生态的历史演变：科学健康观与健康型社会

生态，是指由生物群落及非生物自然因素组成的各种生态系统所构成的整体，主要由自然因素形成，并间接、潜在、长远地对人类的生存和发展产生影响。生态环境的破坏，最终会导致人类生活环境的恶化。因此，要保护和改善生活环境，就必须保护和改善生态环境。随着科学技术、经济社会、人类认知能力的发展和提高，生态概念的内容也得到了极大的扩充，有了宏观和微观生态之分，也有内、外生态之别。因而要理解生态对健康的重要性，对生态的演变历史作一些分析是必要的。

一、生态概念的提出

可查考的华夏文明距今已有8　000～10　000多年的历史，而秦安大地湾遗址考古史料证明，8　000多年前我们的先民们就创造了文字，有了旱作农业文明，建设了令当代人都赞叹不已的人居生态，中华民族的祖先们是生态理念的最早实践者。

虽然我们祖先早就知道生态的意义之所在，但并没有构造出用以描述这种意义的词语来。从生态学科理论演化的角度考察，“生态”这个词首先由德国动物学家海克尔于1865年提出，他认为动物对于无机和有机环境所具有的关系就叫做生态。1895年植物生态学创始人瓦尔明奠定了植物生态学的基础。而生态系统的概念则是由英国生态学家坦斯利在1935年提出来的，他认为，“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，而且包括形成环境的整个物理因子复合体。”我们对生物体的基本看法是，必须从根本上认识到，有机体不能与它们的环境分开，而是与它们的环境形成一个自然系统。“这种系统是地球表面上自然界的基本单位，它们有各种大小和种类。”许多科学家虽然没有使用生态或生态系统这个词，但都从不同角度为这一学科的发展做了大量的研究工作，并且取得了相当多的成果。

今天，人们对生态系统这一概念的理解是：生态系统是在一定的空间和时间范围内，在各种生物之间以及生物群落与其无机环境之间，通过能量流动和物质循环而相互作用的一个统一整体。生态系统是生物与环境之间进行能量转换和物质循环的基本功能单位。

二、生态概念的内涵

既然生物系统与环境系统构成的结构与功能单元可称作生态系统，那么，这一概念的基本内涵有哪些呢？

（一）涉及的范围

生物系统包括植物、动物、微生物，环境系统包括有机环境与无机环境。有机环境包括有生命的有机体、死亡的生物个体以及有机质等。无机环境指的是生物居住的物理、化学条件。从宏观上看，环境也包括星际环境，如太阳系中的引力，特别是地球、月亮和太阳之间的星际关系。随着当代科学技术的发展和环境问题的出现，生态学正在向分子生态学的领域扩展。可见，生态概念所涉及的领域是十分宽泛的。

（二）丰富的内涵

由于生态概念涉及的领域十分广泛，所以生态概念的含义十分丰富，因而也产生了若干与之相适应的生态学科。从生态学分类上看，这些生态学科中所使用的生态概念的含义主要包括：

1．种群生态　单一物种与周围环境形成的关系叫做种群生态。一般说来，自然界里这种只有一个种群生存的自然地域较少存在。而在人工生态系统中，以技术的力量实施人工控制，力图选育单一种群优势的情况却比比皆是。如，大面积单一品种农作物种群的农田生态，或者某些完全由人工控制的示范农田生态，其中只有一种作物生长，主要是为了经济产量或为了某种科学目的的实验。

2．群落生态　由多个种群共聚形成的生态单元叫做群落生态。自然界中的多种群生态是普遍存在的形式。在人工生态中，为了达到社会、经济等优化目标，经常利用种群关系，以便配置多种群的生物群落。如农业中的多种作物之间的立体配置是典型的农业生态群落。

3．微生物生态　自然界中广泛存在着由多个微生物种群构成的“微生态系”、微生物群落和由某一优势微生物种群自我控制的生态关系。如人体中就有一个稳定的微生物群落，一旦这种稳定性遭到破坏，就会发生某些感染性疾病。

4．系统生态　自然群落由不同种类的生物种群构成，它们与特定的地理环境条件相结合，构成生态系统。如，森林群落是由各种不同种的乔木、灌木、草本植物，以及各种动物组成。虽然由于生物种类繁多，使群落形成了一个个较为独立的能量和营养循环单位，但在这些相互独立的群落之间，仍然有着能量和物质交换关系。森林与草原群落之间、陆地群落和海洋群落之间也有物质、能量的交流关系等。

5．环境生态　环境生态是指组成环境的各要素之间的相互作用和相互关系。如，气候中的光照、热量、积温、降水之间，以及土壤中有机质、土壤通透性、土壤团粒结构与其含水量等要素之间的关系，对植物生长有着直接重大的影响。所以，研究生态不能不研究环境要素之间的相互关系。在水循环方面尤为典型。海洋控制着全球水的大循环，陆地上的地表水、地下水与土壤含水的下渗水构成水的中循环和无数的小循环。这些中、小循环又参与到海洋－陆地之间的大循环。在循环过程中，动力来自于太阳能和星际之间的引力。一般来说，创造良好的环境要素组合必须依靠环境工程、生物技术的相互结合。如，使用有机肥、菌肥，冬季的温室大棚，高寒地区的塑料薄膜覆盖，滴灌、喷灌工程，水利工程等，都属于调节、改善土壤与小气候环境条件，以利于农业的高产、优质。

6．人类生态　凡是有人类聚居的地方，都是自然－社会－经济的复合结构功能体。这种复合关系是以人类为主体的生态系统。所谓人类生态问题主要是指人类与环境的关系问题，即人的衣、食、住、行等活动与环境之间的关联性问题，对这些问题的研究形成了人类生态学学科。可以说，要根本改造和优化环境条件，必须实施大型生态建设工程。如，都江堰水利工程，至今仍然发挥显著的经济效益、社会效益和生态效益。

另外，从学科分类讲，自然界还存在着人工生态系统、生态经济系统、环境工程系统、生态工程系统等。

三、生态系统的组成

生态系统是由若干有特定属性的要素经由特定关系而构成具有特定功能的整体。这个整体作用的发挥离不开各种要素，生态系统所表现出的新特性是各组成要素基于相干性关系而形成的。

（一）生产者

在生态系统中，生产者是由绿色植物和具有能进行光合作用的细菌组成的。绿色植物是一个自然物质财富的自动“加工厂”，是地球上所有生命体所需有机物质的“制造者”。绿色植物是生物圈最重要的生产者，为生物圈的所有生命有机体提供食物和营养。此外，有些细菌也能进行光合作用，这类细菌合成的有机物在生物圈中占的比重虽然很小，但是它们同时又是分解者，在生态物质循环中起着巨大的作用。

（二）消费者

指依赖植物等生产者提供食物的动物（包括人类）。根据消费者的食性可将其分为3类：一是，草食性动物；二是，肉食性动物；三是，杂食性动物，它们是既能以植物为食又能以动物为食的动物。

（三）分解还原者

主要由细菌、真菌、某些原生动物和腐生动物等组成。生产者从环境中吸收太阳能为动力，以水分、无机盐类和空气中的二氧化碳、氮气等无机物为原料，经过光合作用合成蛋白质、脂肪、碳水化合物等有机物质。食草动物又以植物为食，建造动物有机体，肉食动物又多以草食动物为食，这样一级又一级地传递，构成了食物链。而所有有机体死亡以后，以及动物的排泄物都被分解者分解为水、二氧化碳、各种无机盐类，归还到环境中，供植物等生产者重新生产有机物质。生态系统就是这样生生不息、永续循环的。

（四）无机环境

主要指非生物环境。它由阳光、空气、水分、土壤、岩石等生物赖以生存的无机要素构成。若泛指生态系统的环境而言，则涵盖的内容更为广泛，因为生物与生物之间、一种生态系统与另一种生态系统之间均可互为环境。被微生物分解过的有机体、有机物，最终都变为水、二氧化碳、无机盐类，以及阳光、热量、降水等气候因子都储存在环境中。环境是植物等生产者再生产的原料储存库。

四、生态系统的结构(www.xing528.com)

目前，人们对生态系统的结构是依据下述3个基本观点而划分的：一是，处于同一环境资源条件下的生物与生物之间能量转移的百分之十定律；二是，生态系统是一个可以被定量模拟的实体；三是，从数量上可以证明生态系统营养级、顶级群落和生态平衡的存在。

（一）食物链结构

各种生物个体、种群和生物群落之间相互依赖的取食行为构成的链状或网络关系，称作食物链或食物网。中国民间流传的“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米”的谚语，描述的就是食物链及其营养关系。植物通过光合作用合成了初级食物，草食性动物以这些初级生产物为食物，另一些动物又以草食性动物为食物，食物链上的每一环节叫做营养级。如农作物→田鼠→猫头鹰；再如，水体中微生物→鲢鱼→肉食鱼类→水獭的食物链等。在生态系统内，一种生物可能同时以许多种生物为食；同一种生物可能同时位于许多条食物链上，从而形成相互交织的食物网。食物链越长，食物网越复杂，一个生态系统也就越稳定。

（二）食物链中的富集链

污染物在生物体内的积聚量是随食物链逐级递增的，因而把其称作为富集链。如散布在大气中的双对氯苯基三氯乙烷（DDT）等农药有机盐类的浓度只有0．000 003毫克／千克，当溶解在水中为浮游生物吸收后，就能富集到0．04毫克／千克，富集约1．3万倍；这种浮游生物被小鱼虾吞食后，小鱼虾体内的农药浓度可富集到0．5毫克／千克，富集约14．3万倍；小鱼被大鱼吞食后，大鱼体内富集浓度可至2．0毫克／千克，富集约57．2万倍；如果大鱼被鸟类所吞食，水鸟体内浓度可达25毫克／千克，富集约858万倍；人误食这种鱼或水鸟就有引起污染病的危险。有些污染物，如重金属会沉淀在动物的某些器官内，不易被排泄到体外。长此以往，会引发各种“污染病”。发生在日本历史上的“水俣病”就是这样形成的。同样，残留在土壤或植物体内的污染物也可随农产品、畜产品等转移到人体内，这将危及人的身体健康。

（三）营养结构

不同的生态系统往往具有不同数目的营养级，一般为3～5个营养级。在一个生态系统中，不同营养级的组合就是营养结构。营养结构是生态系统中物质和能量流动的基础。营养结构包括生物数目、生物量和生物能量的金字塔状结构。所以，营养结构又称为金字塔形营养级。当人为减少低位营养级的生物数量时，如减少植物种植数量时，高位营养级的生物数量就会受到影响，也就是说动物生产量必然会下降。所以，必须始终注意保持必要的植物覆盖面积，增加人类社会需要的植物生产。

（四）形态结构

生态系统的生物种类、种群数量、种的空间配置（水平分布、垂直分布）、种的时间变化（生长发育）等，构成了生态系统的形态结构，又称作时间与空间结构。一是立体结构，也称作三维结构。在生态系统的空间结构中，自上而下有明显的层次现象，如高层有乔木，中层有灌木，中、下层有草本植物，地面有苔藓、地衣类等；一个森林生态系统，其中动物、植物、微生物的种类，以及每一生物种类的生物数量在一定的时间内相对稳定，且分别生存在空间结构的不同生态位上。二是平面结构，亦称作二维结构。在生态系统的同一层次上，生长栖息着同一种类的生物。在自然界中，很难找到只有一个种群的平面结构，这种结构一般存在于人工严格控制之下。如在农业中，为了提高产量，把杂草、昆虫等种群控制住，只留下单一作物的农田。这种单一农作物极易受到某些灾害的侵袭。三是时间演替结构。生物个体、种群和群落的生长发育和进化具有依时间序列进行的特征，不可能像工业的流水线一样，先生产某些零部件，然后再组装成整体产品。除了单细胞微生物以外，生物总是按照遗传规律，各个器官有顺序地发育生长。这种时间、空间的序列决定了生态系统各成分演替进化的有序性，正是这种严格的时、空、序规定性和对环境的适应性，决定着地球生态系统的综合平衡。

五、生态系统的功能

人是生态系统中的组成部分，生态系统的功能与人类息息相关。能量转化、物质循环和信息传递是任何一个自然生态系统的最基本的功能。每一个生态系统都是由能流、物流和信息流构成的功能单元。

（一）能量转化

维持生态系统进化的全部能量均来自太阳的辐射能。能量转化主要指绿色植物通过光合作用把太阳能转化为生物能，再沿食物链逐级传递。在一般情况下，能量转化是单向、不可逆的。如果一个生态系统没有新的能量输入，当该系统所积累的有机物全部降解为无机物后，系统生命也就完结了。

据研究，进入大气层的太阳能是8．026焦／（厘米2·分钟），其中约30%被反射回去，20%被大气吸收，只有46%到达地面。这其中又只有10%左右辐射到绿色植物上，在10%的光能中，一般有0．2%～0．5%被绿色植物利用。在地球上，不同生态系统转化太阳能的数量是不同的。海洋中的植物光合作用每年产生的能量为23．87×108千焦／千米2；陆地上植物光合作用每年储存的能量约为427．6×10　8千焦／千米2。其中，又以森林储存的能量最多，约为97．4×10　8千焦／千米2；沙漠最少，约为1．96×10　8千焦／千米2。农作物储存的能量，由于其变化幅度很大，估计其能量的数值较困难，但其净初级生产力的干物质重量平均每年约为9．1×10吨／千米2。地球的植物净初级生产力每年为1　500亿～2　000亿吨，其中一部分被消费者利用。

人类处于食物链的顶端，从获取食物能量的角度看，要想每个人都有更充足的食物能，以下几个方面是必须考虑的：①使食物类别多样化；②控制人口数量；③扩大生产规模。从食物来源看，人类必须选择利用多种植物和动物为其食源，必须既食用植物又食用动物，还要食用微生物。

（二）物质循环

生态系统的物质循环主要包括水循环、气态循环和沉积型循环等。

1．水循环　地球上的水总共约有15亿千米3，其中海洋占97%左右。森林对于陆地水的调节能力是惊人的。降水被林地截留14%～40%，其中5%～10%被林下枯枝落叶吸收，还有50%～80%缓缓渗入地下成为地下水，其余的形成地表径流，沿地表流动、会聚而形成河流和湖泊。据估算，5万公顷（1公顷＝10　000米2，下同）森林的蓄水量就相当于一座百万立方米的水库，每平方千米森林平均可以储存5万～20万吨水。除了地球的大气环流决定全球水循环以外，还有水的大循环和小循环两条途径。森林使水分在生态系统中成为动态均衡循环的再生资源，构成“大气降水→地下水→地表径流→河流→海洋→蒸发→返回大气”的水资源大循环和“降水→树冠截留→地下水→林木蒸腾→返回大气”的水资源小循环。当然，其他绿色植被在水循环中也具有一定的作用。

2．气态循环　气态循环的核心是大气中的二氧化碳和氮气中的碳素和氮素的循环。碳循环：碳存在于生物有机体和无机环境中，是构成生物有机体的主要元素。在无机环境中，碳以二氧化碳和碳酸盐形式存在。在大气中二氧化碳约为7× 103亿吨，在地球表层，碳储藏量约为2．0×109亿吨。大气中的二氧化碳，每年有200亿～300亿吨被陆地上的绿色植物通过光合作用固定在生物有机体中，还有1 000亿吨溶入海洋。海洋中溶解的二氧化碳既可被释放到大气，又可形成碳酸钙沉积在海底，使一部分碳元素在较长时间储藏在地壳中。火山爆发时，又可把地壳中的一部分二氧化碳带回大气。因此，碳循环主要从二氧化碳到生物物质，然后又回到二氧化碳。其中一小部分在地质年代中形成煤、石油、天然气等化石燃料储藏在地层中。氮循环：氮是构成蛋白质的主要元素。大气中的氮进入生物有机体主要有4条途径：一是，生物固氮（土壤中的固氮微生物和水中的蓝藻、绿藻等），大约每年固定5．4×107吨；二是，大气固氮，闪电把大气中的氮气电离，形成硝酸盐后，经雨水淋洗带进土壤，每年约固氮7．6×106吨；三是，岩浆固氮，大约每年为0．2× 10　6吨；四是，工业固氮，把大气中的氮人工合成氨或铵盐，供植物吸收利用，大约每年为3．0×107吨，总计为9．18×107吨。

3．沉积型循环　这里以磷、硫元素为例说明沉积循环对生态平衡的作用。磷是有机体不可缺少的重要元素，没有磷参与生理和生物化学反应就没有生命。磷主要来自磷酸盐岩石、有机体的尸体和残渣而形成的有机磷酸盐。磷必须形成可溶性的磷酸盐才能进入循环。磷元素能溶于水却不能挥发，它是被降水从岩石圈溶解到水圈，形成可溶性磷酸盐而被植物吸收，再经过一系列消费者的利用，将含磷的有机物、废物等有机化合物归还到土壤，然后再通过还原者的一系列分解作用，将其转换为可溶性磷酸盐供给生命有机体利用。生物所需要的磷的数量是比较大的，但是不溶性的磷酸盐一般是留在土壤表层，常常被水土侵蚀而流入大海。因此，很多地区土壤中磷的含量非常低，以致影响植物和动物的发育。硫在生物体内是少量的，却十分重要。没有硫元素参与就不可能形成蛋白质，硫是蛋白质造型不可缺少的原料。硫循环既是沉积型，也属于气体型。它包括长期的沉积相，即有机和无机态的硫通过风化而从沉积中释放出来，以盐溶液形式进入陆地和水体。硫进入大气有下列几条渠道：燃烧化石燃料、火山爆发、海面散发和分解过程释放等。硫进入大气的最初状态是硫化氢气体，但很快被氧化成二氧化硫，并可溶于水，而后随降水到达地面变为弱硫酸。硫在溶解状态才能被植物吸收和利用，成为氨基酸的成分，再由生产者转到消费者。动、植物的尸体和动物排泄物被微生物分解后，硫元素又被送回土壤和水体，然后再被微生物分解，以硫化氢或硫酸盐形式而释放硫。无色硫细菌、绿色和紫色硫细菌，在一定条件下，能促进硫的循环，被动、植物利用。

（三）信息传递

根据现有的研究成果，一般把生态信息分为化学信息、物理信息、营养信息、行为信息和环境信息。

1．化学信息　生物在某些特定条件下或生长发育的某些阶段，分泌出某些化学物质，这些物质在生物种群之间起到媒介作用，通过其特殊气味或其他痕迹，作为生物“认路”或相互跟随的标记。如，蜜蜂与花朵、蚂蚁与蚜虫就是靠化学信息发生关系的种群。

2．物理信息　动、植物可以通过声音、颜色、光泽等物理特征传递安全、恐吓、求偶等各种信息。

3．营养信息　通过营养交换形式把营养信息从一个种群或个体传递到另一个种群或个体。食物链就是一个信息系统。如，当鹌鹑数量较多时，猫头鹰大量捕食鹌鹑，鼠类很少被害；当鹌鹑较少时，猫头鹰转而捕食鼠类。通过猫头鹰捕食行为的变化，人类可以分别了解老鼠和鹌鹑种群数量的变化信息。由这些信息，人类可以获取生物种群的数量变化。

4．行为信息　它是指某些动物种类通过一定的形体姿态向同伴发出求偶、挑战等信息。

5．环境信息　这里所说的环境信息是指全球的或大区域的气象、地质、水文、星际以及其他环境要素的变动或相互之间的影响。如厄尔尼诺现象、地震、火山爆发、洪水泛滥、太阳耀斑等，这些现象发生之前的表象或征兆，总会被生物界所“察觉”。20世纪50年代以来，人类逐渐认识到，生物多样性的减退与这些环境变动有着密切的关系。及时收集、分析、提炼信息资源，乃至模拟这些信息系统，对于保持生物多样性和人类自身生存，实现全球可持续发展目标，有着不可估量的意义。