大气降水是淡水资源的最重要的来源。全球每年落在大陆上的降水达11万立方千米,其中的65%通过地面蒸—散最终回到大气层,其余部分补给地下水、河流和湖泊。人类可利用的淡水资源就依靠这其余部分。我们已经知道全球很多地区缺乏淡水资源,换句话说,大气降水较少,或者蒸散量太大。如果大气降水每年增加10%,可能会大大缓解某些地区的缺水状况,而这只需要将全球大气表面温度平均增加0.5℃。温度升高将导致增加海洋蒸发,这大概是全球性气温升高所带来的积极影响。然而全球增温的负面影响要比这大得多,世界各国正在为可能出现的全球增温采取对策。因此,指望全球增温来增加大气降水是不可取的,也是不现实的。
大气降水是淡水的主要来源
不同于常规能源的气候能源——太阳能和风能,是“取之不尽,用之不竭”的永久性能源,这种能源还以其洁净、不污染环境而受到人们的青睐,21世纪的能源非它莫属。
太阳每年辐射到地球表面的能量相当于人类年需要能量总和的5000倍。太阳热收集器在全世界从热水到发电得到了广泛应用。以能源消费世界头号大国的美国来说,它每年可获得的入射太阳能是实际能源消费量的10倍多。随着太阳能技术的不断改进,预计今后10年内它的成本将迅速降低,比经济上可以承受的水平甚至还低,这将促使美国改变现有的能源结构。为此,美国科学家预测,太阳能在2030年可提供相当于50%左右的美国目前的能源消费量。简单地说,除去能量转换成本,太阳能——阳光,是一种不花钱的能源,因此对于广大的发展中国家来说,这是一种最廉价的能源。进一步说,太阳能取之不风能利用尽,用之不竭,除了地球上一些极端地区,阳光普照是没有问题的,这就避免了矿物燃料分布不均和分配不均的矛盾,大多数国家可以因此而免遭世界石油市场破坏性油价波动的影响。
风能实际上是太阳能的另一种形式。地球上近地层风能总储量约1.3×1012千瓦,估计全球风力资源潜力可达6.5×1013千瓦小时/年。风力发电是从地球大气太阳温差获得能量的。
风能资源分布极广,使得风力发电具有巨大的潜力。北欧、北非、南美洲南部、美国西部平原和热带信风带附近均已发现了风力发电最有发展前途的地区。这些风能如果得到很好利用的话,它完全可以为许多国家提供20%甚或更多的电力。发达国家在2000年风力发电量增加到总发电量的5%~10%。实际上,一些国家已经加快了利用风能的步伐。我国在1996年以前建成总发电能力为100兆瓦的风力田,现在风力田的建设规模正逐年扩大。
充满活力的生物资源
生物群落
说到生物资源就要谈到生物群落。
生物群落是生态学研究对象中的一个高级层次,具有个体和种群所不能包括的特征和规律,是一个生态系统中具有生命的部分,正是生物群落在地貌类型繁多的地球表面上有规律的分布,才使地球充满生机。也正是生物群落构成了生物资源。
生物群落是指在特定的时间、空间或生境(具体的生物个体或群体生活区域的生态环境与生物影响下的次生环境)下,具有一定的生物种类组成、外貌结构(包括形态结构和营养结构),各种生物之间、生物与环境之间彼此影响、相互作用,并具特定功能的生物集合体。也可以说,一个生态系统中具有生命的部分,即生物群落,它包括植物、动物、微生物等各个物种的种群。
生态学家很早就注意到,组成群落的物种并不是杂乱无章的,而是具有一定的规律的。早在1807年,德国地理学家A.Humboldt首先注意到自然界植物的分布是遵循一定的规律而集合成群落的。1890年丹麦植物学家E.Warming在其经典著作《植物生态学》中指出,形成群落的种对环境有大致相同的要求,或一个种依赖于另一个种而生存,有时甚至后者供给前者最适用之所需,似乎在这些种之间有一种共生现象占优势。另一方面,动物学家也注意到不同动物种群的群聚现象。1877年,德国生物学家K.Mobius在研究牡蛎种群时,注意到牡蛎只出现在一定的盐度、温度、光照等条件下,而且总与一定组成的其他动物(鱼类、甲壳类、棘皮动物)生长在一起,形成比较稳定的有机整体。Mobius称这一有机整体为生物群落。
生物群落中的物种之间、生物与它们所处的环境之间存在着相互作用和影响。生物群落是一个经过生境选择的功能单位,作为一种能够自我调节和自我更新的作用机构,它们处在为了空间、养分、水分和能量而竞争的动态平衡之中,每种成分都作用于所有其他成分,并以生境、产量以及一切生命现象在外观与色彩和时间进程方面的协调一致为特征。
从上述定义中可知,一个生物群落具有下列基本特征:
(1)具有一定的物种组成。每个群落都是由一定的植物、动物或微生物种群组成的。因此,物种组成是区别不同群落的首要特征。一个群落中物种的多少及每一物种的个体数量,是度量群落多样性的基础。
(2)不同物种之间的相互作用。生物群落是不同生物物种的集合体,但不是说一些种的任意组合便是一个群落。一个群落的形成和发展必须经过生物对环境的适应和生物种群之间的相互适应。哪些物种能组合在一起构成群落,取决于两个条件:①必须共同适应它们所处的无机环境。②它们内部的相互关系必须协调、平衡。因此,研究群落中不同物种之间的关系是阐明群落形成机制的重要内容。
(3)具有形成群落环境的功能。生物群落对其居住环境产生重大影响,并形成群落环境。如森林中的环境与周围裸地就有很大的不同,包括光照、温度、湿度与土壤等都经过了生物群落的改造。即使生物散布非常稀疏的荒漠群落,对土壤等环境条件也有明显的改造作用。
(4)具有一定的外貌和结构。生物群落是生态系统的一个结构单位,它本身除具有一定的物种组成外,还具有外貌和一系列的结构特点,包括形态结构、生态结构与营养结构。如生活型组成、种的分布格局、成层性、季相、捕食者和被捕食者的关系等,但其结构常常是松散的,不像一个有机体结构那样清晰,故有人称之为松散结构。
(5)具有一定的动态特征。群落的组成部分是具有生命特征的种群,群落不是静止地存在,物种不断地消失和被取代,群落的面貌也不断地发生着变化。由于环境因素的影响,使群落时刻发生着动态的变化。其运动形式包括季节动态、年际动态、演替与演化。
(6)具有一定的分布范围。由于组成群落的物种不同,其所适应的环境因子也不同,所以特定的群落分布在特定地段或特定生境上,不同群落的生境和分布范围不同。从各种角度看,如全球尺度或者区域的尺度,不同生物群落都是按照一定的规律分布。
(7)具有特定的群落边界特征。在自然条件下,有些群落具有明显的边界,可以清楚地加以区分;有的则不具有明显边界,而呈连续变化中。前者见于环境梯度变化较陡,或者环境梯度突然变化的情况,而后者见于环境梯度连续变化的情形。
物种组成
群落的物种组成是决定群落性质最重要的因素,也是鉴别不同群落类型的基本特征。群落学研究一般都从分析物种组成开始,以了解群落是由哪些物种构成的,它们在群落中的地位与作用如何。不同的群落有着不同的物种组成,以我国亚热带常绿阔叶林为例,群落乔木层的优势种类总是由壳斗科、樟科和山茶科植物构成,在下层则由杜鹃花科、山茶科、冬青科等植物构成。又比如,分布在高山的植物群落,主要由虎耳草科、石竹科、龙胆科、十字花科、景天科的某些属中的种类构成;村庄、农舍周围的群落多半由藜科、苋科、菊科、荨麻科等组成。
杜鹃花科
构成群落的各个物种对群落的贡献是有差别的,通常根据各个物种在群落中的作用来划分群落成员型。
(1)优势种与建群种。对群落的结构和群落环境的形成起主要作用的种称为优势种,它们通常是那些个体数量多、盖度大、生物量高、生命力强的种,即优势度较大的种。群落不同的层次可以有各自的优势种,其中,优势层的优势种称为建群种。比如森林群落中,乔木层、灌木层、草本层常有各层的优势种,而乔木层的优势种即为建群种。建群种对群落环境的形成起主要的作用。在热带、亚热带森林群落中,各层的优势种往往有多个。
(2)亚优势种。指个体数量与作用都次于优势种,但在决定群落性质和控制群落环境方面仍起着一定作用的植物种。在复层群落中,它通常居于较低的亚层,如南亚热带雨林中的红鳞蒲桃和大针茅草原中的小半灌木冷蒿,在有些情况下成为亚优势种。
(3)伴生种。伴生种为群落的常见物种,它与优势种相伴存在,但不起主要作用,如马尾松林中的乌饭树、米饭花等。
(4)偶见种或罕见种。偶见种是那些在群落中出现频率很低的物种,多半数量稀少,如常绿阔叶林中区域分布的钟萼木或南亚热带雨林中分布的观光木,这些物种随着生境的缩小濒临灭绝,应加强保护。偶见种也可能偶然地由人们带入或随着某种条件的改变而侵入群落中,也可能是衰退的残遗种,如某些阔叶林中的马尾松。有些偶见种的出现具有生态指示意义,有的还可以作为地方性特征种来看待。
生物群落
生物群落分类是生态学研究领域中争论最多的问题之一。由于不同国家或不同地区的研究对象、研究方法和对群落实体的看法不同,其分类原则和分类系统有很大差别,甚至成为不同学派的重要特色。
无论哪一种分类,其实质都是对所研究的群落按其属性、数据所反映的相似关系而进行分组,使同组的群落尽量相似,不同组的群落尽量相异。通过分类研究,加深认识群落自身固有的特征及其形成条件之间的相关关系。
群落分类可以是人为的或自然的,生态学研究中一般采用自然分类。在已问世的各家自然分类系统中,有的以植物区系组成为其分类的基础,有的以生态外貌为基础,还有的以动态特征为基础。因为有时它们是交织在一起的,所以不易把它们截然分开。但不管哪种分类,都承认要以植物群落本身的特征作为分类依据,并十分注意群落的生态关系,因为按研究对象本身特征的分类要比任何其他分类更自然。
我国的植物群落分类
我国生态学家在《中国植被》一书中,参照了国外一些植物生态学派的分类原则和方法,采用了不重叠的等级分类方法,贯穿了“群落生态”原则,即以群落本身的综合特征作为分类依据,群落的种类组成、外貌和结构、地理分布、动态演替、生态环境等特征在不同的分类等级中均作了相应的反映。所采用的主要分类单位分3级:植被型(高级单位)、群系(中级单位)和群丛(基本单位)。每一等级之上和之下又各设一个辅助单位和补充单位。高级单位的分类依据侧重于外貌、结构和生态地理特征,中级和中级以下的单位则侧重于种类组成。
植被型凡建群种生活型(一级或二级)相同或相似,同时对水热条件的生态关系一致的植物群落联合为植被型。如寒温性针叶林、夏绿阔叶林、温带草原、热带荒漠等。建群种生活型相近而且群落外貌相似的植被型联合为植被型组,如针叶林、阔叶林、草地、荒漠等。
在植被型内根据优势层片或指示层片的差异可划分植被亚型。这种层片结构的差异一般是由于气候亚带的差异或一定的地貌、基质条件的差异而引起。例如,温带草原可分为3个亚型:草甸草原(半湿润)、典型草原(半干旱)和荒漠草原(干旱)。
群系凡是建群种或共建种相同的植物群落联合为群系。例如,凡是以大针茅为建群种的任何群落都可归为大针茅群系。以此类推,如兴安落叶松群系、羊草群系、红沙群系等。如果群落具共建种,则称共建种群系,如落叶松、白桦混交林。将建群种亲缘关系近似(同属或相近属)、生活型(三级和四级)近似或生境相近的群系可联合为群系组。如落叶栎林、丛生禾草草原、根茎禾草草原等。
在生态幅度比较宽的群系内,根据次优势层片及其反映的生境条件的差异而划分亚群系。如羊草草原群系可划出:羊草+中生杂类草草原(也叫羊草草甸草原),生长于森林草原带的显域生境或典型草原带的沟谷黑钙土和暗栗钙土;羊草+旱生丛生禾草草原(也叫羊草典型草原),生于典型草原带的显域生境栗钙土;羊草+盐中生杂类草草原(或称羊草盐湿草原),生于轻度盐渍化湿地、碱化栗钙土、碱化草甸土、柱状碱土。对于大多数群系来讲,不需要划分亚群系。