一句話概括就是：
生物生活環(huán)境中的生態(tài)因素,包括非生物因素和生物因素,能夠影響生物的生活,生物的生存依賴一定的環(huán)境,每一種生物必須依賴一定的環(huán)境,因此,生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能等必須適應(yīng)環(huán)境,同時,生物的活動也影響著環(huán)境,生物和它所生存的環(huán)境之間的關(guān)系是相互影響、相互作用,是密不可分的統(tǒng)一的整體.
生物與環(huán)境的關(guān)系
生物與環(huán)境之間相互關(guān)系是生態(tài)學(xué)研究的主要內(nèi)容.了解生物與環(huán)境之間的相互關(guān)系,顯然是研究生態(tài)學(xué)和生態(tài)文化的基礎(chǔ).生物與環(huán)境之間的相互關(guān)系錯綜復(fù)雜,很難用簡短的幾句話來概括,但我們可以從歷史沿革的角度對其有一個比較恰當(dāng)?shù)睦斫?[1]
簡而言之,生物與環(huán)境之間相互關(guān)系可以從以下三個方面概括.
一、生命是環(huán)境的產(chǎn)物
地球形成早期,表面籠罩著原始的還原性大氣,沒有氧氣、臭氧層,紫外線強(qiáng)烈地照射著地面,地球上沒有任何生命,只有淺海、巖石和籠罩其上的薄層氣體.
生命的起源經(jīng)歷了漫長的化學(xué)演化過程.一般認(rèn)為生命的化學(xué)演化經(jīng)歷了4個階段：從無機(jī)小分子到有機(jī)小分子、從有機(jī)小分子到大分子、從大分子到多分子體系、從多分子體系到原始生命.有關(guān)生命化學(xué)演化的認(rèn)識主要源于間接證據(jù)和理論推斷.這里僅列舉兩個相關(guān)證據(jù).
1）1953年,芝加哥大學(xué)學(xué)者米勒（Stanley Miller）在實(shí)驗條件下模擬40億年前地球表面的原始大氣,并在其中通過火花放電成功地用無機(jī)物（如氨、甲烷、氫等）合成了多種類型的小分子有機(jī)物,其中含有11種氨基酸.米勒實(shí)驗證明了生命進(jìn)化的化學(xué)過程（從無機(jī)小分子到有機(jī)小分子階段）可能在四十幾億年前就已經(jīng)存在了.現(xiàn)在,天然蛋白質(zhì)中所含有的20余種氨基酸,都可以在類似的實(shí)驗條件下合成.
2）中國科學(xué)院化學(xué)所的趙玉芬院士研究發(fā)現(xiàn)了N－磷酰氨基酸的自催化作用（N－磷酰氨基酸可以自組裝生成多肽,并將核苷磷?；铣珊塑账?因此,N－磷酰氨基酸在一個反應(yīng)過程中就可以同時生成肽庫、核酸庫,或肽－核酸復(fù)合庫）.趙玉芬據(jù)此提出了核酸—蛋白質(zhì)共同起源假說.同時她認(rèn)為：磷酰氨基酸既可同時生成核酸和蛋白質(zhì),又可生成LB－膜及脂質(zhì)體,因此,它是生命進(jìn)化的最小系統(tǒng).[2]
經(jīng)歷了漫長的化學(xué)演化過程,大約在距今35~38億年間地球上出現(xiàn)了原始的生命——單細(xì)胞原核生物藍(lán)綠藻（Cyanophyta）.地球上原始生命的出現(xiàn)標(biāo)志著生命演化進(jìn)入了一個新階段——生物演化階段.原始的生命在遺傳、變異和自然選擇的長期作用下,經(jīng)歷了由低級到高級、由簡單到復(fù)雜的演化過程,形成了現(xiàn)存的多樣性的生物類群.據(jù)估計,目前地球上至少有1000萬種生物.
二、生命在進(jìn)化與發(fā)展過程中對環(huán)境產(chǎn)生重大影響
生命的出現(xiàn)是地球歷史上的重大事件.生命的演化對地球環(huán)境產(chǎn)生了巨大的影響.下面以大氣層的變化、土壤的形成、綠色植物登陸等為例具體說明.
2.1 生物在進(jìn)化對大氣的影響
地球形成于大約距今46億年前.那時地球上的溫度很低,外面圍繞著以氫和氦為主的大量氣體,這是地球上的第一代大氣.后來,地球在繼續(xù)旋轉(zhuǎn)和聚集的過程中,由于本身的凝聚收縮和放射性物質(zhì)的蛻變生熱,使原始地球不斷升溫,內(nèi)部達(dá)到熾熱的程度.由于重力的關(guān)系,密度大的物質(zhì)沉向地球的內(nèi)部,形成地核和地幔；較輕的物質(zhì)則分布在地球的表面,形成地殼.最初形成的地殼比較薄,而地球內(nèi)部的溫度又很高,因此,火山頻繁活動,從火山噴出許多氣體形成第二代大氣,又叫原始大氣.原始大氣的成分大致包括甲烷、氨、水蒸氣、氫等,沒有氧屬于還原性大氣.正是這種還原性大氣,在一定條件下形成了各種無機(jī)物和有機(jī)物,為地球上原始生命的起源創(chuàng)造了條件.
原始地球表面的還原性大氣（沒有氧氣,也沒有臭氧層,紫外線直接照射地球表面）、強(qiáng)烈的紫外線照射（紫外線具有表面消毒的作用,在微生物技術(shù)中通常作為表面消毒殺菌的手段）和較大的晝夜溫差都不利于生物的生存.所以,原始地球表面不具備生命普遍存在的自然條件.但是由于水所具有的特殊性質(zhì),它可以有效地反射、吸收紫外輻射.在水體的一定深度,紫外輻射可以衰減到對生物沒有損害的水平.而水較大的比熱容和特殊的溫度—密度效應(yīng),為生物的生存提供了條件.所以,原始生命起源于海洋一點(diǎn)也不意外.而且原始生命在產(chǎn)生以后相當(dāng)長的一段時間里,海洋依然是其最主要或者唯一的生活環(huán)境.
原始的生命在海洋中繁殖、蔓延,消耗CO2,釋放O2.加上大氣層中的水分也在不斷的光解產(chǎn)生游離氧,大氣中游離氧逐步增加,還原性的大氣逐漸轉(zhuǎn)變成氧化性大氣；并逐漸形成了臭氧層,減輕了地球表面紫外線輻射的強(qiáng)度；隨著大氣層的逐漸加厚,地球表面的晝夜溫差也逐步縮小等等.由于原始生命的起源和演化,對地球環(huán)境產(chǎn)生了有利于生物在地球上普遍存在的影響.當(dāng)然,原始生命的生命活動對地球環(huán)境產(chǎn)生的影響主要停留在定性改變的水平.
如前所述,臭氧層猶如地球生物的保護(hù)傘,它的形成減輕了地球表面的紫外輻射,為地球生物的生存創(chuàng)造了必要的條件.而恰恰是這個為地球生物早期發(fā)展和長期生存創(chuàng)造必要條件的保護(hù)傘,由于人類的活動正在面臨滅頂之災(zāi).從這個意義上講,地球環(huán)境正在發(fā)生不利于生物生存的逆向演化.
2.2生物因素是土壤形成的關(guān)鍵因素
土壤是地球表面具有一定肥力且能生長植物的疏松層.土壤的形成經(jīng)歷了漫長的過程,是巖石圈表面經(jīng)過漫長的物理風(fēng)化,化學(xué)風(fēng)化和生物作用的產(chǎn)物.物理風(fēng)化的本質(zhì)是借助物理作用將地表整塊巖石分解成大量小碎塊的過程.化學(xué)風(fēng)化則改變了巖石的化學(xué)組成,其中地表（地下）水和大氣中O2、CO2的作用最為重要,化學(xué)作用使成土礦物分解,形成以粘土礦物為主的松散物質(zhì),即通常所說的風(fēng)化殼.生物在土壤形成過程中的作用最為關(guān)鍵.生物作用是通過生物的新陳代謝和生物死亡后的生物降解作用實(shí)現(xiàn)的.生物腐爛形成腐殖質(zhì),改善了土壤的結(jié)構(gòu)、增加了土壤中的N、P、K和碳水化合物等營養(yǎng)成分,使風(fēng)化殼最終形成土壤.土壤的形成為陸生生物的生活提供了基質(zhì),為陸生生物的登陸創(chuàng)造了條件.
土壤資源屬于可更新資源,就全球而言,土壤的自然形成過程一直在繼續(xù),只是其速度非常緩慢.據(jù)估計,在現(xiàn)實(shí)條件下,每形成1cm的土壤大約需要100~400年的時間.也就是,形成30cm的耕作層大約需要3000~12000年.迄今為止,人類所需食品的大部分和95％以上的蛋白質(zhì)都直接、間接地來源于土壤.土壤是人（或動物）與自然聯(lián)系的紐帶,“大地母親”的稱謂在多種文化中都有體現(xiàn).這也是土壤之于人類關(guān)系的重要見證.
正是這種對于人類生存至關(guān)重要的土壤資源,也正在由于人類不合理的利用和破壞,正在失去生命的活力.這意味著人類賴以與自然聯(lián)系的紐帶正在斷裂,大地母親正在走向衰弱.
工業(yè)化、城市無節(jié)制的擴(kuò)張以及交通的現(xiàn)代化正在大規(guī)模地吞噬著土地的精華——耕地.不合理的耕作制度和大規(guī)模的植被破壞,導(dǎo)致土壤侵蝕的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于土壤再生的速度（即使是在水土保持工作較先進(jìn)的美國,耕地土壤遭受侵蝕的速度每年平均約為13t/ha,比土壤自然形成的速度還要快上10倍.而世界其他地區(qū)每年土壤侵蝕平均速度是美國10倍多,約為土壤自然生成速度的100多倍.[3]）,導(dǎo)致土壤肥力下降,地表水、地下水和海水富營養(yǎng)化,水生生態(tài)系統(tǒng)健康受到嚴(yán)重威脅.以我國為例,黃河流域最高侵蝕規(guī)模達(dá)到350t/ha,整個黃河流域水土流失總量為16×108t/年；長江流域土壤侵蝕規(guī)模為150-450t/ha,整個長江流域水土流失總量為22-25×108t /年.全國每年有100多億噸的沃土付諸東流,相當(dāng)于1000萬畝耕地30厘米厚的耕作層,其流失的氮、磷、鉀等養(yǎng)分大于全國化肥施用量,而有機(jī)質(zhì)的損失永遠(yuǎn)也難以彌補(bǔ).[4] 土壤流失大于土壤自然生成的速度,不能得到有效的補(bǔ)充,造成的直接后果是土壤貧瘠化,土地生產(chǎn)力下降,甚至沙漠化或石漠化（完全失去土壤）.沃爾特•洛德米爾克在描述敘利亞北部古文明遺址時這樣寫到：此處的土壤侵蝕最為嚴(yán)重……如果土壤留下了,即使城市被毀掉也能重建,人民流散了也會重聚,由于土壤走了,一切便都不在.[5] 要使土壤流失的速度小于土壤生成速度,實(shí)現(xiàn)土壤存量的增長,就必須大量恢復(fù)天然植被、改變現(xiàn)行的農(nóng)作方式（從化石農(nóng)業(yè)到有機(jī)農(nóng)業(yè)或生態(tài)農(nóng)業(yè)、從深耕細(xì)作到少耕,甚至免耕；從連續(xù)種植,到輪休輪作等）,實(shí)現(xiàn)向環(huán)境友好型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)型.
2.3 綠色植物登陸對地球環(huán)境的影響
綠色植物登陸是地球生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)化史上的重大歷史事件.迄今為止,發(fā)現(xiàn)的地球上最早的陸生植物化石,出現(xiàn)在距今4億年前的晚志留紀(jì)至早泥盆紀(jì)的陸相沉積物中.這表明,綠色植物的登陸發(fā)生在距今4億年前.綠色植物的登陸,改變了以往大陸一片荒漠的景觀,使大陸逐漸披上綠裝而表現(xiàn)出勃勃生機(jī).不僅如此,陸生植物的登陸、進(jìn)化與發(fā)展,完善了全球生態(tài)體系.與單細(xì)胞的海生藻類相比,陸生植物不僅具有更加強(qiáng)大的生產(chǎn)能力,而且其光合作用過程中大量吸收大氣中的CO2,排放游離O2,從而大幅度改變了大氣圈成分的比例.如果說原始生命改變了大氣的性質(zhì)（從還原性大氣到氧化性大氣）,毫無疑問綠色植物的登陸為提高大氣中游離O2的含量做出了重大貢獻(xiàn),最終形成了現(xiàn)存的大氣.因此,4億年前的植物登陸成功是地球發(fā)展史上的一個重大事件,甚至可以說,如果沒有綠色植物登陸的成功,就不會有今天的地球生態(tài)系統(tǒng).