生态系统管理的主要途径与技术正文

生态系统管理的主要途径与技术引 言长期以来，人类为了生存而改造周围的自然环境，使其向着符合人类需求的方向变化。传统的资源利用和环境管理方式中，人类片面追求经济利益,对自然形成的物质循环和能量转换过程造成了干扰和破坏，影响到生物圈及生态系统正常的物质代谢，危害生态系统的功能。面对全球变暖、土地退化、森林资源破坏和生物多样性丧失等一系列全球性环境问题,人们越来越认识到保护生态环境、恢复生态系统结构和功能是人类生存与发展的基础,人类必须改变传统的发展模式,综合考虑自然资源的合理利用、生态环境的保护和社会经济的可持续发展。生态系统管理是在探索人类与自然和谐发展过程中逐渐形成和发展的一种新的管理思想 ,它基于对生态系统组成、结构和功能的理解,将人类的经济活动和文化多样性看作重要的生态过程，融合到一定时空尺度的生态系统经营中,以恢复或维持生态系统的完整性和可持续性。可持续发展是当今全球人类共同面临的宏大命题。人类社会是一类以自然生态系统为基础，人类行为为主导，物质、能量、信息、资金等经济流为命脉的社会 经济 生态复合系统。生态系统管理科学就是要运用系统工程的手段和人类生态学原理去探讨这类复合生态系统的动力学机制和控制论方法，协调人与自然、经济与环境、局部与整体间在时间、空间、数量、结构、序理上复杂的系统耦合关系，促进物质、能量、信息的高效利用，技术和自然的充分融合，人的创造力和生产力得到最大限度的发挥。人类社会的可持续发展归根结底是一个生态系统管理问题， 即如何利用生态学、经济学、社会学和管理学的有关原理，对各种资源进行合理管理，实现可持续发展。包括科学研究和行政管理。生态系统管理已成合理利用自然资源和保持生态系统健康最有效的途径。生态系统管理是生态学的一个分支学科， 进一步说是应用生态学的一个分支。目前关于生态系统管理的研究主要集中在国外，国内主要进行的都是引进和介绍工作，几乎没有提出什么有影响的属于自己的学术观点。本文主要对有关生态系统管理主要途径与技术的几个重要核心问题进行综述，包括：生态风险评估;适度干扰与恢复重建；清洁生产;废物资源化管理与5R方法；生态工业园区（EIP）;实施标准化环境管理系列标准；大力开展生态工程和生态建设加强自然保护的管理和研究，建立各种类型自然保护区；推广3S技术；环境管理信息系统等方面。1 生态系统管理的内涵1.1 学科形成简介1864年，Mash在人与自然一书中提出“英国合理利用森林资源，可使土壤侵蚀和水土流失减少”。这被认为是生态系统管理的萌芽。1969年以后，生态学进入新的发展阶段，自然资源开始注重多用途和持续产量问题。1970年，Likens提出森林管理方法可能影响生态系统的功能。1972年，Abrahamsen提出人类活动导致生态系统的退化，开始注意到传统的资源管理方法并没有起到预期的效果。20世纪80年代后，关于生态系统和管理方面的论文大量出现，生态学开始注重长期定位、大尺度和网络研究， 生态系统管理与保护生态学、生态系统健康、生态整体性与恢复生态学相互促进和发展。1988年，Agee和Johnson出版了生态系统管理的第一本专著，之后又有数本关于生态系统管理的专著问世（Slocomb，1993；Gordon，1994；Vogt等，1997）。这些专著中都阐明了资源开发与环境保护关系问题，以此来获得社会、经济、生态效益的统一。自此，生态系统的基本框架形成。1.2 生态系统管理定义对生态系统管理的定义,不同群体或个人根据不同的出发点有不同的看法,目前较有影响的定义有：1)Agee 和Johnson (1988) ：生态系统管理涉及到调控生态系统内部结构和功能,输入和输出，并获得社会渴望的条件1。2) Overbay (1992) :利用生态学、经济学、社会学和管理学原理仔细地和专业地管理生态系统的生产、恢复,或长期维持生态系统的整体性和理想的条件、利用、产品、价值和服务19。 3) 美国林学会(1992)：生态系统管理强调生态系统诸方面的状态,主要目标是维持土壤生产力、遗传特性、生物多样性、景观格局和生态过程2 ,21 . 4) Goldstein (1992) ：生态系统管理强调生态系统的自然流(如能流、物流等) 、结构和循环,在这一过程中要摒弃传统的保护单一元素(如某一种群或某一类生态系统) 的方法11 。 5) 美国林业署(19921994) :生态系统管理是一种基于生态系统知识的管理和评价方法,这种方法将生态系统结构、功能和过程,社会和经济目标的可持续性融合在一起24 。6) 美国内务部和土地管理局(1993) :生态系统管理要求考虑总体环境过程,利用生态学、社会学和管理学原理来管理生态系统的生产、恢复或维持生态系统整体性和长期的功益和价值. 它将人类、社会需求、经济需求整合到生态系统中25 。7）美国东部森林健康评估研究组:对生态系统的社会价值、期望值、生态潜力和经济的最佳整合性管理10 。8）Wood (1994) :综合利用生态学、经济学和社会学原理管理生物学和物理学系统,以保证生态系统的可持续性、自然界多样性和景观的生产力28 。9) Grumbine (1994) ：保护当地(顶极) 生态系统长期的整体性。这种管理以顶极生态系统为主,要维持生态系统结构、功能的长期稳定性12 。10) 美国环保局(1995) ：生态系统管理是指恢复和维持生态系统的健康、可持续性和生物多样性,同时支撑可持续的经济和社会15。11）国生态学会(1996) :生态系统管理有明确的管理目标,并执行一定的政策和规划，于实践和研究并根据实际情况作调整,基于对生态系统作用和过程的最佳理解，理过程必须维持生态系统组成、结构和功能的可持续性6 。12) Christensen (1996) ：中在根本功能复杂性和多重相互作用的管理,强调诸如集水区等大尺度的管理单位,熟悉生态系统过程动态的重要性或认识生态过程的尺度和土地管理价值取向间的不相称性6 。3) Boyce & Haney (1997) : 对生态系统合理经营管理以确保其持续性，态持续性是指维持生态系统的长期发展趋势或过程,并避免损害或衰退3 。4)Dale 等(1999) :生态系统管理是考虑了组成生态系统的所有生物体及生态过程、并基于对生态系统的最佳理解的土地利用决策和土地管理实践过程。生态系统管理包括维持生态系统结构、功能的可持续性,认识生态系统的时空动态，态系统功能依赖于生态系统的结构和多样性,土地利用决策必须考虑整个生态系统。此可见，述多个定义在许多方面有重复,大多数定义强调在生态系统与社会经济系统间的可持续性的平衡,部分定义强调生态系统的功能特征。些定义就象6 个盲人摸象得出的结论一样. 我们认为所有这些定义并没有矛盾，态系统管理要求我们越过生态系统中什么是有价值的和什么是没价值的问题，主要集中在自然系统与社会经济系统重叠区的问题. 这些问题包括：态系统管理要求融合生态学的知识和社会科学的技术,并把人类、社会价值整合进生态系统;系统管理的对象包括自然和人类干扰的系统;生态系统功能可用生物多样性和生产力潜力来衡量；态系统管理要求科学家与管理者定义生态系统退化的阈值；系统管理要求人类利用和对生态系统的影响方面的系统的科学研究结果作指导；利用生态系统某一方面的功能会损害其它的功能,因而生态系统管理要求我们理解和接受生态系统功能的部分损失,并利用科学知识作出最小损害生态系统整体性的管理选择；态系统管理的时空尺度应与管理目标相适应;生态系统管理要求发现生态系统退化的根源，其退化前采取措施. 与生态系统管理相近或相联系。2 生态系统管理的内容及途径2.1 生态系统管理的数据基础对生态系统进行管理必须搜集一些数据或知识,由于生态系统的复杂性,这些数据或知识可能是个体2种群、群落2生态系统、景观、生物圈等空间尺度的,同时这些空间尺度还与时间尺度问题相互交错. 这些应收集的数据或知识如下3 ,7 ,26 :1) 在植物个体及种群尺度上：候与微气候、地形与微地形、土壤的理化特征、消费者的层次、植物的生理生态特征、植物固定碳的格局、植物遗传、共生、营养和水分条件. 这些数据的时间尺度是小时、天或年. 值得指出的是,不能把幼苗的数据当作成年植株的数据用,在小样方内测定的数据不能当作大样方的用. 2) 在群落及生态系统尺度上：候与微气候、地形与微地形、种类组成与多度、土壤的理化特征、消费者的层次、植物组织的流通率及分解、活与死有机质的空间分布、植物对水分和营养利用的形态适应、共生、营养和水分条件. 这些数据的时间尺度是年或几年。收集这一尺度的数据时,气候因素被当作常量,样地太小时应收集更多的数据，更多的变量来研究生态过程的控制和反馈,确定均质样方单位比较困难，难从本层次的样方数据推测景观层次的数据,在研究物质循环和水分关系时尺度非常重要,不能用生态系统尺度研究大动物和鸟类(因其活动范围较大)。3）景观尺度上：候、地形、群落与生态系统类型、土壤物理特征、生态系统类型的空间分布。数据的时间尺度是几年至几十年。研究景观尺度推绎时,部分的叠加可当作整体的性质,主要研究方法有GIS 和模型研究,景观尺度是评价动物生境的最佳尺度。4) 在生物圈尺度上:气候、地形和植被类型。于空间尺度太大，些生态学过程的速率较慢. 气候是植被分布的决定因子，间尺度不重要，拔对种类分布的影响可忽略. 当然,并不是所有的生态系统管理都要收集上述数据，际管理时只需收集核心层次的数据。2.2 生态系统管理的要素生态系统管理的要素包括：据管理对象确定生态系统管理的定义,该定义必须把人类及其价值取向作为生态系统的一个成分；定明确的、可操作的目标;确定生态系统管理边界和单位，其是确定等级系统结构,以核心层次为主,适当考虑相邻层次内容；集适量的数据,理解生态系统的复杂性和相互作用,提出合理的生态模式及生态学理解；测并识别生态系统内部的动态特征,确定生态学限制因子；意幅度和尺度，悉可忽略性和不确定性，进行适应性管理；定影响管理活动的政策、法律和法规；细选择和利用生态系统管理的工具和技术；择、分析和整合生态、经济和社会信息，强调部门与个人间的合作；现生态系统的可持续性. 此外，生态系统管理时必须考虑时间、基础设施、样方大小和经费等问题20 。态系统管理要求生态学家、社会经济学家和政府官员通力合作,但在现实中并不容易4 ,14 ,17 ,18 ,22 。生态学家强调政府部门和个人应该用生态学知识更深刻地理解资源问题，解生态系统结构、功能和动态的整体性,强调要收集生物资源和生态系统过程的科学数据，调一定时空尺度上的生态整体性与可恢复性，调生态系统的不稳定性和不确定性，他们往往不愿把社会价值等问题融入到科学领域内. 社会经济学家更注重区域的长期社会目标，调制订经济稳定和多样化的策略,喜欢多种政策选择，其是希望少一些科学。研究者期望生态系统的稳定性和确定性。而政府官员则考虑如何把多样性保护与生态系统整体性纳入法制体系，如何有效促进公共部门和私人协作的整体管理，如何用法律和政策促进生态经济的可持续发展，当然他们更希望在把被管理的生态系统放入景观背景中考虑时费用较少。2.3 生态系统管理的主要途径与技术目前，生态系统管理途径正处于探索阶段，人们试图从以下几个方面实现生态系统管理：2.3.1生态风险评估生态风险评估是利用生态学、环境化学及毒理学知识，定量确定环境危害对人类负效应的概率及其强度的过程。目的：为生态环境和生态系统的保护和管理提供决策依据。风险管理：是指对生态风险评估的结果采取的对策与行动，是一个决策过程，又称为风险控制。2.3.2适度干扰与恢复重建适度干扰理论是由T.W. Connell等提出来的，它是指中等的程度的干扰水平能维持较多的生物多样性。理由是：在一次干扰后少数先锋种入侵缺口，如果干扰频繁，则先锋种不能发展到演替中期，因而多样性下降；如果干扰间隔很长，使演替过程能发展到顶级期，多样性也不很高；只有中等干扰程度使多样性维持最高的水平，它允许更多的物种入侵和定居。2.3.3清洁生产清洁生产又叫“无公害工艺”、“无污染生产”、“废料减量化”等。简单地说是无废物少污染的生产。34目标：通过资源的综合利用、替代作用、多次利用以及节能、省料、节水等方式，实现合理利用资源、减缓资源耗竭。主要途径（段宁，尹荣楼 1995）：用无污染、少污染的产品替代毒性大、污染重的产品；使用无污染、少污染的能源和原材料；选择消耗少、效率高、无污染、少污染的工艺设备；最大限度利用能源和原材料，实现物料最大限度的场内循环；对少量的、必须排放的污染物采用低费用、高效率的净化设备和三废综合利用措施进行最终的处理、处置。2.3.4废物资源化管理与5R原则目前，我国排放生活垃圾0.81.5Kg/日.人均（2.5Kg/日.人均）；1996年城市垃圾清运量1亿吨；每年以810%的速度递增；200多座城市受到生活垃圾的包围，存放得垃圾达66108t；1998年末，在杭州的“公众环境意识调查”结果表明，人们将生活垃圾列为居住环境污染中最严重的三个问题之首。垃圾不仅造成污染，而且侵占土地。因此，应转变观念将其资源化。目前，许多社区正试图对废物进行综合管理，改变仅仅靠填埋或焚烧处理废物的状况，提出了减少废物的5R方法：抵制（reject）：不购买难以回收或造成浪费的产品，如选购不含Hg和Cd的电池等；减少（reduce）：改变产品生产和人们购物的方式，减少过度消费和浪费，如自购买需要的商品，不购买过度包装的商品；修复（repair）：修复损伤的物品而不更换新的物品，如修好损坏的物品再用，而不是随意丢弃；回收（recycle）：将废旧物品回收再利用，如回收废纸与用木材造纸可减少70%的能源和50%的水。响应（react）：让生产者和消费者了解造成浪费的情况和不负责任的废物管理，共同改变行为，实行源头消减，减少废物的生产。2.3.5生态工业园区（EIP）工业园区是工业化国家中作为一种促进、规划和管理工业发展的手段。对促进工业快速发展的同时，对环境产生严重的破坏。生态工业园区的诞生为工业园区的发展指明了方向。39在清洁生产，绿色消费，废物循环利用等思想的指引下，形成了一种新的工业园区-生态工业园区（eco-industrial park）。生态工业园区是在生态学、生态经济学、工业生态学和系统工程理论指导下，将在一定地理区域内的多种具有不同生产目的的产业，按照物质循环、生物和产业共生原理组织起来，构成一个从摇篮到坟墓利用资源的具有完整生命周期的产业链和产业网，以最大限度地降低对生态环境的负面影响，求得多产业综合发展的产业集团。生态工业园区在运行过程中，有计划地进行物质和能量交换，高效分享资源，寻求资源和能源消耗最小化、废物产生最小化、努力建设可持续发展的经济、生态和社会关系。目前，主要有三种类型的生态工业园区：现有改造型 EIP；如丹麦Kalundborg EIP全新计划型 EIP；如美国Choctaw EIP虚拟型EIP；美国和墨西哥交界处的Brownsivlle EIP我国也进行了有益的尝试，如广西糖业基地之一的贵港市提出以贵糖（集团）股份有限公司为核心的，建立贵贵港市国家生态工业（制糖）示范园区。2.3.6实施标准化环境管理系列标准目前由世界标准化组织（ISO）最新推出的环境管理系列标准为ISO1400，该标准从1400114100，共100个标准号。实施ISO1400的目的：规范、约束企业和社会集团所有组织的环境行为，以实现节约资源、减少环境污染、改善环境质量和促进经济的持续、健康发展的目标。ISO1400具有以下特点：它确定了环境保护的有效新机制；具有很强的操作性；倡导预防为主的原则；实用性广泛。ISO1400的实施，对管理者和社会公民自觉提高环境意识和管理水平具有非常重要的作用，是进行生态系统有效管理的重要途径。目前，企业和环境管理人员熟悉系这套环境管理标准，积极参与环境管理体系的国际互认机制，广泛开展国际合作，确保这套标准在全国普及。2.3.7大力开展生态工程和生态建设我国先后完成的“三北”防护林、长江中上游防护林、沿海防护林等。使我国生态建设进入新的发展时期，争取到2003年达到森林覆盖率17.6%以上。国家实施西部大开发战略，以“退耕还林、还草”为核心的生态建设提到了举足轻重的地位，为我国最脆弱的西部地区生态环境改善提供了千载难逢的机遇，也为生态工程研究和应用提出了机遇和挑战。扭转西部生态环境退化趋势，为西部开发营造一个绿色大背景。把生态建设与提高农牧业生产水平结合起来，以增加荒漠区林草植被为主，生产措施、工程措施和农艺措施综合配套，积极治理草地退化、沙化和盐化，控制沙漠化扩大。采取人工种草、飞播种草等措施，变草地粗放经营为集约经营，实现草场和畜牧业的可持续发展。2.3.8加强自然保护的管理和研究，建立各种类型自然保护区自然保护区包括自然资源和资源环境的保护。主要有两种方式：直接保护目标生物或特殊类群。在自然状态和人工环境或条件下进行。对生物与生物资源实施禁止任何形式的利用，可建立物种的长期种子库、基因库、植物园、动物园和水族馆等，保护生物的正常生长与有效繁殖；建立各种类型的自然保护区（保护物种栖息地，达到生物多样性的长久保护）。1956年我国建立了第一个自然保护区广东肇庆鼎湖山自然保护区。经40多年努力取得快速发展，规划、建设和管理自然保护区，对生物多样性保护，落实生态环境保护基本国策和实施可持续发展战略，具有现实和深远历史意义。2.3.9推广3S技术3S技术是RS（遥感）、GIS（地理信息系统）、GPS（全球定位系统）的总称，它们是人类现代技术的重要成就之一，是人类为获取、处理、分析生存环境信息逐步发展其的先进技术手段。（1）遥感技术（RS）20世纪50年代发展迅速，有航空遥感发展到航天遥感，从单一的可见光到多波段摄影，使用多波段扫描仪、光谱仪、雷达及辐射计。信息获取量、精度与速度有极大的提高，遥感技术已成区域与全球研究的有利手段。（2）地理信息统技术（GIS）是空间技术的计算机技术发展的产物。由于在资源和环境问题研究密闭可分，因此又被称为“资源和环境信息系统”。20年来，在遥感技术中得到广泛应用，使遥感技术系统中的处理和应用系统。GIS的出现，很大程度上解决了大量的遥感信息与快速处理之间的矛盾，实现了遥感信息的现实性，增加了遥感技术的可操作性。（3）全球定位系统（GPS）GPS产生也是空间技术发展的结果。是遥感技术空间定位研究的成果。目前的定位主要是利用地面控制点建立图像坐标与地面控制点坐标的关系，以地面控制点将遥感信息定位于地面控制网中。GPS能实现遥感数据的实时定位，由以前的地-空定位发展成现在的空-地定位模式，同时对遥感信息进行地学编码，并可直接进入GIS进行处理，大大提高了遥感数据的精度、减轻了数据处理的难度。RS、GIS、GPS三者密切结合，形成现代遥感应用技术系统。RS和GPS是遥感信息的获取系统，为GIS提供及时的信息；GIS是遥感信息的处理和应用系统，能对大量的空间数据进行分类、统计计算、分析、制图等。GIS、GPS是RS的两大支柱。RS、GIS、GPS三位一体，实现了遥感信息的获取、处理及应用的一体化。三者的有机结合，使现代遥感技术系统成为生态系统研究不可缺少的技术手段41。（4）3S技术在生态系统管理中的作用区域与全球资源的探测、预测与评价；对土地、农业、水资源等，运用3S技术建立精度较高的模型；对全球环境问题和要素进行动态监测与分析，获取全球变化信息，为全类服务；为区域性环境问题解决及可持续发展提供信息及决策；在环境灾害的监测预测预报及防治方面取得进展，为人类减灾防灾，可持续发展的顺利进行提供保障。2.3.10 环境管理信息系统（EMIS）环境管理信息系统（Environmental Management Information Syetem, EMIS）是以现代数据库技术为核心，将环境信息存储在电子计算机中，在计算机软、硬件支持下，实现对环境信息的输入、输出、修改、增加、删除、传输、检索和计算等各种数据库技术的基本操作，并结合统计数学、优化管理分析、制图输出、预测评价模型、规划决策模型等应用软件，构成一个复杂而有序的、具有完整功能的技术工程系统。42，43它既是各种环境信息的数据库，又是环境管理政策和决策的实验室。环境管理信息系统主要功能：全面和准确地查询和检索各种环境信息。因此，系统提供环境科研和管理所需的各种数据和信息具有同一格式；分析各种空间数据。利用数学模型进行数据加工，进行区域环境污染和质量评价、污染控制方案预测、经济发展对环境影响的预测以及区域环境质量控制规划等工作。决策自持。针对不同层次管理部门的不同要求，输出各种数据、图件和报告，为环境管理工作提供辅助决策。有效地利用系统本身功能，可降低系统成本提高系统效率。2.3.11生态系统管理的其他途径：用经济手段，制定各种资源开发利用补偿收费政策和环境的税收政策；把自然资源和环境因素纳入国民经核算体系；制定不同行业污染物排放的限定标准；改革资源价格体系，促进资源的节约利用和保护增值；研究展望生态系统自身的复杂性、动态性及不确定性特点使得“生态系统管理”难以形成明确的定义和方法体系，系统的多重尺度和目标也增加了管理的难度。虽然生态系统管理日益受到管理者和科学家的重视，但生态系统管理本身作为一个全新的理念和复杂的过程,还远未成熟和完善，仍然需要人类进行大量的改革与实践工作。有关生态系统管理的具体内容和方法尚有一些争议16 ,17 ,23 。如上述多个定义表明，现代生态系统管理是基于生态系统生态学以及多个生态学学科(如景观生态学、保护生物学、环境科学、经济学、社会科学)之上的。 随着这些学科的发展和完善,生态系统管理的理论和实践也势必会有长足的发展。参考文献1Agee J & Johnson D eds. 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