当前，环境恶化已经成为制约中国经济发展，影响社会稳定，危害人类健康的一个重要因素。胡锦涛在十七大报告中强调指出：“前进中还面临不少困难和问题，突出的是：经济增长的资源环境代价过大。”“长期形成的结构性矛盾和粗放型增长方式尚未根本改变。”环境恶化主要是采用了高消耗的生产方式、高消费的生活方式以及极端利己化的思维方式，这种掠夺方式，激化了生产与自然的矛盾，给经济社会发展造成了潜在危机，环境污染和生态破坏已经到了相当严重的程度，发达国家上百年工业化过程中分阶段出现的环境问题，在我国集中出现：不可再生资源枯竭、废水废气的大量排放、二氧化碳增加、森林被大量砍伐、温室效应、一些动植物遭到灭绝性的打击等等。这些环境问题不仅造成了巨大的经济损失还严重威胁着人民生活和健康。本文运用耗散结构理论解释生态环境污染、生态系统功能减退等问题。向人们展现目前生态系统被破坏的程度，为生态资源的可持续利用研究提供一个新的视角。唤醒人们的环保意识，保护人类共有的生存家园——地球。

 

当外来干扰超越生态系统的自我调节能力而不能恢复到原初状态时就会导致生态平衡的破坏，产生生态危机。生态危机指的是人类赖以生存和发展的自然环境或生态系统结构和功能由于人为破坏而引起的生态环境功能退化和生态系统的严重失衡过程。

 

 

因生态系统不停地与外界环境进行着物质、能量和信息交换，所以生态系统是一个开放系统。开放系统因为可与周围环境进行物质、能量、信息交换而引进负熵流，可以抵消系统自生的结构熵，使系统内部总熵随着时间的推移而逐步减少，因此，系统可以由无序走向有序，由低有序走向高有序。又因为生态系统由生产者、消费者、分解者和无机环境构成。生态系统的物质、能量和信息交换是由生产者、消费者、分解者和无机环境来实现的。所以如果生态系统中的生产者、消费者、分解者和无机环境遭到破坏。那么生态系统的开放性就一定遭到破坏。

 

在生态系统中，物质从无机环境开始，经生产者、消费者和分解者，又回到无机环境，完成一个由简单无机物到各种高能有机化合物，最终又还原为简单无机物的生态循环。生产者的主体是绿色植物，以及一些能够进行光合作用的菌类。消费者是直接或间接地利用生产者所制造的有机物作为食物和能源的各种生物。分解者又称还原者，指生态系统中细菌、真菌和放线菌等具有分解能力的微生物。其作用是把动植物残体内固定的复杂有机物分解为生产者能重新利用的无机化合物。供生产者再一次利用。阳光、氧气、二氧化碳、水、土壤、无机盐是构成物理环境的主要元素。

 

1. 生态系统的生产者遭到损坏

 

生产者的主体是绿色植物，如森林和草原。其次是一些能够进行光合作用的菌类。这些生物可以通过光合作用把水和二氧化碳等无机物合成为碳水化合物、蛋白质和脂肪等有机化合物，并把太阳辐射能转化为化学能，贮存在合成有机物的分子键中。植物的光合作用还需要有氮、磷、硫、镁等15种或更多种元素和无机物参与。生产者通过光合作用不仅为本身的生存、生长和繁殖提供营养物质和能量，而且它所制造的有机物质也是消费者和分解者唯一的能量来源。生态系统中的消费者和分解者是直接或间接依赖生产者为生的，没有生产者也就不会有消费者和分解者。可见，生产者是生态系统中最基本和最关键的生物成分,太阳能只有通过生产者的光合作用才能源源不断地输入生态系统，然后再被其他生物所利用。

 

在植物资源中，森林与草地是植物资源体系的主要组成部分，是生态系统中的主要生产者。它不仅能够为生产和生活提供多种宝贵的木材和原材料，能够为人类经济生活提供多种食品，更重要的是森林能够调节气候、保持水土、防止和减轻自然灾害；还有净化空气、消除噪音等功能；同时森林还是天然的动植物园，哺育着各种飞禽走兽和生长着多种珍贵林木和药材,是地球上生命最为活跃的保护生物多样性的重要地区。森林提供了供人和动物呼吸的氧气，被视为城市的“绿肺”，吸收工业和生活排放的二氧化碳；然而，毁林开荒，致使大片的森林草地以惊人的速度消失，破坏了生态平衡和正常的生态系统的生物群落结构，使生态系统功能受到严重影响，破坏了生态系统的开放性。

 

我国是世界上人均占有森林资源较少的国家之一。由于不合理采伐，使林地转为无林地、疏林地、灌木地。全国近年来频繁发生的大范围的洪涝灾害、水土流失、荒漠化等都与森林破坏有关。过度放牧和管理不善造成了全国的可利用天然草原退化。牧区草原平均产草量下降；草地减少；造成草原水土流失。退化、沙化草原已成为我国主要沙尘源；我国现有荒漠化土地每年仍在增加。

 

淡水生态系统中生产者主要是浮游植物—藻类，以及一些生长在浅水中的有根植物或漂浮植物。在深海和其他类似生态系统中，生产者是可以利用还原态无机物如硫化氢的化能合成细菌（硫细菌）。近年来，各种不合理的开发活动对淡水以及海洋生态环境造成很大影响。水体污染促进水中藻类丛生，植物疯长，使水体通气不良，以致使水生动植物缺氧死亡，使淡水以及海洋生态系统中生产者遭到不同程度的损害。

 

生态系统的生产者遭到破坏会影响到利用生产者所制造的有机物作为食物和能源的消费者和分解者，影响到整个生态系统的结构与功能，破坏生态系统的开放性，产生生态危机。

 

2. 生态系统的消费者遭到伤害

 

生态系统的消费者是直接或间接地利用生产者所制造的有机物作为食物和能源的各种生物。每个层次生物多样性都有着重要的实用价值和意义。生物多样性是指一定范围内多种多样活的有机体有规律地结合所构成稳定的生态综合体。这种多样性包括物种多样性，基因多样性及生态系统的多样性。其中，物种的多样性是生物多样性的关键，它既体现了生物之间及环境之间的复杂关系，又体现了生物资源的丰富性。生物多样性价值包括消费使用价值、生产使用价值、非消费性使用价值、选择价值、存在价值和科学价值等。生物多样性意义给人类生存提供了所需的全部食物，人类摄取的大部分蛋白质来自于生物。生物多样性是工业的重要支柱。生物多样性对人类健康的贡献，至今为止有记载的药用植物有5000多种，药用动物则更多。遗传多样性的价值使得远源物种之间的特性移植、替换成为可能，使得地球上每一具有功能的基因片段为人类服务成为可能。

 

生物多样性受威胁的情况，可从物种数量和其生境的变化中获得更多信息。

 

一个物种可以毁于一旦，而形成一个新的物种则需要上万年。在近现代，物种灭绝的速度却比新物种形成的速度快100万倍。中国是全球生物多样性最丰富的国家之一，而中国的生物多样性正遭受着严重的损失和破坏。在《濒危野生动植物物种国际贸易公约》列出的640个世界性濒危物种中，中国占了156种，约占其总数的24%。可见人类对于大自然的开采与掠夺，使得人类的生存环境迅速恶化。如果其他生物都绝灭了，人类也不能单独生存。

 

（1）无脊椎动物

 

据已知材料：中国的无脊椎动物种数，淡水生活种类中国已知2000种，土壤种类159种。中国海洋原生动物约3600种。原有栖息生态环境的破坏和环境污染均使不少动物处于灭绝边缘。对于有经济价值的种类，更由于过度的捕捞而导致数量骤降。中华绒鳌蟹、螺蛳和光肋螺蛳由于湖水严重污染和过度捕捞而濒临灭绝。森林资源的破坏，尤其是热带雨林资源的急剧缩小，使大量有重要学术价值的无脊椎动物趋于灭绝。如海南的捕鸟蛛，以及云南的一种盾鞭蝎等。

 

（2）脊椎动物

 

脊椎动物有兽类、鸟类、爬行类、两栖类、鱼类。中国脊椎动物共6347种，尤为人们所注意的是有活化石之称的大熊猫、白鳍豚、羚羊、扬子鳄、大鲵等都是古老孑遗物种。大熊猫、金丝猴、白唇鹿、羚牛、毛冠鹿等动物为中国所特有。鸟类、鱼类、两栖类、爬行类大部分栖息在森林中或林缘，无论是分布区域，还是种群数量，均在急剧减缩之中。500多种脊椎动物物种已经受到威胁，大约有398种脊椎动物濒危，大熊猫、金丝猴、野骆驼、藏羚羊等野生动物的分布区域明显缩小，个体数量骤减或处于濒临灭绝状态，比如：老虎、亚洲象、金丝猴、藏羚羊、麋鹿、野马、新疆虎、隆头鱼等。

 

（3）昆虫

 

生态环境恶化是威胁昆虫多样性的主要原因。例如产冬虫夏草的蝠蛾属昆虫由于生境破坏，数量急剧下降；著名的云南大理蝴蝶泉，因树木被砍伐和环境受污染，蝶类明显减少；四川贡嘎山的褐凤蝶由于寄主被挖作中药和过度滥捕，数量锐减。此外，不合理使用化学农药，致使某些天敌和传粉昆虫数量下降。

 

生物多样性维护了自然界的生态平衡。生物多样性是生态系统不可缺少的组成部分，自然界的所有生物都是互相依存，互相制约的。由于食物链的作用，地球上每消失一种植物，往往有10～30种依附于这种植物的动物和微生物也随之消失。物种的灭绝不仅意味着一个物种的消失，更重要的是这些物种所携带的种质资源（基因资源）也随之永远消失。每一个物种的丧失都减少了自然和人类适应变化条件的选择余地。生物多样性的减少，必将恶化人类生存环境，限制人类生存发展机会的选择，甚至严重威胁人类的生存与发展。物种的生存能力与其遗传多样性成正比，物种急剧减少的结果，会导致各个生态系统的脆弱。

 

3. 生态系统的分解者遭到损害

 

分解者是在生态系统中把动植物死亡后的残体分解为比较简单的化合物，最终分解为无机物并把它们释放到环境中去，供生产者重新吸收和利用的一类生物。分解者在任何生态系统中都是不可缺少的组成部分。如果生态系统中没有分解者，动植物遗体和残遗有机物很快就会堆积起来，影响物质的再循环过程，生态系统中的各种营养物质很快就会发生短缺并导致整个生态系统的瓦解和崩溃。有人把兀鹫，食朽木甲虫、白蚁、皮蠹、粪金龟子、蚯蚓和软体动物等，称为大分解者；而把细菌和真菌称为小分解者。分解者有机体广泛分布于生态系统中，土壤和水中的分解者极其多种多样，它们在加速物质循环的过程中起着重大作用。微生物在土壤中的分布反映了土壤、植物和气候等综合因素的影响和作用，是多维生态因子综合作用的结果。池塘中的分解者有两类：一类是细菌和真菌；另一类是蟹、软体动物和蠕虫等无脊椎动物。草地中也有生活在枯枝落叶和土壤上层的细菌和真菌，还有蚯蚓、螨等无脊椎动物，它们也在进行着分解作用。各类生态系统的分解速率取决于分解环境的温度、湿度和氧气含量。地表土壤流失、化学杀虫剂的使用、森林、草原的破坏等使分解者的生存受到严重威胁。

 

地球上动物、植物和微生物彼此之间相互作用以及与其所生存的自然环境间的相互作用，形成了地球丰富的生态系统多样性。这种多样性是生命支持最重要的组成部分，维持着自然生态系统的平衡，是人类生存和实现可持续发展必不可少的基础，生态系统中的生产者、消费者、分解者和水、空气和土壤等无机环境遭到污染和破坏，那么生态系统的开放性就一定遭到破坏，产生生态危机。

 

生态系统由生产者、消费者、分解者和无机环境构成。生产者、消费者和分解者与无机环境通过非线性相互作用产生协同作用和相干效应，形成生态系统耗散结构。生产者、消费者和分解者之间，以及它们与无机环境具有非独立相干性和时空中的非均衡性以及多体间的非对称性的关系，而不是独立性、均衡性、对称性的线性关系。生产者、消费者和分解者都是由单个生命有机体通过非线性相互作用组成，其中任何一个要素的变化都不会单一影响另外一个因素，而是影响到多种因素。例如水污染对生产者、消费者和分解者的影响。水污染，不仅使这一水域的生产者（藻类）、消费者（鱼类）和分解者与无机环境之间的非平衡非线性遭到破坏，也使以这一领域中消费者（鱼类）为食物的其它动物消失，水域周围的植物也遭到污染，甚至对这一水域周围的人类健康也有损害，从而使整个生态系统非平衡非线性结构遭到破坏。

 

在仅有的1％淡水中， 只有很少的一部分可供饮用和其它生活用途。然而，在这样一个缺水的世界里，水却被严重污染，威胁生产者、消费者、分解者生存。

 

我国水污染状况正日益严重，据环境部门监测，全国每年约有1/3的工业废水和90%以上的生活污水未经处理就排入水域。2006年，全国地表水总体水质属中度污染，国家监测的744个断面中，劣V类水质近1/3。七大江河水系，40．9％是劣五类水质；75％的湖泊出现不同程度的富营养化。我国是世界上水土流失最严重的国家之一，每年表土流失量约50亿吨，致使大量农药、化肥随表土流入江、河、湖、库，随之流失的氮、磷、钾营养元素，使2/3的湖泊受到不同程度富营养化污染的危害，从而致使水质恶化。

 

普通污染物进入水体后，微生物分解者对它们的分解要消耗水体中的溶解氧，从而影响鱼类消费者和其它生物的生长繁殖。营养污染物含有氮、磷、钾等营养物排入水体，引起生产者藻类及其它浮游生物暴发性繁殖，使水体通气不良，以致使水生植物生产者大量死亡。赤潮生物含有生物毒素，常常引起鱼贝类消费者中毒死亡，造成海鸟和海洋生物死亡。污染物甚至通过食物链，危害人体健康。我国城镇市民中的恶性肿瘤、畸形怪胎、新生儿缺陷、血管类病等在快速蔓延着，其中心脑血管疾病、糖尿病等慢性非传染性疾病目前发展趋势更加突出，伤寒、霍乱、胃肠炎、痢疾、传染性肝类是人类五大疾病，均由水的不洁引起。

 

水是生态系统中生产者、消费者、分解者生存的基础，水与生产者、消费者、分解者之间是非平衡非线性的关系。水污染状况日益严重，正在影响生态系统非平衡非线性，长此下去必定导致生态危机。

 

 

生态系统是自组织系统，因它是无需外界特定指令而能自行组织、自行创生、自行演化，能够自主地从无序走向有序形成新的有序结构的系统。自组织过程是一个开放系统与外界不断进行交换，受到影响和干预，由之引起的内部过程结构向有序的演化。这种有序演化是非平衡系统中的时、空有序态，是靠一种自我调节过程来实现的，但这种自我调节是有一定限度的，超过了这一限度，生态平衡就会被打破，生态系统自组织性就会被破坏。例如温室效应、大气污染等就是污染物超过了环境净化与承载能力所造成的。

 

全球变暖的主要原因一方面是由于人类排放大量的温室气体二氧化碳。目前全世界每年向大气中排放几十亿吨甚至几百亿吨的二氧化碳、二氧化硫、粉尘及其他有害气体。另一方面，森林的碳汇作用和固碳效果可以减缓温室效应。但在二氧化碳迅速增长的同时，森林面积却在锐减，碳转换减少，使二氧化碳在空气中积聚浓度不断增加，超过了环境净化与承载能力。破坏了自然界二氧化碳的平衡，导致全球持续变暖。科学家预测，在今后40～50年内全球的平均气温每10年就要上升0．2℃，到2100年将上升1～4℃。全球气候变暖危害自然生态系统的平衡，生态遭破坏，农业减产，自然灾害增多。例如气温上升导致南北极冰雪部分溶化，使海平面上升。一些地势低洼的沿海城市将有被淹没的危险，威胁人类生存。

 

生态系统应对气候变暖有一定的自组织能力。

 

气候变暖对动物生态系统产生影响。温度的上升使动物对外界环境的变化具有一定的自组织能力，引起系统结构和要素的改变，相应地引起系统内诸要素相互关系和功能的变化。使生态系统不断地形成新的稳定有序结构，适应变化了的环境。例如对候鸟的迁移产生了影响，一些鸟类的春季迁移、产蛋提前，分布区域也开始向北方转移。高纬度海洋中藻类、浮游生物和鱼类地理分布迁移，一种类似于虾的浮游生物的生存地带向北移动。使高纬和高山湖泊中藻类、浮游生物增加。河流中鱼类的地理分布发生变化并提早迁移。

 

气候变暖对植物生态系统产生影响，温度的上升使植物对气候变暖产生一定的自组织能力，引起植物系统结构和要素的改变，相应地引起植物系统内诸要素相互关系和功能的变化。使植物生态系统不断地形成新的稳定有序结构，适应变化了的环境。主要表现为植物的生长期大大延长。植物发芽、开花日期提前。例如桃花就会随着温度的变化改变开花时间。北方高纬度地区森林的生长季节越来越长。全球变暖也会促进农作物的光合作用，提高产量。动植物物种分布朝两极和高海拔地区推移，这是一个慢变的过程。生态系统适应气候、改变习性，随着气候的变化会进行自身调节。“但如果变暖的趋势持续加剧，超过了动植物的调节极限，就会带来灾难性的后果”。

 

气候变暖持续加剧对生态系统自组织能力的危害。气候是决定生物群落分布的主要因素，气候变化能改变一个地区不同物种的适应性并能改变生态系统内部不同种群之间的平衡。全球变暖破坏和影响了生物链、食品链，带来更为严重的自然恶果。自然界的动植物，尤其是植物群落，可能因无法适应全球变暖的速度而做适应性转移，从而惨遭厄运。一些迁徙动物突然发现自己没有跟上变化规律，错过了必需的气候条件或食物。高温会严重破坏热带雨林，这一地区是全世界生物多样性最为丰富的地区，全球气候变暖对该地区破坏毫无疑问将大大减少该地区的物种，且这种破坏无法逆转，使生态系统遭到重创。生活在北方冷海水中的生物的种类比以前也少了许多。例如，气候变暖让北极熊逐渐丧失了生存空间。其中许多生物链底部的浮游生物因此丧失了栖息地，导致生物链上端的鱼类和其他海洋生物没有了食物供应，人类的蛋白质来源也开始受限。未来的气候将使百万物种在半个世纪后从地球上消失。丰富的生物多样性面临灭失的严重威胁。

 

气候变暖危害农业，一年中温度和降水的分布是决定种植何种作物的主要因素，温度及由温度引起降水的变化将影响到粮食作物的产量和作物的分布类型，改变生态系统的生态平衡，以及生态系统的自组织能力。气候的变化曾经导致生物带和生物群落空间（纬度）分布的重大变化，主要包括北半球高维度的早春农作物播种，森林火灾和虫害对森林的影响。气候变暖后，土壤有机质中的微生物分解将加快，造成地力下降，需要施用更多的肥料；气候变暖同样对昆虫、杂草有利，这使得农药和除草剂的施用量增大，农业生产成本将大幅增加。气温变化直接影响全球的水循环，使某些地区出现旱灾或洪灾，导致农作物减产，且温度过高也不利于种子生长。随着气温的不断升高、降雨量不断减少，导致灾荒大面积扩散，经济损失严重。此外，全球变暖还会使高温、热浪、热带风暴、龙卷风等自然灾害加重。因此，全球气温升高后，世界粮食生产的稳定性和分布状况将会有很大变化。

 

气候变暖对人类有影响，对人类健康也有影响，第一，气候变暖直接导致部分地区夏天出现超高温，超过生命系统的调节极限，破坏了人体生命系统的平衡，以及生命系统的自组织能力。会夺去很多人的生命，其中又以新生儿和老人的危险性最大。第二，全球变暖导致臭氧浓度增加，低空中的臭氧是非常危险的污染物，会破坏肺部组织，引发哮喘或其他肺病。第三，高温使得病毒、细菌、寄生虫、敏感原更活跃，同时它也会损害人的精神、人体免疫力和疾病抵抗力，造成某些传染性疾病的传播，疟疾、猩红热、黄疸、脑炎等恶性传染疾病的发病率提高，某些目前主要发生在热带地区的疾病可能随着气候变暖向中纬度地区传播。第四，气候变暖对人居环境产生影响，居住在河边和海岸带的居民受气候变暖最普遍、最直接的威胁是洪涝和滑坡。人类居住目前正遭遇包括水和能源短缺、垃圾处理和交通等环境问题，这些问题因高温、多雨而加剧。人口居住密度很高的低海拔海岸区的城市，更是经常处于海岸气候极端事件的威胁之中。

 

 

生物与环境之间是非线性相互作用的关系。环境在不断改变，生物通过不断进化适应环境。物竞天择，适者生存。生态系统对外界环境的阻力具有一定的自组织能力，通过结构、功能、涨落的调节，使生态系统不断地形成新的稳定有序结构，这也是生态系统进化和演替的原因。外界环境的变化会引起系统结构和要素的改变，相应地引起系统内诸要素相互关系和功能的变化。

 

例如基因工程就是人类利用涨落导致系统发生突变原理发明的一项生物工程技术。转基因作物是人类利用基因工程，通过生物结构、功能、涨落的调节，实现广泛的遗传育种。转基因作物是基因组中含有外源基因的植物，通过原生质体融合、细胞重组、遗传物质转移、染色体工程技术获得，有可能改变植物的某些遗传特性，培育高产、优质、抗病毒、抗旱、抗虫、抗寒、抗盐碱、抗涝、抗除草剂等的新品种。近几年，转基因作物在世界范围内的发展十分迅速。生物界正将研究重点由单个基因的测序转到有计划、大规模地对人类、水稻、玉米、大豆等重要生物体的全基因图谱进行测序和诠释。例如，玉米、大豆和棉花等经过转基因后，具有抗除草剂和棉铃虫的能力。转基因作物的种类正在不断增加，播种面积迅速增长。不仅减低了农业生产成本，而且还大幅度提高了单位面积产量，为解决人类面临的资源匮乏、环境污染、效应衰减、粮食危机和农作物的可持续生产等问题，提供了一条可选择的新途径。

 

然而，任何一种新技术都是一把双刃剑，对人类和社会发展有其积极的一面，也有不利的一面。转基因作物，在给人类带来希望和益处的同时，其对生态环境的潜在影响及转基因产品的安全性问题也引起了许多争论。在某些条件下，转基因生物不仅可能导致物种的遗传多样化性散失，还可能对农林业生产与人体健康构成潜在威胁。一些生态学家认为，转基因生物环境释放后可能导致转基因的逃逸与水平转移。同时，转基因生物还有可能影响土壤生态系统与非标靶生物，并可能产生新的抗性害虫与新型病毒。一些食品卫生专家认为，虽然目前转基因食品似乎不会对人体健康产生危害，但其中的转基因DNA、蛋白质等仍有可能对人体健康产生长期影响，需要对其进行长期的食用安全评价。

 

生态系统的开放性、非平衡性非线性、自组织性以及生态系统的动力学过程都遭到破坏，那么生态系统的耗散结构就会遭到破坏，生态平衡就会被打破，导致生态危机。

 

耗散结构理论认为：系统要想稳定、有序的发展，首先要保持它结构和功能的完整，才能保持系统的开放性、非平衡性和自组织性，通过结构、功能、涨落的调节形成新的有序结构，才能从外界吸收物质和能量，使之成为负熵流，使生态系统无序度减低，从无序转向有序。生态环境是人类赖以生存和发展的物质基础和根本条件，是人类社会得以运行和发展的重要物质保障。人类必须理性地调整目前的能源开发和消费方式、生产活动方式和社会生活方式，使能源开发和消费行为能够规范在环境系统所能承受的范围之内。在满足人类合理适度的需求的同时，不以损害自然界的和谐平衡为限度发展经济，从而实现人与自然的互利共生、协调发展。

 

（作者单位：长沙南方职业学院）

 

《科学新闻》 (2008年 12月 第2期 观察思考)