二、现代生态科学中的主要生态规律

    生态规律不是相互孤立的一条条自然法则、定理及其相关概念的机械组合，而是呈现出群体性、整体性、关联性和综合性特征。现代生态科学规律的作用对象是一个综合的网络，即展现在“生态—人口—经济—资源—环境—技术—社会”进化的大时空中。

    1．生态系统的稳定性规律——生态平衡

    当今全球的两大类生态问题，即环境污染与生态破坏，其共同后果是生态失衡。

    (1)生态平衡及其表现形式。生态系统的稳定性是通过其动态的平衡实现的。所谓生态平衡就是生态系统的稳定状态。生态平衡包括生态系统中物质、能量的输入、输出的平衡，生物个体、种群之间的数量平衡及其相互关系的协调，以及生物与环境之间的相互适应状态。

    生物种群间的生态平衡  生物种群之间的稳定状态主要是通过两种途径而达到的。第一种途径如表1-1中所模拟的生物种群之间的关系，其中中性作用、原始合作和互利共生关系本身就是稳定状态。第二种途径就比较复杂，主要是指生物种群之间通过对食物、阳光、水分、温度、湿度以及拥挤程度的竞争，达到相互之间在数量、占据的空间等方面的稳定状态。

    生物与环境之间的生态平衡  在长期的自然选择中，某些生物种群对于特定的环境条件表现出十分敏感的适应性，通过这种适应性使种群呈现出长期的稳定状态。当然，稳定性要靠许多因素的共同作用来维持。任何一个生物种群都有天敌，正是相互间的天敌关系，产生相互间的数量比例的控制，使任何一种生物的数量不至于过大。

    生态平衡的自我调节机制  生态平衡的实质是一种系统内在的自我反馈调节机制，以保持自身的稳定、进化、演替。生态结构越复杂，成分越多样，生物越繁茂，物流和能流网络就越完善，这种反馈调节就越有效；反之，越是结构简单、成分单一的系统，其反馈调节能力就越差，生态平衡就越脆弱。所谓生态失衡，其实质是某种因素对生态系统的压力超过了这个阈值。例如，少量捕杀蛇、鹰，不会使田鼠过量繁殖，田鼠破坏的牧草很少，就不会引起草原生态失衡。

    (2)生态平衡的特殊状态——“非平衡稳态”。把物质、能量“积累大于消耗”的稳定状态称作“非平衡稳态”，这是生态平衡的最重要的形式。例如，财政上的收人大于支出，就属于非平衡的稳定状态。其实，包括生物界在内的每一个“活的”系统都具有这一非平衡稳态。无论是生物个体，还是种群和群落，在其幼年阶段总是稳定地进化，这种输入与输出不相等而又稳定的状态就是“非平衡稳态”。

    输入与输出不相等的另外一种形式是消耗大于积累，这就是生态平衡失调。例如，一片原始森林，当其木材砍伐量(输出)长期大于其新增蓄积量(输入)，最终导致森林资源枯竭；随之而来的是森林中其他植物和动物的消失或迁移，紧接着就是旅游、科研、生物多样性、经济和景观等价值的损失。要想恢复其原有的原始林景观，必须花费巨大的投资，经过许多代人的努力。这种失衡就是典型的输出大于输入的生态失衡，而且生态失衡会从自然发展到生态—经济—社会的综合失衡。

    (3)对于野生生物资源，如果是有规划地收获成熟的资源，就会使生态系统永远处在“非平衡”稳态中。例如，对产草量下降的牧场，减少牲畜头数和放牧次数，可以使牧草产量得到恢复。原始森林的木材砍伐数量始终小于木材的新增蓄积量，森林资源总量才会不断增加。再譬如，我国沿海及江湖的“休渔制”；黄河、长江上游天然水源林、“三北”防护林、“三江”平原湿地保护等大型生态工程，长期实施自然保护区对策，禁止木材砍伐、围湖造田、陡坡耕种等生产活动，就是主动运用“非平衡”稳态，恢复生态平衡的有效举措。

     2．生态系统的整体性规律

    生态系统的稳定进化是通过生态平衡的形式体现的。要达到生态平衡的稳态，生态结构必须多样化，这只能在一系列生态规律相互制约的动态过程中实现。这些规律(法则)包括如下方面：

    (1)生物与环境相互适应法则。生物与环境相互适应，是基本的生态规律。人类采用的一切技术手段，无非是改良和培育生物，以适应环境；改造环境以适应生物的生态习性。就目前的科技水平而言，对地球大气环流的气候因子，人们基本上还不能改造它，只能去适应自然大气候。对地形小气候因子，人们已在相当程度上可以改造。改造的方法，一是用生物手段。根据绿色植被覆盖极大化原理，植树造林，培育草场，扩大植被，调节局部小环境中的水热平衡；二是给生态系统补加物质和能量，为动、植物生产创造良好的光热水气等局部环境。如在干旱、半干旱地区的蔬菜、果品、花卉等栽培中发展塑料覆盖、温室大棚等。通过建造大型水利枢纽工程、水库，兴修小型农田水利，以减轻洪涝、干旱等灾害。对生物的改造有重大突破，主要是培育耐寒、耐旱、耐渍、抗盐碱等生态适应性强的优良品种，用生物工程技术培养高生产能力的品种等。值得注意的是，目前有些地方只注重工程措施，轻视生物措施；重单项技术，轻综合治理；重改造，轻适应等。这是不符合生物与环境相互适应法则的。

    (2)物质与能量的永续转化循环法则。生物与环境相互适应，才能提高物质、能量的转化循环效率。循环经济的科学依据，就是生态系统物质、能量的生生不息的转化循环原理。农业生态系统的转化循环，一方面在农作物、畜禽及土壤微生物之间进行；另一方面在牧草、牲畜、农田、农作物及微生物之间进行。此外，还在森林、草地、农田及水域之间进行。这三个方面可概括为生物与环境之间、生物与生物之间的转化循环。还有生态—技术—经济—社会之间的宏观转化循环。在各个转化循环渠道中任何一条受阻，都将会影响农业的整体功能。

    (3)生态系统的自我维持、自修复与自进化法则。自然生态系统的进化历经沧桑而不衰，就是因为它在不受人类干扰的情况下，依靠自身的力量实现生态自我修复的。生产者合成的有机物质和积蓄的能量经过消费者传递给分解者，而有机质被分解者还原为水、二氧化碳和无机元素，供生产者重新利用，这可以叫微观自我维持。宏观的自我维持是在微观系统自我维持的基础上实现的。陆地生态、海洋生态以及陆地生态中的水体、草原和森林等各种生态系统，在大气循环、水循环、矿物质循环的整体中融合于宏观循环，维持着整个生物圈的稳定。例如，对于荒山、荒地、荒漠化，运用好生态“自我恢复”法则，建立自然、半自然保护区等是最佳选择。即使需要人为干预，也必须使工程技术、生物技术等人工有限补偿手段与之相结合，以综合应用生物—技术—经济—社会措施，增强生态系统的抗逆性。同时，实施合理布局和区划，建立综合的多层次的结构体系，以增强系统产出的稳定性。

    现代农业的化学制品的广泛、大量使用，在一定程度上打乱了生态系统自我循环机制，切断了生物种群之间自我控制的“生物防治”过程，在生态系统自循环的基础上添加了强势的人造物质循环。据考古资料，人类从新石器时代开始建立以种植与驯养为特点的原始农业以来，我国传统有机农业大约延续到2O世纪50年代末，历经上万年，这其中必然有科学合理的精华部分。因此，恢复现代科学技术条件下的有机循环农业、生态农业和可持续农业，增强农业生态系统循环能力，才是现代农业发展的根本出路。

     3.生态要素立体有序配置规律

    (1)生态要素的立体、有序配置是指构成生物群落的各生物种群和个体，依其各自对环境的生态适应性，占据同一立地空间的不同层次构成的相互依存的物质循环、能量转化体系。这是以生态结构为基础的能量、物质自我循环、转化、无废物、高效自我进化体系。森林是最复杂的立体结构，因而抗逆性极强，系统最稳定，总生产能力最高。高大的乔木利用太阳光能的90％，其余不到10％的光能被森林中的低矮灌木利用，还有不到1％的光能，由草植被利用，潮湿部位生长着地衣苔藓类。如果模拟森林生态系统，把许多个动、植物种群配置在同一结构中，可以有效增加土壤有机质含量，实现物质循环的自我调节、种地与养地相结合，使生态系统的综合生产力经久不衰，而且可以节省成本，提高经济效益。这是任何平面种群配置所不具备的优越性。其道理在于立体结构符合“整体大于部分总和”的法则。

    (2)生态整体功能大于各部分之“和”。所谓整体，即一个具体生态系统的所有生物要素、有机与无机环境要素的统一体；“和”，即整体内各个要素的机械相加。在生态系统中，任何要素都具有各自的特定功能，同时它又是系统有机组成的一员，具有维持与确立系统整体动态平衡的作用。例如，过度捕杀森林鸟兽作为人类肉食、皮毛所起的作用，不如让其在系统中捕食动、植物的天敌，从而维持系统总体稳态所起的作用大。生态多样性的环境、经济和社会整体价值，明显大于原有要素单独发挥功能的价值之“和”。

    (3)边缘效应。在两个或两个不同性质的生态系统(或其他系统)交接重合地带，由于某些生态因子(物质、能量、信息、时机或地域等)或系统属性的差异及其协同作用，而引起系统某些组分及行为(如种群密度、生产力和多样性等)的较大变化，称为边缘效应(Edge effect)。通常，边缘效应地带群落结构复杂，某些物种特别活跃，其生产力相对较高；边缘效应从强烈的竞争开始，以和谐共生结束，从而使得各种生物由激烈竞争发展为各司其能，各得其所，相互作用，形成一个多层次、高效率的物质、能量共生网络。如我国大兴安岭森林边缘，具有呈狭带状分布的林缘草甸，每平方米的植物种数达30种以上，明显高于其内侧的森林群落与外侧的草原群落。美国伊利诺斯州森林内部的鸟仅登记为14种，但在林缘地带达22种。又如，湖泊、沼泽就是水体生态系统与陆地的交错地带。它兼有水体与陆地的双重特性。

    表1-5列出了大部分边缘地带的类型，有些边缘地带是最富裕的地区，即边缘效应最大的地区，如长江流域边缘地带。再如第一类中的边缘地带是海岸带与浅海带。它是海洋与陆地之间的交叉地带。在海岸带上往往有若干个港湾，可以作为港口资源开发。浅海带一般水深不过几米、十几米，或几十米，是近海捕捞、养殖、航运的主要区域。第二类中的河谷盆地生态系统，它是位于环山包围或两山对峙的山区与平原之间的边缘地带。“坝子地”是两个山地生态系统之间狭长的小平原，盆地则位于四面环山、“环丘”或“环高地”、岗地的盆地。这是两种典型山丘与平原交错的边缘地带。第三类，从广义上讲，山地区与平原区往往有“低丘”、岗地作为边缘地带。还有一类是平原湖区。在湖泊星罗棋布，众多溪流、河流与其一起形成湖河水系的平原湖区，也是边缘地带。森林与大平原之间的边缘地带——稀树草原区也是非常典型的过渡地带。在这类边缘地带上，也往往点缀着众多的湖泊和溪流，成为农业、畜牧业集中地带。在经济上又把其称为农牧交错区。雪山、冰川与沙漠之间有两种边缘地带。一是沙漠绿洲，即融化的雪水通过地表或地下流向或渗入沙漠地下，以地表径流或地下暗河最终汇聚成河湖，形成农牧业或其他产业，为居民点奠定了基本生存条件。二是这些水资源在沙漠边缘形成湖泊群和溪流，为高原草原和江河提供了水源。例如，新疆、西藏、青海、四川、云南、甘肃、宁夏等省、自治区，都有这类边缘地带。这分别是由喜马拉雅山、昆仑山、唐古拉山、天山、阿尔泰山、巴颜喀拉山等山系或分支系与大片戈壁沙漠、青藏高原上的特殊地貌、气候的相互作用的产物。我国大部分东西走向或者先向东、后向南的河流都发源于这一地区。

从大湖边缘地带看，我国的洞庭湖、太湖、鄱阳湖等大湖，或者平原湖区至少都有着2 000～3 000多年前进化的古代文明史，以及近代、现代的辉煌文明的发展。大量的考古、出土文物表明，3 000多年前这些地区的文化艺术、教育、农业、冶炼等都是很发达的。世界最早的古代乐器——编钟，大都是从长江中下游和黄河下游沿湖地带出土的。这些边缘地带的古代人民，约在公元前3 000年就学会了冶炼、制作铜器，并发现了煤、石油和天然气。1997年，中日两国考古专家发现，江汉平原在距今约5 000多年前就建筑了规模巨大的古城市群。其中的居民区、商业、军事防卫系统的设计，极为科学、实用。

    再从沿海边缘地带看，几乎拥有海岸带的所有国家都是发达、较发达国家。中国的五千年文明史，除了沿河文明带以外，最发达的经济文化区大都在沿海地带。

    还有一种特殊的边缘地带——城市郊区，它兼有农村和城市的特点，但又和这两者不完全相同。既是城市先进文化、技术、经济的辐射过渡地带，又是农村基础产业，包括农业与工业制品、建筑等物质资料的加工和劳动力输出、输入的过渡地带。

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