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水的生态服务功能

已有 3261 次阅读 2015-2-10 09:12 |个人分类:科学书摘|系统分类:论文交流|关键词:严登华,应用生态水文学,生态,水,,科学出版社| 科学出版社, 生态, 严登华, 应用生态水文学

伴随着人口增长和经济快速发展,国民经济用水过度挤占生态环境用水是导致生态环境恶化的关键因素之一。与水资源的经济价值研究相比,目前水资源的生态价值研究是滞后的。生态水文学科的发展给水资源价值的评价工作带来了契机。水的生态服务功能评价是生态水文学原理中水分与生态相互作用机理在实践中的具体应用。

一、水的生态服务功能内涵

水的生态服务功能中的“水”指的是水循环。所谓水循环是指水在地球的各个组成部分之间,以各种不同的形态(气态、液态和固态) 通过大的生物物理环境(大气、海洋、陆地、水中和地下环境) 进行运动的过程。水循环在生态系统中是能量传递和物质循环的必要条件。水资源通过水本身,与这个大环境中的各个组成部分相连。水循环中已普遍得到认可的两个组分,被称之为“蓝水”(所有受物理过程控制的水) 和“绿水” (所有受植被蒸腾等生物过程影响的水)。

水的生态服务功能中的“生态”指的是生态系统,包括森林生态系统、草地生态系统、湿地生态系统、湖库生态系统以及河流生态系统。植物与水分关系是生态水文过程研究的核心内容。植被生态过程(碳循环、植被动态生长等) 与水文过程通过各种物理和生物学过程发生交互作用,其密切联系和交互作用渗透到水、热、碳等物质和能量传输的各个环节。

水的生态系统服务功能的内涵是基于生态水文相互作用关系的,以水循环过程中形成的蓝水和绿水为服务主体,为维持森林、草地、河流、湖泊、水库等生态系统的结构和过程提供的条件和效用。

二、水的生态服务功能的双层服务结构

水的生态服务功能具有双层服务结构,水循环过程中形成的绿水和蓝水对植物在群落、种群和个体层次上的生态学和生理学过程的支撑作用被作为水的直接生态系统服务,水的间接生态系统服务是指植被生物多样性和水生态系统为人类福祉所提供的服务,具有植被生物多样性的价值和水生态系统服务的价值。

水的双层生态服务结构

1.水的直接生态服务功能的辨识

流域植被生态水文问题近年来成为国内外的研究热点之一。鉴于流域水文过程与植被生态过程的紧密相互作用,水的直接生态系统服务以植物水分生理为基础,侧重于水分为植被生长、繁衍提供的服务。植被释放氧气和增加生物量是水分支持植物生态的外在表现形式,故将释放氧气和增加生物量作为水的直接生态系统服务。

植物生物量增加是地球上的绿色植物和海藻生物碳循环的结果。生物碳循环是绿色植物和海藻通过光合作用吸收水分,固定大气中CO2,释放O2,将生成的有机物质储存在自身组织中的过程。

每公顷陆地植被每年净光合吸收碳: 热带林为4.5~16t,温带林为2.6~11.25t,寒带林为1.8~9t,草地约为1.3t。

2. 水的间接生态服务功能的辨识

水的间接生态系统服务功能可大致分为两大部分: 植被生物多样性服务功能以及水生态系统服务功能。植被生物多样性又可分为遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性,因此植被生物多样性所提供的服务功能就包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性服务功能。水生态系统服务功能又大致可分为河流、湿地、湖库生态系统服务功能。具体的说,水的间接生态服务功能主要有产品生产功能和生命支持功能。产品生产功能主要有提供淡水、木材和纤维、食物、娱乐和生态旅游,生命支持系统功能则包括净化环境、涵养水源、土壤保育、调节气候、生物多样性保育等。

产品生产功能

植被多样性具有较高的生物生产力,树干、树冠为人类提供了大量的木材以及枝丫、叶、果实等,除了用做木材和燃料外,还是重要的食物和工业原料,另外森林和草原又是人类娱乐和消遣的地方。

水生生态系统提供的产品,主要包括为生产和生活提供的水资源、航运、水电,以及鱼、水生蔬菜和水生花卉等水产品,此外给人们带来河流湖泊风光的美学体验和感官享受,划船、钓鱼、游泳等在河流湖泊内进行的娱乐活动以及沿河岸的露营、野餐和远足等休闲活动。

生命支持系统功能

植被多样性在生物圈、大气圈、水圈、地圈动态平衡中具有重要作用。植被生态系统作为以中国特殊的下垫面,在一定程度上对周围湿度、降水、温度、风力都有明显的调节作用; 本身的树冠、枯枝落叶和根系能够起到蓄水、净化水质、保持水土的作用; 此外,植被除了吸收自身需要的化学营养物质外还会吸收一些不需要的或有害的化学物质(如污染物质),从而达到净化环境的功能。另外,植被多样性形成的生态系统通过复杂的组织结构,成为自然界物种生存、繁殖和进化的庇护所。

湿地作为一种重要的生态系统,其生态系统服务已经得到人类的高度关注。湿地生态系统服务功能的价值评估是一个近期才有的现象,历史上,湿地一直被看做是有一定价值的废弃地,只能通过排浚和破坏才能提高其价值。今天人们已经普遍认识到湿地能提供很多有价值的生态系统服务,但在区域湿地是否具有最高经济使用价值、应该在何种程度上对湿地进行保护和恢复等问题上,仍存在着持续的争论。湿地生态系统提供的生命支持系统功能主要包括提供物种生境、水质净化、休憩娱乐、洪水调蓄等。

河流、湖库生态系统的生命支持系统功能主要体现在调蓄洪水、水资源蓄积、土壤保育、生物多样性保护等。

3. 水的直接生态系统服务和间接生态系统服务之间的关系

水的生态服务功能之间有以下4层关系: ①水的直接生态系统服务功能是水的间接生态系统服务的基础,直接生态服务功能决定着水的间接生态服务功能的有无与好坏。对于陆地生态系统,水分支撑植被的生长、繁衍,进而保证植被生物多样性的价值。对于水生态系统,水体本身提供水生生物生境,从而可使水生态系统发挥服务功能。②水的间接生态系统服务功能是水的直接生态系统服务功能的衍生品。这些服务的价值要超过水的直接生态系统服务的价值。③水的直接生态系统服务的服务对象是生态系统中的植被,而水的间接生态系统服务的服务对象是动物和人类。④由于人口增长、社会经济的快速发展,人类对水的衍生生态功能需求逐渐加大,造成生态用水、用地被挤占的现象比较突出,水的直接生态服务功能有所削弱。

水的生态服务功能与水资源价值的关系

水的生态服务评价的结果是为水资源合理配置提供数据支撑,其中水的直接生态服务功能与水的间接生态服务功能中的生命支持系统功能一起反映了水资源的生态价值; 陆地植被生物多样性以及水体生态系统服务所提供的产品生产功能则反映了水资源的经济价值。

本文由刘四旦摘编自严登华 应用生态水文学一书。应用生态水文学》对近十年来应用生态水文学相关研究进行系统总结。 应用生态水文学从提出应用生态水文学入手, 全面、系统地从监测手段、过程模拟、定量评估、综合调控和集成管理, 最后结合应用生态学研究的战略地位, 提出研究的前沿和热点问题, 指出变化环境下应用生态水文学的发展方向。

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