森林环境学



森林环境学

绪 论
第一节 森林与人类的生存环境 一、环境的基本概念
  所谓环境是相对于某一中心事物而言的,与某一中心事物有关的周围事 物,就是这个中心事物的环境。因此,环境因中心事物的不同而不同,随中 心事物的变化而变化。
  通常我们所说的环境,是指中心事物是人类,以人类为中心的并与之有 关的周围事物或外部世界,即人类生存、繁衍所必需的,可以直接或间接影 响人类生活和发展的各种客观存在的事物的综合体。环境是人类生存发展的 基础,同时又是人类开发利用的对象。1989 年 12 月 26 日起施行的《中华人 民共和国环境保护法》中所称的环境是指“影响人类生存和发展的各种天然 的和经过人工改造的自然因素的总体,包括大气、水、海洋、土地、矿藏、 森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、 城市和乡村等”。
二、人类环境
  人类环境是指人类赖以生存和发展的环境,它包括自然环境和社会环 境。
(一)社会环境
  社会环境由社会的政治、经济、文化等要素组成。一定的社会有一定的 经济基础和相应的上层建筑,形成多种多样的社会环境。社会环境是由于人 类活动而形成的,属于人工环境性质。它包括人工形成的物质、能量、信息 及各种精神产品,也包括人类活动形成的人与人之间的关系或称为上层建 筑。社会环境对人的工作与生活、对社会的进步影响极大。
(二)自然环境
  自然环境是人类赖以生存、生活和生产所必需的自然条件和自然资源的 总称,是直接或间接影响人类的一切自然形成物质、能量、信息和自然现象 的总体。它包括:阳光、空气、水、岩石、土壤、动物、植物、微生物、矿 物、气候、温度、地磁、地壳稳定性、各种引力等自然因素。它们都是人类 赖以生存的物质基础。
自然环境亦可看作是由地球环境和外围空间环境两部分组成。据目前所
知,太阳系中的地球是唯一能适于人类生存的行星,而太阳是对地球表面自 然环境影响最大的天体,它是地球能量,特别是生命能量的主要来源。因此, 地球环境对人类具有特殊重要的意义。
  人类居住的地球,自内而外具有圈层结构。与人类最密切的是地表几个 圈层,它们包括:岩石土壤圈、水圈、大气圈以及生物圈。它们共同组成了 人类的自然环境,为人类生存发展创造了条件。
  环境科学中所研究的人类环境主要是指自然环境,同时也包括了一些人 工环境(如人工构筑物、人工产品等)。
三、环境分类
  环境通常从环境的范围、环境要素、人类对环境的利用或环境的功能等 方面进行分类。
按环境的空间范围划分,可分为居室环境、院落环境、村落环境、城市

环境、区域环境、全球环境和宇宙环境等。 按环境要素属性划分,可分为社会环境和自然环境。自然环境按其组成
要素又可分为:大气环境、水环境(海洋、湖泊、河流等环境)、土壤环境、 地质环境、生物环境(包括森林环境、草原环境等)等。
  按人类对环境利用或环境功能划分,可分为聚落环境(如村落环境、城 市环境)、生产环境(工厂环境、矿山环境、农场环境等)、交通环境(机 场环境、港口环境、车站环境、道路环境等)、文化环境(学校及教育区环 境、文物古迹环境、风景游览区环境、自然保护区环境等)。
四、环境的基本特性
(一)整体性与区域性 整体性是环境的最基本特性。整体性是指环境的各个组成部分和要素之
间构成了一个系统。也就是说,环境的各组成部分(包括大气、水体、土壤、 植被、人工物等)以特定方式联系在一起,具有特定的结构,并通过稳定的 物质、能量、信息网络进行运动,从而在不同时刻呈现出不同状态。环境系 统的整体虽由部分组成,但整体功能却不是各组成部分功能的简单之和,而 是要由各部分之间通过一定结构形式所呈现出的状态来决定。具体地说,环 境系统大多由气、水、土、生物、阳光等主要环境要素组成。虽然它们的各 自特性和对人类社会生存发展的独特作用不会发生变化,但它们组成的具体 环境则会因它们之间结构方式、组织程度、物质能量流动规模和途径不同而 有不同的特性。例如,城市环境与农村环境、水网地区环境与干旱地区环境 等就各有不同的具体特性。
环境的区域性是指环境整体特性的区域差异。具体说就是不同区域的环
境有不同的整体性。它与环境整体性一起是环境在空间域上的特性。
(二)变动性与稳定性 变动性是指在自然的和人类社会行为的作用下,环境的结构和状态始终
处于不断变化之中。与变动性相对的是环境的稳定性。所谓稳定性是指环境
系统具有一定的自我调节功能。也就是说,当在人类社会行为作用下,环境 结构和状态所发生的变化不超过一定限度时,环境系统可以借助于自身的调 节功能使这些变化逐渐消失,结构和状态得以恢复。
环境的变动性与稳定性是环境在时间域上的特性。变动是绝对的,稳定
是相对的,变化限度是决定环境系统能否稳定的条件。环境的这一特性表明, 人类社会的行为将会影响环境的变化。因此,人类社会必须自觉地控制自己 的行为,使之与环境自身的变化规律相适配、相协调,以求得环境向着更加 有利于人类社会生存发展的方向变化。
(三)资源性与价值性 从实用性讲,环境整体及其各组成要素都是人类生存发展所需的资源。
人类的繁衍、社会的发展都是环境对其不断投入物质、能量和状态的结果。 过去,人们较多注意的是环境资源的物质性方面,以及以物质为载体的能量 性方面,比如地球上的生物资源、土壤资源、水资源、矿产资源等。这些无 疑都是环境资源的重要组成部分,是人类社会生存发展所必需的。但近几十 年来,通过环境科学的深入研究,人们进一步认识到,除物质资源外,环境 资源的概念还应包括非物质性方面,即环境状态也是一种资源。不同的环境 状态,对人类社会的生存发展将会提供不同的支持。这里所说的不同支持, 既有方向的不同,也有大小的不同。比如说,同样是海滨地区,有的有利于

发展滩涂养殖,有的则利于发展港口运输。同样是内陆地区,有的利于发展 旅游,有的则利于发展工业;有的利于发展市镇,有的则利于发展疗养地等。 总之,环境状态因其对人类社会发展提供的条件不同,从而将影响到人类对 生存方式和发展方向的选择,所以说它也是一种资源。
  环境,包括其组成要素和整体状态,都是人类社会生存发展不可脱离的 依托条件和限制条件。也就是说,环境和人类社会生存发展的需要之间客观 存在着一定的特定关系。因此,环境是有价值的。环境的资源性和价值性是 环境在功能域上的特性。
  环境价值可归纳为环境对人类的生存价值即满足人类生存(衣、食、住、 行等)基本需要,由环境提供人类的生活资料和生产资料;发展价值是指在 满足生活需要的基础上进一步发展生产力,不断提高人类生活水平,环境所 满足的程度;生态价值为人类健康生活、更好地生存与发展提供良好的生态 环境条件;文化价值满足人类精神文明的需要。
  环境具有的整体性与区域性、变动性与稳定性、资源性与价值性特性, 都是由于环境是一个系统所决定的。环境是一个系统,是因为组成环境的各 个要素以及各个组成部分之间有着稳定的有机联系,并存在能流、物流和信 息流。环境结构是环境系统的内在表示,环境状态是环境系统的外在表示。 环境结构是指环境系统中各组成部分间数量的比例关系、空间位置的配置关 系以及联系的内容和方式。通俗地说,环境结构表示的是环境要素是怎样结 成一个整体的。所谓不同的环境,实质上指的是它们有不同结构。环境状态 是环境结构运动和变化的外在表现。若环境结构不同,环境状态就不同;若 环境结构运动和变化,则环境状态也会发生变化。
五、森林环境
  森林环境是人类自然环境中生物环境的重要组成部分,是地球生物圈中 的重要成分,也是地球陆地生态系统的主体。森林是由其组成成分——生物
(包括乔木、灌木、草本植物、地被植物及多种多样动物和微生物等)与它
周围环境(包括土壤、大气、气候、水分、岩石、阳光、温度等各种非生物 环境条件)——相互作用形成的统一体。因此,森林是一个占据一定地域的、 生物与环境相互作用的、具有能量转换、物质循环代谢和信息传递功能的生 态系统。
作为人类环境的森林或森林生态系统,从环境学的角度,我们把它也称
为森林环境。森林或森林环境既是人类生存和发展的基础、不可缺少的环境 条件,又是人类开发利用的对象。
  森林环境是以森林生物为主体与一定地理条件结合而形成的具有一定特 性和发挥独特作用的地域空间。森林环境除了具有环境的一般特性外,还具 有以下明显特点:
(一)森林环境的整体性 组成森林环境的各要素都有自己的发生发展规律,但它们作为森林环境
的有机组成部分而结合在一起时,就形成了相互依存,相互制约,密不可分 的整体。在整体中,一种要素的改变都必将引起其他要素的相应变化,甚至 导致从一种生态环境过渡到另一种生态环境。
  森林环境是一个多资源的整体系统,每种资源都与系统整体密切相关, 它通过能量流动、养分和水分循环、信息传递影响系统内的其他构成。因此, 对森林环境的研究、保护和开发利用都必须从其整体性出发。忽视森林环境
  
的整体性特点,就会造成森林环境的破坏。
(二)森林环境的多样性 森林环境具有多种生物(包括各种乔、灌、草本植物,多种动物,多种
昆虫和微生物)。这些生物生长在不同气候、土壤等地理环境条件下,形成 一个密不可分的综合体。它蕴育着多种资源,具有多种用途和多种功能。不 仅为林业,而且为农业、工业、医药卫生、旅游、交通、邮电等各个国民经 济部门服务,范围极为广泛。
  森林环境具有生物多样性、景观多样性、环境多样性、人文多样性和生 产利用多样性。森林环境结构复杂、层次繁多,生态、社会、经济功能强大, 从多方面多角度显示了它的多宜性。人类活动只有掌握这种特性,通过多因 素、多变量的系统分析,进行最佳的保护和利用选择,才可高效地发挥森林 环境的潜力。
(三)森林环境的时空性 森林环境是特定的时空产物。不同时间和空间结合形成不同功能、不同
结构和类型的森林环境。森林环境的时空变化极为明显。不同的地理位置和 条件会形成不同的森林环境;同一地理位置的不同海拔高度、不同土壤立地 条件也会形成不同的森林环境。在森林环境形成和发展过程中,不同的时间, 森林环境也会有差异。因此,必须根据森林环境的时空性特点对其保护和利 用,否则就会造成失误。
(四)森林环境的有限性
  森林环境是在一定的光、热、水、气条件下形成的。在地球上它的分布 地区是有限制的,例如南北两极、高山和雪原、干旱和荒漠地区以及一切不 具备森林生长的地区都不可能有森林。因此,在地球上森林环境是有限的。 从古至今,由于人类的破坏,使现存于地球上的森林已经很少了。森林资源 既是可再生资源,也是可耗竭资源,其负荷能力是有一定限度的。人类对森 林资源的开发利用,如果超过了它所能负荷的极限,必然会破坏它原有系统 的平衡,甚至可能导致资源因消耗过度而枯竭,造成森林环境的破坏和消失。 森林环境的有限性要求我们科学地认识森林环境破坏和耗竭的条件,掌
握它的负荷极限,只有这样,才能对其有效地保护和持续利用。
(五)森林环境的可塑性 森林环境受到有利因素影响时,它的发展及其效益性能都会改善;反之
则否。森林环境有一定可塑性,它像其他生态系统一样,有一定弹性,有一
定阈值,有一系列反馈作用,对外部干扰能进行内部结构和功能的调整,以 保持系统的稳定和平衡,这就是生态系统的自我调节能力。我们把森林这个 复杂的生态系统的自我调节能力称之为森林环境的可塑性。森林环境的可塑 性是有一定限度的,超过了它的阈值,可塑性就失去了,就会导致森林环境 的破坏。人类利用森林环境的可塑性,就是要对森林环境进行定向改造和培 育,使其系统结构的功能更佳,更有利于人类。
(六)森林环境的公益性 森林环境是自然界最重要的生物库、能源库、基因库、二氧化碳储存库、
氧气生成库、绿色水库、天然抗污染的净化器,对自然环境的大气圈、水圈、 土壤岩石圈和生物圈都具有极其重要的良好作用。因此,著名的德国学者盖 格尔(R.Gei-ger)把森林对人类及人类环境的良好作用称为森林的福利作 用,它造福人类,具有公益性特点。森林环境是人类生存环境不可缺少的组

成部分,也是建设人类更加美好生存环境中最积极、最可塑、最活跃的公益 性因素。
六、人类与森林环境
(一)森林环境在人类发展中的地位 森林或森林生态系统是陆地生态系统的主体。它不仅占有近 30%的陆地
面积,占有地球 60%以上的生物量,而且存在巨大的生态、经济和社会效益; 它不仅影响生物圈中各种各样生物的生存和发展,也影响和作用于非生物圈 即土壤岩石圈、水圈、大气圈,对它们产生一定的调控,起着维持地球生态 平衡的重要作用。因此,通过间接影响和作用于人类生物的、非生物的环境, 森林或森林环境对人类及人类生存环境有着巨大的影响。同时,森林也直接 对人类的生存和发展有着巨大的影响。人类产生于森林中,依托森林而发展, 也创造了巨大的生产力和灿烂文化。森林是国家强盛人民富裕的象征。没有 森林,就没有人类,更没有人类文明。由此可见,森林或森林环境是人类不 可缺少的,与人类关系极其密切的,也是非常重要的。
(二)森林环境在人类发展中的功能 森林或森林环境对人类及其生存环境的影响和作用,主要表现在以下方
面:
  1.森林的经济功能。森林不仅是人类的重要环境条件,也是人类可利用 的再生资源,它对人类有着重要的经济价值。森林的经济功能主要是可为人 类提供多种林产品,满足人类物质需要。例如,为人类提供多种用途的木材, 包括用于燃料、饲料等;提供多种食物,包括干鲜水果、森林蔬菜、食用菌、 木本粮油、饮料、食用动物等;提供多种工业原料,如烤胶、紫胶、香料、 染料、松香、毛皮等;提供多种药材,如人参、杜仲、黄柏等;提供多种工 艺品、艺术品加工所需的原材料,如根雕、盆景、木制艺术品及艺术画等。 总之,人类的衣、食、住、行、生产和生活都离不开森林及其提供的多种林 产品。有些林产品甚至对人类生活及生产资源,具有不可替代性。全世界森
林每年提供的林产品多种多样,仅提供木材一项就超过(23×108)m3。因此, 森林是人类重要的生活和生产资源。
2.森林的生态功能。森林作为人类环境条件之一,除了直接影响人类的
生产和生活外,也能通过影响人类的其他环境条件(这里主要是指自然环境 条件)来影响人类。森林的生态功能,实际上是指森林对人类环境的功能。 主要有以下几方面:
第一,森林对大气圈的影响。森林植物通过光合作用吸收大气中的二氧
化碳(CO2),放出氧气(O2);通过呼吸作用放出 CO2,吸收 O2。一昼夜中
吸收与放出 CO2 之比为 3∶2,因而使 CO2 中所含碳素在植物体内聚集而形成
生物量的积累。据资料报导,1hm2 森林每天可吸收 1tCO2,放出 0.73tO2。全
球森林每年能使约(550×108)tCO2 转变成木材,同时大约可放出(400×108) tO2。全世界森林吸收 CO2 并放出的 O2 超过世界人口呼吸所需 O2 的近 10 倍。 通过吸收 CO2,放出 O2,森林植物可影响大气中 O2、CO2 的循环和平衡。没有 绿色植物和森林的造氧作用和汇集 CO2 的作用,大气圈的组成成分不可能保 持稳定,而是越来越不适宜人类和其他生物的生存与繁衍,从而使人类和其 他生物从地球上消失。因此,作为大气圈 CO2 之汇和 O2 的制造者,森林对维

持大气圈的平衡有着重要作用。实践证明,森林对 CO2 的影响,可使温室效 应减缓,对防止地球气候变暖能起一定的遏制作用。
地球上各种类型的森林植物,还能对人工排放到大气圈的各种污染物,
起到一定的过滤和净化作用。森林能分泌一些杀菌素、负离子和芳香化合物, 对大气进行消毒,使空气清新,从而改善人类的大气生活环境质量。
  森林对大气圈的影响,还表现在森林能在一定范围内起到调节局地或区 域气候的作用。森林的存在可形成一种比较湿润、舒适、变化较缓和的与海 洋性气候类似的森林气候特征。当森林破坏后,气候则变得严酷,带有更重 的大陆性气候的色彩。
  森林还能减轻来自大气圈的灾害,如森林可减低风速,防止风害和干旱 风的形成,预防冷害及霜冻,减少雹灾形成,阻挡沙尘暴等。
  第二,森林对水圈的影响。水是地球上包括人类在内的一切生命所不可 缺少的。森林通过对水分循环、水质和防止水旱灾害等作用来影响水圈,从 而对人类及其环境产生影响。
  森林通过森林植物蒸腾、林地蒸发和森林植物截持降水的蒸发等将水分 大量地蒸散到大气中。森林蒸散比无林地的蒸发量要大得多,一般要大 20
%~30%。由于林区森林蒸散量大,使其上空空气湿度增大,对陆地水分循 环会产生一些影响。以热带雨林为例,每公顷热带雨林每年大约蒸腾 7 500t
水。据估计,全球森林的蒸腾量每年约为(48×1012)t 水,并消耗热量 1023J。 这些水对陆地水分循环可产生作用,并会使陆地降水量有所增加。
森林具有涵养水源的功能。大量水文资料证明:当森林遭到破坏后,河
川水的枯洪变幅便会增大。以四川大邑县斜江河为例,1957 年前上游森林茂 密,洪峰期最大流量为 295m3/s,枯水最小流量为 0.83m3/s;1958 年后森林 遭破坏;1979 年洪峰最大流量为 763m3/s,枯水期最小流量为 0.25m3/s。可
见,森林能减低洪峰流量,增加枯水期流量,并调节河川流量,起到既能防
止洪涝灾害,又可减轻旱灾的双重作用。森林之所以能起涵养水源的作用, 主要是因为林地具有大量枯枝落叶和腐殖质,以及林地土壤疏松、吸水和保 水能力强。降雨时,尤其是降暴雨时林地能够大量吸水。据在重庆对常绿阔 叶林下土壤吸水力的测定,一般可持日最大降水量为 140~230mm 以上。林地 土壤对多余水分的排出历时平均比非林地延长 5~10 倍。据黄河水利委员会 对甘肃子午岭林区的观测,森林能拦蓄暴雨径流平均达 70%,最高达 90%, 削减洪峰流量在 60%以上,基本能消除猛涨猛落的洪水灾害。
森林还能起到净化水质的作用。由于森林中物种复杂,林地土壤疏松,
形成了多层结构,从森林中流出的水,经过多层次筛漏和吸附过滤,可以起 到净化水质的作用。因而从林中流出的水,如无严重污染物的侵害,水质应 是比较好的。
  第三,森林对土壤岩石圈的影响。森林对土壤岩石圈的影响,主要表现 在森林具有改良土壤、固土、防治荒漠化,保护耕地,防止水蚀和风蚀等方 面的作用。
  土壤是人类赖以生存的物质基础,是人类环境的基本要素,是农业生产 的最基本资源。我国是世界上水土流失最严重的国家之一,土壤侵蚀遍布全 国,而且成因复杂,强度高,危害严重。土壤侵蚀按其成因主要有水蚀、风 蚀、冻融侵蚀等。据水利部遥感中心 1990 年调查统计,全国土壤侵蚀面积达
(492×104)km2,占国土面积的 51%,其中,水蚀面积占(179×104)km2,

风蚀占(188×104)km2,冻融蚀占(125×104)km2。土壤侵蚀虽然是多种因 素综合作用的结果,但人为地破坏森林和植被是造成水蚀和风蚀的重要原因 之一。
  森林和植被以其地上多层次结构和地下发达的根系,可以大大减少降雨 势能对土壤的冲刷,并起固土作用,防止风蚀和水蚀。
  森林和植被有着明显的防风固沙,防止荒漠化的作用。此外,森林还能 在一定程度上起改良土壤的作用。这是因为森林能使土壤理化性质改善,如 增加土壤有机质,形成团粒结构,增加土壤孔隙度,提高土壤渗透能力和吸 附能力,提高土壤中氮(N)、磷(P)、钾(K)含量及各种微量元素含量。 第四,森林对生物圈的影响。森林是陆地生态系统中最丰富的类型,在 生物圈中占有重要的位置。森林生态系统具有最复杂的时空结构,既有较强 的反馈调节能力,又有较强的弹性和稳定性,还是巨大的陆地生物基因库。 全世界 500 万~1000 万种生物中有半数以上的生物都栖息或生长在森林之 中,仅热带雨林中就有 200 万~400 万个物种。森林生态系统还具有最高的 生物量和生物生长量,是陆地生物光合产量的主体。森林平均单位面积的生 物量约高于草原的 20 倍,年净生产量高于草原的 2~3 倍。森林年净生产量 占陆地生物的 60%。因此,森林是支撑陆地生物圈生存的主体,是人类除农
田、草原以外赖以生存的重要物质基础。
  陆地森林面积经过人类长期活动,已在逐渐减少,其中主要是热带林的 减少。由此引起世界物种多样性也急剧降低。进入 20 世纪以来,平均每天灭 绝一个物种,而一个物种的灭绝,常常导致 10~30 种生物的生存危机。目前, 全球濒危灭绝的有花植物约为 1 万种,动物为 1000 余种,大部分分布于热带。 预计到 21 世纪初,现有的热带雨林将有一半要消失,估计将有 50 万~100 万个物种会灭绝。因此,保护森林就是保护生物多样性,就是维持生物圈的 平衡;破坏森林生态系统,就会使生物圈的存在受到威胁,从而影响人类的 生存。
第五,森林对全球生态平衡的影响。森林是全球陆地最大的生态系统,
在生物圈中扮演着重要的角色,它对生物圈中水分循环、碳氧及其他气体的 循环、土壤中各种元素的生物地球化学循环以及太阳能的光合利用等都有着 影响,起着重要的作用。森林的减少,必将影响地球生物圈及生物圈的环境
(包括大气圈、水圈和土壤岩石圈),从而影响着地球的生态平衡,影响到
人类的生存。森林是全球环境问题的核心。
  3.森林的社会文化功能。以森林为原料,在社会上形成了各种产业,为 人们提供了大量的就业机会,同时对发展经济,满足人们的多种需要,推动 社会的发展和进步也起着一定的作用。
  森林对人类的卫生保健也有作用。由森林所形成的森林小气候条件对人 的身体有着良好的影响,例如森林里的光线柔和,空气湿润,温度变化小, 平静无风,以及花、果的芳香和鸟鸣的悦耳,不仅直接作用于人的视觉、听 觉、嗅觉,而且使人精神放松,增进人体健康。
  森林具有吸尘作用。由于结构复杂,树叶表面不平,多绒毛,有的能分 泌粘性油脂及汁液,森林能吸附大量飘尘。据测定,每公顷松林每年可滞留
36.4t 灰尘,云杉则为 32t。绿化地的吸尘效果非常明显,减尘率可达 37%~
60%。有些树木还具有吸毒、减低空气污染的作用。据测定,松林每天可从
1m3 空气中吸收 20mg 二氧化硫(SO2),1hm2 柳杉林每年可吸收 720kgSO2。橘

树叶可含氟 1.38×10-4 而不受害,泡桐、女贞、大叶黄杨、梧桐等树种吸氟 和抗氟能力较强。
  许多森林植物能放出大量杀菌素。杀菌素不仅能消灭单细胞微生物、细 菌、真菌和原生动物,而且对多细胞动物(如昆虫、壁虱等)有毒害作用。 例如 0.1g 磨碎的稠李冬芽,能在 1s 内杀死苍蝇。松属、圆柏属、云杉属、
桦木、山杨、橡树、稠李、桉树等都能分泌杀菌素。有人计算过 1hm2 柏树林 一昼夜可分泌 50kg 植物杀菌素,可杀死各种疾病(如结核、霍乱、痢疾、伤
寒、白喉等)的病原菌。有人统计过,森林内 1m3 空气中只有 300~400 个细 菌,而林外则有 3 万~4 万个细菌,在城市的空气中则更多。此外,森林里 空气中负离子含量较多,对人体健康有益。
  森林能减低噪声,一般 40m 宽的林带,可减低噪声 10~15dB。长期处于 严重噪声污染的环境下,会使人烦燥不安,工作能力下降,甚至影响人的听 力。因此,建造林带可以隔音,抗噪声污染。森林还具有抗辐射、阻碍污染 光的传播的作用。
  森林还具有文化功能。森林是一本天然的百科全书。进入森林,我们可 以学习自然,了解自然,增长自然方面的知识,欣赏各种天然景观,提高文 化素养,热爱大自然。森林也是人们旅游、爬山、远足,甚至探险的场所。 总之,森林具有多种功能、多种效益,是保障地球环境安全和人类生存
的重要因素。
七、森林环境面临的主要问题
  森林环境对人类生存环境有重要的作用。但是,由于长期以来对环境工 作的忽视,对森林环境重要性认识不足,加之经济发展和人口增长的影响, 全球森林环境问题已十分严峻。森林环境面临的主要问题可概括为:
(一)森林面积锐减
  全球森林面积从人类文明初期的(80×108) hm2,已减少到(28×108) hm2。现在,世界森林正以每年减少(15~20)×106hm2 速度进行着,而造林 面积不到毁林面积的 1/10。美国政府在《2000 年的地球》一书预测,到 2000 年森林面积将下降到陆地面积的 1/6,2020 年则降为 1/7。据《1990—1991 年世界资源》介绍,部分热带国家的郁闭林因滥伐造成年消失率为 0.8%~
7.6%,比过去加快了一倍以上。 造成森林面积锐减的主要原因是农用地开垦、森林资源大规模开发利用
(含木材和薪材)、森林灾害(尤其是火灾)和工业污染所造成的森林死亡。
(二)森林质量下降 全球不仅森林面积减少,而且质量在下降。目前,全球郁闭林的立木总
蓄积量为(3040×108)m3,年生长量为 1010m3 左右。生长量与消耗量之差, 年森林赤字达(10~15)×108m3,成熟林、过熟林的蓄积量逐年下降。世界
林地面积中仅有 10%的立木生长饱满,可以获得相当于它们潜在生产能力一
半的木材。由于立木蓄积量的耗竭,林地侵蚀和立地条件退化,致使世界林 地的收获量不足其最大生产潜力的 20%。加之林地减少,可采资源减少,大 径木减少,珍贵树种减少,进一步加速了森林和森林环境质量的下降。
(三)森林生物多样性减少 森林生物多样性包括物种多样性、遗传多样性和生态系统多样性。物种
多样性是生物多样性的基础。现在每天灭绝一个物种,到 20 世纪末和 21 世 纪初将每小时灭绝一个物种。由于热带雨林的大量减少,造成了物种迅速消

失。因为,只占有陆地面积 7%的热带雨林,却拥有世界 50%以上的物种。物 种多样性的减少,使森林的遗传多样性和生态系统多样性随之减少。
(四)森林的生态环境功能减退 森林面积减少、质量下降、物种消失以及其他环境问题对森林的侵害,
导致了森林功能的全面降低,特别是使森林的生态环境功能降低,如 CO2 固
定量减少,有害气体吸收能力降低,大气质量下降,土壤侵蚀和退化加剧, 水旱灾害频繁,水资源紧缺、荒漠化进程加快,温室效应更加明显等。

第二节 森林环境学的概念

一、环境科学
  环境科学是一门新兴学科。环境科学是研究人类与环境关系的科学,是 集自然科学、技术科学和社会科学为一体的综合性科学。
  人类与环境的关系是辩证统一的。首先,人类要生存发展,就要从环境 中不断索取各种物质资源、能量和信息;其次,人类通过消费活动将不同形 式的废物排入环境。在这一过程中,人类自身不断增殖和发展(包括社会的 生产、科技、文化艺术等),反过来又要强化对环境的影响。而这种影响最 终改变着环境,反过来又作用于人类。人类为了谋求持续的生存和发展,就 必须研究这些影响,以便提出对策,使环境处于良好状态,供人类永恒地生 息和发展。这就是环境科学的任务。在环境科学中,人和社会因素占有主导 地位。决定环境状况的因素是人而不是物,人是矛盾的主要方面。因此,环 境科学不仅要研究和认识环境中自然因素及其变化规律,而且要认识和了解 社会经济因素、技术因素与规律以及人和环境的关系。由此,我们也可将环 境学定义为研究人类社会发展活动与环境演化规律之间相互作用关系的学 科,并通过调整人类的思想、观念继而控制人类的社会行为,寻求人类社会 与环境的协调发展和持续发展。它以研究环境建设,寻求社会、经济与环境 协调发展途径为中心,以争取人类社会与自然界的和谐为目标。
二、森林环境学
(一)森林环境学的概念 森林环境学是环境科学的分支学科,属于基础环境学中环境生态学的范
畴,是环境林学的重要组成部分。森林环境学是以人类与森林环境的特殊矛
盾为研究对象,应用环境学、林学、生态学、经济学、土壤学、气象学、生 物学、工程学等多学科理论,研究森林环境的发生、发展和演替规律,人类 活动对森林环境的组成、结构、性质和功能的影响及对森林环境质量的影响, 为预测、调控、管理、利用和改造森林环境服务,为使人类与森林环境协调 发展服务。
(二)森林环境学的研究内容
1.森林环境与人类的关系。
2.森林环境要素及其变化规律。
3.各种森林环境问题的发生、发展及演变规律。
4.森林环境问题的预防和防治措施。
5.森林环境的保护与开发利用。
6.森林环境监测与评价。
7.森林环境的规划。
8.森林环境的管理。
9.森林环境的可持续发展。

第三节 森林环境学与其他学科的关系


  森林环境学是环境科学的分支学科,是在环境科学产生和发展中逐步形 成的。由于环境科学的产生以生态学为基础,因此森林环境学与生态学特别 是森林生态学有着非常密切的关系。我们知道,环境学是以人类为中心,以 研究人与环境矛盾为对象,是研究人类与环境关系的科学;生态学是以生物 为中心,以研究生物与环境矛盾为对象,是研究生物与环境关系的科学。因 此,环境学也可称为人类社会生态学,生态学也可称为生物生态学。只是前 者比后者的范围更加广泛,它不仅涉及自然因素,也在一定程度上涉及经济、 技术和社会因素。所以生态学对环境学的产生和发展起着基础和极其重要的 作用。森林环境学与森林生态学的关系也是如此。森林生态学是森林环境学 的基础,它们之间有着密切的关系。环境学、森林生态学、森林环境学的关 系可用图 0—1 说明。
由图 0—1 可见,森林作为人类环境的组成部分可直接影响人类,其他环 境除直接影响人类外,也可通过影响森林环境而间接影响人类;反之,人类 除可直接影响森林环境外,也可通过影响其他环境间接地影响森林环境。因 此,森林环境学除研究森林环境与人类直接的关系外,也要研究它们之间的 间接关系,这样,森林生态学在森林环境学中占有的地位就是十分明显了, 它是森林环境学的重要基础。













  此外,由于森林环境是一个系统,它与系统理论、物理学、化学、土壤 学、气象学、生物学等许多学科都发生交叉。由于森林环境问题具有综合性, 它除与自然科学有关系外,还与社会科学(包括政治、经济、法律、管理等) 相关,同时还涉及各种工业、农业、交通等技术学科,甚至涉及文化和艺术。 学习森林环境学,也如同学习环境学一样,需要有多学科的知识,在学
科综合和交叉中,掌握森林环境学。

第四节 森林环境学的生态学基础


  生态学是研究生物与环境之间相互关系的科学,而环境学则以人类为中 心,把人类生活与环境的相互影响作为一个整体来研究,从而和社会科学发 生密切关系。由此可见,生态学与环境学有很多共同之处。生态学的基本原 理同样可以应用于环境学,并作为环境学的基本理论来研究人类生存、发展 与环境的相互关系。森林生态学与森林环境学二者之间的关系亦是如此。
一、生态系统
  一个生物物种在一定地域内所有个体的总和在生态学中称为种群;在一 定自然区域中许多不同种的生物总和称为群落;任何一个群落与其周围环境 的统一体就是生态系统。生态系统就是指一定地域内生存的一个生物群落与 环境相互作用的,具有能量转换、物质循环代谢和信息传递功能的统一体。 例如,森林就是一个具有统一功能的综合体。森林中有乔木、灌木、草本植 物、地被植物,还有多种多样的动物和微生物,它的环境条件包括阳光、空 气、水分、土壤、温度等。它们之间相互作用,这样,由许多物种组成的森 林生物群落与环境构成的森林,就是生态系统。因此,生态系统就是生命系 统和环境系统在特定空间的组合。人是生物圈中生命系统的一员,人与生态 系统有着密切的关系。生态系统的范围可大可小,大至整个生物圈(因此生 物圈又称为生态圈,整个海洋、大陆也可以是一个生态系统),小至一个池 塘、一片农田。在一个复杂的大生态系统中又包含无数小的生态系统。目前 人类所生活的生物圈内有无数大小不同的生态系统。从广义上说,城市、矿 山、工厂等也是一种人为的生态系统。一个生态系统可以和周围的其他生态 系统组成一个更大的生态系统,成为较高一级系统的组成部分,而它本身还 可分为许多子系统。例如:某个森林生态系统,它的土壤中生物与其土壤环 境就是一个子系统。这个子系统中还可分为更下一级的系统,例如其中某类 型土壤与其土壤生物就可以作为一个更小的子系统。
任何一个生态系统都由生物和非生物环境两大部分组成。生物部分又可
分为生产者、消费者和分解者,这三者构成生物群落。生态系统各组成成分 之间相互关系如图 0—2 所示。




















  生态系统的生产者主要是指绿色植物和少数自营生活的菌类。绿色植物 通过光合作用合成有机物质,并把太阳能转变为化学能贮存在有机物质中。
  
这些有机物质是生态系统中其他生物生命活动的食物和能源。生产者是生态 系统中营养结构的基础,决定着生态系统生产的高低,是生态系统中最主要 的组成成分。
  生态系统的消费者是直接或间接利用绿色植物所制造的有机物质作为食 物和能源的异养生物,包括各种动物、寄生和腐生的菌类,也包括人类本身。 根据食性不同,有草食动物、肉食动物、寄生动物和腐食动植物等。它们在 生态系统中只能消费不能生产。人类是以许多动植物为取食对象的,是最高 级的消费者,同时人类又是不同于自养生物进行生产的最高级生产者。
  生态系统中的分解者主要是指微生物(包括部分真菌和细菌)。它使生 物体分解成无机物质。转变者也是细菌,它将分解后的无机物转变为可供植 物利用的养分。分解者和转变者又称还原者,它们对环境净化起着十分重要 的作用。
  生态系统的非生物环境包括阳光、空气、水分、温度、土壤等自然因素。 它们为生物的生存提供必要的空间、能量和物质条件,是生态系统正常运转 的物质和能量基础。
  生态系统根据其形成的原动力和影响力,可分为自然生态系统、半自然 生态系统和人工生态系统。自然生态系统很少受人为干预。它依靠生物和环 境自身的调节能力来维持其相对的稳定,如原始森林。人工生态系统是受人 类强烈干预的或是人工建造的生态系统,如城市、工厂、宇宙飞船等。介于 二者之间的为半自然生态系统,如人工森林、农田、养殖湖泊等。根据其环 境性质,可将生态系统分为陆地生态系统和水生生态系统。陆地生态系统又 可分为森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统等。水生生态系统可分 为淡水生态系统和海洋生态系统。
二、生态系统的结构和功能
(一)生态系统的结构 生态系统的结构是指生态系统中各组成部分之间数量的比例关系、空间
位置的配置关系以及相互联系的内容和方式。这就是说,生态系统中各个组
成部分之间绝不是毫无关系的堆积,而是组成相互关系和相互联系的统一整 体。这些联系和关系的总和或这些联系和关系的网络便构成了生态系统的结 构。任何生态系统的结构都可分为:
1.时空结构。生态系统中各组成部分之间在空间上的规模、尺度、分布、
排列以及相位关系的总和,便构成了生态系统的空间结构。例如:在森林生 态系统中,乔木占据上层空间,灌木占据下层空间;鸟类在林冠上层,兽类 在林地上;昆虫有的在林上,有的在林下,有的则在土壤中。不同生物占据 不同的空间,这就是空间结构。时间结构是指由于时间变化而产生的结构波 动。例如:随着时间的变化,森林在幼年、中年及老年期的结构是有变化的。 又如,一年四季中森林的结构也有波动,春季发芽,冬季落叶,昆虫和鸟类 迁移等。
  2.数量关系结构。生态系统中组成成分之间存在一定的数量关系,如排 列组合关系、数量比例关系等。例如:森林生态系统中乔木、灌木和草本植 物都有不同的数量和比例关系,若无乔木则成为灌木林,单一树种为单纯林, 多树种为混交林等。
  3.组成成分之间相互作用的形成与结构。时空结构和数量结构,都是从 质上抽掉相互作用来看的结构,但在生态系统中最根本的却是组成成分间相
  
互作用的结构。例如:森林中上层乔木如果数量多,形成郁闭度大,那么下 层灌木就少;而下层灌木多,上层乔木就稀疏。由此可见森林生态系统中, 乔木与灌木的相互作用发生着密切联系。实际上生态系统中各组成成分间都 有着密切相互联系和相互作用和互相影响,这是造成生态系统成为整体的重 要原因。
  生态系统的结构决定了它的性状和功能。一定的结构是一定性状与功能 的内在基础,而一定的性状和功能是一定结构的外在表现。这就是结构功能 统一律,是一切物质系统包括生态系统的基本规律。
(二)生态系统的功能 生态系统的功能主要有能量流动、物质循环和信息传递三种。
  1.生态系统的能量流动。能量流动是生态系统的主要功能之一。没有能 量流动就没有生命,就没有生态系统。能量是生态系统的动力,是一切生命 活动的基础。
  生态系统最初的能量来源于太阳,绿色植物通过光合作用吸收和固定太 阳能,将太阳能变为化学能,这一方面满足自身生命活动的需要,另一方面 供给异养生物生命活动的需要。太阳能进入生态系统,并作为化学能,沿着 生态系统中生产者、消费者、分解者流动,这种生物与生物间、生物与环境 间能量传递和转换的过程,称为生态系统的能量流动。
生态系统中能量流动服从于热力学第一定律和第二定律。
  热力学第一定律是能量守恒定律,即能量不能自生自灭,它只能以严格 的当量比例,由一种形式转变为另一种形式。生态系统中能量形式的变换完 全符合这一定律。例如,绿色植物吸收太阳能后,即将光能转化为化学能, 而当绿色植物被草食动物采食后,将化学能转化为草食动物活动的机械能或 其他形式的能量,包括转变为热量的耗散,但能量总量是不变的。
热力学第二定律是一切过程都伴随能量的改变,在能量传递和转换过程
中,除一部分可以继续传递和作功的能量外(自由能),总有一部分不能继 续传递和作功,而以热的形式耗散,这部分能量使熵和无序性增加。在生态 系统中,当能量从一种形式转换为另一种形式时,转换效率绝不可能是 100
%。这是因为绿色植物对太阳光能的利用率很低,一般仅有 1%左右;绿色
植物所固定的能量也不可能全部被草食动物所利用,因为植物的根、枯落物 等不能被草食动物全部采食,即使在采食的食物中,也还有部分不被消化而 作为粪便排出体外。由于这一系列原因,草食动物一般仅能利用绿色植物所 含能量的 5%~20%。同样道理,肉食动物利用的能量也要小于草食动物的能 量。
  由此可见,生态系统中能量流动有两个特点,一是能量流动沿生产者和 各级消费者顺序逐步被减少(图 0—3)。二是能量流动是单一方向,不可逆 的。
  

  由图 0—3 可见,能量在流动过程中,一部分用于维持新陈代谢活动而被 消耗,一部分在呼吸中以热的形式散发到环境中,只有一小部分作功,用于 形成新组织或作为潜能贮存。由此可知,在生态系统中能量传递效率是较低 的,能流愈流愈细。一般来说,能量沿绿色植物向草食动物再向肉食动物逐 级流动,通常后者获得的能量大约只为前者所含能量的 10%即 1/10,故称为 “十分之一定律”。这种能量的逐级递减是生态系统中能量流动的一个显著 特点。
  上面曾提到,能量流动是单一方向,不可逆的。能量以光能状态进入生 态系统后,就不再以光能形式而是以热能形式逸散于环境中。被绿色植物截 取的光能,决不可能再返回到太阳中去;草食动物从绿色植物中所获得的能 量,也决不能再返回给绿色植物。所以,能量流动是单程的,非循环的,是 不可逆的。
生态系统中能量流动是以“食物链”和“食物网”为渠道来实现的。食
物链是生态系统中以食物营养为中心的生物之间食与被食的链索关系。食物 链上每一个环节,称为一个营养级。我们常说的“大鱼吃小鱼、小鱼吃虾米, 虾米吃河泥”就是这种食与被食的链索关系,而其中“大鱼”、“小鱼”、 “虾米”则是这个食物链上的不同环节,也称为营养级。在生态系统中,能 量是通过生物成分之间的食物关系,在食物链上从一个营养级到下一个营养 级逐渐向前流动着。不同的生态系统,食物链的长短不同,营养级数目也不 一样。一般海洋生态系统食物链较长,有 6~7 个营养级,陆地生态系统不超
过 4~5 级。人类干预下的生态系统如农田生态系统食物链只有 2~3 级(如
各类作物一人类是两个营养级的生态系统)。 我们可以利用食物链原理来保护植物,如以鸟治虫,以虫治虫,以菌治
虫。
  生态系统中食物链往往不是单一的,而是由许多食物链错综复杂地交错 在一起。一种植物可被不同种动物食用,家畜采食牧草,野鼠、野兔也吃牧 草;同一种动物可食不同种食物,如棕熊既吃动物也吃植物。所以在生态系 统中,各种生物取食关系错综复杂,使生态系统中各种食物链相互交叉、相 互联接,形成网络,称为“食物网”。
  食物网使生态系统中各种生物成分有着直接或间接的联系,因而增加了 生态系统的稳定性。食物网中某一条食物链发生障碍,便可能通过其他食物 链来调节或补偿。例如,草原上流行鼠疫而使野鼠大量死亡,以捕鼠为食的 猫头鹰并不因鼠类减少而发生食物危机。这是因为鼠类减少后,使草类生长 茂盛,从而为野兔的生长和繁育提供了良好条件,野兔数量开始增多,于是 猫头鹰把捕食目标转移到野兔身上了。
生态系统中,我们把食物链和食物网中每个营养级的有机体个体的数

量、能量及生物量,按营养级的顺序排列起来并绘成结构图,因所绘图形和 埃及金字塔相似,故把食物链和食物网的结构图称为“生态金字塔”(图 0
—4)。生态金字塔的形成是由于生态系统中能量流动是沿营养级逐级减少, 愈来愈细,这就导致前一个营养级的能量只能满足后一个营养级少数生物需 要。营养级愈高,生物数量愈少。由于生态系统中能量随营养级呈现金字塔 形,生物量和生物个体数量也必然呈金字塔形。因此,生态金字塔有三种类 别,即能量金字塔、数量金字塔和生物量金字塔。









  2.生态系统的物质循环。生态系统中,生物为了生存不仅需要能量,也 需要物质,没有物质满足有机体的生长发育需要,生命就会停止。
  生物有机体需要的化学元素有 40 多种,其中的氧(O)、氢(H)、碳(C)、 氮(N)为基本元素,占生物体全部原生质的 97%,它们与钙( Ca)、镁( Mg)、 磷(P)、钾(K)、硫(S)、钠(Na)等被称为大量元素,生物需要量较大。 铜(Cu)、锌(Zn)、硼(B)、锰(Mn)、钼(Mo)、钴(Co)、铁(Fe) 等被称为微量元素,这些元素在生命过程中需量虽小,但不可缺少。不论生 物需要量多或少,这些元素都是生命活动所必需的,是不可代替的。生物从 大气圈、水圈和土壤岩石圈中获得这些营养物质,这些营养物质沿着生物周 围环境进入生物体,又通过生物体被分解后回到周围环境之中,这样的途径 反复运动着,这种循环过程称为生物地球化学循环。
在生态系统中,各种化学元素在生物与非生物成分之中的滞留称为库,
这些元素在库与库之间的转移称为流。若干个库和流形成了生物地球化学循 环,也就是物质循环。根据物质循环路线和周期长短的不同,可将循环分为 生物小循环和地球化学大循环。
生物小循环是在一定地域内生物与周围环境(气、水、土等)之间进行
的物质周期性循环。主要通过生物对营养元素的吸收、留存和归还来实现。 这种循环是在一个具体范围内快速短周期的循环,是开放式的循环,它受地 球化学大循环所制约。
地球化学大循环是指环境中的元素经生物吸收进入有机体,然后以排泄
物或残体等形式返回环境,进入大气圈、水圈、土壤岩石圈及生物圈的循环。 它的范围大,周期长,影响面广。小循环与大循环相互联系,互相制约。小 循环置于大循环之中,大循环不能离开小循环,两者成为统一体并构成了生 物地球化学循环。
  生物地球化学循环是地球表面自然界物质运动的一种形式。有了这种物 质循环运动,资源才能更新,生命才能维持,系统才能发展。例如:生物呼 吸要消耗大量氧气,而空气中的氧气含量并无大的改变;动物每天要排泄大 量粪便,动植物死亡的残体也要留在地面,然而经过漫长的岁月后,这些粪 便、残体并未堆积如山。这正是由于生态系统存在着永续不断的物质循环, 人类才有良好的生存环境。
根据循环物质形态和贮存库不同又可分为气相循环和沉积循环。

  (1)气相循环气相循环的贮存库主要是大气圈和水圈。O2、CO2、H2O 等 都属于气相循环类型。参与循环的物质以气体形态通过大气进行扩散,然后 又被植物重新吸收利用。气相循环把大气和海洋联系起来,具有明显的全球 性循环的特点(图 0-5)。


对地球上的生命而言,水循环的意义巨大。因为一切生命都依赖于水而 存在,水是最好的溶剂。绝大多数物质都溶于水,然后随水进行流动,实现 了物质循环。另外,氮循环也属于气相循环(图 0-6)。























(2)沉积循环沉积循环的贮存库是土壤岩石圈。磷、钙、钾、钠等都属 于沉积循环类型。沉积循环主要经过岩石风化作用及沉积物本身的分解作 用,将贮存的物质转化成生态系统的生物成分,变为可利用的营养物质。这 种转变是很缓慢的。因此,它具有非全球性循环的特点(图 0-7)。

















  必须指出,物质循环与能量流动是在生物取食过程中同时发生的,二者 密不可分,相互伴随。食物是由各种元素组成的有机分子所构成的,而能量 就贮藏在食物的有机分子键内。当绿色植物进行光合作用时,能量与物质以 光合产物形式同时进入生态系统。各级消费者在取食过程中,能量和物质一 起在食物链上逐级转移。当食物中能量通过呼吸作用释放出来时,食物中有 机化合物就被分解,并以简单的物质形式释放到环境中。能量是单程的,而
  
物流则是循环的,可以反复利用的。
  3.生态系统的信息传递。在沟通生物群落内各种生物种群之间关系、生 物种群和环境之间关系方面,生态系统的信息传递起着重要作用。生态系统 的信息传递主要有营养信息、化学信息、物理信息和行为信息传递等。
  (1)营养信息传递 是生态系统中以食物链和食物网为代表的一种信息 传递。通过营养交换把信息从一个种群传到另一个种群。最简单的例子是, 在草原上羊与草这两个生物种群之间,当羊多时,草就相对少了;草少了反 过来又使羊减少。因此,从草的多少可以得到羊的饲料是否丰富的信息,以 及羊群数量的信息。
  (2)化学信息传递在生态系统中,有些生物的代谢产物(如性激素、生 长素等化学物质)进行的信息传递,也能影响生物种内及种间关系。有的相 互制约,有的则相互促进,有的相互吸引,有的则相互排斥。例如:蚂蚁爬 行留下的化学痕迹,是为了让其他蚂蚁跟随;许多哺乳动物(虎、狗、猫等) 以尿标记它们的领域;许多动物的雌性个体释放体外性激素招引种内雄性个 体等。
  (3)物理信息传递如鸟鸣、虫叫都可以传达安全、惊慌、恐吓、警告、 求偶、寻食等各种信息。
(4)行为信息传递有的动物在两个个体相遇时,常表现出有趣的行为方
式。这些方式可能是识别、威吓、挑战、优势或从属信号,或者是配对的预 兆等。这种信息表现在种内,但也可能为其他物种提供某种信息。
生态系统中能流、物流和信息流的传递,使生态系统生物和非生物成分
相互依赖、相互制约、环环相扣、相生相克形成网络状复杂关系的统一体, 从而使生态系统具一定适应性和相对稳定性。如果生态系统能流、物流和信 息流传递中任何一个环节出了问题,生态系统的稳定性就要受到影响。
三、生态平衡
(一)生态平衡的含义 在一定时间内,生态系统中生物与环境之间,生物各种群之间,通过能
流、物流、信息流的传递,达到了互相适应、协调和统一的状态,处于动态
的平衡之中,这种动态平衡称为生态平衡。生态系统中的各组成成分内部及 它们之间都处于不断运动和变化之中,使生态系统不断发展和变化,生物量 由少到多,食物链由简单到复杂,群落由一种演替为另一种类型等。因此, 生态系统不是静止的,总会因系统中某一部分发生改变而引起不平衡,然后 依靠生态系统的自我调节能力,使其进入新的平衡状态。正是这种从平衡到 不平衡,再从不平衡到平衡,循环往复,才推动了生态系统整体和各组成成 分的发展和变化。生态系统调节能力的大小,与生态系统组成成分的多样性 有关。成分越多样,结构越复杂,调节能力则越强。但是,生态系统的调节 能力再强,也有一定限度,超出了这个限度也就是生态学上所称的阈值,调 节就不起作用,生态平衡就会遭到破坏。如果现代人类的活动使自然环境剧 烈变化,或进入自然生态系统中的有害物质数量过多,超过自然生态系统调 节功能或生物与人类能够忍受的程度,那么就会破坏自然生态平衡,使人类 和生物都受到损害。
  在自然界有些生态系统虽然已处于生态平衡状态,但它的净生产量很 低,不能满足人类需要,这对人类来说并不总是有利的。因此,为了人类生 存和发展,就要改造这种不符合人类要求的生态系统,建立半人工生态系统
  
或人工生态系统。例如:与某些低产自然原始林生态系统相比,人工林生态 系统是很不稳定的,它们的平衡需要人类来维持,但却能比某种低质低产的 原始林提供更多的林产品。应该指出的是,生态平衡不只是某一个系统的稳 定与平衡,而是意味着多种生态系统的配合、协调和平衡,甚至是指全球各 种生态系统的稳定、协调和平衡。
(二)生态系统平衡的主要标志
  1.在生态系统中能量和物质的输入、输出必须相对平衡。输出多,输入 也相应增多,如果入不敷出,系统就会衰退。若输入多,输出少,则生态系 统有积累。人类从不同的生态系统中获取能量和物质,应给以相应的补偿, 只有这样才能使环境资源保持永续再生产。
  2.在整体上,生产者、消费者、分解者应构成完整的营养结构,否则食 物链断裂,就可导致生态系统衰退或破坏。
  3.生物种类和数目保持相对稳定。生物种类和数目减少,不仅失去了宝 贵的资源,而且削弱了生态系统的稳定性。
  比利时科学家普里高津称生态系统是具有有序结构的耗散结构。这种结 构是开放系统,在远离平衡的条件下,由于从外部输入能量,由原来无序混 乱状态变为一种在时间、空间和功能上有序的状态,这种有序状态需要不断 地与外界进行物质和能量交换来维持,并保持一定的稳定性,不因外界的微 小干扰而消失。生态系统就是具有耗散结构的开放系统,它有物质和能量从 外界输入,也从系统内向外输出物质和能量,只要不断有物质和能量的输入 和输出,仍可维持一种稳定状态。
保持生态平衡,促进人类与自然界协调发展,已成为当代亟待解决的重
要课题。
(三)生态系统的失衡原因 当今社会,随着生产力和科学技术的飞速发展,人口急剧增加,人类的
需求不断增长,人类活动引起自然界更加深刻的变化,造成巨大冲击,使自
然生态平衡遭到严重破坏。自然生态失调已成为全球性问题,直接威胁到人 类的生存和发展。生态平衡遭破坏的原因有自然因素也有人为因素。自然因 素主要是指自然界发生的异常变化如火山爆发、山崩海啸、水旱灾害、台风 等。人为因素主要是指人类对自然资源不合理开发利用以及工农业生产所带 来的环境污染等。生态系统失衡的原因主要有:
1.物种改变造成生态平衡的破坏。人类在改造自然的过程中,有意或无
意地使生态系统中某一物种消失或盲目向某一地区引进某一生物,结果造成 整个生态系统的破坏。例如:澳大利亚本没有兔,后来从欧洲引进了这一物 种作为肉用及生产皮毛。引进后由于当地无它的天敌,致使兔大量繁殖,繁
殖数量惊人,遍布田野。以 113km2/a 的速度扩展,该地区原来长满的青草和 灌木全被吃光,再不能放牧牛羊,田野一片光秃,土壤遭雨水侵蚀,生态平 衡遭破坏。澳大利亚政府曾鼓励人们大量捕杀,但不见效果,最后不得不引 进一种兔传染病,使兔大量死亡。这虽然一度控制了兔造成的生态危机,但 好景不长,一些兔因产生了抗体而幸存下来,导致兔继续大量繁殖。
  2.环境因子改变导致生态平衡的破坏。工农业生产的迅速发展,有意或 无意地使大量污染物进入环境,从而改变了生态系统的环境因素,影响整个 生态系统,甚至破坏生态平衡。例如化学和金属冶炼工业的发展,向大气中
排放大量 SO2、CO2、氮氧化物(NOx)及烟尘等有害物质,产生酸雨,危害森

林生态系统。欧洲有 50%的森林受到它的危害。又如由于制冷业发展,制冷 剂进入大气,造成臭氧层破坏。由于向大气中排放污染物气体 CO2、甲烷(CH4) 等,大气的温室效应增强,使地球气候变暖。所有这些环境因素的改变都会 造成生态系统的平衡改变,甚至破坏生态平衡。
  3.信息系统改变引起生态平衡破坏。生态系统信息通道堵塞,信息传递 受阻,就会引起生态系统改变,破坏生态平衡。例如某些昆虫的雌性个体能 分泌性激素以引诱雄虫交配。如果人类排放到环境中的污染物与这些性激素 发生化学反应,使性激素失去引诱雄虫的作用,昆虫的繁殖就会受到影响, 种群数量就会减少,甚至消失。总之,只要污染物质破坏了生态系统中的信 息传递,就会破坏生态平衡。
  当今全球自然生态平衡的破坏,主要表现为森林锐减、草原退化、土地 荒漠化、水土流失严重、动植物资源及生物多样性减少等。
四、生态学的一般规律
  生态学的一般规律对于掌握森林环境学,做好环境保护工作,促进工农 业生产,搞好各项建设及完成各种大型工程任务都具有指导意义。生态学的 一般规律可归纳为:
(一)相互依存与相互制约规律 生态系统中生物与生物、生物和环境相互依存、相互制约,具有和谐协
调关系,是构成生态系统或生物群落的基础。这种协调关系主要分为两类:
  1.普遍的依存与制约关系,亦称“物物相关规律”。有相同生理生态特 征的生物,占据与之相适应的小生境,构成生物群落或生态系统。系统中不 仅同种生物,而且异种生物即系统内不同种生物都是相互依存、相互制约的; 不同群落或系统之间,也同样存在相互依存和制约的关系,也可以说是彼此 影响。这种影响有的是直接的,有的是间接的,有的是立即表现出来的,有 的则需滞后一段时间再表现出来。总之,生物间相互依存与相互制约的关系, 无论是在动物、植物、微生物中,或在它们之间,都是普遍存在的。因此, 在生产建设中,特别是排放废弃物、施用化肥农药、采伐森林、开垦荒地、 猎捕动物、修建大型水利工程及其他重要建设项目时,务必注意调查研究, 注意诸事物间及其与环境的关系,统筹兼顾,通盘考虑,做出科学、合理、 不破坏环境的部署和安排。
2.通过“食物”而相互联系与制约的协调关系,亦称“相生相克规律”。
具体的形式是通过食物链和食物网。每种生物在食物链和食物网中都占有一 定位置,并有特定的作用。各生物种之间相互依赖、彼此制约、协同进化。 被捕食者为捕食者提供生存条件,又为捕食者所控制,而捕食者同时也受制 于被食者,彼此相生相克,使整个系统处于协调状态,成为一体。或者说, 系统中各种生物个体都保持一定数量,它们的大小、数量都存在一定的比例 关系。生物间的相生相克作用,使生物保持数量上的相对稳定,这是生态平 衡的重要方面。
(二)物质循环与再生规律 生态系统中植物、动物、微生物和非生物成分,借助能流,不断从自然
界摄入物质并合成新物质,另一方面又随时分解成为原来的简单物质(即所 谓“再生”),重新被植物吸收,进行着不停的物质循环。因此,要严禁有 毒物质进入生态系统,以免有毒物质经过多次循环后富集到危害人类的程 度。由于流经自然生态系统中的能量是单向的,不可逆的,也是无法回收利

用的,为充分利用能量,必须设计出能量利用率高的人工系统或半人工系统, 这在农林业生产中是有实际意义的。
(三)物质输入与输出动态平衡规律 物质输入与输出平衡又称协调稳定规律。它涉及生物、环境和生态系统
三个方面。一个不受人类干扰的生态系统,生物与环境间的输入与输出是相 互对立的,生物个体进行输入时,环境必然进行输出,反之亦然。
  生物体一方面从周围环境摄取物质,另一方面又向环境排放物质,以补 偿环境损失。对于一个稳定的生态系统,无论对生物、对环境、对生态系统, 物质输入与输出总是相平衡的。当生物体的输入不足时,例如农田肥料不足, 农作物生长就不好,产量下降。同样,如果输入污染物,如重金属、难降解 的农药及塑料等,生物吸收虽然少,暂时看不出影响,但它也会因积累而危 害农作物。
  另外,对环境而言,如果营养物质输入过多环境自身吸收不了,就会打 破原来输入输出的平衡,出现富营养化现象,最终势必破坏原来的生态系统。
(四)相互适应与补偿的协同进化规律 生物与环境之间存在作用与反作用过程。生物给环境以影响,反过来环
境也会影响生物。例如:最初生长在岩石表面的地衣,由于没有土壤可供着 “根”,获得的水分和营养元素就十分少。但是地衣生长过程中的分泌物和 地衣残体的分解,不但把水和营养元素归还给环境,而且还生成不同性质的 物质,促进了岩石风化。这样,环境保存水分的能力增强,可提供的营养元 素也多了,为高一级植物苔藓生长创造了条件。如此下去,以后在这一环境 中便逐渐出现了草本植物、灌木和乔木。这就是生物与环境相互适应和补偿 的结果,形成了协同进化。协同进化规律使生物从无到有,从低级到高级发 展,而环境由光秃秃的岩石,向有相当厚度的土壤变化,并向适于高等植物 和各种动物生存的环境演变。如果因某种原因破坏了生物与环境相互适应与 补偿的关系,例如某种生物过度繁殖,环境就会因物质供应不及而造成生物 的饥饿死亡,反之亦然。
(五)环境资源的有效极限规律
  生态系统中,生物赖以生存的各种环境资源在质量、数量、空间和时间 等方面,都有其一定的限度,不能无限制地供给,因而其生物生产力通常都 有一个大致的上限,也因此,每个生态系统都有对任何外来干扰的一定的忍 耐极限。当外来干扰超过此极限时,生态系统就会被损伤、破坏,甚至瓦解。 所以,放牧不能超过草场承载量;采伐森林、捕鱼、狩猎、采集药材等都不 应超过使资源永续利用的产量;保护某一物种就必须有足够供它生存和繁殖 的空间。
  以上讨论的五条生态学规律,也是生态平衡的基础。生态系统的结构与 功能以及生态平衡,与人类当今面临的人口、食物、能源、自然资源和环境 保护五大环境问题紧密相关(图 0—8)。
五、生态平衡的保持
保护生态平衡,促进人类与自然的协调发展,已成为全世界各国的共识。


  人类与自然界及生态系统的关系是一种平衡和协调发展的关系。人类是 一个受自然约束的生物种,也是一个独一无二的种,与自然环境有密切关系。 人类的生存和繁衍也必须受自然资源和生物量的限制,受环境的约束。一切 自然规律和生态规律对人类与对其他生物一样起着作用。要使人类与自然协 调发展,保持生态平衡,人类的一切活动,首先是各种生产活动都必须遵守 自然规律,按生态规律办事。否则,人类就会遭受自然的无情惩罚。事实证 明,人类也只有在保持生态平衡的前提下,才能求得生存和发展。
当今生态学和生态平衡规律已经成为指导人类生产实践的普遍原则。要
解决世界五大环境问题(即人口、粮食、能源、自然资源和环境保护),必 须以生态学理论为指导,并按生态规律办事。
对环境问题(包括森林环境问题)的认识和处理,必须运用生态学的理
论和观点来分析。环境质量的保持与改善以及生态平衡的恢复和再建,都要 依靠人们对于生态系统的结构和功能的了解,及生态学原理在环保工作中的 应用。
要做到人类与自然协调发展,人类应特别注意的是:
  第一,合理开发与利用自然资源,保持生态平衡。人们在开发自然资源 时,要遵循生态系统结构与功能相互协调原则,这既可保持生态平衡,又可 开发自然或改造环境。只有生态系统结构和功能相互协调,才能使自然生态 系统适应外界变化,并不断发展。只有重视结构和功能的适应,才能避免因 结构和功能的过度损害而导致环境退化的连锁反应。例如:采伐树木,必须 在保持森林生态系统平衡的条件下进行。不能大面积掠夺式采伐、不能采伐 水源林等,否则会造成水土流失或环境破坏、森林不能恢复的严重后果。
  利用生物资源时,必须保持其一定的数量和一定的年龄比例和性别比 例,以保证生物资源的不断恢复和增殖,否则资源就会枯竭,使生态系统遭 破坏。这是森林采伐、草原放牧、渔业捕涝等各种资源利用生产活动必须遵 循的生态原则。
  第二,兴建大的工程项目时,必须考虑生态效益。兴建大的工程项目, 必须从全局出发,既要考虑眼前利益,又要顾及长远影响;既要考虑经济效 益,又要维护生态平衡。因为生态平衡遭破坏的后果往往是全局性的、长期 的,难以消除和重建。因此,对一些重大工程必须审慎从事,事前应充分考
  
虑到可能造成生态平衡被破坏的后果,并尽可能制定相应的预防措施。例如: 我国葛洲坝长江水利工程,在开始设计时忽视了鱼蟹等的洄游生殖规律,后 经生态专家建议,采用人工投放鱼苗、蟹苗,并辅以其他相应措施,才保证 了长江流域的渔业生产。
  第三,大力开展综合利用,实现自然生态平衡。运用生态系统中物质循 环的规律,在综合开发利用自然资源时,将生产过程中的废物资源化并进一 步利用。例如:铅厂生产 1t 氧化铅便排出 0.6~2.0t 赤泥。赤泥不仅占用农 田,也污染水和大气。山东铅厂在生产铅的同时投资兴建了水泥厂,用赤泥 生产水泥,这就为赤泥的利用创出了新路。既减少了环境污染,又充分利用 了资源,把改造自然与保护自然结合了起来。
复习思考题
1.什么是森林环境,它的特性是什么?
2.森林环境与人类的关系如何?简述森林环境的功能。
3.森林环境面临哪些主要问题?
4.何谓森林环境学?简述它与环境学、林学的关系。
5.为什么说生态学是森林环境学的基础?
6.简述生态系统与其结构及功能的关系。
  7.什么是生态平衡,生态平衡的标志是什么?如何维护生态平衡?8.简 述生态学的一般规律与生态平衡的关系。
参考文献
  1 王志宝.森林与环境——中国高级专家研讨会论文集.北京:中国林业 出版社,1993
2 孙承咏编著.环境学导论.北京:中国人民大学出版社, 1994
3 何强等编著.环境学导论.第二版.北京:清华大学出版社, 1994
4 魏德保编.森林与环境.北京:中国环境科学出版社,1989
5 贺庆棠主编.气象学.北京:中国林业出版社,1991

第一章 森林环境要素
森林环境学的下一页
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