(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。
三、现代生态科学理论的应用
现代生态科学理论的应用,集中在生态恢复、环境保护、绿色产业与循环经济的发展中,其技术与科学理论日益成熟。
1.在立体农业中的应用
中国生态系统和农林作物种类多种多样,行之有效的立体农业形式繁多,难以一一涉及,这里只列举下述类型。
木本植物与农作物的立体配置模式。这是充分利用光、热资源的有效措施。我国采用较多的是泡桐、农作物间作和林药间作。“桐、粮”间作主要分布于华中、华北地区。河南省已推广200多万公顷。调查表明,每公顷间作75~120株泡桐的间作田比单种小麦可增产17%。桐树是速生树种,生长快,7~8年即可成材。每公顷间作田的经济收益比单作农田可高出4 500元左右。林药间作主要有吉林省的林、参间作,江苏省的林下栽种黄连、白术、绞股蓝、芍药等。林、药间作不仅能提高经济效益,而且能塑造山青林茂、整体功能高的人工林系统,改善生态状况。此外,还有胶、茶间作,种植业与食用菌栽培相结合的各种间作,如稻田种菇、甘蔗田种菇、果园种菇等。总之,农林立体种植,能够有效提高太阳能的利用率和土地生产力,是我国生态农业建设中的一种主要技术类型,应当因地制宜地推行。
水体立体养殖模式。该模式主要分布在我国一些水体资源丰富的地区。由于水中的植物、动物、浮游微生植物、浮游微生动物等食物资源分布于水体的不同层次,可把鲤鱼、草鱼、花鲢、白鲢、鲫鱼等鱼类按比例放养在同一水体中,形成食物的分层利用。这样的高产鱼塘,每公顷鱼的总产量可达8 000千克以上,效益倍增。
水体与陆基循环型的立体模式。桑基鱼塘是典型的水体陆基物质能量交换的立体系统。在这个系统中,通过水陆物质交换,使桑、蚕、鱼等各业得以协调发展,资源得到充分利用和保护,整个系统处于良性循环,可以取得极好的经济效益。据江苏省调查,太湖地区的桑基鱼塘每公顷产桑叶1.5万~2.25万千克,可养蚕产茧1200~1800千克,蚕桑所提供的饲料和肥料,每公顷桑基鱼塘可产鱼1 830~2 350千克。
利用生物种群关系的立体模式。按生态—经济—社会价值同—原理,把两种或者三种相互促进的物种组合在—个系统内,使种群之间构成互惠互利关系,达到生态—经济—资源良性循环的目的。这种生物物种共生模式在我国主要有稻、鱼,鱼、蚌,禽、鱼、蚌,稻、鱼、萍,苇、鱼、禽,稻鸭共栖共聚等多种类型。其中,稻田养鱼在我国南方和北方一些地方已普遍推行,既提高了水稻产量,又促进渔业发展,还可减少化肥、农药、除草剂的施用量,增强土壤肥力。据试验,稻田养鱼平均每公顷水稻产量可达7.9吨,比单一种植的稻田增产1.13吨,增产15.2%;养鱼76天,每公顷可收鱼1.3万尾。
2.在生态经济良性循环中的应用
长期以来,我国大部分农村以作物秸秆和木材作燃料,用旧式灶台做饭,这种生物能源利用方式有很多弊端:其一,旧式灶台热效率不高,一般在10%~15%;其二,秸秆是主要的畜禽饲料和肥料资源,燃烧秸秆是很大的浪费;三是人们为了燃烧之用,砍伐林木,破坏植被,导致水土流失、生态恶性循环。全国每年烧掉的秸秆约4亿吨。大量燃烧秸秆污染大气,已成为影响我国农田、农业和农村环境的一个重大问题。采用新生物能源的先进技术和经验,充分利用我国丰富的生物资源和良好气候环境条件,可以培育出大批生物新能源产业群。