生物圈（地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)）

簡介

生物圈

生物圈 是所有生物鏈的一個(gè)統(tǒng)稱，它包含了 生物鏈和所有細(xì)微的生物和生態(tài)環(huán)境，生態(tài)系統(tǒng)等。

生物圈是地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)，也是最大的生命系統(tǒng)。

生物圈（Biosphere）是指地球上所有生態(tài)系統(tǒng)的統(tǒng)合整體，是地球的一個(gè)外層圈，其范圍大約為海平面上下垂直約10公里。它包括地球上有生命存在和由生命過程變化和轉(zhuǎn)變的空氣、陸地、巖石圈和水。從地質(zhì)學(xué)的廣義角度上來看生物圈是結(jié)合所有生物以及它們之間的關(guān)系的全球性的生態(tài)系統(tǒng)，包括生物與巖石圈、水圈和空氣的相互作用。

生物圈是一個(gè)封閉且能自我調(diào)控的系統(tǒng)。地球是整個(gè)宇宙中唯一已知的有生物生存的地方。一般認(rèn)為生物圈是從35億年前生命起源后演化而來。^[1]

詞源與應(yīng)用

地質(zhì)學(xué)家愛德華·蘇威斯于1875年最早使用生物圈這個(gè)詞。它本來是一個(gè)地質(zhì)學(xué)的詞。它顯示了查爾斯·羅伯特·達(dá)爾文和馬修· 方丹· 莫里的理論對地球科學(xué)的影響。1920年代生物圈這個(gè)詞獲得它的生態(tài)意義。1935年生態(tài)系統(tǒng)這個(gè)詞被引入。弗拉基米爾·沃納德斯基將生態(tài)學(xué)定義為研究生物圈的科學(xué)。

生物圈這個(gè)概念今天集合了天文學(xué)、地質(zhì)物理學(xué)、氣象學(xué)、生物地理學(xué)、演化論、地質(zhì)學(xué)、地質(zhì)化學(xué)、水文學(xué)等多項(xiàng)科學(xué)，可以說它集合了所有與地球和生命有關(guān)的科學(xué)。

生物圈的概念、要領(lǐng)是由奧地利地質(zhì)學(xué)家休斯（E.Suess)在1875年首次提出的，是指地球上有生命活動(dòng)的領(lǐng)域及其居住環(huán)境的整體。它包括海平面以上約10000米至生物圈的要領(lǐng)，是指地球上有生命活動(dòng)的領(lǐng)域及其居住環(huán)境的整體，下11000米處，其中包括大氣圈的下層，巖石圈的上層，整個(gè)土壤圈和水圈。但絕大多數(shù)生物通常生存于地球陸地之上和海洋表面之下各約100 m厚的范圍內(nèi)，如果把地球看作一個(gè)足球大小，那么生物圈就比一張紙還要薄。^[2]

生物圈主要由生命物質(zhì)、生物生成性物質(zhì)和生物惰性物質(zhì)三部分組成。生命物質(zhì)又稱活質(zhì)，是生物有機(jī)體的總和；生物生成性物質(zhì)是由生命物質(zhì)所組成的有機(jī)礦物質(zhì)相互作用的生成物，如煤、石油、泥炭和土壤腐殖質(zhì)等；生物惰性物質(zhì)是指大氣低層的氣體、沉積巖、粘土礦物和水。

由此可見，生物圈是一個(gè)復(fù)雜的、全球性的開放系統(tǒng)，是一個(gè)生命物質(zhì)與非生命物質(zhì)的自我調(diào)節(jié)系統(tǒng)。它的形成是生物界與水圈、大氣圈及巖石圈（土圈）長期相互作用的結(jié)果，生物圈存在的基本條件是：

第一、必須獲得來自太陽的充足光能。因一切生命活動(dòng)都需要能量，而其基本來源是太陽能，綠色植物吸收太陽能合成有機(jī)物而進(jìn)入生物循環(huán)。

第二、要存在可被生物利用的大量液態(tài)水。幾乎所有的生物全都含有大量水分，沒有水就沒有生命。

第三、生物圈內(nèi)要有適宜生命活動(dòng)的溫度條件，在此溫度變化范圍內(nèi)的物質(zhì)存在氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種變化。

第四，提供生命物質(zhì)所需的各種營養(yǎng)元素，包括O2、CO2、N、C、K、Ca、Fe、S(氧氣、二氧化碳、氮、碳元素、鉀元素、鈣元素、鐵元素、硫元素)等，它們是生命物質(zhì)的組成或中介。

總之，地球上有生命存在的地方均屬生物圈。生物圈的要領(lǐng)是由奧地利地質(zhì)學(xué)家休斯（E.Suess）在1875年首次提出的，是指地球上有生命活動(dòng)的領(lǐng)域及其居住環(huán)境的整體。生物的生命活動(dòng)促進(jìn)了能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)，并引起生物的生命活動(dòng)發(fā)生變化。生物要從環(huán)境中取得必需的能量和物質(zhì)，就得適應(yīng)環(huán)境，環(huán)境發(fā)生了變化，又反過來推動(dòng)生物的適應(yīng)性，這種反作用促進(jìn)了整個(gè)生物界持續(xù)不斷的變化。

范圍

生物圈包括海平面以上約10000米至海平面以下10000米處，包括大氣圈底部（可飛翔的鳥類、昆蟲、細(xì)菌等），巖石圈的表面（是一切生物的“立足點(diǎn)”），水圈的全部（距離海平面150米內(nèi)的水層）。生物圈為生物的生存提供了基本條件：營養(yǎng)物質(zhì)、陽光、空氣和水、適宜的溫度和一定的生存空間。但是，大部分生物都集中在地表以上100米到水下100米的大氣圈、水圈、巖石圈、土壤圈等圈層的交界處，這里是生物圈的核心。

生物圈

生物圈中的各種生物，按其在物質(zhì)和能量流動(dòng)中的作用，可分為：生產(chǎn)者，主要是綠色植物，它能通過光合作用將無機(jī)物合成為有機(jī)物。

消費(fèi)者，主要指動(dòng)物（人當(dāng)然也包括在內(nèi)）。有的動(dòng)物直接以植物為生，叫做一級(jí)消費(fèi)者，比如羚羊；有的動(dòng)物則以植食動(dòng)物為生，叫做二級(jí)消費(fèi)者；還有的捕食小型肉食動(dòng)物，被稱做三級(jí)消費(fèi)者。至于人，則是雜食動(dòng)物。

分解者，主要指微生物，可將有機(jī)物分解為無機(jī)物。這三類生物與其所生活的無機(jī)環(huán)境一起，構(gòu)成了一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)：生產(chǎn)者從無機(jī)環(huán)境中攝取能量，合成有機(jī)物；生產(chǎn)者被一級(jí)消費(fèi)者吞食以后，將自身的能量傳遞給一級(jí)消費(fèi)者；一級(jí)消費(fèi)者被捕食后，再將能量傳遞給二級(jí)、三級(jí)……最后，當(dāng)有機(jī)生命死亡以后，分解者將它們再分解為無機(jī)物，把來源于環(huán)境的，再復(fù)歸于環(huán)境。這就是一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)完整的物質(zhì)和能量流動(dòng)。只有當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)生物與環(huán)境、各種生物之間長期的相互作用下，生物的種類、數(shù)量及其生產(chǎn)能力都達(dá)到相對穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)的能量輸入與輸出才能達(dá)到平衡；反過來，只有能量達(dá)到平衡，生物的生命活動(dòng)也才能相對穩(wěn)定。所以，生態(tài)系統(tǒng)中的任何一部分都不能被破壞，否則，就會(huì)打亂整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的秩序。請大家善待所有的動(dòng)物。

生態(tài)系統(tǒng)的類型：森林生態(tài)系統(tǒng)、草原生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)、淡水生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、海洋生態(tài)系統(tǒng)、城市生態(tài)系統(tǒng)等。

生物圈是一個(gè)統(tǒng)一的整體，是地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)，是所有生物共同的家園。我們必須明白，人也是生態(tài)系統(tǒng)中扮演消費(fèi)者的一員，人的生存和發(fā)展離不開整個(gè)生物圈的繁榮。因此，保護(hù)生物圈就是保護(hù)我們自己。所以，從現(xiàn)在開始，關(guān)心愛護(hù)你身邊的生態(tài)環(huán)境，共同營造我們的綠色家園吧！^[3]

結(jié)構(gòu)

地球表層由大氣圈、水圈和巖石圈構(gòu)成，三圈中適于生物生存的范圍就是生物圈。水圈中幾乎到處都有生物，但主要集中于表層和淺水的底層。世界大洋最深處超過11000米，這里還能發(fā)現(xiàn)深海生物。限制生物在深海分布的主要因素有缺光、缺氧和隨深度而增加的壓力。大氣圈中生物主要集中于下層，即與巖石圈的交界處。鳥類能高飛數(shù)千米，花粉、昆蟲以及一些小動(dòng)物可被氣流帶至高空，甚至在22000米的平流層中還發(fā)現(xiàn)有細(xì)菌和真菌。限制生物向高空分布的主要因素有缺氧、缺水、低溫和低氣壓。

在巖石圈中，生物分布的最深記錄是生存在地下2500～3000米處石油中的石油細(xì)菌，但大多數(shù)生物生存于土壤上層幾十厘米之內(nèi)。限制生物向土壤深處分布的主要因素有缺氧和缺光。由此可知，雖然生物可見于由赤道至兩極之間的廣大地區(qū)，但就厚度來講，生物圈在地球上只占據(jù)薄薄的一層。

進(jìn)化

生物圈

當(dāng)?shù)厍蛏蟿偝霈F(xiàn)生命的時(shí)候，原始大氣還富含甲烷、氨、硫化氫和水汽等含氫化合物，屬還原性?，F(xiàn)今的大部分生物都不能在其中生存。后來出現(xiàn)了藍(lán)藻，它可以通過光合作用放出游離氧，使大氣含氧量逐漸增多，變?yōu)檠趸?，為需氧生物的出現(xiàn)開辟了道路。隨著氧氣的增多，在高空出現(xiàn)了臭氧層，阻止住紫外線對生命的輻射傷害，于是過去只能躲在海水深處才能存活的生物便有可能發(fā)展到陸地上來。

但生物初到陸地上的時(shí)候，遇到的只是巖石和風(fēng)化的巖石碎屑，大部分高等植物不能賴以生存，只是在低等植物和微生物的長期作用下，才形成了肥沃的土壤。經(jīng)過長期的生物進(jìn)化，最后出現(xiàn)了廣布世界的各種植物和棲息其間的各種動(dòng)物，逐步形成了生物圈。

能流

地球與太空幾乎沒有物質(zhì)交換，但卻接受大量太陽輻射能，太陽能是維持一切生命活動(dòng)的原動(dòng)力，能量在生物圈中逐級(jí)傳送，最后以熱能形式散發(fā)到太空。地球內(nèi)部也產(chǎn)生大量殘?。ò禾康龋┲校厍蚩傮w的能量收支大致平衡。到達(dá)地球外層空間（60公里高空）的太陽輻射量是恒定的，約為2卡/(厘米？分)，稱太陽常數(shù)。但平均說來只有一半（約47%）到達(dá)地面，另一半（約53%）于途中被反射或吸收掉。生物圈各部分實(shí)際接受的太陽輻射量差別很大，這是由于緯度、季節(jié)以及大氣透明度（云層）的影響造成的。熱帶地區(qū)全年接受比較直射的陽光，因而輻射量最大。

生物圈

太陽輻射在地球上的不均勻分布，造成了不同的氣候類型，從而影響了地球上的生物分布；它也是地面氣流（風(fēng)）、水流和水汽循環(huán)的主要?jiǎng)右颉?/p>

生物圈中的能流與物流是相伴隨的，因?yàn)樘栞椛淠芟韧ㄟ^光合作用被植物體固定下來，然后以化學(xué)能的形式沿食物鏈逐級(jí)傳遞。動(dòng)物和微生物的取食活動(dòng)就是傳遞能量的方式。一般說來，化學(xué)元素之進(jìn)入生物體內(nèi)是靠生物的主動(dòng)攝取，而化學(xué)元素在自然界中的循環(huán)運(yùn)動(dòng)則是由氣流和水流來完成的。陸地生物生存于大氣之中，氣態(tài)營養(yǎng)物和廢物很容易在生物與環(huán)境間循環(huán)運(yùn)動(dòng)。一般可溶性物質(zhì)是隨水進(jìn)出生物體的。就全球來講，江河中所攜帶的可溶性物質(zhì)，只能隨水流由高向低移動(dòng)，最后歸入湖泊和海洋。當(dāng)湖水和海水蒸發(fā)時(shí)，這些物質(zhì)被留下，有的還形成沉積物。能以氣溶膠等形式回到陸地的極少。因此液態(tài)的物質(zhì)循環(huán)常常是不完全的。

人與生物圈

人是生物圈中占統(tǒng)治地位的生物，能大規(guī)模地改變生物圈，使其為人類的需要服務(wù)。然而，人類畢竟是生物圈中的一個(gè)成員，必需依賴于生物圈提供一切生活資料。人類對生物圈的改造應(yīng)有一定限度，超過限度就會(huì)破壞生物圈的動(dòng)態(tài)平衡，造成嚴(yán)重后果。

在地球上出現(xiàn)人類以后大約300萬年的時(shí)期里，人類與其周圍的生物和環(huán)境處于合理的平衡之中。人在生物圈中的地位，從對生物圈能施加的影響而言，并不明顯地超過其他動(dòng)物。食物缺乏以及疾病等因素限制著人口密度。

大約1萬年以前，人類學(xué)會(huì)栽培植物。農(nóng)業(yè)技術(shù)和貯存方法的改善，使人類生活不再局限于天天采集必需的食品，而能夠從事更多的創(chuàng)造性活動(dòng)。隨著生產(chǎn)力的提高，人口逐漸增加并向城市集中，制造商品的手工業(yè)日益發(fā)展，人類活動(dòng)對環(huán)境的影響和沖擊也日益增加。尤其是產(chǎn)業(yè)革命以后的近幾百年，開礦、挖煤、采油、伐林、墾荒、捕撈等規(guī)模迅速擴(kuò)大，生物圈的面貌也發(fā)生了極大變化。這種變化不僅影響著其中的其他成員，也對人類自身產(chǎn)生巨大影響。

水圈和巖石圈

世界人口正以大約35年翻一番的速度猛增，但地球上可耕土地卻是有限的，這必然造成全球范圍的糧食問題。濫墾、濫牧、濫伐的日益嚴(yán)重，建設(shè)用地的高速擴(kuò)展，都使全球植被減少。隨之而來的后果是大范圍的水土流失，耕地質(zhì)量下降甚至發(fā)生荒漠化；失去了植被調(diào)節(jié)氣候的作用，氣溫波動(dòng)增大，水旱災(zāi)害增多；太陽輻射被反射散失的成分增加，綠色植物固定CO、產(chǎn)生O的能力隨植被減少而等比地喪失。水域捕撈也已接近極限，某些魚類多次大規(guī)模減產(chǎn)。化石燃料是現(xiàn)代工業(yè)的基石之一，但它的蘊(yùn)藏量畢竟是有限的。隨著使用速度的日益增長，燃料危機(jī)不斷加劇。

環(huán)境污染現(xiàn)已成為世界性問題。因工業(yè)排放含硫氧化物和氮氧化物的煙霧而造成酸雨波及數(shù)百里之外；燃燒油、煤及翻耕土地排出的CO彌散于全球大氣中，有可能因向下反射地表的紅外輻射而提高氣溫；噴氣式飛行器排放的氮氧化物可能減少高空的臭氧，從而削弱對太陽紫外線的屏蔽作用；很多污染物隨水流擴(kuò)散到遠(yuǎn)處，造成明顯為害?，F(xiàn)今世界癌瘤發(fā)病率的升高，可能與環(huán)境污染有關(guān)。

總之，地球的資源是有限的，經(jīng)不起日益膨脹的人口任意浪費(fèi)；世界上現(xiàn)存的生態(tài)系統(tǒng)面對著工業(yè)傾吐出來的大量污染物，顯得相當(dāng)脆弱。自工業(yè)革命以來，都市不斷擴(kuò)大，自然保護(hù)的呼聲也隨之增高。然而只有到了生態(tài)學(xué)高度發(fā)展以后，人們才對自然保護(hù)有了比較正確的認(rèn)識(shí)。自然保護(hù)并不是對自然資源棄置不用，任其自生自滅，而是積極地進(jìn)行合理開發(fā)。

自然生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到成熟階段時(shí)，其能量和物質(zhì)的輸入、輸出之間往往保持相對平衡，而系統(tǒng)中的生物種數(shù)以及各種群的數(shù)量比例也相對穩(wěn)定。這種生態(tài)平衡狀態(tài)給生態(tài)學(xué)家以很大的啟發(fā)：人類不僅要力求增進(jìn)能利用的效率(生態(tài)效率)，還要維持物質(zhì)循環(huán)源源不斷，這是問題的一個(gè)方面；另一方面，人類今天要處理的是“人與生物圈”系統(tǒng)中，人的物質(zhì)要求與環(huán)境的穩(wěn)定供應(yīng)之間的平衡。為此，某些自然系統(tǒng)一定要被生產(chǎn)效率更高的人工系統(tǒng)取代，原有的生態(tài)平衡要打破，而代之以人為干預(yù)下的新型平衡。例如在人為的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中，取得最大產(chǎn)量所利用的并不是系統(tǒng)的成熟階段，而往往是發(fā)展過程中的中間階段。人類不僅要求生物圈能長期穩(wěn)定地滿足其不斷增長的物質(zhì)要求，而且要求環(huán)境質(zhì)量不降低。造成這樣的“人與生物圈”系統(tǒng)的總體平衡是人類的主要目標(biāo)。

生物圈二號(hào)

1991年9月26日，建造在美國亞利桑那沙漠中的“生物圈2號(hào)”實(shí)驗(yàn)室開始啟用，4名男科學(xué)家和4名女科學(xué)家將在這個(gè)密封世界中生活兩年，過一種近乎與世隔絕的自給自足的生活。這項(xiàng)試驗(yàn)的目的是通過研究植物、動(dòng)物、昆蟲、空氣、土壤、人類和一個(gè)大型空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)在這座溫室中的相互作用及影響，更好地了解地球生物圈的運(yùn)作規(guī)律。

生物圈2號(hào)（Biosphere 2）是美國建于亞利桑那州圖森市以北沙漠中的一座微型人工生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)，因把地球本身稱作生物圈1號(hào)而得此名，它由美國前橄欖球運(yùn)動(dòng)員約翰·艾倫發(fā)起，并與幾家財(cái)團(tuán)聯(lián)手出資，委托空間生物圈風(fēng)險(xiǎn)投資公司承建，歷時(shí)8年，耗資1 .5億美元。生物圈2號(hào)計(jì)劃設(shè)計(jì)在密閉狀態(tài)下進(jìn)行生態(tài)與環(huán)境研究，幫助人類了解地球是如何運(yùn)作，并研究在仿真地球生態(tài)環(huán)境的條件下，人類是否適合生存的問題。為了盡量貼近自然環(huán)境，該圈中的土壤、草皮、海水、淡水均取自外界的不同地理區(qū)間，通過一定的人工處理再利用。例如，實(shí)驗(yàn)用的海水是將運(yùn)進(jìn)來的海水和淡水按照適當(dāng)比例配制而成的。

生物圈2號(hào)實(shí)驗(yàn)室

二氧化碳多、氧氣少是結(jié)果而非原因，二氧化碳多、氧氣少是因?yàn)橹参锵鄬μ倭耍蛔阋詫⑷撕椭参镒陨懋a(chǎn)生的那么多二氧化碳轉(zhuǎn)化并釋放氧氣。氧氣的消耗速度高于產(chǎn)生速度，而二氧化碳的產(chǎn)生高于消耗。

生物圈2號(hào)入口

曾經(jīng)有人提出過一個(gè)看似天方夜譚的設(shè)想，在我們生活的地球上再造一個(gè)“迷你地球”，探求人類在這個(gè)現(xiàn)代“南泥灣”之中自給自足，以及未來在月球或火星上建立生存空間的可能性。美國得克薩斯州的石油大王愛德華·巴斯為此憧憬不已。

從1984年到1991年，巴斯個(gè)人出資2億美元，在美國亞利桑那州圖森市以北的沙漠中建起了“生物圈2號(hào)”。生物圈2號(hào)占地13000平方米，仿佛一個(gè)巨大的溫室，雨林、沙漠、草原和海洋應(yīng)有盡有?！吧锶?號(hào)”是我們生活的地球，顧名思義，生物圈2號(hào)就是一個(gè)“迷你地球”。

生物圈2號(hào)：接待室

實(shí)驗(yàn)失敗了。經(jīng)過短暫的休整，生物圈2號(hào)又迎來了第二批居民。5男2女住了個(gè)半月后，由于一氧化二氮（N2O）積累過多，在1994年9月17日被迫離開，實(shí)驗(yàn)再度以失敗告終。打那以后，再也沒人在生物圈2號(hào)中過日子了。

一個(gè)“烏托邦”式的科研計(jì)劃宣告破產(chǎn)，生物圈2號(hào)遭到了一些人無情的嘲笑，有人甚至斥之為“奢侈的偽科學(xué)”。

當(dāng)然，生物圈2號(hào)也使人們更加明白一個(gè)看似淺顯的道理：“目前地球仍然是人類的惟一家園。”不僅如此，它還在不經(jīng)意間給人們留下了一些佳話。

生物圈2號(hào)：一進(jìn)門的地方

另外，由于糧食歉收，生物圈2號(hào)的居民不得不控制飲食。結(jié)果第一批居民中的4名男性體重平均下降18%，4名女性體重平均下降10%，膽固醇的平均值由195下降到正常值125，使得這些平常為減肥而痛苦不已的人平添一份驚喜，真可謂無心插柳柳成蔭。當(dāng)時(shí)的一位居民、加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校的羅伊·沃爾福德教授甚至繼續(xù)維持當(dāng)時(shí)的食量，“因?yàn)槟菢佑兄诮】怠薄?sup class="baike-reference">[5]

痛定思痛，巴斯決心調(diào)整生物圈2號(hào)的定位。于是，他求助于哥倫比亞大學(xué)的科學(xué)家，看看用2億美元打造出來的生物圈2號(hào)到底能做些什么。

1996年1月，巴斯干脆把生物圈2號(hào)交給哥倫比亞大學(xué)打理，并投入4000萬美元作為今后5年的改造和運(yùn)行費(fèi)用。經(jīng)過一番考慮，哥倫比亞大學(xué)計(jì)劃把生物圈2號(hào)改造為一個(gè)致力于地球系統(tǒng)科學(xué)的研究中心，同時(shí)請來威廉·哈里斯擔(dān)任新的負(fù)責(zé)人。哈里斯曾在美國國家科學(xué)基金會(huì)工作多年，是一位管理大型科研項(xiàng)目的高手。

內(nèi)景

有道是，峰回路轉(zhuǎn)。兩年后，人造海洋終于“濺起了一些水花”。發(fā)表在1998年2月13日美國《科學(xué)》雜志上的一篇論文稱，隨著生物圈2號(hào)內(nèi)溫室氣體二氧化碳含量的增加，人造海洋中珊瑚的生存受到了威脅。

這樣一篇論文，對外行來說或許沒什么大不了的，對生物圈2號(hào)來說卻大概算得上一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在全球變暖日益受到國際社會(huì)高度重視的今天，那篇論文清楚地表明：生物圈2號(hào)恰恰是研究全球變暖如何影響生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)理想平臺(tái)。

2001年4月，世界著名植物學(xué)家貝瑞·奧斯蒙德接替哈里斯領(lǐng)銜生物圈2號(hào)。生物圈2號(hào)研究中心的林光輝博士告訴本報(bào)記者，前已有多項(xiàng)與全球氣候變化有關(guān)的研究項(xiàng)目正在生物圈2號(hào)開展，吸引了不少世界一流的科學(xué)家。

在科學(xué)研究上，恐怕沒有人能夠保證，只要有投入就一定會(huì)有回報(bào)，古今中外都不乏數(shù)以億計(jì)的投資有去無回的實(shí)例。問題在于，我們是否明白科研計(jì)劃失敗的真正原因，是否真正理解“失敗是成功之母”。生物圈2號(hào)的今昔，為我們提供了一個(gè)極好的范本。

穩(wěn)態(tài)說明

作為地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)，生物圈的結(jié)構(gòu)和功能夠長期維持相對穩(wěn)定狀態(tài)，這一現(xiàn)象稱為生物圈的穩(wěn)態(tài)。

首先，從能量角度來看，源源不斷的太陽能是生物圈維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力。太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)樯锬軌蚶玫幕瘜W(xué)能是通過綠色植物的光合作用實(shí)現(xiàn)的。這是生物圈賴以存在的能量基礎(chǔ)。

第二，從物質(zhì)方面來看，大氣圈、水圈和巖石圈為生物的生存提供了各種必需的物質(zhì)。生物圈內(nèi)生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者所形成的三極結(jié)構(gòu)，接通了從無機(jī)物到有機(jī)物，經(jīng)過各種生物的多級(jí)利用，再分解為無機(jī)物重新循環(huán)的完整回路(圖6-3)。生物圈可以說是一個(gè)在物質(zhì)上自給自足的生態(tài)系統(tǒng)，這是生物圈賴以存在的物質(zhì)基礎(chǔ)。

第三，生物圈具有多層次的自我調(diào)節(jié)能力。例如，大氣中二氧化碳含量增加時(shí)，會(huì)使植物加強(qiáng)光合作用，增加對二氧化碳的吸收；一種生物絕滅后，生物圈中起相同作用的其他生物就會(huì)取代它的位置；某種植食性動(dòng)物數(shù)量增加時(shí)，有關(guān)植物種群和天敵種群的數(shù)量也隨之變化，從而使這種動(dòng)物種群的數(shù)量得到控制。

生物圈雖然具有自我維持穩(wěn)態(tài)的能力，但是，這種能力是有限度的。人類活動(dòng)在許多方面對生物圈造成的影響已經(jīng)超過這種限度，對生物圈的穩(wěn)態(tài)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。^[6]

演化

生物圈演化是指地球生物圈在漫長地質(zhì)年代所發(fā)生的變化。生物圈是地球上有生命存在的特殊圈層。它的存在是從地球上生命的產(chǎn)生開始。它的演化是指生物進(jìn)化和生物與環(huán)境相互作用的進(jìn)化，以及由此引起的生物圈狀況的進(jìn)化。

生物圈進(jìn)化可以用生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)化來描述。

①生命在地球上產(chǎn)生，單極生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)。它是由原始異養(yǎng)生物和原生環(huán)境（原始海洋和原始大氣）構(gòu)成的自然生態(tài)系統(tǒng)。

②單機(jī)生態(tài)系統(tǒng)演化為二級(jí)生態(tài)系統(tǒng)。20億年前綠色藻類產(chǎn)生，標(biāo)志自養(yǎng)生物的出現(xiàn)，單極生態(tài)系統(tǒng)演化為具有自養(yǎng)和異養(yǎng)兩種生物的生態(tài)系統(tǒng)。它導(dǎo)致地球大氣中氧的出現(xiàn)，氧化性大氣的形成，原生生物圈發(fā)展為次生生物圈。

③三級(jí)生態(tài)系統(tǒng)的出現(xiàn)。6億多年前多細(xì)胞動(dòng)物出現(xiàn)，完成了二級(jí)生態(tài)系統(tǒng)向三級(jí)生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，形成生產(chǎn)者（植物）、消費(fèi)者（動(dòng)物）和轉(zhuǎn)化者（微生物）的三級(jí)結(jié)構(gòu)，奠定了生態(tài)系統(tǒng)演化的基本格局。

④人類產(chǎn)生是地球生物圈演化的質(zhì)變。人通過自己的活動(dòng)把天然生態(tài)系統(tǒng)百年為人工生態(tài)系統(tǒng)，人類的智慧及智慧指導(dǎo)下的勞動(dòng)，導(dǎo)致生物圈的根本變化，人稱為生物圈演化的重要因素。這是生物圈向智慧圈的發(fā)展。