“生物圈二号”：“地球村”的警示

几年前,举世闻名的美国“生物圈二号”(Biosphere 2)实验在遭遇到种种意想不到的困难后被迫宣布失败了。但是,它作为世界上首次进行的运用生态系统原理维持时间最长的封闭住人实验,给我们带来了哪些经验与教训呢?对于在陆地上进行大规模的生态环境建设工程,哪些经验与教训值得我们居住在“生物圈一号”的人类引起高度重视?我们能否建造一科完全脱离地球环境的生态系统?怎样才能使生态系统持续地为人类造福?“生物圈二号”给我们留下了一系列的思考。 “生物圈二号”是相对于地球生物圈(生物圈一号)而获名的。她位于亚利桑那沃洛克镇,那里光照强烈,环境相对荒凉。“生物圈二号”建成于1991年5月,占地面积1.28公顷,封闭空间20.4万立方米。工程建造经费约2亿美元,运转费     

生物圈二号的教训

1996年1月,美国哥伦比亚大学开始对举世瞩目的“生物圈二号”进行全面管理。在这座投资巨大的生态学实验室内,又开始了新的科学研究内容——全球气候变化对不同类型的生物,尤其是植物的影响。“生物圈二号”设计和建造于1984—1991年,封闭住人实验实施于1991－1993。当时,投资和设计者希望：这座巨大的建筑物内,形成一个包括土壤、空气、水、植物和动物在内的全封闭的载人生态系统,以便人类在离开地球以后,在太空中继续生存下去。然而,实验显示：尽管从外界不断供给大量的能量,但系统仍不能按预计的那样保证8个“生物圈人”两年所…     

生物圈二号亲历记（上）

1995年6月,我接到美国哥伦比亚大学生物圈二号研究中心主任布鲁诺·默伦诺博士邀请,前往著名的生物圈二号(以下简称“生物圈”)进行合作研究。研究课题为植物对CO_2浓度升高的响应。工作地点在“生物圈”内。 10月30日我踏上了赴美的行程,乘飞机经东京、旧金山,于美国时间10月30日下午5时抵吐森机场。一位50岁左右的美国老太太微笑着把我接到去“生物圈”的车上。沿途风景是经常从电影上看到的美国西部的沙漠景观:许多高大的仙人掌科植物,一些豆科树木;偶有鹿群、野兔出没,还有自由放养的牛群。生物圈二号座落在美国亚利桑那州沃洛克镇开阔的山地荒漠上,海拔高度约1700米。生物圈二号所以选在此地,是因为这里日照强烈,且相对荒凉,有些相似于太空中某些星球上的环境。生     

美国生态学的研究方向和趋势

美国田纳西大学生态学教授Frank McCormick应中国科协邀请来华访问,1991年8月15日至17日在江苏省植物研究所做了4场报告,内容包括:(1)美国生态学研究方向和趋势,即持续生物圈纲要(SBI),它把生态学的研究、教育和环境政策制定有机结合在一起,其目的是维持地球上各种生态系统的持续性;并把全球变化、生物多样性和持续生态系统列为当今生态学研究中最优先的研究领域;(2)全球环境变化;(3)树木年轮在森林干扰分析中的应用,并讨论了在气候重建方面的应用;(4)混交中生林(mixed mesophytic forest)的研究。     

陆地生物圈模型的发展与应用

陆地生物圈与大气圈和水圈之间能量、水和碳氮等元素的交换和循环对整个地球系统产生了深刻的影响。陆地生物圈模型(TBM)是研究陆地生态系统如何响应和反馈全球变化的重要方法和工具。通过对从生态系统到区域和全球陆地生物圈不同空间尺度的植被动态、生物地球物理和生物地球化学循环过程、水循环和水文过程、自然干扰和人类活动等过程时间动态的模拟, 陆地生物圈模型被广泛地应用于评估和归因过去陆地生物圈的时空变化和预测陆地生物圈对未来全球变化的响应和反馈。该文简要回顾了陆地生物圈模型的发展, 总结了模型对陆地生态系统主要过程的刻画和模型在生态系统生态学的应用, 并对未来陆地生物圈模型的发展和应用进行了展望。     

长白山天然林内CO2环境初探

大气圈和生物圈之间存在着强烈的CO_2交换过程,植被层对CO_2的吸收与释放是引起大气中CO_2浓度不断变化的主要原因。同时,大气CO_2浓度在空间和时间上的变化又是影响绿色植物光合生产力的一个因素。了解林分内CO_2浓度分布状况对研究一个林分的气体交换     

能在天外再造一个家吗

地球如果真的有一天要完蛋了,人类能不能在天外造个家?"杞人忧天"的事情还真有人去做,这就是举世闻名的"生物圈2号"(Biosphere 2)试验。要想在天外造个家,就先在地球上造一个试试看。"生物圈2号"实际上就是一个模拟地球生物圈的试验,它相对于地球生物圈——"生物圈1号"——而得名,设计者想建造一个完全封闭的环境,来模拟地球生态系统中的能量流动和物质循环,让一个封闭的"生物圈"运转起来,这也是未来人类在太空建造长期生存空间的必然模式。这是个非常     

美国制定生物圈保护区战略规划

国际生物圈保护区网络为提高自身素质,一直敦促各国积极开展对所属生物圈保护区的监督、评审,包括国家生物圈保护区行动计划的制定与实施。许多国家已经或正在进行这项工作。美国就是一个很好的例子。1993年11月,在科罗拉多的厄斯特斯国家公园(Estes Park)举办了一次研讨班,并制定了美国生物圈保护区战略规划(草案)。其提出的战略任务、奋斗目标、具体目的、行动方案等,为未来10年里美国生物圈保护区的整体计划绘制了一幅宏伟蓝图。美国生物圈保护区计划的任务是建立并支持一个能充分代表美国各种生物地理类型区的生物圈保护区网络,通过各种手段推进生物多样性保护、经济利用及文化价值之间的持续平衡。规划草案提出了6大目标,每个目标又包含几个具体目的和行动方案。这6大目标为: 1.建立起美国生物圈保护区的政策体系及可供操作的框架; 2.形成代表美国生物地理多样性的生物圈保护区国家网络,并使之达到国际公认的生物圈     

群落生态学迎来新的辉煌时代

20世纪中叶以来,日趋凸显的环境问题把生态学推向了学科前沿,"生态"成为了家喻户晓的名词,"生态"的环境成了人们理想的伊甸园.进入90年代,生物多样性、全球变化和可持续生物圈三大科学命题更是开启了生态学研究的新时代.三大命题各具内涵、互为关联:生物多样性构筑人类生存和发展的物质基础,全球变化是制约人类进步的环境因素,可持续生物圈是人类文明的方向.然而,这一切都是以生物多样性为物质基础的.在人类文明进步的历史进程中,生物多样性提供了人类赖以生存和发展的主要物质来源,具有不可替代性.     

生态学和它的发展

生态学是研究生物及其与环境之间相互关系的科学。当代生态学研究。主要体现在种群、群落、生态系统、景观、生物圈等几个水平层次上。本文对几个层次的研究作简要的介绍。随着研究的对象和范围不同，许多生态名词被提了出来。生态学起源于实践，今天的发展同样负有认识自然，解决人类面临的生态学问题和发展一国一地的经济，改善人类生态环境的职责。目前生态学研究的焦点是研究生态系统的结构和功能，生物多样性保护、全球变化对人     

自养微生物CO_2固定机理研究进展

具有自养代谢能力的微生物将无机碳同化为有机碳,使其他生物无法获得的碳成为全球碳循环的核心组成部分。在现存生物圈中,卡尔文-本森循环是许多原核生物和所有植物将CO_2固定到生物量中的主要代谢机制,然而却忽视了原核生物中的其它5种自养代谢途径。对其他自养代谢途径的研究发现,这5种途径均以乙酰-Co A为中心将CO_2同化为生命所需的有机物。该文从分子水平上系统阐述了六种自养代谢途径的CO_2固定机理并对CO_2的固定对自然界的作用进行展望。     

"绿色植物在生物圈中的作用"一节的教学设计

1设计思路本课是北师大版7年级(上册)第3单元第7章第1节的内容,在义务教育《生物学》教学中占有重要的地位,是人与生物圈和谐发展的理论基础。教材从绿色植物是生产者、维持大气中的CO_2-O_2的平衡和促进生物圈的水循环3个方面阐述了绿色植物在生物圈中的作用,这些知识为学生将来学习健康地生活、人在生物圈中的义务、生态系统及其稳定性等知识奠     

《应用生态学原理》简介

应用生态学是研究人类对生物圈破坏的机理和合理开发利用自然资源的原理的科学。法国著名科学家Francois Ramade教授所著的《应用生态学原理——人类对生物圈的影响》(Elements d'Ecologie Applique——action de I'homme sur la biosphre)一书就是一部专门论述应用生态学的著作。全书由三篇十章组成,分别论述了生物圈的结构和功能,生物圈与人类的相互影响;生物圈的污染和自然资源的过度开发利用及生物圈的限度等三大方面的问题。     

《应用生态学》即将出版

应用生态学是研究协调人类与生物圈之间关系和协调此种复杂关系以达到和谐发展目的的科学 ,应用生态学是一个极其宽广的研究领域 ,是生态学的一大研究门类 ,所有与研究人类活动有关的生态学分支如农业生态学、渔业生态学、林业生态学、草地牧业生态学、污染生态学、城市生态学、资源生态学以及野生动植物管理保护、生态预测乃至景观生态学、区域生态学及全球生态学中的部分或大部分领域都可归属在应用生态学这一门类之下 ,应用生态学的根本任务在于认识和改造环境 ,保护和改善人类的生存环境和促进经济、社会发展同资源、环境相协调 .为纪念…     

全球变化条件下植物个体的生理生态学模型

天气模型中应用随机模拟方法,产生以天或小时为时间间隔的气温、降水、相对湿度、云量、太阳辐射等天气要素的动态变化时间序列。利用北京地区近30年天气资料进行了模拟验证,模拟结果与实际的天气变化进程相符。生理生态模型描述了净光合速率、气孔传导度、蒸腾速率、水分利用效率的变化机理。结合开顶式CO_2浓度倍增大豆(Glycine max(L.)Merr.)生长实验,分析了这些生理生态特性在全球变化下的动态响应机制,并进行了模拟预测。结果表明:CO_2浓度倍增情况下,净光合速率提高45％,其中光量子效率显著增加,而CO_2传导系数略有下降;气孔传导度、蒸腾速率下降约30％;水分利用效率随CO_2浓度增加几乎呈线性增长,倍增后提高近一倍。     

陆地生态系统环境控制实验的研究方法及技术体系

生物及生态系统与环境变化间的反馈关系及其过程机制是生态学研究的重要内容。不同类型的生物环境因素控制实验以及大尺度的联网野外控制实验被认为是认识生态系统响应和适应环境变化过程机制、精细定量表达的有效手段及认知过程的加速器。近年来发展了大型野外物理模拟实验装置网络(如ECOTRON)、生态系统分析与实验平台(AnaEE)、国际干旱实验研究网络(Drought Network)、氮沉降联合实验网络(Nutrient Network),以及基于各区域性生态观测实验站的联网控制实验(如USA-ILTER)。发展大陆尺度联网实验研究平台事业正日益受到学术界的重视,将会在认知生态系统环境响应过程机制方面发挥更重要的作用。基于以上背景,本文综述了生态系统环境控制实验的研究方法和实验体系的发展,明确指出各种类型的生物环境控制实验需要形成联合协作体系,共同解决生态系统对环境变化的响应及适应的基本科学问题。目前的控制实验包括: 1) 实验室封闭装置内的生物生理生态学控制实验;2) 野外实验场的半开放部分环境要素控制实验;3) 近自然状态的野外环境控制实验;以及4) 基于野外生态站的联网控制实验。进而,本文还深入讨论了陆地生态系统的环境响应及适应过程机制实验系统设计的发展趋势,分析了基于大尺度自然环境梯度实验及生态站尺度的要素控制实验的优势,提出了整合两种实验技术、发展新一代的野外联网实验体系的科学设想,讨论了基于野外联网控制实验的研究体系,论证了研究生态系统对环境变化短期响应和长期适应的规律和机制、生态系统环境响应定量表达的技术途径。若本文提出的控制实验体系设计方案能够得以实施,必将大大促进我国乃至全球生态系统和环境变化科学的研究水平,对我国应对气候变化和生态环境建设具有重要的科学意义。     

CO_2浓度倍增对红松幼苗根尖和叶解剖结构及生理功能的影响

大气CO_2浓度升高对植物的影响是目前植物生态学研究中普遍关注的问题。以往的研究主要关注植物地上部分叶解剖结构及生理功能的改变,而对根解剖结构和生理功能变化以及根与叶变化之间潜在联系的研究较少。该文以三年生红松(Pinus koraiensis)幼苗为研究对象,通过CO_2浓度倍增(从350μmol·mol~(–1)增加到700μmol·mol~(–1))试验,研究当年生针叶和根尖解剖结构及生理功能的变化。结果表明:(1)CO_2浓度倍增处理的红松幼苗,气孔密度显著降低,叶肉组织面积、木质部及韧皮部面积明显增加;(2)CO_2浓度倍增导致红松幼苗根尖直径增粗,皮层厚度和层数显著增加,管胞直径变小;(3)高CO_2浓度处理下,叶气孔导度和蒸腾速率降低,光合速率和水分利用效率提高,同时根尖的导水率显著下降,但管胞的抗栓塞能力显著提高。这些结果显示,叶和根解剖结构及生理功能在CO_2浓度升高条件下具有一致的响应。未来研究中应该同时关注全球气候变化对植物地上和地下器官结构与功能的影响。     

国外光合作用测定装置介绍

<正> 目前国内各地所用的光合作用测定装置一般只能作短期的实验,且所表示的光温条件只代表叶室的气温及叶室外的光照强度,也难以调控进出叶室的气体中水蒸汽压及CO_2浓度的恒定。为此,本文介绍作者在美国犹他大学生物系Dr.Ehleringer实验室工作时所用的可对连体叶片作精密的光合、呼吸及蒸腾强度等动态测定的装置。这种装置可以调控叶温、叶片的光照强度、水蒸气压亏缺及叶室中的CO_2浓度、并测定CO_2及水分交换情况。实验结果给出所用实验条件及光合、蒸腾、细胞间CO_2浓度及气孔对水蒸气及CO_2的导度等数据。     

中国森林生态学的主要任务

中国森林生态学的主要任务曾庆波（中国林科院热带林业研究所）生态学的发展在世界范围已由少数专家研究,扩展到全社会关注,渗透到生命科学各个领域,向纵深和综合性发展。如人造“生物圈２号”试验。中国的生态学正处在专题研究和普及教育阶段,全民树立生态学意识,给...     

生物圈二号亲历记(下)

进入“肺”部 从照片上可以看到生物圈二号周围有两个白色的巨大的“肺”,呈半圆形,每个直径约30米,高度15米。由三角形空心钢管构成骨架,外壳封以薄型钢板。因为生物圈二号为全封闭式结构,里面的空气压力必须与外界平衡方能保证“生物圈”结构的安全。因此设计人员在“生物圈”的东西两个部位各设计了一个“肺”,主要起调节“生物圈”内大气压的作用。一个偶然的机会,我得以一睹“肺”内部之容,这就是陪