第一节 生态系统的结构、功能和变化规律研究

一 生态系统的概念、结构和特征

学术界对生态系统概念的表述比较一致，《生态经济建设大辞典》的表述是：“生态系统是生物群落与其生存环境之间，以及生物种群相互之间密切联系、相互作用，通过物质交换、能量转换和信息传递，成为占据一定空间、具有一定结构、执行一定功能的动态平衡整体。”[1]从上述定义中可以看出，生态系统的结构包括两大部分：即生物系统和非生物系统。生物系统是指植物、动物和微生物；非生物系统是指光、热、水、土、气候及各种有机和无机元素，它们相互作用，进行物质循环和能量交换。现代生态学则进一步概括为物质流、能量流和信息流。对组成生态系统的各种自然要素的特征和变化规律研究，包含在相关的各个学科中，从广义的视角分析，它们都属于生态系统的结构和要素研究。

二 生态系统承载力研究

生态系统的承载力是生态系统的重要特征，研究生态系统承载力对实现国家和区域可持续发展目标有重要意义。因为生态系统服务功能的大小，往往取决于生态系统的承载能力，李周认为：“只要对生态系统的承载力利用不超过它们的自调节能力阈值，生态系统承载力具有可再生性、可修复性、可逆增性，并具有竞争和进化机制。”这一认识鲜明地划清了生态经济学与自然主义之间的界限，对于正确处理发展与生态保护之间的关系具有重要指导意义。[2]

关于生态系统承载力研究，归纳起来一般是从资源承载力和环境自净能力两个方面展开。[3]例如，我国资源对人口承载力研究，早在20世纪80年代，中国科学院“中国土地资源生产力及人口承载力研究”课题组，应用区域生态系统资源生产力方法，计算出中国现有科技水平条件下，粮食最大产量为8.3亿吨。以人均年消费400公斤、500公斤、550公斤的消费水平计算，可承载人口分别为20.2亿、16.6亿、15.1亿人。又如，鄱阳湖生态系统承载力，则根据自净能力计算，设定要保持一湖清水的目标，假设水质控制目标为Ⅱ类，根据自净能力计算结果，COD最大负荷量为268288t/a,TP 最大负荷量2161.2t/a,TN 最大负荷量143224t/a；假设水质控制目标为 Ⅲ 类时，COD 最大负荷量1576982.5t/a,TP14322.4t/a,TN286448t/a。[4]

三 生态系统的生态服务功能研究

我国的生态系统主要有森林、草原、水域和湿地、农田等几种主要生态系统类型。它们向人类提供赖以生存的自然环境与效用，创造与维系了地球生命的支持系统。国家重点生态功能保护区规划纲要，将生态系统的生态服务功能归纳为涵养水源、保持水土、调蓄洪水、防风固沙、维系生物多样性等方面。欧阳志云、王如松等学者将生态系统的服务功能归纳为8个方面：（1）有机质生产与生态产品（主要指农产品、工业原料和生物能源）;（2）生物多样性产生及维持；（3）调节气候；（4）减轻洪涝与干旱灾害；（5）提高土壤肥力；（6）传粉和种子扩散，保持生物种类的多样性；（7）有害生物种的控制；（8）环境净化。[5]

森林生态系统是维护陆地生态平衡的主体，对森林生态系统功能的研究也比较深入，专家研究表明：森林对涵养水源和保持水土的作用相当明显，一般情况下，大约有20%—30%的降水被林冠所截留，70%—80%的降水穿过林冠层降落到林地上。据研究，每亩林地能蓄水20m3,500亩的森林蓄水量可以达到100万m3，相当于一个小型水库。此外，林地的枯枝落叶和腐殖质也可以大量吸收降水。据研究，针阔叶混交林每公顷枯枝落叶的含水量达到12—28吨。森林生态系统对净化大气和防治污染作用的研究表明：在生长季节，1公顷阔叶林一昼夜能吸收CO2约为1000公斤，放出氧气730公斤。据研究测定：每公斤桑叶（干重量）能吸收铅尘527毫克，每公斤青杨叶能吸收铅尘616毫克[6]。在荒漠地，防护林对防风固沙和保护农田的作用很明显。专家们的研究一致认为：森林生态系统的生态功能效益要大于直接经济效益十几倍。众多专家根据国家林业部门的行业标准，运用不同的评价模型，对我国森林生态系统的服务功能进行了定量的价值评估。如中科院赵景柱等对世界13个大国森林生态系统服务功能价值进行评估，结果显示：中国森林生态系统的生态服务功能价值为7927.12亿美元，居世界第6位[7]。2012年，云南省林业厅召开新闻发布会宣布，经云南省与国家相关部门的专家合作组成的课题组研究表明，云南省森林生态系统的服务功能价值每年为1.48万亿元，相当于2012年云南省GDP的1.4倍。

湿地生态系统也是我国重要的生态系统，被誉为我国水塔的青海三江源区，是长江、黄河、澜沧江的发源地，也是我国重要的生态屏障，对我国生态安全和经济社会可持续发展有重要影响。2008年，由国务院研究室、发改委、环境部等十多个部委和国家级研究机构参与的对三江源生态服务功能价值进行评估的结果认为，三江源区的生态功能服务价值达到11万亿元。又如2000年由江西省山江湖综合开发治理办公室主持的对我国第一大淡水湖鄱阳湖湿地生态系统进行了研究，认为鄱阳湖湿地生态系统的服务功能主要有调蓄洪水、涵养水源、保护土壤、固定CO2和释放氧气、促进湿地营养循环、生物栖息、降解污染等8项生态服务功能的服务价值进行逐项计算，汇总结果为433.84亿元[8]，相当于江西省当年GDP总量的21.6%。总之，关于对生态系统的服务功能价值评估，由于评估方法和采集数据的时间不同，往往对同一系统的评价结果差异较大，但其间接的生态效益远远超过直接的经济效益的结论，得到专家们一致的认同，其重要的实际意义是唤醒我们对生态保护的认识，保护生态环境就是保护生产力。

四 生态系统的保护、修复研究

由于对资源的过度开发，对环境的利用超过自净阈值，我国生态环境的形势十分严峻，重要生态功能严重退化，主要表现：一是森林植被受到严重破坏，森林覆盖率20世纪末仅达13.4%，远低于世界31.4%的平均水平，特别是北方的防护林植被严重破坏，绿洲萎缩，使沙尘暴逼近京津特大城市。二是大江大河源头区生态环境恶化，水源涵养功能退化。由于黄河源地区的湿地面积大量减少，导致黄河下游曾一度断流。三是江河洪水调蓄区生态系统退化，供水调蓄功能下降，从20世纪50—70年代，我国五大淡水湖围垦面积达1.3万平方公里，消失的湖泊800多个，是加剧1998年特大洪水的重要原因之一。四是土地生态系统严重退化，生产能力下降，严重威胁到我国农业生产的可持续发展。到20世纪末，我国水土流失面积占全国国土面积的1/3，导致耕地肥力下降，20世纪80年代我国耕地有机质含量仅1%，明显低于欧美国家2.5%—4%的水平。土地沙漠化、盐碱化对我国农业生产的发展也是一大威胁，草原生态退化严重，20世纪80年代草场退化率达到21%，我国单位面积的草地生产力（产肉、奶、毛的水平）只相当于美国相同气候带草原生产能力的4%。

面对严重的生态退化现象，我国有关的研究机构开展了大量的生态保护、恢复和修复研究，并取得许多成果，使上述问题有了明显的改善。生态保护和修复研究创造出许多成熟的技术和经验，主要有坚持工程技术与生物技术相结合、自然恢复与人工建设相结合、保护治理与合理开发相结合、农林牧渔与生物能源相结合等。对坡耕地实施退耕还林、围垦区实施退田还湖、过牧草原退牧还草，实施休养生息，恢复退化了的生态系统。转变农业生产方式，利用循环经济技术、生态农业技术、立体农业技术、节水农业技术、旱地农业技术。在不同地区如南方水土流失区、北方草原区、土地沙化区、沿海滩涂区等典型地区进行试点，取得了丰硕的科研成果并得到一定的推广。如：中国科学院资源环境研究所与江西山江湖办合作，在泰和县千烟洲进行20年的研究试点，探索对南方丘陵水土流失区的生态保护和修复，取得重要成果。千烟洲原有的生态系统遭到严重破坏，逆向演变成为荒芜之地，经过20年的治理修复，已经建立起一个由针阔叶树组成的人工森林生态系统，构建起了以用材林、经济林、薪炭林、风景林、水源涵养林结构合理的生态屏障；在土地利用方面，形成了“丘上林草丘间塘，缓坡沟谷果鱼粮”的立体农业格局，土地利用率由原来的10.9%提高到95%，农业生产得到长足的发展，农民人均纯收入达到全省平均水平，森林植被得到恢复，水土流失基本得到控制，生态系统进入良性循环，被联合国教科文组织誉为“红壤丘陵综合开发治理试验研究国际示范站”[9]。

五 生态功能区生态与经济协调可持续发展研究

生态功能区一般是生态敏感区或脆弱地区，区位条件较差，多处在边远山区、库区或江河源头区，经济欠发达和群众生活贫困是这些地方的共同特点。希望早日摆脱贫困、实现生态与经济协调可持续发展是这些地区群众的迫切愿望。但这些地区在我国主体功能区划中列为限制开发区或禁止开发区，因此，“生态脆弱”、“贫困”和“限制开发”是这些地区的基本区情，是三个重要的关键词，保护生态和发展经济的矛盾比其他地区显得更为突出。

要实现生态与经济协调发展，专家们认为首先要厘清观念和端正认识，特别是如何理解限制开发的含义，争议较多，实践中执行的难度也较大。如安虎森等人认为，限制开发就是限制发展，在目前各种补偿机制很不完善的情况下，被划入限制开发的区域，必然导致发展停滞。而另一些学者持相反的观点，如高国力认为，限制开发中的开发是指为了维护区域生态功能而进行的保护性开发，是对开发的内容、方法、强度进行约束；陈栋生、罗序斌认为限制开发区不限制资源环境可承载的产业发展，更不是限制社会发展；周民良认为限制开发不等于不开发，只是对开发范围、开发类型、开发规模受到一定约束；樊杰认为应把限制开发区理解为适度发展地区。[10]许多学者认为，限制开发区作为与优化开发区、重点开发区相伴随的产物，在某种程度上是相对的概念，其边界会随着社会经济的发展而变化，许多学者建议，在国家层面的限制开发区内，应将区划和规划进一步细化，把区划单元定得更小，在限制开发区内找出其中优化开发或重点开发小区[11]。

在限制开发区处理好生态保护与经济发展的关系时，最关键的一点是选择好有利于生态保护的产业，在实践中有许多成功的典型。如，浙江安吉，2003年提出创建全国第一个“生态县”，其中余村主动关停了矿山和水泥厂，脱离“石头经济”。2005年8月15日，时任浙江省委书记的习近平来到考察，肯定了余村的做法，提出了“绿水青山就是金山银山”的科学诊断，“要知道放弃，要知道选择，要有所为有所不为，要走人与自然和谐发展之路。”，习总书记的话坚定了余村人坚持生态发展的信心。如今，生态旅游成为余村的主导产业，许多村民都自己经营农家乐。生态银行既美了乡村，又富了百姓。再以湖南省张家界生态保护区为例，张家界市在国家和省级两个层面的区划中均列为限制开发区，其优势是有丰富的绿水青山下的生态资源，劣势是绿水青山下的贫困，为了改变这种尴尬局面，张家界市委市政府提出大力发展生态保护产业这个全新的理念，总的指导思想是既不能以牺牲绿水青山为代价换取GDP的增长，也不能让老百姓守着绿水青山过穷日子[12]。他们认为的生态保护产业有四个特点：一是主体公益性；二是部分经营性；三是区域有限性，即保护对象的区域性和稀缺性的叠加；四是长线生效性，即需要长期培育，一旦生效可长期受益。张家界的生态保护产业集群构建重点是推动两大产业转型，培育四大产业新业态。两大产业转型是指传统旅游业向生态旅游业转型、传统食品业向生态食品业转型；培植四大产业新业态，是指重点培植生态养生、生态制药、生态地产、生态文化四大新兴产业业态，取得了生态保护和经济发展双赢效果。