随着人地矛盾的日益突出,特别是社会经济可持续发展战略的提出,如何实现土地资源的永续利用已成为人们普遍关注的热点问题。天然草地是陆地上面积最大的生态系统类型,不仅为人类提供许多有市场价值的产品和服务,如肉类、奶类和毛皮制品等,而且提供大量对人类生存与生活至关重要却又未被人们所认识的生态价值或服务,诸如维持大气成分、保存基因库、调节天气过程、保持土壤等。然而,多年来草地生态系统的研究工作多从草地生态系统的组成、结构、功能、环境等方面分别进行论述,并未对草地生态质量进行综合分析。至于草地生态质量概念、研究范畴、内容、评价指标及其与可持续发展之间的关系如何,至今也尚无定论,本文试图进行探讨性研究,为加强草地生态恢复和重建提供理论依据,并促进生态质量评价向实用化方向发展,实现草地资源的可持续利用。
1草地生态质量、研究内容及其评价指标
1.1草地生态质量概念目前,国内外关于草地生态质量的研究比较少,还没形成统一的概念和原理,但可以肯定,草地生态质量应该反映草地生态系统的生态因子之间、生态因子与环境之间是否适应和协调发展,生态结构是否合理,生态功能是否正常运转等草地的生态学和系统学特性。另外,草地生态系统是一个开放的复杂巨大系统,包括非生物环境、生产者、消费者和分解者4个基本组分,各个组分之间通过能量流动与物质循环联结在一起的,其间的物流、能流、信息流及价值流应是畅通无阻、正常和高效运转,以保证系统各组分之间的相互促进、相互协调和整体最优。因此,草地生态质量应该是草地在维持生态系统能量循环和物质平衡时所具有的本质属性,它随着草地生态系统的组成、结构、功能和环境的演变而变化。
1.2草地生态质量研究的内容及评价指标草地生态系统是以各种多年生草本占优势的生物群落与其环境构成的功能综合体,即在一定空间内,由草地生物成分和非生物成分通过物质的循环和能量的流动而相互作用、相互依存而构成的一个生态学功能单位。因此,草地生态质量研究的内容应涉及草地生态系统的各个方面;应全面系统地反映草地系统的健康状况和运行过程。草地生态质量研究应涵盖以下方面的内容。
1.2.1草地生态系统的生物成分:研究对象主要包括生产者、消费者和分解者,即草地植被、草地动物和草地微生物。主要研究各系统的生物多样性,它是反映物种多度和种群丰度的一个重要指标。可分为3个层次:物种多样性、群落多样性和生境多样性。生物多样性的指数高,表明生态系统的结构完善,稳定性强。生物多样性降低,则表明生态系统的结构不同程度地遭受到破坏,功能缺损,稳定性、协调性降低。对于自然性物种匮乏地带,则可以用物种相对丰度来衡量,即物种相对其所在生物地理区或行政省内物种总数的比例。在实际评价工作中,多样性的定量化方法大多采用比较粗略的等级法,如较低、较高、极高等[1~3]。分析天然草地物种的多样性,通常采用辛普森(species)指数,即从无限总体中取样的无偏估计量(!^)和Hill的非常丰富种数的多样性数!^的倒数来表示[4],其计算公式为:!^≈si=1!ni(ni-1)Ni(Ni-1)式中!^为无偏估计量;ni为样地中第i个种的盖度;Ni为样地中所有植物的总盖度,S为样地中植物种的种数,也可称为物种丰富度指数。在生态系统中人作为杂食动物,其活动对草地生态质量影响很大,在后面单独讨论。
1.2.2草地生态系统的非生物成分:非生物成分可能是导致或影响草地生态质量变化的原因。同时,非生物成分也是草地生态质量变化的量度。非生物成分主要是指有关草地生态系统的气、水、土壤、气候、地貌等环境因子。这与草地生态环境质量研究中提出的草地自然环境要素相一致[5]。衡量草地生态质量所采用的相应指标为:平均年降水量、蒸发量和气温,月平均降水量、蒸发量和气温。土壤有机质含量,氮、磷、钾含量,土壤结构、土壤生物种类和数量、土壤酶活性、土壤污染程度。大气中二氧化硫、二氧化氮的浓度、颗粒物浓度、与季节有关的空气污染事件、气象灾害、辐射暴露等。河流的年径流量、水质等[6]。
1.2.3草地生态系统功能:草地生态系统功能是草地生态系统的能量流动和物质循环。结构和功能相互适应、相互完善,使生态系统在一定的时间内各组分通过制约、转化、补偿、反馈等处于最优化的协调状态,表现出高的生产力,能量和物质的输出接近相等,能量和信息流动畅通无阻,使系统处于相对稳定、平衡状态。草地生态功能在草地生态质量研究中占据很重要的地位,其研究内容十分广泛和复杂,评价指标十分庞大且相互重叠[7]。因此,评价指标及其权重的确定就显得十分困难,要建立一个系统、合理、完备的评价指标体系,还需进一步研究。本文仅从以下几方面进行分析。生物生产:草地生态系统生物生产包括初级生产和次级生产。初级生产的生产者主要是绿色植物,初级生产是反映生态系统生产力的重要指标。其相应的衡量指标有:总生产量、净生产量、生物量、现存量、生产力、总生产力、净生产力[8]。在生态学上常用草地覆盖度来反映初级生产。传统的测定草地盖度的方法是样方法,即样方内用插钎垂直插下所触及植物和植物种的次数,求得所占百分比率可分为分盖度和总盖度:分盖度(%)≈BL×100%总盖度(%)≈∑BL×100%其中,B为草种在样方中触钎次数,L为样方中插钎次数,∑B为样方中各种草总触钎次数[4]。在范围比较的草地生态系统中,常常把样方法和遥感技术结合起来计算生物生产[1]。次级生产实质上是动物性生产,其衡量指标为第二性生产力(secondryproduction),可概括表示为:Ps≈C-F-U-RPs为第二性生产量,C为消费量(在特定时间被一样生物所采食的食物量),F为排泄物或粪便(没有被吸进有机体身体的食物),U为分泌物(被吸收,但以后又从身体移出的物质,包括尿在内),R为呼吸量(用以维持生命的那部分能量)。生态服务功能:生态系统的服务功能反映生态系统能量流中的净化、循环和再生功能,根据生态系统的服务功能进行草地生态质量评价,是可持续发展的目的所在。由于各国所处的地理位置、社会、经济发展水平的影响,对于生态系统服务功能的评价及评价指标的确定存在差异。根据美国科学家Costanza等的研究成果,结合我国的实际情况选用保持水土、涵养水源、净化空气、营养元素循环、美学等18种功能进行分析。维持系统平衡能力:主要包括抵抗力和自组织力两个方面,其相应的衡量指标为自然度、稳定性、完整性、恢复力、组织成熟度、能量耗散的有效性、进化或演替的有序性等[9,10]。#p#分页标题#e#
1.2.4草地生态系统中的社会经济因子:由于人类活动的影响,草地生态系统在具有自然属性的同时也具有社会属性。草地生态质量评价着重于整体性评价,因此,在草地生态质量评价指标确定和选择时,必须考虑社会经济指标。选取的社会经济指标必须满足草地经济可持续发展的要求。这些指标主要包括:人均国民生产总值、人均纯收入等,同时还包括草地管理水平、草地生态工程建设等。
1.2.5草地生态系统中的人文因子:人具有生物和社会双重属性,在草地生态质量研究中把它作为特殊因子进行研究。人是高等动物,可以以文化为媒介达到对自然的适应,也可以借助科学技术的创造力有意无意地建设和破坏草地[11]。人文因子相应的评价指标有系统中人口数量及文化素质。草地生态质量评价指标是度量草地生态质量优劣的指标体系,由于草地生态系统结构复杂、层次众多,子系统之间既有相互作用又有相互间的输入和输出,某些元素及某些子系统的改变可能导致整个系统由优到劣或由劣到优的变化。要在众多的指标中选择那些最灵敏的、便于度量且内涵丰富的主导性指标作为评价指标比较困难。景观生态学理论与方法、空间异质性理论、空间尺度理论、“压力—状态—反馈”理论及可持续发展理论是对草地生态系统结构、功能与过程规律性的概括和总结,因此,以这些理论作为草地生态质量评价的基础理论,有利于人们对于草地生态系统自身规律的认识和深化[9,10,12]。
1.3草地生态质量与草地环境质量长期以来,人们往往以“草地生态环境质量”一词笼统地代替草地生态质量。实际上,草地生态质量与草地生态环境质量是两个不完全相同的概念。它们在概念、研究范围、衡量的标准和评价指标上存在很大差异。草地生态环境是指以草地植被为主体的,对草地植物正常生长、发育、繁殖、分布等有直接或间接影响的生态环境要素的总和。这些要素主要包括气候、气象、水文、地形、地貌、土壤、植被、生态景观等自然地理要素,以及人口、家畜、政策和第一、第二、第三产业发展状况等社会经济要素[4]。其衡量的标准是:在某一具体环境内,环境总体或环境某些要素对人类或畜群的生产、生活的适宜程度。草地生态环境质量的优劣往往是根据人类或畜群的要求而定的。这里的环境质量包括自然环境质量和社会环境质量两个方面。因此,草地生态质量和草地生态环境质量是包含与被包含的关系。
2草地生态质量与草地可持续利用
自然生态系统是相对稳定的、具备自我组织、自我维持、自我调节、自我恢复的能力的生态系统。在人类的改造过程中,自然生态系统的内在的可持续性机制会发生明显的变化,而草地生态质量正是草地生态系统特性和这种变化的综合反映。当草地生态质量处于良性发展时,草地生态系统处于健康状态,其抵御外界干扰能力和综合生产力提高,系统的稳定性增强,可持续性机制得以运行;相反,当草地生态质量处于不良发展时,草地生态系统处于不健康或亚健康状态,其抵御外界干扰能力和综合生产力降低,系统的可持续性难以维持。FAO于1993年发表的《持续土地管理评价大纲》中,可持续土地利用评价必须符合的五大原则即生产性、稳定性、保护性、可行性、可接受性。刘黎明、谢花林等从草地资源可持续利用的涵义出发,对我国草地资源可持续利用的主要制约因素和存在问题进行分析,在此基础上建立了我国草地资源可持续利用评价指标体系的层次结构、基本框架和初步的分类结果[13]。从他们的研究可以理解草地可持续发展的核心就是要通过维持与保护生态系统,保护人类的生存环境,保护地球生命支持系统,维持一个可持续的生物圈;草地生态质量是草地可持续利用研究的核心,维持草地生态系统的平衡,提高草地生态质量,也就实现了草地生态系统的可持续利用。不同的草地生态质量,其生态系统结构与功能各不相同,系统内物质、能量及信息的交流方向、交流途径、交流量、交流比例以及交流速率等各具特色,对外界干预的缓冲机制、自我恢复能力、代谢功能特征存在很大差异。因此,在一定条件下,只有遵循草地生态系统的演替以及物质循环与能流过程等基本规律,确切地了解草地生态质量,才能科学合理地进行生态区划和生态规划,提出合理的利用方式,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、当代人和代际之间的公平性,建立完善的草地持续利用评价指标体系,提出草地持续利用的战略和措施,最终实现草地生态系统的可持续利用。由此可见,草地生态质量研究是草地可持续利用评价的前提。
3草地生态质量、系统健康、可持续利用
生态系统健康就是其组份、结构和功能三者的完整存在和正常运转。评价生态系统是否健康可以从活力(vigor)、组织结构(organization)和恢复力(resiliense)等3个主要特征来定义[14]。活力表示生态系统功能,可根据新陈代谢或初级生产力等来测量;组织结构根据系统组份间相互作用的多样性及数量来评价;恢复力也称抵抗能力,根据系统在胁迫出现时维持系统结构和功能的能力来评价,当系统变化超过它的恢复力时,系统立即“跳跃”到另一个状态[15]。草地生态质量是草地生态系统的本质属性,是草地生态健康和草地持续利用的物质前提,草地生态质量的好坏决定草地生态系统是否健康、草地是否持续利用。草地生态健康是草地生态质量状况的反映,只有健康的生态系统,生态质量才是好的,其功能得以正常发挥,否则系统会患“危机综合症”,也就无从谈可持续利用。可持续利用作为新理论在人地关系发展到一定阶段提出,它始终与人类活动联系在一起。人类活动中的不经意和粗心以及无所顾忌所造成的对自然生态系统的影响力已大大超过了其自我调节的能力,生态系统的健康状况日益恶化,这一状况的出现不仅严重影响到草地生态质量,同时也严重影响到了人类自身的生存和社会的发展。因此,从一定意义上说,草地可持续利用是以草地生态质量和生态健康为基础和前提,但其又反作用于草地生态质量和生态健康。只有生态质量好、服务功能完善的生态系统才是健康的生态系统,而一个健康的生态系统才是稳定的、可持续的,是人类可持续发展的前提。
4结论与讨论
由于人类对草地生态系统服务功能、生态质量、生态系统健康及其重要性的不了解,导致草地生态环境的破坏,损害了其生态质量和生态系统健康,从而使人类的可持续发展受到威胁。减少这些破坏和威胁是整个社会,尤其是生态学工作者面临的重大挑战。为了使自然生态系统可持续的演化和人类社会可持续发展,一定要给予人类社会可持续发展的物质基础———自然生态系统以特别的爱护和关注。由于草地生态系统本身及其环境随时空的演变而不断变化,建立一个完整的、统一的指标体系是比较困难。本文的重点在于试图提出草地生态质量的概念和相应的评价指标,在实例分析中有关评价指标选择及其权重等的确定还需要大量的分析和研究。#p#分页标题#e#
