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生物圈（biosphere），是指地球上出現(xiàn)并受到生命活動(dòng)影響的地區(qū)，是地表有機(jī)體包括微生物及其自下而上環(huán)境的總稱，是行星地球特有的圈層，也是人類誕生和生存的空間。地球經(jīng)過了漫長(zhǎng)的演化過程，孕育了生命和適宜生命生存的環(huán)境，包括巖石圈、水圈和大氣圈，并形成了種類豐富的生態(tài)系統(tǒng)，地球是其中最大的一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。在地球的生態(tài)系統(tǒng)中，存在著群落和種群等層級(jí)關(guān)系。

生物圈這個(gè)詞最早由地質(zhì)學(xué)家修斯（Eduard Suess）在1875年提出，在1926年被礦物地球化學(xué)家維爾納德斯基（Vladimir I. Vernadsky）進(jìn)行了明確定義。生物圈的范圍包括海平面上10km至海洋底部，總厚度約為33km，其能量由太陽提供，能量以光的形式到達(dá)地球表面，經(jīng)過吸收和再循環(huán)，最后轉(zhuǎn)變成熱。這些能量流經(jīng)食物鏈時(shí)，有大約10%被貯存在生物體內(nèi)，其余的90%能量以熱的形式散發(fā)到環(huán)境中。生物有機(jī)體之間存在著寄生、共生和捕食等關(guān)系，形成了復(fù)雜的食物鏈和食物網(wǎng)，以及不同的營(yíng)養(yǎng)級(jí)。

生物圈中也存在著破壞與失衡，如環(huán)境污染、溫室效應(yīng)和糧食問題等。為了修復(fù)生物圈，各種技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，有生物修復(fù)、物理修復(fù)和化學(xué)修復(fù)。從生物圈的概念創(chuàng)立以來，人們從未停止對(duì)它的探索，如“生物圈2號(hào)”工程和“人與生物圈計(jì)劃”。

詞源與內(nèi)涵

詞源

生物圈一詞由奧地利地質(zhì)學(xué)家愛德華·蘇斯（Eduard Suess）于1875年提出，但在俄羅斯科學(xué)家弗拉基米爾·維爾納德斯基（Vladimir Vernadski）的幫助下，于1920年開始正式用于科學(xué)研究。

1926年，俄羅斯礦物地球化學(xué)家維爾納德斯基（Vladimir I. Vernadsky）提出了生物圈的概念，認(rèn)為生物圈是由生命所占據(jù)底殼的一個(gè)特殊地帶。

定義

生物圈集合了天文學(xué)、地球生物學(xué)、氣象學(xué)、生物地理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)、地球系統(tǒng)科學(xué)等多種科學(xué)。對(duì)生物圈的理解與劃分，存在兩種概念：（1）生物圈是地球上所有活的有機(jī)體以及這些有機(jī)體相互作用的自然環(huán)境，包括生物與巖石圈、水圈和大氣圈。（2）生物圈是地球表面由生物居住空間范圍內(nèi)的各類有機(jī)體的總稱。

維爾納德斯基1926年在《生物圈》中描述的生物圈概念是廣義的，既包含全部生命，也包含生命活動(dòng)場(chǎng)所和生命活動(dòng)產(chǎn)物，因此大氣、水、巖石乃至整個(gè)地球表層部分都包含在內(nèi)。德國(guó)地質(zhì)生物學(xué)家克魯賓（Krumbein）在20世紀(jì)80年代發(fā)展了維爾納德斯基的這一定義，提出了“生物地球化學(xué)”概念。他認(rèn)為，地球表層大多數(shù)元素的地球化學(xué)循環(huán)實(shí)質(zhì)上是由生物參與的生物地球化學(xué)循環(huán)，并稱地球?yàn)樯?a href="/hebeideji/7270402297250889784.html">行星（bioplanet），認(rèn)為地球是一個(gè)組織化的活體、一個(gè)活系統(tǒng)。

20世紀(jì)70年代初，英國(guó)地球物理學(xué)拉維洛克（J. E. Lovelock）和美國(guó)生物學(xué)家馬古麗斯（L.Margulis）提出了一個(gè)新學(xué)說——“蓋婭假說”。“蓋婭”是一個(gè)由地球生物圈、大氣圈、海洋、土壤等各部分組成的反饋系統(tǒng)或控制系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)通過自身調(diào)節(jié)和控制而尋求并達(dá)到一個(gè)適合于大多數(shù)生物生存的最佳物理化學(xué)環(huán)境條件。這個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵是生物。地球表層的復(fù)雜性和多樣性主要是由于生命和通過生命活動(dòng)表現(xiàn)出來的，而地球表層系統(tǒng)的復(fù)雜性和多樣性決定了它的可自我調(diào)節(jié)、自我管理的功能。假如地球上生物消失，那么蓋婭也就消失，地球環(huán)境就要大變樣，最終會(huì)變成類似其他無生命行星表面那樣的不穩(wěn)定狀態(tài)。

組成部分

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)又稱活物質(zhì)，是生物有機(jī)體的總和，包括人類；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、黏土礦物和水。

范圍

生物圈是環(huán)繞地球的由活有機(jī)體組成的一個(gè)連續(xù)層，是地球上生物生存和活動(dòng)的范圍，包括海平面上10km至海洋底部這一垂直范圍，總厚度約為33km。

地球表層由大氣圈、水圈和巖石圈三部分組成。生物在生物圈中的分布可劃為水生、陸生、氣生和寄生四大類。其中，大氣圈是包圍地球表面并隨地球旋轉(zhuǎn)的空氣層，大氣的平均壓力為一個(gè)大氣壓，大氣的質(zhì)量為5.1×1018kg；水圈是地球表面水體的總稱，包括海洋、河流、湖泊、沼澤、冰川和地下水；巖石圈是地球表層由各種體積巨大的巖石所構(gòu)成的空間，包括地殼和上地幔的底部。

生物圈的總質(zhì)量約114800×108t。在大氣圈10km高空、地殼3km深處和深海底部都發(fā)現(xiàn)有生物存在，大量生物集中在地表層和水圈上層，包圍著地球形成一個(gè)完整的封閉圈。

地球演化

地質(zhì)年代

太古代

太古代是地球的幼年時(shí)期，從大約45億年前地球出現(xiàn)時(shí)開始，一直到距今25億年前結(jié)束。太古代時(shí)期，地球上是一片廣闊的海洋，大陸還沒有形成，只有一些原始的陸地，被稱為陸核。海洋里分散著一些火山島，并且處于活躍狀態(tài)。

在太古代時(shí)期，地球開始形成最初的永久地殼，地球的巖石圈、水圈、大氣圈和生命也都在這一時(shí)期形成。太古代早期的海水中逐漸形成了一種類似蛋白質(zhì)的有機(jī)質(zhì)，并慢慢成為最原始的生命體。大約在距今約34億年前，原始海洋里出現(xiàn)了能夠進(jìn)行光合作用的藍(lán)藻。太古代是形成鐵礦的重要時(shí)代，太古代鐵礦石占世界總儲(chǔ)量的60%。

元古代

元古代是地球在地質(zhì)發(fā)展史中經(jīng)歷的第二個(gè)時(shí)期，從大約距今25億年前開始，到5.7億年前結(jié)束。

元古代的早期，火山活動(dòng)相當(dāng)頻繁，生物界也處于緩慢的低水平進(jìn)化階段，生物主要是疊層石以及其中分離得到的生物成因有機(jī)碳和球狀、絲狀藍(lán)藻化石。由于這些光合生物的發(fā)展，大氣圈已有更多的氧氣。太陽紫外線開始使氧氣分解并生成臭氧，大量的臭氧形成了臭氧層。在臭氧層的保護(hù)下，地球上開始出現(xiàn)有細(xì)胞核的生物。

太古代時(shí)期形成的陸核，在元古代時(shí)期更進(jìn)一步擴(kuò)大，形成了規(guī)模較大的原地臺(tái)，后又經(jīng)過幾次地殼運(yùn)動(dòng)，原地臺(tái)發(fā)展為古地臺(tái)，地殼也由單層結(jié)構(gòu)發(fā)展成為了具有結(jié)晶基底和沉積蓋層的雙層結(jié)構(gòu)。

古生代

古生代是緊接在元古代之后的第三個(gè)地質(zhì)年代，大約距今5.7億年至2.3億年。這一時(shí)期形成的地層被稱為古生界。古生代分為早古生代和晚古生代。早古生代包括寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)和志留紀(jì)；晚古生代包括泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)和二疊紀(jì)。

原始生命進(jìn)化到古生代的時(shí)候已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)新的階段。古生代的生物以海生無脊椎動(dòng)物中的三葉蟲、軟體動(dòng)物門和棘皮動(dòng)物最為繁盛。在奧陶紀(jì)、志留紀(jì)、泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)，相繼出現(xiàn)了低等魚類、古兩棲動(dòng)物和古爬行綱。魚類在泥盆紀(jì)達(dá)到了全盛時(shí)期。石炭紀(jì)和二疊紀(jì)昆蟲和兩棲類生物比較繁盛。古植物在古生代早期以海生藻類為主。至志留紀(jì)末期，原始植物開始登上陸地。泥盆紀(jì)以裸蕨植物為主。石炭紀(jì)和二疊紀(jì)時(shí)，蕨類植物門繁盛，形成了茂密的森林，是重要的成煤時(shí)期。

古生代時(shí)的地殼運(yùn)動(dòng)比較強(qiáng)烈。發(fā)生在早古生代的地殼運(yùn)動(dòng)，使早古生代及以前的地層發(fā)生了褶皺、斷裂、變質(zhì)并形成山系，被稱為加里東運(yùn)動(dòng)；發(fā)生在晚古生代的地殼運(yùn)動(dòng)又使地層進(jìn)一步發(fā)生了褶皺、斷裂、變質(zhì)，并上升或隆起成為山系，這被稱為海西運(yùn)動(dòng)。古生代時(shí)，東亞地區(qū)大部分的陸地都為海水所淹沒，并形成了分布廣泛的海相地層。

中生代

中生代是地球經(jīng)歷的第四個(gè)地質(zhì)年代，也是地球的青壯年時(shí)期，從距今約2.3億年前開始，到6700萬年前結(jié)束。這一時(shí)期形成的地層被稱為中生界。中生代分三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)三個(gè)紀(jì)。

進(jìn)入中生代時(shí)，海百合類、腕足動(dòng)物門、床板珊瑚類急速衰退，繁盛于古生代的三葉蟲類、海林類、紡錘蟲類、四射珊瑚類已經(jīng)不復(fù)存在。中生代極盛的巨大的爬行綱開始統(tǒng)治地球，因此中生代又被稱為“爬行動(dòng)物時(shí)代”。在侏羅紀(jì)末期出現(xiàn)了真正的鳥類和哺乳動(dòng)物；植物界中，開花結(jié)果的被子植物門出現(xiàn)，并逐漸取代裸子植物。

由于地殼運(yùn)動(dòng)的進(jìn)一步加劇，全球大陸的構(gòu)造和地理格局都發(fā)生了改變。三疊紀(jì)中期，聯(lián)合在一起的大陸面積達(dá)到鼎盛時(shí)期。到了三疊紀(jì)末期，聯(lián)合在一起的大陸就開始出現(xiàn)開裂的跡象。侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)時(shí)期，聯(lián)合在一起的大陸完全分裂解體，大西洋、印度洋等海洋開始出現(xiàn)。從晚侏羅紀(jì)開始，海洋板塊與周圍大陸板塊的碰撞俯沖、擠壓作用導(dǎo)致亞洲東部和美洲西部陸緣區(qū)發(fā)生了環(huán)太平洋構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成了規(guī)模宏大的環(huán)太平洋造山帶。北部的大陸開始分為北美和歐亞大陸，南部大陸開始分為南美洲、非洲、大洋洲和南極大陸，而大洋洲還沒有和南極洲完全分裂。

中生代的末期，也就是白堊紀(jì)的晚期，地球上發(fā)生了規(guī)模巨大的生物滅絕事件，當(dāng)時(shí)全球近一半的生物都滅絕了，其中包括所有的恐龍。

新生代

新生代是地球的近代史，從大約6700萬年前開始，是哺乳動(dòng)物統(tǒng)治大地的時(shí)代。新生代形成的地層被稱新生界。

中生代的恐龍和許多海生無脊椎動(dòng)物絕滅后，哺乳動(dòng)物得到了空前發(fā)展，植物界的被子植物門達(dá)到繁盛階段，因此新生代又被稱為“哺乳動(dòng)物時(shí)代”或“被子植物時(shí)代”。哺乳動(dòng)物中除了少數(shù)的種類在中生代就已經(jīng)出現(xiàn)外，大部分種類都是在老第三紀(jì)出現(xiàn)的。生活于新第三紀(jì)的各種哺乳動(dòng)物，很多都是現(xiàn)代尚未滅絕的種類。人類在新生代的第四紀(jì)出現(xiàn)。

新生代第三紀(jì)的氣候比此前的白堊紀(jì)要冷，南極大陸在始新世和漸新世開始出現(xiàn)小型冰蓋，在其后的幾百萬年間，地球曾有多次冰期，從而使地球上的許多大陸都出現(xiàn)了冰川。新生代時(shí)期的地殼運(yùn)動(dòng)使大地構(gòu)造輪廓和古地貌逐步接近現(xiàn)代狀況。喜馬拉雅山脈、青藏高原、阿爾卑斯山脈、落基山脈都是在這一時(shí)期形成的。

生命起源和進(jìn)化

關(guān)于生命起源，人們根據(jù)已有的一些地質(zhì)資料提出了種種假說。一種是神創(chuàng)論，認(rèn)為人是被上帝或女媧等創(chuàng)造的。另一種理論為外星生命說，認(rèn)為地球生命起源于宇宙星空，是從別的星球帶到地球上來的。還有一種海洋孕育說，認(rèn)為地球上的海洋是生命起源的搖籃。

大多數(shù)人傾向于海洋孕育說的解釋。在太古代的晚期，距今約34億年前，原始的海洋中最早出現(xiàn)了一些無核細(xì)胞生物。隨著地球環(huán)境的改變，這些無核細(xì)胞生物逐漸進(jìn)化成為了有核細(xì)胞生物。這些有核細(xì)胞生物同時(shí)在改造著地球環(huán)境，它們通過光合作用放出大量的氧氣，同時(shí)在進(jìn)行著自身的分裂。南非發(fā)現(xiàn)的約30億年前的原始細(xì)菌化石，已經(jīng)具有了簡(jiǎn)單分裂作用。

單細(xì)胞動(dòng)物又逐漸演變成了多細(xì)胞生物，細(xì)胞動(dòng)物又進(jìn)一步演化出了海洋植物和動(dòng)物。公元前5~7億年前，元古代結(jié)束，古生代開始之時(shí)，海洋中生物大量繁殖，此后，生命進(jìn)化呈現(xiàn)加速趨勢(shì)，海洋中相繼出現(xiàn)了大量無脊椎動(dòng)物和脊椎動(dòng)物。隨后，魚類、兩棲動(dòng)物、爬行綱依次出現(xiàn)，動(dòng)植物登陸。到了2億年前的中生代，爬行動(dòng)物興盛起來，恐龍滅絕后，大約距今6500萬年前，新生代開始。被子植物門繁茂，鳥類和哺乳類成為陸地上最具優(yōu)勢(shì)的動(dòng)物類群。新生代第四紀(jì)后，人和猿開始分化，人逐漸從猿人、智人，進(jìn)化到現(xiàn)代人類。

地層和化石

地殼是由一層一層的巖石沉積而成的，具有層理性。構(gòu)成地殼的成層的巖石，叫做地層。一般來說，先沉積的地層在下面，后沉積的地層在上面，所以下層地層的年代比上層的古老。由于地殼總是處于不斷地運(yùn)動(dòng)當(dāng)中，地層也會(huì)因?yàn)轳薨櫋嗔训然顒?dòng)而隨之上升、下降、扭曲等，從而使地層順序發(fā)生某些變化。

地層在漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代一層層沉積的過程當(dāng)中，會(huì)將古代生物的遺體、遺物、生活遺跡或者印模等一起埋藏在地下，形成堅(jiān)硬的石頭，也就是化石。不同生物化石的出現(xiàn)和地層的形成，有著平行的關(guān)系。化石又分為標(biāo)準(zhǔn)化石和一般化石，標(biāo)準(zhǔn)化石指那些演化迅速、時(shí)限短、分布廣、數(shù)量多、特征明顯、保存完好及容易找到的化石，如三葉蟲中的菜得利基蟲，是下寒武紀(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化石。另一類化石，像是腕足動(dòng)物門中的海豆芽，從寒武紀(jì)至現(xiàn)代均有生長(zhǎng)，這些演化遲緩，生存期限長(zhǎng)的化石為一般化石。

大氣

大氣成分是組成大氣的各種氣體和微粒，主要由定常成分（氮、氧、以及微量惰性氣體）和可變成分（水汽、二氧化碳、臭氧以及碳、硫、氮化合物）組成。

大氣層

大氣的密度、溫度、壓力等都會(huì)隨著高度的變化而變化，根據(jù)這個(gè)現(xiàn)象可把大氣圈分成若干層次。按大氣溫度垂直變化的特點(diǎn)可分為對(duì)流層、平流層、中間層、熱層和散逸層。

大氣的熱能

太陽輻射能主要是波長(zhǎng)在0.4～0.76微米的可見光，約是總輻射能的50%；其次是波長(zhǎng)大于0.76微米的紅外輻射，約占43%；波長(zhǎng)小于0.4微米的紫外輻射約占7%。單位時(shí)間內(nèi)垂直投射在單位面積上的太陽輻射能被稱為太陽輻射強(qiáng)度。

太陽輻射在宇宙空間的傳播沒有能量損失，但因其向外輻散，地球所攔截的太陽輻射能僅是太陽輻射能總量的22億分之一。到達(dá)地面的太陽輻射，因經(jīng)過大氣的吸收、散射、反射等作用，各種波長(zhǎng)的輻射受到不同程度的削弱，并在到達(dá)地面后分成兩部分。一部分是直接輻射，另一部分是散射輻射，兩者之和是到達(dá)地面的太陽輻射的總量，稱為總輻射。

總輻射有明顯的日變化和年變化。一般來說，緯度越低，總輻射越小。總輻射最大值出現(xiàn)在20°N附近。到達(dá)地面的總輻射，一部分被地面吸收，轉(zhuǎn)化為熱能，另一部分被反射。

生態(tài)系統(tǒng)

生物群落與其所生活的環(huán)境之間，通過物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)所構(gòu)成的互相依賴的自然綜合體，稱為生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)涉及的范圍可大可小，小到一個(gè)池塘，大至整個(gè)地球。

類型

地球上的生態(tài)系統(tǒng)根據(jù)不同角度可以分成不同類型：

結(jié)構(gòu)

生態(tài)系統(tǒng)一般包括4個(gè)基本組成部分：非生物的物質(zhì)、生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者。

（1）非生物的物質(zhì)，包括氧氣、二氧化碳、水、鹽和有機(jī)物質(zhì)，以及能量。其中，無機(jī)化合物物質(zhì)包括氧、氮、二氧化碳、水和各種無機(jī)鹽等；有機(jī)物質(zhì)包括蛋白質(zhì)、糖類、脂類和腐殖質(zhì)等；能量包括來自太陽的直接輻射和散射輻射，也包括來自各種物體的熱輻射和其他能源。

（2）生產(chǎn)者，即自養(yǎng)生物，主要是綠色植物、藍(lán)菌門和少數(shù)能進(jìn)行化能合成作用的細(xì)菌。這些生物可以通過光合作用把水和二氧化碳等無機(jī)物合成為碳水化合物，再進(jìn)一步合成蛋白質(zhì)和脂肪等有機(jī)化合物，并把太陽輻射能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，貯存在合成的有機(jī)物的分子鍵中。生產(chǎn)者制造的有機(jī)物質(zhì)是消費(fèi)者和分解者唯一的能量來源。

（3）消費(fèi)者，即異養(yǎng)生物，主要指動(dòng)物。消費(fèi)者在生態(tài)系統(tǒng)中的作用，一是傳遞物質(zhì)與能量，如野兔把青草中的有機(jī)物和能量傳遞給肉食動(dòng)物；二是物質(zhì)的再生產(chǎn)，如牛、羊可以把植物性蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)物性蛋白質(zhì)。

（4）分解者，即可將動(dòng)植物實(shí)體的復(fù)雜有機(jī)物分解為簡(jiǎn)單無機(jī)化合物。分解者也屬于異養(yǎng)生物，它們?cè)谏鷳B(tài)系統(tǒng)中把動(dòng)植物的殘?bào)w、糞便和各種復(fù)雜的有機(jī)化合物，分解成簡(jiǎn)單的化合物，最終分解成最簡(jiǎn)單的無機(jī)物并把它們釋放到環(huán)境中去，供生產(chǎn)者重新吸收和利用。

其中，生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者又被稱為生態(tài)系統(tǒng)的三大功能群。

食物鏈與食物網(wǎng)

生態(tài)系統(tǒng)中不同物種之間，通過食物而直接地或間接地把生態(tài)系統(tǒng)中各種生物聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體，這種食物聯(lián)系稱為食物鏈。食物鏈每個(gè)環(huán)節(jié)上的所有物種構(gòu)成同一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)。例如，綠色植物為第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)，植食動(dòng)物為第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)，捕食植食動(dòng)物的肉食動(dòng)物為第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)。

這種流轉(zhuǎn)所聯(lián)系的食物鏈?zhǔn)聦?shí)上非常復(fù)雜，每一種生物都可能成為其他幾種生物的食物，導(dǎo)致自然界中的食物鏈彼此交錯(cuò)聯(lián)結(jié)，形成復(fù)雜的營(yíng)養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)，稱為食物網(wǎng)。復(fù)雜的食物網(wǎng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，是生態(tài)系統(tǒng)保持穩(wěn)定的重要條件。

能量流轉(zhuǎn)

能量以光的形式到達(dá)地球表面，光可能多次被吸收和再循環(huán)，最后轉(zhuǎn)變成熱。當(dāng)碳流經(jīng)食物鏈時(shí)，獲得的能量只有大約10%被貯存在生物體的組織里，其余的90%能量以熱的形式散發(fā)到環(huán)境中。

生態(tài)系統(tǒng)中的能量流轉(zhuǎn)

在生態(tài)系統(tǒng)中，食物鏈的營(yíng)養(yǎng)級(jí)通常有4~5個(gè)，這是由生態(tài)系統(tǒng)能流的特性決定的。在生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)過程中，從一個(gè)低營(yíng)養(yǎng)級(jí)流向高一營(yíng)養(yǎng)級(jí)，能量大約損失90%，能量轉(zhuǎn)化的效率只有10%左右。食物鏈越長(zhǎng)，消耗于營(yíng)養(yǎng)級(jí)上的能量越多。因此，食物鏈的營(yíng)養(yǎng)級(jí)很少有超過6個(gè)的。

地球上生態(tài)系統(tǒng)所需的能量均來自太陽能，由初級(jí)生產(chǎn)者（綠色植物）通過光合作用，把太陽能固定下來轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，所制造出的物質(zhì)稱為初級(jí)生產(chǎn)力。自然界內(nèi)不同生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)力有很大差別，陸地生態(tài)系統(tǒng)的凈初級(jí)生產(chǎn)力以森林為最高，荒漠最低，農(nóng)田居間。

能量的遞減使各營(yíng)養(yǎng)級(jí)呈金字塔狀，稱為生態(tài)錐體。生態(tài)錐體就其所涉及的不同內(nèi)容，分為數(shù)目錐體、能量錐體和生物量錐體。如果一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的積存和消耗相當(dāng)，則該生態(tài)系統(tǒng)處于穩(wěn)定態(tài)。如果光合作用的收入大于各營(yíng)養(yǎng)水平的支出，則多余的能量必以生物量的形式儲(chǔ)存于生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，例如樹木生長(zhǎng)、生物數(shù)量增多、腐殖質(zhì)即落葉層加厚等。

化學(xué)循環(huán)

自養(yǎng)型和異養(yǎng)型生物

在進(jìn)化過程中，生物在獲取原料和能量方面，產(chǎn)生了多種不同的方式。一些生物只需要二氧化碳、水、氨和某些礦物元素就能生存，依靠這些物質(zhì)和陽光的能量制造細(xì)胞，也有某些細(xì)菌可以通過氧化某些化合物獲取能量。這樣的營(yíng)養(yǎng)類型被稱為自養(yǎng)型。

在地球的歷史進(jìn)程中，還演化出了以吞食別的生物為營(yíng)養(yǎng)的生物，它們喪失了利用簡(jiǎn)單化合物的能力，而是需要混合的復(fù)雜有機(jī)化合物，這種營(yíng)養(yǎng)類型被叫作異養(yǎng)型。這時(shí)能量來自于氧化由吞食其他生物獲得的有機(jī)物質(zhì)，生長(zhǎng)所需原材料或結(jié)構(gòu)單位也取自同一來源。

并非所有的異養(yǎng)型生物的結(jié)構(gòu)都很復(fù)雜。人和動(dòng)物是異養(yǎng)型生物，許多簡(jiǎn)單的細(xì)菌也是異養(yǎng)型生物，例如那些寄生或腐生在動(dòng)物或植物身上才能生存的菌。如果將各種營(yíng)養(yǎng)類型拼湊起來，就可以發(fā)現(xiàn)，生命的主要元素是反復(fù)循環(huán)的，一般通過食物鏈或食物網(wǎng)來進(jìn)行。

在食物鏈底層的是自養(yǎng)型生物，有一些是光能自養(yǎng)生物，如利用光能的綠色植物和光合作用細(xì)菌，還有一些是化學(xué)能自養(yǎng)生物，它們通過氧化從環(huán)境中得來的簡(jiǎn)單化合物中獲取能量，例如把亞硫酸鹽氧化成硫酸鹽。當(dāng)生物死亡后，其組織開始受到微生物作用而分解為簡(jiǎn)單化合物，又可為其他生物所利用。

碳循環(huán)

碳地球上的重要元素，也是構(gòu)成生命的重要元素。全球碳循環(huán)是重要的生物地球化學(xué)循環(huán)之一。碳循環(huán)是以“二氧化碳—有機(jī)碳—碳酸根”為核心的運(yùn)動(dòng)。二氧化碳中的碳通過光合作用，被摻和到有機(jī)化合物中。當(dāng)食草動(dòng)物吃綠色植物時(shí)，碳元素就轉(zhuǎn)移到了食草動(dòng)物體內(nèi)，當(dāng)食肉動(dòng)物吃食草動(dòng)物時(shí)，碳元素又轉(zhuǎn)移到了食肉動(dòng)物體內(nèi)，如此等等。在這些轉(zhuǎn)移過程中，一個(gè)單一的碳通過代謝，可以經(jīng)歷多種不同的有機(jī)化合物形式。最后，這些有機(jī)化合物通過呼吸被氧化成二氧化碳，并釋放除用以維持和延續(xù)的生命能量。

還有一些碳，會(huì)經(jīng)過沉積固定后，成為煤或石油。當(dāng)動(dòng)物尚未分解就被埋葬時(shí)，就形成了碳的這種形式的貯存。大約三百萬年后，就會(huì)以煤和石油的形式存在，燃燒后釋放出二氧化碳，再次參與到碳循環(huán)中。

氧循環(huán)

氧在生物與非生物環(huán)境之間持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程，稱為氧循環(huán)。氧來源于二氧化碳、水和一些礦質(zhì)氧化物，大氣圈、水圈和巖石圈，是氧的三大貯庫(kù)，其中數(shù)量最多的是以水的形式存在于海洋中。

大氣中的氧氣通過光合作用不斷更新。據(jù)推測(cè)，地球大氣中本來不含氧氣，大約在二十億年前，光合作用生物開始發(fā)生光合作用，游離氧才出現(xiàn)在大氣中。地球大氣的上層有一層大約十公厘厚的臭氧。臭氧并不參與到生命的過程中，但可以吸收紫外線輻射，防止地球表面生物因紫外線過多而遭受損傷。氧氣還可以與地殼中的很多元素化合，這些化合物在大氣圈、水圈和巖石圈中遷移，加強(qiáng)了各個(gè)圈層的相互作用。

氮循環(huán)

大氣中的氮含量很豐富，約占空氣的78%。氮是氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸，以及其他多種生命的化合物的成分，因此所有生物都需要氮。大氣中的氮不能直接為大多數(shù)生物所利用，必須先將大氣中的氮，轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀焕玫幕衔铮@個(gè)過程被稱為固氮作用。一些固氮作用是由于放電而產(chǎn)生，如閃電。更常見的固氮作用是現(xiàn)代化肥工業(yè)上使用的工業(yè)固氮法。地球上每年增加的氮中，工業(yè)制造化肥固氮約占10%，其余都是由少數(shù)幾種細(xì)菌和多種藍(lán)綠藻固定的。這些生物有些是在土壤和水中自由生存，有些則是與綠色植物以根瘤形式共生。

磷和其他礦物質(zhì)

磷元素在核酸形成中有重要作用，它和其他元素在某種程度上都進(jìn)行循環(huán)。磷與氮一樣，也是商業(yè)肥料的主要成分之一。不過，磷的天然貯存庫(kù)是在巖石里，而不是在大氣中。從巖石中浸泡出磷的過程十分緩慢，溶解的磷酸鹽被植物利用，然后轉(zhuǎn)入動(dòng)物體內(nèi)。

動(dòng)物生態(tài)

動(dòng)物生態(tài)學(xué)是生態(tài)學(xué)的一個(gè)分支，是研究動(dòng)物與其周圍環(huán)境相互關(guān)系的科學(xué)。在自然界中，動(dòng)物與其周圍環(huán)境相互作用，動(dòng)物從周圍環(huán)境中獲取生存和繁衍的基本條件，而周圍環(huán)境也能夠影響動(dòng)物的各種生命活動(dòng)。

生態(tài)因子

生態(tài)因子是對(duì)生物的生命活動(dòng)和生活周期有直接或間接影響的環(huán)境因素，可分為非生物因子和生物因子。非生物因子主要包括氣候因子、土壤因子、地形因子等；生物因子指動(dòng)物、植物和微生物有機(jī)體。

在自然界中，各種生態(tài)因子互相聯(lián)系、彼此制約，其中一些起著主導(dǎo)作用的被稱為主導(dǎo)因子。動(dòng)物對(duì)每一種生態(tài)因子具有一定的耐受限度，即對(duì)每一種生態(tài)因子的量都有其耐受的上限和下限，當(dāng)某個(gè)生態(tài)因子的量接近或超過動(dòng)物的耐受極限時(shí)，就會(huì)成為限制性因子。

非生物因子

溫度

溫度直接影響動(dòng)物的體溫和新陳代謝、行為活動(dòng)、生長(zhǎng)和發(fā)育等。溫度也可以通過影響其他環(huán)境因子而對(duì)動(dòng)物產(chǎn)生影響。變溫動(dòng)物對(duì)環(huán)境的依賴度彼恒溫動(dòng)物顯著，各種動(dòng)物都有其最適宜的環(huán)境溫度，例如，一些原生動(dòng)物界的最適溫度為24~28℃。一般來說，動(dòng)物生命活動(dòng)的低限是冰凍，高限為42℃。在行為上，動(dòng)物對(duì)極端溫度的適應(yīng)方式有休眠、遷徙、穴居、晝伏夜出等。

濕度和降水

水是生命過程中代謝活動(dòng)的介質(zhì)，所有生物化學(xué)反應(yīng)都需要在水溶液中進(jìn)行，水生動(dòng)物滲透壓的調(diào)節(jié)也需要水。濕度會(huì)影響低等陸生動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖。一般來說，低濕大氣抑制新陳代謝和延滯發(fā)育，高濕大氣加速發(fā)育。動(dòng)物對(duì)棲息地的濕度條件具有一定的選擇性，并因濕度大小的變化而發(fā)生遷徙、夏眠或滯育。

光照

生物所需的能量幾乎全部直接或間接地來源于日光。光照影響植物的分布，對(duì)動(dòng)物的熱能代謝、行為、生活周期和地理分布等都有影響。不同波長(zhǎng)的光對(duì)生物有不同的作用，不同動(dòng)物對(duì)光的依賴程度也不同。例如，有些動(dòng)物喜歡在白天活動(dòng)，被稱為日出性動(dòng)物；一些動(dòng)物喜歡在夜間活動(dòng)，被稱為夜出性動(dòng)物。

生物因子

生物有機(jī)體之間存在著寄生、共生和捕食等關(guān)系。生物因子會(huì)影響動(dòng)物有機(jī)體的存活和數(shù)量消長(zhǎng)。食物不足會(huì)引起種內(nèi)和種間激烈競(jìng)爭(zhēng)，種群密度越高，個(gè)體間對(duì)食物和棲息地的競(jìng)爭(zhēng)越激烈，可導(dǎo)致生殖力下降、死亡率增高以及動(dòng)物的外遷。

種群

種群是占有一定地域的一群同種個(gè)體的自然組合。在一定的自然地理區(qū)域內(nèi)，同種個(gè)體互相依賴、彼此制約，構(gòu)成統(tǒng)一整體。同一種群內(nèi)的成員棲于共同的生態(tài)環(huán)境中，并分享同一食物來源，彼此間可進(jìn)行繁殖并產(chǎn)出有生殖力的后代。種群是物種在自然界中存在的基本單位，也是物種進(jìn)化的基本單位。

種群也是一種自我調(diào)節(jié)系統(tǒng)，借以保持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在不受到自然或人為的過度干擾時(shí)，種群可以保持相對(duì)平衡的狀態(tài)。一個(gè)種群內(nèi)的個(gè)體在單位時(shí)間和空間內(nèi)，存在著增殖、死亡、移入和遷出，但作為種群整體確是相對(duì)穩(wěn)定的。

群落

群落是一定地區(qū)內(nèi)所棲息的各種生物的自然組合，包括動(dòng)物、植物和微生物。每一群落內(nèi)的各個(gè)生物互相聯(lián)系，互為影響。地球上有各種各樣的自然群落，如森林、草原、沼澤、荒漠等；地球上也有人工群落，如農(nóng)田、人造次生林等。

物種多樣性

物種多樣性是指一定區(qū)域內(nèi)所有生物物種及其變化，包括一定區(qū)域內(nèi)生物區(qū)系的狀況、形成、演化、分布格局及其維持機(jī)制。物種多樣性既是遺傳多樣性分化的源泉，又是生態(tài)系統(tǒng)多樣性形成的基礎(chǔ)。

群落內(nèi)生物物種的多少以及種群數(shù)量的大小，影響著群落的性質(zhì)。生物多樣性包含遺傳多樣性、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性，其中物種多樣性是基礎(chǔ)。物種多樣性可以用物種的數(shù)目或種群的豐富度、相對(duì)豐度等指數(shù)來表示。群落內(nèi)物種的分布狀況，影響著群落的性質(zhì)，通常用均勻度表示。

生態(tài)優(yōu)勢(shì)

在典型的生物群落中，總有一種或數(shù)種動(dòng)、植物占優(yōu)勢(shì)，它們的數(shù)量多、分布廣，決定著局部地區(qū)的環(huán)境特征，這些成員稱為優(yōu)勢(shì)種。群落中的其他成員，均適應(yīng)或從屬于優(yōu)勢(shì)種所創(chuàng)造的環(huán)境條件。

生態(tài)位與集團(tuán)

在生物群落中的有機(jī)體，都有屬于自己的生態(tài)位。生態(tài)位是有機(jī)體在生物群落中的功能作用及其在時(shí)間和空間上所占的特殊位置。生態(tài)位的概念與種間競(jìng)爭(zhēng)排斥緊密結(jié)合，一般情況下，在一個(gè)穩(wěn)定的群落內(nèi)不可能有兩個(gè)物種占據(jù)著同一生態(tài)位，并在同一時(shí)間內(nèi)利用同樣的資源。如果兩個(gè)物種占有同一生態(tài)位，它們要么是通過生存斗爭(zhēng)將其中的一個(gè)種消滅，要么是通過自然選擇分化出不同的生態(tài)位。

通常情況下，一個(gè)群落內(nèi)物種多樣性的發(fā)展與以下因素有關(guān)：有較多的可利用資源；群落內(nèi)的物種種類尚不多，還有一些生態(tài)位未被利用；各個(gè)物種的生態(tài)位均比較狹窄；有較多的生態(tài)位重疊。

群落中的一些物種會(huì)形成集聚，構(gòu)成很多集團(tuán)，不同集團(tuán)之間存在著生態(tài)分隔。在同一集團(tuán)內(nèi)，種間競(jìng)爭(zhēng)十分激烈。集團(tuán)即是群落的結(jié)構(gòu)單位，也是功能單位。

群落的分層

群落結(jié)構(gòu)是三維的，可以描述為水平層和垂直層。群落成員因占據(jù)空間不同，呈現(xiàn)垂直和水平的分化。復(fù)雜的群落結(jié)構(gòu)為生態(tài)進(jìn)程提供了諸多空間場(chǎng)所，群落結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，其間有機(jī)化合物相互作用的機(jī)會(huì)也越多。例如，草原群落可分為地下層、地表層和草層。森林是陸地群落中分層最復(fù)雜的生物群落，可分為地下層、地表層、草被層、灌叢、低植物層、喬木的樹冠層等。各層內(nèi)均棲息著復(fù)雜的、具有典型生活習(xí)性的動(dòng)物類群。

群落的水平結(jié)構(gòu)，是指群落的種類組成和數(shù)量結(jié)構(gòu)在水平方向上的不均勻分布。例如，它們?cè)谌郝鋬?nèi)部呈現(xiàn)為一種或若干種植物所構(gòu)成的小斑塊，即小群落。它們或多或少地分布于整個(gè)群落中，形成所謂的鑲嵌現(xiàn)象。

群落演替

生物群落是相對(duì)穩(wěn)定的，但同時(shí)又是一個(gè)不斷運(yùn)動(dòng)的體系，會(huì)按照一定的規(guī)律演變，這一過程稱為群落演替。常見的為生態(tài)的群落演替，例如，池塘經(jīng)過一系列的演替而變?yōu)殛懙厝后w。在群落演替的過程中，先出現(xiàn)的群落為先驅(qū)群落，經(jīng)過過渡群落而達(dá)于最終的頂級(jí)群落。

群落演替又可分為原生演替和次生演替。原生演替是在以前沒有生物棲居的環(huán)境中開始的演替，它發(fā)生的時(shí)候還沒有土壤。原生演替的典型環(huán)境是裸露的巖石表面和沙丘，如剛形成的火山熔漿、冰川刮凈的巖石。次生演替是早期群落全部或部分損毀后發(fā)生的環(huán)境生態(tài)更替，砍伐盡的森林、森林大火燒毀后的裸露地面、被遺棄的農(nóng)田等，都是次生演替發(fā)生的常見地點(diǎn)。

生物圈穩(wěn)態(tài)

整體平衡

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)。生物圈具有穩(wěn)態(tài)反應(yīng)的機(jī)制，即自我調(diào)節(jié)能力。由于生物圈囊括了眾多層次的生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境因素，因此，生物圈的穩(wěn)態(tài)反應(yīng)也表現(xiàn)在很多方面。在整個(gè)生物圈范圍內(nèi)，各個(gè)大的物資儲(chǔ)庫(kù)的輸出和輸入，保持著動(dòng)態(tài)平衡。全球的生物物種各以特有的生化功能互相補(bǔ)充，共同保證物質(zhì)循環(huán)的暢通和穩(wěn)定。當(dāng)出現(xiàn)偏離和波動(dòng)時(shí)，會(huì)有相反的作用把它拉回到平衡狀態(tài)。

例如，對(duì)于CO2的平衡，假如大氣中CO2含量顯著增加，那么海洋吸收CO2的速度也會(huì)增加。同時(shí)，綠色植物將被提高光合作用水平，將更多CO2轉(zhuǎn)化為有機(jī)化合物。這樣就趨向于把大氣中的CO2水平拉回正常水平。如果大氣中的CO2顯著減少，O2增加，綠色植物的光合作用將受到抑制，海洋將釋放CO2，從而使大氣中CO2含量增加。氮、氨、磷、硫等各種元素的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，對(duì)微生物也有這樣的作用，以盡力維持該元素輸入和輸出的大致平衡。

群落穩(wěn)態(tài)

群落中也存在穩(wěn)態(tài)。食物聯(lián)系是生物群落中的基本聯(lián)系，居住在一定生境里的物種通過食物聯(lián)系的自然組合，使物種間維持相對(duì)穩(wěn)定性和數(shù)量調(diào)節(jié)變化，保障了生物群落整體的相對(duì)平衡。判斷生態(tài)系統(tǒng)是否處在平衡狀態(tài)的重要標(biāo)志，是生物群落的種類與數(shù)量是否發(fā)生改變。例如，向池塘中傾倒大量含氮、磷的生活污水和糞便肥料時(shí)，水環(huán)境形成富氧化現(xiàn)象，水中的浮游生物過度繁殖，大量消耗氧氣，魚類因缺氧而死亡，厭氧生物大量繁殖，水體發(fā)黑發(fā)臭，生態(tài)平衡被破壞。如果停止向池塘排放污水，水體將逐步恢復(fù)原來狀態(tài)。

種群穩(wěn)態(tài)

生物種群也有穩(wěn)態(tài)反應(yīng)，種群易發(fā)生變動(dòng)，同時(shí)也受到控制，一些種群存在密度制約，具有內(nèi)部調(diào)節(jié)機(jī)制。例如，旅鼠種群密度太大時(shí)，鼠的內(nèi)分泌會(huì)發(fā)生變化，行為改變，繁殖能力下降，于是出生率降低，死亡率升高，種群密度下降。此外，生物種群的密度會(huì)受到食物資源的限制，當(dāng)屬物種群的物種數(shù)量達(dá)到環(huán)境的容量限度后，物種的生存條件惡化，食物短缺，死亡率上升，出生率下降，種群數(shù)量縮減。

種群穩(wěn)態(tài)的另一個(gè)原因，是食物鏈制約關(guān)系的作用，主要表現(xiàn)在獵物與捕食者，宿主與寄生者種群間。獵物種群增加，則捕食者食物來源豐富，捕食者出生率升高，死亡率降低，種群數(shù)量增加。反之，則捕食者數(shù)量減少。這是一種反饋控制關(guān)系，可以使種群數(shù)量穩(wěn)定在某種平衡狀態(tài)附近。

破壞與失衡

環(huán)境污染

環(huán)境污染是指有害物質(zhì)或有害因子輸入大氣、水和土壤等環(huán)境介質(zhì)，并在這些環(huán)境介質(zhì)中擴(kuò)散、遷移和轉(zhuǎn)化，使生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生變化，對(duì)人類或其他生物的正常生存和發(fā)展產(chǎn)生不利影響的現(xiàn)象。

環(huán)境污染可分為自然環(huán)境污染和人為環(huán)境污染。對(duì)人類生產(chǎn)和生活造成重大影響的，通常為人為污染源，包括化學(xué)污染物和生物類污染物。化學(xué)污染物分為有機(jī)污染物（化學(xué)農(nóng)藥、酚、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、石油烴等）和無機(jī)污染物（鎘、汞、鉛、、鉻、、銅、鋅等）兩大類。

環(huán)境污染會(huì)造成如下危害：對(duì)人體健康產(chǎn)生危害，造成死亡、疾病、嚴(yán)重傷害、基因突變、先天性致殘、肝臟功能紊亂、皮膚病、精神紊亂或分裂癥等；對(duì)動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖產(chǎn)生危害，導(dǎo)致家畜、野生動(dòng)物、作物或其他生命體的死亡、疾病或其他物理損害；可能會(huì)對(duì)地表水和地下水造成污染；影響或危害生態(tài)系統(tǒng)及其他重要組分，使生態(tài)系統(tǒng)功能產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的不良變化；對(duì)人類擁有的各種財(cái)產(chǎn)造成損害，如對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)的損害等。

溫室效應(yīng)

1824年，法國(guó)物理學(xué)家約瑟夫·傅里葉發(fā)現(xiàn)大氣氣體中某種組成可以吸收紅外線輻射，使地球表面變暖，這一自然現(xiàn)象被稱為溫室效應(yīng)。水蒸氣、二氧化碳、甲烷和臭氧在溫室效應(yīng)中都起到了重要作用。

溫室效應(yīng)是地球上許多生命賴以生存的必要條件，正是溫室效應(yīng)的存在改變了地球表面-18℃左右的輻射平衡溫度，使得地球表面的實(shí)際平均溫度為15℃，適宜生物生存。地表平均溫度變化在-50~40℃，即223~313K，按物理輻射定律E=σT4分析，可將地球視為該溫度范圍內(nèi)的黑體，它的輻射絕大部分是長(zhǎng)波的紅外線（地面長(zhǎng)波輻射）。這些紅外線波長(zhǎng)較長(zhǎng)，能量較小，因此不像陽光那樣容易穿過大氣，向外散發(fā)。于是這部分熱量就在低層大氣中像個(gè)罩子一樣覆蓋在地球表面近空，使地球氣溫升高。

全球變暖

由于大氣中溫室氣體進(jìn)一步增多，地球表面平均溫度持續(xù)上升。其中，最為顯著的是燃燒化石燃料產(chǎn)生的二氧化碳和人類飼養(yǎng)牲畜產(chǎn)生的甲烷增多。

全球變暖可能會(huì)造成極端天氣增加。2023年入夏以來，全球多地遭遇極端高溫天氣。北半球遭遇歷史罕見高溫，而正值南半球冬半年的南美地區(qū)也經(jīng)歷歷史罕見的高溫。與此同時(shí)，全球多地也受到了暴雨侵襲，區(qū)域極端強(qiáng)降水引發(fā)洪澇災(zāi)害，影響人們的正常生活。

糧食問題

糧食安全問題已成為當(dāng)今時(shí)代的全球主要挑戰(zhàn)之一。2023年的厄爾尼諾暖流現(xiàn)象，使全球一些農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)遭遇災(zāi)害天氣，農(nóng)作物生產(chǎn)受到影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，西班牙有超過350萬公頃的農(nóng)作物，因極端干旱而遭受損失；美國(guó)春小麥產(chǎn)區(qū)累計(jì)降水量比近10年的平均水平低36%，是2008年以來的最低值。由于氣候危機(jī)、經(jīng)濟(jì)沖擊和持續(xù)沖突的風(fēng)險(xiǎn)和影響不斷加大且相互關(guān)聯(lián)，糧食不安全和營(yíng)養(yǎng)不良的驅(qū)動(dòng)因素變得更復(fù)雜。

聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織、國(guó)際農(nóng)業(yè)發(fā)展基金會(huì)、聯(lián)合國(guó)兒童基金會(huì)、世界糧食計(jì)劃署等機(jī)構(gòu)在會(huì)前聯(lián)合發(fā)布的《世界糧食安全和營(yíng)養(yǎng)狀況》報(bào)告指出，2022年全球估計(jì)有6.91億至7.83億人面臨饑餓，比2019年增加1.22億人，其中西亞、加勒比地區(qū)和非洲的饑餓狀況正在加劇。報(bào)告警告說，到2030年，全球預(yù)計(jì)有近6億人長(zhǎng)期食物不足，非洲形勢(shì)尤為嚴(yán)峻。

生物圈的修復(fù)

生物修復(fù)

生物修復(fù)原指微生物修復(fù)，利用天然存在或人為培養(yǎng)的專性微生物對(duì)污染物進(jìn)行吸收、代謝和降解等，將環(huán)境中有毒污染物轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)的環(huán)境污染修復(fù)技術(shù)。生物修復(fù)之所以主要指微生物修復(fù)，是因?yàn)槿祟愖钤缋蒙飦硇迯?fù)污染環(huán)境的生命形式，主要是微生物。這一技術(shù)被應(yīng)用于土壤和污水處理中，取得了較好的成果。

除了微生物，生物還包括植物、動(dòng)物等生命形式。在環(huán)境科學(xué)中，植物修復(fù)也成為了研究熱點(diǎn)，同時(shí)也為公眾所接受。因此，廣義的生物修復(fù)既包括微生物修復(fù)，也包括植物修復(fù)，以及植物與微生物的聯(lián)合修復(fù)，還涉及土壤動(dòng)物修復(fù)和細(xì)胞游離酶修復(fù)等方式。

植物修復(fù)包括利用植物凈化空氣，利用植物及其根際圈微生物體系凈化水體，以及治理污染土壤。通常所說的植物修復(fù)，主要指利用重金屬超積累植物的提取作用，去除污染土壤或水體中的重金屬。一般情況下，植物對(duì)污染物質(zhì)起作用的同時(shí)，其根際微生物體系也在起作用，如菌根、根瘤等。

物理修復(fù)

物理修復(fù)是根據(jù)物理學(xué)原理，采用一定的工程技術(shù)，使環(huán)境中污染物部分或徹底去除或轉(zhuǎn)化為無害形式的一種污染環(huán)境治理方法。物理修復(fù)一般需要研制大中型修復(fù)設(shè)備，因此耗費(fèi)也相對(duì)昂貴。

物理修復(fù)的方法有很多，如空氣污染治理除塵中的重力除塵法、慣性力除塵法、離心力除塵法、過濾除塵法和靜電除塵法；污水處理中的沉淀、過濾和氣浮等；污染土壤修復(fù)的置土/換土法、物理分離、蒸汽浸提、固定/穩(wěn)定化、玻璃化和低溫冰凍等。

化學(xué)修復(fù)

化學(xué)修復(fù)是利用加入到環(huán)境介質(zhì)中的化學(xué)修復(fù)劑與污染物發(fā)生的一定的化學(xué)反應(yīng)，使污染物被降解和毒性被去除或降低的修復(fù)技術(shù)。通常情況下，會(huì)根據(jù)污染物類型和土壤性質(zhì)，當(dāng)生物修復(fù)法在速度和廣度上不能滿足需要時(shí)，才選擇化學(xué)修復(fù)方法。

化學(xué)修復(fù)方法的應(yīng)用十分廣泛，如氣體污染物治理的濕式除塵法、燃燒法、含硫、氮廢棄的凈化等；污水處理的氧化、還原、化學(xué)沉淀、萃取、絮凝等。化學(xué)技術(shù)的發(fā)展較早，目前主要有這幾個(gè)方面的技術(shù)類型：化學(xué)淋洗技術(shù)、溶劑浸提技術(shù)、化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)、化學(xué)還原與還原脫氯修復(fù)技術(shù)、土壤性能改良修復(fù)技術(shù)等。

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