第六章 生态系统服务及主要生态系统功能 课时安排：4学时 教学目的：通过讲授，让学生掌握以下内容： 生态系统服务的内涵 生态系统服务功能的主要内容 全球主要生态系统类型 陆地生态系统功能 水域生态系统功能 教学方法： 1. 实例讲解启发式引出内容 归纳总结 3. 幻灯片的使用 重点及难点：难点是生态系统服务含义和内涵 重点是生态系统类型和主要功能 第一节 生态系统服务 生态系统服务（Ecosystem Services）是指人类直接或间接从生态系统得到的利益，主要包括向经济社会系统输入有用物质和能量、接受和转化来自经济社会系统的废弃物，以及直接向人类社会成员提供服务（如人们普遍享用洁净空气、水等舒适性资源）。与传统经济学意义上的服务（它实际上是一种购买和消费同时进行的商品）不同，生态系统服务只有一小部分能够进入市场被买卖，大多数生态系统服务是公共品或准公共品，无法进入市场。生态系统服务以长期服务流的形式出现，能够带来这些服务流的生态系统是自然资本。 ????生态系统是生命支持系统，人类经济社会赖以生存发展的基础，零自然资本意味着零人类福利。载人宇宙飞行和生物圈Ⅱ号实验的高昂代价表明，用纯粹的“非自然”资本代替自然资本是不可行的，人造资本和人力资本都需要依靠自然资本来构建。生态系统服务和自然资本对人类的总价值是无限大的，有意义的是生态系统服务和自然资本评价是对它们变动情况的评价。 ????在目前经济社会发展水平上，人们不得不经常在维护自然资本和增加人造资本之间进行取舍，在各种生态系统服务和自然资本的数量和质量组合之间进行选择，在不同的维护和激励政策措施之间进行比较。一旦被迫进行这些选择，我们也就进入了评价过程，无论是道德方面的争论还是评价对象的不可捉摸都无法阻止我们进行评价。以合适的方式评价生态系统服务和自然资本的变动有助于我们更全面地衡量综合国力，有助于我们选择更好地提高综合国力的路径。以货币价值的形式表达不同的生态系统服务和自然资本变动尤其有助于我们进行比较、选择。 ????随着生态经济学、环境和自然资源经济学的发展，生态学家和经济学家在评价自然资本和生态系统服务的变动方面做了大量研究工作，将评价对象的价值分为直接和间接使用价值、选择价值、内在价值等，并针对评价对象的不同发展了直接市场法、替代市场法、假想市场法等评价方法。生态环境评价已经成为今天的生态经济学和环境经济学教科书中的一个标准组成部分。Costanza等人（1997）关于全球生态系统服务与自然资本价值估算的研究工作，进一步有力地推动和促进了关于生态系统服务的深入、系统和广泛研究。 ???? ????注释专栏3.4 ????全球生态系统服务价值美国康斯坦扎等人在测算全球生态系统服务价值时，首先将全球生态系统服务分为17类子生态系统，之后采用或构造了物质量评价法、能值分析法、市场价值法、机会成本法、影子价格法、影子工程法、费用分析法、防护费用法、恢复费用法、人力资本法、资产价值法、旅行费用法、条件价值法等一系列方法分别对每一类子生态系统进行测算，最后进行加总求和，计算出全球生态系统每年能够产生的服务价值。每年的总价值为16～54万亿美元，平均为33万亿美元。33万亿美元是1997年全球GNP的1.8倍。他们的计算结果是：全球生态系统服务每年的总价值为16～54万亿美元，平均为33万亿美元。33万亿美元是1997年全球GNP的1.8倍。 ????资料来源：Costanza et al. The value of the world’s ecosystem services and natural capital. Nature, 1997(387): 253~260. ????（一）生态系统服务的分类 ????与传统意义上的服务（它实际上是一种购买和消费同时进行的商品）不同，生态系统服务只有一小部分能够进入市场被买卖，大多数无法进入市场，甚至在市场交易中很难发现对应的补偿措施。按照进入市场或采取补偿措施的难易程度，生态系统服务可以划分为生态系统产品和生命系统支持功能。生态系统产品是指自然生态系统所产生的，能为人类带来直接利益的因子，它包括食品、医用药品、加工原料、动力工具、欣赏景观、娱乐材料等，它们有的本来就是现实市场交易的对象，其他的则经实容易通过市场手段来对应地补偿（图3-1）。 ????生命系统支持功能主要包括固定二氧化碳（Woodwell G. M.， Mackenzie F. T., 1995; Anderson D., 1990）稳定大气(Woodwell G.M., 1993)、调节气候(Meher-Homji V.M., 1992)、对干扰的缓冲、水文调节、水资源供应（Bruijnzeel L. A., 1990; Sfeir-Younis A., 1986）、水土保持、土壤熟化、营养元素循环(Ehrlich P. R.， Ehrlich A. H., 1992)、废弃物处理、传授花粉(Buchmann S. L.， Nabhan G. P., 1996; Nabhan G. P.， Buchmann S. L., 1997)、生物控制(Woodwell G. M., 1995; DeBach P., 1974; Naylor R， Ehrlich P., 1997)、提供生境（de Groot R., 1993）、食物生产、原材料供应(Vitousek P. et al., 1986)、遗传资源库、休闲娱乐场所、以及科研、教育、美学、艺术 (Kulshreshtha S. N.， Gillies J. A., 1993)等。从经济和社会的高度来看，生命支持系统功能的特点有如下四个方面。  图3.1 生态系统产品示意图 ????  ????（1）外部经济效益.生命支持系统功能属于外部经济效益。外部经济效益是指不通过市场交换，某一经济主体受到其它经济主体活动的影响，其效益被有利者称为外部经济（ External Economics），如林业部门栽树水利部门受益，旅游业旺服务业受益：其影响无利而有害者称为外部不经济（External Diseconomics），如水土流失、大气污染等公害。森林生态系统能给社会带来多种服务，如涵养水源、保持水土、固定二氧化碳、提供游憩、保护野生生物等，因此森林生态系统提供的服务属于典型的外部经济效益。目前，国内外的理论和实践证明：生态系统服务的价值主要表现在其作为生命支持系统的外部价值上，而不是表现在作为生产的内部经济价值上。外部经济价值能影响市场经济对资源的合理分配。市场经济的最重要功能之一是资源的最佳分配，市场经济充分发挥资源最佳分配功能的前提是要有完全竞争的市场，但完全竞争的市场除了受垄断和社会制度影响外，外部经济效果对它影响也很大。完善市场经济结构、实现资源最佳分配的有效方法之一是先对外部经济效果进行评价，然后再把外部经济内部化。作为外部经济的生命支持系统功能关系到国家资源的最佳分配，因此有必要对生态系统的外部经济效果进行经济评价，实现外部经济内部化。 ????（2）属于公共商品。不通过市场经济机构即市场交换用以满足公共需求的产品或服务就称为公共商品（Public Goods）。公共商品的两大特点是：一是非涉它性，即一个人消费该商品时不影响另一个人的消费；二是非排它性，即没有理由排除一些人消费这些商品，如清鲜的空气、无污染的水源。生态系统在许多方面为公众提供了至关重要的生命支持系统服务，如涵养水源、保护土壤、提供游憩、防风固沙、净化大气和保护野生生物等。因此，生态系统的生命支持系统服务是一种重要的公共商品。 ????（3）不属于市场行为。私有商品都可以在市场交换，并有市场价格和市场价值，但公共商品没有市场交换，也没有市场价格和市场价值，因为消费者都不愿意一个人支付公共商品的费用而让别人都来消费。西方经济学中把这种现象称之为“灯塔效应”和“免费搭车”。生态系统提供的生命支持系统服务，如涵养水源、提供氧气、固定二氧化碳、吸收污染物质、净化大气等都属于公共商品，没有进入市场，因而生命支持系统服务不属于市场行为，这给公共商品的估价带来了很大的困难。 ????（4）属于社会资本。生态系统提供的生命支持系统服务有益于区域，甚至有益于全球全人类，决不是对于某个私人而言，如森林生态系统的水源涵养功能对整个区域有利，森林生态系统的固碳作用能抑制全球温室效应。因此，生命支持系统被视为社会资本。 ???? ????（二）生态力的概念及评价的意义 ????生态力是指生态系统服务的能力，即生态系统为人类提供服务的能力。生态力评价是指对生态系统为人类提供服务的能力进行定性或定量的研究。 ????在目前经济社会发展水平上，我们不得不经常在维护自然资本和增加人造资本之间进行取舍，在各种生态系统服务和自然资本的数量和质量组合之间进行选择，在不同的维护和激励政策措施之间进行比较。一旦被迫进行这些选择，我们也就进入了评价过程，无论是道德方面的争论还是评价对象的不可捉摸都无法阻止我们进行评价。以合适的方式评价生态系统服务能力和自然资本的变动有助于我们更全面地衡量综合国力，有助于我们选择更好地提高综合国力的路径。以货币价值的形式表达不同的生态系统服务能力和自然资本变动尤其有助于我们进行比较、选择。 ????生态力评价的重要意义主要表现在以下几个方面： ????1.有助于提高人们的环境意识 ????环境意识的高低，除了与经济、科技、社会发展水平和人们的生活水平有关外，还与人们对生态系统服务价值的认识程度密切相关。环境意识的高低是衡量一个人，乃至一个民族、一个国家对环境保护重视程度的重要标志之一。环境意识越高，人们对良好生态环境的需求越强烈，对保护环境的活动越主动；反之，如果人们的环境意识较低，在社会经济活动中，就往往只顾眼前、局部的经济利益，忽视长期、全局的整体利益，结果造成资源耗竭、生态破坏和环境恶化，进而限制社会经济的发展。生态力评价研究能最终以货币的形式显示自然生态系统为人类提供的服务的价值，然后通过电影、电视、图书、期刊和报纸等媒体对这种价值的宣传，可以很有效地帮助人们定量地了解生态系统服务的价值，从而提高人们对生态系统服务的认识程度，进而提高人们的环境意识。 ????2.促使商品观念的转变 ????传统的商品观念认为商品是用来交换的劳动产品，它过分强调了劳动在商品生产价值形成过程中的作用，忽视了生态环境在商品生产过程中对人类劳动的数量和质量的影响作用。随着生态环境问题日益突出，传统的商品观念受到了冲击，广义的商品观念受到了青睐（孔繁文等，1994）。商品的价值，除了原有的商品价值意义之外，还应包括生态系统服务中没有进入市场的价值。这样，生态系统服务价值研究就打破了传统的商品价值观念，为自然资源和生态环境的保护找到了合理的资金来源，具有重要的现实意义。 ????3.有利于制定合理的生态资源价格 ????生态资源不仅具有可被人们利用的物质性产品价值，而且具有可被人们利用的功能性服务价值。生态力评价研究可以为生态资源的合理定价、有效补偿提供科学的理论依据。如果忽视生态资源的价值或者为其定价过低，那就会刺激生态资源的过度消耗，破坏生态平衡。在社会化大生产中，生态资源被消耗，其物质部分参与经济圈的活动转移到产品中去，其生态功能也随之减少以至完全丧失。为了维护生态平衡和持续发展，必须对生态资源的消耗进行适当的补偿，补偿的额度应不少于所造成的损失。如何计算这种损失，就是生态力评价研究所面临的任务。 ????4.促进将环境被纳入国民经济核算体系 ????现行的国民经济核算体系以国民生产总值（GNP）或国内生产总值（GDP）作为主要指标，它只重视经济产值及其增长速度的核算，而忽视国民经济赖以发展的生态资源基础和环境条件的核算（孔繁文等，1994）。现行的国民经济核算体系只体现生态系统为人类提供的直接产品的价值，而未能体现其作为生命支持系统的间接价值。研究表明，生态系统的直接价值远远低于其间接价值。因此，现行的国民经济核算体系必然会对经济社会发展产生错误的导向作用，其结果：一是使现行国民经济产值的增长带有一定的虚假性，夸大了经济效益；二是忽视了作为未来生产潜力的自然资本的耗损贬值和环境退化所造成的损失（负效益）；三是损毁了经济社会赖以发展的资源基础和生态环境条件，使经济社会的持续健康发展难以为继。 ????为了纠正这种偏向，国际社会已研究多年，联合国专家组也制定了建议性的综合环境与经济核算体系（SEEA）框架（联合国秘书处，1991）。联合国环境规划署（UNEP）在其1972～1992年环境状况报告《拯救我们的地球》中明确要求，到2000年“所有各国采用环境和自然资源核算，并将之作为其国民核算体系的一部分”。1992年联合国环境与发展大会（UNCED）通过的《21世纪议程》更具体地规定了实施环境核算及其纳入国民经济核算体系的任务（李金昌，1999）。我国随后制定的《中国21世纪议程》和《中国环境保护21世纪议程》，都将研究和实施环境核算并将其纳入国民经济核算体系的任务列为优先项目。 ????目前，研究和实施环境核算的主要困难，就是生态系统服务价值（包括有形的物质性产品价值和无形的生命支持系统服务功能价值）的计量问题没有完全解决。因此，生态力评价研究将为促进环境核算及其纳入国民经济核算体系而最终实现绿色GDP做出积极的贡献。 ????5.促进环保措施的科学评价 ????以往对环保措施的费用效益分析，大多不考虑生态系统为人类提供的生命支持系统功能价值的损失和增值，导致其结果不完全。实质上，在环保措施费用项中应加入环境质量损失，而在环保措施效益项中应加入因采取环保措施而避免了的环境污染损失，因为避免了的损失就相当于获得的效益。生态力评价研究可以让人们了解生态系统给人类提供的全部价值，促进环保措施的合理评价。 ????6.为生态功能区划和生态建设规划奠定基础 ????通过区域生态系统服务的定量研究，能够确切地找出区域内各生态系统的重要性，发现区域内生态系统敏感性空间分布特征，确定优先保护生态系统和优先保护区，为生态功能区的划分和生态建设规划提供科学的依据。 ????7.促进区域可持续发展 ????在1987年联合国世界环境与发展委员会的报告《我们共同的未来》中，把可持续发展定义为“既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展”，这一定义在1992年联合国环境与发展大会上取得共识（马世骏等，1984）。美国世界观察研究所所长莱斯特·R.布朗教授则认为，“持续发展是一种具有经济含义的生态概念。一个持续社会的经济和社会体制的结构，应是自然资源和生命系统能够持续的结构”。可持续发展的内涵主要包括公平性、持续性和共同性（中国21世纪议程管理中心，1999）。 ????只有在确切地知道了生态系统给人类提供的服务功能价值的基础上，才能科学合理地进行生态区划和生态规划，在时间尺度和空间尺度上实现资源的合理分配，保证区域内和区域间当代人的公平性和代际间的公平性，最终实现区域可持续发展（图3-2）。区域生态系统服务定量研究能够使各级政府确切地知道生态系统给人类提供的服务功能价值，意识到经济建设与生态环境保护必须协调发展。总之，区域生态系统服务研究能够使各级政府和人民克服认识上的局限性，正确处理社会经济发展与生态环境保护之间的关系，认识到只有保护好自然资源和生态环境，社会经济才可以持续稳定地发展。 ???（三）生态力的定量评价方法分析 ????生态力的定量评价方法主要有三类：能值分析法、物质量评价法和价值量评价法。能值分析法是指用太阳能值计量生态系统为人类提供的服务或产品，也就是用生态系统的产品或服务在形成过程中直接或间接消耗的太阳能焦耳总量表示；物质量评价法是指从物质量的角度对生态系统提供的各项服务进行定量评价（赵景柱，2000）；价值量评价法是指从货币价值量的角度对生态系统提供的服务进行定量评价。其中，价值量评价方法主要包括市场价值法、机会成本法、影子价格法、影子工程法、费用分析法、人力资本法、资产价值法、旅行费用法和条件价值法。 ????1.能值分析方法 ????能值分析方法的优势： ????（1）自然资源、商品、劳务等都可以用能值衡量其真实价值，能值方法使不同类别的能量可以转换为同一客观标准(Odum,1987)，从而可以进行定量的比较。 ????（2）能值分析方法把生态系统与人类社会经济系统统一起来，有助于调整生态环境与经济发展的关系，为人类认识世界提供了一个重要的度量标准。 ????能值分析方法的局限性： ????（1）产品的能值转换率计算，需对生产该产品的系统作能值分析，用系统消耗的太阳能值总量除以产品的能量而求得，这种分析非常复杂，并且难度很大。 ????（2）能值转换率是指每单位某种能量（或物质）由多少太阳能焦耳转化而来。但是一些物质与太阳能关系很弱，甚至没有关系，如地球中的矿物质元素、地热、信息等。这些物质很用太阳能焦耳来度量。 ????（3）能值反映的是物质产生过程中所消耗的太阳能，不能反映人类对生态系统所提供的服务的需求性，即支付意愿（WTP），也不能反映生态系统服务的稀缺性。 ????2.物质量评价方法 ????物质量评价方法的优势： ????（1）运用物质量评价方法对生态力进行评价的结果比较客观、衡定，不会随生态系统所提供的服务的稀缺性增加而大幅度增加，对于空间尺度较大的区域生态系统或关键的生态系统更是如此。 ????（2）运用物质量评价方法能够比较客观地评价不同的生态系统所提供的同一项服务能力的大小。 ????物质量评价方法的局限性： ????（1）运用物质量评价方法得出的结果不能引起人们对区域生态系统服务足够的重视，进而影响人们对生态系统服务的持续利用。 ????（2）运用物质量评价方法得出的各单项生态系统服务的量纲不同，无法进行加总，很难评价某一生态系统的综合生态系统服务。 ????3.价值量评价方法 ????价值量评价方法的优势： ????（1）运用价值量评价方法计算生态系统服务能力所得的结果都是货币值，因此，既能进不同生态系统同一项生态系统服务的比较，也能将某一生态系统的各单项服务综合起来。 ????（2）人们对货币值有明显的感知，因此，运用物质量评价方法得出的结果能引起人们对区域生态系统服务足够的重视，促进人们对生态系统服务的持续利用。 ????（3）生态系统服务价值量评价研究能促进环境核算，将其纳入国民经济核算体系，最终实现绿色GDP。 ????价值量评价方法的局限性： ????（1）价值量反映了人类对生态系统服务的支付意愿，这无疑使其结果存在主观性。随着人类对生态系统的加剧利用，生态资源的逐渐耗竭，生态系统为人类提供的服务的价值会愈来愈高。 ????（2）运用物质量评价方法能够比较客观地评价不同的生态系统所提供的同一项服务能力的大小。 ??? 生物圈是一个巨大而又极其复杂的生态系统，它是由无数个大小不等的各类生态系统所组成。这些大小不等、类型各异的生态系统基本上可归为三大生态系统：陆地生态系统；淡水生态系统；海洋生态系统。这三大生态系统又可按其生境特点、人为干扰作用的强度等再作进一步的划分（图6-1）。各类生态系统在结构和功能上都有各自特点，起着特殊作用，共同维持着生物圈的正常功能。  　 第二节 陆地生态系统 　　陆地生态系统占地球表面积的1／3，但因其生态环境变化大，生物群落的种类很多，两者的相互结合形成了多种多样的生态系统。本节主要介绍陆地生态系统中面积大、与人类关系密切的森林和草原生态系统。考虑到农田和城镇又是一类完全不同于自然生态系统的特殊类型，故选择了城市生态系统作以适当介绍。 　　一、森林生态系统 　　（一）森林生态系统结构和功能特点 　　森林是以树木和其他木本植物为主体的一种生物群落。森林生态系统是森林群落和其外界环境共同构成的一个生态功能单位。森林生态学就是研究森林群落内各种树木与其他生物之间，以及这些生物与其环境之间的相互关系。 　　这里所说的森林，通常是指经过一系列演替过程而形成的所谓“顶被群落”。因此，系统的结构都比较复杂且稳定，生物的种类和数量比任何系统都多且复杂。据奥文顿（Ovington，1965）对一个结构简单的橡树林的调查，每公顷林地树木虽不足75株，但林下草类可多达2800多万株，土壤线虫竟达3000多亿只。 　　森林生态系统的初级生产者包括高大的乔木、灌木、草本、蕨类和苔藓。其中树木占优势地位，是生态系统重要的物质和能量基础。森林中植物种群一般都具有明显的成层结构，每一层中通常是由各种群的不同龄个体成员组成。森林群落垂直向上通常可划分出乔木层、灌木层、草本层和死地植被等层次，各个层次中又可按不同高度再划分亚层（图6-2）。各层或亚层中的光照、温度、湿度等环境条件都不同，形成了多种多样小生境。各种动物也和植物种群的配置一样，选择适宜的环境占据着一定空间的不同位置。  　　森林生态系统中的初级消费者，主要是食叶和蛀食性昆虫、植食性和杂食性鸟类以及植食性哺乳类。植食性哺乳类包括一些有蹄目、啮齿目、长鼻目、兔形目，以及灵长目、贫齿目、有袋目等，还包括食肉目中的一些种类，如杂食性的熊和仅以植物为食的种类，如大熊猫。次级消费者有食虫动物，如食虫节肢动物、两栖类、爬行类、食虫鸟和哺乳类中的食虫目，以及中小型食肉类和猛禽类，各种寄生性昆虫，大型食肉兽类等。森林中昆虫是植食性和肉食性动物之间的重要环节，许多鸟类和动物都以昆虫为主要食物来源。 　　森林的枯枝落叶层和土壤上层生活着大量的生物。据统计，一平方米森林表土里可包含有数百万细菌、真菌和几十万只线虫、螨虫和跳虫等。森林生态系统有机物的分解是个极其复杂的过程，腐生植物如真菌虽起着重要作用，但动物尤其是各种土壤动物在分解过程中都发挥了各自的特殊作用（图6-3）。  　　定量研究森林生态系统能流的资料较少，据斯皮尔（Spurr，1973）对一个人工幼林生态系统的研究，该系统形成的生产量中，大部分能量是通过腐食链渠道消耗掉的，即第二能流的比例占总产量的38％；只有极少部分有机物如枯枝落叶的分解物，约为284.2×107千焦／公顷，占总产量的38%；人工采伐利用的为183.9×107千焦／公顷，即通过第三能流的约占24%；树根留在土壤中的能量约占总产量的7%（图6-4）。这是一个正处于发展期的生态系统，特征是生产量（P）通常大于群落的呼吸量（R）。对处于“顶极群落”的生态系统来说，腐食链所消耗能量的比例更大。 　　综上，森林生态系统结构和功能上的特点可概括为以下几点： 　　1．生物种类多、结构复杂：森林的垂直成层现象形成的各种小生境，发展了种类繁多的动物群落和其他生物群落。据有关资料报导（UNEP，1987），仅在一块40公顷的热带雨林内，即已发现1500种开花植物，750种树木，400种鸟类， 180种蝶类， 100种不同的爬行类和 60种两栖动物，这还不包括难以计数的各种昆虫。  　　2．系统稳定性高：森林生态系统经历了漫长的发展过程，各类生物群落与环境之间协同进化，使生物群落中各种生物成分与其环境相互联系、相互制约，保持着相对平衡状态。所以，系统对外界干扰的调节和抵抗力强，稳定性高。 　　3．物质循环的封闭程度高：自然状态的森林生态系统，各组分健全，生产者、消费者和分解者与无机环境间的物质交换完全在系统内部正常进行，对外界的依赖程度很小。 　　4．生产效力高：森林生态系统具有明显的生产优势，它的生物量最大，生产力最高。森林每年的净生产量占全球各类生态系统的近一半（图6-5）。从现存生物量看，陆地生态系统总计约为1.852×109吨，森林生态系统大约就占了1.680×109吨，是陆地生物量的90%。单位面积的生物量也以森林为最高。一般情况下，相当于相同面积农田或草原生物量的20-100倍。森林生态系统的光能利用效率较高，热带森林可达3.5%。生产一吨干物质的耗水量及养料也较少。如生产一吨水稻需水680吨，一吨小麦需540吨，森林生态系统则只需 70-340吨水。森林所耗的 N、P、K、Ca等营养元素也较农田生态系统低得多。森林生态系统是一个高效经济的生态系统。  　　世界上不同类型的森林生态系统，都是在一定地带中与其气候条件相适应的产物。也就是说，森林生态系统的群落结构受不同纬度、经度地区气候的影响，在山地还受海拔高度的影响。这方面的内容在第四章中已作了介绍。我国森林生态系统的类型齐全，包括由热带雨林至亚寒带针叶林的各种类型，这与我国地域辽阔、气候条件复杂多样有关。 　　（二）森林生态系统在维持生态平衡中的作用 　　森林是宝贵的自然资源，是人类生存发展的重要支柱和自然基础。森林覆盖率常是衡量一个国家或地区经济发展水平和环境质量的一个重要指标。这不仅因为森林生态系统具有重要的经济价值且又属于可更新资源，而且在维持生态平衡和生物圈的正常功能上发挥着重要的作用。 　　1．具有综合的环境效益：70年代，日本林业厅曾对森林生态系统的环境效益进行过定量计算，其结果表明，日本森林一年内的贮水量达2300亿吨，防止土沙流失量达57亿立方米，保持栖息鸟类100万只，供给氧气5200吨，环境效益总价值达1200万亿日元。芬兰也有人曾对森林所具有的社会效益价值与木材价值进行过估算，结果认为，芬兰森林的环境保护价值是53亿马克，而木材的价值仅17亿马克，二者的比例为3∶1。据美国的计算，森林的环境价值与木材价值之比为9∶1。另外，森林生态系统对于CO2和O2在大气中的平衡起着调节作用。每公顷阔叶林，在生长季节每天能通过光合作用吸收近1吨的CO2，释放 0.75吨的氧。能满足973人的需O2量。据资料估计，森林每年以光合作用的方式可吸收约50亿吨的CO2，这与人类燃烧化石燃料产生的CO2基本相当（Vamatatagi，1989）。 　　2．调节气候：森林能降低年平均温度、缩小年温差和日温差，减缓温度变化的剧烈程度。这是因为森林的呼吸蒸腾和蒸发水分、消耗了大量热能。所以，夏季中森林在垂直和水平的一定范围内的气温较空旷地低，冬季又因林地内散热量较空旷地少而又使气温略高于林外。 　　森林还能降低风速，减弱风力。例如，在5级风时，人造林带外的风速 9.5米／秒，而林内只有7.7米／秒，减弱近20％。连片的森林能使台风减弱1-2级。风速的减弱可使邻近农田的水分蒸发量减少10-20％，空气中的相对湿度增加。据观测，在森林覆盖率为60%时，附近农田夏季16时离地1.5米处的相对湿度为76.5%；覆盖率30%的环境，附近农田的相对湿度为68.1%；10%的覆盖率时，附近农田的相对湿度降为65.0%；无林农田仅64.5％。风速的减弱和相对湿度的增加，使林间农田耕作层土壤含水量比无林农田要高4.3-11.9％。 　　森林在调节气候方面的另一个重要功能就是增加降雨量。森林蒸腾作用可促进水分的小循环（图6-6），改善小气候。例如我国广东省雷州，随着造林面积的扩大，年降雨量有所增加。据观测，50年代平均降雨量为1300.3毫米，60年代为1425毫米，70年代达到1708.8毫米。 　　3．涵养水源，保护水土：森林的这种功能主要是通过减少地表径流强度而实现的。降雨或融雪过程中沿地面流失的水分称为地表径流。强烈的地表径流会造成洪水和土壤冲刷，给工、农业生产和人民生活带来灾难性后果。 　　森林减少地表径流的作用是很显著的，据我国陕西黄龙水土保持试验站的测定，林内的径流量可削减78.4％。径流量的减少减轻了对土壤的冲刷，据我国西双版纳的观测，在年降水量为1459.4mm时，雨林地每千平方米的土壤冲刷量仅2.8公斤，而相同面积的刀耕火种地却高达3647.5公斤，是前者的1302.7倍。国内外都对森林防止水土流失的功能进行了大量研究与观测，不仅证明森林的破坏会使水土流失量成倍增加，而且森林的蓄水保土功能是人类进行的工程措施所不能替代的。  　　4．具有生物遗传资源库的功能：森林具有明显的层序性，形成了许多不同的小生境或小气候条件，为动物提供了良好的栖息场所。每个小生境中生活着许多有代表性的生物。有人估计，森林群落仅在热带雨林中就有数万种生物。这些生物遗传库已经给现代农作物和药材提供了许多物种，实际上，现在的农作物和药材都是来自野生生物种。有人统计，仅印度一个国家就有2500种植物可作药物。森林中蕴藏着丰富的动、植物资源，其中有许多种类至今还未被人们发现，这是人类宝贵的财富。 　　此外，森林还是重要的工业产品资源，为许多工业部门提供了原料。森林生态系统的各种功能可概括为图6-7。 　　（三）森林生态系统遭破坏的原因及产生的危害 　　森林是陆地生态系统中最大、最复杂和最重要的自然生态系统。据专家们推测，地球上森林面积最多时约为72亿公顷，占陆地面积的2／3，覆盖率为60％。但到本世纪80年代中期，据联合国粮农组织的统计资料，全世界现有森林的总面积约41亿公顷，覆盖率的平均值为31.3%。其中封闭林的面积为28亿公顷，占世界森林总面积的69%。世界森林的分布状况见图6-8。 　　据我国林业部门的统计，1949年我国林地面积为1.87亿公顷，森林覆盖率为13.0％。70年代期间减至1.8亿公顷，覆盖率为12.7%。根据全国第三次森林资源的清查结果，到80年代末期，由于人工造林，森林覆盖率又上升到12.98％，森林总面积相当于1949年初期（1.87亿公顷）的水平。但远远低于世界平均水平，在世界各国中排列第120位，人均林地面积不足0.2公顷，居世界第121位。 　　就世界而言，工业用材、薪柴用量的增加以及农业的开垦是森林资源遭受破坏的主要原因。 　　世界森林木材的总储量为3400-3600亿立方米，而每年的自然增长量可达66.1亿立方米。据1983年的统计，全世界圆木总消费量为30亿立方米，其中54%用作薪柴或木炭，这个数字表明，森林的年自然增长量本来是可以满足世界木材需求量的。但从客观上看，由于许多木材生长在无法采伐的地区，从而使世界所有增产的木材没有被全部利用，加之世界森林分布的不均匀性，导致了森林资源破坏的加速。  　　森林资源的破坏在发展中国家要比发达国家快，在这些国家的一些城市和广大农村中，薪柴仍是主要能源（图6-9）。根据文献报导，1980年全世界有12.83亿人口由于缺乏民用木材与薪柴，而使森林砍伐速度超过木材生长速度。在缺乏木材的这些人口中，北非和中东的农民为7000万；拉美干旱农村居民有1.43亿；非洲撒哈拉南部有1.3亿人；亚洲农村和小城镇居民为7.1亿，主要分布在印度河、恒河流域和东南亚一带。如果目前这种形势无大的改变，到2000年，这些地区居民所需的薪柴将严重短缺，砍伐速度超过树木生长速度的情况将更加突出，森林面积减少的速度也会加快。可见，农村能源问题能否解决将对今后世界森林资源破坏程度起着至关重要的作用。 　　森林被砍伐的另一个主要原因是开垦农业用地。尤其是当缺少耕地时，小规模生产的农民移向新的森林边缘地区，在砍伐后的林地上耕种粮食，但在一些不适宜生产粮食的地区，带来的后果往往是农业的产量少而人口却不断增加。据估计，在非洲70%的森林都是移动式农业毁坏的，在亚洲则为50％，美洲为35%。   　　（四）我国森林生态的主要问题及恢复和重建对策 　　1．我国森林生态的主要问题 　　（1）森林生态系统比例小，地理分布不均匀 当前，国际上对森林生态系统应占国土比例（具体指标是森林覆盖率）的看法是，只要达到1／3以上且分布均匀，就能维持比较适宜的生态环境。我国森林生态系统所占的比例却远远低于此值。所以，既不能满足国家经济建设的需要，更不能满足调节气候、保护环境的要求，而且其地理分布也极不平衡。森林生态系统的主要分布区的土地面积仅占全国的1／5，而其森林的面积却是全国森林总面积的1／2，木材蓄积量的3／4。而人口集中，工农业生产非常发达的地区，森林生态系统所占的比例仅为11.2％。西北和内蒙古中西部等广大地区，其面积约是国土的1／2，而森林生态系统所占的比例却只有1／100左右。 　　（2）森林生态系统生物群落结构发生变化，系统自身调节能力下降 从整体上看，除少量的自然保护区以外，我国的原始森林已所剩无几，森林生态系统中天然次生林和人工次生林占有很大的比例。森林生态系统中生物群落已不是那种稳定的“顶极状态”。例如，长白山林区，除自然保护区外，过去的一些常见树种，甚至代表种已很少见，著名的“红松针阔混交林”中红松已成了稀有种。植物群落结构的改变，对于林内栖息的各类动物产生了影响，许多大型兽类消失、鸟类的多样性减少，进而使长期形成的、相互制约的种间关系发生了变化，森林病虫害日趋严重。据统计，近几年来，全国大量发生的林木病虫害100多种，为害面积达600多万公顷，每年因此损失的木材生长量至少有1000万m3（傅立勋等，1987）。 　　（3）恢复和重建速度慢 从本世纪90年代起，我国林业生产首次实现了采伐量低于生长量的“顺差”，造福子孙后代的“三北防护林”也已开始发挥经济和环境效益，这是我国森林生态系统的管理和建设走向新转折的标志。但是，从整体上看，我国森林生态系统的恢复和重建任务还相当艰巨，速度和措施都有待于提高和改进。从1958年起，我国就开展植树造林运动。但是成林速度很慢，从50年代末至1976年，全国造林保存面积仅有0.42亿公顷，仅占造林总面积的1／3。此外，缺乏科学的管理技术，也是森林生态系统恢复速度慢的重要原因。我国的中幼龄林生长不良，每公顷每年的木材生长量平均只有1.841立方米，比先进国家的3立方米低40％。此外，现有森林也缺乏管理，林况差，每年林木的枯损竟达3100万立方米，影响了森林生态系统的更新和综合效益的发挥。 　　2．森林生态系统被破坏的生态危害 　　森林生态系统在生物圈中具有特殊的地位和作用，它的破坏将导致一系列的生态环境问题，其影响是深刻的。除造成生物资源减少甚至消失外，以下几方面影响也不容忽视。 　　（1）促进沙漠化的过程 沙漠化的含义是“生物的潜在生产能力降低、破坏，并最终变为沙漠状态”（Yamatagi，1989）。其原因不单单是气候变化的影响，人为的因素也起着重大作用。对沙漠化进程影响最大的因素是过度砍伐薪柴，其次是过度放牧和开垦（图6-10）。  　　（2）对大气化学产生影响 大气中的CO2、CH4和N2O是对地球温度和臭氧层产生主要影响的三种气体。据J．G·托马斯（1988）对亚马逊河流域中部18个森林地区的土壤向大气中排放这三种气体的观测研究表明，在不同时期对热带森林的破坏加剧了大气温室效应的严重性，热带森林的土壤和人类耕种土地对大气中碳循环的影响具有全球性的重要意义。据他们的研究结果，这些地区的土壤每年向大气中释放CO2为1.6×1011吨，N2O5.2×106吨和GH45.5×106吨。但每种气体的释放量却因土壤类型而有明显的不同。原始森林地区释放出的CO2量比次生林地区多，同时吸收消耗的CH4更多。原始森林的粘土壤中产生大量的N2O，而森林地区的沙土土壤则不产生N2O，次生林地区则产生大量的N2O。森林砍伐后，CO2的释放量在裸地或野生草丛地区明显减少，只有种植牧草1-2年的土地的CO2释放速度才与原来的森林土地相同。然而，他明确指出，不能错误地认为，砍伐森林使CO2释放量下降是一种有利行为。因为从长远看，森林的砍伐不仅使植物通过光合作用对大气中CO2的消耗量在减少，导致大气中CO2浓度的增加。而且，森林的砍伐还减慢大气圈与生物圈间的碳循环速度，增加CO2在大气圈中的滞留时间，减弱对人为排放大气中CO2的缓冲能力。他还认为，亚马逊河流域森林的破坏，更加剧了全球向大气释放CH4的严重性。虽然J．G．托马斯等人的工作虽还有待于深入，但他却使人们更清楚地认识到森林破坏所产生的生态效应的深刻性。 　　（3）引起气候变化、增加自然灾害发生频率 森林具有调节气候的功能，森林的减少将使这种调节功能大为减弱。例如，我国四川省的森林覆盖面积从25％降到13%以后，有46个县的年降雨量减少了10-20％，历史上罕见的春旱也年年出现。贵州省也是我国的多林地区，素有“天无三日晴”之称，但随着森林覆盖率下降到15%，近年来变得三年两旱。我国旱涝洪荒等自然灾害除与自然因素有关外，森林植被的减少是重要的原因。从历史至今，自然灾害的发生频率与森林减少的趋势都非常一致。据统计，从公元602-1949年间，黄河下游决口1500多次，较大的改道26次。秦汉时期，平均每26年发生一次改道与决口；三国至五代时期平均每10年一次；北宋时期为1年1次；元至清代平均每4-7个月1次。随着这一地区森林的减少，早灾发生次数亦增加，并有持续时间长，灾情加重的特点。 　　3．我国森林生态系统恢复和重建对策：基于我国森林生态系统存在的主要问题，在森林生态系统的保护、恢复和重建过程中应着重考虑以下几方面的问题： 　　（1）加快森林生态战略工程的建设，增大比例、改变格局 由于历史的原因，目前我国人口集中或工农业发展水平较高的地区，恰恰是我国森林覆盖率低或生态脆弱、自然环境差的地区。在历史上这些地区多是森林的分布区，具有适宜于森林生长的良好自然条件。因此，这些地区应是我国森林生态系统恢复和重建的重点区域。我国正组织实施的“三北”防护林体系、太行山绿化工程、长江中上游综合治理工程、黄河中上游水土保护林建设、平原绿化及沿海防护林体系等都是森林生态系统恢复和重建的重大战略措施，对于增加森林生态系统的比例，改变目前的分布格局等有着重要意义。 　　（2）积极推广农林复合生态系统的建设 农林复合生态系统，简称农林业（Agroforestry） 是把农、林、牧、渔等种植业、养殖业结合起来的经营制度。其形式是以林木为主体的农、林、牧、渔结合的人工复合生态系统。按国际农林业研究委员会（IORAF）的定义，“农林业是一种土地利用系统和工程应用技术的复合名称，是有目的地把多年生木本植物与农业和牧业用于同一土地经营单位，并采取同一或短期相同的经营方式，在农林业系统中，在不同组成之间存在着生态学和经济学方面的相互作用”。显然，所谓农林业，实际上就是采用生态工程设计手段，利用树木具有比较长期稳定的生产食物、饲料、燃料、木材等产品的能力和保护农业的功能，进行空间、时间上多层次种植、养殖的结构配置，形成经济而合理的物流、能流，提高单位土地面积上的生物生产力和经济效益。同时，也有利于提高系统的稳定性、改善土地及环境条件、减少水土流失等。 　　（3）尽快建立南方用材林基地 我国秦岭、大别山以南的广大地区多为山区或半山区，其水热条件优越，林木生长快，树种资源丰富，发展林业的潜力很大，造林后稍加经营管理，10年就可望成林。这是我国培育后续森林资源的重要基地，同时也可减轻对现有森林生态系统的破坏和改善这一地区的生态环境。 　　（4）加强科学管理、发挥现有森林综合效益潜力 对于森林生态系统的地位和作用，人们的观念现已有了很大变化。现代科学家把森林称为具有多价值的（versatility）生态系统。苏联把森林效益分为卫生效益、精神效益和经济效益三大类14种。一些国家已把环境、美学、娱乐、休息的内容在法令和实践上寓于林业的概念之中。美国的阿拉巴马州还开展了珍宝林（treasure forest）活动，TREASURE的每一个字母就是英文林木、娱乐、环境、美学、永续经营、资源和生态每个词第一个字母的联写。这个活动的目的是把森林营建为具有多种功能的示范林。这是对现有森林生态系统保护与利用的有效措施，同时也为森林生态系统的重建提供了启示。所以，一些国家在林业上的投资比例也有了改变，如德国对每公顷森林的投资中，用于生态保护、发挥休憩和疗养等方面的为40马克，而用于生产木材的仅6马克。 　　我国现有森林生态系统的综合效益没有得到发挥，森林资源的开发中，经济价值观仍占据主导地位。而木材的利用过程中浪费又很大，一株树木伐倒后，只有2／3的积材作为原木运出；原木到制成品时，又只有一半被利用，而作为边角、材头、刨花等剩余物的综合利用率也只有10%左右，与世界先进国家的水平相比差距很大。因此，发挥森林的综合效益和提高开发利用水平，保护和改建现有森林生态系统，也是我国森林生态系统恢复的重要内容和措施。 　　要加快我国森林生态系统的恢复和重建，还应加强对于森林生态系统的理论研究工作。如研究城市林木，包括公园、城郊森林公园、街区绿化点、行道绿化带、庭院和工业绿化隔离带等对城市能流、物流、环境质量以及居民身心健康等方面的功能，促进城市林业的发展。加强农林复合经营系统、庭院林业及林区立体林业的研究，以便在不同地理区内，找出适合于各地自然经济特点的各种类型的最优人工配置或集约经营、以林业为主体的综合生产经营模式。使我国森林生态系统的恢复和重建走一条形式多样、各具特色、功能全效益高的路子。 　　二、草原生态系统 　　草原生态系统（Grassland ecosystem）是以各种草本植物为主体的生物群落与其环境构成的功能统一体。草原生态学（Grassland ecology）的主要研究对象是以经营草食动物生产，获取动物产品为目标的草原生态系统。它是随现代畜牧业的发展而产生的，其核心是研究并阐明草原生态系统的结构、功能及各个亚系统之间的生态关系和调控途径，为充分发挥草原资源的生产潜力和建立优化生产体系提供依据。 　　（一）草原生态系统的特点及现状 　　世界草原的总面积为45亿公顷，约占陆地面积的24％，仅次于森林生态系统。在生物圈固定能量的比例中，草原生态系统约为11.6％，也居陆地生态系统的第二位。 　　草原也是我国主要的自然生态系统类型之一。据《中国统计年鉴》（1988）提供资料，我国可利用的草原面积为3.365亿公顷，占世界草原总面积的7.1％左右。我国草原的类型较多，从整体上看，内蒙古草原以多年生、旱生低温草本植物占优势，建群植物主要是禾本科草类，基中以针茅和羊草最有代表性。前者为丛生禾草，后者为根茎禾草，根茎发达，对防风固沙起着重要作用；我国中部为稀疏草原，以大针茅为主；西部为荒漠草原，以丛生戈壁针茅为主。 　　草原对大自然保护有很大作用，它不仅是重要的地理屏障，而且也是阻止沙漠蔓延的天然防线，起着生态屏障作用。另外，它也是人类发展畜牧业的天然基地。 　　草原生态系统所处地区的气候大陆性较强、降水量较少，年降水量一般都在250-450毫米，而且变化幅度较大。蒸发量往往都超过降水量。另外，这些地区的晴朗天气多，太阳辐射总量较多。这种气候条件，使草原生态系统各组分的构成上表现出了一些与之适应的特点。 　　初级生产者的组成主体为草本植物，这些草本植物大多都具有适应干旱气候的构造，如叶片缩小，有蜡层和毛层，借以减少蒸腾，防止水分过度损耗。草原生态系统空间垂直结构通常分为三层：草本层、地面层和根层。各层的结构比较简单，没有形成森林生态系统中那样复杂多样的小生境。 　　草原生态系统的消费者主要是适宜于奔跑的大型草食动物，如野驴和黄羊。小型种类如草兔、蝗虫的数量很多。另外还有许多营洞穴生活的啮齿类，如田鼠、黄鼠、旱獭、鼠兔和鼢鼠等。肉食动物有沙狐、鼬和狼。肉食性的鸟类有鹰、隼和鹞等，除此而外的鸟类主要是云雀、百灵、毛腿沙鸡和地鵏。它们之中有的栖居于穴洞之中。 　　从总体情况看，草原生态系统的物种多样性远不如森林生态系统，但食物网的结构也很复杂（图6-11）。对光能的利用率不如森林生态系统高，通常为0.1-1.4％左右。前苏联的草甸草原可达1.32％，而我国和其它一些荒漠草原尚不及0.1％。水常常是草原生态系统初级生产力的决定因素。据统计，全世界草原生态系统的净初级生产力的均值为500g／m2·a，但水分不足的温带干旱地区却只有100-400g／m2·a，水分较充足的亚热带草原，可提高到 600-1500g／（m2·a）。草原生态系统净初级生产力的最高水平可达3000-4500g／（m2·a）（Breymeyer，1978）。草原生态系统的净初级生产力中，地下部分的生物量所占的比例较大我国羊草草原。净初级生产力的分配是地下／地上=2.29。一般地讲，草原初级生产力在所有陆地生态系统中属于中等或中下等水平。  　　初级生产量通过食物链转入草食动物和肉食动物各营养级之间的转化效率为1%-20%左右。以牛为例，一条牛所采食的植物能中，约有48%因维持正常生理活动而消耗掉，43％的能量以粪便形式排出，只有9%用于躯体组织的建造。但不同种类或不同品系之间，能量的转化效率差别很大。选择适宜的动物种类，组建合理的食物链以提高初级生产的转化效率，是草原生态学所研究的主要课题之一。 　　草原退化、碱化和沙化、气候恶化以及严重的鼠害等一系列生态问题，在全国绝大多数草原均程度不同地存在着，这是人类对草原不合理利用所造成的生态恶果。草原退化的标志之一是产草量的下降。据调查，全国各类草原的牧草产量普遍比50-60年代下降30-50%。如新疆乌鲁木齐县，1965年每亩草场平均产草量85千克，到1982年已降至53千克，平均每年减少1.5千克。草原退化的标志之二是牧草质量上的变化，可食性牧草减少，毒草和杂草增加，使牧场的使用价值下降。例如，青海果洛地区，草原退化前，杂、毒草仅占全部草量的19-31%，退化后增加到30-50%，优质牧草则由33-51%下降到4-19%。草原退化，植被疏落，导致气候恶化，许多地方的大风日数和沙暴次数逐渐增加（表6-1）。气候的恶化又促进了草原的退化和沙化过程。我国是世界上沙漠化受害最重的国家之一。我国北方地区沙漠化面积已近18万平方公里，从50年代末到70年代末的20年间，因沙漠化已丧失了3.9万平方公里的土地资源。  　　草原鼠害也日益严重，据1982年全国草原灭鼠会议反映，全国草原牧区受鼠害面积达6600万公顷，有的草场鼠洞密度多达每公顷4600个以上。使草场完全被破坏而失去使用价值。据估计全国每年因鼠害损失的牧草约有50亿公斤，直接经济损失有十几亿元。鼠害的发生既是草原生态系统平衡失调的恶果，也是造成草原生态环境进一步恶化的原因之一。 　　（二）草原生态环境恶化的原因 　　草原生态环境恶化，生态平衡遭破坏的原因很多，就人类的干扰作用而言，以下三个方面最为主要。 　　1．超载过牧：所谓超载过牧，就是指牲畜放牧量超过了草原生态系统生物生产的承受能力。长期以来，我国牧业生产不是以畜产品的数量和质量作为增长指标，而强调的却是牲畜头数的总增长率或存栏头数的净增长率，由此导致的是牲畜头数越养越多，而每头牲畜占有的草地面积越来越少，牲畜生长速度下降，存栏时间不断延长，这又必然使载畜量上升，打破了畜草之间内在的平衡。这种超载过牧所导致的草原退化是个渐变过程。单位面积上牲畜增多，可食性牧草被牧食的就越多，于是就没有足够的草籽维持牧草的再生，牧草产量要么下降，要么是毒草和杂草增多。这种局面若得不到控制，将出现恶性循环的局面：单位面积上可食牧草减少而牲畜量却很多，牲畜不得不增大觅食范围和频次，这就加重了对草场土壤结构的物理性破坏，而这又反过来限制了牧草的生长。长时间的这种恶性循环便使草原逐渐贫瘠、退化直至沙化。在我国北方草原沙化的成因中，超载过牧是居第二位的重要因素（表6-2）。据研究，美国一些州的沙漠化就是在欧洲殖民者入侵后的几百年间，由于过度放牧而造成的。 　　人和自然两种因素都可以控制草原载畜量，但人的控制是自觉控制，可以达到既发展畜牧又保护草原生态平衡的效果，是有利的。而自然控制是草原生态系统超载过牧的反应，是一种灾难性控制，其结果往往是大批牲畜死亡，影响牧业的发展。 　　2．不适宜的农垦：在人类的发展过程中，开垦草原一直是增加农田耕种面积的主要途径之一。而且古今和国内外也确有许多草原变成了“大粮仓”。但是，由于草原多处于气候条件比较严酷、生态平衡脆弱的干旱与寒冷地区，盲目的开垦以及垦后的管理不当，常常造成既达不到粮食增产的目的而又使草原原有植被遭破坏的局面。国内外均有这方面的事例和教训，例如在我国的青海省，50年代曾在草原区农垦近40万公顷，到1963年就弃耕21万公顷，有些土地开垦后根本就不能耕种，既浪费了大量人力物力，又破坏了草原植被。  　　3．人类对资源的掠夺性开采：从表6-2中可以看出，草原生态环境被破坏的诸多因素中，自然因素所占的比例还不足6%，由于人口的增加和经济活动的增强，给草原生态系统造成了很大的压力。尤其是对草原资源的掠夺式开采，也使一些草场遭受严重破坏。例如，内蒙古苏尼特右旗的草原上生长着发菜、蘑菇和药材，每到采收季节，成千上万的人拥进草原大量挖掘这些植物，使这个旗20%的草场遭到破坏。 　　（三）草原生态系统的恢复和保护对策 　　草原生态系统的保护已引起了国家重视，我国《草原法》已于1985年10月1日起正式实施，这是我国对草原地位作用及草原生态环境恶化危害认识达到了一个新水平的标志，也是我国对草原生态系统由自然利用走向科学管理的开端。根据我国的具体情况，草原生态系统的保护和恢复对策特别应着重于以下几方面： 　　1．实行科学管理：我国草原生态系统遭受破坏的主要原因之一就是长期以来缺乏科学的、有效的管理措施。国际上自本世纪60年代末就开始应用系统分析的方法对草原生态系统进行科学管理（Eoodall，1979）。而我国迄今为止，大部分草原还是处于“牧草自生自灭”和“靠天养畜”的落后状态。加强草原生态基础理论如载畜能力、牧业生产最佳方式以及科学管理技术的研究，是草原生态系统保护对策中应首先引起重视的问题。包括改革某些落后的经营方针，实行适度放牧、以草定畜、推行季节牧业以减轻草场压力，给牧草提供休养生息的时机以及其他可使草原植被得以恢复和发展的各种措施，实行科学化管理方式。 　　2．发展人工草场：建立围栏，实行分区轮放，合理利用草场等，都是已被证明的保护和恢复草原生态系统结构和功能的有效措施。否则，我国草原退化等问题还将要继续发展。根据中国农业科学院草原研究所的预测，若不能尽早改进目前牧业的生产经营方针，在今后的15年内，内蒙古全区草原产草量年平均下降率可达2.3%，全国主要牧业省、区的草原产草量在1990年和2000年时，将比目前分别下降15%和30%，局部地区将出现牧草枯竭的严重局面。另外，从长远考虑，通过技术改造和适当增加投资，实行集中化经营的草业，其经济效益更大。在畜牧业要发展、草原生态环境要保护的情况下，必须要以人工草地和种植饲料来获得高的经济效益和环境效益。目前我国人工草场的面积仅占草原总面积的0.4%，只是美苏等国的1／25。而据专家们的估计，种植牧草0.5-1%，可增加全部生产能力的0.5-1.0倍。可见发展人工种植牧草业是一项短期内即可获得巨大经济效益的措施，同时又利于草原生态系统的恢复。 　　3．建立牧业生产新体系：当前，世界农业发展的规律是畜牧业（特别是食草动物）的比重日益增加，发达国家大都完成了由以农业向以牧业为主或农牧并重的转变，牧业的产值占到农业总产值的50%以上。我国的草地占国土总面积的40％左右，是现有农田的3倍。而且我国南方的荒山草坡地有几千万公顷，畜牧业发展潜力很大。据统计，云南省荒山草坡面积是农田面积的5倍，贵州为8倍，四川为1.7-4.8倍。这些地区水热气候条件好，牧草可四季常青，草的生长速度快，单位面积产量一般是北方的3-4倍，因而这是我国大兴草业的主要基地。草是农、林、牧三者之间的纽带，应该充分利用这些自然和资源条件，发展草业和畜牧业，形成新的农业生产结构体系。这也是弥补这些地区耕地少和减轻农田压力的有效措施。 　　牧区开展现代化草业生产，是一项包括种植、畜牧、养殖业在内的综合性事业，也是知识密集型的产业。如在牧草的生产过程中，涉及到优良草种的选育、引种、防止自然敌害等科研问题。在畜牧环节，涉及到放牧方式、肥育饲养、畜草平衡等。畜产品的加工利用要运用现代生物学技术，综合加工，取得有价值的产品，如培养食用真菌、废物饲料化，产沼气等。所以牧区发展现代化草业，将会形成符合生态规律的牧业生产新体系，保护和促进草原生态系统的恢复和发展。 　　三、城市生态系统 　　（一）城市和城市生态系统的特点 　　城市（Urban）是社会生产力发展到一定阶段的产物，是人类创造出来的人工生态系统。它是一个多功能的综合体，是人类经济、政治和精神生活的中心。这里人口密集，高层建筑密集，人材密集，生产力高度发展，汇集着大量的物质和财富，交换着大量的商品和信息。这里有大量的物质和能量在流动，又有大量的废弃物排入环境，因而城市是人与自然矛盾最突出的地方。 　　城市生态系统（Urban ecosystem）是城市居民与其周围环境组成的一种特殊的人工生态系统，是人们创造的自然-经济-社会复合系统。严格地讲，城市只是人口集中居住的地方，是当地自然环境的一部分，它本身并不是一个完整的、自我稳定的生态系统。但按照现代生态学的观点，城市也具有自然生态系统的某些特征，尽管在生命系统组分的比例和作用发生了很大变化，但系统内仍有植物和动物，生态系统的功能基本上得以正常进行，也还与周围的自然生态系统发生着各种联系。另一方面，应该看到城市生态系统确实已发生了本质变化，具有不同于自然生态系统的突出特点。 　　1．人是生态系统的核心：城市生态系统与自然生态系统中以绿色植物为中心的情况截然不同，使自然生态系统营养关系形成的生态金字塔呈现出倒置的情况（图6-12）。这种倒金字塔形式，是不稳定的系统。这表明城市生态系统的维持完全依赖于城市以外的其它系统。城市生态系统主要是由两部分组成的：自然生态亚系统和社会经济生态亚系统。自然生态亚系统包括生物部分（植物、动物、微生物）和非生物部分（能源、生活和生产所需的各种物质）；社会经济亚系统中，生物部分主要是人，非生物部分包括工业技术和技术构筑物等。城市生态系统组成结构可用图6-13表示。   　　2．系统能量、物流量巨大，密度高且周转快：城市生态系统的能流和物质流强度是自然生态系统无可比拟的。有人曾对发达国家100万人口的城市进行过统计，其结果见表6-3。由此可见，城市是一个巨大的开放系统，它的输入和输出，对周围其他生态系统产生着很大的影响。 　　3．食物链简化，系统自我调节能力小：在城市生态系统中，以人为主体的食物链常常只有二级或三级，即植物——人；植物——食草动物——人，而且作为生产者的植物，绝大多数都是来自周围其他系统，系统内初级生产者绿色植物的地位和作用已完全不同于自然生态系统。与自然生态系统相比，城市生态系统由于物种多样性的减少，能量流动和物质循环的方式、途径都发生改变，使系统具有很大的依赖性，系统本身自我调节能力很小，而其稳定性主要取决于社会经济亚系统的调控能力和水平。  　　（二）城市化产生的主要生态环境问题 　　城市在人类社会的发展过程中已发挥并将继续发挥重要作用。城市化已是人类社会发展进步的趋势。但必须清醒地看到，城市化的发展也产生了一系列严重的生态环境问题。对这些问题若不给予重视和妥善解决，将会影响城市化的进程，影响城市居民的生活，甚至能影响到全人类的生存和发展。 　　1．自然生态环境遭到彻底破坏，居民与大自然长期隔离：城市化确实使人类为自身创造了方便、舒适的生活条件，满足了自己的生存、享乐和发展上的需要。但是，城市化过程中必然造成的自然生态环境绝对面积的减少并使之在很大区域内发生了质变和消失，这种变化则对城市居民起着更为本质的作用。自然生态环境的彻底破坏将引起一系列变化，如城市热岛效应、生活方式的改变等，这对人们的影响都是长期的、潜在的慢效应。另外，人类在享受着现代文明的同时，却抑制了绿色植物、动物和其他生物的生存与发展，改变着它们之间长期形成的相互关系（图6-14）。这样以来，人类将自己圈在了自身创造的人工化的城市里而与自然生态环境长期隔离。加之城市规模过大，人口过分集中，其结果是，许多“文明病”或“公害病”相继产生，如中年肥胖病、心血管病、高血压病、呼吸系统疾病、癌症等。据日本人的调查，日本人死亡病因的比例已与历史有了明显的不同（表6-4）。 　　2．污染严重，生活环境质量恶化：废水、废气、固体废弃物的噪声已成为现代城市最突出的四大环境问题，被人们称之为“四害”。它们都是城市生态系统的代谢产物，也是造成大气、水污染和其它污染的根源。 　　目前，世界上一些大城市的大气污染已达到了相当严重的程度。如巴西主要石油化学工业中心的库巴坦市，那里每天有1000多吨毒气排入大气中。据1980年统计，医院里的急诊病人约有1／4是因空气污染而造成的呼吸道疾病。我国能源消耗目前仍以煤碳为主，1987年约占76%加之我国的城市大都是伴随着工业发展起来的，城市环境深受工业污染的影响。一些工业城市常是大气污染重的城市。如1983-1985年，大气污染严重的前10个城市中，辽宁省就有三个，即沈阳、本溪和鞍山，它们都是重工业基地。城市大气污染对居民的威胁越来越大，各种与污染有关的疾病也呈增加的趋势。如呼吸道疾病的发病率，大城市一般要高于中小城市，而城市又明显地高于农村（表6-5）。   　　城市的水污染也十分严重，据1987年抽样调查的结果，全国有42%的城市饮用水源受到严重污染，63%受到不同程度的污染。城市饮用水源的污染也导致了许多传染病的流行和发生。 　　我国城市噪声污染也是一个突出问题，1981年全国监测的25个城市，交通噪声全部超标。其中超过75分贝的就占50%。而且以每年增长0.5-1.0分贝的速度在加重。许多研究均证明，心脏病的发展和恶化与噪声有着密切的关系。噪声污染对消化系统的功能、神经系统、心理状态、乃至儿童的正常生长发育和胎儿的发育都有不良影响。噪声对听力的损伤是人们对噪声污染危害的最早认识，表6-6是国际标准化组织（Internation Organization for Standardization，IOS）和美国对长期在不同噪声下工作与耳聋发病率相互关系的统计。  　　城市固体废弃物也是城市化引起的一个突出而又亟待解决的环境问题。这个问题及其产生的危害将在下一章中作详细介绍。 　　3．水资源缺乏：现代化城市由于人口和工业高度集中，加之有些城市规模过大，水的需求量剧增，因而水资源的缺乏成为全世界城市的普遍问题。我国的这个问题更为突出，大多数城市已是“水荒之城”。1979年全国有154个城市缺水，1984年多达188个，目前20%的城市供水困难，水资源的严重不足，已成为推进工业化和城市化的最重要的限制因予之一。 　　（三）城市生态环境的建设 　　随着城市化进程的加快和城市规模的增大，城市化引起的生态问题越来越尖锐。目前，国内外许多专家都在探索如何科学合理地发展现代化城市和改造旧城市的问题。就我国的情况看，城市生态环境的建设和“城市化”问题的解决应着重考虑以下三方面的问题： 　　1．确立城市发展战略，完善和执行城市总体规划：城市的主体是人，因此，城市发展战略也必须以人为中心，建立适于人们生活、居住、活动的生态环境。为此，我国确定的城市发展的基本方针是“控制大城市规模，合理发展中等城市，积极发展小城市”。大城市拥有雄厚的物质条件和技术优势、专业门类齐全、协作条件好；科学文化发达、交通方便等，因此经济效率较高，据苏联的资料分析，人口100万以上的大城市比人口 2-5万的城市每人平均产值高42%。据我国1981年的统计资料，也反映出同样情况。如本年度全国平均每人的工农业总产值为757元，上海市则是5557元，是全国水平的近6倍。每百元固定资金实现的利润资金，全国平均为24元，上海市则为81.1元，是全国均值的3.38倍。 　　但是，城市的这种经济高效率并不总是与城市的规模成正比。城市规模过大，将会受到供水、能源、交通、环境等许多因素的限制。当规模超过一定限度时，就会出现运转不灵、效率下降的现象。另外，单纯从经济效益出发考虑城市规模的观点已经过时，高的经济效率与良好的生态环境质量相统一的思想，已成为人们的新观点。城市规模的控制主要是人口和土地利用规模的控制，其目的是要促进城市建设合理化，改变不合理的城市布局与结构，促进中小城市的发展等，要使大城市本身节制外延、有利于其内涵式发展。 　　“六五”期间我国就着手于城市规划工作、现在绝大多数城市都已有了总体规划，使城市发展有了比较科学的依据。现在问题一是要使制定的规划更完善，二是要维持规划的权威性，按照规划进行城市建设和生态环境的整治。特别是要注重搞好城市的工业布局；要根据城市的类型，明确规划的重点；必须保护风景区或名胜古迹不受破坏，注意自然与建筑的和谐等。 　　2．加强城市环境的综合整治：城市环境的综合整治是综合利用各种手段，对城市环境进行开发、利用、整顿、治理和保护。“七五”期间我国城市综合整治的重点是防治城市“四害”——大气污染、水源污染、固体废弃物和噪声污染。但城市的综合整治并非只是单纯治理“四害”，而是从城市环境保护出发，对布局、功能区划分和产业结构做合理的调整；综合防治环境污染和环境破坏；配套与完善城市环境基础设施；绿化城市，美化市容，搞好环境卫生等。在近期内，防治污染仍是城市环境综合整治的重点，但在措施上除改变能源结构、合理利用煤碳资源，综合利用废气废渣；在水污染的防治上从保护水源和节约用水、增加城市污水处理和污水资源化投资等外，还必须重视城市绿化、加快绿化步伐以及其他生态防治措施，创造尽可能与自然环境按近的城市生态环境。据文献资料，影响城市生态的地理、气象、污染和绿地四种因素中的相对重要性比值为：34∶66∶25∶25。影响城市环境的内部因素中，污染综合指数与绿化综合指数很重要，但其作用相反。当排除地理与气象因素的影响，单独比较污染与绿化因素对城市居民死亡率的影响时，若把两个指数的总值定为10，则污染综合指数的相对重要性约占7，绿化综合指数约为3。 　　3．利用生态观来改造，规划和建设城市：目前国际上在尝试运用生态学方法来改造和规划城市。例如，一个城市的人口怎样调节？工业如何布局更合理等都是应用生态学观点和方法制定出城市、地区乃至整个国家的发展规划。按照城市生态控制论的理论，在以计划经济为主的人工生态系统，是靠计划和决策部门的行政命令和指令性计划来对各子系统进行等级递阶控制。其成败的关键，在于各个等级子系统的人工信息反馈的灵敏度和决策部门的反馈手段。而且，该理论认为，城市生态调控的途径有三种： 　　（1）生态工艺的设计与改造 其方法是根据自然生态最优化原理来设计和改造城市工农业生产和生活系统的工艺流程，以提高系统的经济、生态效益。基本内容包括：能源结构的改造，生物资源的利用，物质循环与再生、共生结构的设计，资源开发管理对策等。 　　（2）共生关系的规划与协调 就是运用系统科学方法、计算机工具和专家的经验知识，对城市生态系统的结构与功能、优势与劣势、问题与潜力等进行辨识，模拟和调控，为城市规划、建设和管理提供决策支持的一种软科学研究过程。其目标是调整、改革城市管理体制，增强和完善城市共生功能并改善城市决策手段，建立灵敏有效的决策支持系统。 　　（3）生态意识的普及与提高 即主张在管理部门和城市居民中普及和提高生态意识，提倡生态哲学和生态美学，克服决策、管理、经营中的各种随意性，从根本上提高城市的自我组织、自我调节能力。 　　城市生态控制理论是70年代才提出并发展起来的，时间虽短，但已显示出了其很强的吸引力和生命力，指出了解决城市问题的重要理论和许多措施，对城市的发展和建设具有重要的指导意义。我国的一些城市应用这些理论作指导，已经收到了显著的经济效益和生态效益。 第三节 水域生态系统 　　一、水域类型及水生态系统的基本特征 　　水域生态系统主要包括湖泊、水库、江河和海洋生态系统等不同类型，而水库实际上是“人工湖泊”，有与湖泊基本相同的特征。对水域的划分，生态学中常依据对水生生物分布、生长等起重要作用的主要生态因子如水温、盐度等为依据（表6-7）。科学地划分水域的类型是开展水域生态系统研究的基础。水域类型不同，生物群落的结构和功能就不同，因而对外界干扰的反应和抵抗力亦不同。例如，同是淡水水域，湖泊和河流这两个类型之间无论是在生物群落的物种组成、系统的功能特征还是抗干扰的能力（如自净能力）等都存在着很大的差别。  　　但是，与陆地生态系统的环境相比，水生生态系统又因其以水作为系统的环境因素而又具有一些共同特征，这些共同特征在很大程度上都与水的理化特性有关。而且，正是由于水的这些理化特征使水陆两类生态系统在系统的结构和功能上存在着许多明显的差异。 　　（一）水域生态系统的环境特点 　　水的密度大于空气，许多小型生物如浮游生物可以悬浮在水中，借助水的浮力渡过它们的一生。水的密度大还决定了水生生物在构造上的许多特点。水的比热较大，导热率低，因此，水温的升降变化比较缓慢，温度相对稳定，通常不会出现陆地那样强烈的温度变化。在海洋中至今还保留着原始的软骨鱼类和有活化石之称的矛尾鱼（Lafimeria）等古老的生物类群，这与海洋的水温均匀和环境无大的变化有关。水的另一个重要物理特性是4℃时密度最大，低于4℃时密度反而变小。因此水面结冰不能下沉而4℃的水却下沉于水的底层，使底层的水温始终保持在冰点以上，既使在严寒的气候条件下，水生生物仍可在冰层下生活，不致冻死，甚至执行着正常的生态功能。如我国东北地区，冬季冰下的浮游植物仍可进行光合作用。水还是一种良好的溶剂，不但酸、碱可以溶解在水中，一些有机物也能溶于水中，这就保证了水生生物得以正常的生长和发育。但是，水中的氧气含量较陆地环境少，光照条件也比陆地差。因此，水中溶解氧的含量和光照常成为水生生物生活和分布的限制因子。 　　（二）水生生态系统营养结构特点 　　水域生态系统的生产者在其生态特征上与陆地差别很大，除一部分水生高等植物外，各类水域的生产者主要是体型微小但数量惊人的浮游植物。这类生产者的特征是代谢率高、繁殖速度快，种群更新周期短，能量的大部分用于新个体的繁殖。因此，生物量低。生物圈中最大的生态系统是海洋，固定的能量占生物圈各类生态系统总量的33%左右，但生产者的个体小，寿命短，其生物量还不及陆地森林生态系统的1/500，总量也只有3.3×109吨。消费者层次的组成状况在淡水和海洋两类生态系统中的差别较大。在淡水水域，消费者一般是体型较小、生物学分类地位较低的变温动物，新陈代谢过程中所需热量比常温动物少，热能代谢受外界环境变化的影响较大。海洋中消费者层次的类群组成庞复、特别是深海的生物群落，人们还没有完全认识。但无论淡水或海洋中，分解者在系统中的作用较差，在很大程度上是由浮游生物通过自溶（Autolysis）来完成物质循环的功能，尤其在迅速生长期和繁殖期间，自溶在物质循环中的作用更为重要。据研究，海洋中约有25-75%的N和P是通过自溶获得的。浮游动物死后，15-30分钟之内，有30％的N是通过自溶而归还环境的。这一特点在深海生态系统中也很突出。 　　（三）水域生态系统功能特点 　　与陆生生态系统相比，水域生态系统初级生产者对光能的利用率比较低。据奥德姆（Odum）对佛罗里达中部某银泉的能流研究，太阳总有效能中75.9%不能为初级生产者所利用，22.88%呈不稳定状态，而实际用于总生产力的有效太阳能仅有1.22%，除去生产者自身呼吸消耗的0.7%，初级生产者净生产力所利用的光能只有0.52%。而据特兰斯康对俄亥俄州荒地生态系统能流的研究结果，太阳辐射总能量中被初级生产者用于初级生产的光能为1.6%，呼吸损失为0.4%，最后用于净生产的光能占总辐射能的1.2%。该生态系统是陆生生态系统中生产力比较低的生态类型，但其光能的有效利用率仍为水域生态系统的二倍多。然而，初级生产转化为次级生产的效率，水域生态系统并不比陆地生态系统低。淡水生态系统中的这种转化效率一般在10％以上。海洋生态系统中净生产量的60-90％可被消费者转化为次级生产，只有一小部分被分解者利用。所以，分解者的作用远不如陆生生态系统重要。水域中只有10-40％的初级生产量是由分解者分解的，而陆地生态系统、尤其是森林生态系统中，初级生产的90％左右是由分解者分解的。另外，由于海水中含有大量而又丰富的有机物，所以海洋生态系统中的消费者和分解者可以直接从海水中获得某些必需的化学物质（淡水生态系统中也有类似情况）。水域生态系统中的动植物尸体及其排泄物的去向主要有三，一是通过自溶而归还环境并被重新利用；二是由分解者分解而被重新利用；三是下沉，下沉部分有的被深水生物所利用，有的则随水体运动重新返回上层而被再利用。河流生态系统由于水的流动性较大、系统自身物质循环的功能比较差、内源性营养少，而由径流汇入的外源性营养占有很重要的位置，这是河流生态系统在物质循环上的一个特点。 　　二、淡水生态系统 　　淡水生态系统包括湖泊、水库、河流等不同类型。 　　（一）湖泊生态系统 　　湖泊（Lake）就是地面上长期存水的洼地。其突出特点是水的流动性和更换速度很慢，故属于静水生态系统。湖泊的许多生态功能与其形态特征有关，受许多因素所制约，如湖岸的构成与倾斜度、深度，岸边汇入养分的多少、温度变化以及湖泊的底质、成分等。 　　在平原丘陵区的湖泊常有一个低浅的沿岸带。这个区内的湖水较浅，光照较强，溶解氧含量高，水温高、营养物质丰富。所以，沿岸带内常聚集着许多动、植物，尤其是水生维管束植物和藻类等，生产者极为繁茂。由湖岸向湖心的方向深入、植物带常呈同心圆状分布。在湖泊和池塘的沿岸带除挺水植物、浮水植物、沉水植物这些占优势的较大型生根植物外，还生存着大量的浮游植物、浮游动物和自由生物。其中浮游植物以硅藻、绿藻和蓝藻占优势。特别是蓝藻，当水体内有机物丰富时，常成为水中优势种。浮游动物主要是原生动物、轮虫、枝角类和桡足类，它们以浮游植物和碎屑物质为食物，这些动物常常集中在湖水上层，有昼夜和季节性变化。在湖岸带出现的游泳生物包括鱼类和某些无脊椎动物，随温度、氧气和食物种类情况而变化，不同鱼类占据各自的适宜环境。 　　湖泊的深水层光线弱，在浮游植物光合作用补偿层以下的光强度不能满足藻类光合作用的需要，因此，深水层以异养动物和嫌气性细菌为主。这些异养动物多以小型浮游动物为食，细菌则分解上层沉落下来的有机残体。所以，湖泊生态系统的表层和深水层存在着复杂的营养关系。 　　湖泊有它独特的发展过程，从产生到衰老，经过一系列的发展阶段，最后由水域生态系统演变为陆地生态系统。在这个演变过程中，湖泊经历了由贫营养阶段、富营养阶段、水中草本阶段、低地沼泽阶段直到森林顶极群落的渐变。随着人为干扰的增强，大大缩短了每个阶段的转变时间。特别是人为富营养化已成为水域生态系统存在的一个很突出的环境问题。 　　（二）河流生态系统 　　河流属流水型生态系统，是陆地和海洋联系的纽带，在生物圈的物质循环中起着主要作用。与湖泊生态系统相比，河流生态系统（River ecosystem）主要具有以下特点： 　　1．纵向成带现象：湖泊和水库的水温等变化具有典型的水平分层现象，而在河流中却是纵向流动的。从上游到河口，水温和某些水化学成分发生明显的变化，由此而影响着生物群落的结构。鱼类在河流中的纵向分布就属这方面的例子，表6-8是弗吉尼亚州山区一条河流中鱼类分布的情况。在这条河流中，鱼类分布的明显纵向变化和水温、流速以及pH值的变化率有关。当然种的这种纵向替换并不是均匀的连续变化，特殊条件和特殊种群可以在整个河流中再现。  　　2．生物多具有适应急流生境的特殊形态结构：在流水型生态系统中，水流常是主要限制因子。所以，河流中特别是河流上游急流中生物群落的一些生物种类，为适应这种环境条件，在自身的形态结构上有相应的适应特征，有的营附着或固着生活，如淡水海绵和一些水生昆虫的幼体，它们的壳和头粘合在一起；有的生物具有吸盘或钩，可使身体紧附在光滑的石头表面；有的体呈流线型以使水流经过时产生最小的摩擦力。从水生昆虫幼体到鱼类均可见到这种现象；还有的生物体呈扁平状，使之能在石下和缝隙中得到栖息场所。 　　3．相互制约关系复杂：河流生态系统受其他系统的制约较大，它的绝大部分河段受流域内陆地生态系统的制约，流域内陆地生态系统的气候、植被以及人为干扰强度等都对河流生态系统产生较大影响。例如流域内森林一旦破坏，水土流失加剧、河流含沙量增加、河床升高。从营养物质的来源看，河流生态系统也主要是靠陆地生态系统的输入。在河口附近的江段又受海洋的影响。但另一方面，河流在生物圈的物质循环中起着重要的作用，全球水平衡与河流向海洋的输入有关。另外，它将高等和低等植物制造的有机物质、岩石风化物、土壤形成物，以及整个陆地生态系统中转化的物质不断带入海洋，成为海洋，特别是沿海和近海生态系统的重要营养物质来源，它影响着沿海，特别是河口、海湾生态系统的形成和演化。因此，河流生态系统的破坏，对于环境的影响远比湖泊、水库等静水生态系统大。 　　4．自净能力更强、受干扰后恢复速度较快：由于河流生态系统流动性大、水的更新速度快，所以系统自身的自净能力较强，一旦污染源被切断，系统的恢复速度比湖泊、水库要迅速。另外，由于有纵向成带现象，污染危害的断面差异较大，这也是系统恢复速度快的原因之一。具体情况还与污染物的种类、河流的水文、形态特征有关。 　　三、海洋生态系统 　　海洋占地球面积的70％，它是生物圈中最庞大的生态系统，它与陆生生态系统和淡水生态系统截然不同。海洋是具有高盐分的特有环境，它的动、植物群与淡水和陆地的也明显不同。海洋除沿海外，没有种子植物。在浮游植物中，以红、绿、褐藻和细菌占优势，硅藻地位较淡水中差。海洋动物多种多样，在动物中没有昆虫，但代之而起者为甲壳动物、腔肠动物（如水母、海蜇等）、棘皮动物（如海胆）、蠕虫和海绵，以及鱼类和鲸类等。这些在淡水中不存在或存在数量很少的种类，在海洋生态系统中却占有很重要的位置。 　　根据海洋生态系统的环境特点，除潮间带外，又可分为浅海或叫沿岸带和外海带两类生态系统（图6-15）。  　　浅海带包括自海岸线起到水深200米以内的全部大陆架。这里接受河流带来的大量有机物，水中光照充足、温度适宜、海底构成复杂，有不同的海底生境，因而栖息着大量的生物，是海洋生态系统最活跃区域之一。浅海带海底生活着许多固着的大型多细胞藻类，如海带、石花菜等。单细胞藻类主要是各种绿藻、硅藻和双鞭甲藻等。浮游动物的桡足类、自浮动物的各种虾以及各种各样的鱼类构成了浅海带极其复杂的食物网。浅海带的生物生产力很高，净初级生产力估计在200-600克/m2·a，平均350克/m2·a。在河口与浅海带交界区，可高达4000克/m2·a，这就为次级生产提供了雄厚的物质基础。因此，浅海带常有大渔场分布，每年均生产出大量的鱼、虾等水产品。浅海带虽然只占整个海洋面积的10％左右，但生物量却是外海的近百倍。 　　外海带是指深度在200米以下的远洋海区。水深一般在200-4000米，通常又将外海带作垂直划分为水深200米以上的大洋表层和200米以下的大洋下层。大洋表层100米以上光照尚充足，水温较高，净初级生产力大约为20-400克/m2·a。这里生活着大量的自游动物，如乌贼、金枪鱼、鲨鱼和鲸鱼等。外海带200米以下的深度几乎是一片漆黑。而且，随着深度的增加，压力增大，水温低而稳定，全年都在0-2℃左右。绿色植物在深水环境里不能生存。动物的分布深度可达一万米。这些动物都有一系列特殊的适应机制，如发光器官和某些结构上的适应来承受无光和高压环境，它们都是肉食性或腐食性动物。海洋生态系统中存在着复杂的捕食关系（图6-16）。从图中可以看出，外海带食物链比浅海带的长，营养级一般都不低于4-5级。  　　从全世界的情况看，人类对水域生态系统的干扰可概括成三大方面：一是工业和生活废水、废渣以及农药、化肥等对水体的污染；二是对水生生物资源的过捕；三是围湖造田及不合理的水利工程。这也是我国水域生态系统面临的主要人为干扰和遭受破坏的根源。 　　我国水域生态系统的污染是相当严重的。从有监测资料的1200多条河流的分析看，有850条受到了污染，占70％以上；受到严重污染的有230条，占19％。按河段计算，发现鱼虾绝迹，水质受到严重污染的河段有2400公里，占调查河段5.3万公里的4.5％；水质污染，不能灌溉的河段占 23.3％，两者合计为 27.8％（傅立勋等，1987），占我国陆地水资源的8％。全国水资源重要来源，也是蓄洪排涝主要场所的湖泊，也同样受到了废水的污染。据资料报导，洪泽湖每天接受各种污水量达94.6万吨。人为富营养化已是全国湖泊面临的主要问题。海洋生态系统的沿岸带污染也十分严重，就油污染而言，我国沿海有200多处向海洋排放石油的污染源，年入海负荷量有10万吨左右。这些石油有60％是由河流挟带入海的，其余为沿海油田排放以及海港和油船排污等。水中石油残留量浓度超过渔业水质标准（0.05ppm）的面积近12万平方公里。另外，我国局部地区的水域生态系统还受到酸雨的威胁。水质严重污染，水环境质量恶化，这是我国水生态系统存在的主要问题。 　　水环境质量的下降对水生生物资源造成了严重破坏。海洋的污染不仅造成了渔场外移，滩涂养殖场荒废，而且还使许多珍贵的海生资源丧失，海产品食用价值降低。例如，山东小青河过去盛产河蟹和银鱼，年产量曾达5万多公斤，现在已基本绝迹。锦州湾是受重金属和石油污染较重的海区，40年代，这里的对虾、蟹、贝、鱼类的数量很多，而如今潮间带已有几种贝类绝迹，鱼产量大大减少。据渔业专业队的调查，近年来沿海有油污的毛虾、小杂鱼，占全年渔获量的3.8％左右并丧失了食用价值。另外，由于污染和过捕，鱼类的种类组成也发生变化，过去的优势种类下降，而低质量的种类的数量却相对增加。如我国与朝鲜的界河图门江，过去盛产各种大马哈鱼，年产30-35万公斤，但由于工业废水的污染、森林的砍伐，目前每年仅能捕到很少量的鱼。生物资源数量的减少、种类组成的变化和一些种类的绝迹是水生态系统存在的又一个严重问题。 　　除污染外，水域生态系统还受到人类对其开发利用强度过大的压力，即人类对水生生物资源的过度捕捞（Overfishing）造成的资源枯竭。例如，近年来人们发现了燐虾具有很高的营养价值和在医学上的作用后，各国相继捕捞，仅1977年苏联就捕捞了20万吨、日本为700吨，其它国家也互不相让，大量捕捞，致使燐虾数量锐减。再如，中国对虾在渤海各湾的数量很多，具有很高的经济价值，但是由于过捕，其资源已近枯竭。为保护这一重要海产资源，国家不得不投入资金和财力，进行人工繁殖而向海湾中放流仔苗。大黄鱼、小黄鱼、带鱼和墨斗鱼是我国著名的海产品，但由于过度捕捞，近年来的产量一直很低。大黄鱼的最高年产为19万吨，而现在才维持在9万吨左右。过捕不仅使某一类资源趋于枯竭，更重要的是破坏了水生生态系统的平衡，引起生物群落组成的变化。例如，我国渤海沿海带，由于过度捕捞已使几个渔场上、中、下层的鱼类组成明显地不同于50年代（邓景耀等，1989）。 　　泥沙含量增加，河床升高和人工围湖造田所引起的湖泊面积日益缩小也是我国水域生态系统面临的突出问题。由于陆地生态系统植被的破坏，水土流失加剧，使河水中的泥沙含量增加。我国长江、黄河等几大水系均存在着这个问题。据长江干流宜昌站的监测，1970-1979年的平均年经流含沙量由1.141公斤每年，输沙量4.75亿吨每年，上升到1980-1985年的1.337公斤每年和8.09亿吨每年。黄河下游由于泥沙淤积，河床已大大高出地面，成为世界上闻名的“地上悬河”。由于人工围湖造田等原因，70年代后期，我国1平方公里以上的湖泊约2300多个，总面积为7.10万平方公里，与1949年相比，减少了500多个，面积缩小了1.86万平方公里，湖泊蓄水量减少513亿立方米，其中淡水减少340亿立方米，超过整个华北地区现有总供水量的50％。另据统计，自1954年以来，湖北、安徽、江苏及洞庭湖、鄱阳湖因围湖造田等使湖面减少了约1.2万平方公里。洞庭湖现有水面1343km2 ，比1949年减少了69.1％。我国的许多水库，也由于水土流失等原因，库底升高，库容量减小，寿命缩短。自1980年以来，洞庭湖淤高2.79米，已使湖上游区一些珍稀动物、植物的生存受到了严重威胁。 　　四、水生态系统的恢复和保护对策 　　概括地说来，保护水域生态系统的最根本措施就是减轻人为干扰的压力，减轻对水质的污染和对水生生物资源的过度利用。 　　1．减少污水排放量：目前，完全杜绝污水向水域生态系统的排放是不可能的。所能采取的措施是通过管理和技术措施减少排污量，尤其是降低污水中各种有害物质的浓度。在污水排放量短期内难以减少的情况下，加强管理和污水资源化这两项措施尤为重要。例如吉林省环保局对第二松花江的治理就是突出的例子。最近几年该局运用新的科研成果开展综合利用，着眼于“三废”资源化，使排入江内的主要污染物汞减少了90％，酚、氰减少了60％以上，有机物削减了50％左右。吉林市以下百里江段，过去曾鱼虾绝迹多年，如今又出现了鱼群，水生态系统的环境质量有了明显好转。 　　2．实行综合保护措施，提高系统自身的抵抗能力：除内陆湖泊外，河流和海洋生态系统的运动性高，受陆地其他生态系统的影响较大，相互制约关系复杂。因此，对水域生态系统的保护不能只着眼于系统本身，而要与其它生态系统的保护相结合，综合考虑。例如，河流生态系统的保护，要与整个流域内陆地植被的保护相结合，尤其是河流的上游区，植被的破坏将增加水体中的泥沙含量，影响水域生态系统的许多功能。据对黄河上游的测定，在年降水量346毫米条件下，林地每公顷的冲刷量只有60公斤，草地93公斤，而农田则达3570公斤。可见流域植被对水生态系统水质的理化特征有着很大的影响。我国大部分地区降雨时间集中，由于植被的破坏，许多河流一遇降雨就水位猛涨，引起洪涝灾害，而其它时间却又是水位很低，水体自净能力下降。若采取综合保护的措施，重视流域植被的保护和恢复、使流域内涵养水分的能力提高，就可相应地增强水生态系统的抵抗力。 　　3．正确认识水生生物群落特征，合理利用生物资源：水生态系统中，许多生物的世代周期短、周转快，这是其不同于陆地生态系统的特点之一。但是，这些生物主要是人类不能直接利用的资源。例如海洋生态系统，属于初级生产的大型藻类只占百分之几，大量的单细胞浮游植物是人类目前还无法直接利用的；属于次级生产的动物，如贝类和鱼类所占比例也很小，人类主要是利用3-4级或5级生产产品，如对虾、各种鱼类等。由于受生态系统能量流动的热力学规律的制约，这些营养级生物产品的形成过程耗损的能量多，所以海洋虽然很大，但也并非是潜力无穷的生物资源宝库。另外，外海带占海洋面积的90％，生物学转化效率却仅是沿海的1/3，每年提供的生物产品的总量也是有限的。因此，对水生物资源的利用要特别注意亲代量与补充量的关系，以确定适宜的产量。