基于流域的我国生态功能区划方法研究-湖泊科学

第16卷增刊湖泊科学Vol.16,Suppl.2004年12月JOURNALOFLAKESCIENCESDec.,2004基于流域的我国生态功能区划方法研究燕乃玲1，2虞孝感1(1:中科院南京地理与湖泊研究所,南京210008；2:中国科学院研究生院,北京100039)提要生态功能区划是我国正在开展的一项关于资源与环境管理的重大基础性工作.生态功能区划的理论和方法是当前生态学、环境科学、地理学等学科面临的一项新的热点课题.本文首先讨论了生态功能区划的概念，从认识区划看，生态功能区划属于生态系统区域划分的范畴，从实践的角度，则强调人文活动对生态系统可持续能力产生的影响，指出自然生态区不是生态功能区，生态功能区须反映人类的利用和价值判断.生态功能区划，不单是以自然要素或自然系统的“地带性分异”为基础，更是以生态系统的等级结构和尺度原则为基础，用生态系统完整性的评价测量人类活动对生态系统的影响，将生态功能区划的科学基础落在“基于生态系统的管理”平台上.文章提出了基于流域的我国生态功能区划的初步思想，讨论了区划的原则和方法，建立了生态系统完整性评价和功能区划分的指标体系.其基本内容是，认识并按照生态系统的自然边界划分生态系统单元；进行生态系统完整性评价；在此基础上划分不同的生态功能区，确定主导生态功能.关键词流域生态功能区划生态系统完整性主导生态功能生态功能区划是我国正在开展的一项关于资源与环境管理的重大基础性工作，也是地理学、生态学等学科的热点.作为一个新的科学问题，有必要探讨：⑴什么是生态功能区划？为什么开展生态功能区划；⑵怎样进行生态功能区划；⑶通过什么样的方式进行区划和规划建设等科学和实践问题.1开展生态功能区划的背景经济发展、社会进步离不开资源的支撑，然而，为了短期的经济增长而牺牲自然资源，最终只会令环境与经济同时受损.正如RajivGandhi[1]指出的，“我们好不容易懂得了破坏环境的发展最终会破坏发展本身，我们也从保护环境中获益多多.保护环境就是保护发展的成果，因此，环境保护与经济增长没有根本分歧.”黄河断流带来的不仅有重大的经济损失，还使得经济中心向长江流域转移，整个流域的面临衰亡的威胁.长江流域的洪涝灾害也再次佐证了发展与环境的紧密联系.因此，必须改变我们传统的思维，即或者要经济增长，或者要环境保护，而应寻求一种可持续的资源利用和平衡的发展模式.然而，以往的各种资源管理框架，从认识到实践上都存在不足.从1931年竺可桢提出的“中国气候区域论”，1940年黄秉维的“中国之植物2003-08-07收稿,2004-09-10收修改稿.燕乃玲,男,1964年生,博士.144湖泊科学16卷区域”，1956年中国科学院做的“中国综合自然区划”，到1984完成的年全国农业区划委员会“中国自然区划概要”等，作为资源管理框架，大多注重资源利用的广度，而较少考虑资源利用的深度.在维护我们所依赖的自然生态系统可持续的前提下，如何考虑资源利用的方向，和开发利用程度，则是生态功能区划试图回答的.生态功能区划，运用整体的观点，考察生态系统的组成、结构和功能，评价人类对自然资源的利用对生态系统长期能力的影响.不仅注重土地、水、植被等要素的资源属性，更注重这些要素的生态属性；不仅考虑资源利用的广度，更考虑生态系统的承载力，考虑生态系统长期提供产品和服务的能力，更注重资源利用的深度.生态功能区划，是基于生态系统的资源与环境管理框架.基于生态系统的管理与大多数传统的自然资源管理方式在三个方面有重要的不同[2].第一，它假定生态系统的许多，或者甚至全部成分有等同的价值，并为此而进行管理，而不是尽可能优化少数新的物种的生产或者某单一物种的生产.第二，生态系统功能的代际可持续性最优先于所有其他管理目标.在这一背景上，从生态系统的收获和对自然资源的利用仅仅当首先确保种群、结构和过程的可持续性情况下才被允许.第三，人类被认为是生态系统的组成部分，会在规范对生态系统的干扰和恢复生态系统的结构和功能上发挥重要作用.生态系统管理是一个主动过程，并不是一个被动的保护自然区域或者原野景观的行为.2基于生态系统的生态功能区划思想生态系统有其基本特征：在时间和空间上按等级组织的结构特征；进化的、动态的、有弹性的组织特征；承受压力并保持状态的能力有限的特征；格局和过程是不能完全预测的演化特征.基于生态系统的区划，努力做到：在科学上，尊重生态系统的自然边界进行整体性管理；在价值上，不仅体现生态价值，而且体现社会和文化的价值，和优先性.不难得出，基于生态系统的生态功能区划思想是：⑴划分生态系统的自然边界（按照其等级结构和尺度特征），并进行生态系统描述;⑵识别生态系统的功能（生态系统提供的产品/服务）;⑶评价人类活动对生态系统功能带来的影响，是否产生了功能缺失？生态系统功能是否缺失，换句话说，就是对生态系统长期提供产品/服务的能力是否受到人类活动影响进行度量；人类活动则在对土地和资源利用的决策体现出来.生态功能区划的实质是：不单以自然要素或自然系统的“地带性分异”为基础，更是以生态系统的等级结构和尺度原则为基础；是对生态系统等级结构和边界的确认.生态功能区划的目标是：全面认识生态系统的服务的价值，进行基于生态系统的平衡管理.3生态功能区划的基本原则不同级别的生态功能区划，应遵循一致的基本原则，但在某一水平上，也有其独特的划分原则.我国生态功能区划，应遵循以下基本原则：增刊燕乃玲等：基于流域的我国生态功能区划方法研究145⑴生态系统完整性原则：承认和尊重生态系统的自然“系统”边界，保持其完整性.对生态系统完整性的评价，是划分不同的生态功能保护区的依据.生态系统完整性的程度不同，对其采取的管理方式和管理目的也就不同.⑵与管理需求相适应的尺度原则：生态系统在空间和时间上是按不同的尺度水平组织的，生态系统管理也是在从局部、区域到全国的多个尺度上进行的.生态功能区作为生态系统管理单元，要在与管理需要相适合的尺度水平上划分.⑶空间连续性原则：某一等级水平上的生态功能分区之间是连续的，既不能重复也不能重叠.⑷生态功能与经济功能相结合的原则：这是由生态功能的自然属性和社会属性决定的.单纯的自然生态区域，不是生态功能区.生态功能区划，须反映自然生态系统和人类的经济利用及其相互的作用和影响.一个区域特有的劳动生产方式和土地利用格局体现了这个区域生态系统特有的生物与物理条件，凝结了人类在利用自然资产、维持自然资产方面的智慧，也体现了人类对生态系统服务所感受到的价值.此外，局部流域与生态区域相结合、尽可能与行政边界相一致的原则等也适用于某一级别的区划.4基于流域的我国生态功能区划方法4.1为什么提出以流域为单元的生态功能区划？在上述思想和原则指导下，我们需要用一种可以理解的和有用的方式，并且能够在地图上表现出来的形式，反映出生态系统的结构格局，构建和描述生态系统.这种方式，必须有生态系统的属性，具备以下特征：(1)综合了所有生态系统成分，包括有生命的成分、和物理环境及其联系；(2)具有较长时间上尺度上的相对稳定性；(3)边界清晰；(4)符合生态系统的等级结构性质.流域系统正是具备这些特征一种有用的生态系统描述方式：⑴流域是独特的生态系统单元.流域中有广阔的森林、山地、湿地、农业和其它人造生态系统，并由能量和物质流动、生物移动和人类活动将它们联系起来，构成复合系统.⑵流域是独立的物理单元，有被广泛接受的和通常来说定义清晰的边界，且在长的时间尺度上比较稳定.⑶流域具有清晰的等级结构，这种等级结构赋予它们灵活的尺度，这对实行现实、有效的生态系统研究是十分有用的从水文上，流域汇集了整个集水区的地表水径流，是水资源管理和水土保持的完整单元；水是最重要的生态要素.淡水资源是流域内所有生态系统繁荣和活力的支撑.黄河断流已经使得流域经济繁荣不再，经济中心向长江流域转移.最主要的生态灾害与环境问题，都具有流域的特征，与流域的水源涵养、水土保持和水环境保护都有直接关系.从生态上，它们构成陆地和海洋的重要联系，流域内的湿地、河流、湖泊为大多数鱼类提供栖息地；流域内的森林和草地，不仅为大多数陆生植物和动物提供了栖息地，还提供了其它环境服务-从水源涵养、水质保持、洪水滞洪和调节到土壤养分恢复和循环.区域146湖泊科学16卷性生态环境问题也通过流域这个物质流和能量流传输通道，成为全局性的问题.以流域为单元的生态系统划分和管理，被普遍接受和重视.当然，对于生态系统的描述还有其他方式.但正如美国整体生态系统管理特别工作组报告[1]中所指出的，适合于阐述一个方面问题的地理边界，不一定适合阐述其他方面的问题.我们不期望预先定义一个精确、有科学性的生态系统，并可将其应用于所有管理需要.一个专门的生态系统，其结构、边界是在“试图完成什么，试图解决什么问题”的基础上决定的.基于流域的生态系统划分，正是抓住了生态功能与社会经济功能相协调这一根本，和最主要的生态问题.4.2以流域为基础的生态系统单元全国陆域生态系统可以划分为十大流域盆地，56个流域单元.在流域内，还可以进一步划分次级流域单元，这包括这级河流的干流河段和它的子流域，如图1.干流河段的划分，主要依据地形、海拔、水系、生态系统组成等.图1次一级流域单元的划分Fig.1Sub-watersheddelineation4.3生态系统调查和评价对于一个生态系统单元，要回答：它提供哪些生态系统产品和服务，或者说它有哪些生态功能？这些服务的重要性如何？生态系统提供产品和服务的能力，现状如何？是否受到了人类活动的影响？程度如何？4.3.1生态系统现状调查与评价生态系统现状调查，包括生物、物理调查，社会人文状况调查，生态系统退化问题调查和引起生态退化的压力调查.生态现状评价，主要是从整体的角度，回答生态系统的功能是否受到了人类活动的影响？程度如何？以往的环境评价，不完全适用于生态功能评价.功能评价，不在于强调生态系统过程本身，而在于强调对人类活动的响应.人类活动可能在幅度或格局上改变生态过程，并做出功能上的响应.例如，水土流失的状况评价.不仅仅考虑土壤的自然侵蚀力，更要注重人类对土地的利用对生态过程产生的强烈影响.福建省土壤侵蚀的集中分布区，不是在坡度大、土层薄、降水强度大、土壤侵蚀自然潜力最大、但是人口稀少的深山区，而是分布在坡度不大、风化壳深厚、降水强度也不大的平原和盆谷地外围，山地与平地交接的半山区（主要是丘陵区），这儿的人口密集，生产和生活活动强烈[3].此外，环境评价一般就环境问题逐项评价，这也是不足的.生态系统生产一种产品或服务的能力下降，可能是因为生态系统受到了一种或多种胁迫.这些胁迫（外部影响）可能是我们知道的，也可能是我们不很了解或者根本不了解的.我们关于生态系统胁迫和响增刊燕乃玲等：基于流域的我国生态功能区划方法研究147应知识总是不足的.因此，从衡量生态系统整体的响应角度，来测量和评价显得更合理和有效.生态系统完整性评价，正是从整体上对生态系统功能进行的评价.生态系统完整性是衡量生态系统自我更新能力的一个概念.它表示所有的生态系统成分-物种、生境和自然过程，保持完好的程度，和发挥良好的功能，确保可持续性和长期的对于环境变化和人类利用的适应能力[4].完整性评价指标包括现有的物理和生态状况的描述参数，以及因为人文活动（土地利用/土地覆盖）的改变而容易发生变化的参数，前者可称为状态指标，后者可称为敏感性指标.状况较差和敏感性较高的生态系统单元相对那些较好的生态系统单元认为其完整性要低[4].指标的选择所遵循的原则是，在描述人类活动与生态系统响应之间的关系时，尽可能有生态学或生态系统科学的原理支撑，这些支撑则通过文献检索、野外考察和专家经验，或以模型研究为基础、定量关系明确.例如，河流水质质量的测量指标，全流域的土地利用相对缓冲带和河岸带土地利用，是更好的衡量指标，这是有许多研究所证明了的[5].另一方面，各项指标要容易通过遥感和GIS资料导出，便于快速的评价.建立的生态系统完整性评价指标如表1.4.3.2生态系统产品/服务调查与评价生态系统提供多种产品/服务，包括