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9.1：生态系统多样性

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    大规模衡量生物多样性涉及测量生态系统的多样性、地球或地理区域内不同生态系统的数量及其相对丰度（图\(\PageIndex{a}\)）。 生态系统的丧失意味着物种之间相互作用的丧失以及生态系统能够创造的生物生产力的丧失。 北美生态系统基本灭绝的一个例子是草原生态系统（图\(\PageIndex{a}\)）。 草原曾经横跨北美中部，从加拿大北部的北方森林一直延伸到墨西哥。 它们现在几乎消失了，取而代之的是农田、牧场和郊区的蔓延。 许多物种得以存活，但是创造我们生产力最高的农业土壤的生产力极高的生态系统现在已经消失了。 因此，除非付出巨大代价进行人工维护，否则它们的土壤现在正在枯竭。

    在网球场潜水点 Flynn Reef，两条太平洋双鞍蝴蝶鱼在珊瑚的背景下。

    一片连绵起伏的草原，就眼睛所见，只有高大的棕色草丛
    图\(\PageIndex{a}\)：地球上生态系统的多样性——从珊瑚礁（上）到草原（下图）——使物种的多样性得以存在。 上图由 Wise Hok Wai Lum（CC-BY-SA）拍摄。 底部图片修改自 USFWS 的 Jim Minnerath。

    上面描述的土壤生产力是生态系统服务的一个例子。 这些是与生物系统相关的产品和过程，对人类福祉具有直接或间接的巨大价值。 一些生态系统服务是诸如调节气候、洪水和疾病之类的过程。 养分循环、授粉和农作物害虫调节是生态系统服务，对粮食生产很重要（参见下面的粮食生产和生态系统服务方框）。 水循环提供淡水，光合作用为我们的空气添加氧气。 其他生态系统服务是人类供应，包括食物、燃料和纤维（例如用作衣服或木材的棉花）。 药物是另一项重要规定（参见物种多样性的重要性）。 此外，健康的生态系统允许远足、皮划艇和露营等娱乐活动以及实地考察等教育机会。 自然也是许多文化所持有的美学和精神价值的很大一部分的基础。

    1997年，罗伯特·科斯坦扎和他的同事估计生态系统服务的年价值为33万亿美元（按2019年美元计算为53万亿美元），许多人认为这是低估的。 相比之下，2020年美国的国内生产总值为21万亿美元。 评估生态系统服务可能很困难，特别是对于那些属于流程而非供应的服务。 一种策略是计算重置成本。 例如，如果不受自然过程的监管，控制害虫种群的成本是多少？ 该图\(\PageIndex{b}\)说明了一些生态系统服务的价值。

    森林、鱼类和潜水员说明了三种生态系统服务的价值。
    图\(\PageIndex{b}\)：三种生态系统服务的价值。 问题是 “生态系统服务的成本是多少？” 2010 年 TEEB（生态系统和生物多样性经济学）报告部分回答了这个问题。 森林提供的温室气体减排（限制气候变化）的价值为3.7万亿美元。 不可持续的渔业影响了鱼类的供应，损失了500亿美元。 旅游业等珊瑚礁服务价值3000万美元。 价值以 2010 年的美元为单位。 目前，这些价值均未计入世界经济中。 数据来自《生态系统经济学和生物多样性综合报告》。 图片来自未来挑战赛（CC-BY-SA）。

    粮食生产和生态系统服务

    粮食生产依赖于多种相互作用的生态系统服务。 大多数土壤含有大量维持养分循环的生物，将有机物分解成作物生长所需的营养化合物。 这些生物还保持土壤质地，这会影响土壤中的水和氧气动态，这是植物生长所必需的。 在形成可耕地（可耕地）土壤中取代这些生物的工作实际上是不可能的。 它们存在于土壤生态系统等生态系统中，这是生活在那里的生物多样化代谢活动的结果，但它们为人类的食物生产、饮用水的供应和可呼吸的空气提供了好处。

    与粮食生产相关的其他关键生态系统服务是植物授粉和作物害虫防治。 据估计，美国境内的蜜蜂授粉每年带来16亿美元的收入；其他传粉媒介贡献高达67亿美元。 在美国，超过150种农作物需要授粉才能生产。 许多蜜蜂种群由养蜂人管理，他们将蜂巢的服务出租给农民。 北美的蜜蜂种群因一种被称为菌落崩溃障碍的综合征而遭受了巨大损失，这种现象的原因复杂且相互作用。

    其他传粉媒介包括各种各样的其他蜜蜂物种以及各种昆虫和鸟类。 这些物种的丧失将使种植需要授粉的农作物变得不可能，从而增加对其他作物的依赖。 克莱尔·克雷门（Claire Kremen）及其同事在2002年进行的一项研究发现，加利福尼亚中部的本地传粉媒介（历史上出现在那里的传粉者；图\(\PageIndex{c}\)和d）为西瓜作物提供了全面的授粉。 只有位于这些传粉媒介自然栖息地附近的有机农场才是这样，这突显了可持续耕作方式和栖息地保护在保护生态系统服务方面的重要性。 从本质上讲，在一个健康的生态系统中，本地传粉媒介消除了对租用蜜蜂蜂箱的需求。 请注意，虽然蜜蜂在农业环境中很有价值，但它们并非原产于北美，并且可以通过与本地蜜蜂竞争来破坏生态系统。

    一只黑色和黄色的模糊大黄蜂在排列在球体中的洋红色小花上觅食
    图\(\PageIndex{c}\)：加州大黄蜂（B ombus californicus）是克雷门及其同事研究中提供西瓜授粉的几种本地昆虫之一。 图片由杜鹃花（CC-BY-SA）提供。
    一只蓝色的果园蜜蜂坐在枯叶上，有着坚固的金属身体。
    图\(\PageIndex{d}\)：梅森蜜蜂是高效的传粉媒介，许多原产于北美。 图片由罗伯特·恩格哈特（CC-BY-SA）拍摄。

    最后，人类与农作物害虫争夺食物，其中大多数是昆虫。 杀虫剂控制着这些竞争对手，但这些杀虫剂价格昂贵，并且随着害虫种群的适应，随着时间的推移会失去效力。 它们还会杀死非害虫物种和蜜蜂等有益昆虫，并危及农业工人和消费者的健康，从而导致附带损害。 此外，这些杀虫剂可能会从施用地迁移，对溪流、湖泊甚至海洋等其他生态系统造成损害（参见工业农业和环境毒理学）。 生态学家认为，清除害虫的大部分工作实际上是由这些害虫的捕食者和寄生虫完成的，但其影响尚未得到充分研究。 一项评论发现，在研究景观复杂性（农田附近的森林和休耕地）对害虫天敌的影响的研究中，有74％的复杂性越大，抑制害虫的生物的作用就越大。 另一项实验研究发现，引入豌豆蚜虫（一种重要的紫花苜蓿害虫）的多个敌人可以显著提高紫花苜蓿的产量。 这项研究表明，多种害虫比一种单一害虫更有效地控制。 害虫敌人丧失多样性将不可避免地使种植食物变得更加困难和昂贵。 不断增长的世界人口面临着与生产粮食相关的成本增加和其他困难的重大挑战。

    参考文献

    Costanza、R.、d'Arge、R.、de Groot、R. 等。 世界生态系统服务和自然资本的价值。 自然 387、 253—260 (1997)。 DOI

    C. Kremen、Williams、N.M. 和 R.W. Thorp，R.W. 来自本地蜜蜂的农作物授粉受到农业集约化的威胁。 PNAS 99、 6812-16816 (2002)。 DOI

    归因

    由 Melissa Ha 从以下来源修改：