第二節 環境脅迫理論

環境脅迫理論是論述對生態系統的發展產生約束性作用的環境因素的理論。環境脅迫 (environmental stress) 是指環境對生物體所處的生存狀態產生的壓力，可以分為急性環境脅迫和慢性環境脅迫。

脅迫 (stress) 原本用于逆境生理學的研究中，是生物所處的不利環境的總稱。在生態學中“脅迫”概念，學者們有不同理解：美國生態學家奧德姆等認為，脅迫是生態系統正常狀態的偏移或改變；Barrett等(1976) 將脅迫視為與“反應”( response) 意義相關的概念；Knigh等(1981) 把脅迫定義為作用于生態系統并且使系統產生相應反應的刺激。廣義的脅迫可概括為引起生態系統發生變化、產生反應或功能失調的作用因子。隨著世界人口的增長和消費力度的提高，科學技術得到長足發展。但與此同時，由于人類活動范圍的擴大、程度的加深，環境資源受到了很大的破壞，環境對很多生物體引起的脅迫日益嚴重。從人類發展的歷史來看，古代社會基本處于農耕社會，農業生產基本圍繞畜牧和農耕生產，人類改造生物圈的能力有限，即使破壞了生態系統，由于人口數量相對很少和生態系統的自身恢復能力，環境破壞力度和水平不具備大范圍破壞生態系統的能力。真正意義上的破壞生態系統是從工業革命以來。人類不斷發展，人口數量增加，人工破壞生態系統的能力進一步增強，人工生態系統不斷擴展，因此自然生態系統不斷地縮小，植物品種數量減少，許多野生生物不斷地滅絕。由于工業發展需要，大量礦石被開采，人類破壞生態的力度開始向巖石圈地帶擴展，持續加速生態環境的破壞和平衡力度；進入20世紀，尤其后半葉，隨著工業經濟和農業發展迅猛，世界大范圍使用化石燃料，人們破壞環境的力度開始向大氣圈擴散，水環境污染問題、大氣環境污染問題頻發造成大氣圈和水圈的質量惡化，引發世界范圍生態危機和氣候問題，環境脅迫現象日益增多。

一 氣候變化脅迫

氣候變化問題成為環境領域的熱點問題。溫度是農作物生長的重要因素，并決定農作物的時空分布，農作物總是在達到特定溫度總量時才能完成生長周期，不同農作物有其合適的溫度空間，其必定要達到溫度總量后才能正常發育生長。如果一些地區干旱高溫持續影響，容易導致植物發育期提前或者影響農作物生長期的正常生長，導致農作物需水受到限制，高溫脅迫嚴重時易出現農作物用水困難導致莊稼減產或者絕產。

極端低溫天氣和高溫天氣在全球層出不窮，溫度脅迫包括低溫脅迫和高溫脅迫兩種。作物所處環境中溫度過高引起的生理性傷害稱為高溫傷害，又稱為熱害 (蔣三登，2006)。高溫脅迫對植物的直接傷害是蛋白質變性，生物膜結構破損，體內生理生化代謝紊亂。熱害往往與干旱并存，造成失水萎蔫或灼傷。高溫脅迫還誘發多種病蟲害，如黑斑病、炭疽病，以及避債蛾、蚜蟲、蚧殼蟲、蝗蟲的大爆發，對農業生產十分不利。

低溫脅迫是對植物耐寒性的檢驗，植物耐寒性是對低溫環境長期適應中通過本身的遺傳變異和自然選擇獲得的一種適應性 (蔣三登，2006)。低溫脅迫是指農作物0℃以下的低溫凍害和0℃以上的低溫傷害。低溫脅迫對農作物的影響巨大。但是關于低溫脅迫對農業影響的問題還存在認識誤區。農作物所具有的耐寒特性是其本身遺傳特性，并且在環境溫度逐步下降的過程中不斷適應，我們稱之為冷馴化和抗寒化。因此，我們在日常生活中總是忽略農作物這種特性，有時將南方熱帶，亞熱帶區域產量較好的良種農作物盲目引種北方，結果可想而知。因此在考慮農作物品種選育時，一定要考慮環境脅迫和溫度脅迫問題，例如緯度差別、海拔差別、氣象差別、土質差別等。一般來說，本地經營多年的農作物在正常情況下是適應當地常規氣候的，但是遇到極端氣候，比如突發的長時間雨雪冰凍天氣，這種天氣情況極易發生在深秋初冬和早春季節，正是作物休眠前和復蘇萌動時期，對農作物的生長發育造成的傷害十分巨大。

二 災害環境脅迫

水是生命之源。水分對作物的重要性不言而喻，農作物離開水無法正常發育生產。農作物對水的需求包括生理用水和生態用水。生理用水用來維持作物養分吸收和運輸。生態用水用來保持作物生長需要的濕度環境，利于作物正常生長。作物光合作用正常情況下產生一份光合生產物，大概需300—800份水，土壤中水量保持60%—80%時，根系才能正常生長，并吸收養分，保證正常運轉。水分脅迫對農作物表現為兩個極端：一是干旱脅迫，二是水澇脅迫 (蔣三登，2006)。

干旱環境和干旱天氣極易使農作物缺水，是各種農作物常受威脅的環境因素。農作物干旱在西北地區來說有三種：一是土壤干旱。土壤中正常用水不足或缺失，會導致作物缺水而受損。二是大氣干旱。在土壤環境并不缺水的條件下，農作物會受干熱風災害和高溫威脅使得強烈蒸騰作用導致作物缺水受害。三是凍害。在西北地區冬春期間，土壤水分結冰或地溫過低，作物根系吸水受到威脅和限制，導致農作物嚴重缺水。西北地區是干旱災害常發區域，在西北內陸地區的沙漠戈壁環境，干旱常發性是區域氣候環境特征；但是在西北地區有些區域干旱的季節性特征十分明顯，如在一些綠洲區域或者灌溉區域，農業用水環境較好，干旱脅迫不是十分嚴重。因此，西北地區干旱因地域不同而有所差異，但總的來說農作物干旱脅迫主要有土壤干旱、大氣干旱、凍害三種狀態。對于農作物來說，干旱脅迫的實質是缺水。即干旱導致作物缺水以致作物不能正常發育生長。Hsiao (1973) 曾將水分脅迫的程度劃分為輕度脅迫、中度脅迫、重度脅迫三種類型，它們的區分標準是土壤相對含水量為8%—10%、10%—20%、20%以上。西北地區干旱脅迫對農作物影響比較深遠，應注意農作物的發育和生長時期，加大應對農作物干旱脅迫的技術研究。

水分脅迫的另外一個表現就是水淹脅迫。水淹脅迫顧名思義就是水分過多，土壤水分過多和大氣濕度過高極易破壞作物體內水分失衡，從而影響農作物生長 (蔣三登，2006)。土壤水分過多總的來說有兩種。一種是土壤中水量過高，處于飽和狀態，我們稱之為“漬水”，又稱漬害；另一種是水分完全充滿土壤，并且地面積水淹沒農作物的個體根部和全株，一般稱為“澇害”。通常來說水分對農作物生長是有利的，水分過多對農作物的傷害的實質是由于積水而導致土壤中缺氮氣并發生二氧化碳累積。有學者研究認為沙土地水淹兩周后氧氣濃度由21%降到1%，而二氧化碳的濃度由0.34%升至為3.4% (Schaffer,1992)。土壤水分過多還會導致農作物中毒，最大脅迫是對土壤多數礦質營養元素的吸收急劇減少，使作物根部和生長新葉的能力進一步降低，最終農作物因淹水致死。西北地區不是水澇災害的常發區域，但是在一些地區季節性水澇災害也時常發生，因此要關注水淹脅迫對農作物的影響。

三 土地污染脅迫

土壤在一定的自然條件和自然地質作用中形成，并具有良好的物理性狀和化學組成，為作物的繁衍生長提供最基本的物質條件和生態環境，其中最主要的物質條件就是水和營養鹽分的豐度和供給條件，大多數情況下，各種土壤都能為作物的生存提供適宜的水鹽環境，然而由于人類的栽培作物對生存條件的適應性和人類對農作物的不懈追求，許多情況下土壤的水鹽條件不適用于農作物的生長，即使在土壤水分良性供給的地方，土壤鹽分太高，仍可產生植物的生理性干旱而不宜作物生長。這種土壤稱鹽漬土，對作物生長構成鹽脅迫。全世界所有大洲都有鹽堿土，不適合作物生長的鹽堿土有10億公頃之多。隨著工業現代化發展，灌溉地和設施面積的擴大，中國目前有各類鹽漬土8180萬公頃，還有1733萬公頃的土壤存在潛在鹽堿化的威脅 (王遵親，1993)。土壤次生鹽日趨嚴重。

土壤鹽漬化的主要危害使土壤中水溶鹽分在植物根系環境中形成很高的滲透壓，抑制根系對水分的營養部分的有效吸收，造成植物生理性干旱，影響植物的正常代謝和生長，嚴重時可使植物死亡，不同作物種類具有不同的耐鹽性能，農業栽培作物一般耐鹽性較差。鹽漬化對農業發展影響逐步加大。如鹽漬化危害較重的新疆，每年土壤鹽漬化災害減產糧食2億—2.5億公斤，棉花2500萬公斤 (張丙乾，1993)。過量的鹽堿土降低土壤的滲透功能、持水能力和有機質活性，使土壤生態環境惡化，不利于作物生長，極易產生風蝕和水蝕，進一步導致土地荒漠化。

四 生態環境脅迫

Cambridge Mass (1970) 認為生態脅迫過程是指人類活動對自然資源和生態環境構成的壓力。人類的生存和發展依賴于自然環境，同時又極大地影響和改變著自然環境。而Holdren和Ehrlich ( 1974)、Ehrlich (1977) 認為作為復合生態系統的組成之一，自然生態環境不僅為人類提供糧食、藥品和工農業生產的原料、工具，而且維持著生命物質的化學循環和生物物種的遺傳進化，更重要的是還保證了人類生存所必需的空氣、水以及活動空間。但隨著人口劇增，資源大量消費、生態環境污染、社會進步以及農業和經濟發展，人類對自然的干擾能力越來越強，強度不斷加大，帶來一系列生態問題，威脅人類的生存和發展。人類活動對生態環境的脅迫有兩層含義：一是資源脅迫，表現為人類對自然資源的過度開發、資源耗竭趨勢；二是環境脅迫，表現為人類為了生存和發展而輸出的污染物破壞了環境凈化平衡能力，造成現有生態環境有不斷惡化趨勢 (苗鴻，2001)。