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布达佩斯俱乐部论坛和谐社会与生态文明【环境保护与生态文明】 → 第一篇 人·生态·自然

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第一篇 人·生态·自然
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第一篇 人·生态·自然
第一篇 人·生态·自然
托·享·赫胥黎说:
对于人类的问题里面的问题——这问题是其他问题的基础,并且比其他
任何问题更有兴味——就是要决定人类在自然界里面所占的位置,和人类对
于宇宙间事物的关系的一个问题。我们人的种类到底从哪里来的?我们制服
自然的力量的限界和自然制服人类的力量的限界到底如何?我们人类想达到
的最后目的是什么?这些问题对于世人常常现出,并且给人们以无穷的兴
味。
《人类和下等动物的关系》
在人与自然的关系,有的学者认为人是主角,是给自然带来光明与进步
的使者。
普罗泰哥拉说:
人是一切事物的尺度。
康德说:
如果没有人类,整个世界就会成为一个单纯的荒野,⋯⋯《目的论判断
力批判》。
有的学者持中间且保留的态度,他们认为:人虽有理性,但也有弱点,
因此对自然可能带来进步也可能带来灾难。
帕斯卡尔说:
人只不过是一根苇草,是自然界最脆弱的东西;但他是一根能思想的苇
草。
《思想录》
爱默生说:
人是丧失地位的神。
《自然》Ⅷ
亚里士多德说:
人类在其完满时,是最优良的动物。但是如果违背法律和正义,他就是
一切动物中最恶劣的;因为武装起不正义是比较危险的,人天生具有武装,
这就是运用智慧和德性,他可以把它们用于最坏的目的。所以,如果他无德,
就会淫凶纵肆,贪婪无度,成为最肮脏,最残暴的动物。
有的学者干脆把人类的出现看成为自然的错误。
叔本华说:
人类生活必定是某种错误。
《存在的虚妄》
尼采说:
⋯⋯地球有一张皮,这张皮有一些疾病。例如,其中一种疾病就叫作
“人”。
《札拉图斯拉如是说》Ⅱ,40。
学者们的观点孰是孰非?人与自然的关系到底如何?
当我们步入20 世纪中叶时,我们欣喜地看到,由于生态学的诞生和进一
步的发展,人类已能科学地衡量自己与大自然的关系(虽然还是初步的),
人类开始有了一把科学的评价尺度:人类作为大自然的产物,和其他物种对
比,人对大自然作用如何?大自然这一生态大系统,它的自组的生态演化规
律如何?有人和无人参与的生态演化有无区别?面对人对自然造成的种种破
坏,我们从生态角度应当怎样去做?人的存在是个错误吗?这就是本篇要探
讨和解决的主题——“人·生态·自然”。

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hiwaygao
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第一章 进化与环境
第一节 进化
一、生物的进化
地球上生存的生物,是在漫长的地质年代中,在外界环境的影响下,特
别是气候的变化,由无机物质到有机多分子体系,最终形成结构越来越复杂
的多细胞生物。
在大约30 亿年以前的自然界,发现的非常微小的厌氧性异养生物,被认
为是地球上最早的原始生命。这时自然界中的大气是由水气、氢、硫化氢、
甲烷和氨等物质组成,而没有游离态的氧。经过各种高能辐射,闪电和火山
爆发等作用,一些有机物质得以合成并在海水中存在与积累,逐渐发展形成
细菌型的原始生命。这些由蛋白质和核酸构成的原始生命,不能忍受强烈的
紫外线,只能生活在大约12 米深的水体中。由于处于缺氧状态,它们只有通
过酵解作用去分解有机物质而获得能量。但是,由此必然产生有机食物不足
的危机,这种自然选择作用使自养型的原核细胞生物得到发展。光合细菌以
硫化氢等为原料,利用其中的氢来还原二氧化碳,形成新的有机体。于是大
气中的硫化氢因此而逐渐被消耗,再次出现原料危机。后来出现的含有叶绿
素的蓝藻类,就不再依赖天然合成的有机物和硫化氢,它以地表大量存在的
水和二氧化碳为原料,通过光合作用制造有机营养物,同时释放游离态氧到
水体中,或扩散到原来缺氧的大气中,致使自然界的面貌开始发生巨大的变
化。约在27 亿年以前,形成了由蓝藻类和细菌共同组成的地球上的原始生物
界。
原始生物的生命活动所产生的氧,在水体中的增加和扩散到大气中的结
果,使地球化学面貌发生了质的变化,使生命的迅速扩散和分布有了可能。
随着大气中氧的不断增加,在高层大气中形成的臭氧层加厚,保护着地球表
面,阻挡了一部分紫外线的强烈辐射,生命就有可能达到海洋表面,同时,
也为产生复杂的多细胞生物提供了条件。据认为,当氧含量达到现有水平(大
气中的氧约在20%)的3%时,便可以开始出现最早、最原始的多细胞生物,
这大约是以6 亿年以前的寒武纪为标起。在漫长的寒武纪中,发生了新生命
类型的大型化,例如海绵、珊瑚、软体动物、海藻以及种子植物和脊椎动物
的祖先开始出现和产生。
当地面上大气含氧达到现代含氧量的10%时,臭氧层更加发达,紫外线
大部分被隔离,导致生物从水域登上陆地,这发生于大约距今4—4.2 亿年前
的志留纪末期。从水生生物发展到陆地生物,生物必须解决水、氧和紫外线
辐射等,这在生物的演化过程中是一次飞跃。
下古生代形成的裸厥灌木林,到中、上古生代被其他种类的森林所代替,
而二迭纪中期的旱化生境,促使裸子植物乔木林获得了发展。之后,到白垩
纪中期,被子植物大量出现,阔叶林逐渐扩大,特别是禾本科植物的发达,
形成了草原和热带草原。第四纪冰川时期,耐寒的裸子植物和被子植物曾经
有所扩展。现代地球上明显地分化为冷、热、干、湿、水、陆等各类环境,
与此相应地形成了由不同植物种类组成的群落类型。
二、共同进化论
生物种间在长期复杂的相互作用中,使它们的有机体在形态结构、生理
和生态适应上,通过相互作用与自然选择的结果,各自形成自己特有的生态
生物学特性。这样的现象在进化论中,称之为生物界的“共同进化”。两种
类型生物在相互选择作用下,都同时形成了它们自己良好的适应特性,从而
获得不断发展与进化。例如,植物与草食动物,大型生物与微生物共生者,
寄生生物与它们的寄主。草地生态系统中绿色植物与草食动物(包括家畜)
相互间的选择适应作用,而共同进行。草地禾本科植物与原始马(三趾马),
或与反刍类动物(如牛)之间的选择适应关系。若以牛的消化系统而言,因
在漫长的时期采食含粗纤维量高的禾草,而逐渐促使胃和肠道的充分发达。
反之,禾草在被频繁的采食中,更加纤维化和矽质化,或是具有羽毛的芒和
具有倒钩刺基盘的颖果,借以妨碍草食动物的采食。上述的牛以发达的胃、
肠来消化粗纤维,而禾草则以高度纤维化和着生芒、刺来防御被采食,与此
同时禾草在动物频繁的践踏下,提高了抗旱能力,二者的相互作用过程中形
成各自的适应特性。这种生物在进化过程中所形成各种特有的生物学特性,
可以认为这是自然界生物种间在生存竞争中获得生存的对策,生态学称之为
“生态对策”。比如,生殖对策、取食对策、逃避捕食对策和扩散对策等。
所有这些生态对策,几乎均为相互作用的生物共同进化而特有的生活史。但
是,生物的进化对策,一旦有人为作用的参与,其选择作用可能就成为单向
的了。例如,农田生态系统是在人类控制下种植、灌溉、施肥并进行喷洒农
药或除莠剂,以保护作物正常生长发育而获得高额产量。人类关心的是作物
的生长发育和毒死害虫及除去杂草。所以害虫和杂草必需要有较强的抗药
性,以保证其较高的增殖和扩散能力,才能侵入并占领这个系统的空间。无
数的实例告诉我们,在某种情况下有些害虫可以在农药的袭击下残存下来,
甚至大量增殖与扩散,最后导致生态系统的崩溃,这在一些自然生态系统中
是屡见不鲜的。
人与自然界的相互关系,虽不同于生物间相互选择与共同进化的关系,
但确实需要存在着和谐、协调与持久的关系。在两方面的相互关系中,人类
的主观能动性和作用是更为主要的。因为,人类按照生态学原理和法则去对
待自然界,一切从保护自然界出发,去合理开发、利用自然资源,甚至是对
自然界进行必要的生态规划、生态建设与生态管理。这样,自然环境才能更
加优美和完善,自然资源特别是具有再生性的可更新资源才可能越来越丰
富,人类才可能在地球上更好、更长久地生存下去。反之,人类若要违背生
态学法则,贪得无厌地掠夺自然资源,肆无忌惮地去破坏自然环境,人类赖
以生存的自然界将会毁于一旦,人类最终将会在不远的将来走向自己的末
日。
人类与自然关系的实质,尽管不是进化的关系,但人类究竟是自然的产
物。人类若能实现并维护协调好人与自然的关系,就自然来说,必将是优美
而自然,并且会安全、健康、清洁而持久地存在下去;就人类而言,物质文
明和精神文明将会持续发展下去,人类将会在地球上永远地安居乐业并享受
着自然界无限的乐趣和宝藏。

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第二节 生物与环境
一、环境与生物圈
(一)环境的不同意义
就生态而言,环境是指某一特定生物有机体或生物生存与发展的各种因
素的总和。在环境科学中,环境是指围绕着人群的空间以及其可以直接或间
接影响人类生活与发展的各种因素的总体。由此可见,生态学与环境科学分
别所指的环境,无论其涉及的范围还是包括的因素来看,都是有区别的,其
原因在于所针对的主体不同。生态学所指的环境,一般是以生物为主体;而
环境科学指的是人类环境,它是以人群作为主体的。所以,环境所包括的范
围和因素,是随着它所特指的主体的变化而变化的。从这个意义上讲,离开
了主体的环境是没有内容的,也是毫无意义的。总之,环境就其概念而言是
具体的,也是客观存在的,但又是相对的。因为,在涉及到环境时,必然要
包含着它特定的主体。
生态因子是指环境中相对于生长、发育、生殖、行为和分布有着直接或
间接影响的环境要素,如温度、水分、氧、二氧化碳、食物和其他相关生物
等,在生态因子中生物生存所不可缺少的环境要素,称之为生物的生存因子。
而环境因子则是指生物体外部的全部环境要素。也就是说,在环境因子中,
那些对生物生存与发展起关键作用的环境要素,才是生物生存所必需的生态
因子。
(二)生物圈
生物圈是指地球上有生物的那部分空间。它包括海平面以上10 公里和海
平面以下10 公里这样一个空间范围。
当原始大气圈和原始水圈在地球上出现的时候,地球还是一个没有生命
的世界,陆地上没有草木和虫兽,天空没有飞鸟,水中没有鱼虾,地球表面
是一片荒凉的景象。但是,在原始的地壳(岩石圈)和水圈中,早已存在着
的碳氢化合物,并与氮、氧等其他元素一起,经过漫长的历史时期,演变成
为能够生长和繁殖的原始生物。原始生物首先在海洋的较深层水体中,经过
一定的发展阶段,它们才扩展到陆地上,并逐渐占领了浩瀚的海洋和辽阔的
陆地,进而进入低层大气层的每一个角落,从而形成了生物占据与生存的生
物圈。生物圈形成之后,便参与了对岩石圈、大气圈和水圈的改造,促进了
地球的发展。因此,生物圈的出现,标志着地球的发展进入了一个新的更加
高级的阶段。地球上各圈层之间互相渗透与相互作用,致使地球得以继续分
化与发展,尤其是在人类出现之后,随着人口的增加和人类日益增进的科学
技术和干扰作用的加强,更加速了地球的分化和各圈层之间的关系。我们知
道,在生物圈中的生活物质,通常是由大规模的能量与化学元素循环来维持
的。然而,所有这些循环必然受到人类活动的影响。长期以来,特别是在本
世纪50 年代以来,一些发达国家伴随着工业的畸型发展,以及对自然资源和
能源的掠夺性开发利用,给生物圈同时也给人类自己居住和生活的环境,带
来了严重的损害。因此,对保护生物圈问题的研究,越来越引人注目。
作为地球表面一个外套的生物圈,具有三个方面的特点:(1)太阳为其
充足能量的外界来源。(2)它是有大量液态水的区域。(3)它里面有介于
物质的液态、固态和气态之间的界面。地球上的全部生命所依赖的能源是太
阳,而太阳辐射的能量只是依*具有叶绿素的生物进行光合作用产生有机物
而进入生物圈中,从而进行物质循环、能量流动和信息传递。生物圈中的这
些生物是囊色植物、紫色细菌、蓝绿藻、浮游植物以及高等植物的巨大群体。
一般说来,生物圈包括地表、土壤和大气的表层,以及海洋、湖泊和河流的
表层水。凡是有阳光照射的地方,就是生物圈所包括的空间范围。
通过生物圈的现代能量学研究,现已查清存在着多种能量反应过程。其
中主要的还是绿色植物的光合作用还原二氧化碳,生成有机化合物和分子
氧。可以认为,光合作用的全部化学反应的结果,是产生一个较氧化的生物
圈部分。在生物圈中,通过生活有机体的物质移动,涉及到比水和二氧化碳
所含有的更多的元素,除了碳、氢、氧以外,所有的生物都需要氮、磷、硫、
钠、钾、钙、镁、铁、锰、钴、铜、锌和氯等,而有的生物为了维持其特殊
的机能,还需要铝、硼、溴、碘、硒、铬、铝、钒、硅、锶、钡和镍等。所
有这些元素都很有规律地出现在生物圈的相应的生物中。

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第二节 生物与环境
一、环境与生物圈
(一)环境的不同意义
就生态而言,环境是指某一特定生物有机体或生物生存与发展的各种因
素的总和。在环境科学中,环境是指围绕着人群的空间以及其可以直接或间
接影响人类生活与发展的各种因素的总体。由此可见,生态学与环境科学分
别所指的环境,无论其涉及的范围还是包括的因素来看,都是有区别的,其
原因在于所针对的主体不同。生态学所指的环境,一般是以生物为主体;而
环境科学指的是人类环境,它是以人群作为主体的。所以,环境所包括的范
围和因素,是随着它所特指的主体的变化而变化的。从这个意义上讲,离开
了主体的环境是没有内容的,也是毫无意义的。总之,环境就其概念而言是
具体的,也是客观存在的,但又是相对的。因为,在涉及到环境时,必然要
包含着它特定的主体。
生态因子是指环境中相对于生长、发育、生殖、行为和分布有着直接或
间接影响的环境要素,如温度、水分、氧、二氧化碳、食物和其他相关生物
等,在生态因子中生物生存所不可缺少的环境要素,称之为生物的生存因子。
而环境因子则是指生物体外部的全部环境要素。也就是说,在环境因子中,
那些对生物生存与发展起关键作用的环境要素,才是生物生存所必需的生态
因子。
(二)生物圈
生物圈是指地球上有生物的那部分空间。它包括海平面以上10 公里和海
平面以下10 公里这样一个空间范围。
当原始大气圈和原始水圈在地球上出现的时候,地球还是一个没有生命
的世界,陆地上没有草木和虫兽,天空没有飞鸟,水中没有鱼虾,地球表面
是一片荒凉的景象。但是,在原始的地壳(岩石圈)和水圈中,早已存在着
的碳氢化合物,并与氮、氧等其他元素一起,经过漫长的历史时期,演变成
为能够生长和繁殖的原始生物。原始生物首先在海洋的较深层水体中,经过
一定的发展阶段,它们才扩展到陆地上,并逐渐占领了浩瀚的海洋和辽阔的
陆地,进而进入低层大气层的每一个角落,从而形成了生物占据与生存的生
物圈。生物圈形成之后,便参与了对岩石圈、大气圈和水圈的改造,促进了
地球的发展。因此,生物圈的出现,标志着地球的发展进入了一个新的更加
高级的阶段。地球上各圈层之间互相渗透与相互作用,致使地球得以继续分
化与发展,尤其是在人类出现之后,随着人口的增加和人类日益增进的科学
技术和干扰作用的加强,更加速了地球的分化和各圈层之间的关系。我们知
道,在生物圈中的生活物质,通常是由大规模的能量与化学元素循环来维持
的。然而,所有这些循环必然受到人类活动的影响。长期以来,特别是在本
世纪50 年代以来,一些发达国家伴随着工业的畸型发展,以及对自然资源和
能源的掠夺性开发利用,给生物圈同时也给人类自己居住和生活的环境,带
来了严重的损害。因此,对保护生物圈问题的研究,越来越引人注目。
作为地球表面一个外套的生物圈,具有三个方面的特点:(1)太阳为其
充足能量的外界来源。(2)它是有大量液态水的区域。(3)它里面有介于
物质的液态、固态和气态之间的界面。地球上的全部生命所依赖的能源是太
阳,而太阳辐射的能量只是依*具有叶绿素的生物进行光合作用产生有机物
而进入生物圈中,从而进行物质循环、能量流动和信息传递。生物圈中的这
些生物是囊色植物、紫色细菌、蓝绿藻、浮游植物以及高等植物的巨大群体。
一般说来,生物圈包括地表、土壤和大气的表层,以及海洋、湖泊和河流的
表层水。凡是有阳光照射的地方,就是生物圈所包括的空间范围。
通过生物圈的现代能量学研究,现已查清存在着多种能量反应过程。其
中主要的还是绿色植物的光合作用还原二氧化碳,生成有机化合物和分子
氧。可以认为,光合作用的全部化学反应的结果,是产生一个较氧化的生物
圈部分。在生物圈中,通过生活有机体的物质移动,涉及到比水和二氧化碳
所含有的更多的元素,除了碳、氢、氧以外,所有的生物都需要氮、磷、硫、
钠、钾、钙、镁、铁、锰、钴、铜、锌和氯等,而有的生物为了维持其特殊
的机能,还需要铝、硼、溴、碘、硒、铬、铝、钒、硅、锶、钡和镍等。所
有这些元素都很有规律地出现在生物圈的相应的生物中。

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二、生物与环境关系的基本原理
(一)生物对生态因子的耐受定律
1、生物的生态因子的耐性限度
1840 年,德国人J.V.利比希(J. V. Liebig)在分析了土壤表层与植物
生长的关系后,获得结论并提出了“最小因子法则”。他认为每一种植物都
需要一定种类和一定数量的营养物,如果其中有一种营养物完全缺乏,植物
就不能生存;如果这种营养物质数量极微小,植物的生长就会受到不良影响。
显然,该法则只是研究了营养物质对植物生存、生长和繁殖的影响。后来人
们发现该法则也适用于其他一些生态因子。但是,对于一个物质和能量的输
入与输出处于非平衡状态的生态系统,就不能用最小因子法则。因为,非稳
态的生态系统中的植物对于包括营养物质在内的其他生态因子的需要量,是
会不断变化的。再者,应用最小因子法则时,还必须注意各种因子之间的相
互关系,以及对于植物的需要而言,相近元素之间还存在着相互替代性。
1913 年,美国生态学家V.E.谢尔福德(Shelford),在最小因子法则的
基础上,又提出了耐受性法则的概念,并用以解释生物的自然分布现象。耐
受性法则指出:生物不仅受生态因子最低量的限制,同时也受最高量的限制。
因为,生物对每一种生态因子都有其耐受的上限和下限,而在上下限之间就
是生物对该生态因子的耐受范围,并且在耐受范围的中心幅度,则是生物对
该生态因子的最适生存区。耐受性法则可以用耐受曲线来表示。
不同种类的生物对同一生态因子的耐受范围的差别是很不相同的。例如
芨芨草只能生长在轻度盐碱土上,其对pH 值的最适幅度为7.5—8.小而碱蓬
则可能在重度盐碱土上生长,其pH 值在8.0—9.0。鲑鱼对温度的耐受范围
是0—12℃,最适温度为4℃;豹蛙的耐受范围是0—30℃,最适温度为22
℃;而南极鳕所能耐受的温度范围最窄,只有-2—2℃。上述几种生物对温
度的耐受范围差异很大,有的耐受温度范围很广(如豹蛙),称广温性生物;
有的只能耐受很窄的温度范围(如南极鳕),称狭温性生物。归纳起来,广
适性生物属广生态幅种,狭适性生物属狭生态幅种。一般说来,如果一种生
物对生态因子的耐受范围越广,这种生物在自然界的分布就一定越广;反之,
则出现地理上的局部分布。然而,一种生物的耐受范围越广,它对某一特定
生境的适应能力也就越低。与此相反,属于局部分布的狭生态幅种,恰恰对
范围狭窄的环境条件具有极强的适应能力,但因其适应范围太窄,使之丧失
了在其他条件下的生存能力。
在进化过程中,生物的耐受限度和最适生存范围,都是可能发生变化的。
这样的变化,有可能扩大,也有可能受到其他生物的竞争而被取代或移动位
置。即使在较短时间内,生物对生态因子的耐受限度也能进行小的调整。通
常,有以下几种调整方式:
①休眠。休眠是动植物抵御外界暂时不利环境条件的一种非常有效的生
理机制。因为动植物一旦进入休眠期,它们对环境条件的耐受范围就会比正
常生活时宽得多。例如:变形虫在它生活的小池溏短期干涸时就会进入休眠
的胞囊期。植物的种子在极不利的环境条件下,也可以进入休眠期,并可长
期保持生活力,直到有利于种子萌发的条件重新出现为止。生物的季节性休
眠,是持续占有一个生境的重要方式。一些生物在不利的气候条件下,往往
进入滞育状态,此时生物体的代谢率可下降到正常状态时的1/10 左右。例
如:阿拉善荒漠的特有植物绵刺在夏季干旱时期,叶片呈枯黄状,蒸腾量几
乎为零。但一遇降雨,在很短的时间内(通常是1—2 天),即可变绿而正常
生长发育。
②驯化。驯化的含义包括两个方面:“acclimation”一词是指在实验条
件下诱发的生理补偿机制,一般只需要较短的时间。而“acclimatisation”
一词则指的是在自然环境条件下,所诱发的生理补偿变化,这种变化需要较
长的时间。生物借助于驯化过程可以轻微调整其对生态因子的耐受范围。就
生理机制而言,驯化过程涉及生物体内及酶系统的改变,因为酶只能在环境
条件的一定范围内,才能最有效地发挥作用,从而决定着生物原来对生态因
子耐性限度。所以,驯化的实质是生物体内决定代谢速率的酶系统的适应性
变化。
③昼夜节律和其他周期性变化。生物耐受性的节律变化,大都由外在因
素决定的。但某些耐受性的周期变化或驯化能力的变化,无论是长期的或昼
夜的,至少其中有一部分是由生物自身的内在节律引起的。例如,在适宜温
区下限温度的选择上,蜥蜴表现出明显的日周期变化,即在自然条件下,在
白天的12 个小时内,适宜温区下限可由4.5℃上升到7.5℃。可见蜥蜴的这
种周期变化,是由生物体内的某种内在周期性决定的。

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2、内稳态生物和非内稳态生物
依据生物对非生物因子的反应,或者是外部条件变化对生物体内状态的
影响,可将生物区分为内稳态生物和非内稳态生物。这两类生物之间的基本
差异,是决定其不同耐受限度的根据。就非内稳态生物来说,其耐受限度只
决定于酶系统能在什么温度范围内起作用。而对内稳态生物来说,其内稳态
机制能够发挥作用的范围,就是它的耐受范围。内稳态机制,即生物控制自
身的体内环境使其保持相对稳定,它能够减少生物对外界条件的依赖性,明
显地加大了生物对生态因子的耐受范围。生物为保持内稳态发展了许多复杂
的形态和生理适应,但是最常见的方法是借助于行为的适应。在外界条件的
一定范围内,动物和植物都能利用各种行为机制使体内保持相对的恒定性。
高等植物体虽不能移动位置,但许多植物体的某些器官有昼夜的运动和变
化。例如,紫穗槐的叶具有昼挺夜垂的“睡眠运动”,向日癸的花序能随着
太阳运转的方向而缓慢移动。至于具有活动行为的动物,其利用行为的适应
就更为明显了。比如动物能为自身创造一个适于生存和活动的小环境,鼠兔
在冬季躲进自己挖崛的洞穴内,可以抵御-10℃以下的严寒天气。因为仅在
地下10 厘米深处,温度的变动范围不超过1-4℃。大白蚁自己筑的外壁厚
达50 厘米的蚁巢,当外界温度在22—25℃时,巢内可维持30℃±0.1℃的恒
温和98%的相对湿度。
(二)小环境的生态作用
通常,小环境是指对生物发生直接影响的生态因子组合的邻接环境。有
如接近植物个体表面的大气状态和根系附近土壤条件,以及啮齿类动物洞穴
内的小气候等。当然,小环境除与生物间相互作用外,同时还受大环境(如
气候带、土壤区域等)的控制。一般说来,小环境的形成除与微地形变化有
间接关系外,植物与动物的生长发育与活动可直接形成独特的小环境。例如,
郁闭的森林植物可造成林下荫凉、湿润的小环境;植物机体的阻碍作用和呼
吸、蒸腾等生理活动,能使周围大气的温度和气体成分、浓度发生局部变化。
就生物的生长发育和在小范围内的分布格局而言,小环境仍具有十分重
要的生态作用。1973 年,W.A.Calder 研究了小气候与蜂鸟的关系,他发现蜂
鸟巢的位置总是选择筑在一个突出树枝的下方,以便遮护而不易受到不利气
候的伤害。1969 年,M.J.Coe 研究了羊茅草丛的隔离作用而产生的小气候效
应。据测定,草丛外层叶间的空气温度波动范围是0.3—13.6℃;而在草丛
的内层则较为恒定,为1.8—11.7℃。因此,在研究大环境对生物影响的同
时,必须特别重视对小环境生态作用的研究,往往只有通过小环境生态作用
的研究与分析,才能揭示出生物与环境间相互关系的实质与规律。
(三)适应组合
生态因子之间是相互联系并构成环境的综合体,而对生物却存在着协同
和增效的生态作用。因此,生物对特定小环境间表现出的协同适应特性,称
之为“适应组合”。通常,生活在极端环境条件下的生物,其适应组合现象,
表现得最为明显。比如生活在荒漠地区的生物,就是最好的例证。极干旱、
酷热和贪瘠的土壤,是荒漠所具有的这些极端环境条件的典型生境。长期生
活在极端生境胁迫下的植物,主要是一些超旱生植物。例如常见的多汁肉质
植物,它们在体内(根、茎、叶)吸收、贮存大量水分,借以度过较长的旱
期而能维持生命。同时植物体还具备一整套特殊的形态、构造和生理机能,
它们只能在温度较低的夜间才张开气孔,使伴随着气体交换的失水量尽可能
减少,即使是在夜间开放气孔时,植物吸收二氧化碳并将其合成有机酸贮存
在组织中;而在白天,贮存在植物体内的有机酸,经过脱酸作用将二氧化碳
释放出来,以供给进行较低水平的光合作用之用。又如,被称为“沙漠之舟”
的骆驼,对沙漠生活的一系列适应特征,令人惊叹。人们知道,骆驼在一次
大量饮水后可以维持较长时间(一般在10—15 天或更长些)。骆驼在清晨采
食沾有露水的嫩枝叶,或*吃多汁的植物而获得水分,同时还使尿浓缩而减
少水分输出。还有贮存在驼峰和体腔中的脂肪,在代谢时会产生代谢水,用
以维持机体的水分平衡。再者,骆驼在白天吸收大量的热使体温升高,借以
减少机体与环境间的温差,从而减缓吸热过程。若需要降温时,便使起隔热
作用的脂肪很快转移到驼峰中,从而加速机体的散热。因为,骆驼的体温一
般不能超过40.7℃,若高出这个上限,骆驼就会开始出汗而失去水分,影响
机体的水分平衡。

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三、生物与环境各类因子的关系
(一)生物与光
大阳光特别是波长在380—670 纳米(nm)之间的可见光,具有最大的生
态学意义。因为,只有可见光才能在光合作用中被绿色植物利用,并将太阳
光能转化为化学能,从而推动着生态系统乃至整个生物圈的发展与演化。当
然,穿过大气层到达地球表面的紫外光,在高原和高山地带的生态作用还是
很明显的,因为,紫外光能抑制植物的生长,对于动物有伤害作用。
光照强度在赤道附近最大,并随纬度的增加而逐渐减弱。如在低纬度的
热带荒漠地区,年光照强度为200 大卡(8.37×105 焦耳/厘米2)以上,而
在高纬度的北极地区,则不超过70 大卡(2.93×105 焦耳/厘米2)。光照强
度还随海拔高度的升高而增强,在海拔1000 米处可获得全部入射日光能的
70%,而在海平面却只能获得全部入射日光能的50%。地形的变化也影响着
光照强度的强弱,在北半球温带地区,山的南坡所接受的光比平地多,而平
地又比北陂多。随着纬度的增加,在南坡获得最大年光照量的坡度也随之增
大;但在北坡无论在什么纬度地区,都是坡度越小,而光照强度越大。这就
是说,较高纬度的南坡比较低纬度的北坡能得到更多的日光能。因此,南方
的喜温作物可以移植到北方的南坡上,并能保持良好的生长和发育。光照强
度还有季节阳日变化,夏季和中午光照强度最大,冬季和早晚最小。综上所
述,不同地区的生物由于长期生活在具有一定光照条件的环境中,必然形成
各自独特的生态学特性,并对光照条件产生特定的要求和适应性。
按照陆生植物对光照强度的适应程度,可划分为两大类光生态类型:①
阳性植物。这类植物适应强光照,光补偿点较高(光合作用合成量与呼吸消
耗量相平衡之处,称之为补偿点),同时光合速率和代谢速率都比较高,主
要是生长在无遮蔽、空旷地上的一些植物。如草原和荒漠地区的植物大多数
属阳性植物。②阴性植物。这类植物适应弱光照,光补偿点较低,其光合速
率和呼吸速率都比较低,大多生长在阴蔽、湿润地方或密林中。如森林内和
阴坡上生长的植物属于阴性植物。通常,阴性植物虽不适应强光,但比阳性
植物能更好地利用弱光进行光合作用。
光还是影响动物行为的重要生态因子。有些动物适应于在白天的强光下
活动,如大多数鸟类、哺乳动物中的灵长类、有蹄类、大多数鼠类和昆虫中
的蝶类、蝇类等,这些动物称为昼行性动物。而另一部分动物则适应于在夜
晚或晨昏的弱光下活动,如夜猴、蝙蝠、家鼠、夜鹰、壁虎和蛾类等,它们
称为夜行性动物。在土壤里和洞穴中生活的动物,则几乎是躲避光照而在完
全黑暗的环境中,因为除光照外,它们还怕干燥和高温的伤害。如鼹鼠和一
些土壤动物。

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(二)生物与温度
全部生物都是生活在一定温度的环境中,并受着温度变化的影响。因此,
温度对生物来说,同样是一个重要的生态因子。温度的生态作用,首先是生
物体内的全部生物化学过程(新陈代谢)必须在一定的温度范围内才能正常
进行。生物体内的生理生化反应随温度升高而加快,从而加速其生长发育的
速度;反之,则减慢生长发育的速度。当环境温度高于或低于生物所能忍受
的温度范围时,生物体的生长发育就要受阻,甚至造成死亡。其次,温度的
变化还能引起环境中其他生活因子的相应改变,从而影响生物的生活和分
布,这是温度对生物的间接作用。
温度的生态作用,主要表现在极端温度对生物的影响。温度低于一定的
数值,生物会因低温而受伤害,这个数值称为“临界温度”。在临界温度以
下,温度越低,生物受害越重。再者,高温同样可使植物的光合作用减弱,
并增强呼吸作用,致使新陈代谢过程失调,同时还可破坏植物的水分平衡。
高温对动物的有害作用在于破坏机体内酶的活性,使蛋白质凝固变坏,造成
缺氧,排泄功能失调和神经系统麻痹等。
长期生活在一定极端温度(低温或高温)环境中的生物,通过长期的自
然选择,而在形态、结构、生理和行为等方面,表现出很多明显的适应特性,
生物的这种表现被称为对环境变化的“适应对策”。比如在形态对策方面高
山和北极的寒冷条件下,植物体表上通常生有密毛和蜡被,矮小多呈匍匐状,
垫状或莲座状,芽具鳞片且油脂类物质保护等。所有这些形态均有利于其保
持相对高些的温度,以减轻寒冷的影响。
通常,高纬度地区的恒温动物,其个体大多比低纬度地区的同类个体大,
因为单位体重散热量相对减少。另外,动物的突出部分,如四肢、尾巴和外
耳等,在低温的环境中有变小变短的趋势,借以减少散热的表面积。还有寒
冷地区动物的皮毛、羽毛和脂肪都相对厚和多,以此提高身体的隔热和防寒
保温的作用。
植物对高温的适应,在形态上有体表着生密绒毛和鳞片,能过滤一部分
阳光。有的植物体表(茎或叶片)呈白色、银白色,或叶片草质光亮,能反
射一部分阳光,使植物不受过热的伤害。植物对高温的适应,主要是减少细
胞含水量,增加糖分和盐分的浓度,以利于减缓代谢速率和增强原生质的抗
凝结力。此外,加强蒸腾作用也是防止植物体热伤害的对策之一。动物对高
温的适应是使自己的体温有较大的变幅。如在高温炎热时,通过机体在短时
间内吸收和贮存大量的热而升高体温,之后再采取行为上的适应对策,如躲
在阴凉处或洞穴内,将热量释放出去,使体温下降。还有更夏、穴居或夜晚
活动等,都是一些动物躲避高温的有效对策。如有的黄鼠不仅在冬季进行冬
眠,还在炎热干旱的夏季进行短期的夏眠。
高温或低温的极端温度,是生物地理分布的一个主要限制因子。由于高
温所限,在自然条件下,白桦、云杉不能在我国华北平原生长,苹果、梨不
能在热带地区栽培。又如,气温26℃为菜粉蝶分布的南界,尽管菜粉蝶在26
℃以下的秋、冬季可以生存,但在夏季超过26℃时,它的卵和幼虫就会死亡。
对于植物和变温动物来说,一定的低温是决定其水平分布北界和垂直分布上
限的主要生态因素。例如,橡胶分布的北界是北纬24°30′(厦门)和海拔
640 米(海南岛)。温度对恒温动物分布和直接限制作用较小,但温度可以
通过影响其他生态因子(如食物)而间接影响它们的地理分布。
(三)生物与水
没有水就没有生命。这是因为,第一:水是生物有机体不可缺少的重要
组成成分。一般生物体内含水量为60—80%,甚至有些生物高达90%以上,
如瓦松、水母等。第二:生物的全部代谢活动都必须以水为介质才能完成,
生物体内营养物质的运输、废物的排除、激素的传递以及各种生物化学过程,
都必须在水溶液中才能进行,还有生物体与外界环境之间的相互联系,大多
数也是通过彼此间的水分交换和传递而实现的。第三:生物起源于水环境,
在其漫长的进化过程中,有90%的时间都是在海洋中进行的。并且今天海洋
生物的生产力,还占据着生物总生产力的绝大部分,当生物登陆后所面临的
主要矛盾,就是如何减少陆生生物水分蒸发与保持体内的水分平衡。
因此,陆生植物蒸腾失水是一个严重问题。一株玉米(孕穗期前后)一
天约需2 千克水,一生共需要200 多千克水。夏天一株树的需水量约为其全
部鲜叶重的5 倍。小麦每生产1 千克干物质约需耗水300—400 千克。通常,
陆生植物吸收的水约有99%左右用于其蒸腾作用,而只有1%贮存在体内。
所以,外界环境中只有充足的水分供给,才能保证陆生植物的正常生活。当
然,不同类群的植物对水分的需求量是完全不同的。一般来说,光合效率高
的植物(如C4 植物),需水量偏低。植物需水量,又指每生产1 克干物质所
需要的水量,大多数植物每生产1 克干物质约需300—600 克水。不同种类植
物的需水量不同:狗尾草285、苏丹草304、玉米349、小麦557、油菜714
等。其中,需水量相对少的狗尾草、苏丹草和玉米均是C4 植物。显然,水分
在很大程度上决定着植物生产量的高低。
依据植物与水分的相互关系,可将植物划分为4 种生态类型:(1)水生
植物。生活在水里的植物,这些植物具有发达的通气系统,较强的柔韧性自
动调节渗透压的能力,以及发达的无性繁殖和在弱光条件下进行光合作用等
适应特点。其中飘浮在水面上的有浮萍、凤眼莲和眼子菜等。(2)湿生植物。
生长在水分饱和的潮湿土壤上,不能忍受缺水。如灯心草、莎草等。(3)中
生植物。适宜在水分条件适中的环境中生长,它们是种类最多、分布最广的
陆生植物,并且绝大多数的栽培植物均为中生植物。(4)旱生植物。能耐受
较强和较长时间干旱的植物。旱生植物的生态类型,就其形态而言,可分为
少浆液植物和多浆液植物。少浆液植物叶面积缩小、卷曲,植物体含水量少,
原生质渗透压高,根系发达。多浆液植物叶片大多数退化成磷片状,而由绿
色茎代行光合作用,植物体肉质体内具有发达的贮水组织。如以其抗干旱的
能力来说,还可划分出广(典型)旱生植物,广泛分布在半干旱地区的草原
植物。如大针茅、克氏针茅、糙隐子草、冷蒿等。强旱生植物,该类植物的
抗旱能力稍强于广旱生植物,主要分布于草原区属更干旱的荒漠区间的过渡
地区,如石生针茅、戈壁针茅、无芒隐子草、兔唇花和旱蒿等。超旱生植物,
集中分布在极干旱的荒漠区,是一些抗旱能力最强的旱生植物,它们大多是
灌木或半灌林,如霸王、木本猪毛菜,红砂和骆驼刺等。
陆生动物保持体内水分平衡,主要是从饮水、食物和代谢水中得到供给
而补充失水。其体内的含水量一般要比外界环境高,因为体表蒸发失水,还
有通过排泄过程还要失去不少水分。影响动物与环境之间进行水分和溶质交
换的生态因子很多,而不同的动物又分别具有完全不同的调节机制,但各种
调节机制都必须使动物能在各种情况下,保持体内水分和溶质交换的平衡状
态,否则动物就无法生存。
动物体内的水分主要是由体表面蒸发而丢失的,故如何将蒸发失水量降
低到最低限度,是至关重要的。如节肢动物的体表具有一层几丁质外骨骼,
有些种类在其表面附有蜡质层,以防止水分的蒸发。哺乳动物减少体表蒸发
失水,却增加了在高温下调节体温的困难,因此它们具有使体温在更大波动
范围的生理机制。如黄鼠就是*体温达到极高水平来解决散热问题,其体温
比环境温度高,这就可以散热;当体温达到最高时(42℃),黄鼠就躲避到
洞穴中去降温。生活在沙漠中的羚羊也有同样的适应性。如长角羚羊的直肠
温度可达45℃,瞪羚可达46.5℃,它们在白天所吸收的热量,在较凉爽的夜
晚自然就会消耗。但是,对于大多数哺乳动物来说,一般体温超过43℃,就
会对大脑造成损伤。

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(四)生物与土壤
土壤,是陆地生态系统的基础,无论是植物还是土壤动物来说,都是重
要的生态因子,它既为植物提供生活必需的矿质营养和水分,同时也是土壤
动物的栖息场所。土壤的质地、结构和化学性质,与土壤中的水分、空气和
温度状况密切相关,而这些土壤条件作为生态因子直接或间接地影响着植物
和土壤动物的生活,以及它们的地理分布。
植物主要从土壤中吸收水分。因此,植物生长发育与土壤水分动态表现
出一定的依存关系,土壤水分过多或太少都对植物不利,特别是土壤干旱对
植物的影响尤为突出。再者,土壤水分状况还直接制约着土壤温度、土壤空
气以及调节土壤中营养物质的溶解、移动和水解与矿化状态,从而改善(或
恶化)植物的营养状况。所以,植物除直接吸取土壤水分以完成机体内的一
切生理过程外,而由于水分所制约的土壤温度、土壤空气和土壤矿质营养等
因子的变化,也都制约着植物的生长发育。如内蒙古高原栗钙土水分动态与
草地植物生长发育季节变化的关系;(1)3 月下旬至4 月初。土壤开始解冻
而出现湿润状态,表层含水量达8—10%,植物开始萌发,进入返青期。(2)
4 月上旬至6 月中、下旬。这时春旱加上大风逐渐升高的气温,土壤蒸发剧
烈而大量失水,尽管此时植物进入拔节和营养生长时期,但由于土壤水分迅
速减少,干土层不断加厚,致使植物生长缓慢,甚至几乎停止生长而进入而
水临界期,植物叶片卷曲,甚至枯萎,呈现出严重缺水状态。假如这种状态
延续的时间愈长,对植物整个生长发育和生产力的形成与水分影响很大。(3)
6 月下旬至8 月底,在这段时期正处于雨季,土壤水分得到了充分补给,为
土壤增水期,不仅表层时常保持湿润,且土壤湿润层不断向下延伸,土壤含
水量高达20%上下。充足的水分条件为植物旺盛的生长和正常发育,提供了
良好的有利条件,致使草地植物群落生产力达到高峰时期。(4)9 月上、中
旬至10 月中、下旬土壤结冻前。这时雨季结束,土壤开始进入缓慢失水过程,
土壤变旱直到结冻,加上气温逐渐降低,致使地上部分由绿变黄,直至干枯
而过渡到整个植物体进入冬季的休眠状态。
土壤水分同样也影响着土壤动物的生存。例如东亚飞蝗在土壤含水量为
8—22%时产卵量最多,而卵的最适孵化湿度为土壤含水量3—16%,若超过
30%时,蝗卵就不能正常发育。再者,土壤湿度的垂直分布,从冬到夏和从
夏到冬要发生两次逆转,这种变化规律对土壤动物在土层中的穴居行为,具
有较大影响。一般说来,土壤动物(尤其是无脊椎动物)在秋冬季节多向深
层移动,而春夏季节则向表层移动,其移动距离多与土壤质地和松紧应有密
切关系。如沟金针虫每年有两次迁移到土壤表层进行活动。
土壤中的无机元素,对于植物和动物的正常生长发育,也是不可缺少的。
通常,属于大量元素的有氮、磷、钾、硫、钙、镁和铁等;微量元素有锰、
锌、铜、钼、硼和氯等。植物生活中所需的这些无机元素,主要来自土壤中
的矿物质和有机质的分解。因此,土壤中含有的无机元素一是种类多样为好,
二是这些元素还需成适当的比例,才能使植物生长发育良好。土壤中的无机
元素,对于动物的数量与分布也有一定影响。如含钙多的石灰岩地区就有蜗
牛分布,哺乳动物一般也喜欢在母质为石灰岩的土壤地区活动。例如,富含
氯化钠的土壤地区,就能吸引大量的食草有蹄动物,因为它们生活中需要摄
入大量的盐分。又如土壤中缺钴常常使一些反刍动物贫血,消瘦和食欲不振。
若严重缺钴,还人引起死亡。
(五)生物与太阳黑子的关系
1、太阳黑子
黑子,是太阳光球上经常出没的暗黑斑点,是太阳活动的基本标志。在
太阳表面,黑子好象一个不规则的洞,虽然看起来是暗黑的,但这只是明亮
的光球反射的结果。一个太阳黑子能发出象满月那么多的光。黑子经常成对
或成群出现,复杂的黑子群由几十个大小不当的黑子组成,但一般有两个主
要黑子。小黑子的线度约1000 公里,而大黑子的线度可达20 万公里。黑子
群几乎全部呈椭圆形,其长轴和日面的东西线成一小夹角,随黑子所在的日
面纬度的增加略有增大。
对太阳黑子的观察到记载,早在我国西周后期就有文学记载,并在西汉
后期就有了比较系统的观测下记录。因此,现代太阳物理学创始人,美国著
名天文学家海尔在他的《宇宙之底》一书中高度赞扬说:“中国古人测天之
精湛,至可惊人。日斑之观测,远在西人之前约2000 年,历史记载不约,且
相传颇确,自可征信。”1612 年,伽力略宣布了他最先用望远镜观测太阳黑
子的发现,他在报告中说:“这些黑子是日面上的东西,它们在那里不断地
产生,也在那里瓦解,时间有长有短。”“黑子本身固然很重要,而其意义
却更深远。”人们从用肉眼直接观测到使用望远镜观测太阳黑子,标志着人
类对太阳黑子现象的研究,由原始阶段逐渐走向科学。而在这一漫长的转变
过程中,伽力略起着划时代的作用。
黑子相对数,是瑞士苏黎世天文台R·沃尔夫于1849 年为了能将互不相
同的观测结果,统一到一个共同的基础上,而提出的一个参数。太阳黑子相
对数的定义是:
R=K(10g+f)
式中g 为日面上观测到的黑子群数目,f 为观测的单个黑子的总数,k
是一个系数(即作为不同观测条件的换算因子)。1855 年,R·沃尔夫将k
值取为1,只要观测中确定出g 和f,就能计算出每天的太阳黑子相对数(为
苏黎世的黑子相对数)。然后,把每天的相对数累加起来,就能求出每月和
每年的相对数平均值。这种观测计算方法,一直延续至今天。然而,相对数
只是我们所见到的太阳半球上的活动程度,而对看不到的另一半球的情况一
无所知。人们曾企图设法来计算“全球相对数”,但由于存在着很多困难,
至今仍未成功。
太阳黑子活动周期。太阳黑子相对数年平均值随时间的变化,可以划出
其相对数曲线(如图1—2 所示)。
从这条曲线上,可以清楚地看出平均每隔11 年左右,黑子相对数就有一
次明显的起落。这就是太阳活动的11 年周期。在每个11 年周期中,黑子相
对数从小到大,到达峰值后再慢慢下降。相对数最小值时称为该周期的谷年,
其最大值时称为峰年,最大与最小相对数间的差值,称为振幅或强度。上述
太阳活动的11 年周期具有3 个主要特点:(1)周期长度为11 年并不是固定
的,最短为9 年,最长为14 年。(2)周期的振幅也是变化的,最低的峰值
是RM=45.8,最高的为RM=190.2。(3)对于大部分11 年周期,其上升期
比下降期短,且相对数曲线是不对称的。由此可知,太阳活动的11 年周期是
典型统计规律,任何两周期的发展特征都不会完全相同,但其发展的趋势都
是一致的。
据测定,地磁活动和太阳活动有着相同的行为和周期,均呈现出典型的
11 年周期。且地磁扰动27 天重现性,与由太阳黑子测定的太阳自转周期恰
好是27 天相一致。这意味着地磁扰动与太阳黑子的出现有着密切的联系,即
是地磁场的变动是受太阳活动制约的。
2、气候变化与太阳黑子
地球气候,毫无疑问地是经常在发生变化的。为什么有的世纪较冷,而
有的世纪又较暖和呢?中国著名的气象学家竺可桢教授从中国丰富的历史记
载和考古资料中,系统地论证了中国五千年来的气候变迁,同时又统计了每
个世纪中正史记载的太阳黑子。记录的次数,并将这个数目与严冬数目相比
较。结果表明,在黑子次数较高的世纪(第6、9、12、14 世纪),对应的严
冬次数也多。这充分说明气候的变化与太阳黑子的活动有着密切关系。太阳
活动制约着地球气候的变化。
太阳黑子11 年周期活动与旱涝灾害有相关性。大范围的旱涝从大河流域
的水量变化,可以得到间接的反映。1919 年至1960 年,黄河龙门至花园口
一段最大洪峰流量与汛期平均流量的变化情况,其中有9 个年份是黄河有现
代水文记录42 年来洪水最大年份。最突出的是1958 年流量达最高值,而当
年恰恰是太阳黑子活动200 年来最强的一个周期的峰值。美国中西部是主要
的农业区,据观测确定出1820—1955 年间出现了8 个干旱期,而所有的干旱
期都发生在黑子活动11 年周期单周的极小年附近。希腊天文学家克山沙基斯
使用相关分析法,发现北半球降雨量与太阳活动之间有着非常密切的联系。
他研究了1882—1960 年间降雨量的变化。研究结果一目了然,对应着太阳活
动的峰年恰是降雨量的最低值,而与太阳黑子活动的谷年相对应的正是降雨
量的最高值。上述不同地区研究结果的差异,反映了由于地球位置的不同,
其旱涝规律也是不尽相同的。
3、太阳黑子与人类活动
(1)农业生产与太阳黑子
粮食,多年来是世界各国所普遍关注的大问题之一。随着世界人口的迅
速膨胀,全球的粮食生产和储备越加尖锐和危急。据1974 年统计表明,世界
粮食储备只有年消耗量的7%,加之粮食生产受气候因素影响尤为突出,人
们至今仍未找到使粮食大幅度增产的有效措施和具体方法。因此,除进一步
加强有关粮食生产的科学研究工作外,深入探索与研究粮食产量变化与天
文、气候因素的相关规律,并制定出相应的措施和方法,具有十分重要的意
义。
英国普莱顿实验室对此做了较系统的研究。他们分析了1949—1973 年间
世界小麦产量变化和太阳黑子活动之间的关系。发现第19 周太阳黑子活动极
大年1958 年的小麦产量,比其后5 年中任何一年的产量都高;第20 周极大
年1968 年的产量,比其后4 年的平均产量要高。相反,在极小年的1954 年,
小麦产量比其前后2 年都低。例如,北美、中美地区,1954 年小麦的产量,
比1949—1973 年间任何一年都低,而比前5 年的平均产量低25%。然而,
小麦产量的这种变化,对于南半球地区正好相反。例如,阿根廷在1954、1963
和1964 年都处在太阳黑子活动极小年附近,小麦生产却大丰收。这3 年小麦
的平均产量比1965—1973 年的平均产量高50%。
与此相适应的是,历史上大范围内发生的饥荒,也多发生在太阳黑子活
动极小年附近。自1700 年以来所发生的68 次大饥荒中,有29 次出现在1866
—1963 年间的10 个黑子极小年,其中有8 个极小年附近发生大饥荒,约2.6
亿人饿死。
可见太阳黑子活动对粮食生产的变化是相当明显的,一般平均达10—50
%。也就是说,世界粮食生产所受到太阳黑子活动的影响和冲击是相当强烈
的。这种严峻的局势,应当引起科学家和决策部门的高度重视。
(2)虫、鼠害的发生和循环
研究虫害和鼠害的发生和循环规律,始终是生态学、环境科学,特别是
农业科学中的一个重要课题。虫、鼠害的发生与发展,与温度、湿度、土壤
以及生物群落有着密切的关系。然而,天文因素往往是最根本的原因,但却
常常为人们所忽视。因为,上述影响虫、鼠害的环境和生物因素的变化,都
直接或间接地受到太阳活动和太阳辐射的作用。
1938 年,农学家维琴柯首先讨论了菲律宾地区蝗虫灾害的发生情况。他
分析了1569—1934 年间共计365 年的历史记载,结果发现,蝗虫灾害每隔
11 年发生一次。在太阳黑子谷年附近,蝗虫猖獗,造成大灾。印度农学家兰
禅拉·劳统计了1863—1936 年间印度西北部沙漠蝗虫的资料,发现在这73
年中共发生蝗虫灾7 次,即每间隔约为11 年1 次,且也都发生在太阳黑子谷
年附近。考查我国蝗灾发生的史实,也基本上符合这一规律。例如,明崇祯
七年(1634 年)、清顺治二年(1645 年)、雍正元年(1723 年)和乾隆二
十年(1755 年),都是严重的蝗灾年。而这些年份恰是太阳黑子11 年周期
有极小年。民国时期的1913、1923、1933 和1944 年也是蝗患严重的年份,
同样也都是在太阳活动的谷年附近。据历史记载,我国蝗灾多发生在黄河沿
岸大部分地区。如河南、山东、山西和陕西各省,这些地区都先后发生过严
重的蝗灾。
鼠害直接危及到粮食的产量或贮藏,以及大面积草地和载培牧草的生
产。如内蒙古、青海等省(自治区)的天然草地,多年来鼠害时有发生,一
些草地遭到破坏,成为草地利用与管理中的一个严重问题。根据原苏联科学
家的调查研究,鼠类的繁殖每隔10—11 年有一个高峰期,而且多发生在太阳
活动的谷年附近。
(3)疾病与太阳黑子
在我国古代,星占医学很盛行。古代医学经典著作《黄帝内经·素问》
记载:“天温日明,则人血淖液而卫气浮,故血易写,气易行;天寒日阴,
则人血凝涩而卫气沉。月始生,则血气始精,卫气始行;月郭满,则血气实,
肌肉坚;月郭空,则肌肉减,经络虚,卫气去,形独居,是以因天时而调血
气也。”这说明古人对日月的作用给予了相当的注意。至于太阳现象与人类
疾病的关系,在我国古籍中也不乏其例。如在《开元占经》中就有记载:“日
白中黄外⋯⋯妇人多重病,胎小不就”,“日有青光⋯⋯民多疾疫”,“日
斗⋯⋯主病眼偏枯、口、舌、咽喉、心、腹”。这里所说的“日斗”,实际
上就是指太阳黑子。
近代,以研究太阳活动与人类疾病为主要内容的一门新兴边缘科学《太
阳——生物圈问题》正在崛起,先驱者是俄国学者齐热夫斯基。他认为地球
上发生的大瘟疫是受太阳周期所控制的。尽管他的研究工作还不够深入,掌
握的具体资料不多,说服力不够强。但人类历史上的多次大瘟疫,不仅给人
类留下了惨痛的记忆,同时也为齐热夫斯基的观点提供了佐证。14 世纪,瘟
疫席卷整个欧洲大陆,鼠疫、白喉、霍乱、天花、伤寒和流感等毁灭了无数
座城市和乡村,成为一座死寂的坟场。他统计了霍乱大规律流行期随太阳活
动周期的关系,结果表明,霍乱大流行基本上是发生在太阳黑子活动的峰年
附近。而在活动谷年达到极小。日本学者统计分析了1943—1965 年两个11
年周期间发车辆造成的交通事故升降情况,发现在两个太阳活动的峰年,车
祸的次数最高。
太阳活动除有明显的11 年周期效应外,还发现对疾病有短期效应。这种
短期效应有着明显的突发性和爆发性,对人体的威胁更大。因为,在太阳出
现较强烈的活动区,必将在该地区的地面上产生较强的磁扰动,在这样的日
子里,心血管病死亡人数要比磁静日增加3—4 倍,这种强磁扰的日子,被称
为“危险日”。对于爆发性的“危险日”,如天文学能作出及时的预报,在
医学上即可争取某些防范措施,这将给患者和医疗事业上带来极大的利益。
当前,由于人类研制出包括各种抗菌素在内的大量药品,可以战胜一些
疾病肇事者——病菌,而使一些疾病的危害已大为减少。然而,对于一些象
病毒及其所制造的疾病,至今还显得无能为力。比如,病毒性流感就是很难
制服的“敌人”之一。科学家们注意到,每次流感大流行时病毒的类型虽有
所不同,但其流行的间隔却有着明显的周期性。最近,美国科学家英格把流
感大流行的时朗与太阳活动进行了比较,从1700—1979 年280 年期间,除去
1889 年例外,其余11 次流感大流行都发生在太阳活动最强烈的时期。多年
来,通过大量的统计与分析研究,传染病流行受太阳活动的调节和控制的结
论,目前已被科学界所接受,在一些国家中并被用来预测传染的流行,而制
订出相应的预防措施。所有这一切,无疑是对于人类的生存是有益的。
综上所述,我们看到,无论是生物的进化还是人的进化,实际上首先是
受大自然的制约的,其次才能谈到它们对于自然环境的影响。大自然,是人
类历史的第一个前提,是人类赖以生存和发展的基础,通过现代生态学研究,
我们才得以对这个环境与物种进化间的关系有了更科学、更深刻的认识;而
后才能用这些科学的思想与规律性认识考察我们人类与大自然的生态关系,
为自然界中所有物种的和谐发展,永续演化作出我们人类应尽的义务和贡
献。

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