重的破坏。大型农业机械和各种建设机械的使用往往会把大面积的土壤压实。在牧场、农场、娱乐场所和田间林间的小路上经常有人、马匹和其他动物的践踏;在道路之外的其他地方还经常使用多种适合于各种地形的车辆,这都将会导致土壤被压实。大力推压也会把土壤颗粒压得更紧密,使土壤中的孔隙减少减小。湿润的土壤更容易被压实,因为潮湿的土壤颗粒更容易彼此黏接在一起。被压实的土壤就失去了对水的吸收能力,所以水很快就会从土壤表面流走。

降落在裸露地面的雨水对土壤表层有一种锤击效应,可把较轻的有机物移走,破坏土壤聚合体并在土壤表层形成一个不渗水层,结果雨水会以地表径流的形式流失并带走一部分土壤颗粒。土壤侵蚀至少可区分为3种不同的类型,即片状侵蚀、细沟侵蚀和冲沟侵蚀。片状侵蚀就是从整个受侵蚀的区域表面差不多是均等地冲走或带走一部分土壤。当地表径流汇聚到细沟或小沟里而不是均匀地散布在斜坡表面流动时,它就具有了向下的切割力,所谓细沟侵蚀就是指雨水沿着小沟或细沟迅速下泻,造成对小沟长时间的切割,或是指地表径流汇聚起足够多的水量后对土壤的深切作用,结果会形成破坏性极大的冲沟。冲沟侵蚀常常是从一个路过车辆所留下的车辙开始,经过雨水的不断冲刷而加深加宽为真正的冲沟。

裸露的土壤,粒细、松散而干燥,翻耕之后极易受到风的侵蚀,风会把土壤微粒扬起,吹到很高很远的地方形成扬尘天气,严重时可形成沙尘暴。我国华北北部和西北地区大面积的土壤暴露和缺乏植被保护,是造成土壤风蚀严重和大气污染的主要原因。风蚀现象在全球范围内日趋严重,特别是在干旱和半干旱地区。沙尘粒被风带到高空后可水平运送几百千米甚至几千千米远。风蚀常会把植物的根暴露出来或用沙尘和其他残屑把植被掩埋。在很多地区,风蚀的危害比水蚀更大。

风蚀和水蚀可使陆地毁于一旦,变得难以再利用。全世界每年大约有1200万公顷的可耕地因风蚀和水蚀变得无法再利用而被弃耕。这些土地大都毁损严重,以致连天然植被都难以恢复。当前,土壤侵蚀日趋严重,除非采取极端措施恢复植被,否则形势很难扭转。

风蚀后的土壤

土壤侵蚀所造成的危害既表现在本地,同时也表现在外地。农用地和林地的土壤侵蚀可大大减少土壤中的有机物质和增加黏土成分,同时也减弱了土壤的吸水和保水能力,使得干旱地区更加干旱,湿润地区洪水频发。土壤侵蚀能破坏土壤结构,减少植物所需要的营养物质,使植物的根系变浅从而降低农作物产量。土壤侵蚀还会使土壤生物多样性下降和生物数量减少,尤其是对土壤生产力和透水能力有极大影响。据估计,土壤表层每流失2.5厘米,玉米和小麦的产量就会减少6%。美国每年土壤侵蚀所造成的经济损失多达270亿美元,为此所付出的环境代价是170亿美元。

据测算,土壤侵蚀对外地造成的损失要比本地大一倍。被风和水带走的土壤会流散在各地,泥沙冲入河流会减弱光在水中的穿透性并可阻碍航行。沉积物会填满水库和水电站闸门,减少这些水力发电设施的使用年限并造成对水质的污染。目前松花江哈尔滨江段滨州铁路桥附近淤积沙滩超过3400亩,共有泥沙490多万立方米,铁路桥原有8孔现在只有2孔可以通航,航道也由1500千米缩短为580千米。风携带的沙尘将会造成大气的严重污染,近些年来,大气含尘污染已上升为北京空气污染的首要因素。含尘空气还可以损毁机器和使人致病。

生物适应环境的过程

生物对环境的适应具有许多不同的含义,但主要是指生物对其环境压力的调整过程。首先,应当了解基因型适应和表现型适应的区别。基因型适应的调整是可遗传的,因此是发生在进化过程中;表现型适应则发生在生物个体身上,具备非遗传的基础。

表现型适应包括可逆的和不可逆的表现型适应。许多动物能够通过学习以适应环境的改变。它们不但能够通过学习什么食物最有营养、什么场所是最佳隐蔽地等,来调整对环境改变的反应,而且能够学习如何根据环境的改变来调整自己的行为。例如,动物能够通过对一些环境刺激反复出现的“习惯化”学习,逐渐放弃那些对生活没有意义的反应,由此适应环境的多变性。学习基本上是属于不可逆的表现型适应。尽管动物会忘记或抑制已经学到的行为,但是,学习所产生的内在改变是永久的,这种内在改变只能被随后的学习所修改。

可逆的表现型为适应涉及一些有助于生物适应当地环境的生理过程。这些生理过程既有气候驯化的缓慢过程,也有维持稳态的快速生理调节。所谓气候驯化是指在自然条件下,生物对多个生态因子长期适应以后,其耐受范围发生可逆的改变。大多数动物都能够通过快速的生理应答,如哺乳类的流汗,或通过行为应答,又如寻找合适的阴凉处来适应环境温度的改变。如果环境改变的持续时间拉长,就会发生缓慢的驯化适应。例如,一个人从寒冷的地方进入到炎热的地方,刚开始时会流汗降低体温,以后逐渐地就会被新环境所驯化,不再觉得炎热,产生了适应。

适应也可以是指感觉器官对它们所感觉到的环境刺激改变的调整,这种适应称为感觉适应。例如,当我们进入灯光非常明亮的房间时,开始会觉得很明亮,但几分钟后似乎就不明亮了,因为这时候我们的眼睛已经适应了亮度的改变。感觉适应可以发生在各种不同类型的感官当中。就亮光而言,适应是通过瞳孔收缩减少进入眼睛的光量,另一方面,眼睛内部也会发生光化学改变。

总之,适应包括:(1)进化适应,物种通过漫长的过程,调整遗传成分以适合于改变的环境条件。(2)生理适应,生物个体通过生理过程的调整以适合于气候条件、食物质量等环境条件的改变。(3)感觉适应。(4)通过学习的适应,动物通过学习以适合于多种多样的环境改变。

适应可以使生物对生态因子的耐受范围发生改变。自然环境的多种生态因子是相互联系、相互影响的。因此,对一组特定环境条件的适应也必定会表现出彼此之间的相互关联性,这一整套协同的适应特性就称为适应组合。

应当强调的是,无论生物通过哪一种适应方式来调整、扩大它们对生态因子的耐受范围,或生存在更多的复杂环境当中,都不能逃脱生态因子的限制。耐受极限只能改变而不能去除,因此,生物的生理状态和分布会由于它们对特定生态因子耐受范围的有限性而受到限制。生物对特定生态因子的耐受范围由该生物的遗传结构所决定,因此是生物的物种特性。例如,厩蝇对温度的耐受范围是14℃~32℃,家蝇对温度的耐受范围则是20℃~40℃。

保护生物多样性

生物多样性是指一定时空范围内生物物种及其所携带的遗传信息和其与环境形成的生态复合体的多样化及各种生物学、生态学过程的多样化和复杂性。它是生命系统的基本特征之一。在理论上和实践上研究较多的和较重要的主要有遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性和景观多样性4个层次。其中遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性是最基本的3个层次。

遗传多样性

遗传多样性是指所有生物个体中所包含的各种遗传物质和遗传信息,既包括了同一种的不同种群的基因变异,也包括了同一种群内的基因差异。遗传多样性对任何物种维持和繁衍其生命、适应环境、抵抗不良环境与灾害都是十分必要的。

物种多样性

物种多样性是指多种多样的生物类型及种类,强调物种的变异性。物种多样性代表着物种演化的空间范围和对特定环境的生态适应性,是进化机制的最主要产物,所以物种被认为是最适合研究生物多样性的生命层次,也是相对研究较多的层次。物种多样性是人们关于生物多样性的最直观和最基本的认识,常用物种丰富度指数来表示。所谓物种丰富度是指一定面积内种的总数目。种的数目在高级分类阶元之间,如在科或纲之间,差别很大;在不同地理区域之间差别也很大。到目前为止,已被描述和命名的生物种有140万种左右,科学家们对地球上实际存在的生物有机体种的总数估计出入的误差从360万~1.1亿种,但很多科学家认为1200万种左右可信度比较大。

生态系统多样性

生态系统多样性是指生物圈内栖息地、生物群落和生态学过程的多样性,以及生态系统内栖息地差异和生态学过程变化的多样性。在各地区不同物理背景中形成多样的生境,分布着不同的生态系统;一个生态系统其群落由不同的种类组成,它们的结构关系(包括垂直和水平的空间结构,营养结构中的关系,如捕食者与被捕食者、草食动物与植物、寄生物与寄主等)多样,执行的功能不同,因而在生态过程中的作用也很不一致。

生态系统多样性既与生境的变化有关,也与物种本身的多样性和兴旺的程度密切相关。生境提供能量、营养成分、水分、氧和二氧化碳,使整个生态系统正常地执行能量转化和物质循环的复杂过程,从生产、消费到分解,保证物种的持续演变和发展。生物多样性和生态过程(能量转化、水分动态、氮素和营养元素循环、捕食、共生和物种形成等)构成了生物圈的基本组成部分,是人类赖以生存的物质基础。

景观多样性

景观多样性是指一定时空范围内景观生态系统类型的丰富性及各景观生态系统中不同类型的景观要素在空间结构、功能机制和时间动态方面的多样化和复杂性。景观多样性是较生态系统多样性更高一层次的多样性。景观多样性主要包括板块多样性、类型多样性和格局多样性3种类型。板块多样性是指景观中板块的数量、大小、形状的多样性和复杂性;类型多样性是指景观中不同的景观类型(如农田、森林、草地等)的丰富度和复杂度;格局多样性是指景观类型空间分布的多样性及各类型之间以及板块与板块之间的空间关系和功能联系的多样性。

生物多样性需在上述4个层次上都得到保护。保护的重点应是生态系统的完整性和珍稀濒危物种。生态系统多样性既是物种和遗传多样性的保证,又是景观多样性的基础,生态系统的稳定是物种进化和种内遗传变异的保证。

生物多样性的价值

生物多样性对人类具有不可估量的价值,其作用是非常巨大的,是保护人类实施可持续发展战略的重大战略任务。生物多样性具有直接和间接的价值,而且还具有潜在的价值;不仅提供人类所需的各种食品、药物和工业原料,同时还具有保护人类生存环境的功能。如果没有生物多样性,地球上也就不可能有人类。据1997年美国《Nature》杂志估计,生物多样性每年为人类创造了约33×104亿美元的巨大价值,美国为3×104亿美元,我国约为4.6×104亿美元。《生物多样性公约》明确生物多样性像其他资源一样为所在国所有。

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