人类的进化与环境科学的发展

第二节　人类的进化与环境科学的发展

对环境科学的含义，在20世纪90年代前尚无公认的统一提法。一般认为，它是一门研究人类环境质量及其保护和改善环境的科学。具体地说，它应包括环境质量基础、环境质量控制与治理以及环境监测分析技术研究等三方面内容。

20世纪70年代以来，许多国家把环境科学作为自然科学领域的一个重要研究方向，投入了大量人力和财力，主要开展环境科学基础理论研究，无污染和少污染的工艺技术以及资源循环利用的途径和发展环境监测预报技术，等等。

1.生态学研究与环境科学的兴起

环境污染的严重现实和现代科学技术的高速发展，是环境科学诞生的条件。新世纪给环境保护工作提出了“六大问题”（即温室效应与气候变化、酸雨的发生与危害、土地荒漠化、水资源危机、臭氧的空洞、生物多样性的丧失）和“五大保护领域”（即绿色植被的保护、水资源的保护、生物多样性的保护、保护生态系统、改善生态功能），同时还提出了生态经济观念、自然资源价值观念、生态承载力的理论、生态文明观念、生态理论与生态意识观念、生态系统管理方式观念等。

生态学是把人与环境、种群、群落乃至整个生态作为系统来考察和研究它们之间的关系的，它是环境科学的基础理论，也是环境科学的组成部分。早在1886年，德国人海克尔（1834～ 1919年）即定义生态学为研究生物与其共栖环境之间关系的科学。

营养级结构

20世纪以后，化学与生物学，物理学与生物学相互渗透以及生理学本身的巨大发展，使人们更加认识到生物彼此之间关系的异常复杂性。个别物种的繁殖与消亡总是影响其他物种的变化，环境变化不仅影响个别种群，而且影响其他群落及至整个生态系统，这就是说，在自然环境中生物之间总是保持某种生态平衡。

《人类环境生态学》书影

早在本世纪三四十年代已广泛应用紫外线和红外线分光光度计进行化学分析；本世纪中叶，出现比色法和层析法等化学分析方法，使微量分析有很大进展，五六十年代以来又相继出现薄层分析、同位素分析和原子吸收光谱仪及质谱计等现代精密分析方法和分析仪器。如果没有这些仪器和实验测量方法就无法了解污染物质在环境中迁移、分布以及转化情况和变化规律，也无法知道它们对生态的影响。

关于农药残留问题，本世纪初就有人开始研究，但由于微量分析技术而进展不大，金属镉引起的骨痛病，最早发现于30年代初，也是由于当时技术水平的限制一直没有查出病因。直到20世纪60年代，由于有了微量分析仪器和手段，才逐渐查明农药在世界的分布状况及其危害，为确定金属镉、汞在环境中污染深度和广度提供了可能。同时也促进了环境科学研究定量化的进程。

环境科学目前正处在发展的兴盛时期，它的研究范围相当广阔，内容非常丰富，涉及面很广。环境科学既是一门年轻独立学科，又是一门发展十分迅速的活跃学科，它是以整个自然环境为对象，以生态学为基础理论，充分利用化学、生物学、物理学、数学、地学、医学、工程学等各领域的知识与技术，对人类与空气、水、土壤、生物环境的关系进行系统研究的“大科学”。

整个水生食物链

20世纪30年代，食物链理论的提出深化了生态系统的研究。比如把河流看做一个生态系统，河中的浮游植物吸收阳光和空气维持生长，河中的浮游动物吃浮游植物，小鱼吃浮游动物，大鱼吃小鱼，人最后吃食鱼动物和鱼，形成了复杂的食物链。

食物链—食物网

食物链是一种食物路径，食物链以生物种群为单位，联系着生物群落中的不同物种。比如，有一种有毒的物质，假如被食物链中的低级部分吸收（如被草吸收），尽管这种有毒的物质其浓度（或含量）不是很高，也不至于影响到草的生长，但是，这种草被兔子食后，其有毒的物质不一定被从兔子体内完全排泄掉，也会残留一部分于体内。兔子经常吃草，草中的有毒成分便会在兔子的体内积累，鹰吃大量的兔子，有毒物质又会进一步在鹰的体内形成积累。由此，食物链所组成的食物网就存在着累积与放大的效因。食物链中的能量和营养素在不同生物间传递着，能量在食物链的传递过程表现为单向传导、逐级递减的特点。

科学家研究发现，一个物种灭绝，就会破坏生态系统的平衡，导致其物种数量的变化。所以说，食物链对环境有非常重要的影响，并且，如果食物链有一环缺失，便会导致生态系统失去平衡。人是生态系统的组成部分，人的环境也是生态系统的环境，所以生态学的研究为环境科学的兴起奠定了理论基础。

知识链接·食物链

食物链又称为“营养链”。指生态系统中各种生物以食物联系起来的连锁关系。例如整个水生食物链池塘中的藻类是水蚤的食物，水蚤又是鱼类的食物，鱼类又是人类和水鸟的食物。于是，藻类—水蚤—鱼类—人或水鸟之间便形成了一种食物链，根据生物间的食物关系，将食物链分为三类：（1）捕食性食物链。它是以植物为基础，后者捕食前者。如青草—野兔—狐狸—狼；河谷类植物—昆虫—食虫鸟—鹰。（2）碎食性食物链（腐食食物链）。指以碎食物为基础形成的食物链。如树叶碎片及小藻类—虾（蟹）—鱼—食鱼的鸟类。（3）寄生性食物链。以大动物为基础，小动物寄生到大动物上形成的食物链。如：A哺乳类—跳蚤—原生动物—细菌—过滤性病毒；B水稻→稻螟虫→青蛙→蛇；水稻→稻螟虫→麻雀；水稻→麻雀（麻雀是杂食性的，既吃水稻种子又吃昆虫）；C植物→秧鸡→鹰；浮游植物→浮游动物→小鱼→白鹭；大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃浮游生物，等等。

各学科向环境科学渗透进一步促进了环境科学的形成和发展。自然科学是研究自然现象及其变化规律的。然而，自然现象除其本身的因素外，人类活动对自然界有很大影响，尤其是随着科学技术的进步，人类活动对自然界的影响越来越大，自然界对人的反作用也日渐明显。现代许多学科都把人类活动对本学科的影响作为重要的研究内容。环境问题的出现，再次证明人类活动对自然界的影响。地理学以前主要研究原生自然环境本身。近些年来，由于工业发展的需要，埋藏在地下的矿物和能量大量开发，生产过程中的废物又大量排入自然环境之中，改变了自然界中物质和能量运动系统。这就要求地理学研究人类活动对自然环境的影响，开拓新的研究领域。人类活动对大气污染是影响气候变化的重要因素，因此人类对气象的影响便成了气象学的重要研究课题。此外，生物学、医学都把生物与环境，环境对人对生物的影响作为其本身的研究内容。以上各学科向环境科学渗透，出现一些新的分支学科，如环境生物学、环境医学、环境地质学等。

2.生态保护问题

20世纪以来，随着科技进步和社会生产力的极大提高，人类创造了前所未有的物质财富，加速推进了文明发展的进程。然而，人口剧增、资源过度消耗、环境污染、生态破坏和南北差距扩大等问题日益突出，成为全球性的重大问题，不但造成生态危机，而且严重阻碍经济的发展和人民生活水平质量的提高，继而威胁着全人类的未来生存和发展。在这种严峻形势下，人类不得不重新审视自己的社会经济行为和所走过的历程，认识到通过高消耗追求经济数量增长和“先污染、后治理”的传统发展模式已不再适应当今和未来发展的要求，而必须努力寻求一条人口、经济、社会、环境和资源相互协调的可持续发展道路。

生物进化树

生物多样性，通俗地讲就是所有的生物各类、种内遗传变异和它们生存环境的总称，其中包括数以百万计的动物、植物和微生物种类，以及它们所拥有的基因和它们与生存环境所组成的生态系统。造成生物多样性丧失的既有自然的因素，也有人为的因素。从自然因素来说，新物种的不断形成，旧物种的不断灭绝是生物进化与发展的规律。现存的物种是过去数10亿年进化的结晶，但在过去两亿年中，物种的自然灭绝率平均每世纪90余种脊椎动物灭绝，大约每27年有一种高等动物灭绝。但是，人类的活动使生物灭绝速度大大加快。根据科学家推断，现在物种灭绝的速度，是自然灭绝速度的100倍。

青藏高原特有种，国家一级保护动物藏羚

国家一级保护动物牦牛

调查表明，在1600年～ 1950年期间，鸟类和哺乳动物的灭绝数增加了4倍。特别是工业革命以后，由于人类只注意到具体的生物资源的实用价值而肆意开发，从而导致生物资源的持续衰退，生物多样性遽然下降。生物多样性丧失首要的是森林地带的丧失。蕴藏着全球70％物种的热带森林目前只有900万平方公里，而且正以每年7.6万～9.2万平方公里的速度消失，热带国家封育森林的砍伐量高达0.6％，全球所有封育森林照此下去，将在177年内全部消失。调查表明，在南撒哈拉非洲地区，野生生物的栖息地原有面积是2079万平方公里，目前仅剩下274万平方公里，丧失率高达87％，热带亚洲地区栖息地丧失率高达67％。据专家们估计，自1600年以来，大约有113种鸟类和83种哺乳动物从地球上消失。在1850到1950年间，鸟类和哺乳动物灭绝速度平均每年1种。

青藏高原特有种，国家一级保护动物藏野驴

20世纪90年代初，联合国环境规划署首次评估多样性时指出，在可以预见的未来，5％到20％的动、植物种群可能受到灭绝的威胁。如果按目前灭绝速度，每10年就有大约5％到10％的物种消失。未来除了两栖类、鱼类和爬行类受威胁的情况比较轻微一些以外，植物受到威胁的总数将达到19000多种，鸟类将达到1000多种，哺乳动物也达到1300多种。

世界体格最高的家养驴种关中驴，是驴种中罕见的基因库

根据调查，1988年确认，中国已经有258种野生动物濒临灭绝，在联全国《国际濒危物种贸易公约》列出的640种世界性濒危物种中，中国占156种。上个世纪已经灭绝的动物有普氏野马、高鼻羚羊等，目前已经接近灭绝的动物有蒙古野驴、野骆驼、普氏原羚等；大熊猫只有1000多只，金丝猴1000到1500只，其他如白鳍豚、朱鹮数量都很少，都处于高濒危状态。尽管给大熊猫建立了自然保护区，使它的状况得到了好转，但是它的濒危状况实际上仍为人们所关注。从植物的多样性来看，中国濒危和逐渐濒危的高等植物有4000种到5000种，1984年列为中国珍稀濒危的重点保护植物有354种。中国约有脊椎动物6266种，其中兽类约500种，鸟类约1258种，爬行类约3768种，两栖类约284种，鱼类约3862种，约占世界脊椎动物种类的10％。中国约有3亿多种植物，仅次于世界植物最丰富的马来西亚和巴西，居世界第三位。全世界裸子植物有12科71属780种，中国有8科34属240多种。

原产海南五指山区的中国特有米尼猪五指山猪，现仅有30余头

主产于舟山群岛的中国本地牛舟山黄牛，为世界罕见品种，现已濒危