高中地球科学/人类种群
农业、卫生和医疗保健的进步使得人类种群在过去几百年里大幅增长。随着人口的增长，消费、废物和资源过度使用也在增加。人们开始讨论并执行可持续发展，以减少人类对地球的影响。
- 描述限制因素的变化如何改变栖息地的承载能力。
- 讨论人类如何提高了地球对我们物种的承载能力，以及我们可能如何超过了它。
- 讨论农业和城市化等人类活动如何影响地球。
- 描述什么是可持续发展。
一个物种的种群数量取决于该生态系统中存在的生物和非生物因素。生物因素包括该物种可获得的食物量以及以该物种为食的生物数量。为了使生命繁荣，需要一定量的非生物因素。例如，水量不足会导致陆地植物或动物脱水。然而，水量过多会导致溺水。
当出生数量大于死亡数量时，种群就会增长。如果死亡数量超过出生数量，种群就会缩减。为了使种群增长，必须有充足的资源并且没有重大问题。种群可能由于生物或非生物限制而缩减。捕食者的增加、新疾病的出现或栖息地的丧失只是可能导致种群减少的三个可能问题。如果种群增长超过了其所需的资源，种群也会缩减。
当出生数量等于死亡数量时，种群处于该栖息地的承载能力。在达到承载能力的种群中，该物种的生物数量与其栖息地所能承载的数量相等。承载能力取决于生物和非生物因素。如果这些因素改善，承载能力就会提高。如果这些因素变得越来越少，承载能力就会下降。如果资源的使用速度快于补充速度，那么该物种就超过了其承载能力。如果发生这种情况，种群数量就会下降。
每个稳定的种群都有一个或多个限制其增长的因素。限制因素决定了物种的承载能力。限制因素可以是任何生物或非生物因素：营养物质、空间和水的可用性都是例子。种群的大小与其限制因素相关。如果限制因素减少，种群就会减少。如果限制因素增加，种群就会增加。如果限制因素大幅增加，另一个因素很可能成为新的限制因素。
这可能有点令人困惑，所以让我们看一个限制因素的例子。假设你想用现有的食材制作尽可能多的巧克力曲奇。事实证明，你有充足的面粉和其他食材，但只有两个鸡蛋。你只能做一批曲奇，因为鸡蛋是限制因素。但是，你的邻居带来了十二个鸡蛋。现在你有足够的鸡蛋做七批曲奇，以及足够的其他食材，但只有两磅黄油。你可以做四批曲奇，以黄油作为限制因素。如果你得到更多的黄油，其他东西就会成为限制因素。
物种通常会产生比其栖息地所能承载的更多的后代。如果条件改善，更多的幼崽存活下来，种群就会增长。如果条件恶化，或者出生的幼崽过多，个体之间就会发生竞争。就像任何竞争一样，有一些赢家和一些输家。能够生存下来填补生态位中空缺位置的个体是那些最适合其栖息地的个体。
过去 10000 年的人类种群增长是巨大的（图 18.21）。公元前 8000 年的人类种群约为 500 万，公元 1 年为 3 亿，1802 年为 10 亿，1961 年为 30 亿，2008 年为 67 亿。随着人类种群的持续增长，不同的因素可能会出现，限制世界不同地区的人类种群。空间可能是一个限制因素，或者拥有足够的清洁空气、清洁水或食物来养活所有人是我们已经面临的问题。
不仅人口增加了，增长的速度也加快了（图 18.22）。大约在 1802 年，人类历史上第一次达到 10 亿人口。第二个 10 亿人口是在 125 年后的 1927 年增加的。1960 年，人口达到 30 亿，用了 33 年时间；1975 年，人口达到 40 亿，只用了 15 年时间。又过了 12 年，1987 年人口又增加了 10 亿。1999 年人口达到 60 亿，只用了另外 12 年时间。据估计，人口将在 2012 年达到 70 亿，比达到 60 亿人口晚了 13 年。
虽然人口继续快速增长，但增长速度已经放缓。尽管如此，到本世纪中叶，地球上很可能会有 90 亿到 100 亿人。新增人口将约为 25 亿，这比 1950 年的总人口还要多。
由于地球上的人口比以往任何时候都多，我们必须问问，人类是否现在已经超过了地球对我们物种的承载能力。许多人类学家认为，没有农业的地球对人类的承载能力约为 1000 万。这个数字大约在 10000 年前达到。当时，人们以狩猎采集者的形式生活在一起，组成小型群体。通常，女性采集坚果和蔬菜，男性狩猎动物和捕鱼。群体内部的人共享他们的资源。虽然他们与外部群体有贸易网络，但贸易受到可以合理携带的东西的限制。在大多数情况下，人们依赖于他们居住的地方所能找到的资源。
正如你所见，人类种群已经远远超过了这个假设的承载能力。通过使用我们的智慧、直立的姿势和双手，我们已经做到了其他物种从未做到的事情。大约 10000 年前，我们发展了种植自己食物的能力。农业使我们能够种植我们想吃的植物，并让食物全年供应。我们驯化了动物，以便在我们想要的时候有肉吃。有了农业，人们可以定居下来，这样他们就不再需要携带所有财产。他们可以发展更好的农业实践，并在难以种植的时候储存食物。农业使人们能够在城镇和城市中定居。早期的农民只能种植足够家人食用的食物，也许还能多余一些用来出售、交换或交易。更先进的农业实践使单个农民能够为更多人种植食物。从收集或种植食物中解放出来，使人们能够从事其他类型的工作。
人类种群增长的下一个主要阶段是工业革命，它始于 18 世纪后期。农业效率的提高释放了大量人力，可用于在工厂工作。这一重大的历史事件标志着产品第一次被大规模生产，化石燃料第一次被广泛用于动力。
每一次农业上的重大进步都促使全球人口增加。灌溉、高效地开垦大片土地用于农业以及开发由化石燃料驱动的农业机械，使人们能够种植更多食物并将其运送到需要的地方。目前，世界上约 70% 的淡水用于农业。
近几十年来，农业领域最大的进步被称为**绿色革命**。正是这一进步使得人口能够如此迅速地增长。绿色革命的首要目标是提高作物产量。随之而来的是化肥和杀虫剂的使用大幅增加。化肥是帮助植物生长的营养物质，而杀虫剂则是用来杀死害虫的化学物质。与50年前相比，全世界现在使用的化肥和杀虫剂分别增加了23倍和50倍。如今，大部分农业工作都由机器完成，包括耕地、播种、施肥、采摘和运输（图18.23）。在美国，每年约有17%的能源消耗用于农业。
绿色革命极大地提高了农场的生产力。一个世纪前，一个农民只能生产出足够供2.5人食用的食物，而现在一个农民可以养活超过130人。由于这种生产力的提高，绿色革命被认为养活了原本无法生存的10亿人口。
另一方面，为了维持人口的持续增长，农业需要进一步的进步。我们通过自己的智慧提高了地球对人类的承载能力：种植农作物、贸易所需的物资，以及设计方法来开发难以获取的资源，比如地下水。问题是，尽管我们提高了地球的承载能力，但我们是否已经超过了它？地球上的人类是否正经历**人口过剩**？
关于人口增长的观点很多。十八世纪，托马斯·马尔萨斯预测，人口将持续增长，直到我们耗尽资源。届时，人类将成为饥荒、疾病或战争的受害者。一些科学家认为，地球的承载能力约为10亿人，而不是我们今天拥有的近70亿人。我们是如何走到今天的？随着我们运用智慧和科技拓展资源，许多制约因素发生了变化。我们能否在未来继续这样做？我们现在的人口和对环境的影响是否超过了地球的承受能力？
人类与环境
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伴随着绿色革命带来的粮食增产，地球也承受着巨大的影响。更多的粮食使得人口爆炸式增长。自然景观被改造为农田和城市。目前，地球上无冰覆盖的土地的一半已经被转化为人类用途。估计到2030年，这一数字将超过70%。森林和其他景观被砍伐用来种植农作物或建设城市。河流被筑坝，水通过运河输送到灌溉和民用地区。生态敏感区域被改变：湿地被排干，海岸线被开发。
现代农业生产方式会产生大量污染（图18.24）。一些杀虫剂有毒。化肥从农田流失，进入湖泊和沿海地区，导致鱼类死亡。用于运输农作物的农业机械和车辆会排放空气污染物。污染物进入空气、水或被泄漏到土地上。此外，许多类型的污染物可以在空气、水和土地之间轻松迁移。因此，任何地方或生物体，甚至遥远的北极地区的北极熊，都无法免受污染。
人口增加对地球还有其他影响。人类不仅需要食物，还需要清洁水源、安全住所和安全的废物处理场所。在不同的国家和不同的社会经济阶层，这些需求得到满足的程度不同。例如，全球约有12亿人每天没有足够清洁的饮用水和洗澡水（图18.25）。
很大一部分人口期望获得更多的东西，不仅仅是满足基本需求。对于大约四分之一的人口来说，他们有充足的食物、充足的水源和安全的住所。通过供暖和制冷系统可以营造舒适的温度，机动车或发达的公共交通系统可以实现快速出行，电话和电子邮件可以实现即时沟通，以及其他许多几十年前人们无法想象的奢侈品。所有这些都需要资源生产和化石燃料驱动。它们的生产、使用和处置都会产生废物。许多人将这些人的生活中丰富的奢侈品称为**过度消费**。发达国家的民众消耗的资源是发展中国家民众的32倍。
人口过剩和过度消费导致了世界范围内许多问题。其中一个问题是农场和城市向野生土地扩张，这减少了许多生物的栖息地。此外，灌溉和民用都需要水源运输。这意味着在河流上修建水坝或钻井抽取地下水。大量人口聚集在一起需要有效的卫生系统。许多发展中国家没有足够的资源为所有公民提供清洁水源。一些孩子死于与环境卫生不良相关的疾病并不罕见。改善各个地区的卫生条件——下水道、垃圾填埋场和食品安全处理——对于防止疾病传播至关重要。
随着人口增长，捕捞、狩猎和贸易正在威胁着野生动物。除了在土地改造中失去栖息地外，随着人口增长，生物还受到狩猎和捕捞的威胁。发达国家对狩猎进行严格管控，但许多发展中国家正在因狩猎而失去许多本地动物。野生鱼类捕捞速度过快，许多海洋鱼类资源正处于危险之中。
当人类将不属于某个栖息地的物种引入时，也会对生态系统造成问题。**入侵物种**有时是人为引入的，但它们也经常意外地被带入，比如船上的老鼠。入侵物种在其新环境中往往会造成重大影响。一个令人痛心的例子是澳大利亚棕树蛇，它已经消灭了关岛上13种本地物种中的9种（图18.26）。
污染是农业、城市化以及商品生产和消费的副产品。全球变暖是化石燃料燃烧的结果。
让我们回到人类是否已经超过地球对我们物种的承载能力的问题。如果资源消耗速度超过其再生速度，则承载能力将被超过。如果环境遭到破坏，承载能力也会被超过。
因此，我们最初问题的答案似乎是肯定的。许多资源的消耗速度远远超过其补充速度。最好的农田已经投入使用，更多边缘土地正在开发。发达国家的大多数河流以及发展中国家的许多河流已经被筑坝。地下水的开采速度远远超过其补充速度。化石燃料和许多矿产资源也是如此。森林正在被砍伐，野生鱼类正在被过度捕捞。人类导致野生物种灭绝的速度增加了至少100倍，超过了正常灭绝速度。
此外，随着景观被改造，生物灭绝，地球被污染，环境的稳定性下降。尽管世界上活着的人比以往任何时候都多，但其中许多人并没有安全的生活。世界上许多人生活在贫困中，勉强有足够的粮食。他们往往没有安全的饮用水和洗澡水。许多儿童在5岁之前死于疾病。
可持续发展
[edit | edit source]如今，**可持续发展**是一个引发大量讨论的话题。可持续发展是指在保护环境和防止自然资源消耗速度超过再生速度的情况下，帮助人们摆脱贫困的发展模式。它是一种允许人们以不快于资源再生速度的方式使用资源的发展模式。
实现更可持续未来的最重要步骤之一是降低人口增长速度。近年来，这种情况正在发生。研究表明，随着女性受教育程度的提高，出生率会下降。受过教育的女性往往生育更少，孩子也更健康。
科学可以成为可持续发展的重要组成部分。当科学家了解地球自然系统的运作方式时，他们就能认识到人类对这些系统的影响。科学家可以致力于开发技术，以明智的方式解决问题。鱼类养殖是一种可以帮助可持续发展的做法，只要它以环保的方式进行。工程师可以开发更清洁的能源，以减少污染和温室气体排放。
公民可以通过要求可持续生产的产品来改变自己的行为，减少他们对地球的影响。砍伐森林时，应该种植新的树木。采矿应该以不破坏景观的方式进行。人们可以少消费，更多地思考他们的消费行为的影响。
课程总结
[edit | edit source]- 生物种群的数量受到限制其增长的因素控制，保持在栖息地的承载能力范围内。
- 通过发展农业和其他技术，人类人口已经远远超过了任何自然的种群限制。
- 地球上许多人生活在贫困中，没有足够的粮食、清洁水源或住所。
- 人口过剩和过度消费导致资源过度使用，产生大量污染。
- 为了确保我们物种和其他与我们共享地球的物种的长期未来，社会必须选择更可持续的发展模式。
- 如果磷是生态系统中一个物种的限制性因素，磷的含量增加，该物种的种群数量会发生什么变化？承载量会发生什么变化？
- 说出一些可能导致种群数量增加的因素。尽量包括尽可能多的类型。
- 从出生和死亡数量的角度，详细解释一下你认为为什么人类种群增长如此迅速？
- 如果地球上所有的人都被允许只进行自我替代（也就是说，每个人只能生育一个孩子，或者每对夫妇只能生育两个孩子），那么
未来十年，地球的种群数量会怎样？会减少、增加还是保持和现在一样？
- 农业在人类种群中扮演着什么角色，为什么？
- 讨论绿色革命的利弊。
- 在美国，17% 的能源用于农业。如果植物可以通过阳光进行光合作用，为什么会出现这种情况？
- 对地球未来的威胁更大：人口过剩还是过度消费？生活水平提高对生活在贫困中的人们的影响如何？
- 有什么证据表明人类正在超过地球对我们物种的承载量？
- 什么是可持续发展？
- 承载量
- 特定环境所能支持的特定物种个体数量。
- 绿色革命
- 自第二次世界大战以来，粮食生产方式发生了变化，导致产量大幅增加。
- 入侵物种
- 在非本地地区扩散并对本地植被造成负面影响的生物物种。人们通常有意或无意地引入入侵物种。
或意外地。
- 限制因素
- 限制一个地区种群数量的因素。限制因素可以是营养物质、水、空间或任何其他物种所需的生物或非生物因素。
- 过度消费
- 从长远来看不可持续的资源使用；获得比人们需要的更多产品。
- 人口过剩
- 当一个地区的种群数量超过其承载量，或者对资源可用性或环境造成长期损害时。
- 杀虫剂
- 一种化学物质，可以杀死会吃掉或伤害人类想要种植的植物的特定害虫。
- 可持续发展
- 帮助人们摆脱贫困，以可再生速度使用资源，并保护环境的经济发展。
- 出生在美国的婴儿一生对地球的影响，与出生在塞内加尔的婴儿相比，有多大？
- 减少消费如何影响全球变暖？
- 普通人真的可以改变社会，使其朝着更可持续的生活方式发展吗？