书城工业技术环境·生态与可持续发展
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第15章 环境与人类(6)

1.生物多样性及其价值

生物多样性是一个地区内基因、物种和生态系统多样性的总和,分成相应的三个层次,即基因、物种和生态系统。基因或遗传多样性是指种内基因的变化,包括同种的显着不同的种群(如水稻的不同品种)和同一种群内的遗传变异;物种多样性是指一个地区内物种的变化;生态系统多样性是指群落和生态系统的变化。目前,国际上讨论最多的是物种的多样性。科学家估计地球上大约有1400万种物种,其中有170万种经过科学描述。对研究较多的生物类群来说,从极地到赤道,物种的丰富程度呈增加趋势。其中,热带雨林中几乎有世界一半以上的物种。

生物多样性具有多种多样的现实利用价值,其潜在的价值更是难以估量。从长远来看,它对人类的最大价值可能就在于它为人类提供了适应区域和全球环境变化的各种机会。直接价值有:(1)消耗性利用价值(薪柴、食物、建材、药物等非市场价值);(2)生产性利用价值(木材、鱼等市场价值)。间接价值有:(1)非消耗性利用价值(科学研究、观赏等);(2)选择价值(保留对将来有用的物种);(3)存在价值(野生生物存在的伦理上的价值)。

从当前来看,人类从野生的和驯化的生物物种中,得到了几乎全部食物,许多药物、工业原料与产品。

就食物而言,据统计,地球上大约有7万~8万种植物可以食用,其中可供大规模栽培的约有150多种,迄今被人类广泛利用的只有20多种,却已占世界粮食总产量的90%,驯化的动植物物种基本上构成了世界农业生产的基础。在野生物种方面,1989年主要以野生物种为基础的渔业,向全世界提供了1亿吨食物。实际上,野生物种在全世界大部分地区仍是人们膳食的重要组成部分。

就药物而言,在近代化学制药业产生前,差不多所有的药品都来自动植物,今天直接以生物为原料的药物仍保持着重要的地位。在发展中国家,以动植物为主的传统医药仍是80%人口(超过30亿人)维持基本健康的基础。至于现代药品,在美国所有处方中,1/4的药品含有取自植物的有效成分,超过3000种抗生素源于微生物,其20种最.销的药品中都含有从植物、微生物和动物中提取的化合物。

就工业生产而言,纤维、木材、橡胶、造纸原料、天然淀粉、油脂等来自生物的产品仍是重要的工业原料。生物资源还是娱乐和旅游业的重要支柱。

在单个作物和牲畜种内发现的遗传多样性,同样具有重大的价值。在作物和牲畜与其害虫和疾病之间持续进行的斗争中,遗传多样性提供了维持物种活力的基础。目前,生物育种学家们已经培育出了许多优良的品种,但还不断需要在野生物种中寻找基因,用于改良和培育新的品种,提高和恢复它们的活力。杂交育种者和农场主同样依靠作物和牲畜的多样性,以增加产量和适应不断变化的环境。从1930-1980年,美国差不多一半的农业收入归功于植物杂交育种。遗传工程学将进一步增加遗传多样性,创造提高农业生产力的机会。

2.生物多样性减少及其原因

据专家们估计,从恐龙灭绝以来,当前地球上生物多样性损失的速度比历史上任何时候都快,鸟类和哺乳动物现在的灭绝速度或许是它们在未受干扰的自然界中的100~1000倍。在1600-1950年间,已知的鸟类和哺乳动物的灭绝速度增加了4倍。

自1600年以来,大约有113种鸟类和83种哺乳动物已经消失。在1850-1950年间,鸟类和哺乳动物的灭绝速度平均为每年1种。20世纪90年代初,联合国环境规划署首次评估生物多样性后的一个结论是:在可以预见的未来,5%~20%的动植物种群可能受到灭绝的威胁。其他一些研究也表明,如果目前的灭绝趋势继续下去,在下一个25年间,地球上每10年大约有5%~10%的物种将要消失。

从生态系统类型来看,最大规模的物种灭绝发生在热带森林,其中包括许多人们尚未调查和命名的物种。热带森林中的物种占地球物种的50%以上,据科学家估计,按照每年砍伐1.7×105km2的速度,在今后30年内,物种极其丰富的热带森林可能要毁在当代人手里,大约5%~10%的热带森林物种可能面临灭绝。另外,在世界范围内,同马来西亚面积差不多大小的温带雨林已消失了。尽管在整个北温带和北方地区,森林覆盖率并没有很大变化,但许多物种丰富的原始森林被次生林和人工林代替,许多物种濒临灭绝。总体来看,大陆上66%的陆生脊椎动物已成为濒危种和渐危种。海洋和淡水生态系统中的生物多样性也在不断丧失和严重退化,其中受到最严重冲击的是处于相对封闭环境中的淡水生态系统。受到灭绝威胁最大的是一些处于封闭环境岛屿上的物种——岛屿上大约有74%的鸟类和哺乳动物已灭绝了。目前,岛屿上的物种依然处于高度濒危状态。在未来的几十年中,大多数物种灭绝情况将发生在岛屿和热带森林系统。

当前之所以出现大量物种灭绝或濒临灭绝、生物多样性不断减少,其主要原因是人类的各种活动:(1)大面积森林受到采伐、火烧和农垦,草地遭受过度放牧和垦殖,导致了生境的大量丧失,保留下来的生境也支离破碎,对野生物种造成了毁灭性影响;(2)对生物物种的强度捕猎和采集等过度利用活动,使野生物种难以正常繁衍;(3)工业化和城市化的发展,占用了大面积土地,破坏了大量天然植被,并造成大面积污染;(4)外来物种的大量引入或侵入,大大改变了原有的生态系统,使原生的物种受到严重威胁;(5)无控制的旅游,使一些尚未受到人类影响的自然生态系统受到破坏;(6)土壤、水和空气污染,危害了森林,特别是给相对封闭的水生生态系统带来毁灭性影响;(7)全球变暖,导致气候形态在比较短的时间内发生较大变化,使自然生态系统无法适应,从而可能改变生物群落的边界。尤其严重的是,各种破坏和干扰会累加起来,会对生物物种造成更为严重的影响。

3.保护生物多样性的国际行动和途径

生物多样性的减少,不仅会使人类丧失一系列宝贵的生物资源,使它们丧失在食物、医药等方面直接和潜在的利用价值,而且会造成生态系统的退化和瓦解,直接和间接威胁人类生存的基础。因此,国际上比较早地采取了行动以保护各种生物物种和资源,并逐渐形成了一个国际条约体系,1970年代初以来,陆续通过了以野生动植物的国际贸易管理为对象的《华盛顿公约》、以湿地保护为对象的《拉姆萨尔公约》、以候鸟等迁徙性动物保护为对象的《波恩公约》、以世界自然和文化遗产保护为目的的《世界遗产公约》及其他一些国际或区域性的公约和条约。1992年,联合国环发大会通过了《生物多样性公约》,几个国际环境组织还在会议上公布“全球生物多样性保护战略”,形成了保护生物多样性的综合性公约和战略。中国先后加入了《华盛顿公约》、《拉姆萨尔公约》和《世界遗产公约》,并于1992年签署加入了《生物多样性公约》。

保护生物多样性就是采取措施保护基因、物种、生境和生态系统,使其长期地满足人类的各种现实和潜在需求,长期地起到维持生态系统稳定性的作用。为了实现保护生物多样性的目标,需要各国政府在制定土地开发和农业、林业、牧业、渔业等发展政策时,综合考虑保护生物多样性的要求,特别是应当严格限制开发现已所剩不多的自然生境,防止自然生境的进一步缩小和破坏。从保护的具体途径来划分,主要有就地保护、迁地保护、离体保护。就地保护主要是就地设立自然保护区,限制或禁止捕杀和采集等,控制人类的其他干扰活动。通过设置不同类型的保护区,可以形成生物多样性保护区网络。迁地保护和离体保护主要是建立植物园、动物园、水族馆、种质库和基因库,对野生生物物种和遗传基因进行保护。

保护物种的最佳途径是保持它们的生境,即建立相对完整的自然保护区网络。

20世纪70年代以来,世界自然保护区覆盖面积增长很快,到1990年已达到陆地面积的5%左右,大致建立了较完整的保护区网络。根据国际自然与自然资源保护同盟(IUCN)1994年的报告,各种生物带都建立了一定比例的保护区,但一些生物带,如温带草原和湖泊的保护区比例过低,许多保护区过于狭小,支离破碎,缺少建设和管理资金,缺乏有效的管理,还起不到有效保护的功能。据世界银行90年代估计,与自然保护有关的活动费用支出,在发展中国家占GDP的0.01%~0.05%,在发达国家占GDP 的0.04%,每年总额大约为60亿~80亿美元。这些资金大多用于发达国家的保护活动,承担生物多样性保护重负的发展中国家所用的资金很少。今后紧迫的任务是制定包括生物多样性保护及其合理利用的综合战略,并有效动员国际国内资金,用于保护区的建设和管理。

2.4.4酸雨蔓延

酸雨是指大气降水中酸碱度(pH值)低于5.6的雨、雪或其他形式的降水。这是大气污染的一种表现。酸雨对人类环境的影响是多方面的。酸雨降落到河流、湖泊中,会妨碍水中鱼、虾的成长,使鱼、虾减少或绝迹;酸雨还导致土壤酸化,破坏土壤的营养,使土壤贫瘠化,危害植物的生长,造成作物减产,危害森林的生长;酸雨还腐蚀建筑材料,有关资料说明,近十几年来,酸雨地区的一些古迹,特别是石刻、石雕或铜塑像的损坏超过以往百年,甚至千年。世界目前已有三大酸雨区。

1.酸雨的成因

酸雨是一种复杂的大气化学和大气物理的现象。酸雨中含有多种无机酸和有机酸,绝大部分是硫酸和硝酸。工业生产、民用生活燃烧煤炭排放出来的SO2,燃烧石油以及汽车尾气排放出来的NOx,经过“云内成雨过程”,凝结在硫酸根、硝酸根等凝结核上,发生液相氧化反应,形成硫酸雨滴和硝酸雨滴,又经过“云下冲刷过程”不断合并、吸附其他含酸雨滴和含酸气体,形成较大雨滴,最后降落在地面上,形成了酸雨。我国的酸雨是硫酸型酸雨。

2.酸雨的危害

弱酸性降水可溶解地面中矿物质,供植物吸收。但若酸度过高,pH值降到5.6以下,就会产生严重危害:它可以直接使大片森林死亡,农作物枯萎;它也会抑制土壤中有机物的分解和氮的固定,淋洗与土壤离子结合的钙、镁、钾等营养元素,使土壤贫瘠化;它还可使湖泊、河流酸化,并使溶解在土壤和水体底泥中的重金属进入水中,毒害鱼类;它会加速建筑物和文物古迹的腐蚀和风化过程;它可能危及人体健康。

酸性雨水的影响在欧洲和美国东北部最明显,受威胁的地区还包括加拿大,也许还有加利福尼亚州塞拉地区、洛基山脉和中国。在某些地方,偶尔能观察到降下的雨水像醋那样酸。酸雨影响的程度是一个争论不休的主题。对湖泊和河流中水生生物的危害是最初人们注意力的焦点,但现在已认识到,对建筑物、桥梁和设备的危害是酸雨的另一后果。而酸雨对人体健康的影响是最难以定量确定的。

受到最大危害的是那些缓冲能力很差的湖泊。当有天然碱性缓冲剂存在时,酸雨中的酸性化合物(主要是硫酸、硝酸和少量有机酸)就会被中和。然而,处于花岗岩(酸性)地层上的湖泊容易受到直接危害,因为雨水中的酸能溶解铝和锰这些金属离子。这能引起植物和藻类生长量的减少,还会引起鱼类种群的衰败或消失。

由这种污染形式引起的对植物的危害范围,包括从对叶片的有害影响到细根系的破坏。

3.酸雨的生物防治

不久前发表的1994年全球趋势报告《1994年生命特征》中说,总的来看,地球的情况并不太好,在所有衡量地球健康状况的指标中,我们仅成功地扭转了一项指标的恶化——使O3层出现空洞的氟里昂的减少,但碳排放量没有减少,大气污染日益严重。据统计,人类每年向大气层排放SO2约1×108t,NO2约5×107t。全世界城市人口中有一半左右生活在SO2超标的大气环境中,有10亿人生活在颗粒物超标的环境中。大气污染已成为隐蔽的杀手,而SO2则是罪魁祸首。SO2不仅污染空气,危害人类健康,而且是形成酸雨的主要物质。大气中的SO2和NO2空气中氧化剂的作用下溶解于雨水中。当雨水、冻雨、雪和雹等大气降水的pH 值小于5.6时,即是酸雨。据美国有关部门测定,酸雨中硫酸占60%,硝酸占33%,盐酸占6%,其余是碳酸和少量有机酸。