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地理学与生活（插图第11版） [:1705409891]
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12.1 生态系统
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生物圈由3个相互联系的部分组成：
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（1）对流层，地球大气层的最下层，从地面向上延伸大约9.5—11.25千米；
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（2）水圈（hydrosphere），包括海洋、河流、湖泊、冰川表层和亚表层的水体或地下水——其中大部分封闭在冰川或地球内部，不能被直接利用；
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（3）地壳最上层，最多几千米，包括支持植物的土壤和动植物赖以生存的矿物质，以及人类开采的化石燃料和矿石。
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生物圈是一个错综复杂、相互联结的系统，容纳着生命所需的一切。所有这一切都被生物所利用，而且有可能永远被利用。生物圈的成分必须不间断地在自然界循环和再生。植物使空气净化、空气帮助水净化，而水和矿物又被动植物利用并回归自然,而后被再利用。
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因此，生物圈是由两个相互交织的成分组成的：①无生命的外部能源——太阳——和必需的化学物质；②有生命的动植物界。生物圈又可以细分为具体的生态系统（ecosystem），即某地区由所有生物（动植物）和自然要素（空气、水、土壤和化学物质）共同组成的自给单位。对一切生态系统而言，最重要的原则是一切事物都是相互联系的。对自然平衡的任何侵扰或阻断，都必然导致系统出现不良的反应。每种生物都占据生态系统中一处特殊的生态位（ecological niche）或地方。在能量交换系统中，每种生物都起一定的作用，生物个体的存活是因为在这个环境中有其他生物的生存。问题不在于对生态位的认识，而在于预测系统的因果链以及某个生态位占有者受干扰后的调整。
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生命依赖于流过生态系统的能量和养分。能量和物质从一种生物向另一种生物转移是食物链（food chain）中的一环。食物链就是一个生物序列，如绿色植物—草食动物—肉食动物，能量和物质通过这个序列在生态系统中移动（图12.2）。大多数食物链有3—4个环节，虽然有些食物链只有2个环节——例如人类吃米饭。由于自然界中生态系统处于相互协调运行的连续循环之中，因此食物链无始无终。这里只有养分转移的不同阶段，各阶段食物链中每个较低水平的环节将其所含能量的一部分转移到下一个较高级的消费者中。
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图 12.2 生态系统中食物的供应是一个“谁吃什么”的级序——创造食物链的级序。在这个简化的实例中，绿色植物是生产者（自养生物），利用养分和太阳能制造自己的食物。食草的野兔（初级消费者）直接以植物为食，而食肉的狐狸（第二级消费者）以野兔为食。食物链是复杂的食物网中的一条线，食物网就是存在于生态系统中的所有摄食关系。例如，老鼠可能以图中的植物为食，而老鼠又被该食物网中另一条食物链中的鹰捕食。
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图12.2中的分解者（decomposer）在维持食物链和生命循环中至关重要。它们使有机质——动物尸体与粪便、死亡的植物、废纸等——分解。分解过程中，物质的化学性质发生改变，其中所含养分变成有效态供动植物再利用。养分，即生物生长所需的矿物质和其他元素，永远不会被消灭；它们会从生物体移向非生物体，再回到生物体。我们躯体中所含养分曾经是其他生物的一部分，也许是一只野兔、一只鹰或一棵橡树。
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生态系统中无论有没有人，都处于永恒的变化之中，但是人类对它的影响超过其他任何一个物种。起初人类对生态系统的影响很小，那时人口规模小，能耗与技术水平低。但是这种影响增长得非常迅速而且无处不在，以至于现在我们看到的是公认的各色生态危机。本章后面还要讨论人类对自然环境影响的一些问题。
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地理学与生活（插图第11版） [:1705409892]
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12.2 对水的影响
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水的供应是持续的。通过生物圈不断循环水的系统叫作水循环（hydrologic cycle）（图12.3）。在水循环中，水的形式可能发生改变，但在自然环境中，水在再循环中被净化，因其适合于地球生态系统的性质而被再利用。蒸发、蒸腾（水蒸气从植物中散发出来）和降水是重新分配水分的机制。水蒸气在云中汇聚、凝结，然后再降落到地面，在地面上再蒸发、再蒸腾，以降水的形式再次降落。
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图 12.3 水循环。太阳提供的能量使淡水和海水蒸发。空气中的水分达到饱和以前，水保持水蒸气的形态。大气层水分以固态或液态降水的形式回到地面，从而完成水循环。由于降水分布不均，水分不一定以同样的数量回到其蒸发的地区。大陆得到的水多于其损失。多余部分以地表水或地下水的形式回归海洋。但是，全球总是维持着水分平衡。
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人类对水的依赖使我们早就开始努力控制水的供应。这种实践业已改变了江河的水量和水质。
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水的可利用性
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就全球范围而言，淡水资源很丰富。每年雨雪降落到各大陆的水分以830毫米厚的水层覆盖于陆地表面。每年从水循环中再生的淡水通常被认为足以满足现在世界人口5—10倍的需要。
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然而，世界上许多地方水供应不足，而且水资源日趋减少。问题不在于全球的总水量，而在于它的分配（一个地区得到的平均降水量）和可靠性（降水的逐年变化）。区域水分充足的程度是用水人口规模以及人口对资源需求的函数。就全世界而论，灌溉农业用水占淡水使用量的70%，在最贫穷的国家里占90%（图12.4）。工业用水约占1/4（23%），其余为家庭与城市用水（饮用、洗浴和浇灌草坪等）。1950年以来，人类从河湖和地下含水层中提取的淡水增加了2倍以上（含水层就是地表以下水分饱和的砂砾层，它所含的水叫地下水，不同于河水和湖水之类的地表水）。
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图 12.4 澳大利亚西部阿盖尔湖（Argyle）灌溉工程。1950年以来，该工程每年增加灌溉面积五六万平方千米。目前灌溉农业以其17%的耕地面积生产全世界40%的粮食。通常输送和灌溉到农田中的水量比农作物的实际需要多得多，浪费了大量的紧缺水资源。“滴灌”就是通过铺设在田间的有小孔的水管把水分直接递送到植物根部，这是一种减少用水量的方法。（Robert Frerck / Odyssey Productions）
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