第八章 自然地理面的核心——生物第一节 自然地理质量评定依据

地球形成之后相当长的一段时间里，依然是没有生命的。那么现在世界上已有的一百多万种动物、三十多万种植物和十几万种微生物，是从那里来的呢？这是个十分引人的问题。几千年来，它消磨了不少人的睡眠，直至今日，这个问题仍然没有得到完满的解决。一般的看法是：地球形成后，逐渐地产生了大气，出现了水，具备着可以产生有机物的物质，这样给有机物的出现奠定了基础。有机物并不等于生命，但有机物的产生却是生命体形成的前提。生命是蛋白质的存在形式，因此没有蛋白质和核酸，就不会有生命。原始生命的形成，有赖于简单有机物向氨基酸等一类复杂有机物的转化。有人在 1969 年曾经作过计算，认为原始生命这种事件在地球上产生的可能性， 只有 10200 或 104000 分之一的机会。我们且不去讨论这种估算的真确性如何， 仅从这些数字去看，生命的产生的确不是十分容易的。难怪宇宙中众多的星体，经过科学家们的日夜寻觅，截止目前，在其它星球上仍然得不到有生命存在征象的确证。但是，在我们地球上却能够繁衍这样多的生命体，真可算是得天独厚了。我们从来也不排斥宇宙中有生命体存在的推想，但可以想象， 即使有也决不可能是十分普遍的，因为形成生命的几率实在是太小了。

五十年代中期，米勒曾经做过一个有名的试验，他用甲烷、氨、氢、和水汽混合成一种与原始大气成分基本相同的气体，放入真空的玻璃容器中， 模仿原始地球的自然环境条件，经过八天后，最终在完全非有机界的成分中获得了五种构成蛋白质的重要氨基酸。说明了有机界来源于无机界，生命来自于非生命。现今地球上已知的这 150 万种生物，是生物长期进化的结果。

其最早出现大约在 32 亿年之前，那就是前不久在南非太古代地层中发现的古杆菌和巴贝通球藻化石，它们只是一种单细胞。以后经过不断的进化，现在的生命体是越来越复杂了。以一个成年人为例，其个体的组成约有 1800 万亿个细胞。

生物体有其内在的规律，每个个体从其产生、发展到消亡，必然要遵循这种规律，同时又必然和外部环境条件相适应，因此它们本身就成为自然地理中又一类特殊的成分。

生命个体从无机物中产生，最后衰亡又回归到无机界，完成自己的循环， 这一点对于所有生命体来说都是共同的。寿命短的如细菌，大约每 15—60 分钟就分裂一次；蘑菇生长期不到一个月，干旱地区的某些草，能在几周内， 借助于难得的一点降雨，迅速地完成自己的生命周期。但大象可以活到一百多岁，1737 年在印度洋捕获的一只海龟，当时已有一百年左右，至今还活着， 大约已有三百多岁了。北美洲的巨杉有的已活了四千多年，墨西哥的柏树和澳大利亚的铁树，有的甚至已生活了一万年以上。但其基本过程决定着它们仍然要消亡。或者是延续了后代，或者是被淘汰而代之以其它更适应环境的生物，地质历史上的生物进化过程完全证明了这一点。

前面的章节中已经提到过生物体的分布，存在一个狭窄的范围。它们只能在地球表面上形成一个薄薄的圈层，其体积的绝大多数集中于自然地理面内。因此，自然地理面是生命得以繁衍的最优场所。同时，正是由于生物圈的存在，也使自然地理面中又诞生了一个独特的和重要的组成部分。在长期

的实践过程中，人们逐渐认识到，生物圈本身反映自然要素的综合效果特别灵敏。就植物而言，树木发芽的时间，草转绿的生理活动，一年生植物的生命过程等，无一不取决着自然环境的变化。尤其要取决能量和水分这两个最基础要素的变化。特定的植物类型，生长于特定的能量和水分的组合之中， 它们都存在着严格的保持自身生长的界限。例如，传统的气候学家通常使用自然要素中一个或数个作为指标，来对世界气候进行分类。柯本以及后来的桑斯威特，都作出了知名的世界气候划分。令人十分惊异的是，他们所作出的这种分类，竟然同世界的植物分布十分接近，甚至完全吻合。

研究生物与环境关系的重要意义，在于它可以揭示出进行自然地理环境质量评定的途径。人类为什么要改造自然？我们改造自然的标准又是什么？ 这是自然地理学者必须面对的问题之一。回答这类问题，首先要知悉人类所要求的自然地理质量最优标准是什么？目前的地理区域中的现实质量又是什么？与这个最优标准的差距有多少？进行改造后这个区域的动态演化趋势如何？等等⋯⋯，我们认为，改造自然的目的，就是要创造这样一个环境，在这种环境中，一个地区的“初始生产力”可以接近或达到其理论上最大值。距这个理论最大值越近，自然地理环境的质量就越高。围绕达到这个最大值去研究各种自然要素的最优组合，并对自然环境的演化作出预断和模拟，从而使得一个系统中的自然地理熵趋于最小，而系统中可利用的自由能达到最大限度。这就是我们的目的。否则，所谓的改造自然也就失去了准则。

目前世界上有识见的自然地理学家，尽管他们的表达方式及研究的兴趣很不相同，但是都十分注重生物与环境关系的探讨。近年来，迅速发展的环境科学、生态系统、生产潜力研究等，都显示了这种倾向。我们再次强调， 评价自然地理环境的优劣，唯一的要看该环境距其应有的最大生产力的差值来定。这个最大生产力就是以生物量作为标志的。在这种意义上来看，研究生物与环境的关系，是自然地理学的又一基本问题，也是改造自然的理论依据。

研究生物与环境关系的第二个意义在于，目前世界上每年约增加 7，500 万人口，也就是说每天平均增长 20 万人。据统计，每秒钟就有 4 个婴儿出生

（1975 年的统计）。按照这样的增长速度，到本世纪末，世界人口可望达到70 亿。人口的增长，必然应当有相应的物质保证，如何发挥地球表面的自然生产潜力，越来越为世界各国所关注。这就从又一个很现实的角度，提出了同一个严肃的问题。

在长时间努力探索后，人们终于发现，整个生物界绝对地依赖于光合作用。在地球上，绿色植物（当然也包括其它一些类似于绿色植物功能的生物， 我们用绿色植物概括之）是唯一的将无机物直接转化为有机物，从而转变太阳辐射能为化学能的过程。假如这个过程停止了，任何别的过程都不能恰当地代替它。非光合生物，如庞大的动物界，其生存则依赖于消耗植物而生存。这种互相制约的过程，其速度是如此之高，以致于就目前的世界生物量水平而论，如光合作用不再产生新的有机物来维持和不断补充的话，其食物储存很快就会消耗殆尽，至少高等形式的生命将在 25 年左右绝迹。人类的食物也是如此，要么直接取食于植物，要么取食于直接吃植物过活的动物（如猪、羊等），总之，其生活的基本来源最终归结于绿色植物。就是日常使用的能源（除原子能外），也来自于绿色植物在地质时代的贮存，陆地上如此，在海洋中也是一样。这样由绿色植物、食草性动物、食肉性动物，共同组成了

全球性的完整的食物链，在微生物的作用下，不断地进行着生物循环，成为自然地理面中的一个独立体系，同生物以外的自然环境进行着物质和能量的交换。有鉴于此，人们把绿色植物的生产力，称之为“初始生产力”，也有人称之为“第一性生产力”，它是决定其它一切生物的基础。世界的植物量特别大，约比动物量大几百倍乃至上千倍。只有它的数量极大地提高了，依靠它生存的动物和人类才有了物质基础。这样，世界各国致力于发展农业， 就必然要进行改造自然和加强生物与环境关系的研究。