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中国西北地区生态需水研究(1)——干旱半干旱地区生态需水理论分析

来源:中国环境资源网  作者:中国自然资源学会  更新时间:2005-11-21 10:49:06   

摘要:水是西北地区生态的关键生境要素,西北地区严重的生态环境问题使得生态需水随着西部开发受到广泛的关注。论文指出生态需水所涉及的理论问题,从生态系统稳定性探讨原始天然生态系统的适宜开发强度,在此基础上,遵循可持续发展的生态观探讨西北地区生态保护与生态建设的模式;从地带性理论和径流形成原理分析西北地区各类自然地理单元上的植被需水规律,从而明确了自然界哪些生态完全靠降水支撑、哪些生态除降水之外还需径流支撑,用生态的排序方法进一步分析干旱地区地下水埋深与植被类型的关系。同时,通过分析土地利用变化与径流形成的关系,以及生物与环境的不可分割性与物竞天择的自然选择原理给出生态需水的概念,从而为量化生态需水提供了理论依据。

关键词:生态需水;非地带性植被;径流;可持续发展

中图分类号:P333

文献标识码:A

文章编号:1000-3037(2002)01-0001-08

1 西北地区的自然地理条件、水资源分布特点与生态环境问题

  西北地区包括陕、甘、宁、青、新五省区全部和内蒙古西部,总面积 334×104km2。本区位于欧亚大陆中心,区内起伏多山,构成高山、高原、盆地交错分布的地貌组合单元。由于四周远离海洋和高山、高原的环绕阻隔,使境内的降水量少且分布不均。山区截获较多水汽,降水比较丰富,相应植被发育较好;平原区降水少,且由东南向西北逐渐递减,到盆地中心只有几十毫米,形成植被非常稀疏的沙漠和戈壁;而源于山区的径流注入盆地,沿盆地四周形成干旱区人类赖以生存的绿洲。

  人类开发利用自然资源引起的生态环境问题在西北地区主要表现为:①中上游用水过量,致使下游河湖萎缩和天然植被退化;②过度开荒、放牧、樵采等加剧了水土流失和土地沙化;③不合理灌溉引起土壤次生盐碱化;④水污染严重,水质恶化;⑤过量开采地下水导致植被退化、地下水矿化度升高和土壤盐化。

  这些生态环境问题都直接或间接地与水资源有关,随着人口增长和经济发展,国民经济需水与生态环境需水成为水资源开发利用和生态环境保护的焦点。因此,研究西北地区生态需水是为该区水资源合理配置及其发展战略提供科学依据。

2 国内外关于生态需水理论研究概况

  Covich[1](1993) 强调了在水资源管理中要保证恢复和维持生态系统健康发展所需的水量。汤奇成 [2](1995) 以新疆地区为背景,论述了生态环境用水的必要性,并界定了生态环境用水量的计算范围,即生态环境用水一是指对一些重要的湖泊进行补水,不主张对干旱区所有萎缩和干涸的湖泊一律进行补水,如罗布泊、台特马湖等;二是人工造林及人工草场的用水量,以土地沙漠化的面积不再扩大为原则。Gleick[3] 明确给出基本生态需水 (basic ecological water requirement)的概念框架,即提供一定质量和一定数量的水给天然生境,以求最小化地改变天然生态系统的过程,并保护物种多样性和生态整合性。Whipple[4] 指出流域内应当协调解决环境需水与国民经济需水的矛盾,强调单纯依靠立法保护濒临灭绝物种的弊端。

3 生态需水的理论问题

  目前,国内外生态需水研究尚处于起步阶段,生态需水还没有切实可行的理论依据。在研究中发现,生态需水面临的问题是:可持续发展的生态环境到底是什么样的?基于这样的生态环境需要多少水?其中包含了宏观和微观两个层面的问题,在宏观上需要明确可持续发展对生态环境的具体要求,由于可持续发展取决于经济、社会和生态环境的协调程度,所以可持续发展的生态环境标准不可能是完全偏离现实的理想状态,应当与一定的社会发展阶段相联系,是基于某一社会发展水平的切实可行的生态保护和恢复建设目标及其范围;在微观上需要揭示生态与水的作用机理问题,在此基础上计算维护特定保护目标,相关系统中的生态消耗水量。

  针对西北地区的特点,本文从两个方面探索干旱半干旱地区生态需水的相关问题,一是从天然生态系统的稳定性阈值,以及可持续发展的生态观,探讨西北生态保护与生态建设模式,其本意是研究西北现状生态是否超出原始天然生态本身承载的开发强度,这是一个适宜的开发强度,对于已经超出适宜开发强度的现状生态,依据可持续发展的生态观点来指导确定生态保护和建设的模式或目标;二是从揭示植被生长需水与水资源形成分布的关系分析植被生长需水的分异规律,从机理上揭示干旱半干旱区植被与水资源的关系。

4 面向可持续发展的生态保护与生态建设模式

4.1 原始天然生态系统适宜开发强度的探讨

生态系统在受到有限范围的干扰时,可以通过生物学和非生物学机能相互制约的修补过程,恢复它的相对稳定状态。生态系统的稳定性是生态系统最基本的特征,根据著名生态学家马世骏先生对生态系统稳定性的系统论述,稳定性形成的基础首先是基于一定时间内相对稳定的结构组成(包括生物和非生物的无机环境);然后在一定结构基础上,系统才能形成有秩序的营养物质流动系统,并在外来条件相对恒定时,代谢过程和生物群落之间的相互制约关系得以继续发展,系统之间物质与能量输入和输出呈动态平衡 [ 5]

  生态系统稳定性的度量还没有统一的指标,一般用抵抗性和恢复性来表示生态系统对外界干扰的响应。目前,数学上还没有一套统一的理论来进行抵抗性分析,尽管有人提出可用系统内某一特定特征的变化幅度或某一给定干扰后系统达到某一偏离程度所需要的时间来度量,但在自然生态系统中,确定系统稳定状态的时空标准比较困难

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