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水土保持学绪 论_图文

水土保持学绪   论_图文





一、水土保持学研究的对象、内容与特点

(一)水土保持学的研究对象和内容 《中国农业百科全书·水利卷》对水土保持学的定义是:研究水土流失形式、发生的原 因和规律,阐明水土保持的基本原理;据以制定规划和运用措施,防治水土流失,保护、改 良和合理利用水土资源,维护和提高土地生产力;为发展农业生产,治理江河与风沙,建立 良好的生态环境服务的一门应用技术科学。 这个定义决定了水土保持学的主要研究对象是地 壳表层的水和土。水和土是人类赖以生存的基本物质,是发展农业生产的基本要素。可见, 水土保持学在国民经济建设中具有十分重要的作用和意义。 由水土保持学的根本任务和当前学科发展状况来看, 它的基本研究内容可归纳为以下几 个方面: 1、研究水土流失的形式、分布和危害。即研究地表土壤及其母质、基岩受水力、风力、 重力、冻融和化学等作用所产生的侵蚀形式,以及被侵蚀物质的搬运、堆积形式及危害;研 究径流的形成与损失过程; 研究水土流失的分布情况, 包括水土流失类型区的自然特点和水 土流失特征;研究水土流失对国民经济, 包括对农业生产、江河湖泊、工矿企业、水陆交通、 城镇居民安全以及生态环境等方面的危害。 2、研究水土流失规律和水土保持原理。即研究在不同气候、地形、地质、土壤、植被 等多种自然因素综合作用下, 水土流失产生和发展的规律, 以及人类活动因素在水土流失和 水土保持中的作用。 3、研究水土流失、水土资源调查和评价的方法及水土保持区划;研究合理利用土地, 组织和运用工程、林草、农业耕作等措施保持水土,发展农业生产的规划原则与方法。 4、研究综合治理措施及效益评价 (二)水土保持学的特点 水土保持学(soil and water conservation)是集农、林、水、牧、地理、土壤、经济学等 学科之大成而形成的一门新兴学科,因此,其特点主要体现在以下 3 个方面: 1、综合性 水土保持的综合性特点是由水土流失的原因所决定的。 造成水土流失的原因不仅有自然 因素,还有社会因素,因此,防治水土流失的措施必须是综合的,而不是单一的。 水土保持是跨学科的,与其它学科互相渗透、互相影响、互相吸收。但不能把多学科渗 透的内容与某一学科等同。 水土保持是一项复杂的系统工程,应该以生态学观点、系统工程方法,在治理区因害设

防,综合配置各种措施,措施间应是互为补充,达到高效、多功能,充分而合理利用水土资 源, 将水土流失减少到最低限度, 从而使土地生产力达到最好的水平。 因此, 其任务的完成, 往往是要通过多个部门的联合攻关来实现。 2、水土保持监督 监督、预防水土流失是水土保持的又一个特点。水土流失的形成除与自然因素有关外, 还与社会因素关系密切,特别是现代加速侵蚀,多起因于人类对土地的不合理利用。因此, 预防人为造成新的水土流失是监督的主要任务。 监督要建设从工程设计审批阶段开始, 负责审批与水土保持有关的生产建设项目中的水 土保持方案。此外,还必须建立监测站进行监测,以便掌握水土流失发展的趋势,提出合理 的防治对策。 3、水土保持的效益 水土保持的第三个特点是不仅具有生态效益和社会效益, 更重要的是有经济效益。 现阶 段,在水土流失治理中,人们常将经济效益寓于治理措施之中,选择生态效益与经济效益兼 优的措施。特别是要把小流域建成为发展商品生产的基地,就是在保持水土的同时,培育再 生资源和增加资源量,并使资源得到永续利用。

第一章

水土保持基本原理

水土保持是一门综合性很强的学科。它的主要功能是恢复生态、保护环境和促进农村 经济健康持续发展。因此,水土保持除依据本学科特有的基本原理展开工作外,还融汇了其 他学科的基本原理。

第一节

水土流失带性规律

自然地理要素在地球表面的规律性组合与分布导致了水土流失也出现了相应的差异, 这样就使水土流失的研究和治理更具有针对性。 进一步来讲, 就是区域不同, 水土流失成因、 类型、类型组合及侵蚀强度等不同,水土流失的治理也就不同。

一、自然地理环境的地域分异规律

由于地球的形状、自转和公转等特征,使到达地表的太阳辐射量按一定的顺序由北向 南呈规律性的排列,从而可划分为若干热量带。与之相应地气候、植物和动物也在地表形成 了带状分布。但是,地球表面不是一个连续的、均匀的、具有相同物质组成的行星,大陆占 地表的 29%,海洋占 71%,这种面积的数量对比关系,使大陆与海洋以及大陆的东岸、西 岸和内部的自然地理要素分布更为复杂。 地球表面最高处珠穆朗玛峰 8848m, 而最深的马里 亚纳海沟深达海平面下 10700m,高差的悬殊也使自然地理要素分布在垂直方向上出现了差 异。可见,各自然地理要素在地表有其特定的空间位置,这就是所谓的自然地理地带性

(physical geographic district) ,即:地球表面的自然地理要素、过程和现象在空间分布上都 依据各自所有的自然地理特点,呈有规律的带状排列。 各自然地理要素虽有其相对固定的空间位置,但也不是孤立存在的,而是某一要素与 其他要素不断地进行着相互作用,他们有成生的联系。这就构成了人们经常讲的“自然地理 环境” (physical geographic environment) 。自然地理环境的整体性表现又可称为自然综合体 (natural complex) 。二者沿地理坐标确定的方向,从高级单位分化成低级单位的现象,可称 为地域分异(differences of geographic regions) 。它既是自然界各种自然现象的综合体现,又 是人们认识自然和改造自然的基础。通常由高到低可将地域分异划分为以下等级: (一)全球性的地域分异规律 地带性分异因素即太阳能按纬度分布不均和非地带性分异因素即地球内能引起的海陆 分布是造成全球性地域分异规律的基本原因。 由于这种分异的规模是全球性的, 故称为全球 性的分异规律,它的表现有: 1、海陆对比 地球表面具有 4 个大洋和 6 个大陆之分,这是自然地理环境的基本分异,他除表现为 海与陆的强烈对比外, 还构成两种明显不同的陆地生态环境与海洋生态环境, 并通过其间的 相互影响,造成次一级的地域分异。 2、热力分带 太阳辐射随地理纬度不同而发生的热力分带性具有全球规模,是一种全球性的地域分 异规律。 无论是在大陆还是在海洋, 这种热力分带性都有明显的表现, 它决定着气温、 气压、 湿度、降水、风向等要素在地表呈带状分布。 (二)大陆和大洋的地域分异规律 1、大陆地域分异规律 大陆的地域分异规律是贯穿整个大陆的。可分为纬度地带和经度省性两类。 (1)纬度地带性分异规律 纬度地带性规律是指自然地理环境组成成分及自然综合体,大致按纬线方向延伸而按 纬度方向有规律的变化。这是太阳能按纬度呈带状分布所引起的温度、降水、蒸发、气候、 风化和成土过程、植被等呈带状分布的结果。当它的延伸遇到海洋时,就会被切断,并为大 洋地带性规律所代替。 (2)经度省性 经度省性是指自然地理环境各组成成分和整个自然综合体从沿海向内陆按经度方向发 生有规律的更替。从海岸到大陆内部,气候状况、植被群落及土壤类型都有规律的变化。在 大陆东岸、大陆西岸和大陆内部各有自己独特的地带组合。 2、大洋地域分异规律 (1)大洋表层纬向自然带 大洋表层是指大洋表面以下 200m 深的范围。 由于太阳能按纬度方向分布不均引起的大 洋温度、盐度和含氧量不同,以致海洋生物也有相应的区别,从而引起该层自然综合体按纬

线方向延伸而按纬度方向有规律的变化。 这一分布规律虽受寒流、 暖流影响而与纬线略有偏 斜,但与大陆相比还是比较平直的。 (2)大洋低层自然区 大洋底层自然区域随海底地形及距岸远近,发生有规律的更替,底栖生物有机体和海 底软泥也发生有规律的变化。由于大洋底层太阳能的影响微弱,所以它不表现地带性规律, 而海底地形是大洋底层自然区域分异的直接因素。 (三)区域性的地域分异规律 1、地带段性 地带段性是地带性分异规律受海陆分布影响及大地构造――地貌规律的作用在大陆东 岸、大陆西岸和大陆内部的区域性表现。 在大陆东岸地段性十分明显,如欧亚大陆东岸和北美东岸由北向南,地带段性的排列 顺序是: 温带针阔叶混交林暗棕壤地带――暖温带落叶阔叶林棕壤地带――亚热带常绿阔叶 林红黄壤地带。但他们都只延续于大陆的东部边缘。 在大陆内部,地带段性的表现是围绕大陆的干旱中心,大致呈马蹄形分布。如欧亚大 陆从北向南的地带段分布是: 温带森林草原黑钙土地带――温带草原栗钙土地带――温带干 旱荒漠地带等。 在大陆西岸的欧亚大陆部分, 地带段排列顺序则为: 温带针阔叶混交林暗棕壤地带―― 温带阔叶林棕壤地带――地中海常绿硬叶林褐土地带等。 2、地区性 地区性是由海陆分布带来的经度省性与大地构造――地势单元同热量带的相互作用形 成的大陆内部、 大陆东岸内部、 大陆西岸内部的区域性的分异规律, 《中国自然区划草案》 如 中所划分的兴安副区、东北平原副区等 22 个副区。 3、垂直带性 垂直带性是指自然地理综合体和它的组成成分大致沿等高线方向延伸,而随山势高度 发生带状更替的规律。 这种分异现象只有当山体达到一定高度以后才可能出现。 在温带一般 大于 800m,热带在 1000m 以上。 (四)地方性的分异规律 地方地形的垂直分化、地面组成物质和地方气候的差异是造成地方性分异规律的主要 原因。地方性分异规律主要表现为:①系列性。即由于地方地形的影响,自然环境各组成成 分及单元自然综合体, 按确定方向从高到低或从低到高有规律的依次更替的现象。 ②微域性。 由于受小地形和成土母质影响, 在小范围内最简单的自然地理单元既重复出现又相互更替或 呈斑点状相间分布的现象。③坡向的分异作用。坡向对光照、水文有再分配作用,故植被和 土壤也会出现差异。 上述各等级的地域分异规律,相互间存在着密切的关系,如图 1-1 所示。

图 1-1

地域分异规律相互关系

二、土壤侵蚀的地理分布
土壤侵蚀(soil erosion)是各种侵蚀力与土壤(含母质)相互作用的产物,由于地表水、 热状况的差异控制着其形式的地理分布不同。 (一)地表水、热状况与外营力的关系 地表水、热状况不同,决定了不同性质的外营力作用及其强度。 岩石的风化是侵蚀搬运的准备阶段,在不同水、热条件下,风化作用具有明鲜的地带 性的特点。物理风化以冻融崩解最强烈;其次是热力风化,它发生在中、低纬干旱地区;化 学风化随温度升高、降水量增大而加快;生物风化与植被繁茂相一致。 坡面上块体运动与水、热关系十分密切。土体岩屑的流动、滑动和蠕动都需水参加, 因此干旱地区最弱,高温湿润区最强。另外,在低温下,当有一定降水量时,由于地下冻土 存在,地表水难以下渗,块体运动也有较大强度;在冻融交替频繁的地区,块体运动强度也 是很大的。 流水作用与水、热关系更明鲜,在干旱地区流水作用最弱,但并不是在降雨最多的地 带作用最强,因为那里植物非常茂密,阻碍了流水的侵蚀作用,所以流水作用最强烈的地方 反而是雨量中等的地区。 风沙作用在干旱地区最强,在高温多雨地区最弱。

30 物理风化 风 流水 化学风化 块体运动 流水 物理 化学 风化 流水 物理风化 块体运动 冰川,冰融 风 -10 0 500
图 1-2

20

10

0

1000

1500

2000

侵蚀形式与水、热关系

冰川、冻融等作用更是与水、热状况密不可分,冰川侵蚀只能发生在年平均气温在 0℃ 以下,降雪量大于消融量和蒸发量的地区。没有一定的水分和温度条件,冻融、溶蚀是不能 发生的。 图 1-2 表示的是侵蚀形式与水、热状况的关系。可以看出,不同气候下有不同的外营 力组合,且在组合中各种侵蚀的相对重要性不同。左上角是高温少雨地区,风化作用以物理 风化为主,风蚀最突出,流水侵蚀次之;右上角是高温多雨地区,化学风化居首位,块体运 动由于水分多而很活跃,水力侵蚀因植被茂密而较弱;左下角是低温少雨的干寒地区,只有 风的作用;近左下角部分,虽寒冷但有一定的降水,若为冰川覆盖,则以冰川侵蚀为主;若 无冰川覆盖,冻融风化突出,融冻泥石流活跃。图的中部是湿润地区,物理风化、化学风化 同等重要,水力侵蚀最突出、最强烈,块体运动也具有一定强度。 (二)侵蚀的地带性规律 从侵蚀来看,全球可划分为三个气候侵蚀带:即(1)冰雪气候侵蚀带; (2)湿润气候 侵蚀带; (3)干旱气候侵蚀带。每一带内水、热状况不一,侵蚀营力、侵蚀强度及侵蚀方式 组合不同
自然植被清除
土壤侵蚀量
0

自然植被未受破坏

250

500

750

1000

1250

1500

1750

图 1-3

侵蚀与降水量关系

1、冰雪气候侵蚀带(erosion zone of glacier and snow climate) 本带的气候特点是降雪量大于消融量,形成冰川,或融水下渗,结成冻土。它包括两 个侵蚀亚带:极地和终年积雪的高山,为冰川侵蚀亚带;冰川外缘,在森林线以上的山地为

冻融侵蚀亚带。 在冰川侵蚀亚带中,年平均气温在 0℃以下,降水量大于消融量和蒸发量,形成冰川。 冰川的运动形成冰川侵蚀, 其次还有冻融崩解及冰川融化形成的水力侵蚀。 它分布在地球表 面的两极高纬度地区和部分高山地区。冻融侵蚀亚带,年平均气温变动在 0℃上下,固体降 水不足以补偿消融与蒸发,形成冻土。冻融交替过程的侵蚀成为主要侵蚀形式,其次为水蚀 和风蚀,它分布在极地和亚极地,以及森林线以上亚高山降水少的地区。 2、湿润气候侵蚀带(erosion zone of the moist climate) 湿润气候侵蚀带又称常态侵蚀带,其气候特点是,气温较高,降水量大于蒸发量,多 余的水渗入地下成为潜水或地下径流,未渗入地下的水形成地表径流。所以,以水力侵蚀为 主。本带根据水、热差异和侵蚀形式又分为:湿润气候侵蚀亚带和湿热气候侵蚀亚带。 湿润气候侵蚀亚带,年平均气温在 10℃左右,年降水在 400-800mm 左右,物理风化与 化学风化同等重要,水力侵蚀最为活跃,尤其是植被遭到破坏的地区,如图 1-3 所示。 除降水量外,降水强度的变化也产生强烈的影响。在水蚀的诱导下,重力侵蚀、混合 侵蚀也十分严重。主要分布在中纬地区,南北纬 40°到南、北回归线之间的地区。 湿热气候侵蚀亚带,年均气温在 18℃以上,降水量在 800mm 以上,分布在低纬赤道两 侧南北回归线之间的地区。区内化学风化十分强烈,由于植被作用,水力冲刷很弱,化学溶 蚀占据优势, 矿物质和有机质多呈分子溶液或胶体溶液随水流迁移。 在植被稀疏或遭破坏的 地区,强大的暴雨会造成严重的水蚀、重力侵蚀和混合侵蚀。 3、干旱气候侵蚀带(erosion zone of the dry climate) 在地面蒸发量大于降水量的地区,空气十分干燥,植被生长受到限制,风力作用极为 强烈, 形成风沙流破坏地表。 本带依据水、 热变化, 可分为半干旱侵蚀亚带和干旱侵蚀亚带。 半干旱侵蚀亚带,降水量在 400-250mm,年平均气温在 10℃以下。水力侵蚀为主, 风蚀在干旱季节占优势,物理风化亦很强烈,尤其被开垦无植被的地区。它分布在干旱侵蚀 带与湿润侵蚀带之间,在雨季该带相对缩窄,在干季相对展宽。 干旱侵蚀亚带,年降水均在 250mm 以下,有的地区仅几毫米降水,蒸发远大于降水几 十倍、几百倍。在温带干旱侵蚀区,冬季酷寒,夏季炎热,年温差 60-70℃,日温差 35- 50℃,在热带与副热带干旱侵蚀区,年温差相对小而日温差很大。因此,植被极为稀少,地 面裸露,物理风化剧烈,风力侵蚀突出,风蚀、搬运与堆积随处可见。此外,洪流侵蚀、重 力侵蚀在山地也十分发育。 N· 哈德逊正是从上述分带规律出发, W· 研究了水蚀和风蚀两个主要营力, 在考虑了水、 风活动情况之后,确定了全世界水蚀和风蚀的范围(如图 1-4 和图 1-5) 。

图 1-4

降雨侵蚀地理分布简图

图 1-5

风蚀分布简图

还应该说明,侵蚀的分带规律在地史时期,随着气候的多次变化,侵蚀营力及其组合也发生 相应的变化,这种侵蚀的变化性质称为多代性。因之,现代侵蚀是古代侵蚀多代性的又一表 现,只是由于人为活动的影响,侵蚀强度远远超过古代侵蚀,并在时、空分布上更加复杂化 了。

第二节

水、沙平衡原理

水、沙平衡是水土保持措施布设的主要理论依据之一,概括起来主要包括了水量平衡、 容许土壤流失量和冲淤平衡 3 个方面。

一、水量平衡
(一)水分循环(water circulation) 地球表面的广大水体,在太阳辐射作用下,大量水分被蒸发,上升到空中,被气流带

动送到各地。 在这个过程中, 遇冷凝结而以降水形式落到地面上, 再从河道或地下流入海洋。 水分这样往返循环不断转移交替的现象称为水分循环或水循环。 它一般包括 3 个阶段, 即降 水、径流和蒸发,又可分为两大部分,即水气阶段和降水阶段,以及径流阶段与蒸发阶段。 在每一部分中都包含了水分的输送、暂时储存与状态变换 3 个方面。 水分循环还可分为大循环和小循环。大循环是海陆间的水分交换。从海洋上升的水汽, 被气流带至大陆上空,在一定条件下冷却凝结、成云致雨,降落到地面,除了一部分又重新 蒸发外,其余部分或汇入河川、注入海洋,或渗入土壤后又以地下水形式注入海洋。从海洋 上蒸发的水汽, 上升遇冷凝结后又降落在海洋上, 或陆地上蒸发的水汽上升遇冷凝结后又降 落到陆地上,这种局部的循环称为小循环。可见,大循环是包含有许多水循环的复杂过程。 (二)水量平衡(water balance) 水量平衡是指对于任一自然区域(或某一水体) ,在给定的时段内,各种形式的输入水 量应等于各种形式的输出水量与区域内在该时段的储量的增量之和。通常用下式表示: I=O+(W2-W1)=O+△W (1-1) 式中:I 为给定时段内输入区域的各种水量之和;O 为给定时段内输出的各种水量之和;W1、 W2 为区域内给定时段始、末的储水量;△W 为时段内储水量的增量,△W=W2-W1 △W>0,区域 内储水量增加,反之减少。 水量平衡的研究和表述可划分为全球水量平衡方程,区域水量平衡方程和流域水量平 衡方程。结合水土保持的需要,这里仅介绍后两者。 (三)区域水量平衡方程 区域水量平衡方程也称通用水量平衡方程,它是假定在陆地上任取某一区域,区域的 地面和地下边界有河道和地下水流,可以进出水量,区域内有湖泊、水库、河道和地下含水 层等蓄水体。设想沿区域的边界作一个垂直的柱体,柱体底部为地面以下的某一水平面,假 设在该水平面上下的水量不进行交换,则在计算时段内区域的水量平衡方程为: P+*Rs+Rg=E+ R ?s + R g +qa+△W
?

(1-2)
R? g

式中: P 为区域内计算时段的降水量;Rs、Rg 为分别为计算时段内经地面、地下流入区内的 径流量;E 为区域内计算时段的净蒸发量,等于蒸发量与凝结量的差值; R ?s 、 算时段的蓄水增量。 式(1-2)为任意区域、任意时段的通用水量平衡方程,式中各量可以统一用深度(mm) 单位,也可统一用体积(m )单位。 如果研究区域是包括大气层在内的空间,可将以上设想的柱体,向上延伸至对流层顶, 则此柱体的水量平衡方程为: Rs+Rg+D= D? + R ?s + R g +qa+△W+△M 量的增量。
?
3

分别为计

算时段内经地面、地下流出的径流量;qa 为区域内计算时段内的总用水量;△W 为区域内计

(1-3)

式中:D、 D? 为分别为计算时段内输入、输出柱体的水汽量;△M 为计算时段柱体内水汽含

水量平衡方程中的各项,必须采用同一的单位,一般以水层深 mm 表示,这样可便于对 不同区域的水平衡要素进行比较。 (四)流域水量平衡方程 对于一个天然流域,如果地面分水线与地下分水线一致(称为闭合流域) ,则不可能有 水从外流域经地表或地下流入, (1-2) 故式 中的 Rs、g 均为 0, R 再令流出的总水量为 R= R ?s + R g , 则式(1-2)可写为
?

P=E+R+qa+△W

(1-4)

式中:qa 为流域内国民经济的净耗水量,其中灌溉耗水量消耗于蒸发,可计入流域总蒸发 E 之中; 工业净耗水量一部分消耗于蒸发, 一部分是产品带水, 消耗于蒸发部分也计入 E 之中; 而产品带水则数量相对很小, 可略去不计。 于是对闭合流域给定时段的水量平衡方程可写为:

P=E+R+△W

(1-5)

如果所取计算时段为一年, 则上式为闭合流域年水量平衡方程。 此时 P 为流域平均年降 水量,R 为流域年径流深,△W 为年终与年初流域蓄水量的增量。如△W 为正值,则表示年 内的降水一部分消耗于径流和蒸发,其余则储蓄在流域之内;如△W 为负值,表示年径流和 蒸发不仅来源于降水,还有一部分取自流域原有的蓄水量。 由于年蓄水增量△W,对于不同的年份有正有负,所以对于多年平均情况,正负值可抵 消,故△W 的多年平均值近于零。据此可得出闭合流域多年平均水量平衡方程:
P ? E?R

(1-6)

式中: P 、 R 、 E ——分别代表流域的多年平均降水量、径流量和蒸发量。 式(1-6)表明,对于闭合流域,多年平均流域的降水量等于多年平均径流量与多年平 均蒸发量之和。因此,降水、蒸发和径流是水量平衡中的三个基本要素。由于降水和径流易 通过观测取得比较可靠的数据, 而流域蒸发是流域上水面蒸发, 土壤蒸发和植物散发的综合 值,一般难以直接观测,所以当已知流域多上平均降水和径流时,可以通过(1-6)式推求 流域多年平均蒸发量。 对于非闭合流域或较小的流域,地面、地下分水线不一致,且小河的河床下切较浅,地 下径流不完全通过流域出口断面, 故有一部分水量以地下渗流方式流至外流域。 在这种情况 下,式(1-6)不能成立。 对于内流区的河流,其径流最终全部消失在沙漠中,故 R =0,水量平衡方程为:
P?E

表明内流河流域,多年平均降水量完全消耗于流域蒸发。 将式(1-6)方程的两端同除以 P ,则:
R E ? ?1 P P

(1-7)



R / P ? ? 0 , E / P ? ?0

式中: ? 0 为多年平均径流系数; ?0 为多年平均蒸发系数。 式(1-7)可写作
?0 ? ?0 ? 1

? 0 、 ?0 两个系数的数值变动在 0 与 1 之间,其大小反映了一个地区的气候和下垫面特

性。在湿润地区, ? 0 较大,如我国长江、珠江流域及浙、闽、台地区的河流, ? 0 一般都大 于 0.50;在半湿润地区及干旱地区 ? 0 较小,如我国黄河流域 ? 0 为 0.15;沙漠地区 ? 0 很小, 几乎接近于零。而蒸发系数的变化规律则相反,一般湿润地区 ?0 较小,而干旱地区较大。

二、容许土壤流失量
(一)概念 容许土壤流失量(soil loss tolerance)的概念是在水土保持实践中逐渐形成并不断发展 的。 初期, 它被认为是可接受的土壤侵蚀率, 或水土保持所能达到的最小土壤侵蚀率。 目前, 多认为容许土壤流失量是指在维持土地高生产力水平的前提下, 最大的土壤侵蚀速率, 或与 岩石的化学风化成土率保持平衡的侵蚀速度。 容许流失量是发展持续农业的重要条件。 因之, 可以简称为维持土地持续高生产力的最大侵蚀量, 又称 T 值。 该量值决定于某地的风化成土 速度 W 和土壤可溶物质移动速度 D。可用公式表示为:

W=T+D
则 式中:T 为侵蚀率。 若用 Ps 表示风化成土原地保存率,即
Ps ? 原地保存量 风化成土量 ,则

T=W-D

(1-8)

T=WPs
低。将(1-9)式代入(1-8)式,得

(1-9)

(1-8)式表示基岩减少量与物质移动总量相等, (1-9)式表示基岩表面正以成土速率在降

D=W-T=W(1-Ps)
T? W ?P
s s

W (1 ? P )

? D ? D(

P

s s

1? P

)
(1-10)

若能测定出 D 和 Ps 值,即可确定 T 值。 一般认为, Ps=0.8 左右时即可满足植物生长的需要; 值因各地条件差异, 当 D 有所不同。 如美国东北部非 Ca 质岩石的溶解速度 D=25?m/年, 黄土区溶解速度 D=50?m/年, 由此计算出 T=1/1000mm 是非常有限的。 (二)美国确定的 T 值 本世纪 70 年代初,美国农业部召集有土壤、农艺、地质、水土保持专家,依据满足作 物生长需要的土层深度、流失区域大小、保证下游的安全等条件,开会讨论提出不同情况下 的 T 值。 (如表 1-1,表 1-2) 。
表 1-1 根系层深度(cm) 不同根系土壤深度的 T 值 T(t/ha)

可更新土壤 0~25 25~50 50~100 100~150 >150 2.2 4.5 6.7 9.0 11.2

不可更新土壤 2.2 2.2 4.5 6.7 11.2

表 1-2 范围大小 中 等范 围 (农 田) 深厚肥沃土壤 薄层易蚀土壤 很深厚的土壤 土层深度 0~25cm 土层深度 25~50cm

不同范围的 T 值 范围大小 (农 田) 土层深度 50-100cm 土层深度 100-150 土层深度>150 大范围(流域) 小范围(试验场地) T(t/ha) 5-7 7-9 11 2 25

T(t/ha) 6-11 2-5 13-15 2 2-5

一般来说,耕地土层深厚且剖面土壤肥力接近的情况下,容许流失量可大些;对于土层 薄,少量侵蚀即会显著降低生产力的情况,其值要低。国外采用值多为 2-11t/ha·a 和 2-6t/ha·a。 (三)我国采用的 T 值 我国根据有效土层厚的抗蚀年限,划分出土壤潜在侵蚀危害程度(见表 1-3) 。 显然,无险型土壤抗蚀年限最长,容许流失量可大些;极险型和毁坏型,容许流失量应 取最小值。在《水土保持技术规范》中,明确提出:在不同成土条件下,容许流失量 T 值分 别采用 200t/km ·a、500t/km ·a 和 1000t/km ·a。
表 1-3 级 别 Ⅰ′无险型 Ⅱ′较险型 Ⅲ′危险型 Ⅳ′极险型 Ⅴ′毁坏型 土壤侵蚀潜在危险程度分级指标 抗蚀年限(a) >1000 100-1000 20-100 <20 裸岩、明沙、土层不足 5cm 者
2 2 2

三、冲淤平衡
冲淤平衡包括了纵向平衡、断面平衡和平面平衡,是治沟、治河和灌溉设计的依据。 (一)纵向平衡 纵向平衡就是来水含沙量与河(沟)段或渠段挟沙能力 的平衡问题,一般包括不冲不 淤平衡和冲淤平衡两种情况。 1、不冲不淤平衡




挟沙能力是指某一特定的水流条件,挟运某一定型泥沙的能力。

不冲不淤平衡是指来水的含沙量,通过河(沟)段或渠段,既不发生冲刷,又不产生淤 积的平衡状态。 一般情况下, 凡是纵向能够不冲不淤的渠段, 来水含沙量与挟沙能力的关系, 必须同时满足:来水最大含沙量ρ 小含沙量ρ
min max

,小于或等于不淤挟沙能力ρ h,即ρ
min

max

≤ρ h 和来水最

,大于或等于不冲挟沙能力ρ K,即ρ

≥ρ K 两个条件。

2、冲淤平衡 冲淤平衡的河(沟)段或渠段,即有冲刷,又有淤积,但是在一定时间内(一年) ,它 的冲刷量应等于它的淤积量,也就是处于一种动态平衡状态。 如果以夏季不淤为标准,工程设计时就设法使渠道夏季的淤积量,等于冬季的冲刷量, 以使其保持平衡。 (二)断面平衡 断面平衡就是床面上水流的作用流速, 与床面土质的抗冲能力, 以及断面内的横向输沙, 都能互相平衡,不致引起断面形状的改变。 稳定渠道断面形状通常为近半椭圆形和盘型两种,若用 P 表示湿周,R 表示水力半径,
P R 就是断面形状率(ξ )或“形率” 则 。由于半圆形断面的 P 最小,R 最大,所以,形率的

最少限度ξ

min

=2π 。研究证实渠道形率的变化范围约在 7.5-11 之间,平均值为 8,而且其边

坡系数 m=1 时,渠道都可达到良好的稳定状态。 (三)平面平衡 平面平衡主要指的是游荡型河流的稳定问题。 1868 年,法格(Fargue,0.)观察了法国 Garonne 河的稳定河段,总结出 3 个规律, 可作为河道整治时参考。 1、稳定河槽 是指谷线位置不变,而且没有流动沙滩的河槽。稳定河槽的谷线,平面上常呈一系列凹 凸的曲线;曲线的转向点间,由一公切线(直线 R=∞)连结而成,见图 1-6。

R2 R 1

3 R ∞ = R

R= ∞

图 1-6

稳定河槽示意图

a

2、要使浅滩上保持一定的水深,这段浅滩切线的长度 L 和它与上段浅滩切线交的外角 α (转角的外角) ,应有一定的数值,过大过小都是不相宜的,见图 1-7。
? ?
L1

? ?

? ?
L2.01

? ?

? ?

图 1-7

稳定河槽示意图

b

3、一个有规则的稳定河槽,河线不是简单的圆弧形;而是从转向点开始,弯曲半径由 无究大(即 R=∞)逐渐缩小,到弯曲中心为最小值,然后再向下游转向点逐渐增大,见图 1-7。同时,河槽左右河岸线的转向点,不在同一断面之内,见图 1-8。因此,河槽宽度也
B? 4 7 ? ~ 是变化的:直段较窄,变段较宽。法国格龙纳河,最大宽度与最小宽度之比 B 3 6 。上

下两个转向点的距离,约为河宽的 2 倍。
∞ R=

B

2B
凸 岸

凸 岸

B

图 1-8

稳定河槽示意图

R=



B
c

第三节

生态系统平衡原理

一、生态系统的概念
生态系统(Ecosystem)就是在一定空间中共同栖居着的所有生物(即生物群落)与其 环境之间由于不断地进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体。 地球上的森林、 草原、 荒漠、海洋、湖泊、河流等,都可视为不同的生态系统。 系统是指彼此间相互作用、相互依赖的事物,有规律地联合的集合体,是有序的整体。 一般认为, 构成系统至少有 3 个条件: ①系统是由许多成分组成的; ②各成分间不是孤立的, 而是彼此互相联系,互相作用的;③系统具有独立的、特定的功能。可见,生态系统一词主 要在于强调一定地域中各种生物相互之间、 它们与环境之间功能上的统一性。 生态系统主要 是功能上的单位,而不是生物学中分类学的单位。 水土保持正是对因水土流失造成的退化生态系统进行修复和“重建” 。因此,它也遵循 生态系统平衡原理。

二、生态系统的组成成分与结构
(一)生态系统的组成成分 不论是陆地还是水域,或大或小,都可概括为非生物和生物两大部分。或者分为非生物 环境、生产者、消费者和分解者 4 种基本成分。它们就是生态系统的组成成分。 生态系统中,非生物成分主要是为生物成分提供生存的场所和空间,以及能量与物质。 生产者(producer)是能用简单的无机物制造有机物的自养生物(autoph) ,包括所有的绿 色植物和某些细菌,是生态系统中最基础的成分;消费者(consumer)是不能用无机物质制 造有机物质的生物,他们直接或间接地依赖于生产者所制造的有机物质。因此,为异养生物 (heterotroph) ;分解者(decomposer) ,均属于异养生物,如细菌、真菌、放线菌、土壤 原生动物和一些无脊椎动物。 这些异养生物在生态系统中连续地进行着分解作用, 把复杂的 有机物质逐步分解为简单的无机物。最终以无机物的形式回到环境中,因此,这些异养生物

又常称为还原者(reductor) 。 (二)生态系统的结构 1、整体性 整体性(holism)是指系统的有机整体,其存在的方式、目标、功能都表现出统一的整 体性。它是生态系统最重要的一个特征。 整体性是生态系统要素与结构的体现。它有 3 个特点:①整体大于它的各部分之一;② 一旦形成了系统, 各要素就不能分解成独立的要素而孤立存在; ③各个要素的性质和行为对 系统的整体性是起作用的, 这种作物是在各要素的相互作用过程中表现出来的。 各要素是整 体性的基础。系统整体如果失去其中一些关键性要素。那么,也难以成为完整的形态而发挥 作用。 2、有序性 生态系统是一个全方位开放的开放系统。系统的各组分间,以及与环境之间,都不断地 进行互相作用和交流, 使生态系统本身的结构和功能得到发生和发展。 生态系统本身处于非 平衡状态, 并具有通过与外界的交换试图向平衡目标发展的趋势。 生态系统的各要素之间存 在着复杂的非线性(non-linear)相互作用的机制,这说明生态系统各要素之间并不完全产 生简单的因果关系,或线性依赖关系,而是存在着正反馈的倍增效应,也存在着限制成员增 长的饱和效应,即负反馈。 3、时空结构 生态系统在结构的布局上具有一致性。 上层阳光充足, 集中分布着绿色植物的树冠或藻 类,有利于光合作用,故称为绿带(green belt)或光合作用层。在绿带以下为异养层或分 解层,又常称为褐带(brown belst) 。如草地生态,上层绿草稀疏,而且喜阳光;下层绿草 稠密,较耐荫;最下层有的就匍匐在地面上。生态系统中的分层有利于生物充分利用阳光、 水分、养料和空间。 生态系统的结构和外貌也会随时间而变化, 这是生态系统在时间上的动态表现。 可以用 3 个时间长度进行考察。 一是长时间量度, 以生态系统进化为主要内容; 二是中等时间量度, 以群落演替为主要内容;三是以昼夜、季节和年份等短时间量度为周期变化。生态系统短时 间结构的变化,反映了植物、动物等为适应环境因素的周期性变化,而引起整个生系统外貌 上的变化。因此,这也是环境质量高低的变化。所以,对生态系统时间变化的研究有利于水 土保持生物措施种类的选择和布设。 4、营养结构 生态系统的营养结构主要体现为食物链(food chains)结构和食物网(food webs)两 个方面,它们是生态系统中非生物成分和生物成分的纽带,控制着系统的结构和功能发挥。 食物链是生态系统中, 由食性关系所建立的各种生物之间的营养联系, 形成一系列猎物 与捕食者的锁链现象。象“大鱼吃小鱼,小鱼吃虾米”就是食物链的形象描述。但是,自然 界中很少有一种生物完全依赖于另一种生物,而生物食物链有捕食食物链(放牧食物链) 、 碎食食物链、寄生食物链和腐生食物链之分。生存,常常是一种动物可以多种生物为食物, 同一种动物可以占据几个营养层次,这就形成了食物网结构。

三、生态系统的功能
物质循环、能量流动和信息传递是生态系统整体的基本功能。 (一) 物质循环 生态系统从大气、水体和土壤等环境中获得营养物质,通过绿色植物吸收,进入系统, 被其他生物重复利用,最后,再归还于环境中的过程,称为物质循环(cycle of material) 或生物地球化学循环(biogeo-chemical cycle)

生态系统的物质循环可以分为内部的物质流动和外部系统间的物质流动。 内部物质流动 是指物质沿着食物链流动,不过这种流动最初起源于外部的物流,最终又归还于外部。生态 系统外部或系统之间的营养交换主要由地质的、 气象的和生物学的能力所引起的。 两者的关 系如图 1-9 所示。 (二) 能量流动 能量流动(energy flow)是生态系统的重要功能之一,它符合热力学第一和第二定律。 “在自然界发生的所有现象中, 能量既不能消失也不能凭空产生, 它只能以严格的当量 比例由一种形式转变为另一种形式” ,这就是所谓的热力学第一定律(能量守恒定律) 。据此 可见, 一个体系的能量发生变化, 环境的能量也必定发生相应的变化。 如果体系的能量增加, 环境的能量就要减少,反之亦然。生态系统也不例外。在封闭系统中,一切过程都伴随着能 量的改变,在能量的传递和转化过程中,除了一部分可以继续传递和作功的能量(自由能) 外,总有一部分不能继续传递和作功,而以热的形式消散,这部分能量使系统的熵和无序性 增加。即热力学第二定律。就生态系统而言,能量以食物的形式在生物之间传递时,食物中 相当一部分能量转化为热而消散 (使熵增加) 其余则于合成新的组织而作为潜能贮存下来。 , 与封闭系统不同,生态系统是一个开放系统。在生态系统中,由复杂的生物量结构所规 定的“有序”是靠不断“排掉无序的总群落呼吸来维持的。生态系统对能量的利用效率是很 低的,最大观测值是 30%,一般来讲,从供体和受体的一次能量传递只能有 5%-20%的能量 被利用。 图 1-10 是美国生态学家 E.P. Odum1959 年概括的生态系统能量流动模式, 从中可以看 出外部能量的输入情况以及能量在生态系统中的流动路线及其归宿。

有机物质输入

分解者 入射 日光能 光合 总生产量 作用 呼 吸 净生产量 贮存 输出 草食 动物 肉食 动物 顶级肉 食动物

群落呼吸

图 1-10

一个普适的生态系统能流模型(引自李博,2001)

(三)信息传递 生态系统中的信息可划分为营养信息、化学信息、物理信息和行为信息等。他们通过多 种方式使种群与种群之间、种群内部个体与个体之间,甚至生物与环境之间取得联系,并象 能流、物流一样,把生态系统各组分联系成一个整体,并具有调节系统稳定性的作用。

四、生态系统平衡
“生态平衡” (ecological balance)是生态系统在一定时间内结构与功能的相对稳定 状态, 其物质和能量的输入、输出接近相等,在外来干扰下,能通过自我调节(或人工控制) 恢复到原初稳定状态。 当外来干扰招越生态系统自我调节能力, 而不能恢复到原初状态谓之 生态失调,或生态平衡的破坏。生态平衡是动态的。维护生态平衡不只是保持其原初状态。 生态系统在人为有益的影响下,可以建立新的平衡,达到更合理的结构,更高效的功能和更 好的生态效益。 从上述定义可知,生态平衡所包含的内容是相当广泛的。E.P. Odum 对其有如下总结: (一) 生态能量学特征 幼年期生态系统(总生产量 P/群落呼吸量 R>1,而成熟稳定的生态系统中 P/R 接近于 1。由此可见,P/R 比率是表示生态系统相对成熟的最好的功能性指标。在发展早期,如果 R 大于 P 被称为异养演替(heterotrophic succesion) ;相反,如果早期的 P 大于 R,也就 称为自养演替(autotrophic succesion) 。但是从理论上讲,上述两种演替中,P/R 比率 都随着演替发展而接近于 1。换言之,在成熟的或“顶极”的生态系统,固定的能量与消耗 能量趋向平衡。 (二) 食物网特征 幼年期生态系统的食物链结构简单,往往是直线的,随后发展成为以放牧食物链为主, 到成熟期,食物链结构十分复杂,大部分通过腐食物链途径。成熟系统复杂的营养结构,使 它对于物理环境的干扰具有较大的抵抗能力。 这也是处于平衡的动态系统自我调节能力的表 现。 (三) 营养物质循环上的特征 在生态系统发展的过程中,主要的营养物质,如:N、P、K、Ca,当生态系统中生物地 球化学循环, 向着更加稳定的方向发展, 成熟系统具有更大的网络和保持住营养物质的功能。

营养物质丧失量少,输入量和输出量接近平衡。 (四) 群落结构的特征 在演替过程中, 一般认为物种多样性趋向于增加, 某一物种或少数类群占优势的情形减 少, 即均匀性有增加的趋势。 但到达顶极时期, 多样性指数可能有所下降。 物种多样性增加, 营养结构复杂化,种间竞争更为激烈,导致生态分化,物种生活史更为复杂化。 有机化合物多样性增加, 不仅表现在生物量上, 而且有机代谢物在调节生态系统组成和 稳定上发挥重要作用。 (五) 选择压力 岛屿生态学研究证明,在生物移植早期,即物种数少而不拥挤时期,具有高增殖潜力的 物种(即 r 选择者)有较大生存的可能性。相反,在系统接近平衡的晚期,选择压力有利于 低增殖潜力具有较强竞争力的物种(即 K 选择者) 。因此,量的生产是幼年期生态系统特征, 而质的生产和反馈控制则是成熟生态系统的标志。 (六) 稳态 成熟期的生态系统的稳态, 主要表现在系统内部的生物间相互联系或内部共生发达, 保 持住营养物质能力的提高,对外界干扰抵抗力较大和具有较大的信息和较低的熵值。 开放系统要保持其功能的稳定性,就必须具备有系统对环境的适应能力和自我调节能 力。图 1-11 就是对这一机制的概括。

图 1-11 (a)开放系统,表示系统的输入和输出 (b)具有一个反馈环的系统, 使系统成为控制论系统 (c)具有一个位置点的控制论系统

五、生态经济系统及平衡
流域生态经济系统(eco-economic system in watershed)是一个复合的开放系统。它是 由生态系统和经济系统相互交织而组成的。充分体现了以人为核心组成要素的特征。因此, 它有独立的特征和结构,有其自身运动的规律,并且能通过调控、优化利用各种资源,形成 生态经济合力,产生经济功能和效益。 (一) 流域生态经济系统的一般特征 流域生态经济系统是由人口、环境、资源、物资、资金和科学技术等 6 大要素所组成。 其中,人是该系统的核心成员。由于人类活动具有两重性,因此,人口要素在流域生态经济 系统中,起着促进或延续生态发展的作用。

人在生态经济系统中,若具备了一定身体素质、科学知识、生产经验和劳动技能时,他 们经过对环境的改造、资源的开发、物质资料的利用和资金的循环流通等,会使系统保持良 好的生态环境, 并最大限度地满足人们日益增长的物质、 文化和生态的要求, 实现持续发展, 反之亦然。 可见, 流域生态经济系统各要素是以人的需求为结合动力, 以投入产出为结合渠道和以 科学技术为结合手端的。在其再生产过程中,充分体现了自然、经济和人口再生产的统一。 流域生态经济系统是一个远离平衡状态的开放系统。 系统内部不同元素之间存在着非线 性的机制。因此,流域生态经济系统是一个典型的有序的组织结构,即耗散结构。系统中各 要素之间的相互结构,不仅是点的结合和单链条上的结合,而且是纵横交织的网络结构。人 们通过对太阳能的充分利用,使系统中的植物(含作物)种植具有立体的层状结构,故流域 生态经济系统结构是一个有序、网络、立体的结构。 流域生态经济系统的生产和再生产过程是物流、能流、信息流、价值流的交换和融合过 程。因此,流域生态经济系统具有物质循环、能量流动、价值增值和信息传递 4 大功能。 (二) 生态经济系统的平衡 流域生态经济系统的平衡(eco-economic system balance in watershed),是保持生态 平衡条件下的经济平衡,是生态平衡与经济平衡有机结合、相互渗透的矛盾统一体,是在自 然选择与人工选择的进化过程中, 流域管理的生态目标和经济目标相统一的平衡状态。 这种 平衡主要表现在结构平衡、 机制平衡和功能平衡 3 个方面。 王礼先根据生态目标和经济目标 的不同组合,将生态经济系统平衡总结为以下 3 种模式: 1、稳定的生态经济平衡模式 在这种平衡状态下, 系统自我调节力因抵偿外部不当的干预力而减弱, 但能够勉强维持 系统原来的结构功能, 生态系统和经济系统都处于保持原有水平和规模的再生产运动, 在运 动中不出现非正常的异变。 2、自控的生态经济平衡模式 在这种平衡状态下, 由于各种内外因的激发使生态经济系统出现各种异变时, 系统可凭 借自身的自我调节机制, 迅速恢复生态经济系统的稳定状态, 保证生态经济系统的正常运行 和生态经济功能的正常发挥,保持原来的生态经济平衡状态。 3、优化的生态经济平衡模式 在这种平衡状态下, 系统中各要素以及结构与功能之间都处于融洽协调的关系中, 生态 经济系统在自控、稳定的同时,不断完善和进化。生态系统与经济系统同步协调发展,并进 行良性循环。

六、受损生态系统的恢复
1975 年 3 月,在美国弗叶尼亚工业研究所和州立大学召开了题为“受损生态系统的恢 复”国际会议,专家们首先讨论了生态系统的恢复和重建等许多重要的生态学问题。 生态系统的受损,主要来自于干扰。按干扰来源,可分为自然干扰和人为干扰。自然干 扰如火、冰雹、洪水、干旱、泥石流等等,它对环境的影响是局部的和偶然发生的。而人为 干扰的影响可以涉及到从种群乃至整个生物圈。 正常的生态系统是生物群落与自然环境取得 平衡的自我维持系统, 各种组分的发展变化是按照一定规律并在某一平衡位置作一定范围的 波动,从而达到一种动态平衡的状态。但是,生态系统的结构和功能也可以在自然干扰和人 为干扰的作用下发生位移(displacement),位移的结果打破了原有生态系统的平衡状态,使 系统的结构和功能发生变化和障碍, 形成破坏性波动或恶性循环, 这样的生态系统称之为受 损生态系统(damaged ecosystem) 。 受损生态系统的恢复可通过恢复、改建和重建来完成,如图 1-12。图中的恢复 ( restoration)是将受损生态系 统从远离初始状态的方 向推移回到初始状态;恶 化 (dedrgdation)与恢复的方向相反,使生态系统受到更大破坏,重建(enhancement)是将 生态系统的现有状态进行改善,结果是增加人类所期望的“人造”特点,压低人类

不希望的自然特点,使生态系统进一步远离它的初始状态;改建(rehabilitation)是将恢 复和重建措施有机地结合起来,并使恶化状态得到改造。因此,受损生态系统因管理对策不 同,可能会出现①恢复到它原来的状态;②重新获得一个既包括原来不同状态,又包括对人 类有益的新特性状态;③由于管理技术的使用,形成一种改进的和原来不同的状态;④因适 宜条件不断损失的结果,保持受损状态等 4 种结果。 受损生态系统的恢复可依据 2 个模式途径进行: 当生态系统受害不超过负荷并没有发生 不可逆的变化,压力和干扰被移去后,恢复可在自然过程中发生。如退化草场的围栏保护。 另一种是生态系统的受害是超负荷的, 并发生不可逆变化, 只依靠自然过程并不能使生态系 统恢复到初始状态,必须依靠人的帮助,必要时需用非常特殊的方法,至少要使受害状态得 到控制。 生态系统的恢复和重建是一项很复杂的工作。它是包含各种规律的研究,自然、社会经 济条件评判和合理措施实施的一个综合过程。图 1-13 可供工作时参考。

第四节

景观生态学原理

景观生态学(landscape ecology)是研究景观单元的类型组成、空间配置及其与生态 学过程相互作用的综合性学科。虽其理论体系还在完善中,但它在环境保护、土地利用规划 和资源管理等方面得到了广泛应用。

一、景观生态学的几个重要概念
(一)景观 景观(landscape)的定义有狭义和广义两种。狭义景观是指在几十千米至几百千米范 围内,由不同类型生态系统所组成的、具有重复性格局的异质性地理单元。对反映气候、地 理、生物、经济、社会和文化综合特征的景观复合体则称为区域(region) 。广义景观则包 括出现在从微观到宏观不同尺度上的, 具有异质性或斑块性的空间单元。 它强调空间异质性, 景观的绝对空间尺度随研究对象、 方法和目的而变化。 这体现了生态系统中多尺度和等级结 构特征,有助于多学科的研究。 (二)格局、过程、尺度 格局(pattern)是指空间格局,广义地讲,它包括景观组成单元的类型、数目以及空 间分布与配置。与格局不同,过程强调事件或现象的发生、发展的动态特征,如种群动态等 等。尺度(scale)是指在研究某一物体或现象时所采用的空间或时间单位,同时又可指某 一现象或过程在空间和时间上所涉及到的范围和发生的频率。 尺度可分为空间尺度和时间尺 度。在景观生态学中,尺度往往以粒度(grain)和幅度(extent)表达。空间粒度指景观 中最小可辨识单元所代表的特征长度、面积或体积;时间粒度指某一现象或事件发生的(或 取样的)频率或时间间隔。幅度是指研究对象在空间或时间上的持续范围或长度。 (三)空间异质性 空间异质性(spatial heterogeneity)是指某种生态学变量在空间分布上的不均匀性 及复杂程度。空间异质性依赖于尺度(粒度和幅度)的同时,还与数据类型有关。 (四)干扰 干扰是指发生在一定地理位置上, 对生态系统结构造成直接损伤的、 非连续性的物理作 用或事件。干扰直接改变生态学系统结构。干扰的判别依赖于尺度、事件强度以及系统的本 质。 (五)斑块-廊道-本底 斑块(patch)泛指与周围环境在外貌或性质上不同,并具有一定内部均质性的空间单 元。它可以是植物群落、湖泊、草地或居民区等。廊道(corridor)是指景观中与相邻两边 环境不同的线性或带状结构,如林带、河流、道路等等。本底(matrix)则是指景观中分布 最广、连续性最大的背景结构,如森林本底、草原本底、农田本底、城市用地本底等。

二、景观生态学应用原理
Forman 和 Godron(1986)提出了 7 条景观生态学一般原理:①景观结构与功能原理; ②生物多样性原理; ③物种流原理; ④营养再分配原理; ⑤能量流动原理; ⑥景观变化原理;

⑦景观稳定性原理。 Dranstad 等(1996)将这些原理具体化,按斑块、边缘、廊道和镶嵌体 4 个部分总结 出了 55 个比较具体而明确的原理。 (一) 有关斑块的原理 斑块的大小: ①边缘生境和边缘种原理: 将一个大斑块分割成两个小斑块时边缘生境增 加,往往使边缘种或常见种丰富度亦增加。②内部生境和内部种原理:将一个大斑块分割成 两个小斑块时内部生境减少, 从而会减小内部种的种群和丰富度。 ③大斑块-物种绝灭率原 理: 大斑块中的种群比小斑块中的大, 因此物种绝灭概率较小。 ④小斑块-物种绝灭率原理: 面积小、质量差的生境斑块中的物种绝灭概率较高。⑤生境多样性原理:斑块越大,其生境 多样性亦越大,因此大斑块可能比小斑块含有更多的物种。⑥干扰障碍原理:把一个大斑块 分割成两个小斑块时会阻碍某些干扰和扩散。 ⑦大斑块效益原理: 大面积自然植被斑块可保 护水体和溪流网络,维持大多数内部种的存活,为大多数脊椎动物提供核心生境和避难所, 并允许自然干扰体系正常进行。⑧小斑块效益原理:小斑块可作为物种迁移的踏脚石,并可 能拥有大斑块中缺乏或不宜生长的物种。 斑块的数目: eq \o\ac(○,9)生境损失原理:生境斑块的消失会导致生存在该生境中 的种群减小,生境多样性的减小,进而导致物种数量减少。 eq \o\ac(○,10)复合种群动态 原理:生境斑块消失会减小复合种群,从而增加局部斑块内物种的绝灭概率,减缓再定居过 程,导致复合种群的稳定性降低。 eq \o\ac(○,11)大斑块数量原理:在景观中,若一个大 斑块包含同类斑块中出现的大多数物种, 那么, 至少需要两个这样的大斑块才能维持其物种 丰富度;然而,如果一个大斑块只包含一部分物种,为了维持这个景观中的物种丰富度,最 好是有 4-5 个大斑块作为保护区。 eq \o\ac(○,12)斑块群生境原理:在缺乏大斑块的情 况下,广布种(generalist species)可在一些相邻的小斑块中存活;这些小斑块虽然是离 散的,但作为整体还能够为这些广布种提供适宜的、足够的生境。 斑块的位置: eq \o\ac(○,13)斑块位置-物种绝灭率原理:在其他条件相同的情况下, 孤立的斑块中物种绝灭概率比连接度高的斑块中的要大。 生境斑块的隔离程度取决于与其他 斑块的距离以及基底的特征。 eq \o\ac(○,14)物种再定居原理:在一定时间范围内,与其 他生境斑块或种源紧邻的斑块的再定居率要高于相距较远的斑块。 eq \o\ac(○,15)斑块选 择原理:在自然保护中,生境斑块的选择应基于斑块在整个景观中的重要性(如有的斑块对 景观连接度起着枢纽作用)和斑块特殊性(即斑块中是否包含稀有种、濒危种或特有种) 。 (二) 有关边界的原理 边缘结构: eq \o\ac(○,16)边缘结构多样性原理: 在一个结构多样性高的植被边缘 (无 论垂直还是水平结构) ,边缘动物种的丰富度也高。 eq \o\ac(○,17)边缘宽度原理:斑块 的边缘宽度是不同的,面对主风向和太阳辐射方向的边缘更宽些。 eq \o\ac(○,18)行政边 界和自然生态边界原理: 当保护区的自然生态边界与行政边界不一致时, 可将两条边界间的 19)边缘过滤原理:斑块边缘具有 区域当作缓冲区,以减少对核心区的影响。 eq \o\ac(○, 过滤功能,可减缓外界对斑块内部的影响。 eq \o\ac(○,20)边缘陡度原理:斑块边缘陡然 (即与周围环境对比度高) 时可增加沿着边缘方向的生物和物质流动, 而过渡较缓的边缘则 有利于横穿边缘的生物和物质流动。 边界形状: eq \o\ac(○,21)自然和人工边缘原理:大多数自然边缘是曲折、复杂、和 缓的,而人工边缘多是平直、简单僵硬的。 eq \o\ac(○,22)平直边界和弯曲边界原理:生 物对平直边界的反应多为沿着边界方向运动, 而弯曲边界促进生物穿越边界两侧的运动。eq \o\ac(○,23)和缓与僵硬边界原理:弯曲边界比平直边界的生态效益更高(例如可减少水土 流失和有利于野生动物活动) eq \o\ac(○,24)边缘曲折度和宽度原理:边缘的曲折度和 。 宽度共同决定景观中边缘生境的总量。 eq \o\ac(○,25)凹陷和凸出原理:凹陷和凸出边缘 的生境多样性高于平直边缘,因而其生物多样性也高(但多为边缘种) eq \o\ac(○,26) 。 边缘种和内部种原理:弯曲边界增加边缘生境,从而增加边缘种数,但降低斑块中内部种的 数量的比例。 eq \o\ac(○,27)斑块与本底相互作用原理:斑块的形状越折,斑块与本底间

的相互作用就越强。 eq \o\ac(○,28)最佳斑块形状原理:最佳形状斑块具有多种生态学效 益,通常与“太空船”形状相似,即具有一个近圆形的核心区、弯曲边界和有利于物种传播 的边缘指状突出。 eq \o\ac(○,29)斑块形状和方位原理:斑块的长轴与生物传播的路线平 行时,其再定居概率较低;垂直时,再定居概率较高。 (三) 有关廊道和连接度的原理 廊道和物种运动: eq \o\ac(○,30)廊道功能的控制原理:宽度和连接度是控制廊道的 生境、传导、过滤、源和汇 5 种功能的主要因素。 eq \o\ac(○,31)廊道空隙影响原理:廊 道内的空隙对物种运动的影响取决于空隙的长度和物种运动的空间尺度, 以及廊道与空隙之 间的对比度。 eq \o\ac(○,32)结构与区系相似性原理:在多数情况下,只要廊道和斑块的 植被结构相似就可以满足内部种在斑块间运动的需要; 但若能使廊道与斑块间在植物区系方 面也相似,其效果会更好。 踏脚石: eq \o\ac(○,33)踏脚石连接度原理:在廊道间或没有廊道的地方,加设一行 踏脚石(小斑块)可增加景观连接度,并可增加内部种在斑块间的运动。 eq \o\ac(○,34) 踏脚石间距原理: 具视力的动物在踏脚石间移动时, 其有效移动距离往往由对相邻踏脚石的 35)踏脚石消失原理:作为踏脚石的小斑块消失后会抑制物 视觉能力来决定。 eq \o\ac(○, 种在斑块间的运动,并增加斑块隔离程度。 eq \o\ac(○,36)踏脚石群原理:在大斑块间的 踏脚石斑块的最佳分布格局是, 所有踏脚石作为群体形成连接生境斑块的多条相互有联系的 直通道。 道路和防风林带: eq \o\ac(○,37)道路及另外的槽形廊道原理:公路、铁路、电缆线 和便道通常在空间上是连续的,相对较直,常有人为干扰。因此,它们常把种群分隔为复合 种群, 主要是耐干扰种活动的通道, 是侵蚀、 沉积、 外来种入侵以及人类对基底干扰的源端。 eq \o\ac(○,38)风蚀及其控制原理:小风可吹走土壤表面的养分,减少其肥力;持续大风 则易引起风蚀。控制风蚀时应减少主风向上农田的裸露面积,保护植被、犁沟和土壤结构, 并重点保护易受旋风、湍流和快速气流影响的地点。 河流廊道: eq \o\ac(○,39)河流廊道和溶解物原理:具有宽而浓密植被的河流廊道能 更好地减少来自周围景观的各种溶解物污染,保证水质。 eq \o\ac(○,40)河流主干道廊道 宽度原理:河流主干道两旁应保持足够宽的植被带,以控制来自景观基底的溶解物质,为两 岸内部种提供足够的生境和通道等。 eq \o\ac(○,41)河流廊道宽度原理:维持两岸高地的 植被,提供内部种生境;要保证沿河流方向至少有非连续性(如梯状)植被覆盖,以减缓洪 水影响, 并为水生食物链提供有机质, 为鱼类和泛滥平原稀有种提供生境。 eq \o\ac(○,42) 河流廊道连接度原理: 河流两旁植被带的宽度和长度共同决定河流的生态学过程, 不间断的 河岸植被廊道能维持诸如水温低、含氧高的水生条件,有利于某些鱼类生存。 (四) 有关镶嵌体的原理 网络: eq \o\ac(○,43)网络连接度和环回度(circuitry)原理:网络连接度(即所 有结点通过廊道连接的程度)和网络环回度(即环状或多选择路线出现的程度)可表示网络 的复杂程度,并可作为对物种运动的连接度的指标。 eq \o\ac(○,44)环路和多选择路线原 理:在廊道网络中,多选择路线或环路可减少廊道内空隙、干扰、捕食者和捕猎者的不利影 响,从而促进动物在景观中的运动。 eq \o\ac(○,45)廊道密度和网孔大小原理:随着廊道 网络网孔的减小,受廊道抑制的物种(如某些内部生境种)的存活能力显著下降。 eq \o\ac(○,46)连接点效应原理:在自然植被廊道的交接点上,常常有一些内部种出现,而且 其种丰富度高于网络的其他地方。 eq \o\ac(○,47)相连小斑块原理:连接在廊道网络上的 小斑块或结点可能比面积相同但远离网络的斑块有较高的种丰富度和较低的物种绝灭率。 eq \o\ac(○,48)生物传播和相连小斑块原理:网络上的小斑块或结点可为某些生物提供暂 栖地或临时繁殖地,从而有利于生物在景观中传播。 破碎化和格局: eq \o\ac(○,49)总生境和内部生境损失原理:景观破碎化降低总的生 境面积,但内部生境面积比边缘生境面积降低得更快。 eq \o\ac(○,50)分形斑块原理:分 形是对过渡变化的自然反应, 彼此隔离的斑块常常对干扰作出相似的反应。 它们虽然可能变

大或变小,但相互之间的结构关系或格局保持相似。 eq \o\ac(○,51)市郊化、外来种和保 护区原理:在市郊化和外来种入侵的景观中,应建立严格控制外来种的缓冲区,以保护生物 多样性或自然保护区。 尺度粗细: eq \o\ac(○,52)镶嵌体粒度粗细原理:一个由粗粒度地段和细粒度地段相间组 成的景观可为内部种、多生境种(包括人类)提供最佳生态效益及一系列环境资源和条件。 eq \o\ac(○,53)动物对破碎化尺度的感观原理:活动范围大的物种把细粒度破碎化生境视 为连续生境;但粗粒度破碎化生境对于绝大多数动物来说是不连续性(即存在生境隔离效 应) eq \o\ac(○,54)确限种(specialist)与广布种(generalist)原理:细粒度生境 。 破碎化对确限种的不利影响要比广布种更大。 eq \o\ac(○,55)多生境种的镶嵌格局原理: 多种生境汇合处或不同类型生境相间排列的景观有利于多生境物种 (即同时需要多种类型生 境的物种)的存活。

第五节
(一)生物多样性的概念

环境保护与可持续发展

一、生物多样性保护

生物多样性(biodiversity)是指“生命有机体及其赖以生存的生态综合体的多样性和 变异性” 。它包括了生命形式的多样化(从类病毒、病毒、细菌、支原体、真菌到动物界与 植物界) ,各生命形式之间及其与环境之间的多种相互作用,以及各种生物群落、生态系统 及其生境与生态过程的复杂性。 生物多样性是地球生物圈与人类本身延续的基础, 具有不可 估量的价值。 生物多样性可从遗传多样性,物种多样性和生态系统与景观多样性 3 个层次上去认识。 1、遗传多样性 遗传多样性(genetic diversity)是指所有生物个体中所包含的各种遗传物质和遗传 信息,既包括了同一种的不同种群的基因变异,也包括了同一种群内的基因差异。遗传多样 性对任何物种维持和繁衍其生命、适应环境、抵抗不良环境与灾害都是十分必要的。 2、物种多样性 物种多样性(species diversity)是指多种多样的生物类型及种类,强调物种的变异 性, 物种多样性代表着物种演化的空间和对特定环境的生态适应性, 是进化机制的最主要产 物, 故物种被认为是最适合研究生物多样性的生命层次。 水土保持也是增加物种多样性的一 个途径。 3、生态系统多样性和景观多样性 生态系统多样性(ecosystem diversity)是指生态系统中生境类型、生物群落和生态 过程的丰富程度。 与遗传多样性和物种多样性相比, 定义和测定生态系统多样性是比较困难 的。其原因是生态系统是动态的,而且生物群落和生态系统的界限常常难以确定。 景观多样性(landscape diversity)是指与环境和植被动态相联系的景观斑块的空间 分布特征,它包含了所有其他层次的多样性。 (二)物种和群落或生态系统水平上生物多样性的测定 由 于 生 物 多 样 性 的 复 杂性 , 目 前 还 没 有 一 种 较为 权 威 的 测 定 方 法 。 这里 仅 介 绍 R.H.Whittake 方法,以及其他学者对其的修改建议。既是这样,在使用时还要针对研究对 象进行认真思考和检验,以正确地反映生物多样性本质。 R. H. Whittaker 总结出 3 种类型的生物多样性:α 为多样性即群落内(或生境内)生 物多样性;β 为多样性即群落间(或生境间)生物多样性;γ 为多样性即地理区域的生物多 样性。 1、α 多样性:α 多样性是用于测量群落内生物种类数量以及生物种类间相对多度的一 种测量。 它反应了群落内物种间通过竞争资源利用同种生境而产生的共存结果。 其可分为物 种丰富度指数(species richness index) 、物种均匀度指数(species evenness index) 、

物种相对多度分布(species abundance distribution)等。 (1)物种丰富度指数 物种丰富度指数是对一个群落中所有实际物种数目的测量(D) 。 D=S/N (1-11) 式中:S 为物种数目;N 为所有物种个体数的总和。 在实际工作中,通常测定的是群落样本中的生物数量。因此,根据统计学原理,当研究 的对象是样本而不是整个群落时,上式可表示成: D=(S-1)1gN (1-12) 但是, 该方法没有考虑物种在群落中分布的均匀性, 因而不能完全反应群落中的生物多 样性。同时,多样性指数会随着取样面积(或数目)的变化而变化。 (2)Shannon-Wiener 指数(H) H=-Σ |ni/Nlg(ni/N)| (1-13) 式中:ni 为第 i 个种的个体数目;N 为群落中所有种的个体总数。 上述亦可表示成: H=-Σ Pilg(Pi) (1-14) 式中:Pi=ni/N,表明第 i 个种的相对多度。 Shannon-wiener 指数来源于信息理论。它的计算公式表明,群落中生物种类增多代表 了群落的复杂程度增高,即 H 值愈大,群落所含的信息量愈大。 (3)Simpson 指数(D) 2 D=1-Σ P i,Pi=ni/N (1-15) 式中:Pi 与 Shannon-Wiener 指数中的 Pi 相同。 上面两个多样性指数的共同特点是它们既考虑了群落内物种数目也考虑了每个种的相 对多度。 英国生态学家 M.O.Hill 验证了许多常用的生物多样性指数, 包括 Shannon-Wiener 指数 和 Simpson 指数,发现它们均可归结到一个指数系列中:
? ? ? P? ? P3 ? ? ? Pn Nα =(P 1 2 )/(P1+P2+P3+?+Pn) (1-16) 式中:-∞<α <+∞,Nα 是 Hill 指数,Pn 表示样本中第 n 个种的相对多度。 M.O.Hill 指出生物多样性指数是描述出现在群落中有效生物种数的测量。而且各种多 样性指数的差异主要来自于对稀有种及优势种(abundant species)所付权重的不同。如 果取样粗略(使用 N2) ,则仅仅观测到了优势种。如果取样仔细(N0),则可发现所有出现的 物种。Hill 对其指数系列总结如下: N-∞=最稀有物种相对多度的指数 N0=所有出现物种的总数,即丰富度(S) N1=Shannon-Wiener 指数的指数值

N2=Simpson 指数的倒数,即 N2=1/( 1 ?P2 ? P3 ? ? ? Pn ) N+∞=最占优势的种相对多度的倒数。 2、β 多样性 用来表示生物种类对环境异质性的反应。 生物多样性是一个比较复杂的测度, β 它不仅 描述生境内生物种类的数量, 同时也考虑到这些种类的相同性及其彼此间的位置。 通常β 多 样性被表示为群落间相似性指数或是同一地理区域内不同生境中生物物种的周转率。 不同生 境间或某一生境梯度上不同地段间生物种类组成的相似性越差,β 生物多样性越高。 (1)Whittaker 指数(β w) 其计算公式为: β w=S/(mα -1) (1-17) 式中:S 为研究群落中的物种总数;mα 为样方的平均物种数。 (2)Cody 指数(β c) 其计算公式为: β c=[g(H)+I(H)]/2 (1-18) 式中:g(H)为沿生境梯度 H 而增加的物种数目;I(H)为沿生境梯度 H 而减小的物种数目。 (3)Wilson 和 Shmida 指数(β T)
2 2 2 2

是上述两种指数的结合,其计算公式为: β T=[g(H)+I(H)]/mα (1-19) (4)Bray-Curtis 指数(CN) : 上述多样性指数均利用二元属性数据,具有算法简单的优点。但是,它们没有考虑到种 的相对多度。因此,更常用的是: CN=2Nj/(Na+Nb) (1-20) 式中:Na 为样地 A 的物种数;Nb 为样地 B 的物种数;Nj 为样地 A 和 B 共有种中个体数目较少 者。 3、 ? 多样性: ? 多样性高(即地理区域生物多样性高)的地区一般出现在地理上相互隔离但彼此相邻 的生境中。 在这类生境中常常可以发现一些生态特征相近但分类特征极不相近的生物种类生 活在一起。 ? 多样性主要用于描述生物进化过程中的生物多样性。R.H. Whittake 曾简单地 定义地理区域生物多样性,即 ? 多样性为某一地理区域中的生物种类之数量。他认为 ? 多样 性是地理区域尺度上的α 多样性。但美国生态学家 M.L.Cody 则定义 ? 多样性为地理区域尺 度上的β 多样性。 (三)濒危生物的评估与分级 濒危生物的评估和分级是生物多样性保护前题, 非常重要。 这里仅介绍两种广泛应用的 评估物种受胁迫程度的评估系统:Mace 和 Lande 评估系统和世界自然保护协会(TNC)的全 球评估系统。 1、Mace 和 Lande 评估系统 Mace 和 Lande 评估系统是在国际保护联盟(International Conservation Union, 即 IUCN)所发表的红皮书(Red Data Book)中所采用的评估系统的基础上提出来的。表 1 -4 提出了评估系统简单且易掌握,能够提供有关物种灭绝危险程度的综合信息。
表 1-4 领域 地理 分类 地区特有种 较高等级分类单位(如科、属) 小科/属,可能是孑遗种 处于危险的生境中 生境 环境脆弱 特定狭窄 处于演替过程中 生活型 种群 一年或短命多年生 小且少 很少开花 特定传粉者 生物学 雌雄异株 专性异型杂交 差的等级结构(年龄等级不匀称) 差的无性繁殖力 其他 可收获 高特有现象出现地区 优先级高 小范围的地理分布 非地区特有种 较低等级分类单位(亚种、变种) 大科/属,非孑遗种 处于非危险生境中 环境具抵抗力 范围广 处于顶极状态 长命多年生 大且多 常开花 非特定传粉者 雌雄同株 稳定的自花授精 良好的等级结构(种群按年龄级分布) 良好的无性繁殖力 不可收获 低特有现象出现地区 确定濒危种保护优先等级的方法 优先级低 大范围的地理分布

2、世界自然保护协会系统 TNC 将植物、动物、微生物以及自然生物群落和其他生物景观的组分看成是构成生物 多样性的元素。在此基础上,发展了一套评价生物多样性元素濒危程度的评估系统。此系统

可以用于全球范围,也可用于一个国家或地区。根据生物多样性元素在自然界的分布状况, 该系统分为五个等级 G1――全球极度危机的物种。 通常此级物种是指那些在其整个分布区仅有 5 次或更少 的出现记录,或者是少于 1 000 个成熟个体的物种。例如我国的大熊猫就是一个典型的 G1 种。 G2――全球危机的物种。这些物种在其整个分布区内有 6 到 20 次出现记录,或者是 仅有 1 000 到 3 000 个成熟个体存在。 G3――不常见但不危机的物种。这些物种在其分布区的出现记录为 21 到 100 次,或 3 000 到 10 000 个个体。 G4――较常见且非濒危的物种。从长远的观点看,这些物种也应受到考虑。 G5――已证明的在其分布区内具高丰富度、 没有濒危危险的物种。 虽然这些物种通常 较为常见,但它们亦可是稀有种。 (四)生物多样性保护 生物多样性保护包括了生物多样性的就地保护和迁地保护,此外,还有离体保护等。这 里仅就地保护和迁地保护作一介绍。 1、生物多样性的就地保护 生物多样性就地保护(in Situ conservation)的主要途径就是建立自然保护区,通过 对自然保护区的建设和有效管理,使生物多样性切实得到保护。 自然保护区的建立,通常要考虑:①选择地段的代表性,也就是拥有典型物种和群落的 地区,象高山、丘陵、湿地、河流、岛屿等均可。②生物多样性,保护区应设在物种多样性 或群落多样性较高的地区,以使较多的物种得到保护。③保护的有效性,即:自然保护区的 面积应能满足被保护物种生存繁衍的需要, 满足生态系统中能流、 物流及各种生态过程圆满 实现的需要;应能对保护区周围的人类活动加以控制。④空间的连续性,保护区应建在包括 非生物因子的各种度变化的连续性境内, 如应包括从低海拔到高海拔的各种高度或从干旱地 湿润的各种水分梯度变化的地区。 对自然保护区以外生物多样性的保护, 通常采取: ①将生物多样性保护纳入国家经济计 划;②采用有利于生物多样性保护的林业经营措施,如禁伐等;③推广生态农业措施,如保 持水土,防治水蚀与风蚀等;④保护自然保护区以外的生境。⑤保护海岸及海洋的方法。 2、生物多样性的迁地保护 迁地或易地保护(ex Situ conservation)是指将濒危动植物迁移到人工环境中或易地 实施保护。 它的最终目标是为被保护物种在原生环境的正常生存提供支持, 即建立自然状态 下可生存种群。 一般来讲,当物种原有生境破碎成斑块状,或原有生境不复存在,或物种数目下降到极 低的水平,个体难以找到配偶时,或当物种的生存条件突然变化时,均需进行迁地保护。迁 地保护有野生动物和野生植物保护两种方式。可利用动物园、植物园、树木园,以及建立各 种迁地保护基地与繁育中心来实现。

二、可持续发展
(一)可持续发展概述 可持续发展 (sustainability development) 的概念是由世界环境与发展委员会 (WCED) 1987 年出版的(Our Common Future)中提出,并在 1992 年联合国环境与发展大会(UNCED) 上取得共识而形成的。它是指“既满足当代的需求,又不危及后代满足需求能力的发展” 。 此概念内涵以下 5 个原则: 1、发展原则 以发展消除贫困是可持续发展的首要任务。包括了:①复兴增长;②改变增长的质量, 转变增长方式;③减少贫困;④满足就业、粮食保障、能源、水和卫生等基本要求;⑤保障

人口的可持续水平;⑥保护和增强资源基础;⑦通过改善工业技术和风险管理,降低环境风 险;⑧将环境与经济结合在可持续发展决策之中等等。 2、公平性原则 可持续发展强调“人类需求和欲望的满足是发展的主要目标” 。但在人类需求方面存在 很多不公平因素。因此,可持续发展追求的公平性原则包括有:一是本代人的公平。就是要 给世界以公平的分配和生存权, 把消除贫困作为可持续发展进程特别优先的问题来考虑。 二 是代际间公平。 要认识到人类赖以生存的自然资源是有限的。 这一代人不要为自己的发展与 需求而损害人类世世代代满足需求的条件-自然资源与环境。 三是公平利用有限资源。 当今 世界,占全球人口 26%的发达国家所消耗的能源、钢铁和纸张等占全球的 80%左右。可见, 这是不公平的,不利于持续发展。 3、可持续性原则 可持续性原则的核心是人类的经济和社会发展不能超越资源与环境的承载能力。因为, “发展”一旦破坏了人类生存的物质基础, “发展”本身也就衰退了。 4、主权原则 早在 1989 年 5 月第 15 届联合国环境署理事会在《关于可持续发展的声明》中,就清楚 地阐明了可持续发展的主权原则: “可持续发展,系指满足当前的需求而又不削弱子孙后代 满足需求能力的发展,而且绝不包含侵犯国家主权的含义。 ”针对一些国家在发展援助和环 境援助中附加有本属受援国主权范围的条件,该声明称: “可持续发展还意味着在发展计划 和政策中纳入对环境的关注与考虑, 而不代表在援助或发展资助方面的一种新形式的附加条 件。 可持续发展是没有国界的, ” 但以什么方式去实现可持续发展则是一个国家的主权。 1992 年联合国环发大会提出的《里约宣言》称: “各国拥有按照其本国的环境与发展政策开发本 国自然资源的主权, 并负有确保在其管辖范围内或其控制下的活动不致损害其他国家或在各 国管辖范围以外地区的环境的责任。 ” 5、共同性原则 由于世界各国在历史、文化和发展水平上的差异,可持续发展的具体目标、政策和实施 步骤也不可能是唯一的。但是,可持续发展作为全球发展的总目标所体现的公平性原则、发 展原则、可持续性原则和主权原则则是共同的。并且,实现这一目标需要采取一些全球共同 的联合行动。 目前, 对于可持续发展的理解, 虽在政治上已取得共识, 但在理论界却一直存在着争议。 还在不断的完善过程之中。即使这样,它也不失为经济社会发展的一个重要准则。 (二)可持续发展框架 1、全球《21 世纪议程》的结构框架 全球《21 世纪议程》是 1992 年联合国环发大会形成的一个重要文件,它反映了关于环 境与发展的全球共识和最高级别的政治承诺。 它是可持续发展的战略框架, 提出了一系列全 球走向可持续发展的政策、措施和行动方案,见图 1-14。

图 1-14 全球《21 世纪议程》结构框架

全球《21 世纪议程》是世界上第一个以可持续发展战略为指导而制定的环境与发展战 略文件和行动方案。它具有:①自始至终体现全球可持续发展的思想;②在经济政策中,阐 明经济是可持续发展的动力, 这就给经济与可持续发展的关系定了位; ③十分重视社会可持 续发展问题, 提出了一系列促进社会可持续发展的政策; ④在资源、 环境与发展的关系方面, 重点突出了将环境与发展的内涵纳入决策过程; ⑤在资源与环境政策方面, 主要阐述了大气 层保护、陆地资源统筹规划与管理、森林保护、脆弱生态系统管理、促进农业和农村的可持 续发展、生物多样性保护、生物技术的环境无害化管理、海洋合理利用与保护、淡水资源利 用与保护和固体废弃物无害化管理等; ⑥把公众参与可持续发展决策过程的问题提到 “是实 现可持续发展的基本先决条件之一”的高度;⑦重视能力建设,提出了一系列能力建设行动 方案和重要政策等特点。 2、地球生命支持系统

美国的几个大学联合发起了编制 《地球生命支持系统百科全书》Encyclopaedia of Life ( Support System,简称 EOLSS)的行动。这是一部关系到全球可持续发展必需的知识源泉的 巨著, 它构筑了一个以地球生命支持系统永驻为核心的可持续发展结构和知识信息系统, 见 图 1-15 所示。 从图中可知,地球生命支持系统的结构分为三个层次,即:第一层也是最高层次,它构 筑的是全球可持续发展的人类社会; 第二层是顶梁柱层次, 也就是维持全球可持续生存与发 展的四大生命支柱―水、能源、环境和食物与农业;第三层次是科学和技术层次,也就是依 靠科技进步、推动四大生命支柱可持续地供养人类生命系统。 3、跨千年全球发展预测研究报告 跨千年全球发展预测研究 (进展过程中) 是对未来全球发展可能遇到的问题及战略的全 球性分析,并相应提出应采取的政策与行动。它主要由联合国大学美国理事会推动。 该项研究动员了大约 60 个国家 300 余位著名学者,在涉及全球性问题及机会的 140 个 议题中,经专门小组归纳为 15 个关键议题,并对这些议题的解决和应采取的对策行动进行 了全球性问卷调查。反映的是 15 个议题及其问卷中的行动方案排序的前三条情况。这对我 们进行可持续发展的政策选择会很有启发。
表 1-5 序号 问 题 世界人口增长已处于高峰 1 期,而且仍保持继续增长, 粮食、水、教育、住房、医 疗保障都必须同步增长 2 世界一些地区的淡水资源越 来越匮乏 未来的问题及应采取的行动 解决问题最有效且可行的政策与行动 ● 鼓励研制和开发新的有效节育措施 ● 鼓励开发以生态技术为核心的高产可持续农业 ● 利用市场机制促进计划生育 ● 制定水资源保护政策 ● 迅速组织研究、开发从海水中廉价提取淡水的技术 ● 鼓励新的作物品种与海水灌溉农业的开发 ● 建立小型信贷机构,促进小型商业的发展 3 生活水平的贫困差异日益扩 大 新老疾病和免疫性微生物对 人类的威胁正在增加 ● 制定并实行新的马歇尔计划,作为高、低收入国家之间的合 作形式 ● 鼓励低收入国家在公共教育中加强经营和商业的课程设置 4 ● 扩大世界卫生组织合作实验室的全球网络,建立一个有全球 性的对流行病毒及其感染有效监测的系统

● 加强对全球疫苗计划的资金投入及技术支持 ● 增加对安全供水研究的资金投放 在这个不确定性和风险不断 5 增加的世界,人们对于日趋 全球化和复杂化问题的认识 和决策能力正在下降 恐怖活动的强度、规模都在 6 不断增加,并严重威胁着人 类 ● 将“如何学会学习”纳入教育系统和职业培训计划,这是认 识社会性、技术性复杂问题的前提 ● 将对未来的规划和非线性思考纳入教育系统 ● 在如何做出有效决定,包括做决定的道德标准、危险的性质 及如何对付不确定性等方面进行培训 ● 对核原料制定严格的法规条例及检查制度 ● 销毁现存所有生物武器 ● 增加反恐怖活动保护措施 ● 对有污染的产品、技术实行税收,将其收入用于开发安全的 人口和经济的增长与环境质 7 量和自然资源保护之间相互 冲突 生态技术,利用同样的方法减少不合理的环境技术、产品与 设备的进口 ● 将环境成本计入自然资源及产品价格之中 ● 建立一个由国家提供基金的国际技术银行,使环境条件差的 国家能够得到易于使用的绿色技术 序号 问 题 解决问题最有效且可行的政策与行动 ● 进一步强调降低妇女,特别是农村、移民、难民、失业和残 疾妇女的文盲率 8 妇女的地位正发生变化 ● 鼓励为儿童和母亲们服务的项目的实施 ● 在所有国家颁布和实施旨在保护妇女权利的法令,反对就业 中的性别岐视 ● 重新评估学校的课程,强调同情心和社会公德 9 宗教、民族和种族冲突日趋 严重 ● 协调可能发生的冲突,促进双方的和解 ● 建立早期预警系统,以处理文化、种族和宗教问题及可能导 致的冲突 ● 为公众提供更多的免费的互联网络途径 10 信息技术在给人类创造了机 会的同时,也带来了风险 ● 加快发展中国家引入计算机通讯和机器设备的步伐,促进网 络的全球化,为外国投资者提供优惠的条件 ● 制定为避免超负荷通讯而增大网络容量的措施 团体犯罪正在发展成为手段 11 高超、组织严密的全球性黑 社会问题 ● 完善搜捕国际犯罪的国际协议 ● 通过电视和互联网活动建立可持续几十年的全球人类价值 和风俗对话以确认和统一全球伦理 ● 对可能出现的犯罪威胁建立早期国际预警系统 ● 通过国际和国内建设社区的努力为经济向可持续发展提供 12 经济增长既带来希望,也带 来可怕后果 范例 ● 对那些对环境有严重影响的活动建立税收或收费制度 ● 通过实施对外部环境作用及影响的经济核算,达到能源的较 好平衡 ● 增加电力替代性生产资源的开发基金 13 全球许多核电站正趋于老化 ● 建立信贷发展计划以资助拆除危险核电站 ● 在计算电价时考虑电站拆除和放射性物质贮存的费用 ● 对艾滋病科学研究加倍投资 14 艾滋病将继续蔓延 ● 加强教育投入,教育公众正确对待性 ● 推广免费使用避孕套计划 15 工作、失业、休息和不充分 就业的内涵正发生实质变化 ● 在发展中国家利用信息、通讯技术,增加社会就业机会,提 高生产力 ● 增加公众、个人用于研究与开发学习技术的基础设施

● 将激励机制用于系统,以提高教育水平

4、 《中国 21 世纪议程》 由国家计划委员会(现国家发展计划委员会)和国家科学技术委员会(现国家科学技术 部)牵头,组织国务院 52 个部、委、办公室、公众团体等共 300 余名政府工作人员和专家, 历经两年时间,完成《中国 21 世纪议程》的制定工作,于 1994 年 3 月 25 日在国务院第 16 次常务会议上通过。这是我国走向 21 世纪的可持续发展战略框架,是 制定我国国民经济和社会发展中长期计划的指导性文件,也是我国政府认真履行 1992 年联 合国环境与发展大会文件的原则立场和实际行动的体现。 这是国际社会出台的第一部国家级 21 世纪议程,也是我国第一个可持续发展战略框架(见图 1-16) 。

参考文献
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