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1 31 黑龙江省专业技术人员继续教育知识更新培训黑龙江省专业技术人员继续教育知识更新培训 林学林学 2010 2014 第一年专业科目学习教材第一年专业科目学习教材 编写 国庆喜编写 国庆喜 东北林业大学 2010 年 5 月 2 31 目 录 第一章第一章 绪论绪论 1 第一节 生态学概念及其内涵 1 第二节 生态学的研究内容 1 第三节 生态学的现代简史 2 第二章第二章 全球变化与森林生态系统全球变化与森林生态系统 5 第一节 全球气候变化背景 5 第二节 全球变化研究的重点领域 6 第三节 中国的气候变化研究 6 第四节 气候变化对森林的影响 7 第三章第三章 可持续发展理论概述可持续发展理论概述 10 第一节 可持续发展的定义 10 第二节 可持续发展的内涵 10 第三节 可持续发展的研究进展 12 第四章第四章 生物多样性保护生物多样性保护 13 第一节 生物多样性定义 13 第二节 生物多样性保护研究进展 13 第五章第五章 生态环境安全问题生态环境安全问题 15 第一节 生态环境安全的定义 15 第二节 主要生态环境问题 15 第三节 如何协调生态保护与经济发展的矛盾 17 第六章第六章 生态系统服务评价生态系统服务评价 18 第一节 自然资本概述 18 第二节 对森林价值的认识 18 第三节 生态系统服务及价值的分类 19 第四节 主要的研究方法 20 第六节 对森林生态功能评价爱结果的认识 21 第七章第七章 生态学理论在森林经营中的应用生态学理论在森林经营中的应用 23 第一节 森林经营中的若干生态学观点 23 第二节 美国新林业学说 24 第三节 接近自然的森林经营法 26 1 31 第一章 绪论 第一节 生态学概念及其内涵 生态学是研究生物与环境 生物与生物之间相互关系的一门生物学分支学科 由于 生物 与 环境 的涵义极为广泛 导致生态学成为一门极为庞杂的学科 包含 了众多的分支学科 如果按生物类群来划分 生态学的研究对象为 植物 微生物 昆虫 鱼类 鸟类 兽 类等生物类群 就生物本身来讲 又包括基因 细胞 器官 有机体 种群 群落 生态系 统等组织层次 生态学就是在不同的组织层次上研究各生物类群与环境之间的相互关系 但 是传统的组织层次 包括个体 种群 群落 生态系统 仍是生态学研究的核心 第二节 生态学的研究内容 从研究生物与周围环境相互关系这一概念出发 针对不同的生态系统 生态学的研究内 容有不同的侧重点 1 以自然生态系统为对象 探索环境 无机及有机环境 对生物的作用 或影响 和生 物对环境的反作用 或改造作用 及其相互关系和作用规律 生物种群在不同环境中的形成 与发展 种群数量在时间和空间上的变化规律 种内种间关系及其调节过程 种群对特定环 境的适应对策及其基本特征 生物群落的组成与特征 群落的结构 功能和动态 以及生物 群落的分布 生态系统的基本成分 生态系统中的物质循环 能量流动和信息传递 生态系 统的发展和演化 以及生态系统的进化与人类的关系 2 以人工生态系统或半自然生态系统 即受人类干扰或破坏后的自然生态系统 为对象 研究不同区域系统的组成 结构和功能 污染生态系统中 生物与被污染环境间的相互关系 环境质量的生态学评价 生物多样性的保护和持续开发利用等 3 以社会生态系统为研究对象 从研究社会生态系统的结构和功能入手 系统探索城市 生态系统的结构和功能 能量和物质代谢 发展演化及科学管理 农业生态系统的形成和发 展 能流和物流特点 以及高效农业的发展途径等 人口 资源 环境三者间的相互关系 人类面临的生态学问题等社会生态问题 第三节 生态学的现代简史 20 世纪 50 年代以来 人类的经济和科学技术获得了史无前例的飞速发展 既给人类带来 2 31 了进步和幸福 也带来了环境 人口 资源和全球变化等关系到人类自身生存的重大问题 在解决这些重大社会问题的过程中 生态学与其它学科相互渗透 相互促进 并受益于空间 技术 计算机技术等 获得了重大的发展 一 理论方面的进展 1 生态系统生态学在现代生态学中占据了突出地位 这是系统科学和计算机科学的发 展给生态系统研究提供了一定的方法和思路 使其具备了处理复杂系统和大量数据的能力的 必然结果 Odum 的 生态学基础 1953 1959 1971 1983 对生态系统的研究产生 了重大影响 美国 Shugart 和 Neill 1979 的 系统生态学 以及 Jefers 1978 的 系统 分析及其在生态学上的应用 等著作 应用系统分析方法研究生态系统 促进了系统生态学 的发展 使生态系统的研究在方法上有了新的突破 从而丰富和发展了生态学的理论 生态 系统生态学在其发展过程中 也提出了许多新的概念 如有关结构的关键种 keystone species 有关功能的功能团 体现能 embodied energy 能质等 这些都有力地推动了当 代生态学的发展 2 生理生态学研究 在 20 世纪 60 年代 IBP 及随后的 MAB 计划的带动下 以生物量 研究和产量生态学有关的光合生理生态研究 生物能量学研究较为突出 生理生态的研究也 突破了个体生态学为主的范围 向群体生理生态学发展 在生理生态向宏观方向发展的同时 由于分子生物学 生物技术的兴起 促使其也向着细胞 分子水平发展 涉及某些酶系统 如核糖核酸酶活性的变化可作为植物对干旱胁迫抗性的指标等 3 种群生态学发展迅速 植物种群生态学经历了种群统计学 图解模型 矩阵模型研 究 生活史研究 以及植物间相互影响 植物 动物间相互作用研究的发展过程 近期还注 重遗传分化 基因流的种群统计学意义 种群与植物群落结构的关系等 德国的 Lorons 1950 和 Tinbergen 1951 1953 在行为生态学的研究方面获得了诺贝尔奖 把这 一领域的研究推向了新阶段 Ilarper 1977 的巨著 植物种群生物学 突破了植物种群研 究上的难点 发展了植物种群生态学 并使长期以来各自独立发展的动 植物种群生态学融 为一体 4 群落生态学由描述群落结构发展到数量生态学 包括排序和数量分类 并进而探讨 群落结构形成的机理 德国 Knapp 1974 主编的 植被动态 全面论述了植被的动态问题 促进了植被动态的研究 进一步完善了演替理论 美国 Lieth 1975 等的 生物圈的第一性 生产力 综合论述了群落与环境的相互关系 Whittaker 1978 编著的 植物群落分类 和 同年主编的 植物群落排序 以及加拿大 Pielou 1984 所著的 生态学数据的解释 Kenneth 和 John 1964 1973 1985 合著的 定量与动态植物生态学 等著作 强调了植 3 31 被的 连续性概念 采用数理统计 梯度分析和排序来研究群落的分类和演替 尤其计算机 的应用 使植物群落生态学的研究进入了数量化 科学化的新阶段 二 应用方面的进展 70 年代以来 应用生态学得到迅速发展 经典的农 林 牧 渔各业的应用生态学由个 体和种群的水平向群落和生态系统水平的深度发展 由于全球性污染和人对自然界的控制管 理的宏观发展 如人类所面临的人口 食物保障 物种和生态系统多样性 能源 工业及城 市问题等多个方面的挑战 应用生态学的焦点已集中在全球可持续发展的战略战术方面 三 研究技术和方法上的进展 生态学的研究手段已经有了长足的进展 尽管传统的基于样方样地水平上的植被调查一 直是生态学研究的重要手段 但随着研究的深入 已经有越来越多的先进技术方法被应用到 生态学研究中 1 在生态系统长期定位观测方面 自动记录和监测技术 可控环境技术已应用于实验 生态学研究 2 3S 等空间信息获取与处理技术在生态学上已普遍应用 3 现代分子技术使微生物生态学出现革命 并使遗传生态学获得了巨大的发展 4 用放射性同位素对古生物的过去保存时间进行绝对的测定 使地质时期的古气候及 其生物群落得以重建 比较现存群落和化石群落成为可能 5 特别强调以数学模型和数量分析方法作为其研究手段 生态建模仿真技术成为探索 性研究重要的工具 此外 科学计算可视化 技术也获得较大发展 随着生态学的飞速发展 逐渐形成了一些新的特色 一 相关学科之间合作更加紧密 生态学不仅与生理学 遗传学 行为学 进化论等 生物学各个分支领域相结合形成了一系列新的领域 并且与数学 地学 化学 物理学等自 然科学相交叉 产生了许多边缘学科 甚至超越自然科学界限 与经济学 社会学 城市科 学相结合 生态学成了自然科学和社会科学相接的真正桥梁之一 二 生态学研究对象的层次极大扩展 在生态学建立时 其研究对象主要是有机体 种群 群落和生态系统几个宏观层次 而当前生态学研究对象则向宏观和微观两极多层次发 展 小自分子生态 细胞生态 大至景观生态 区域生态 生物圈或全球生态 虽然宏观仍 是主流 但微观的成就同样重大而不可忽视 三 国际合作研究空前加强 很多生态学问题往往是全球性的 二次大战以后 有上 百个国家参加的国际研究计划一个接一个 如 IBP 国际生物学计划 MAB 人与生物圈计 划 IGBP 国际地圈生物圈计划 和 DIVERSITIES 生物多样性计划 等 4 31 生态学目前优先研究的领域 一 全球变化 global change 气候 大气 土壤和水化学的变化 以及土地利用所 引起的生态学原因及后果 二 生物多样性 biological diversity 自然和人类活动引起遗传 物种和生境多样性 的改变 决定多样性的生态因子和生态后果 保护珍稀濒危物种 全球及区域变化对生物多 样性的影响 三 可持续发展的生态系统 sustainable ecological system 探索自然和人工经营生 态系统的压力 受害生态系统的重建 可持续发展生态系统的经营 病虫害的危害 生态学 进程与人类社会系统间的相互作用 5 31 第二章 全球变化与森林生态系统 全球变化是指气候和地表以上的各种环境的变化 涉及到岩石圈 大气圈 水圈和生物 圈 全球变化受到自然运动和人类活动的共同影响 目前已出现全球变暖 大气温室气体浓 度增加 臭氧洞 土地植被覆盖和土地利用变化等几个比较重大的环境问题 全球变暖是目 前全球环境研究的一个主要议题 根据对 100 多份全球变化资料的系统分析 发现全球平均 温度已升高 0 3 0 6 其中 11 个最暖的年份发生在 80 年代中期以后 因而全球变暖是一个 毋庸置疑的事实 全球变暖将带来非常严重的后果 如冰川消退 海平面上升 荒漠化 还 给生态系统 农业生产带来严重影响 第一节 全球气候变化背景 发生在 100 万年到 2 万年时间尺度上的气候变化 属于长期气候变化 而发生在 2 万年 到 100 年时间尺度上的变化 属于短期气候变化 100 年以内的气候变化称当代气候变化 当 代和未来气候变化不同于过去 100 万年气候变化的一个基本方面是他们受到人为强迫机制的 影响 Goodess 等 1992 估计 未来 1000 年左右的气候变化有可能主要受增温的温室效应 的影响 全球变化研究开始于上世纪 80 年代 它有广义和狭义之分 狭义的全球变化是指全球气 候变化 包括温室效应气体的增加以及由此引发的全球变暖 大气成分的变化 大气环流和 洋流的改变 海平面上升 冰川融化以及臭氧层破坏等过程 广义的全球变化不仅包括全球 气候变化 也包括全球人口增加 土地利用与覆盖的变化 元素的生物地球化学循环的改变 环境污染 生物多样性丧失 以及国际政治与经济形势与格局的变化等 当代气候变化是指最近一个多世纪以来全球性气候变暖的事实 工业化以来 由于大量 化石燃料的燃烧 不合理的土地利用 森林的大面积砍伐等人类活动 导致大气中 温室气 体 浓度急剧增加 使全球气候在自然变率以外获得一个额外的增温 并将进一步导致全球 环境及生态系统的变化 据政府间气候变化委员会 IPCC 1990 年公布的研究结果 按照现 有大气 CO2浓度增长速率 到 2060 年 大气 CO2浓度将比工业化前增加一倍 大气 CO2浓 度倍增将使下世纪末全球平均气温上升 1 5 4 5 降水增加 3 15 第二节 全球变化研究的重点领域 一 大气环流模型研究 已经有多家研究机构针对温室气体浓度增加等情景研发了气候变化预测模型 在气候变 6 31 化研究中使用最广泛 最复杂的气候模型是三维大气环流模型 例如英国气象局 戈达德空 间研究所 美国国家大气研究中心等都研制了相关的模型 针对CO2倍增后所预测的气候变化 结果不尽相同 预测的全球升温在2 8 5 2 之间 全球降水变化在7 1 15 之间 二 生物地球化学过程 主要从大气化学 生物排放和海洋生物化学三方面进行研究 具体的研究问题有北方森 林 热带地区 水稻与甲烷 大气污染与云和全球性的微量气体源汇监测等 三 陆地生态系统与气候的相互作用 主要从植被在地球系统水循环中的作用和全球变化对陆地生态系统的影响两方面进行研 究 四 地球系统的综合分析和模拟 把海气耦合模式与陆地过程模式及环境系统中的化学过程 人类活动的影响作用耦合起 来 是一个重要但难度较大的课题 五 社会 经济影响评估 预测全球变化对农业 海岸带 能源等社会经济的影响 并在有关科学研究和政策制定 之间筑起桥梁 第三节 中国的气候变化研究 章基嘉等 1993 选用了全国大体上分布均匀的160个站的1951 1990年的40年月平均温 度和每月降水量资料 分析了全国平均和各大区 东北 华北 西北 西南 华南 长江中 下游 平均的气候变化 所得结果可归纳为以下几点 1 80年代是20世纪全球气候变暖最显著的10年 相对1951 1980年间的30年气候平均 值上升了0 2左右 这10年也是最近40年来中国气候变暖最显著的10年 相对40年气候平均值 上升了0 16 左右 2 中国80年代气候变暖有明显的区域性和季节性差异 东北地区比气候平均值高出 0 50 华北地区高出0 33 西北地区的东部仅高出0 1 西北地区的西部高出0 29 西 南地区却比40年气候平均值低0 07 华南地区仅高出0 03 而长江中下游及东南沿海地区 则接近气候平均值 没有出现变暖 80年代中国气候变化有冬暖夏凉的特点 赵宗慈 1990 选用了国外5种大气环流模型 在CO2浓度增加一倍的条件下 按平衡响 应方式对中国冬 夏季地面气温和降水率的变化进行了模拟 模拟结果在中国各大区域的分 布主要特征是 1 冬季东北地区变暖最明显 大约高4 6 华南和西南地区增温较小 7 31 大约为2 4 2 夏季增温最明显的地区是西北 大约为3 5 3 东北地区夏季降 水可能增加 华北地区冬季降水有可能减少 4 中国北部和中部各区夏季土壤湿度变干 概括起来 由于CO2倍增 中国东北及南方沿海地区有变暖变湿的趋势 而华北 华中 西北 大部分地区有可能变暖变干 但是气候变化并不一定像人们想象的那样稳定地缓慢地上升 气候有可能会在慢慢地渐 进发展的过程中发生意料之外的突然变化 比如在全球气温不断升高的趋势中 会出现突然 降低的可能 如果气候突然变冷 会导致农业产量降低 引起食物短缺 洪水和干旱这些气 候极端事件将导致淡水供应和水质降低 冰和风暴将导致战略性化石能源的供应中断 因此 气候问题不再是一个简单的科学问题 而是一个关系到国家安全的问题 专家建议应当把气 候变化问题上升到国家安全的高度来对待 加强对气候变化与国家安全对策的研究 建立国 家应对极端天气 气候事件的机制 并纳入国家重大突发事件的应急反应系统中 第四节 气候变化对森林的影响 1 对木本植物物候的影响 张福春 1995 根据近 30 年中国物候和气候资料建立了物候与年平均气温的线性统计模 型 计算了未来气候增暖对木本植物物候的可能影响 结果表明 如年平均气温升高 1 则 中国各种木本植物物候期 春季将提前 3 4 天 秋季一般推迟 3 4 天 绿叶期延长 6 8 天 如年均气温升高 1 1 8 则春季提前 4 6 天 绿叶期延长 8 12 天 此外 北方物候现象 的提前或推迟程度较南方大 2 对森林生产力的影响 由于大气 CO2浓度增加及温度和降水的变化 通过施肥效应 高温胁迫 生长期延长 干旱化或湿润化 以及其它生理效应 将使森林初级生产力发生变化 对大气 CO2浓度增加 的施肥效应 多数研究结果认为 CO2浓度升高有利于促进植物个体生长发育 加速生物量 积累 但不同植物对 CO2浓度增加的反应差异很大 其中 3植物的净光合生产力会有明显提 高 而 4植物敏感性相对较差 CO2浓度升高的另一个正效益是降低气孔导度 减少水分消 耗 提高水分利用率 这将使我国许多干旱缺水地区受益 使植被生物产量增加 但大气 CO2增加的长期效应将会影响整个生态系统的物质循环 进而影响林地生产潜力 其中许多 复杂的反馈机制还有待深入研究 如土壤有机质的 比可能比目前高出 20 40 必 将影响土壤微生物的活动 从而导致土壤肥力下降 国外也有研究指出 虽然 CO2增加对植 物生长会有促进 但其作用很快会由于土壤氮的枯竭而消失 根据气候变化后森林生产力变化率的地理格局和树种分布状况的综合预测分析 中国主 8 31 要造林树种净生产力的变化是 兴安落叶松净生产力增益最大 约 8 10 红松次之为 6 8 油松为 2 6 局部地区为 8 10 马尾松和杉木为 1 2 云南松为 2 川西 亚高山针叶林增加 8 10 值得指出的是上述预测仅依据气候与生产力之间简单的线性平衡 关系 没有考虑森林植被在气候变化过程中的生理生态 生长等适应与驯化反应 以及在种 群 群落和生态系统 景观尺度上森林植被系统的变化 竞争 演替过程等 刘世荣等 1997 3 对森林生物多样性的影响 森林生态系统包含着丰富的生物多样性 大气 CO2浓度倍增时的气候变化 将使主要植 被类型过渡带在水平方向上向北移动 100 300km 垂直高度向上移动 150 300m 一般来说 高度升高与纬度往北有类似的变化 山地每升高 500m 温度降低 3 相当于往北 250km 王献溥 1992 各种植物的分布界线都有相对的迁移 物种分布区范围愈窄 就愈 容易遭到淘汰 应当指出 森林植被带或群落不可能简单地照原样随气候变暖而移动的 其反应必然是 复杂的 是涉及有关物种生物学 生态学等多学科的问题 对森林生态系统生物多样性的影 响也将是十分复杂的 这方面的研究是极富挑战性的 由于森林群落优势树种不可能在短期内改变其生态特性而在超出其气候适应范围的条件 下生长 所以就可能导致某些森林群落的消失或脆弱化 某些森林生境将消失或恶化 这些 变化的速度超出某些物种的适应能力时 一些不易迁移的物种将会就地灭绝 同时 由于气 候变化对不同植物的生长速度 繁殖及扩散能力将产生不同的影响 某些侵略性物种或杂草 可能得益 从而增强其在群落中的竞争能力 导致群落原有的竞争和协调关系发生变化 使 某些物种灭绝 甚至导致某些群落类型消失 4 对生态脆弱带和特殊生态系统的影响 据牛文元的定义 生态脆弱带 生态环境脆弱带 或称交错区 过渡带 是指在生态系 统中 处于 2 种和 2 种以上物质体系 能量体系 结构体系 功能体系之间所形成的 界面 以及围绕该界面向外延伸的 过渡带 的空间域 特殊生态系统 是指那些由于生境的独特 性和生态系统组成成分的独特性 而在生物圈中具有不可替代性的地域 它们两者都具有对 气候变化特别敏感 抗干扰能力弱 易发生空间替代甚至消失 恢复机会小等特点 这些区 域往往包含有更为丰富的生物多样性 特别是要求多种环境或景观的边缘种和栖息于特殊生 境的特有种 在生态系统和群落水平上具有更大的产生突变的倾向 以及产生其它边际效应 的潜力 可作为全球变化的预警区 先兆区 5 对森林分布的影响 9 31 张新时对 CO2浓度倍增条件下 中国各主要植被带演变的可能情景进行了预测 认为我 国各森林植被带的界线一般向北推移 2 5 4 5 个纬度 全国森林中 热带亚热带森林增加 温带森林和北方森林显著减少甚至消失 森林 草原及荒漠之间有较大转换 且草原是敏感 区 其北部有森林化趋势而南部则显著荒漠化 荒漠化面积将增加 33 3 蒋有绪的研究预 测也表明 CO2加倍后 大兴安岭林区的水热状况接近于现在温带气候 兴安落叶松的天然分 布将向高海拔迁移 林区的组成和植物区系将逐步变化 6 对森林碳源 汇功能的影响 在广大的中高纬度地区分布的北方森林 由于气候寒冷 每年大量凋落物来不及分解 从而导致有机碳在土壤中逐年积累 成为 碳汇 有关学者担心的是 随着气候变暖 土壤 有机碳分解加快 大量排放 CO2 成为 碳源 从而加剧了气候变暖 中科院华南植物所周 国逸研究员在广东省鼎湖山成熟森林的研究表明 过去 25 年期间 成熟森林在地上部分净生 产力几乎为零的情况下 土壤持续积累有机碳 表现出强大的碳汇功能 这一研究结论有可 能打消学者们对北方森林变成 碳源 的顾虑 但仍然需要大量的观测研究来验证 10 31 第三章 可持续发展理论概述 面对当今世界日益严重的人口资源 环境问题 人类不得不重新认识自己与自然的关系 是继续坚持传统的发展观念 还是谋求建立人与自然和谐相处 协调发展的新模式 顺应世 界发展的需要 1980 年由国际自然保护联盟等国际组织共同起草的世界自然资源保护大纲 改变了过去把保护与发展对立起来和就保护论保护的做法 提出把保护与发展很好地结合起 来 认为在发展经济 满足人类的需要和人类生活质量的同时 要合理利用生物圈 使之既 要满足当代人最大持久的利益 又要保持其潜力以满足后代的需求 这一思想虽经不断修改 但却为可持续发展概念的形成奠定了基础 世界环境与发展委员会 WCED 于 1987 年发表 了 我们共同的未来 Our Common Future 的长篇报告 对可持续发展概念的最终形成和 这一思想的传播 起了极大的推动作用 第一节 可持续发展的定义 迄今为止 有关可持续发展的定义已经达到上百个 尽管在理论上 政治家 哲学家 经济学家 生态学家和环境学家还没有形成一个公认的理论模式 但以 1992 年联合国环境与 发展大会通过 21 世纪议程 为标志 人类已跨出理论探讨的范畴 把实践 可持续发展 作为人类共同追求的美好目标 挪威前首相布伦特兰夫人曾主持由 21 个国家的环境与发展问题著名专家组成的联合国世 界环境与发展委员会 WCED 在其里程碑的 我们共同的未来 中 系统地阐述了人类面 临的一系列重大经济 社会和环境问题 提出了可持续发展概念 既满足当代人的需求 又不对后代人满足其自身需求的能力构成危害的发展 它包括两个关键性的概念 一是人类 需求 特别是世界上穷人的需求 即 各种需要 的概念 这些基本需要应被置于压倒一切 的优先地位 二是环境限度 如果它被突破 必将影响自然界支持当代和后代人生存的能力 这一概念在最一般的意义上取得了广泛的接受和认可 并在 1992 年联合国环境与发展大会上 得到公识 第二节 可持续发展的内涵 可持续发展的定义虽短 但却有非常丰富的内涵 其基本点有以下三个方面 一是需要 即指发展的目标是要满足人类需要 二是限制 强调人类的行为要受到自然界的制约 三是 公平 强调代际之间 人类与其它生物种群之间 不同国家和不同地区之间的公平 在上述 核心思想的指导下可持续发展还包括下面几层含义 11 31 一 经济可持续发展 可持续发展的最终目标就是要不断满足人类的需求和愿望 因此 保持经济的持续发展 是可持续发展的核心内容 可持续发展把消除贫困作为重要的目标和最优先考虑的问题 因 为贫困削弱了他们以可持续的方式利用资源的能力 目前广大的发展中国家正经受来自贫困 和生态恶化的双重压力 贫穷导致生态破坏的加剧 生态恶化又加剧了贫困 对于发展中国 家来说发展是第一位的 加速经济的发展 提高经济发展水平 是实现可持续发展的一个重 要标志 没有经济的可持续发展 就不可能消除贫困 也就谈不上可持续发展 二 社会可持续发展 可持续发展实质上是人类如何与大自然和谐共处的问题 人们首先要了解自然和社会变 化规律 才能达到与大自然的和谐相处 同时 人们必须要有很高的道德水准 认识到自己 对自然 对社会和对子孙后代所负有的责任 要实现社会的可持续发展 必须要把人口控制 在可持续的水平上 三 资源可持续发展 可持续发展涉及诸多方面的问题 但资源问题是其中心问题 可持续发展要保护人类生 存和发展所必需的资源基础 因为许多非持续现象的产生都是由于资源的不合理利用引起资 源生态系统的衰退而导致的 为此 在开发利用的同时必须要对资源加以保护 对不可更新 资源的利用要提高其利用率 要积极开辟新的资源途径 并尽可能用可更新资源和其它相对 丰富的资源来替代 以减少其消耗 四 环境可持续发展 可持续发展也十分强调环境的可持续性 并把环境建设作为实现可持续发展的重要内容 和衡量发展质量 发展水平的主要标准之一 因为现代经济 社会的发展越来越依赖环境系 统的支撑 没有良好的环境作为保障 就不可能实现可持续发展 五 全球可持续发展 可持续发展不是一个国家或一个地区的事情 而是全人类的共同目标 当前世界上的许 多资源与环境问题已超越国界的限制 具有全球的性质 如全球变暖 酸雨的蔓延 臭氧层 的破坏等等 因此 必须加强国际间多边合作 建立起巩固的国际合作关系 对于广大的发 展中国家发展经济 消除贫困 国际社会特别是发达国家要给予帮助和支持 对一些环境保 护和治理的技术 发达国家应以低价或无偿转让给发展中国家 对于全球共有的大气 海洋 和生物资源等 要在尊重各国主权的前提下 制定各国都可以接受的全球性目标和政策 以 便达到既尊重各方利益 又保护全球环境与发展体系 12 31 第三节 可持续发展的研究进展 多年来 国内外的一些学者致力于建立可持续发展的指标体系研究 并取得了一些进展 一致认为判断和测度可持续发展能力包括五个方面的内容 即资源的承载能力 区域的生产 能力 环境的缓冲能力 进程的稳定能力 管理的调节能力 可持续发展指标体系一般包括 生态环境指标 资源指标 经济发展指标和社会发展指标以及非货币指标几大类 另一方面 如何制定和规划区域可持续发展模式途径 这是可持续发展从概念到行动的一个关键和难点 目前尚缺乏一个完整和准确的理论和技术体系作为支撑和指导 该领域的研究多停留在概念 或内涵的定性探讨上 可操作性差 因此 对可持续发展的定量化即如何来度量 鉴定和评 价区域可持续发展的水平与能力显得十分的必要 一个地区或一个行业即使实现了可持续发展 也只是暂时的 相对的 今后的可持续发 展研究不应只注重指标体系的确定 而是要面向可持续发展实现的途径及其保持措施等的研 究 使其能真正地为生产实践服务 13 31 第四章 生物多样性保护 第一节 生物多样性定义 生物多样性是指生物之间的多样化和变异性以及物种生境的生态复杂性 确切地说 生 物多样性是所有生物种类 种内遗传变异和他们的生存环境的总称 包括所有不同种类的动 物 植物和微生物 以及他们所拥有的基因 他们与生存环境所组成的生态系统 因此 广 义上的生物多样性包括遗传多样性 物种多样性 生态系统多样性和景观多样性四个层次 狭义的生物多样性只包括遗传多样性 物种多样性和生态系统多样性 生物多样性是人类生存和发展的基础 为人类的衣食住行提供了必要的生活物质 以遗 传多样性为基础的农作物和畜牧生产在低收入的发展中国家占国内生产总值的 32 全世界 每年的农产品贸易额超过 3 万亿美元 丰富的物种多样性不仅向许多国家的人民提供了直接 的食品 还产生巨大的经济 社会效益 美国在上世纪 70 年代后期仅从野生动物得到的经济 效益每年就达 870 已美元 占国内生产总值的 4 5 传统的中医药材中有 5100 种来自生物 物种 大约有 3000 种抗生素来源于微生物 丰富多彩的森林 草原 荒漠 湿地 海洋等类 型生态系统蕴藏着巨大的物质产品 并维持着全体生物物种以及全人类的生存空间 为人类 提供了清新美好的自然环境 然而 由于人口的快速增加和对生物多样性资源的过度开发利用 导致了生物多样性的 严重破坏 遍及全球的森林砍伐 草原退化 土地沙漠化和盐渍化 湿地干涸 海洋污染 物种消失 水土流失 基因丧失等环境问题日益严重 已引起国际社会的广泛重视 联合国 环境规划署自 1988 年以来 直致力于制定 生物多样性公约 1992 年在巴西召开的 联 合国环境与发展大会 上 有 153 个国家的首脑在此 公约 上签字 中国亦成为 公约 缔约国 保护生物多样性已成为近年来全球环境保护的热点之一 第二节 生物多样性保护研究进展 前期的生物多样性研究主要集中在生物多样性测度方面 研究内容涉及基因多样性 物 种多样性和生态系统多样性三个层次 研究尺度从全球到区域的各类生态系统 其中 陆地 生态系统特别是森林生态系统的生物多样性的研究和报道较多 土壤和沉积物的生物多样性 以及水生生态系统的生物多样性 微生物多样性研究较为薄弱 目前 对全球生物物种总数 濒危和灭绝物种已有了粗略的估计 但仍缺乏全球生物的 详查 编目 分类资料和全球生物物种的数据库 目前对生物多样性的内在决定机制以及分 14 31 布格局远未被完全掌握和理解 对生物多样性的起源及其地理分布格局尚处于假说阶段 如 进化时间学说 空间异质性学说 气候稳定性学说 生产力学说等 目前对物种多样性时空 分布的影响因素及其规律已有不少学者进行了探讨 并取得了一定的认识 认为生物多样性 的分布受纬度 海拔高度 湿度 温度 深度 盐度 景观空间格局和人为干扰的影响 一 般而言 物种多样性随纬度 海拔高度的增加而递减 对深度 盐度和景观类型而言则存在 一个适度值 即生物多样性随这些值的变化一般呈正态分布 关于生物多样性丧失的原因 生态学过程及其机理目前也不清楚 一般认为 人口自身的增长 人为活动干扰包括工农业 活动 城市化等导致的生境破碎化或破坏 如森林破坏 环境污染 全球气候变化等 农业 的作物栽培 家畜饲养等是导致生物多样性减少和基因种质资源丧失的主要原因 迄今为止 尽管生物多样性研究内容从简单的物种编目提高到了有关理论的研究 但进 展缓慢 很多研究内容 例如物种多样性的起源及其地理分布格局的物理生物机制 种内多 样性的研究等等 仅仅停留在探讨阶段 尚未看出其对生产经营 生物保护等有多大的指导 作用 在生物多样性保护方面 还需要纠正一种观点 即所谓的 益虫 与 害虫 的区分 每个人从小就被教育哪些物种是益虫 哪些物种是害虫 这种区分在生态学看来是不存在的 因为依生态学的观点 自然界中现存的物种都是经过漫长的与其他物种和环境之间的协同进 化而保留下来的 每个物种在维持生态系统的正常运转中都有相应的贡献 人类在没有认清 这些规律之前不能简单地定义其为益虫或害虫 举一个例子 蛀虫因为破坏木材而被人们称 为害虫 但正是由于蛀虫的存在 使一株参天大树在死亡以后倒下 树干接触到土壤 从而 使养分被迅速分解 完成了物质循环 也给其他树木留出了生长空间 害虫 之所以泛滥 是由于人类营造的农田 人工林等不健全的生态系统所造成的 是人类给这些 害虫 提供 了泛滥的条件 食物充足 缺乏天敌 依靠农药来防治是治标不治本的办法 同时 也不能 因某个物种是大家认可的 益虫 而放任 诸如 七星瓢虫是益虫 多多益善 之类的说法 都是十分荒唐的 15 31 第五章 生态环境安全问题 第一节 生态环境安全的定义 生态安全是指生态系统的健康和完整情况 是人类在生产 生活和健康等方面不受生态 破坏与环境污染等影响的保障程度 包括饮用水与食物安全 空气质量与绿色环境等基本要 素 健康的生态系统是稳定的和可持续的 在时间上能够维持它的组织结构和自治 以及保 持对胁迫的恢复力 反之 不健康的生态系统 是功能不完全或不正常的生态系统 其安全 状况则处于受威胁之中 生态安全的概念早在 20 世纪 70 年代就已被提出 但是由于生态安全内涵的丰富和复杂 性 以及人们对生态安全的研究尚不够深入 因而一直也未能形成统一并普遍接受的定义 狭义的生态安全概念是指自然和半自然生态系统的安全 即生态系统完整性和健康的整体水 平反映 健康系统是稳定的和可持续的 在时间上能够维持它的组织结构和自治 以及保持 对胁迫的恢复力 若将生态安全与保障程度相联系 生态安全可以理解为人类在生产 生活 和健康等方面不受生态破坏与环境污染等影响的保障程度 包括引用水与食物安全 空气质 量与绿色环境等基本要素 广义的生态安全概念以国际应用系统分析研究所 IASA 1989 提 出的定义为代表 生态安全是指在人的生活 健康 安乐 基本权利 生活保障来源 必要 资源 社会次序和人类适应环境变化的能力等方面不受威胁的状态 包括自然生态安全 经 济生态安全和社会生态安全 组成一个复合人工生态安全系统 广义的生态安全包括两层基本含义 一是环境 生态保护上的含义 即防止由于生态环 境的退化对经济发展的环境基础构成威胁 主要指环境质量状况低劣和自然资源的减少和退 化削弱了经济可持续发展的环境支撑能力 二是外交 军事上的范畴 即防止由于环境破坏 和自然资源短缺引起经济的衰退 影响人们的生活条件 特别是环境难民的大量产生 从而 导致国家的动荡 第二节 主要生态环境问题 本世纪初 我国发布了 全国生态环境保护纲要 纲要 的发布 为全面减少新的生 态破坏 巩固生态建设成果 从根本上遏制我国生态环境不断恶化的趋势 提供了翔实的实 施计划 在这份 纲要 中 首次明确提出 维护国家生态环境安全 的目标 我国生态环境基础原本就脆弱 庞大的人口对生态环境又造成了重大的 持久的压力 加上以牺牲环境求发展的传统发展模式对生态环境造成很大冲击和破坏 因此 我国生态安 16 31 全问题已在国土 水 生命健康和生物等四个方面突出表现出来 过去 我们的国家安全观念中 主要强调军事安全 政治安全 而忽视了生态安全 但 实际上 生态安全一旦遭到破坏 不仅影响经济的发展 而且直接威胁人的基本生存条件 比如 土地的荒漠化直接减少人们的生存空间 水资源的衰竭会直接制约经济的增长 甚至 使人们失去生存的基本条件 因此 生态安全与军事安全 政治安全 经济安全一样 是国 家安全的重要组成部分 而没有生态安全 人们生存的基本条件就会受到威胁 军事 政治 和经济的安全也就无从谈起 可以说 生态安全是其他方面安全的基础和载体 生态安全具有其自身的特点 一是整体性 生态环境是相连相通的 任何一个局部环境 的破坏 都有可能引发全局性的灾难 甚至危及整个国家和民族的生存条件 二是不可逆性 生态环境的支撑能力有其一定限度 一旦超过其自身修复的 阀值 往往造成不可逆转的后 果 比如野生动物 植物一旦灭绝就永远消失了 人力无法使其恢复 三是长期性 许多生 态环境问题一旦形成 要想解决它就要在时间和经济上付出很高代价 四是全球性 正如全 球经济一体化之后 国与国之间的经济安全密切相关一样 生态安全也是跨越国界的 目前 世界各国已经面临各种全球性环境问题 包括气候变化 臭氧层破坏 生物多样性迅速减少 土地沙化 水源和海洋污染 有毒化学品污染危害等 目前 在我国生态安全和各种因素中 国土安全 水的安全 环境安全 生物物种安全 等都不同程度地存在着一些隐患 但深入分析就会发现 在各种威胁因素中 水土流失 水 资源的不合理利用所造成的影响 范围最大 程度且深 第一 水土流失和水资源的不合理利用 直接威胁国土的安全 国土是一个国家居民生 存的最基本条件 在战争条件下 战败国的国土被占领甚至被割让 是国土的最大损害 这 属于军事范畴 而在和平年代 国土质量和生产力的下降 造成国民居住和生产条件恶化 甚至导致居民基本生存条件的丧失 有效生存空间减少 这同样是对国土安全的严重损害 目前我国每年流失沃土 100 多亿吨 流失的氨 磷 钾等养分远大于全国化肥总产量 全国 荒漠化土地面积占国土面积的 27 3 是全国耕地面积的两倍多 在一些生态安全受到严重 威胁的地区 群众生存条件不断恶化 一些乡村 城镇不得不多次搬迁 第二 水的安全一直是困扰经济和社会发展的重要因素 从整体上讲 我国是一个缺水 的国家 缺水还在以很快的速度增加 我国的农业自然灾害中 70 是水旱灾害 水旱灾害中 旱灾又占到 70 90 年代平均每年干旱面积 3 8 亿亩 全国 668 个城市中有 400 多个供水不 足 生产和生活受到严重影响 缺水使全国工业总产值每年损失 2000 多亿元 一方面水资源 短缺问题相当突出 另一方面 由于大江大河上中游水土流失严重 使河道 湖泊泥沙淤积 增加 排水 蓄水能力大大降低 抗洪防洪能力减弱 对中下游地区的安全带来很大隐患 17 31 这类问题如果持续大范围发生 该区域的百姓将会丧失生存条件 谈不上安居乐业 也 许还需要大规模搬迁 就有可能造成社会动荡 生态安全急需居安思危 防患于未然 而不 能拖至不可收拾的地步 第三节 如何协调生态保护与经济发展的矛盾 经常有这类的报道 要实施某个经济开发项目 遭到生态学家的反对 好像生态学家就 是专职反对经济建设的 诚然 某些工程项目对环境的破坏太大 可能造成不可恢复的损失 这是要认真考虑和坚决制止的 但针对生态保护与经济发展之间关系的处理并不是简单地反 对或者赞同那么简单 过于强调生态保护 反对一切经济开发 表面上是保护 但实际上由 于这种绝对的保护有可能对当地居民的生活造成很大影响 难以得到当地人的支持 而在经 济开发中不考虑环境影响 一味地破坏 最后也会由于失去环境和资源的支持而无法实现可 持续发展 甚至造成生态灾难 所以当前生态学家的任务应该是科学合理地协调生态保护与经济发展之间的关系 不能 将经济开发一律看作洪水猛兽 因为自然界本身也在进行一定的自我破坏 也有一定的自我 修复能力 例如一片森林 人不去采伐 大自然也在 砍伐 在东北东部地区 如果森林不 经常被火烧 砍伐 就没有白桦 山杨的立足之地 我们应该研究的是对自然干扰的 底线 是多少 给经济开发规模规定必要的限度 实现人类的自我约束 从生态学的角度来讲 经 济开发规模或强度应当以不破坏自然生态系统自身修复能力为原则 18 31 第六章 生态系统服务评价 第一节 自然资本概述 自然资本论认识到人工资本的生产和使用与自然资本的维护和供应之间存在着密切的相 互依存关系 资本的传统定义是以投资 工厂和设备的形式积累财富 实际上 一种经济需 要 4 种类型的资本来适当地运转 一是以劳动和智力 文化和组织形式出现的人力资本 二 是由现金 投资和货币手段构成的金融资本 三是包括基础设施 机器 工具和工厂在内的 金融资本 四是由资源 生态系统构成的自然资本 生态系统除了为人类提供了食物 木材等资源外 又提供了重要的生态服务 而这种服 务对人类的繁荣来说 远比不可再生的资源更为重要 一片天然林可提供的不仅仅是木材资 源 而且可以提供蓄水和防洪服务 一种健康的环境不仅能自动地提供清洁的空气和水 降 雨 海洋生产力 肥沃的土壤 而且还能提供这样一些较少被察觉到的功能 如垃圾处理 自然的和工业的 对极端气候的缓冲作用和大气的更新等 人类继承了一个 38 亿年的自然资本储备 在工业体系达到极高的水平 聚集和积累人工 资本的成就达到颠峰之时 人类文明赖以创造经济繁荣的自然资本却正在急剧减少 自 18 世 纪中期起 自然界受到的损害要比整个史前时代造成的损害还要大 第二节 对森林价值的认识 现代社会对森林价值的认识大致经过了三个阶段 发达国家自 17 世纪中叶资本主义在欧 洲兴起开始 对森林的经营一直是以生产木材为目的 往往视森林的防护与环境功能为当然 此阶段为森林的木材价值论阶段 到二战后 德国于 20 世纪 50 年代确定了森林多功能理论 美国 瑞典 奥地利等也都相继采用了森林多效益理论 为森林的多效益价值论阶段 20 世 纪 80 年代末 90 年代初 理论界出现对森林未来价值的思考 开始进入森林的全面价值论阶 段 在我国目前市场条件下 森林的直接功能 提供木材及林副产品 由于其 有形 易于 计量 已进入市场 而森林的生态功能 因为其产品 无形 计量困难等原因而没有进入市 场 一直为社会无偿享用 森林经营者不能得到应有的经济补偿 只要深入到森林生态功能 内涵 就不难发见 森林生态功能因为难于计量 好象 无形 而其作用的结果 最终输出 的是物化的 有形 的产品 例如森林涵养水源保持水土的功能 它作用的结果是蓄水保土 据测定 3333hm2的森林蓄水量相当于 100 万 m3的水库 日本学者研究表明 日本如果不造 19 31 林 每年修水库需要 13 亿日元 修坝防洪需要 183 亿日元 两项合计 196 亿日元 造林绿化 利用森林涵养水源保持水土的功能 就可节省这笔巨大的投资 由此可见 森林生态功能的 价值是巨大的 从政治经济学的角度看 森林生态功能具有以下特性 森林生态功能是森林 经营者通过经营管理 投资投劳生产的森林成果的一部分 同木材及林副产品一样 为劳动 产品的一部分 是劳动的结晶 因此具有价值 森林生态功能可以满足人类社会的多种需要 具有实用性 如涵养水源的功能 可以增 加蓄水 为人类提供生产 生活用水 净化空气 改善环境的功能 可以为人类提供空气新 鲜 优美宜人的环境条件 为人类生活 休闲娱乐 疗养 旅游提供良好的场所等等 具有 使用价值 因此 森林生态功能具有商品属性 世界上一些林业先进国家 已经对森林生态 功能的经济效益进行了或正在进行计量调查研究 从方便理解和操作的角度 森林生态系统服务可以概略地分为三大类 一类是生态系统 产品 主要是木材和非木材林产品等可以商品化的功能 第二类是改善人类生存环境的公益 功能 主要包括 涵养水源 保持水土 合成有机物质 净化环境 其他维持生态系统平衡 与进化的功能等 第三类是为人类娱乐 美学 科学 教育 精神和文化方面提供自然环境 的社会价值类型 主要是游憩和科研等 第三节 生态系统服务及价值的分类 生态系统服务功能的价值可大致分为如下几类 一 直接利用价值 主要是指生态系统产品所产生的价值 它包括食品 医药及其它 工农业生产原料 景观娱乐等带来的直接价值 直接使用价值可用产品的市场价格来估计 二 间接利用价值 主要是指无法商品化的生态系统服务功能 如维持生命物质的生 物地化循环与水文循环 维持生物物种与遗传多样性 保护土壤肥力 净化环境 维持大气 化学的平衡与稳定等支撑与维持地球生命支持系统的功能 间接利用价值的评估常常需要根 据生态系统功能的类型来确定 通常有防护费用法 恢复费用法 替代市场法等 三 选择价值 选择价值是人们为了将来能直接利用与间接利用某种生态系统服务功 能的支付意愿 例如 人们为将来能利用生态系统的涵养水源 净化大气以及游憩娱乐等功 能的支付意愿 人们常把选择价值喻为保险公司 即人们为自己确保将来能利用某种资源或 效益而愿意支付的一笔保险金 选择价值又可分为 3 类 即自己将来利用 子孙后代将来利 用 又称之为遗产价值 及别人将来利用 也称之为替代消费 四 存在价值 存在价值亦称内在价值 是人们为确保生态系统服务功能能继续存在 的支付意愿 存在价值是生态系统本身具有的价值 是一种与人类利用无关的经济价值 换 20 31 句话说 即使人类不存在 存在价值