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關鍵詞: 水土保持,生態建設,自然環境
水是萬物之源,它不僅是自然生態系統發展不可取代的資源,也是人類社會可持續發展的基本物質基礎。一切生命都離開水,一旦水資源枯竭,那么生命也就將面臨滅絕。土是萬物之本,是自然和人類一切發展的基本載體,是生命的基本生存條件。不僅自然環境進化離不開水土資源,人類社會發展也需要水土作為基本條件。然而,隨著人類社會對自然資源的過渡開發和利用,致使水土流失嚴重,現代生態環境日益惡化。因此,要建設現代生態環境,重中之重就是要做好水土保持,保持水土,改善現代生態環境,已經是人類急需解決的重要問題之一。
1 水土保持與現代生態環境的內涵及延伸
1.1水土保持的內涵及延伸
我們要理解水土保持的內涵,首先要弄清楚水土流失的概念,在國際學術上水土流失是指:土壤侵蝕(包括水、風、重力、人為活動等營力)造成陸地表面水土資源和土地生產力的破壞和損失。而水土保持(Soil and Water Conservation)基本內涵是:防止水土流失,保護、改良與合理利用山區、丘陵區和風沙區水土資源,維護和提高土地生產力,以利于充分發揮水土資源的經濟效益和社會效益,建立良好現代生態環境的綜合性科學技術。總的來說,水土保持就是指對自然因素和人為活動造成的水土流失問題所采取的預防和治理措施。水土保持是由我國率先提出,它取代了之前的土壤保持概念,并被國際社會廣為接受和通用。
當今,隨著人們對水土保持這一概念認識的不斷加深,其內涵也逐步被深入和拓展。對水土保持的概念不僅僅停留在水土保持層面,已經認識到水土保持和全球現代生態環境的緊密關聯,與全球氣候變化密切聯系上來。因此,水土保持也不再僅僅是對水土資源的保護,還擁有了利用好水土資源,建設現代生態環境等新內容。
1.2現代生態環境的內涵及延伸
現代生態環境(ecological environment)是“由生態關系組成的環境”的簡稱,是指影響著人類生存與發展的水資源、土地資源、生物資源以及氣候資源數量與質量的總稱,是關系到社會和經濟持續發展的復合生態系統。而現代生態環境問題是指人類在利用和改造自然的過程中,自然環境遭到破壞和污染而產生的危害自然進化和人類生存的各種負面反饋效應的總和。
弄清楚了現代生態環境的內涵,現代生態環境建設的定義就不難理解了。現代生態環境建設是旨在保護和建設好現代生態環境,實現可持續發展的一個戰略決策。在我國,現代生態環境建設的方式主要有退耕還林,植樹種草,防治水土流失,建設生態農業等方式等。
2 水土保持與現代生態環境建設的不同點
2.1概念及內涵的不同
“水土保持”和“現代生態環境建設”兩個概念是隨著環境問題日益嚴重并對人類社會生存發展造成危害的背景下誕生的。在我國,根據《中華人民共和國水土保持法》的規定,水土保持的概念是指對自然因素和人為活動造成水土流失現象而采取的預防和治理措施。其預防和治理措施有三個方面,即預防保護、治理實施與成果管護。預防保護就是對尚未或者輕度水土流失地區通過采取植物措施及管理措施來防止水土流失;治理實施是指對已經造成水土流失的區域科學的采用一系列有效的措施來治理水土流失,恢復現代生態環境;成果管護則是對已經修復的生態進行保護,防止再次破壞再造成水土流失現象。
現代生態環境問題是指人類在利用和改造自然的過程中,自然環境遭到破壞和污染而產生的危害的總和。現代生態環境建設是指通過人為的措施來對已經遭到破壞或正在遭受破壞的環境進行生態恢復、生態修復和生態重建,從而控制現代生態環境繼續惡化。在我國,現代生態環境建設的方式主要有退耕還林,植樹種草,防治水土流失,建設生態農業等方式。
2.2內涵涉及范圍大小不同
現代生態環境建設的內涵設計包括了自然中所有的生態系統,是以保護整個自然資源為保護對象,其內涵涉及范圍極為廣泛。而水土流失是以保護水資源和土壤資源為對象的,其范圍涉及面較小,保護的是具體的對象,實施較明確。
2.3所實施的治理方式和措施不同
水土保持措施主要有工程措施和植物措施兩種,措施內容主要通過攔砂壩、擋土墻、截排水溝、封山育林、植樹造林、退耕還林等等方式來實現的。現代生態環境建設除了應用水土保持的治理方式措施之外,還有更多治理和保護措施,如生物防治措施,生態移民措施及設立自然保護區等。
2.4治理實施的主管部門不同
水土保持工作主要是水土保持部門來進行計劃管理實施,而現代生態環境建設由于是一個生態建設的綜合系統,其涉及面廣,涉及范圍大,因此實施管理的工作部門較多,主要有水利部門、水土保持部門、林業部門、環境保護部門、農業部門、旅游部門和國土資源部門。這些部門各司其職,各有側重,通力合作,共同來實施現代生態環境的建設和管理。
3 水土流失和現代生態環境的之間的關聯
3.1水土流失是現代生態環境惡化最直接的原因之一
生態系統最基本的組成因素和最重要的組成因素是水和土,水和土同時也是相對獨立的系統,他們的相對獨立和穩定構成了自然整體的穩定性。但是,隨著水和土二則基本因素遭到破壞,整個生態系統就必然被影響,協調穩定的關系也會被動搖,生態系統就會失衡甚至惡化,從而導致河流污染、水土資源被破壞以及生態系統的失衡。所以,水土流失是現代生態環境惡化最直接的原因之一。反而言之,如果對水土流失區域采取有效的水土保護和防止措施,調整水土資源來恢復水土的正常循環,那么整個生態系統就會逐漸恢復平衡并趨向良性循環。
3.2現代生態環境建設的重要內容是水土保持
我國是一個地形多樣化、山川多變化、地勢地形復雜的國家,由于地域廣闊,境內現代生態環境也存在多樣性特點。在全國土地面積中有三分之二是高山丘陵地貌,而森林的覆蓋率較低,僅占總面積的16.55%,而且存在著分布不均勻,蓄水能力不強等特點,由于自然因素而導致水土流失逐年上升,且程度也較為嚴重,自然災害頻發。因此,要建立現代生態環境,首要工作就是防止水土流失,保護好水資源和土地資源,做好水土保持工作。
現代生態環境建設的主要內容就是搞好水土保持和環境保護,而水土保持又是環境保護極其重要的部分和前提,一旦水土資源得到較好的保護,生態系統就會逐漸改良,那么自然生態環境的自我恢復能力就能得到進一步加強,現代生態環境建設就事半功倍。因此,對于水土流失較為嚴重的地區,在建設現代生態環境的過程中,必須更加重視水土保持工作。
3.3現代生態環境建設的基礎是水土保持
最基本的自然資源是土地,土地不僅是農業的根本,同時是礦物質資源的儲蓄場所,是動植物及人類活動的場所和棲息地,是地球陸地上的一切資源賴以生存和繁衍的家園。土地是地質地貌、氣候條件、植被森林、土壤水文和人類動物活動等各種因素共同作用下的綜合生態系統,土地資源的保護和利用是各種資源保護利用的中心環節。水是滋潤萬物的的資源,是生命最基本和最重要的組成部份,沒有水就不會有自然生態的存在,更不會有人類社會的存在,水作為一切生命的根源,對水的保護毋庸置疑也是建設現代生態環境最基本最重要的工作。
在現代生態環境系統中,各種資源各種因素都有其自身不可替代的重要作用,但是只有各種資源都合理的綜合利用,現代生態環境才能持續健康。水土作為現代生態環境系統中的基礎資源,只有保護好了水土資源,現代生態環境才能呈現良性循環,整個自然生態系統才能協調穩定持續發展。
3.4水土保持和現代生態環境建設都以自然環境為對象
水土保持和現代生態環境建設的對象和主體都是自然環境,水土保持和現代生態環境建設的目的是控制現代生態環境的惡化,保護自然環境和自然資源,促使人與自然的和諧相處,使自然環境在良性健康的循環中提供更好的服務與人類的長遠發展。
總而言之,水土保持和現代生態環境建設都是對自然保護的重要手段,其二者是相輔相成,互相促進的。就范圍而言,水土保持要比現代生態環境建設較小,但水土保護同時又是現代生態環境建設最重要的組成因素,能夠對現代生態環境建設起到有力的補充和支持作用,是現代生態環境建設的具體內容和首要前提。隨著環境問題的日益嚴重和人們對環境保護工作的日益重視,水土保持和現代生態環境建設將呈現出配合更為緊密、共同促進和發展的趨勢。水土保持和現代生態環境建設是人類保護賴以生存的自然環境的重要途徑和手段,必將成為人類與自然和諧共處的前提和基礎。
參考文獻:
論文關鍵詞:初中生物教學 生態環境意識教育
論文摘要:伴隨著人口劇增和工業的飛速發展,人類在創造物質財富的同時,也造成環境污染、生物多樣性減少以及生態失衡等生態學問題,這些已引起了人們對生態環境教育的高度關注。本文從生態環境教育的含義、教育形式、教育內容等方面,闡述在初中生物課堂教學和課外活動中加強環境保護教育所具有的深遠意義。
初中生物課程標準和教材的的內容突出了“人與生物圈”這一主線。課程標準中的情感價值觀目標明確要求:“熱愛大自然,珍愛生命,理解人與自然和諧發展的意義,提高環境保護意識”;“關注與生物有關的社會問題,初步形成主動參與社會決策的意識”。在中學生物教學中對學生進行生態環境意識教育,是每個生物教師的責任。生物教師要利用生物學的豐富資源,結合學生實際,切實有效地開展環境保護教育。要將環境保護教育滲透到各部分相關知識內容中,讓學生自己去體驗、去感悟。
一、生態環境意識教育的主要內容
1.生態學有關概念、原理教育
生態環境意識教育首先要讓學生了解有關的概念、原理,如對生物有影響的生態因素、生態系統、生物圈等基本概念及生態平衡的基本原理等。通過學習有關的概念、原理,幫助學生認識生物與環境之間的密切關系,理解生態環境是人類生存和發展的基本條件,人類必須遵循自然生態規律辦事,才能調控、改造、優化生態環境,造福于人類和整個生物圈。
2.環境保護意識教育
由于人類對自然的不合理利用,生態平衡已受到嚴重的破壞。進行環境保護意識教育,已經顯得非常迫切。如介紹水質富營養化的原因及危害,酸雨對農業生產等多方面的有害影響,大海中的赤潮和淡水里的水華, DDT等物質隨食物鏈在生物體內富集等現象,使學生認識到環境污染對社會經濟發展的影響和對人類健康的危害,從而增強學生的對環境保護的危機感和緊迫感,自覺地加入到保護環境的行列中去。
3.自然資源保護意識教育
自然資源是人類非常珍貴的財富,我國地大物博,有豐富的自然資源,但我國人均占有量卻很少,自然資源也并非是取之不盡、用之不竭的。要向學生介紹當今世界和我國的森林、草原、野生動植物資源和水資源、土地資源等的現狀,以及森林毀壞、草原退化、物種滅絕、淡水緊缺等對人類發展的影響,使學生重視、關心資源問題,積極參與資源保護。
4.可持續發展思想教育
在生態環境意識教育中,應該強調在發展生產的同時,要保護好生態環境及自然資源,實現資源的可持續利用與環境的保護,用人類與環境和諧共生的可持續發展的戰略思想為主導進行教學,使學生將來走上社會后,能自覺地用可持續發展的新觀點、新知識去改變傳統的不可持續發展的生產方式、消費方式、思維方式,使人與自然協調的發展。
二、生態環境意識教育可采取多種教學形式
1.結合教材,在課堂上進行生態環境意識教育
課堂是師生相互交流的場所,是學生接受知識的主陣地,也是實施環境意識教育的主渠道。依據教材內容、因地制宜地進行生態環境教育,是在初中生物課堂教學和課外活動中加強環境保護教育的主要形式。七年級教材第一單元是“生物和生物圈”,專門介紹生物與環境的關系,涉及許多基本概念和原理,目的在于使學生通過學習全面了解生態環境有關知識。生態環境知識貫穿于整個課程體系,各章節都蘊藏了許多這方面的素材。如關于“水資源”---水是生命的源泉、水對生物的重要性、水資源的短缺、飲用水時刻面臨污染、保護水資源等等,滲透到許多章節。教師要充分重視,具體分析研究,使課文的知識與環境教育有機結合,讓學生在學習過程中,樹立環保意識,達到教育效果。
2.補充教材,適時進行生態環境意識教育
人類只有一個地球,地球是人類和其他生物共同的家園。當學習“保護生物的多樣性”時,使學生了解:隨著植被的減少,生態環境的破壞,工業和生活用水的增加,水的污染日益加重,目前出現了江河水位急速下降、湖泊萎縮導致航運受阻,以及水資源危機。一項權威資料顯示: 18世紀人類為土地而戰; 20世紀的工業社會,人類為能源而戰; 21世紀,由于全球化的生態環境被嚴重的破壞,有專家預言,全人類將為水而戰。這些事實向學生敲響了警鐘,引導學生關心人類生態危機,愛護我們的環境,珍惜每一滴水。
3.通過習題的分析,滲透生態環境意識教育
生態環境問題在生物練習題中亦有體現。因此,選用適宜的項目,讓學生在解答問題中培養分析問題、解決問題的能力,也學會在深思熟慮中增強環保意識。例如,學習“生態系統”這一章時,補充下面這道習題: 20世紀50年代,DDT作為一種植物殺蟲劑運用于歐亞及美洲大陸,但是后來人們卻發現從來沒有使用過DDT的南極地區的企鵝及北極附近的因紐特人體內也有DDT存在。試運用所學知識分析其中的原因,并談談所受的啟發。
三、寓“生態意識教育”于豐富多彩的活動中
課外活動是課堂教學的繼續。有些教學內容必須在課外通過學生參與才能完成。如探究廢電池對生物的影響、酸雨對生物的影響等時,需要學生課余的參與,并通過實踐使學生認識到環境保護的重要性,進而使這種認識轉變成真正的行動。由于課外活動形式多樣,生動活潑,結合課外活動開展生態意識教育能聯系實際,具有針對性強,學生耳聞目睹,效果更為顯著。
結合重大紀念日積極開展專題活動。在“世界環境日”(6月5日)、“地球日”(4月22日)等舉辦相應的知識講座、知識競賽或觀看有關錄像;在校內定期舉辦圖片展覽、黑板報、墻報等,宣傳環保知識,披露環境污染情況;組織指導學生利用課余時間對自己所在城市環境狀況進行調查,重點了解當前的環境狀況與生物生存狀況之間的關系,提出建議等。并以“愛護環境,保護我們共同的家園”為主題寫小論文。
引導學生關心廣播電視、報紙雜志等上有關生態環境知識和環保方面的報道,定期進行交流討論,結合一些重大生態事件,分析原因,提出解決對策。
走進自然、深入社會,定期開展實地考察、社會調查活動,讓生態意識理念潛移默化地滲入學生的心田。結合書本一些知識帶領學生參與環境保護的某些具體工作,如帶學生參觀生活污水處理廠,去化工廠等企業了解治污措施;組織學生參與植樹造林和護林宣傳和實踐活動。另外,還要提醒學生以身作則,從點滴小事做起。
關鍵詞:智慧生態環境 作用機理 寧波
隨著經濟水平的不斷提升,我國城市化進程不斷加快,規模不斷擴大,空間不斷向周邊地區蔓延,伴隨而來的是,城市的人口膨脹、交通擁擠、環境惡化、資源緊缺等一系列問題。環境保護和經濟發展如何協調發展,且不阻礙社會經濟發展,是當前首要解決的問題。
基于可持續發展考慮,人類提出了“生態城市”建設的城市發展新思維,并陸續進行了實踐。時至今日,國內外學者和政府對于生態城市理論內涵的界定仍然沒有達成共識,且各國在城市發展階段、資源稟賦、產業結構等方面的差異性,導致各國在生態城市的理論研究和具體實踐中各有側重,但是在解決環境保護和經濟協調發展方面,仍然缺乏理論和實踐論證。
國內眾多專家學者提出,“智慧城市”建設,不僅使城市實現跨越式、可持續發展,還為增強城市綜合競爭力、破解城市發展難題提供了一次難得的機遇。抓住智慧城市建設的機遇,謀求環境保護和經濟發展的協調發展,成為了當前理論和實踐研究的重中之重。
研究概況
環境是相對于某一中心事物而言的,人類社會以自身為中心,認為環境可以理解為人類生活的外在載體或圍繞著人類的外部世界。用科學術語表述是指,人類賴以生存和發展的物質條件的綜合體,是人類的環境。人類環境一般可以分為自然環境和社會環境,自然環境又稱為地理環境,即人類周圍的自然界,包括大氣、水、土壤、生物和巖石等;社會環境則指人類在自然環境的基礎上,為不斷提高物質和精神文明水平,在生存和發展的基礎上逐步形成的人工環境,如城市、鄉村、工礦區等。
生態環境最早組合為一個詞需要追溯到1982年五屆人大第五次會議,由黃秉維院士提出的概念,最后形成了憲法第二十六條:國家保護和改善生活環境和生態環境,防治污染和其他公害。由于當時的憲法和政府工作報告都沒有對名詞做出解釋,所以對其涵義一直爭論至今。
如錢正英院士(2005)轉述黃秉維院士后來的看法,認為生態環境中環境污染和其他的環境問題都應該包括在內,不應該分開。楊士弘(2003)認為生態環境是指與生物體相互作用的資源環境或與生物體進行物質能量流動眾多因素的集合。馬世駿、陳德輝(1995,2000)從生態系統理論出發提出,生態環境是一定時空范圍內生態系統各要素的綜合,以及主體對象和生態系統之間的聯系;王孟本、鄔江(2003,2005)著重強調了人與自然環境之間的相互關系;王如松(2005)認為,生態環境是人類及萬物生靈得以生存、發展、繁衍、進化的必要條件。以上觀點都在一定層面上認同生態環境是由生態關系組成的環境,它不是生態學和環境學的加和而是融合。
陳百明(2012)根據對憲法第二十六條中關于生態環境涵義的解讀,以及這些年來使用生態表征人類追求的理想狀態,經常被作為褒義形容詞的實際情況,將生態環境定義為:不包括污染和其他重大問題的、較符合人類理念的環境,或者說是適宜人類生存和發展的物質條件的綜合體。
觀點綜述
從環境到智慧城市的不同闡述中,有其共性,論述如下:其一,各種學術觀點堅持以人的發展為中心來謀求對概念的闡述和解析。其二,各種學術觀點基于對追求人類理想狀態的層面,對相關理念進行了解析。其三,各種學術觀點都是基于一定的時空范圍和相應的科技水平對概念進行了分析和概括。其四,各種學術觀點最終的落腳點仍然是以保護生態環境為本。
不同之處在于:一是隨著經濟發展和科技水平的不斷提升,不同時期的不同學者們對概念中包含的技術應用側重點不同;二是不同的概念在應用上形成了從模糊到具體,再到更具體的層面。
智慧生態環境的內涵與外延
綜合不同學者的觀點,智慧生態環境應該定義為,不包括污染和其他重大問題的,以人類與環境關系為主導的,利用新一代信息技術,在一定時空范圍內對生態系統各要素做出智能的響應,且適宜人類生存和發展的物質條件的綜合體。
近10多年來,資源、環境、生態等一系列由城市發展而導致的問題日漸突出,已成為我國社會經濟進一步發展的“瓶頸”,世界銀行指出,環境危機每年會消耗我國國內生產總值的8%-12%,這其中絕大部分環境損耗是城市社會經濟活動所致。
智慧生態環境的外延,從空間范圍上來說,智慧生態環境必須依托一定的空間范圍進行闡述才更有意義,且這些空間范圍必須抓住具體的空間范疇來進行針對性研究,可以具體到一個國家,也可以細小到一個城鎮、鄉村等。從時間范圍上來說,智慧生態環境不能不顧地區發展的實情,盲目的以環保為中心,摒棄經濟發展;反過來發展也不成立,必須結合某個空間范圍具體實踐階段,以區域內大多數人追求的理想狀態為目標,有條不紊的開展相應的工作。從技術范圍上來說,智慧生態環境必須正視生態環境的脆弱性,以新一代信息技術的推廣應用為主導,重點在于增強生態環境各要素的智能響應能力,保護生態環境的彈性自調節功能。
智慧生態環境的三大環境構成
(一)城市生態環境構成
生態環境要素是基于生態環境中的重要因素,是指與人類密切相關的,影響人類生活和生產活動的各種自然(包括人工干預下形成的第二自然)力量(物質和能量)或作用的總和的要素。可以細分為自然環境要素和社會環境要素兩大類,包括動物、植物、微生物、土地、礦物、海洋、河流、陽光、大氣、水分等天然物質要素,以及地面、地下的各種建筑物和相關設施等人工物質要素。
楊上弘(2003)等認為城市是社會生產力發展到一定階段后的產物,是人類文明的集中表現,同時也是以人為主體的環境系統,那么,城市生態環境可以根據人類活動的參與程度分為城市自然生態環境和城市人工生態環境。相關分類表如表1所示。
(二)智慧生態環境的三大環境構成
基于生態環境概念發展起來的智慧生態環境,不僅需要繼承生態環境的特性,同時也需要結合智慧生態環境的內涵,加入自己獨特的要素,從而形成智慧生態環境的構成體系。
從圖1可以看出,智慧生態環境要素構成由自然環境、社會環境、人類、智慧信息技術等四大類要素組成,參考表1的具體分類,每個大類要素又可以細分成眾多小類要素。
對比表1所示,可以認為社會環境對于城市人工生態環境的概述更適合課題的研究,因此,后續研究以社會環境來替換對城市人工生態環境的描述。
智慧城市運用云計算、人工智能、決策分析優化等信息技術,針對包括政務、民生、環境、公共安全、城市服務、工商活動在內的各種信息需求,提供智能化響應和智能化決策支持的信息服務,智能化信息服務是智慧城市的核心內容和本質特征。從信息的特性來看,圍繞著智慧城市的建設,由各種智慧信息技術挖掘的信息,靠著信息的作用機理,又形成了一個圍繞著人類作用的環境,可以稱之為虛擬空間,該空間充斥著智慧生態環境方方面面的信息流。
國內專家學者認為,“智慧城市”可以應對城市不斷增長、資源日益短缺的內在需求。2013年全國“兩會”期間,代表們普遍認為,保護生態減少污染,不僅僅是國家的事、政府的事,更與每個人都息息相關,大家都應該成為生態環保的參與者和受益者。人深受環境的影響,拋開環境論述人類的作用,意義和效用不大,必須強化環境的建設作用,進而通過環境影響人,在彼此的互動交互中,將智慧生態環境建設進行到底。
結合上述論述,基于與人類互動的密切程度,可以將智慧生態環境的三大環境構成具體分成自然生態環境、社會生態環境和虛擬空間環境等三大類,如圖2所示。
智慧生態環境三大構成環境作用機理分析
生態環境的系統性,決定了研究的復雜性。因此,必須對智慧生態環境的三大構成環境進行分析,搞清楚彼此之間的作用機理,進而在后續建設過程中,能夠更好的利用新一代智慧信息技術,給智慧生態環境建設帶來智能響應,方便及時調整經濟發展策略和執政理念,進而在促進經濟快速發展的過程中,加快實施生態環境改善和保護的步伐,對于浙江寧波智慧生態環境建設而言,同樣適用。
(一)三大環境圍繞著人類的需求和欲望呈現不同的空間分布
從圖2可以看出,與人類密切相關的是虛擬空間環境,接下來是社會環境,最后是自然環境。人類是一個大的概念,包含多種分類。從代表者和被代表者的角度出發,課題組將人類分為政府和居民兩類。作為居民代表者的政府,根據居民反映的需求,加上自己的意志,對自然環境進行了過度索取。作為生產和生活直接承受者的居民本身,在享受物質財富和精神財富的同時,忘記了節能環保式的生產生活方式,在遭受自然環境報復時,只能將滿腔怒火傾瀉到政府身上。作為代表者的政府,“發展經濟是第一要務”形成了自己根深蒂固的執政思維,如何做到既能發展經濟,又能克服自然環境的保護成為了政府迫切需要改善的執政問題。
“適者生存”這一理念早已耳熟能詳,人類在滿足自己需求的過程中,不斷的挑戰自然環境的極限,人類早已將“適者生存”拋之腦后,能做的就是,按照自己的意愿改造自然,使之符合自己的意愿。按照趨利避害的觀念,人類通過社會環境的改造,直接施加于自然環境,進而獲得自己在物質和精神財富上的滿足,絲毫不顧及或者說,一點也不愿意去考慮自然環境的彈性自調節能力。
因此,如何做到平衡人類需求,成為了保護寧波生態環境的根本。平衡不意味著壓抑人類追求物質和精神財富的需求,而是如何做到改變人類只知向自然環境索取,不懂保護自然環境的觀念。
(二)虛擬空間環境影響著人類對自然環境和社會環境的認知
如圖2所示,從平面上來看,自然環境和社會環境反饋的信息要想被人類徹底感知,必須通過虛擬空間環境進行交互。從立體上來看,虛擬空間環境對社會環境和自然環境的作用,具有一種次序的效果,即虛擬空間環境依賴于社會環境反饋,而社會環境依賴于自然環境反饋,通過層層過濾,最后匯集形成虛擬空間環境信息。
從動態效果上來看,要想實現人類徹底的認知生態環境,必須對生態環境的各個環境構成進行全面覆蓋。這就意味著,環繞人類周圍的虛擬空間環境必須覆蓋到社會環境和自然環境,即人類必須借助更先進的智慧信息技術對生態環境進行感知,進而在獲悉全面信息的基礎上,做出快速、及時、準確的反映,保護好自身所處的生態環境。
利用智慧信息技術監控和改造生態環境,可以很好的使相關利益方,及時的溯本追源,查詢導致環境破壞的責任方。從信息的獲取、傳遞和反饋功能來看,這樣的技術結合只能是一種事后追查,只能使人類陷入被動的反應狀態。可以借助智慧技術對社會環境的主動深入,尤其是對造成自然環境可能惡化的重點要素,如城市化、鄉鎮、產業、社區等風險點進行主動探查,可以在事前獲悉自然環境有可能破壞的原因,及時的追蹤處理,將風險降低到最低限度,從而保護自然環境的彈性自調節功能。
根據智慧生態環境建設的研究內容,浙江寧波在建設自身的智慧生態環境過程中,必須正視智慧技術有可能帶來的生態環境負效應。即借助科技的力量,在物質和能量方面加大對生態環境的索取,造成對生態環境的進一步破壞。因此,浙江寧波在建設智慧生態環境過程中,必須清晰的知曉,使用智慧信息技術對自然環境作用的目的是什么?對社會環境作用的目的是什么?對虛擬空間環境作用的目的是什么?當目的明確之后,人類才能夠在保護生態環境方面做得更好。
(三)社會環境借助城市化、產業化的力量直接導致自然環境發生變化
從邏輯上來分析,社會環境基于自然環境之上,是人類在生存和發展過程中形成的人工環境。人類為了追求更高的目標,借助于自身依賴的社會環境來實現,而社會環境則又向自然環境進行了索取或過度破壞。基于上述分析,可以看出,社會環境成為了“因”一環,而自然環境成為了“果”一環。智慧生態環境建設過程中,相關方應該把側重點放在改善社會環境上,而不是放在改善自然環境層面上。
作為生態環境構成要素之一的社會環境,包括了城市、鄉鎮和產業。浙江寧波城市化進程正在加速發展,從地理位置上來看,原來浙江寧波占地范圍較小,到如今,已經包含了北侖區、江北區、江東區、鄞州區、鎮海區、慈溪市、奉化市、海曙區、寧海縣、象山縣、余姚市等11個區縣市。隨著城市都市圈建設的興起,可以預期的是,浙江寧波的城市化進程將會進一步加快。在這一過程中,原來的城鄉之分逐步被打破,重新被整合。帶來的直接效應就是,城市面積范圍擴大、原有自然景觀被人工改造、土地性質被改變等,浙江寧波一系列的自然環境隨之發生變化。
產業的發展是人類為了滿足自身生產和生活需要而推動起來的,浙江寧波的產業發展布局,從原有的港口城市到港航物流集散中心、臨港大工業,再到大力發展海洋經濟等一系列經濟發展政策的推出,在很大程度上導致了浙江寧波自然環境的變化。作為物質和能量需求大戶的產業,在創造物質財富和精神財富的同時,也帶來了更多的環境壓力。
浙江寧波城市化進程和產業發展對寧波自然環境的影響有其共同之處,也有不同之處。共性是,二者都壓縮了浙江寧波自然環境的空間,對自然環境都帶來一定的破壞作用。不同之處在于,城市化進程對自然環境改善的要求比產業對自然環境改善的要求更大,城市化進程不僅承擔著生產區域對自然環境的索取,更承載著生活區域對自然環境的索取。二者的交織效果疊加,對自然環境的影響與日俱增。在建設浙江寧波智慧生態環境的過程中,必須對城市化和產業化的發展目標清晰界定,避免為了發展而發展,進而造成對自然環境的更多破壞。
(四)自然環境仰賴于社會環境的停止擴張而維持自身脆弱的平衡
從靜止的觀點來看,如果把自然環境比作一個邊界,人類對自然環境破壞的原因在于社會環境的不斷擴張,破壞程度直至與自然環境重合,進而自然環境完全變成社會環境,人類失去自然環境的保護,成為發展與生態失衡的受害者。
人類對自然環境的不滿,體現在執政部門獲悉的突出環境問題投訴上,對于生態環境而言,這些突出問題恰恰構成了寧波智慧生態環境的環境因子構成。建設智慧生態環境的目的,不是為了改變自然環境而人為盲目的建設,而是為了更好的獲悉造成已知自然環境因子失衡的原因,通過相關智慧技術獲取的信息流的傳遞,使相關利益方及時獲取預警信息,采取必要的手段,及時改善寧波自然環境中處于失衡狀態的環境因子的彈性自調節功能,在人類的幫助下,使自然環境能夠回歸自然,從而按照自身的運作規律進行彈性自調節,給人類以青天綠水的回報。
人類之所以無視自然環境的報復,推動社會環境對自然環境的不斷侵蝕,根本原因在于人類通過虛擬空間環境獲得的信息認知度不足,對社會環境是否能夠滿足自身的物質和文化需求能力的判斷力不夠,進而推動了社會環境的不斷擴張。當招致自然環境的報復時,人類依托有限的信息資源,又開始了以保護自然環境為口號之稱的行動,加速了社會環境掠奪自然環境的邊界。
對于浙江寧波建設智慧生態環境而言,必須借助新一代智慧信息技術,通過虛擬空間環境的信息流,獲悉社會環境和自然環境方面足夠決策的信息,借助科技的力量,提升社會環境系統中各構成要素效率的提升,進而促使更多的社會環境資源讓位于自然環境,加大自然環境的生存空間,保護自然環境的彈性自調節功能。從而使社會環境和自然環境能夠有各自的獨立空間,相互和諧共存。
參考文獻:
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[關鍵詞]城市化;生態環境;協調發展
[中圖分類號]F205 [文獻標識碼]A [文章編號]1005-3115(2014)18-0074-02
根據《2012中國新型城市化報告》,中國城市化率已突破50%,這意味著我國城鎮人口首次超過農村人口。但必須重視的是,由于發展中國家經濟發展水平與城市化進程的不協調,這又給社會帶來了諸多問題,尤其需要重視的是城市化與生態環境的協調可持續發展。2014年,中央政府工作報告中明確指出,要加強推進以人為核心的新型城鎮化,堅持走以人為本、四化同步、優化布局、生態文明、傳承文化的新型城鎮化道路,遵循發展規律,今后一個時期,著重解決好現有“三個1億人”問題。①這對我國城市化與生態環境協調發展提出了更高的要求。因此,深入探討城市化和生態環境的耦合關系對于提升我國城鎮化水平意義重大。
一、城市化與生態環境的定義
城市化,又可稱為城鎮化,是指由傳統的農業社會向現代城市社會發展的自然歷史過程,其實質就是社會、經濟和空間結構的變遷過程。②它主要體現在四個方面:人口從農村向城市轉移,并在城市中從事非農工作,城市人口比重不斷增加;農村的生活方式和價值觀念向城市轉變,城市文化逐漸擴展;生存環境從自然向高度人工化轉變;各種非農業的生產要素及生產商業活動向城市及其周邊聚集。另一方面,城市存在了近千年,而城市化只是近200年的事情。因此,從歷史過程與發展動因來看,城市化是指產業革命以來由于非農產業的迅速發展所引起的社會生產與生活地域空間組織的變遷過程。由此可見,從不同的角度、不同的研究方向來看,城市化的概念也是不同的。學術界現在又提出了新型城市化的概念,這是一種以科學發展觀為指導、強調以人為本的城市化戰略,其核心是提高城市化質量,促進城市化健康發展。城市化概念的轉變,不僅反映了城市化發展本身的變化,更反映了人們從關注經濟發展到重視生活方式的轉變和文明的變遷。
生態環境是指影響人類生存與發展的水資源、土地資源、生物資源以及氣候資源數量與質量的總稱,是關系到社會和經濟持續發展的復合生態系統。生態環境包括了生態系統和環境系統中的所有元素,是生物及其生存環境等各方面的綜合,它具有調節功能、凈化功能、空間功能,是人類生存發展的必要基礎。本文研究的生態環境問題,主要是指由于城市化發展不合理,對城市及其周邊環境造成空氣污染、綠化減少等不利影響。
二、城市化與生態環境的耦合關系
城市化的過程必然伴隨著人口的聚集以及產業的集中發展,在這一過程中必定要與城市周圍的生態環境發生物質上的轉移、能量上的交換,城市化與生態環境的這種相互作用的關系就是二者的耦合關系。③
(一)城市化對生態環境的脅迫與促進
從城市化對生態環境的影響來看,它對生態環境既會產生積極的作用,又會導致負面效果的發生。其作用可分為兩部分:脅迫效應與促進作用。
1.脅迫效應
城市化的表現之一就是人口從農村向城市轉移,并在城市中從事非農工作,城市人口比重不斷增加。在生態學中,每一區域的生物承載能力都是有限的,城市化的過程中人類對城市進行合理的規劃確實能增加這一區域的人口接受能力。但必須承認的是,人口的過量增加會導致生活垃圾的大量產生,對人類的生存環境造成嚴重污染。此外,交通工具過多,導致城市擁擠,汽車尾氣超量排放,使得空氣質量不斷下降。另一方面,城市化通常代表著經濟高速發展,城市化的過程中,產業向城市集中,這確實可以發揮產業集聚效應,通過規模擴大降低成本。但值得注意的是,產業集中必然導致工廠林立,不僅占用大量空間,還會造成城市周邊排污量大大增加,嚴重影響人們的生活質量。更重要的是,人口增長以及產業集聚必然導致對各種自然資源的大量索取,當這種索取超出一定限度時,就會對生態環境造成不可逆轉的傷害。
2.促進作用
從局部來看,城市化帶來的人口聚集、產業集中確實對此地區生態環境產生了不利影響,但從整體來看,它也對生態環境起到了一定的促進作用。假定人口總量既定,那么城市化導致的人口適量集中對生態環境的影響必然要小于人口平均分布的情況。一方面,人口壓力集中于某一地區,那么其他地區必然受影響極小;另一方面,城市人口集中,便于相關工作人員進行管理,容易安排生態環境的預防保護工作。而產業的集中,也是同樣的道理,工作人員可以通過合理規劃產業布局,實現資源的循環利用,將產業集中對生態環境造成的破壞降到最低。
(二)生態環境對城市化的促進與約束
在城市化對生態環境產生或正面、或負面影響的同時,生態環境也同樣對城市化的發展發揮著或積極、或消極的作用。
1.促進作用
良好的生態環境能夠為城市化的順利發展奠定堅實的基礎。首先,良好的生態環境能夠為城市建設提供豐富的自然資源,使得城市發展初期能夠占據一定的地理優勢,而且良好的生態環境代表著這一區域擁有更高的承載力,有利于城市規模的擴展。其次,良好的生態環境能夠在一定程度上加快城市化的發展,能為該地區的資產產生一個附加值,有利于吸引外地投資,吸引高技術人才、高素質人群定居此地,從而促進城市的經濟發展。最后,良好的生態環境代表著清新的空氣,健康的水源,高比例的綠化,從而為生活在此地的居民提供一個美好的生存環境,提高其生活質量。
關鍵詞 生態足跡;生態環境;環境影響評價
中圖分類號 X820 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)052-0169-01
現行生態環境影響評價方法在環境承載力分析方面有很多局限,往往由于缺乏相關資料,基本不可能度量。在對《環境影響評價技術導則非污染生態影響》(HJ/T 19-1997)中,如何度量的方法沒有明確提出,很難量化建設項目或規劃對生態環境的影響。而生態足跡方法在承載能力度量方面,能對區域可持續性發展程度和環境承載能力做出一個比較客觀的度量,可操作性強,數據資料易得,有助于評價建設項目或規劃對生態環境的影響。
1 生態足跡的概念及計算模型
1.1 生態足跡的概念
生態足跡是一種基于生物物理量的度量可持續發展程度的概念和方法。其定義為:維持一個人、一個地區、一個國家或全球人口所消費的所有資源和吸納人類所產生的所有廢物所需的生態生產性土地的總面積。生態生產性土地是指具有生態生產能力的土地或水體。按生產力的大小的不同,可分為:化石能源地、可耕地、草地、林地、建筑用地和水域等六大類。用生態足跡來衡量生態承載力的定義是:一個地區能夠擁有的生態生產性土地的總面積,在不損害生態系統的生產力和生態完整性的前提下就是該地區的生態承載力。
1.2 生態足跡計算模型
生態足跡計算模型是基于一兩個基本事實。一是人類能夠確定自身消費的絕大多數資源及其所產生的廢棄物數量;二是這些資源和廢棄物的量可以折算成生產或消納它們的生態生產性面積。人類活動的消費和污染消納都歸結為消耗的各種資源。將消耗的資源量分別折算成具有生態生產力的化石能源地、可耕地、草地、林地、建筑用地和水域等六大類生態生產性土地的面積Aj,計算公式如下:
式中,j=0,1,2,3,4,5分別代表化石能源地、可耕地、草地、林地、建筑用地和水域;Aj為生態足跡,ha;EPi為單位生態生產力,t/ha;Ci為消費資源量,t;Pi為產生資源量,t;Ei為出口資源量,t;Ii為進口資源量,t。
由于同類生態生產性土地在不同地區間生產力存在差異,其實際面積不能直接進行對比,需要進行適當的調整,用其生態生產性土地面積來乘以產量因子進行產量調整。不同類型生態生產性土地匯總為區域的生態生產力和生態足跡,不同類型的生態生產性土地面積要乘以一個均衡因子進行等量化處理。不同類型生態生產性土地面積經過產量調整和等量化處理后再進行加和就得到某特定區域的生態足跡。
2 生態環境影響評價中生態足跡法的應用
生態足跡法可以定量地測算項目對區域生態承載力的影響,把消費的所有資源和吸納產生的所有廢棄物折合成了統一的生態生產性土地面積。
應用生態足跡法評價生態環境影響可按下列步驟實施:1)識別評價區內資源的消耗和污染物排放對生態生產性土地面積的占用,列出消費污染和生態足跡清單,計算建設項目或規劃實施前的生態足跡和生態容量,評價生態環境狀況現狀;2)計算建設項目或規劃實施引起的消費和污染生態足跡的變化量,同時對在影響區域內造成的生態生產力的變化進行分析,然后分析對生態生產性土地供給能力的影響;3)計算和比較建設項目或規劃實施后的生態足跡和生態容量,可以獲取其在其評價區域內生態赤字或生態盈余,從而分析其對生態環境造成的影響,根據評價結果提出相應的防護措施或者調整規劃。
3 國內研究現狀及存在的問題
近年來,由于生態足跡法可定量描述和評價區域環境承載能力和可持續性發展程度,國內已有學者開始利用生態足跡法來評價建設項目或規劃對區域生態環境的影響。劉年豐等通過生態足跡法評價南水北調中線工程對襄樊生態環境的影響,提出了新的生態承載力計算方法—資源產量法。陳述文等對重慶土地利用總體規劃(2006~2020年)的生態環境影響進行了評價。熊等對武漢化工新城總體規劃的生態環境影響進行了評價。寇劉秀等對蘇州市域城鎮體系規劃的生態環境影響進行了評價。
生態足跡法雖然在建設項目或規劃的生態環境影響評價得到了很好的應用,但還存在一些問題和不足:一是主要對現狀及實施后的生態足跡進行評價,評價結果是定性化建議,缺乏對預測目標的定量評價;二是生態足跡核算均以“世界公頃”為生態生產性土地計量單位,在等量化處理中因均衡因子大部分數值相同,不能充分說明區域生態可持續發展的差異程度,導致得出的建議失真;三是現有生態足跡評價研究采用的是主要生態足跡的傳統核算方法——綜合法,由于所需核算數據部分難以獲得,成分法和投入產出法的相關應用研究尚未開展,研究深度不強。
4 展望
為了讓生態足跡法更好地應用于生態環境影響評價,應從以下二個方面進行更深入的研究:一是進一步探討以“地方公頃(或者實際公頃)”為生態生產性土地計量單位的生態足跡評價模型,體現區域生態可持續發展的差異程度,考慮土地利用的區域差別性、土地生產力等,重點開展符合區域實際生態生產力的均衡因子和產量因子的研究,建立區域、流域的生態生產性土地計量單位的標準值;二是開展成分法和投入產出法在計算生態足跡中的應用研究。
參考文獻
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由于研究者的專業背景以及研究角度與目的之間的差異,導致對生態旅游的理解也各不相同,從而在學術界和實業界使用這一概念時出現了嚴重的泛化現象。至今生態旅游概念和內涵依然模糊不清,使得在學術研究上其邏輯體系無法建立,在實踐應用中就成了萬能的標簽。
一、生態旅游定義的分析
對生態旅游的定義進行分析,主要有以下幾種觀點:環境保護與責任說,回歸體驗說,客體原生態說與居民利益中心說。
大部分的定義都是從生態旅游所需要實現的目標來界定的,有些同時提及了實現目標的手段,也就是說,人們將旅游可持續的要求都綜合表現在生態旅游身上,這樣不可避免的結果就是隨著人們對可持續性認識的逐步加深,也反映在生態旅游概念的表述變化上,從而導致了生態旅游與可持續旅游之間界限的模糊與使用的混亂,并且生態旅游的概念所包含的內容也越來越多,逐步超過了一個概念的內涵,實質上成為描述一種完整的模式了。
生態旅游是優質生態人文環境與旅游的結合,強調的是旅游者在面對良好的生態旅游資源時獲得的特殊的深層次的生態人文體驗。同時,生態旅游體驗就是旅游者通過與優質生態人文環境取得聯系從而改變其心理水平并調整其心理結構的過程。
二、生態旅游與可持續性
可持續旅游需要一個整體性的方法,需要所有參與者在所有層次上的高度合作、協同與一體化。但是在現實中,有關旅游發展的很多重大決策都是相互排他地做出的,很少有合作或協商。同時,旅游業的不同利益相關者在旅游發展中有著各自不同、甚至相互沖突的利益,他們帶著不同的動機、態度和價值觀進入旅游這個體系,以至于“可持續旅游幾乎是一個不可能實現的夢想,我們能夠希望的最好的結果是發展更加可持續的旅游形式”。生態旅游作為一種具體的旅游形式(產品),帶著這樣的期望出現在人們的視野中,以至于在概念中也鑲嵌入了可持續的要求。
對于生態旅游概念的可持續限定,我們需要區分到底是生態旅游的可持續還是可持續背景下的生態旅游。
生態旅游歸根結底是一種旅游形式,是人們在資源配置的過程中,選擇了將資源利用于旅游活動而放棄了其它的利用形式。如果在生態旅游概念內加入了可持續的要求,就意味著需要一個潛在的前提就是資源的利用方式不能發生變化,而這是違背了基本的市場經濟規律的。如未來的某一天人們利用相關資源開發的生物制藥方面的綜合收益超過了開展旅游活動,可能就會將資源的利用方式從旅游轉變為制藥了。當然,除非資源的產權本身就是殘缺的,而且資源還附加有其它的目的(如保護生物多樣性),不允許資源以其它方式利用。
如果認為生態旅游是可持續發展背景下開展的旅游,也就是說,生態旅游作為一種在一定時空范圍內開展的旅游活動,“它不會將其存在于其中的環境(人類和物質)降低或改變到阻止其它活動的程度,而且從長期來說,對經濟、社會、文化或環境的完整性不構成威脅”。那么,在生態旅游概念內就不適合加入可持續性的直接表述。而且由于可持續發展本身的含義、現實可行性、原則的導向以及實現方式等方面還存在許多爭議和未決之處,導致“生態旅游的概念就像是畫在沙灘上的一條線,其邊界是模糊的,而且被不斷地沖刷、修改”。如果在生態旅游概念內加上可持續的要求,將不可避免的引起概念的爭論。
對于開發區域的不同,需要區分普通區生態旅游與自然保護區生態旅游,也就是說,對于在自然保護區開展的生態旅游,由于附加了一個保護的特殊要求,導致了對于整個生態旅游要求的提高。現在的問題在于,開展生態旅游的區域大部分處于受保護地區,從而使兩者混淆不清。對于大部分的研究者而言,生態旅游開展的一個潛在前提就是在自然保護區。
生態旅游歸根結底是一種旅游活動,是人們在資源配置的過程中,選擇了將資源利用于旅游活動而放棄了其它的利用形式。如果對生態旅游提出了過高的要求,期望其成為一種完美的狀態,導致能符合生態旅游要求的實際旅游開展活動規模過小,那么生態旅游研究的意義也就只是停留在理論研究上了,當生態旅游和大眾旅游之間的差距過大時,甚至都缺少對于大眾旅游生態化的實際引導意義。
在國家目前大力強調生態文明建設的背景下,旅游業的發展對生態環境的不利影響隨著旅游規模的快速增長而日益突出,因此,生態旅游作為旅游業與生態環境和諧相處的一種發展形式,有著極其重要的示范作用。旅游活動是人類消費活動的一種主要形式,它對旅游資源和生態環境資源的直接或間接不利的影響是明顯的,只是旅游活動相比于其他的人類活動形式來說,對資源的損耗程度可能要小一些。但是,當旅游活動成為人類的主要活動形式之一后,生態旅游對旅游資源的消費最小,對生態環境的不利影響最小,從而成為引導旅游業與生態環境協調發展的有效形式。
關鍵詞:農業;生態;保護;措施
1.農業及農業生態環境的相關概念闡述
1.1農業生產的概念。生物培育的一種產業統稱為農業,包含了植物生產、動物生產以及微生物分解三個環節,也就是一種生命物資的再次生產。每種生物對自然環境都有著不同的要求。尤其在生長過程中對環境的要求。不同的環境條件是由不同地區土壤條件、氣候條件等共同構成的,不同地區的環境條件也恰好決定了農業生產的能力強弱。因此,農業生產要因地制宜,從不同地區的氣候條件、土壤條件以及水資源條件入手。
1.2農業生態環境的概念。為人類生活、生存服務的一種生態環境系統叫做農業生態。農業生產可持續進行的根本基礎是保護好農業生態環境。農業生態環境受到外部環境的影響相當明顯,因為是具有一定的時間限制性和地域性。
2.我國現階段農業生態環境的保護問題
2.1生態環境日益惡化。現代化發展和工業迅速發展已嚴重影響了農業生態環境。主要有三個方面,首先,工業的發展導致了太多工業“三廢”的產生。而這種工業“三廢”產生沒有得到科學合理的治理和排放管理。對于水資源、土地資源以及人體健康造成了相當大的影響。工業“三廢”污染了土地、大氣和資源和農業生態環境。其次,在農業生產過程中農民沒有科學的使用農藥和化學藥品,造成了很多殘留藥品和工業制品的存在。諸如秸稈焚燒、牲畜糞便等問題。最后,大氣污染也是源于工業發展導致的污染,二氧化硫和二氧化碳等氣體排放增多,使氣候變暖、酸雨、天氣炎熱、土地沙化等生態環境問題逐年遞增。惡化的農業生態環境已經影響了農業耕地資源以及農業生產的保有量。
2.2水資源污染目緊缺嚴重。一方面,水資源被污染會影響農作物的正常生長,尤其是一些重金屬離子,會在農作物體內積累,進而會影響人體健康;水中若有化學藥劑,會抑制農作物生長,有的也會導致農作物基因突變,降低產量和質量。另―方面,水資源短缺也會影響農業灌溉,使得農作物生長缺少必要的水分,會導致農業減產。
2.3水土流失嚴重。水土流失對農業生產的影響很大。據科學觀測,15-25度的坡耕地每年每公頃流失水量400-600立方米,流失土壤30-150噸;土壤中的氮、磷、鉀、有機質等養分也同時流失,造成土地日益瘠薄,田間持水能力降低,不耐旱,又加劇了干旱的發展,其結果是農作物產量很低,嚴重影響農業生產。
2.4耕地資源逐年遞增。我國人口基數大,耕地面積少。而且是全球城市化水平偏低的國家。工業化進程以及城市化進程的加快,尤其隨著人口增長。我國的耕地資源將會呈現出逐年遞增的趨勢。這種趨勢繼續發展下去最終將導致我國農業生態環境徹底崩潰,整個農業生態環境系統丟失。
3.解決我國農業生態環境問題的對策措施
3.1治理環境污染,保護生態環境。首先要進行環境污染的治理,工業“三廢”以及城市垃圾等都是環境污染的主要原因。切實保護生態環境,這就要求國家有關部門重點加大針對農藥、化工品以及飼料添加劑等會導致農業生態環境惡化的污染源治理的力度。用科學使用農藥要大力推廣,堅決淘汰高殘留的農藥和化工品。根據農業生態所需的土壤環境優化施肥方法,改進施肥結構,最終實現保護農業生態環境的目的。
3.2建立健全農業生態環境管理體系。完善合理的農業生態環境管理體系是我國農業生態環境保護的重要基礎。我國各級地方政府必須建立健全農業生態環境管理體系,加強農業生態環境的監督和檢察體系。通過農業生態環境管理體系逐步進行農業土地使用的合理規劃和布局。利用宏觀調控進行耕地面積的穩定。另一方面,加強因地制宜,積極性性適應性耕種和開發。同時,將農業生態環境的保護技術開發、研究、應用和推廣與管理體系相互結合起來。
3.3積極保護耕地,實現可持續發展。面對我國耕地數量和面積逐年遞增的狀況,一定要進行耕地的保護,樹立保護耕地的意思。針對耕地采取嚴格的保護措施,實行最為嚴格的耕地保護政策,確保農田穩定,實現可持續發展。
3.4加強水污染的治理工作。加強水污染的治理工作是農業生態環境保護問題中最為關鍵的一個環節。一定要加強水污染治理工作的監管,從源頭上找到水資源的污染源。針對性地進行治理和管理。一定要重修構建水污染的治理策略,以源頭為中心,以污染全過程為重點,將污染的防治和治理徹底結合起來。
關鍵詞:生態,需水,計算,問題
Abstract: Ecological water requirement is an important research topic of ecological hydrology. Problems of degraded ecosystem of all water-related ecosystem development, climate change and human activities under the intervention, all need to be answered water or runoff problems needs to maintain the ecosystem. This paper introduces the concept of ecological water demand of ecological water requirement, first introduced the research history at home and abroad, and then introduces the research method of ecological water demand, finally puts forward the existing problems in current research work and prospect for future development.
Keywords: Calculation of ecological water demand,,, problem
中圖分類號:F205文獻標識碼:A文章編號:
隨著人口增長和社會經濟發展,人類活動對生態環境的影響越來越大,由此引發的生態環境問題也日益突出,就制約我國社會經濟可持續發展的水土流失、森林破壞、草場退化、河流斷流及湖泊干涸等重大生態環境問題而言,直接或間接地在水資源配置過程中較為重視生產和生活用水,而忽視生態環境保護與建設對水資源的需求。隨著人民生活水平的提高,對良好生態環境的需求日益增加,因此合理量化生態環境需水已成為水資源優化配置和生態環境保護與建設中亟待解決的熱點問題。
生態需水量概念辨析
盡管目前國內外有關“生態環境需水量”方面的研究很多, 但對其概念界定尚無統一的認識, 研究者多根據其研究目標及其要保護的主要功能提出相應的定義。總體而言,生態需水量是指在一定的生態目標下,維持特定時空范圍內生態系統與自然環境正常功能或者恢復到某個穩定狀態所需求的水量。
生態需水、生態耗水和生態用水的區別[1]~[2]
生態耗水是指現狀多個水資源用戶(生產、生活和生態)或者未來水資源配置(生產、生活和生態)后,生態系統實際消耗的水量。它需要通過該區域社會經濟與生態耗水的平衡計算確定。生產、生活耗水過大,必然擠占生態耗水。
生態用水是受控于水資源量、供水設施、水處理工程等各種客觀條件使用或配置的水,不能保證每個生態系統的用水都在需水的閾值范圍內。
相對生態耗水和生態用水,生態需水是指維系一定環境功能狀況或目標(現狀、恢復或發展)下客觀需求的水資源量。
三者數量之間沒有絕對的大小排列關系,用水量可以在需水量范圍內,也可以超出需水量范圍;實際耗水量可以大于用水量也可以小于用水量,主要跟耗水類型和來源有關。
生態需水與環境需水的區別[3]
楊志峰(2003年)提出,生態需水與環境需水兩者之間存在交叉和重合的部分,但是二者不同。生態需水主要側重在生物維持自身發展及保護生物多樣性方面,環境需水則主要體現在環境改善方面。環境科學中環境的概念為:圍繞人群的空間及其中可以直接或間接影響人類生活和發展的各種因素的總和——人類是主體。從這個意義上說,生態需水和環境需水是一致的,因為其他生物的生存和發展同樣也在以人為主體的環境的范疇內。
而就狹義的環境概念,滿足人類景觀、娛樂的要求對應的環境需水應該是在城市生態系統中某一較低要求的生態需水,該需水的水量和水質主要從人類的需求出發。
2國內外研究異同[4]
國外在水與生態保護領域上,面對的問題性質、嚴重性、管理目標與我國有很大差別,從深度和廣度上都遠非我國嚴重。歐美國家自然條件較為單一,水文情勢規律性強。而我國自然條件復雜且受季風控制,河流年際和年內季節性變化巨大,水文情勢復雜,自然條件、社會經濟發展水平和生態環境狀態交織構成的區域水問題復雜多樣。迫使我們必須系統地研究水文循環的生態效應,進行不同區域的生態需水理論和方法研究。
國外人口壓力小,水源充足,自然狀態保持較好。我國生態用水問題突出的流域,經常出現植被退化消亡,河道斷流、干涸等生態系統深度破壞的情形,面臨國民經濟用水與生態用水之間的競爭權衡。國外生態保護采取預防性管理思想,生態管理定位于維護正常狀態以上,現有的經驗與成果基于流域生態系統維持正常狀態的水分條件,以避免危機狀態出現,不涉及正常以下的破壞退化過程,如(澳大利亞、美國)限制干旱區經濟布局、限定地下水開采地點、枯水季節利用工程調節提高流量或限制用水。我國需要根據不同流域情況,針對與水有關的生態深度破壞現狀,進行分階段多元目標管理。需要更深入研究生態退化過程及其相應的生態需水定義,研究生態危機管理的問題。
國外將生態用水優先考慮,是水資源配置的前提條件,河流管理集中于枯水季節最枯時段的調控。我國需要生態需水參與水資源配置過程,需要解決水資源配置和河流生態流量全過程調度問題。問題決定了研究方向與方法,國外集中于偏安全的單參數的確定,采取在最敏感的季節外包線思路,不涉及分季節危機控制,方法概略,甚至統計平均。我國需要研究流域水循環人為改變與生態系統退化機理,需要多參數全過程研究生態需水,對流域、河道、濕地、地下水進行全方位研究。
研究方法
根據有關文獻統計,目前全球有44個不同國家進行河流生態需水計算,所用計算方法超過200種之多,這些方法可以分為4類:
(1)歷史流量法。其中較為常用的方法是Montana法、枯水頻率法(7Q10)法,其特點是只需要歷史流量資料,使用簡單、方便,容易將計算結果和水資源規劃相結合,具有宏觀的指導意義,但由于對河流的實際情況作了過分簡化的處理,沒有直接考慮生物的需水和生物間的相互影響,通常用于優先度不高的河段,或者作為其他方法的一種檢驗;Tennant法是脫離特定用途的生態環境用水量計算方法, 也叫Tennant法或Montana法, 是非現場確定河流生態環境需水的典型方法。該方法以河流水生態健康情況下的多年平均流量觀測值為基準, 將保護水生態和水環境的河流流量劃分為若干個等級,推薦的標準值是以河流健康狀況下多年平均流量值的百分數為基礎。
(2)水力定額法。較為常用的是濕周法、河道內流量增加法、R2CROSS法和CASIMIR法。河道濕周法認為:保護好臨界區域的水生棲息地的濕周,就會對非臨界區域的棲息地提供足夠的保護。河道內流量增加法認為:通過模擬流速變化和細細地類型的關系,將水力學數據和生物學信息結合,找出適合水生生物棲息的流量。R2CROSS法認為:淺灘是最臨界的河流棲息地類型,保護淺灘棲息地也將保護其他的水生棲息地。CASIMIR法認為:水力學模型、流量變化和生物類型之間存在相關關系,建立起模型就可以估算主要水生生物的數量和規模。上述方法優點是只需要進行簡單的現場測量,不需要詳細的物種-生境關系數據,數據容易獲得。但是該方法體現不出季節變化因素,通常不能用于確定季節性河流的流量,但它能為其它方法提供水力學依據所以可與其它方法相結合使用;
(3)棲息地定額法,其代表性方法為IFIM法。該種方法的優點在于能將生物資料與河流流量研究相結合,使其更具有說服力。但是傳統分析的重點是目標物種而非整個河流生態系統,因此,它的輸出結果也非整個河流管理計劃所要求的流量推薦值同時由于定量化的生物信息較難獲得,也大大限制了該方法的使用;
(4)整體法,以BBM法為代表性方法,BBM法集中于流量的變化對河流生態環境的影響分析,需要對流量大小變化與相應的河流生態系統進行長年的觀測,對不同流量的界定非常關鍵,整個過程需要由水生生態學家到水利工程師等多個學科團體的參與,較復雜,使用起來比較困難。
上述估算流量的方法在數據要求、選擇流量所采用的方法、生態方面的假設以及對河流水力學方面的影響,都有一定的區別。流量法是通過按比例縮小河流的寬度、深度和流速,從而得到一個平均流量,主要用來計算一個流量的估計值;水力學方法集中在保留河道具有足夠的水量,保持河流的基本形態;棲息地法的特點是說明棲息地如何隨著河流水量的變化而變化,雖然提供了一種非常靈活的估計河流流量的方法,但不容易被應用。上述這些方法對于解決較小型河道生態環境需水量時較為實用,但對于大河而言,需要有更多的實踐和參數變換。同時,這些方法不太適宜于湖泊、沼澤、濕地等,因此仍需要開展更廣泛的方法學研究。
結論
當前在我國生態需水研究中,生態目標未能得到明確詮釋,水分——生態耦合作用機制這一核心研究命題也未能得到系統剖析;水分的生態效率(益)也未能得到充分考察;生態需水的相關研究結果難以滿足競爭條件下區域水資源科學配置與管理的實踐需求。因此亟待從機理剖析的角度,結合區域水資源的科學配置與管理實踐,構建適合我國國情的生態需水研究的理論框架與技術體系。
參考文獻:
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[2] 李強坤,胡亞偉等. 西北干旱地區綠洲生態需水及量化方法研究[J]. 資源環境與工程,2007,21(5): 558-561.
關鍵詞:生態水文學西部地區生態需水
1、生態水文學的發展
水文學(hydrology)是地球科學的一個重要分支,它研究地球上水的起源、存在、分布、循環和運動等變化規律,并運用這些規律為人類服務的知識體系[1]。自從科學界公認水圈、巖石圈和大氣圈都從地圈中分離出來,并作為地球的獨立圈存在后,水文科學的形成就有了其基礎和地位[23]。
人類進入20世紀末,由于社會經濟發展,人與自然的沖突加大,生態環境問題愈來愈突出,如濕地的退化、河道斷流、入海水量減少、水體污染加劇等等。近20年來,生態學家們愈來愈意識到水文過程對生態系統功能的重要影響。但是,缺乏了解水文過程與生態系統植物群落變化與相互制約的內在聯系。同樣,過去水文學家關心最多的是洪水與干旱的成因、工程水文的實際的設計應用等。但是,隨著生態與環境問題的重視與提出,愈來愈多的水文學家開始關注與水相關的生態問題,例如流速如何影響河道內的植物生長?河川徑流的情勢與濱岸生境生態過程之間是如何相互作用與聯系的?由于水文循環聯系地球系統地圈~生物圈~大氣圈的紐帶作用,水文循環過程的變化與其相關的生態環境的變化交叉研究與社會需求,產生了新的學科生長點,即生態水文學(eco-hydrology)。
生態水文學是20世紀80年代以后逐步發展的一門新興交叉學科[1-20]。它重點研究陸地表層系統生態格局與生態過程變化的水文學機理,揭示陸生環境和水生環境植物與水的相互作用關系,回答與水循環過程相關的生態環境變化的成因與調控。利用生態水文學原理可以積極地用來保護和改善自然景觀,正確指導生態環境脆弱地區的生態環境建設與水資源管理。
生態水文學的提出與發展大致在20世紀70年代以后。早期的生態水文學主要定義在生態濕地系統范疇。例如,1996年wassen等學者專門撰文[44],認為“生態水文學是一門應用性的交叉學科,旨在更好地了解水文因素如何決定濕地生態系統的自然發育,特別在自然保護和更新方面有重要價值”。
1971年,聯合國教科文組織(unesco)正式啟動人類生物圈(mab)計劃,水生生態系統研究成為該計劃中的一個重要項目。第一階段的會議于1986年在法國圖盧茲召開,主要討論了土地利用對水生生態系統的影響。會議期間,確定了一個具有決定性意義的主題:陸地生態系統和水生生態系統之間的過渡帶,對生物化學循環和景觀鑲嵌體具有重要的調控作用。因此,過渡帶的研究被推薦為unesco未來生態系統工作的重點。它是生態水文學發展的雛形階段。
1988年,unesco組織了過渡帶研究的國際專題研討會。期間,國際應用系統分析協會和匈牙利科學研究院籌劃了水陸過渡帶功能方面的合作研究項目,試圖通過對生態過程的充分理解,確定過渡帶恢復或重建的管理思想。
1996年9月在法國召開了“小流域生態水文學過程”研討會。會議共收到30篇論文,研究集中在小尺度上,內容主要包括土壤和大氣相互作用的模擬,徑流產生過程和水流路徑、水量和水文生物地球化學行為等。在這次會議中,還討論了分區和尺度的影響問題,分析了氣候變化對水文行為和數量的影響。1997聯合國教科文組織出版了“小流域生態水文學過程”會議文集。
聯合國教科文組織(unesco)國際水文計劃(ihp)是由世界各個國家政府組織參加、在國際上有重要影響的水科學及其相關的水資源和環境科學的大型國際研究計劃。從1965-1974聯合國科教文組織實施國際水文十年(ihd)計劃后,ihp已經執行了五個階段,其中:第一階段(ihp-i,1976-1980)著重人類活動影響,水資源與自然環境之間關系的研究;第二階段(ihp-ii,1981-1985)著重于把研究領域擴大到各個特定的地理、氣候區域,并向著綜合利用水資源的水問題方向發展;第三階段(ihp-iii,1986-1990)定名為“為經濟、社會發展合理管理水資源的水文學和科學基礎”,除繼續把水文科學作為重點外,把計劃內容擴大到合理管理水資源;第四階段(ihp-iv,1991-1995)研究計劃重點是“大氣-土壤-植被”之間的水循環關系,全球氣候變化對陸地水文過程的影響。
ihp第五階段(ihp-v,1996-2001)方向是“脆弱環境中的水文水資源開發”,由三個模塊、八個主題和31個計劃項目組成。模塊1的資源過程與管理研究中主題2是“地表生態過程”。生態水文學是ihp計劃的核心內容[14-19]。之后,生態水文學得到了迅速發展。從1996年到2002年,聯合國教科文組織國際水文計劃召開了一系列生態水文學研討會。
1997年國際水文計劃出版了專集:生態水文學—水生資源可持續利用的新范例。文集指出生態水文學主要是為了研究水循環過程、機制與生物、非生物之間的相互關系。水生環境的水量、水質和某些過程,不僅受氣候因素的控制,而且在很大程度上受生物因素的影響。因此,生態學和水文學知識的綜合,被認為是一個研究水和生物關系的合適的新工具。這本書首次提出了新的、具有挑戰性的概念——生態水文學,建立淡水資源可持續發展的基礎。圖1表明了生態水文學與以往生態學和水文學思維的不同方式:
1998年5月在波蘭召開了unescoihp-v2.3-2.4工作組會議。同年,出版了會議文集,主要包括以下4個方面的內容:1)介紹了生態水文學的框架和研究領域;2)提出了當前存在的缺點和未來發展路線;3)宣傳生態水文學的概念,認為河流生態系統是受水文過程控制的“超有機體”。確定生態水文學研究的目標為:(a)比較和評價現有的水文和生態過程相互關系的信息;(b)評論預測的潛力、確定未來研究最重要的方向;(c)識別與水文過程相關聯的環境問題層次;(d)定量生物因素、非生物因素之間的聯系以及它們在水中的沉積物質、營養物質和污染物質運輸、轉化中的作用,以確定從區域到流域尺度上的轉移路徑;(e)以可持續發展為目標,建立可操作性的程序交互平臺以及科學家、政策制定者和決策者之間新的思維方式。這一出版物為生態水文學的研究提供了指導作用。
1999年9月8日至22日,ihp-v組織了生態水文學研究進展方面的會議,在不同科學團體之間交流了生態水文學的研究成果。會議為來自24國家的不同領域的年輕科學家提供了辯論的機會。在生態水文學和水資源管理方面,科學家交換了基礎性研究和應用研究的最新觀點。基于研究過程中得到的數據和知識,科學家討論和提議了生態水文解決環境問題的潛在辦法。2000年出版了生態水文學研究進展文集。
需要指出,ihp-v中生態水文計劃的核心目標旨在從流域觀點、從河流系統與自然社會經濟的聯系中,理解生物和物理過程的整體性,以提高水資源的管理水平。專家們認為,當今世界范圍的水資源問題已經受到來自全球氣候變化和人類自身經濟開發活動的巨大影響與挑戰。在面對不斷變化環境的水資源管理中,生態水文學的研究方法和思想將是最好的、可持續的方法。這一范例認為,流域就好像一個超有機體,它具有反抗壓力的抗性和彈性特征,是面對變化環境下水資源可持續管理的最有效的一個工具。
1999年,為倡導生態水文學方面的科學研究,國際知名的英國水文研究所正式改名為“生態水文學研究中心”。
同年,英國謝菲爾德大學(sheffielduniversity)自然地理系andrewj.baird博士和德比大學(derbyuniversity)自然地理系高級講師、美國國家大氣研究中心項目科學家robertl.wilby博士共同編著出版了《生態水文學》。它是綜述有關陸生環境和水生環境植物與水分關系問題方面的第一本書,闡述和探討了各種環境植物與水分相互作用問題。該書對于水文學家、生態學家、自然保護學家以及研究生態系統、植物生活和水文過程的其他學者有很大的參考價值。中國科學院寒區旱區環境工程研究所趙文智和王根緒博士翻譯出版了該書的中文全文[44]。
目前,在生態水文學或水文生態學的研究領域,活躍著一大批科學團體,使得這一領域的研究有了很大的發展。在聯合國教科文組織國際水文計劃(unescoihp)-v(2.3/2.4)的支持下,由maciejzalewski組織出版了一系列“生態水文學”專集,是一個里程碑。以后“生態工程雜志(eej)”雜志、“水文科學雜志(hsj)”都出版了“生態水文學”專刊。以zalewski為特約主編致力于生態水文學研究的新期刊。國際水文科學協會(iahs)也專門由acreman博士主編了“水文生態學”有關專集。
進入21世紀后,國際水文計劃(ihp)實施2002-2007年新的第六階段計劃,方向確定為“水的相互作用:來自風險和社會挑戰的體系”。主要的不同點是需要考慮下面若干方面新的研究與挑戰的問題,即:地表水與地下水、水文循環的大氣與陸地部分、淡水與咸水、全球化的流域與河流尺度、質與量、水體和生態系統、科學與政治、水與文化。它由五個主題組成:主題1、全球變化與水資源;主題2、流域地表水與地下水動力學集成;主題3、陸地生境水文學;主題4、水與社會;主題5、水教育與培訓。其中主題3的陸地生境水文學仍然是生態水文學核心內容。
總之,生態水文學是現代水文科學與生態科學交叉中發展的一個亮點,它以生態過程和生態格局的水文學機制為研究核心,以植物與水分關系為基礎理論,將尺度問題貫穿于整個研究之中,研究對象涉及旱地、濕地、森林、草地、山地、湖泊、河流等。因此,生態水文學的發展對我國生態環境建設,將會有重要的促進和推動作用。
2.國內外生態需水研究的問題
生態需水(ecologicalwaterrequirements)是生態水文學中的一個重要的研究課題。凡是聯系到與水相關的生態系統自然發育、氣候變化和人類活動干預下的生態系統退化等問題,都需要回答維系生態系統所需求的水或者河川徑流等問題。在國際上提出生態需水的概念與研究生態需水的理論與方法,已經有了一段歷史。在我國,生態水文學的研究剛剛起步,生態需水理論與方法還有待于發展與完善。
早在20世紀四十年代,隨著水庫的建設和水資源開發利用程度的提高,美國的資源管理部門開始注意和關心漁場的減少問題。美國魚類和野生動物保護協會對河道內流量與魚類生長繁殖、產量的進行了許多研究,提出了河流最小環境(或生物)流量的概念,已有學者撰文強調了河川徑流作為生態因子的重要性。
在20世紀70年代后,澳大利亞、南非、法國和加拿大等國家針對河流生態系統,比較系統都開展了關于魚類生長繁殖、產量與河流流量關系的研究。以大馬哈魚的河流生境(habitat)需水為例,加拿大哥倫比亞大學(ubc)有關學者通過大量的實地調查,分別獲得了維系大馬哈魚到淡水河流繁衍所必需的河流生境的基本生態需水基本數據,其中包括適宜的流速和水深等。進一步,他們繪制了大馬哈魚繁衍所必需的河流生境質量的高低與基本生態需水(流速和水深)之間的曲線關系。
為了保護水生生物或生境,通常是基于河流物理形態、魚類和無脊椎動物確定最小或最佳的生態需水流量。但是,這一流量僅僅考慮了漁業的流量需求或者濕地對水的需求,并沒有體現生態系統的完整性。國外學者g.e.,petts認為,在河流管理中生態的需要與河流流量變化特征相聯系應該至少考慮3個方面,即:(1)縱向的連接;(2)洪泛平原的流量;(3)維持河道的流量,包括最小的和最適宜的流量。基流流量的自然頻率和持續時間也應加以考慮,無論何時,都要盡可能地保持生態可接受的流量變化。
gleick提出了基本生態需水量的概念(basicecologicalwaterrequirement),其概念實質是生態建設(恢復)用水[10]。falkenmark區分了綠色水(greenwater)和藍色水的概念,指出從“藍色”水的社會利用部門轉向利用“綠色”水的生態系統中來,這種“綠色”水儲存在土壤中用于蒸發或合成植物有機體。事實上,“綠色”水就是生態需水的概念,這種“綠色”水的概念適用于水生生態系統和陸地生態系統。
直到20世紀90年代,隨著國際水文計劃等大的項目推進,研究的對象開始打破過去局限于所關心的物種(如魚類)或某一單一目標的情景,人們才開始考慮維持河流系統完整性的生態流量需求,提高對河流生態系統保護的有效性。但是,由于在西方發達國家,并沒有中國西部如此生態問題的多樣性和復雜性,因此,他們對生態需水的研究主要集中在維系自然生態系統平衡的方面,比較少考慮高強度人類活動大量擠占生態需水的現實問題。
中國是一個降水時間空間分布非常不均勻、人口壓力大的發展中國家。人口、資源與環境的矛盾比較突出。就中國西部地區而論,20世紀90年代以前的水資源規劃與配置管理中,很少涉及生態環境建設與生態需水問題。水資源可持續利用與合理配置是從國家“九五”攻關項目開始,提出的“生態需水”是一個新生事物。在中國,由于生態水文學基礎研究起步比較晚,大家對于“生態需水”概念的理解也不盡相同。許多國內文獻書籍、研究報告出現有“生態需水”、“生態用水”和“生態耗水”多個名詞。有人認為它們的概念與涵義是不同的,但是有人認為它們都是指一回事(見文獻[22]、[26-46])。
1989年,中國科學院地理研究所湯奇成較早提出生態用水問題[45]。他認為“為了保證塔里木盆地各綠洲的存在和發展,必須要保護各綠洲的生態環境,而生態環境的保護也離不開水,這部分水可統稱為生態用水”。1995年[46],他認為“對生態環境用水很少或根本沒有安排,這種情況必須徹底加以改變,否則干旱區綠洲外的環境將日益惡化;應該在水資源總量中專門劃出一部分作為生態環境用水,另一部分為國民經濟各部門的用水,包括工、農業及城市生活用水等”。以后許多專家學者對生態需水、生態用水和生態耗水等,提出不同的觀點、定義和研討,豐富了生態需水的理論與學術研究。
2001年,由錢正英、張光斗主編正式出版了的中國工程院重大咨詢項目研究成果“中國可持續發展水資源戰略研究”[27]。提出我國水資源的總戰略必須以水資源的可持續利用支持經濟的可持續發展;建議從防洪減災、農業用水、城市和工業用水、生態環境建設等8個方面實行戰略性改變,在中國大地上真正展開一場提高用水效率的革命。在該報告中,對生態用水做的定義是:“從廣義上說,維持全球生物地理生態系統水分平衡所需用的水,包括水熱平衡、水沙平衡、水鹽平衡等,都是生態環境用水;狹義的生態環境用水是指為維護生態環境不再惡化并逐步改善所需要消耗的水資源總量。”。
在學術研討方面,潘啟民等把生態用水理解為生態需水量(狀態值)和生態耗水量(動態概念)兩個概念[47]。嚴登華等把河流水可劃分為生態水、資源水和災害水[30]。王芳等通過她的博士論文研究探討了生態需水理論問題[38-39],將生態需水概念界定為:為維護生態系統穩定,天然生態保護與人工生態建設所消耗的水量。將生態需水劃分為可控(非地帶性)與不可控(地帶性)生態需水和天然與人工生態需水。劉昌明強調要在研究水循環和水量轉化規律的基礎上確定生態需水的理論內涵,提出陸地系統中的水可分解為資源水、災害水、生態水和環境水。生態需水研究面臨許多新的挑戰。
筆者們參加了中國工程院重大咨詢項目“西北地區水資源配置、生態環境建設和可持續發展戰略研究”。有幾個不同的觀點:(1)我們理解的國際水文計劃(ihp)研究意義上的生態需水,是指以水文循環為紐帶、從維系生態系統自身生存和生態功能角度,相對一定生態環境品質目標下客觀需求的水。例如,為了維系河流某魚類的生境,需要必須的基本水文特征值保證(如一定的河川基流、一定的水流速度、水深要求等),生態系統對水資源需求的大小需要通過科學實驗與觀察獲得,并不是人們主觀要給出什么樣的水資源配置。水的配置是針對水資源管理、不同水的用戶即用水而言。因此,就應該有生態耗水和用水的概念,它們與生態需水有區別也有聯系。(2)中國工程院重大咨詢項目中所指的“生態需水”不同之處,在于為水資源的合理配置服務、為生態建設(林草,河道生態功能要求)服務的生態需水。所以,國際上提出的生態需水概念需要討論與擴展。通過討論,有比較一致的看法是:
生態需水是指維系一定環境功能狀況或目標(現狀、恢復或發展)下客觀需求的水資源量。進一步,對中國西部生態環境建設研究工作的目標,生態需水可以理解為維系一定生態功能的環境目標(例如維系現狀生態系統不再退化、恢復某個時期的生態景觀、或者具體目標如黑河水必須要到東居延海等)下科學意義下生態系統需求的水資源。它是生態環境建設重要的科學依據。
生態耗水是指現狀多個水資源用戶(生產、生活和生態)或者未來水資源配置(生產、生活和生態)后,生態系統實際消耗的水量。它需要通過該區域社會經濟與生態耗水的平衡計算確定。生產、生活耗水過大,必然擠占生態耗水。
因此,生態需水與生態耗水是有不同的含義,既有聯系又有區別。例如,在黃河上游地區,自然降水條件下一般能夠滿足天然植被蒸散發對水的需求(降水p大于蒸散發e),因此,生態需水估計的數量比較小。但是,由于人的行為通過水土保持等措施建設林地,耗用(減少)了輸送到河流下游的水資源量。人們往往稱這部分耗用(減少)的實際水量為生態耗水量。所以,在黃河上游地區生態需水量與生態耗水量是有不同的。
相比之下,在西北內陸地區河流的下游,由于內陸地區河流的下游降水非常少,為維系胡楊林生態系統生存,估計的生態需水將完全占用河川徑流量。維系胡楊林生態系統的生態環境用水也完全取決與能夠提供給下游的河川徑流量。在某種意義下,維系胡楊林生態系統的生態需水量也就是生態耗水量。
因此,生態需水與生態耗水的概念在西部地區既有聯系又有區別。通過生態需水的估算,能夠提供維系一定的生態系統與環境功能所不應該被人所擠占的水資源量基本的信息,它是西部地區水資源可持續利用與生態環境建設的基礎,它也是估計在一定的目的、生態環境建設目標或配置條件下,生態環境耗水大小的基礎。通過對生態需水和生態耗水的估計,能夠分析人對生態需水擠占的程度,決策生態環境建設對生態環境用水的合理配置。
3.中國西部地區生態需水研究的挑戰
水是干旱區的關鍵生態因子,植被的組成和結構由水密切控制,同時在各種尺度上對水產生重要的反饋作用。因此,在干旱區,研究生態學和水文學的相互關系,研究生態需水問題,對干旱區生態建設的模式和生態恢復至關重要。一方面,干旱區水文過程對植被生理特征和格局成因產生影響,同時植被對水土流失具有控制作用。
生態需水的實質是生態系統結構、功能和水分之間相互關系問題。生態需水是生態水文學研究的重要內容之一,只有建立在流域水循環基礎上通過生態水文學理論的指導,生態需水量的確定才會更合理。目前在生態需水估算方面,面臨許多挑戰的問題。主要有:
3.1干旱區植被對缺水的適應機制研究
研究表明,干旱區的某些植物具有水分補償能力,即利用冬季(低強度)降水補償夏季干旱用水,冬季干旱就以夏季降水來補償,這大概是灌木在這種環境中得以與一年生植物競爭的一種手段。另外,在干旱區,植物為了適應荒漠環境,具有許多生理結構上的變化。國外學者ewenari把荒漠植物分為兩類:一類是隨水變植物,這類植物對極端干旱具有許多生理上的適應性;但大多數植物屬于恒水植物,這些植物對干旱有許多適應機制。不同植物的水分利用效率的、對水分虧缺的生理響應機制等研究,將為植被建設和恢復提供理論支持。
3.2植被格局成因的控制性因素研究
干旱區植被最顯著的特點就是低覆蓋度。研究表明,如果干燥度系列從p/etp>1(降水量與潛在蒸發量的比值)降到<0.3,就會發現潛在植被從全面覆蓋而經一系列破碎的植被冠層到植被處于斑塊狀分布狀態。近期研究表明,在黑河下游,隨著上游來水的減少,不同景觀類型的面積、數目和優勢植被發生了很大的變化。在干旱區,胡楊、檉柳的空間分布普遍呈緊縮分布現象,當干旱程度有所減緩時,植被在空間上的分布相對較為分散。在防止土壤侵蝕的人工植被建設方面,由于只考慮植被蓋度和高度,忽視了斑塊格局及其配置方式。所以出現了北方人工植被土壤旱化、穩定性低的問題。以上說明了水分動態影響植被的分布格局,但這種分布格局如何響應水文過程的變化,它的生態學意義何在?植被的這種自然分布格局能否指導干旱區植被恢復等均有待研究。在今后的研究中,應加強植被類型、格局的生態水文學和生態需水研究。
3.3植被格局對水土流失、土壤侵蝕的定量化研究
在干旱地區,植被多呈斑塊狀分布,這種分布對改變水分徑流的路徑、減緩水蝕,提高斑塊內的土壤水分含量等都具有重要意義。盡管對植被斑塊的叢生狀況有所認識,近來理論方面的研究和模擬方面的研究也有助于了解這一過程,但對這種現象的生態機制卻知之甚少。這種綴塊分布格局如何影響徑流?這種格局的生態學意義何在,都是值得探討的問題。另外,應加強大時空尺度上的植被格局和水文過程的關系研究。
分析干旱植物在水分脅迫下的群落組成結構、分布格局與演變過程,始終是干旱區生態水文科學研究的重要領域,迄今為止,關于這方面的研究未能取得突破性進展,尤其是群落演變的生態機理仍然處于未知階段。近年來,關于干旱區植物分布如何影響徑流和水分分布,以及如何調節干旱區侵蝕等問題的研究受到廣泛重視,同時,大尺度“土壤—植被—大氣”傳輸相互作用以及干旱區植被隨氣候變化的演化也是目前生態學家和水文學家共同感興趣的話題。
3.14區域生態需水估算方法研究
我國的生態水文學基礎研究剛剛起步。盡管在一些方面已經取得令人鼓舞的成果,如陳亞寧在新疆塔里木下游生態需水方面新的研究等,但總的看,目前處在初期發展階段,沒有比較成熟的估算方法,還存在這樣或那樣的問題,需要多途徑比較與發展。
現行的區域生態需水估算方法主要思路是:依據不同氣候帶與降水等條件,開展自然生態系統分區,確定生態需水計算的不同類別的生態-水文參數;利用遙感提供中國西部區域土地利用信息,確定生態需水計算的不同類別的范圍;通過不同植被類型的蒸散發計算、流域降水-徑流計算確定河道外生態需水(地帶性和非地帶性的生態需水)以及河道內生態需水;最后利用水資源分區的水量收支平衡控制,估算生態需水或生態耗水總量。
由于對于生態需水概念理解的不同,實際中生態需水估算的方法就有不同或者差異。例如,按維護現狀生態系統不再退化的理解,就會有一套基于2000年的遙感圖,依生態分區,分類以及用總水量平衡核算的核算方法。按生態建設目標(過去,現狀和未來),又有不同數量的估算方法。
客觀說,基于生態水文學的研究思路是估算生態需水的基本途徑,它從成因觀點估算流域的生態需水,有比較好的理論依據。但是,由于西部地區生態環境問題的復雜性,特別是缺乏必要的生態水文過程與空間變化的資料,由點的植被蒸發擴展到面的植被耗水機理的尺度問題等,導致目前估算有一定困難與結果的差異。現行的水量平衡方法估算生態耗水,能夠從宏觀總量上給予控制,但是生態需水的精度取決于水資源平衡中其它耗水部門估算的正確與否。因此,在區域生態需水估算方法不成熟的情況下,鼓勵多種途徑方法的相互比較和佐證,可能比一種方法為好,這也是新生事物學科發展所需要的。如何在有限水文水資源資料和生態監測資料條件下,獲得更為客觀與科學的生態需水估計,的確是一個重要的挑戰性任務與課題。
4.結語
生態水文學是一種對環境有利、經濟可行和社會可接受的有效方式。由于生態退化等問題的出現,生態水文學成為國際研究的熱點問題之一。本文回顧了生態水文學的發展歷程,討論了生態需水研究明亮的問題與挑戰。它們作為生態環境建設的基礎與學科發展,有如下幾點認識與建議:
(1)優先、重點保護原則:在西北地區,由于水資源匱乏,不可能保護所有的生態系統,只能優先保護控制性生態系統,滿足控制性生態系統對水分的需求。在此基礎上,進一步形成保護干旱區生態系統的網絡結構。干旱區流域下游荒漠綠洲是外來徑流作用的產物,綠洲景觀結構及組成類型的空間分布嚴格受河流廊道影響。因此,若把河流兩岸喬灌木林和河岸灌叢草甸視作河流廊道的構成要素,則荒漠綠洲的高級生物組成實質就是河流廊道。在干旱區河流廊道不僅具有傳輸能量與養分的功能,而且是綠洲生物流的載體和傳導源,為維持整個流域生態系統的穩定發展奠定了堅實的基礎。所以干旱區河流廊道就是控制性的生態系統,生態需水應該優先得到滿足。
(2)以生態水文學為基礎研究生態需水問題:生態水文學是生態學和水文學的交叉學科,它所關心的是水文過程對生態系統配置、結構和動態的影響,以及生物過程對水循環要素的影響。水文循環深刻地影響著全球生態系統的結構和演變,包括自然界中一系列的物理過程、化學過程和生物過程,是其它物質循環的基礎。因此,確定某一生態系統需水時,只有以水文過程為基礎,結合生態系統的特性需求,才能較為合理地計算生態需水量。這也是今后生態需水理論與實踐研究重要的發展方向。