生物生态系统资源

5.2.4　生物生态系统资源

1）森林资源

目前全球森林面积大约在30亿hm²以上，仅次于全球荒漠的面积，但在人类过度开发下林地正面临着逐步缩小的危机。从1979年以来的二十年中平均每年减少面积约600万hm²。

森林资源在全球分布极不平衡，首先是自然气候和土壤等因素造成了热带地区和寒温带地区广阔的森林带和内陆及西海岸无林区的鲜明对比。其次是由于历史和人口的原因使中国、印度和西欧等区域缺少大面积的森林，森林覆盖率相对较低（见表5-4）。

表5-4　我国与部分国家森林覆盖率的比较

资料来源:第五次全国森林资源清查（1994～1998）结果整理。

全球森林资源的类型分为热带雨林、热带疏林、刺灌丛、红树林、亚热带常绿阔叶林、地中海型常绿硬叶林、温带落叶阔叶林、寒温带针叶林和各类人工林。其中热带雨林和寒温带针叶林是目前世界上比较连片分布和保持一定原始状态的森林，提供了世界木材和其他林产品需求的绝大部分；其余类型，包括人工林多为斑块状分布，具有区域性价值。森林资源中分布面积最大以及最大的第一性生产力和生物量积累都出现在热带雨林，并具有其他类型无法比拟的高生物多样性，为众多物种提供了栖息场所。而人工林的第一性生产力仅次于热带雨林，但由于其群落结构简单，干物质移出周期短，生物量的积累为各类型中最少。

长期处于稳定状态的森林生态系统，从土壤中总的矿物质吸收量和给土壤的总归还量应该是保持平衡的。而由凋落物造成的损耗，必然是凋落物的腐殖质化和矿质化的结果。

在生物循环完成之前，这两种转化速度是很重要的，但转换速率明显和气候，特别是温度有关，通常在寒冷气候下转化速度慢，在炎热气候下转化速度快。在热带雨林，有机凋落物当年内或者只需几个月就分解掉了，温带落叶林和南方松林，分解掉一年的累计量需要2～3年的时间，北方针叶林需要十多年，而一些山地森林则需要几十年的时间。

生态系统中物质生物循环速率的差异，直接影响森林资源开发的行为和后果。热带雨林生物循环迅速，采伐后土壤养分很快流失，难以恢复。寒温带暗针叶林和山地针叶林分解缓慢，采伐周期太长虽有利于保护，但大量干物质滞留在枯枝落叶层，不仅相对降低蓄积量，而且容易导致逆行演替，出现沼泽化。

由于生物循环速率的不同，使不同森林生态系统中的资源分配比例有很大差异，尤其表现为有效资源量（树木主干和林下生物活体）的巨大差异（见图5-1）。从热带雨林、常绿阔叶林到亚高山暗针叶林，木材在总干物质中的比重逐渐下降，而腐殖质和凋落物所占的比重呈上升趋势。

图5-1　不同森林生态系统中叶子、木材、凋落物和腐殖质中有机碳的含量（Larcher，1975）

2）草地资源

在由于降水较少或其他因子的限制而使树木无法生长的地方，森林让位于另一类以草本植物为优势种的生态系统，即草地。草地几乎出现在全球每一个纬度带，在热带少雨地区分布有热带稀树草原，全球热带稀树草原面积约有1 500万km²；温带半干旱地区分布有温带草原，主要分布在欧亚和北美大陆的内陆，全球温带草原面积约有900万km²；高纬度极地附近分布有苔原，全球苔原面积约800万km²；其他各种灌丛组成的群落、杂类草组成的草甸和各类人工草地，全球面积约有1 800万km²。

从分布上看，全球用作永久放牧场的草地约有3 000万km²，以亚非以及南美所占比重较大。但总的来说，不像森林资源那样分布不均一，各大洲都有一定面积的草地（见表5-5）。但当今分布于各大陆的草地大都已远不是自然生态系统，人类草地大面积地替代了天然草地，天然草地也完全出于人类的控制和干扰之下。

表5-5　全球不同区域永久性草地资源面积

资料来源:FAO，1971。

构成草地生态系统的第一性生产力的主体是多年生草本植物，它们生长迅速、更新速度快（一般不超过一年）。表5-6中的四类草地中，热带疏树草原无论是第一性生产力还是太阳能固定量都达到最高，而半干旱灌丛草地分别只及前者的十分之一。

草地中第二性生产力比第一性生产力更具资源价值。这一点十分重要，因为人们更为关心系统总能量中转化为动物生物量的部分。草地生态系统具有资源价值的第二性生产力一般远远大于森林（见表5-6），这是因为森林中第一性生产所支持的动物多数不具食品或其他明显用途。

表5-6　全球主要草地资源类型的第一性和第二性生产力

资料来源:Lieth，Whittaker和Likens，1975。

草地生态系统的生物循环十分稳定。放养家畜和种植粮食相比，养分的移出量要小得多，这是由于草地中被移出的不是直接第一性生产，而是已经经过转化的第二性生产。在草地中，凋落物是每年未被取食的枯草，它的分解是周期性进行的，在春天和夏天旱季来临之前分解迅速，后来变慢，因而凋落物层在冬季较厚，夏季较薄。草地凋落物的半衰期约三年，分解一年的积累物约需四至五年。这一数值在苔原要长得多，而在稀树草原则要稍快一点。凋落物的分解速度影响到草地的放牧强度。

3）农业资源

农业生产在不同地区为人们提供了绝大部分的食物，包括直接利用和通过家畜转化。20世纪90年代初，发展中国家粮食消费占全部农产品食品消费的80%以上。而农业生产的基础是利用农业资源进行粮食生产，其中主要是对耕地的利用。据美国农业部报告，全球现有最大可耕地面积约为32亿hm²，而实际已经耕作的面积约14亿hm²。在欧洲和亚洲，80%以上的可耕土地已被利用，发展潜力很小。而在南美洲和非洲，耕作比分别只有11.3%和21.6%，但是降水的不规律和土地退化已经大大降低了那里新开发耕地的可能性。80年代初，全球平均每人拥有可耕地0.74hm²，实际耕地0.32hm²。人口的增加不断对耕地增加提出新的要求，但实际上由于各种土地利用形式之间的矛盾以及土地退化的加剧，自20世纪60年代至今，全球耕地增加量不足3%，大部分粮食需求压力落到了提高农业生态系统的生产力上。

农业生态系统是生物资源作为农业资源的利用对象，其利用特点是物质的输入和输出较大，而且周转速度较快。平均净第一性生产力为干重650g/（m²·a），每平方米生物量约为1kg，前者略高于温带草原，而后者几乎少于所有的自然生态系统。农业资源的主体是农田中的谷物生产量。这一数值由于种植季节长短、品种差异、耕作方式及投入的不同而变幅很大。比如我国双季稻的南方高产区与高原单季作物区相比，单产量相差十倍以上。

从20世纪60年代到20世纪末，全球粮食产量翻了一番，增长部分约92%来源于单位面积产量的提高，而仅有8%的新增粮食产量来源于新开垦区。耕作方式的改进、作物新品种的不断推广和替代以及对农业投入的增加使过去40年中农业生态系统的生产力显著提高，目前已经达到近3 000kg/（hm²·a），其中发展中国家平均2 600kg/（hm²·a），发达国家平均4 200kg/（hm²·a）。尽管如此，生产力提高的幅度也只能勉强抵消人口增长的压力，而在不少发展中国家，每个居民平均获得的食物量反而有下降的趋势。通过全球农业生态系统生产潜力模型测算，特别是日照充足的西北干旱区的高潜力数据，以及对绿色革命寄以厚望，不少经济学家对农业前景充满乐观的估计。如Collin Clark依据农业生态系统的最大生产潜力，预计全球现有耕地可以养活140亿的人口。但20世纪90年代以来，世界粮食产量的徘徊局面为这种乐观主义投下了阴影，频繁的农业自然灾害不断告诫人们，农业收成总是处于气候条件的支配之下，除了严格控制人口增长，别无选择。