生态学论文

学号20091000612

中国地质大学（武汉）环境学院

课程论文

森林生态系统的服务功能及其防护与解决方法

高芸

课程名：生态学

系别：环境工程

班级：042091

班学号：04

任课教师：谢作明

二〇一三年一月

摘要：森林生态系统作为陆地生态系统的主体，是陆地上面积最大、分布最广、组成结构最复杂、物质资源最丰富的生态系统，它也是自然界功能最完善的资源库、生物基因库，水、碳、养分及能源储存调节库，对改善生态环境，维护生态平衡具有不可替代的作用。森林是我们离不开的资源，但是由于现代化的发展。森林资源破坏的越来越严承，导致了很多资源的枯竭。本文从森林生态系统的服务功能，全球变化对其影响以及对其防护解决方法进行了阐释。

关键字：森林生态系统；服务功能；气候变暖；解决方法

Abstract:Forest ecological system as the main body of the terrestrial ecosystem ,it is the largest ,most widely distributed ,most complicated structure, material resources of the rich ecological system, it is also the most perfect function of nature resource ,biological gene pool ,water, carbon ,nutrient and energy storage regulating reservoir, to improve the ecological environment, maintaining ecological balance plays an irreplaceable role. The forest is inseparable from the resource, but because of the development of modernization, destruction of forest resources is more and more strict bearing, resulting in a lot of resources. This article from the forest ecosystem service function, global change on its impact and on its protective solution explained. Keywords :forest ecosystem; service function; climate warming；solving method;

0引言

森林生态系统是保持陆地生物多样性的重要栖地，是生物地球化学系统的核心部分之一，并且是为人类福祉提供生态系统服务的重要来源。森林生态系统提供的服务在不同时空尺度表现的多种多样，主要包括生产、调节、文化和支持等功能。森林是整个国民经济持续、快速、健康发展的基础，在国家经济建设和可持续发展中具有不可替代的地位和作用。森林生态系统服务功能是指森林生态系统与生态过程所形成及维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用。它除了为人类提供食物、工农业原料、药品等可以商品化的功能外, 还在调节气候、净化环境、维护生物多样性等方面提供它的生态、社会等多种服务功能, 并起着重要作用。

1.森林生态系统的服务功能forest ecosystem services

1.1 调节气候及促进物质循环regulating the climate and promote the circulation of materials

生态系统是地表与大气之间的绿色调节器, 它对大气候及区域性的小气候均有直接或间接的调节作用(包括对温度、径流和气流的影响等) , 从而可以缓冲极端气候对人类的不利影响。森林生态系统在全球、区域、小生境等不同的空间尺度上促进和调节着物质循环。营养元素在“生物- 土壤- 大气- 水”的生物与

非生物环境循环体中不断进行交换, 从而维护了生态过程。

1.2 涵养水源效益water conservation

森林对降水的截留、吸收和贮存，将地表水转为地表径流或地下水的作用。森林涵养水源功能主要表现为: 截留降水、涵蓄土壤水分、补充地下水、抑制蒸发、调节河川流量、缓和地表径流、改善水质和调节水温变化等。由于森林生态系统的特殊性质, 使得它在陆地生态系统中具有最大涵养水源能力。在洪水季节可以蓄水防涝, 在干旱季节则可以供水抗旱, 故被誉为“绿色水库”。据研究表明, 森林土壤根系空间达1m深时, 1 hm 2森林可贮存水200～2 000 m 3, 比无林地能多蓄水300 m 3。森林具有调节径流的生态功能, 但究竟是增大还是减少径流量, 学术界没有定论, 尚处于争论之中。但森林可通过降水截留、蒸散、土壤渗透、减少地表径流等综合作用实现减缓洪水的功效。

1.3 保育土壤：soil conservation

森林中活地被物和凋落物层层截留降水，降低水滴对表土的冲击和地表径流的侵蚀作用；同时林木根系固持土壤，防止土壤崩塌泻溜，减少土壤肥力损失以及改善土壤结构的功能。森林保育土壤的效能主要表现为: 减少土壤侵蚀、保持土壤肥力、防沙治沙、防灾减灾(如山崩、滑坡、泥石流) 等。茂密的森林凭借它庞大的树冠, 深厚的枯枝落叶层不但截留天然降水, 还可有效地减轻雨滴对土壤的直接冲击。林地下强壮且成网络的根系, 与土壤牢固地盘结在一起, 从而起到有效的固土作用。森林一旦遭到破坏,其保土功能便减弱甚至消失, 产生一系列严重后果,如水土流失、肥力下降、水利工程受泥沙淤积等。

1.4 固碳释氧效能carbon fixation，oxygen released

森林是地球生物圈的支柱,森林生态系统通过森林植被、土壤动物和微生物固定碳素、释放氧气。森林植物通过光合作用吸收空气中的CO 2, 利用太阳能生成碳水化合物, 同时释放出氧气。这一功能对于人类社会、整个生物界以及全球大气平衡, 都具有极为重要的意义。1997年联合国气候变化框架公约东京会议以后, 已确认CO 2 排放是温室效应的主要原因之一, CO 2 的排放和污染成为国际社会的热点问题之一, 各国政府承诺减少导致温室效应的气体CO 2 的排放。森林是全球陆地生态系统中最大的碳库, 全球现有森林总储碳量(1 146 Gt) 约占土壤和植被所储存碳的46% ,且能以各种形式储存CO 2, 从而有助于缓和全球的温室效应。

1.5 净化环境environmental purification

森林生态系统对大气污染物（如二氧化硫、氟化物、氮氧化物、粉尘、重金属等）的吸收、过滤、阻隔和分解，以及降低噪音、提供负离子和萜烯类（如芬多精）物质等功能。树叶树枝表面粗糙不平、多绒毛、能分泌粘性油脂和汁液等, 所以能吸附、粘着一部分粉尘, 降低大气中的含尘量。环境科学研究显示, 大气中主要存在SO 2、Cl2、HF、氮氧化物等有毒有害气体, 这些污染物直接或间接对人体健康及其生存的环境产生影响。森林可以依靠生态系统的特殊结构和功能, 通过吸收、过滤、阻隔、分解等生理生化过程将人类向环境排放的部分废气物利

用或作用后, 使之得到降解和净化, 成为生态系统的一部分, 从而达到净化环境的目的。此外, 许多树木和植物都能分泌出杀菌素并有很好的杀菌作用。森林可在一定程度上有效地减轻工业、交通、施工及社会生活噪声等无形的环境污染。

1.6 生物多样性保护biodiversity protection

森林生态系统不仅为各类生物提供繁衍生息的场所, 而且还为生物进化及生物多样性的产生与形成提供了条件。多种多样的生物是地球经过40 亿年生物进化所留下最宝贵的财富, 它是维持生态平衡的基础, 也是人类赖以生存和发展的物质基础。据研究表明, 由全球生物多样性产生的经济效益每年约为3 万亿美元, 占全球生态系统提供的产品和服务总价值(约33 万亿美元) 的11%。

1.7 防风固沙效能wind prevention and sand fixation

森林是风的强大障碍, 具有很好的防护功能。林带可以有效地改变风向, 减低风速, 在此过程中还能起到提高林区湿度、调节温度、减少蒸发量等作用从而可提高农作物产量。除了高大林木的阻挡作用之外, 植被的根系均能固沙紧土、改良土壤结构, 从而可大大削弱风的携沙能力, 有效地阻截、固定、控制流沙, 因此在防沙治沙、防治沙尘暴等方面会起到重要的作用。

1.8 提供负离子：negative-ion supply

空气负离子就是大气中的中性分子或原子，在自然界电离源的作用下，其外层电子脱离原子核的束缚而成为自由电子，自由电子很快会附着在气体分子或原子上，特别容易附着在氧分子和水分子上，而成为空气负离子。

森林的树冠、枝叶的尖端放电以及光合作用过程的光电效应均会促使空气电解，产生大量的空气负离子。植物释放的挥发性物质如植物精气(又叫芬多精) 等也能促进空气电离，从而增加空气负离子浓度。

1.9 物种保育：species conservation

森林生态系统为生物物种提供生存与繁衍的场所，从而对其起到保育作用的功能。

1.10 森林防护：action of forest against natural calamities

防风固沙林、农田牧场防护林、护岸林、护路林等防护林降低风沙、干旱、洪水、台风、盐碱、霜冻、沙压等自然灾害危害的功能。

1.11 积累营养物质：nutrient accumulation

森林植物通过生化反应，在大气、土壤和降水中吸收N、P、K 等营养物质并贮存在体内各器官的功能。森林植被的积累营养物质功能对降低下游面源污染及水体富营养化有重要作用。

1.12 森林游憩forest recreation

目前人们大多认为: 森林生态系统的社会效益实质是森林对人这一主体生存发展所起的影响和作用(促进人类身心健康等) , 主要构成因素包括提供自然环境和条件的娱乐、游憩、美学、精神和文化等的价值。

2. 全球变化对森林生态系统的影响Global change effects on forest ecosystems

2004年，在“全球变化与生态系统和生物多样性国际研讨会”上提出：地球

经历了冰期与间冰期的演替，对生物圈产生了显著的影响。第四纪以来，由于人类进化与发展，对自然界的影响也越来越显著，全球环境发生了很大的变化。工业革命以来，全球变暖，森林砍伐严重，绿地减少，对地球的生命系统产生了巨大地威胁。Robert K. Dixon等人（1999）指出，森林生态系统已对全球变化产生强烈的反馈作用。

全球环境的变化，主要是CO2浓度的增加和气候变暖，一方面可以增加植物的光合作用，延长生长季节，使一些地区更加适宜发展农业；另一方面，全球环境的变化，也可使世界许多地区的农业和自然生态系统无法适应或不能很适应这种变化，造成很大的损失，大范围的森林被破坏，大片农田受到损害。

2.1 CO2浓度的增加对森林生态系统的影响the increase of CO2 concentration effects on forest ecosystems

Pekka E. Kauppi等人（1992）指出：由于环境的变化而使CO2及其他污染物的含量有所增加，但是大气中污染物中有很多具有肥力，虽然它们也会对作物产生损害，但其对植物生长的促进能力有时可以掩盖其对作物的破坏程度。另外，大气CO2浓度升高所引起的森林生态系统生态稳定性的变化会导致森林的结构和功能的变动。由于大气CO2浓度升高出现了额外多的C供应，这些额外多的C 经大气一植物－土壤途径流动。赵平,彭少麟等人(2001)研究了大气CO2浓度的升高与森林结构和功能的相互关系，探讨了大气CO2浓度升高对森林植物生长，冠层结构的影响，并对此引发的生物量增量的分配，凋落物质量和根质量的变化进行了分析；最后指出：这些受影响的生物要素和生态过程会引起群落内植物间对资源的竞争关系发生变化，对资源竞争格局的变化最终将会导致森林结构和功能的改变。

2.2 气候变暖对森林生态系统的影响climate change effects on forest ecosystems

气候变暖也是当今全球变化研究的一项重要内容。由人类活动所引起的温室效应及造成的全球气候变化和对全球生态环境的影响正越来越引起人们的关注。作为全球陆地生态系统一个重要组分，森林对未来气候变化的响应更是人们关注的重点。刘国华(2001)、王叶(2006)等系统地总结了全球气候变化对森林生态系统分布、生态系统生产力、森林树种以及森林土壤的影响，论述了未来气候变化对森林生态系统树种组成、林分结构、分布和生产力的潜在响应，指出了现阶段该领域研究中存在的一些问题，并对今后需要加强的一些核心问题与研究重点作了展望。气候变化对森林生态系统的正常运作产生了一定的干扰作用，但是干扰是森林循环的驱动力,它导致了森林生态系统时空异质性,是更新格局和生态学过程的主要影响因素，可以改变资源的有效性，再者，干扰导致的林隙是森林循环的起点。王纪军等（2004）回顾了目前研究森林演替的几种方法,即马尔科夫模型、林窗模型( GAP) 、陆地生物圈模型(BIOME) 和非线性演替模式等；介绍了气候变化对森林演替的影响;并在已有成果的基础上,提出了目前研究存在的问题及未来的发展方向。MARK EMMERSON等人（2005）根据经验数据详细描述历年分布在社区的影响和方法，分析气候变化对食物链的影响，表明气候变化不仅仅取

决于物种数量，还涉及到降水、养分循环和温度等属性。

目前，森林是地球表面最主要的植被类型之一，在全球变化的过程中具有不可替代的作用。全球的森林面积有4.1*109公顷，植被和土壤中含有1146皮克碳，其中37%在低纬，14%在中纬，49%在高纬。2/3以上的碳集中于土壤与泥炭沉积层中。低纬度的碳的总量变动较大，中高纬变动相对较小，减缓森林的砍伐可以维持碳的总量。R. K. Dixon等人（1994）提出：在目前，全球变化与土地利用状况尚不确定的情况下，森林中的碳量依然增增减减不确定。利用模型预测的一些结果表明，在将来，森林依然将有可能是地球的碳库。森林生态系统碳循环及其管理是全球变化研究的重要主题，同时也是人类维持全球生态系统的物质、能量平衡和自然资源循环再生的一个重要生态学途径。王邵军等人（2011）在分析森林碳循环的基本特征及其与全球变化相互联系的基础上，阐述了碳循环及其管理在全球变化研究中的地位和作用，并提出了森林生态系统碳循环管理的内容、方法、措施及途径。森林在碳循环的过程中扮演了一个非常重要的角色，在寒带，温带和热带建立有益的管理区，可以使生物圈中碳的循环比较稳定。Robert K Dixon等人对94个国家和地区的森林试验样点在生物学和经济学角度进行分析与研究，得出：适度的森林面积可以保证碳的循环，维持森林生态系统的多样性。2．森林生态系统的防护与解决方法forest ecosystem protection and solutions 长期以来，传统的森林经营片面追求一时的经济效益，忽视了林业生态系统所具有的长期的巨大的生态效益，在实践中实行“掠夺式”经营，严重破坏自然林业生态系统。要从根本上控制水土流失和其它自然灾害的发生，就必须发送森林的经营管理，发展生态林业，恢复和提高森林所固有的巨大生态效应，走持续发展之路。不同植被类型、群落类型和物种在水土保持能力上有很大差异。林业生态系统由于树体高大，枝叶繁茂，空间层次结构复杂，枯落物丰富，根系发达，寿命长，因而水保功能强于灌丛和草地生态系统。完善的天然林生态系统，具有最完备的生态功能，具有强大的水土保持功能。保护现有天然林生态，逐步增加其在森林总量中的比重，努力恢复自然植被和生态，已是刻不容缓。

2．1 天然林保护natural forest protection

生态自然修复基本技术足封禁法。该方法适用于受损程度较轻的生态系统。自然和人工共同修复生态的基本技术方法是‘‘封禁+补种’法。该方法适用于受损程度较重的生态系统。加强天然林保护，必须着眼于以下几点：

(1)要成立组织机构专人专门负责，做到分工合作，权责明确。

(2)要尽量达到因地制宜，采取多种合适的保护形式。在有重大保护价值的区域，应当设立专门的保护区，‘广泛发动群众，实行承包责任制，普遍采用全面封禁的保护方式。

(3)制订一套完整的法规和制度，严格遵循天然林保护工程的要求和规定，以法治林，对毁林行为绝不姑息纵容。

(4)大力发展农村经济，帮助农民脱贫致富，解决农村能源问题，可能减少对薪炭材的需求和盗伐天然林现象。

(5)切实解决好保护工作中的实际问题。除了全面禁伐外，对各种自然或人为灾害要做好预防和保护工作，对成熟林和病弱残次林要注意人工改造和人工辅助自然更新，使天然林生态系统维持在最佳的地带性顶极状态，发挥最大的生态效能。2．2 次生林经营management of secondary forest

次生林是原始林受到外力破坏后，经过一系列的植物群落次生演替而形成的森林。它具有复杂性、多样性和速生性，对维护生态环境、保持水：具有重要作用，同时又有不稳定性、处于向稳定的顶极森林群落的进展演替的中间阶段。我国次生林分布广、面积大、类型多，占全国森林面积达46．2％。但多数破坏严重，经营管理粗放，生产力低下，林分结构和龄组结构不合理，后备资源贫乏。对次生林的保护和经营应根据不同实际情况分别采取不同的经营保护措施，主要采取封山育林的方式，即利用森林自然演替规律，借助于自然力并辅以适当的人工促进措施，达到恢复森林的目的。根据林地现状，可采用全封、半封和轮封等封山育林形式，要以封为主，封育结合，封是手段，育是目的，不封不足以育，只育不封难收实效。实践证明，合理的封山育林对森林群落的保护和恢复有极佳的效果。

2．3 荒山荒地造林Afforestation of barren mountain moorland

大力治理荒山荒地，促进其恢复森林植被，是水土保持工作的一个重点。根据植被覆盖程度的不同，荒山荒地一般可以大致粗略地分为两类。一类足地表植被稀少至裸露者；另一类是蕨类、杂草和灌木从丛，但难见乔木。南方土地丘陵地区毁林之后产生的多属于第二类。目前对第经营区主要用于商品林经营以及经济林果品开发，重点是营造速生工业原料林，兼顾经济林以及林业附属产品的开发与利用。其经济产出主要用于推动自然保护区野生动植物保护事业的发展。

当全球变暖成为不争的事实，气候变化成为全世界共同面对的挑战。面对气候变化，发达国家和发展中国家有着不同的主张，两大阵营矛盾的焦点是减排责任分担、资金提供和技术转让。作为世界上最大的发展中国家，中国在气候变化问题上的一举一动越来越受到各方的关注。为了减轻气候变化对我们的不利影响，推进中国的可持续发展战略,建议对全球变化开展以下应对措施：（1）加强水利基础设施建设，提高防洪、抗旱、供水能力及其应变能力，将气候变化对水资源承载能力的影响作为约束条件考虑，并使这一要求具体落实到建设项目中；

（2）继续植树造林，提高物种对环境变化的适应能力，加强对自然保护区的保护和管理力度，加强森林火灾的预防以及病虫害的防治；

（3）继续加强致病气象灾害的预报，监测和监控网络；

（4）加大宣传力度，提高人民的对全球气候变化的意识，建立有助于减少温室气体排放的生活方式和消费方式。全球变化，是全人类的问题，我们每个人都应该为保护地球，保护环境贡献出自己的力量。