高中地球科學/人類種群
農業、衛生和醫療保健的進步使得人類種群在過去幾百年裡大幅增長。隨著人口的增長，消費、廢物和資源過度使用也在增加。人們開始討論並執行可持續發展，以減少人類對地球的影響。
- 描述限制因素的變化如何改變棲息地的承載能力。
- 討論人類如何提高了地球對我們物種的承載能力，以及我們可能如何超過了它。
- 討論農業和城市化等人類活動如何影響地球。
- 描述什麼是可持續發展。
一個物種的種群數量取決於該生態系統中存在的生物和非生物因素。生物因素包括該物種可獲得的食物量以及以該物種為食的生物數量。為了使生命繁榮，需要一定量的非生物因素。例如，水量不足會導致陸地植物或動物脫水。然而，水量過多會導致溺水。
當出生數量大於死亡數量時，種群就會增長。如果死亡數量超過出生數量，種群就會縮減。為了使種群增長，必須有充足的資源並且沒有重大問題。種群可能由於生物或非生物限制而縮減。捕食者的增加、新疾病的出現或棲息地的喪失只是可能導致種群減少的三個可能問題。如果種群增長超過了其所需的資源，種群也會縮減。
當出生數量等於死亡數量時，種群處於該棲息地的承載能力。在達到承載能力的種群中，該物種的生物數量與其棲息地所能承載的數量相等。承載能力取決於生物和非生物因素。如果這些因素改善，承載能力就會提高。如果這些因素變得越來越少，承載能力就會下降。如果資源的使用速度快於補充速度，那麼該物種就超過了其承載能力。如果發生這種情況，種群數量就會下降。
每個穩定的種群都有一個或多個限制其增長的因素。限制因素決定了物種的承載能力。限制因素可以是任何生物或非生物因素：營養物質、空間和水的可用性都是例子。種群的大小與其限制因素相關。如果限制因素減少，種群就會減少。如果限制因素增加，種群就會增加。如果限制因素大幅增加，另一個因素很可能成為新的限制因素。
這可能有點令人困惑，所以讓我們看一個限制因素的例子。假設你想用現有的食材製作儘可能多的巧克力曲奇。事實證明，你有充足的麵粉和其他食材，但只有兩個雞蛋。你只能做一批曲奇，因為雞蛋是限制因素。但是，你的鄰居帶來了十二個雞蛋。現在你有足夠的雞蛋做七批曲奇，以及足夠的其他食材，但只有兩磅黃油。你可以做四批曲奇，以黃油作為限制因素。如果你得到更多的黃油，其他東西就會成為限制因素。
物種通常會產生比其棲息地所能承載的更多的後代。如果條件改善，更多的幼崽存活下來，種群就會增長。如果條件惡化，或者出生的幼崽過多，個體之間就會發生競爭。就像任何競爭一樣，有一些贏家和一些輸家。能夠生存下來填補生態位中空缺位置的個體是那些最適合其棲息地的個體。
過去 10000 年的人類種群增長是巨大的（圖 18.21）。公元前 8000 年的人類種群約為 500 萬，公元 1 年為 3 億，1802 年為 10 億，1961 年為 30 億，2008 年為 67 億。隨著人類種群的持續增長，不同的因素可能會出現，限制世界不同地區的人類種群。空間可能是一個限制因素，或者擁有足夠的清潔空氣、清潔水或食物來養活所有人是我們已經面臨的問題。
不僅人口增加了，增長的速度也加快了（圖 18.22）。大約在 1802 年，人類歷史上第一次達到 10 億人口。第二個 10 億人口是在 125 年後的 1927 年增加的。1960 年，人口達到 30 億，用了 33 年時間；1975 年，人口達到 40 億，只用了 15 年時間。又過了 12 年，1987 年人口又增加了 10 億。1999 年人口達到 60 億，只用了另外 12 年時間。據估計，人口將在 2012 年達到 70 億，比達到 60 億人口晚了 13 年。
雖然人口繼續快速增長，但增長速度已經放緩。儘管如此，到本世紀中葉，地球上很可能會有 90 億到 100 億人。新增人口將約為 25 億，這比 1950 年的總人口還要多。
由於地球上的人口比以往任何時候都多，我們必須問問，人類是否現在已經超過了地球對我們物種的承載能力。許多人類學家認為，沒有農業的地球對人類的承載能力約為 1000 萬。這個數字大約在 10000 年前達到。當時，人們以狩獵採集者的形式生活在一起，組成小型群體。通常，女性採集堅果和蔬菜，男性狩獵動物和捕魚。群體內部的人共享他們的資源。雖然他們與外部群體有貿易網路，但貿易受到可以合理攜帶的東西的限制。在大多數情況下，人們依賴於他們居住的地方所能找到的資源。
正如你所見，人類種群已經遠遠超過了這個假設的承載能力。透過使用我們的智慧、直立的姿勢和雙手，我們已經做到了其他物種從未做到的事情。大約 10000 年前，我們發展了種植自己食物的能力。農業使我們能夠種植我們想吃的植物，並讓食物全年供應。我們馴化了動物，以便在我們想要的時候有肉吃。有了農業，人們可以定居下來，這樣他們就不再需要攜帶所有財產。他們可以發展更好的農業實踐，並在難以種植的時候儲存食物。農業使人們能夠在城鎮和城市中定居。早期的農民只能種植足夠家人食用的食物，也許還能多餘一些用來出售、交換或交易。更先進的農業實踐使單個農民能夠為更多人種植食物。從收集或種植食物中解放出來，使人們能夠從事其他型別的工作。
人類種群增長的下一個主要階段是工業革命，它始於 18 世紀後期。農業效率的提高釋放了大量人力，可用於在工廠工作。這一重大的歷史事件標誌著產品第一次被大規模生產，化石燃料第一次被廣泛用於動力。
每一次農業上的重大進步都促使全球人口增加。灌溉、高效地開墾大片土地用於農業以及開發由化石燃料驅動的農業機械，使人們能夠種植更多食物並將其運送到需要的地方。目前，世界上約 70% 的淡水用於農業。
近幾十年來，農業領域最大的進步被稱為**綠色革命**。正是這一進步使得人口能夠如此迅速地增長。綠色革命的首要目標是提高作物產量。隨之而來的是化肥和殺蟲劑的使用大幅增加。化肥是幫助植物生長的營養物質，而殺蟲劑則是用來殺死害蟲的化學物質。與50年前相比，全世界現在使用的化肥和殺蟲劑分別增加了23倍和50倍。如今，大部分農業工作都由機器完成，包括耕地、播種、施肥、採摘和運輸（圖18.23）。在美國，每年約有17%的能源消耗用於農業。
綠色革命極大地提高了農場的生產力。一個世紀前，一個農民只能生產出足夠供2.5人食用的食物，而現在一個農民可以養活超過130人。由於這種生產力的提高，綠色革命被認為養活了原本無法生存的10億人口。
另一方面，為了維持人口的持續增長，農業需要進一步的進步。我們透過自己的智慧提高了地球對人類的承載能力：種植農作物、貿易所需的物資，以及設計方法來開發難以獲取的資源，比如地下水。問題是，儘管我們提高了地球的承載能力，但我們是否已經超過了它？地球上的人類是否正經歷**人口過剩**？
關於人口增長的觀點很多。十八世紀，托馬斯·馬爾薩斯預測，人口將持續增長，直到我們耗盡資源。屆時，人類將成為饑荒、疾病或戰爭的受害者。一些科學家認為，地球的承載能力約為10億人，而不是我們今天擁有的近70億人。我們是如何走到今天的？隨著我們運用智慧和科技拓展資源，許多制約因素髮生了變化。我們能否在未來繼續這樣做？我們現在的人口和對環境的影響是否超過了地球的承受能力？
人類與環境
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伴隨著綠色革命帶來的糧食增產，地球也承受著巨大的影響。更多的糧食使得人口爆炸式增長。自然景觀被改造為農田和城市。目前，地球上無冰覆蓋的土地的一半已經被轉化為人類用途。估計到2030年，這一數字將超過70%。森林和其他景觀被砍伐用來種植農作物或建設城市。河流被築壩，水透過運河輸送到灌溉和民用地區。生態敏感區域被改變：溼地被排幹，海岸線被開發。
現代農業生產方式會產生大量汙染（圖18.24）。一些殺蟲劑有毒。化肥從農田流失，進入湖泊和沿海地區，導致魚類死亡。用於運輸農作物的農業機械和車輛會排放空氣汙染物。汙染物進入空氣、水或被洩漏到土地上。此外，許多型別的汙染物可以在空氣、水和土地之間輕鬆遷移。因此，任何地方或生物體，甚至遙遠的北極地區的北極熊，都無法免受汙染。
人口增加對地球還有其他影響。人類不僅需要食物，還需要清潔水源、安全住所和安全的廢物處理場所。在不同的國家和不同的社會經濟階層，這些需求得到滿足的程度不同。例如，全球約有12億人每天沒有足夠清潔的飲用水和洗澡水（圖18.25）。
很大一部分人口期望獲得更多的東西，不僅僅是滿足基本需求。對於大約四分之一的人口來說，他們有充足的食物、充足的水源和安全的住所。透過供暖和製冷系統可以營造舒適的溫度，機動車或發達的公共交通系統可以實現快速出行，電話和電子郵件可以實現即時溝通，以及其他許多幾十年前人們無法想象的奢侈品。所有這些都需要資源生產和化石燃料驅動。它們的生產、使用和處置都會產生廢物。許多人將這些人的生活中豐富的奢侈品稱為**過度消費**。發達國家的民眾消耗的資源是發展中國家民眾的32倍。
人口過剩和過度消費導致了世界範圍內許多問題。其中一個問題是農場和城市向野生土地擴張，這減少了許多生物的棲息地。此外，灌溉和民用都需要水源運輸。這意味著在河流上修建水壩或鑽井抽取地下水。大量人口聚集在一起需要有效的衛生系統。許多發展中國家沒有足夠的資源為所有公民提供清潔水源。一些孩子死於與環境衛生不良相關的疾病並不罕見。改善各個地區的衛生條件——下水道、垃圾填埋場和食品安全處理——對於防止疾病傳播至關重要。
隨著人口增長，捕撈、狩獵和貿易正在威脅著野生動物。除了在土地改造中失去棲息地外，隨著人口增長，生物還受到狩獵和捕撈的威脅。發達國家對狩獵進行嚴格管控，但許多發展中國家正在因狩獵而失去許多本地動物。野生魚類捕撈速度過快，許多海洋魚類資源正處於危險之中。
當人類將不屬於某個棲息地的物種引入時，也會對生態系統造成問題。**入侵物種**有時是人為引入的，但它們也經常意外地被帶入，比如船上的老鼠。入侵物種在其新環境中往往會造成重大影響。一個令人痛心的例子是澳大利亞棕樹蛇，它已經消滅了關島上13種本地物種中的9種（圖18.26）。
汙染是農業、城市化以及商品生產和消費的副產品。全球變暖是化石燃料燃燒的結果。
讓我們回到人類是否已經超過地球對我們物種的承載能力的問題。如果資源消耗速度超過其再生速度，則承載能力將被超過。如果環境遭到破壞，承載能力也會被超過。
因此，我們最初問題的答案似乎是肯定的。許多資源的消耗速度遠遠超過其補充速度。最好的農田已經投入使用，更多邊緣土地正在開發。發達國家的大多數河流以及發展中國家的許多河流已經被築壩。地下水的開採速度遠遠超過其補充速度。化石燃料和許多礦產資源也是如此。森林正在被砍伐，野生魚類正在被過度捕撈。人類導致野生物種滅絕的速度增加了至少100倍，超過了正常滅絕速度。
此外，隨著景觀被改造，生物滅絕，地球被汙染，環境的穩定性下降。儘管世界上活著的人比以往任何時候都多，但其中許多人並沒有安全的生活。世界上許多人生活在貧困中，勉強有足夠的糧食。他們往往沒有安全的飲用水和洗澡水。許多兒童在5歲之前死於疾病。
可持續發展
[edit | edit source]如今，**可持續發展**是一個引發大量討論的話題。可持續發展是指在保護環境和防止自然資源消耗速度超過再生速度的情況下，幫助人們擺脫貧困的發展模式。它是一種允許人們以不快於資源再生速度的方式使用資源的發展模式。
實現更可持續未來的最重要步驟之一是降低人口增長速度。近年來，這種情況正在發生。研究表明，隨著女性受教育程度的提高，出生率會下降。受過教育的女性往往生育更少，孩子也更健康。
科學可以成為可持續發展的重要組成部分。當科學家瞭解地球自然系統的運作方式時，他們就能認識到人類對這些系統的影響。科學家可以致力於開發技術，以明智的方式解決問題。魚類養殖是一種可以幫助可持續發展的做法，只要它以環保的方式進行。工程師可以開發更清潔的能源，以減少汙染和溫室氣體排放。
公民可以透過要求可持續生產的產品來改變自己的行為，減少他們對地球的影響。砍伐森林時，應該種植新的樹木。採礦應該以不破壞景觀的方式進行。人們可以少消費，更多地思考他們的消費行為的影響。
課程總結
[edit | edit source]- 生物種群的數量受到限制其增長的因素控制，保持在棲息地的承載能力範圍內。
- 透過發展農業和其他技術，人類人口已經遠遠超過了任何自然的種群限制。
- 地球上許多人生活在貧困中，沒有足夠的糧食、清潔水源或住所。
- 人口過剩和過度消費導致資源過度使用，產生大量汙染。
- 為了確保我們物種和其他與我們共享地球的物種的長期未來，社會必須選擇更可持續的發展模式。
- 如果磷是生態系統中一個物種的限制性因素，磷的含量增加，該物種的種群數量會發生什麼變化？承載量會發生什麼變化？
- 說出一些可能導致種群數量增加的因素。儘量包括儘可能多的型別。
- 從出生和死亡數量的角度，詳細解釋一下你認為為什麼人類種群增長如此迅速？
- 如果地球上所有的人都被允許只進行自我替代（也就是說，每個人只能生育一個孩子，或者每對夫婦只能生育兩個孩子），那麼
未來十年，地球的種群數量會怎樣？會減少、增加還是保持和現在一樣？
- 農業在人類種群中扮演著什麼角色，為什麼？
- 討論綠色革命的利弊。
- 在美國，17% 的能源用於農業。如果植物可以透過陽光進行光合作用，為什麼會出現這種情況？
- 對地球未來的威脅更大：人口過剩還是過度消費？生活水平提高對生活在貧困中的人們的影響如何？
- 有什麼證據表明人類正在超過地球對我們物種的承載量？
- 什麼是可持續發展？
- 承載量
- 特定環境所能支援的特定物種個體數量。
- 綠色革命
- 自第二次世界大戰以來，糧食生產方式發生了變化，導致產量大幅增加。
- 入侵物種
- 在非本地地區擴散並對本地植被造成負面影響的生物物種。人們通常有意或無意地引入入侵物種。
或意外地。
- 限制因素
- 限制一個地區種群數量的因素。限制因素可以是營養物質、水、空間或任何其他物種所需的生物或非生物因素。
- 過度消費
- 從長遠來看不可持續的資源使用；獲得比人們需要的更多產品。
- 人口過剩
- 當一個地區的種群數量超過其承載量，或者對資源可用性或環境造成長期損害時。
- 殺蟲劑
- 一種化學物質，可以殺死會吃掉或傷害人類想要種植的植物的特定害蟲。
- 可持續發展
- 幫助人們擺脫貧困，以可再生速度使用資源，並保護環境的經濟發展。
- 出生在美國的嬰兒一生對地球的影響，與出生在塞內加爾的嬰兒相比，有多大？
- 減少消費如何影響全球變暖？
- 普通人真的可以改變社會，使其朝著更可持續的生活方式發展嗎？