第三章 环境资源的利用与保护

第一节 自然资源类型与可持续利用

    “资源”一词本是经济学上的一个基本概念。一般认为一切可以直接或间接地被人类利用的物质和能量广义上都叫资源。 人类利用自然资源发展经济的同时，必须注意保护资源。要把资源的利用与保护统一起来......

第二节 土地资源利用与保护

    土地既是重要的生产资料和劳动对象，同时也是人类赖以生存的活动领域。随着整个人类社会生产的发展和人口的迅速增长，土地资源与人类社会的关系逐渐超出了单一的民族和国家的范畴，而跃居为整个人类生存与发展的环境空间的全球性大问题......

第三节 水资源利用与保护

    水是人类发展不可缺少的自然资源，是人类和一切生物赖以生存的物质基础。当今世界，水资源不足和污染构成的水源危机成为任何一个国家在政策、经济和技术上所面临的复杂问题和社会经济发展的主要制约因素......

第四节 森林资源利用与保护

    森林是地球上结构最复杂、功能最多和最稳定的陆地生态系统。森林是宝贵的自然资源，是人类生存发展的重要支柱和自然基础，并被人们誉为地球的“肺”。森林覆盖率常是衡量一个国家或地区经济发展水平和环境质量好坏的重要指标。这不仅因为森林具有重要的经济价值，又是可更新资源，而且在维持生态平衡和生物圈的正常功能上起着重要作用......

第五节 物种资源利用与保护

    让自然界物种尽可能多地保存下来，保持遗传的多样性，对维持自然生态平衡，给当代及子孙后代的食物，育种、医药、科学技术及文化艺术的发展提供材料，有十分重要和不可替代的价值......

第六节 能源利用与保护

    能源是指可能为人类利用以获取有用能量的各种来源，如太阳能、风能、水能、蒸汽、化石燃料及核能、潮汐能等。能源是实现国民经济现代化和提高人民生活水平的物质基础。人均能源消耗量是衡量现代化国家人民生活水平的主要指标。但大量消耗能源的结果，不仅使环境付出了巨大的代价，而且对后代能源的供应构成威胁......

第七节 矿产资源利用与保护

    矿产资源是在特定的地质条件下形成的 , 具有利用价值 , 呈固态、液态或气态产出的出露于地表和埋藏于地下的自然资源。是地球形成以来的 46 亿年间 , 伴随着各种地质作用逐渐形成的。矿物是一种不可更新资源，长期利用和过度开采势必使其储量降低过快，以致耗竭。随着经济不断发展，矿产资源消费正在加剧，在开发和利用矿产资源的同时，也带来了一系列的环境污染问题。因此，矿产资源的合理利用和妥善保护也是一个很重要的环境问题......

第八节 海洋资源利用与保护

    海洋约占地球面积的 71% ，贮水量为 13.7 亿 km3 ，占地球总水量的 77.2% 。它不仅起着调节陆地气候，为人类提供航行通道作用，而且蕴藏着丰富的资源。因此，人类对海洋的开发和利用越来越受到重视。海洋中一切可被人类利用的物质和能量都叫海洋资源 , 预计到 21 世纪，海洋将成为人类获取蛋白质、工业原料和能源的重要场所......

第一节 自然资源类型与可持续利用

    一、自然资源及其与自然环境的关系

    “资源”一词本是经济学上的一个基本概念。一般认为一切可以直接或间接地被人类利用的物质和能量广义上都叫资源。狭义的资源概念就是指自然资源，是可以被人类利用的自然状态的物质和能量。强调必须为人类有能力利用的物质才可以称为资源。联合国环境规划署 (UNEP,1972) 对自然资源的解释是：“指一定时间条件下，能够产生经济价值以提高人类当代和未来福利的自然环境因素的总和。”《辞海》中对资源的定义为“天然存在物，不包括人类加工制造的原料，如土地资源、水利资源、生物资源和海洋资源等，是生产的原料来源和布局场所。 …… 资源是资财的来源”，也就是说凡是可以带来财富的东西都可以作为资源。英国大百科全书中把资源说成是人类可以利用的自然生成物以及生成这些成分的环境功能。我国学者中较流行的资源定义是：自然资源是指人类可以利用的、天然形成的物质和能量，它是人类生存的物质基础、生产资料和劳动对象。

    归纳起来，自然资源是指在一定的技术经济条件下，现实或可预见的将来能产生生态价值或经济效益，以提高人类生产水平和生活质量的一切自然物质和自然能量的总和。从这一概念不难看出，资源是动态的，它随着人类的认识水平和科技成就而不断地扩展，与人类需要和利用能力紧密联系。也就是说，资源是一个历史范畴的概念，随社会生产力水平和科学技术水平的进步，其内涵与外延不断深化和扩大。随着人类的变迁和认识水平的提高，人类赖以生存、生活和生产的自然环境组成成分，都可以成为自然资源。所以有人认为人们生活所依赖的环境也是一种自然资源。

    从自然资源与自然环境的概念可以看到二者具有非常密切的关系。自然环境是人类赖以生存、生活和生产所必需、不可缺少而又无需经过任何形式的摄取就可以利用的外界客观物质条件的总和，也即直接或间接影响人类的一切自然形成的物质及能量的总体。而自然资源是人类从自然环境因素中，经过特定形式摄取利用于生存、生活和生产所必需的各种自然组成成分。可见自然资源是自然环境的组成部分。它在组成环境整体的结构和功能中，具有特定的作用即生态效能。如森林资源，既能完成森林生态系统中能量和物质的代谢功能，提供一定的生物产量和产物，还具有涵养水源、保持水土、净化空气、消除噪音、调节气候、保护农田草原，改善环境质量等生态效能。

    可见，自然资源与自然环境是自然物质条件的两种属性，两个侧面。在一定条件下二者可以相互转化。人类赖以生存、生活和生产所需的土地、土壤、水、森林、野生动植物等自然资源，也是在特定条件下人类所需的基本自然物质条件，也就是自然环境。不仅如此，由于现代文明的出现和人类对自然认识的肤浅性和渐进性，导致环境污染和生态破坏日趋严重，为了保护人类生存、生活和生产的环境，人们已逐渐摒弃传统的对环境要素中各种自然因子的放任自流的任意利用，而是将环境因素作为资源加以开发、保护和利用，所以有人将这类环境因素称之为环境资源，如水、大气、土壤等等。

    二、自然资源的特征和分类

    ( 一 ) 自然资源的特征

    如前所述，资源是一个历史范畴的概念，随着人类认识水平的提高会有越来越多的物质成为资源，所以物质资源化和资源潜力的发挥是无限的。但在一定的时空范围和认识水平下，有效性和稀缺性是资源的本质属性。一般自然资源都一些共同的特征：

    1. 可用性。即资源必须是可以被人类利用的物质和能量。对人类社会经济发展能够产生效益或者价值。如地下埋藏的石油，是当今工业社会的主要能源和某些化学工业原料的主要来源。

    2. 有限性。是指在一定条件下资源的数量是有限的，而不是取之不尽，用之不竭的。即使是太阳能，照射到地球的有效辐射也是有限的，人类对其利用的程度更是有限的。如空气，在地球上绝大多数地方，是一种可以任意取用的物质。但在特殊的场所、特殊的时间，空气也会成为非常有限资源，如潜水员使用的压缩空气、宇宙飞船的密封舱中，空气就是一种非常重要而完全有可能耗尽的资源。

    3. 多宜性。即自然资源一般都可用于多种途径，如土地可用于农业、林业、牧业，也可以用于工业、交通和建筑等。这是引起行业资源竞争的主要原因之一，但也是产业结构调整的基础。

    4. 整体性。是说自然资源不是孤立存在的，而是相互联系、相互影响和相互依赖的复杂整体。一种资源的利用会影响其他资源的利用性能，也受其他资源利用状态的影响。如土地是一个较广泛的概念，它可以包括特定区域空间的水、空气、辐射等多种资源；由于水气资源的质量变化，也会影响到土地资源质量的变化；水资源的缺乏会引起土地生产力的下降。

    5. 区域性。自然资源存在空间分布的不均匀性和严格的区域性。虽然从宏观上，全球自然资源是一个整体，但任何一种资源在地球上的分布都不是均匀的，即使是空气也有明显的垂直分布差异。从而也使不同国家或地区都有不同的资源特点。这种资源分布的地域性与不平衡性，导致了全球区域性的资源短缺与区域间的资源交换和优势互补。

    6. 可塑性。是指自然资源在受到外界有利的影响时会逐渐得到改善，而在不利的干扰下会导致资源质量的下降或破坏。这就为资源的定向利用和保护提供了依据。

    因此在社会经济的发展中，必须正确地处理好自然资源利用与保护的关系。对自然资源的过度利用，势必影响资源整体的平衡，使其整体结构和功能以及在自然环境中的生态效能遭到破坏甚至丧失，从而导致自然整体的破坏。因此开发任一项自然资源，都必须注意保护人类赖以生存、生活、生产的自然环境。

    ( 二 ) 自然资源的分类

    由于资源内容广泛、丰富，为了研究及开发利用上的方便，一般依据资源的一些共同特征将资源进行统一分类。分类的优点在于，使得我们能较为容易地把握资源的共性和区分它们的特性（图 3-1 ）。分类的目的是为了更好地理解和把握不同资源间的相互关系及同类资源的共同特证，以便更好、更合理地利用资源。通常根据资源的属性将其划分为自然资源和社会经济资源。前者是指在一定的技术经济条件下，能作为人类生产和生活所利用的一切自然物质和自然能量的总和，而后者则是作为人类生产和生活所用的人力 ( 人口、智力、体力等 ) 和劳动成果的总和。

图 3-1 自然资源的分类系统

    按照资源的地理学性质可将资源分为水利资源（含淡水资源）、土地资源、气候资源、生物资源、矿产资源和海洋资源。这是较为常见的一种分类方法，基本上包括了主要的自然资源类型。但仍有些资源还没有包括在内，如旅游景观资源，风能以及与新型能源有关的资源等等。

    传统的自然资源分类方法，是按照自然资源在不同产业部门中所占的主导地位笼统划分为农业资源、工业资源、能源、旅游景观资源、医药卫生资源、水产资源等等。在某一种类资源下又可进一步细分。联合国粮农组织通常在农业资源之下，按土地资源、水资源、牧地及饲料资源、森林资源、野生动物资源及遗传种质资源等进行分类和研究有关问题。

    按资源产生的渊源和可利用性可分为：原生性自然资源（或非耗竭性资源）和后生性自然资源（或耗竭性资源）。原生性自然资源或称非耗竭性资源随地球的产生及其运动而形成和存在。如太阳能，空气，风、降水等，基本上是持续稳定的。它又可分为：恒定性资源（如太阳、风、潮汐等，永远存在）和易受污染或被误用的资源（如大气、水体、自然风光等，如果利用不当，容易遭受破坏或变质）。后生性资源或称耗竭性资源是在地球的自然历史演化过程中的某一阶段形成的一类资源，其数量有限。它又可以分成：再生性资源（或可更新资源）（如土地资源，水资源，生物资源等，可以在较短的时间内再生或循环再现）和非再生性资源（或不可更新资源）（如各种矿物、煤、石油、泥炭、天然气等。需要经过漫长的地质年代才能形成，在现阶段生产水平下，是不能再生更新的。因此，越用越少，趋于耗竭）。

    可更新资源又可分为生物资源和非生物资源。但不管哪一类都可以持续再生、代谢更新。生物资源是自然环境中的有机组成部分，是自然历史的产物，包括各种农作物、林木、牧草、家畜、家禽、水生生物、微生物和各种野生动植物，以及由它们组成的各种群体。生物资源不仅为人类提供了大量的肉食、蛋白质和各种药材，以及工业原料等，而且是生态系统物质循环和能量流动的基础。当人类的利用速度超过了资源的更新速度时，就会导致可更新量越来越少，自然资源趋于耗竭。因此，只有合理地保护自然资源，才能实现对其持续永久的利用。

    三、自然资源的持续利用

    ( 一 ) 自然资源与人类社会发展的关系

    1. 自然资源是社会经济发展的基础

    资源是经济发展的基础。人类进行生产和消费的内容多种多样，但从根本上都是利用和消耗自然资源。例如人类生活所需的食物是由水、土壤和大气中的 CO 2 、 O 2 等自然资源通过生态系统对太阳能的转化固定所形成；占地球总生物量近 90% 的森林，既是氧气的重要来源，又是国民经济许多部门的基本生产资料，如木材加工业、造纸业、建筑业等。

    2. 自然资源为社会生产力发展提供劳动资料、为人类繁衍提供营养和能量来源

    在社会生产发展的初级阶段，生产工具的制造完全依赖于自然资源，如石器取之于岩石，木器取之于森林，铜器来源于矿层；人类劳动的对象如土地、动植物体和水等都是自然资源，人类驯化的动物还为人类提供劳动力等。

    3. 社会经济的发展对自然资源有巨大的反作用

    人类利用自然资源的历史证明，把自然资源看成是取之不尽，用之不竭的观点是错误的，认为可以随心所欲无限制的利用自然资源来发展经济，只会导致自然资源的枯竭和环境的破坏，并反过来制约经济的进一步发展，因而这种发展是不可持续的。如森林的大面积滥砍滥伐，草原的过度放牧等都引起了严重的水土流失和生态破坏。不仅制约本地区的经济发展，也给下游地区的生态经济带来严重的不良影响。

    ( 二 ) 自然资源利用和保护是矛盾的统一

    发展经济，离不开对自然资源的利用，也离不开对自然资源的保护。但在实际生活中，两者常常处于矛盾的状态，要么是大力发展经济而损害了自然资源，要么是保护自然资源而限制了发展经济。这一矛盾自古就有，随着社会生产力的发展，表现得愈来愈明显。例如古代巴比伦王国的毁灭。大约五、六千年前，在今西南亚的平原上已建立了巴比仑王国，当时它经济发展，社会繁荣，与中国、印度、埃及并称为世界的四大文明古国。但随着人口增长，粮食和生活物品需要量大增，于是就大量开垦土地，在幼发拉底河与底格里斯的上游砍伐森林种植粮食，引起了严重的水土流失。结果造成了下游的平原淤积，河道堵塞，洪水成灾，土壤变成沙地，大片良田逐渐荒芜。到公元前 4 世纪，巴比伦王国开始衰落，公元前 2 世纪，繁荣的巴比仑王国变成了一片废墟。到了现代，这样的事例更加普遍。例如美国， 20 世纪以来发展经济不顾保护自然资源，大量砍伐原始森林，造成了严重的土地侵蚀，严重破坏了森林、土地等自然资源，导致了 1943 年从太平洋刮到大西洋的“黑风暴”，席卷了美国 2/3 的地区，一次就刮走了 3 亿吨的土壤，全国的冬小麦一年就减产 61 亿公斤。我国北方草原的过度放牧，导致 2000 年连续数次发生大规模的沙尘暴，影响波及大半个中国。但这并不说明经济发展与资源保护一定是互不相容的，而是人们对经济发展的认识问题，如果人们仅仅把近期和小范围的经济利益作为追求目标，那么一般都会出现以上所描述的矛盾。但是，如果人们把长期的、全局的经济利益作为追求目标，就会自觉地按照生态规律去保护和利用自然资源，不会让短期利益影响长期的经济发展，从而实现的是一种可持续的经济发展模式。

    大量的事实告诉我们，人类利用自然资源发展经济的同时，必须注意保护资源。要把资源的利用与保护统一起来，需防止两种错误倾向：一种是强调经济发展，忽视对自然资源的保护；另一种是过分强调自然资源的保护，而限制了经济的发展。这两种倾向对社会经济的持续发展都是不利的。只有在“保护资源，节约和合理利用资源”、“开发利用与保护增殖并重”的方针和“谁开发、谁保护，谁破坏、谁恢复，谁利用谁补偿”的政策下，依靠科技进步挖掘资源潜力，充分提高资源的利用效率，发展资源节约型经济。坚持经济效益，社会效益和生态环境效益相统一的原则，才能实现自然资源的高效持续利用。

第二节 土地资源利用与保护

    土地既是重要的生产资料和劳动对象，同时也是人类赖以生存的活动领域。随着整个人类社会生产的发展和人口的迅速增长，土地资源与人类社会的关系逐渐超出了单一的民族和国家的范畴，而跃居为整个人类生存与发展的环境空间的全球性大问题。

    一、土地和土地资源

    土地是具有一定地理空间（经纬度、高程），以土壤为基础，与气候、地形地貌、水文、水文地质条件，表生地球化学因素、自然生物群落，以及它们之间相互作用所构成的自然综合体，它是一个包括众多子系统的复杂系统。 1972 年在荷兰瓦格宁根召开的关于土地评价的专家会议认为“土地包涵着地球特定地域表面及其以上和以下的大气、土壤、基础地质、水文和植物，它还包涵着这一领域范围内过去和目前人类活动的种种结果，以及动物就它们对目前和未来人类利用土地所施加的重要影响”。联合国粮农组织的《土地评价纲要》指出，土地包括影响土地用途潜力的自然资源，如气候、地貌、土壤、水文与植被，它包括过去和现在的人类活动成果。石玉林强调：“土地是一个垂直系统，可分为表层、内层和底层。包括地形、土壤、植被的全部，以及影响它的地表水（如泛滥地），浅层地下水，表层岩石和作用于地表的气候条件。”所以，土地是指上自大气的对流层的下部，下至地壳一定深度的风化壳空间内的有关自然要素与人类劳动成果的综合体。一般更偏重于自然方面。

    土地资源是指在一定技术条件和一定时间内可以为人类利用的土地。人类在利用土地资源的过程中也包括了改造，所以土地资源既包含了资源的自然属性和人类利用、改造的经济属性，故称之为“历史的自然经济综合体”。

    在某些情况下可以将土地与土地资源同等看待，但后者更多地考虑经济活动和人类生存发展的范畴。

    二、土地的基本属性

    土地是自然环境的立地基础，又是自然资源的重要组成，是人类从事一切社会实践的基地，它除具有自然资源的基本属性外，也有一系列特有的自然－经济特性。

    （一）位置固定

    指土地都有特定的空间位置及一定的形态特征。即每一块土地所处的经、纬度和海拔高度都是固定的，并有特定的外在形态。也就是说，各种土地分布具有受水热条件支配的纬度地带性、经度地带性和垂直地带性，以及受局部地形，地质条件影响而表现的非地带性规律。土地利用都限于固定地点，不能象其它物品一样进行移动。 土地只能就地利用，不同地理位置的土地可利用性有很大差异。

    （二）数量的有限性

    指不考虑漫长的地质过程，土地面积不会明显增减。土地是自然的产物，具有原始性，不可能再生产和复制。其数量是由地球表面的大小及其形状所决定的，所以数量相对固定而不能扩延、也不能消灭。某项用地面积的增加，必然导致其它用地面积的减少，总的土地面积基本不变。

    （三）不可替代性

    指土地无论作为环境条件，还是作为生产资料都不能用其它任何东西所代替。

    （四）土地利用的永续性

    土地利用永续性有两层含义，其一是说土地作为自然产物，它与地球共存亡，相对于地球而言永不消失；其二是指土地作为人类的活动场所和生产资料，在使用过程中，只要利用合理，其生产力能够得到保持或不断提高，土地可以年复一年地使用下去。土地利用上的这一特性和其它生产资料完全不同，它为人类提出了尊重客观规律、合理利用和科学保护土地的要求，也展示了实现社会、经济可持续发展的可能性。

    三、土地的分类

    根据不同的属性，土地的分类方法和分类结果多种多样。例如，按照地貌特征划分可以把土地划分为山地、高原、平原、盆地、丘陵等；按土地的土壤质地划分，可分为粘土地、砂土地、壤质土地等；按土地所有权划分，可分为私有、国有和集体所有的土地。不过最为常用的土地（土地资源）分类还是依照土地的经济用途进行的分类，通常分为以下几种土地类别。

    （一）耕地

    耕地是指用于种植粮食、蔬菜、经济作物等作物并被经常耕作的土地。耕地是农业的基础，它为人类生活提供了 80% 以上的热量、 75% 以上的蛋白质、 85% 以上的食物。 95% 以上的肉蛋又是由耕地产出的农产品转化而来。耕地根据耕作方式和种植作物的不同又可划分为旱田、水田、水浇地和菜地等多种类型。

    （二）林地

    指用于林业生产的生长乔木、灌木、竹类等各种树木的土地，按生产木材的用途不同， 又可进一步划分为用材林地、经济林地、薪炭林地、防护林地等；此外，林地还包括林地采伐、火烧后的迹地以及苗圃等。

    （三）草地

    指常年生长草本植物、覆盖度在 15% 以上的土地，草地大都用作畜牧业生产，所以草地又有天然牧场、人工草场、改良天然草场之分。

    （四）水域（水面）

    通常指河流、湖泊、水库、池塘、苇地、沟渠、沿海滩涂的水面和冰川以及永久积雪覆盖陆地部分。

    （五）未利用土地

    是指目前尚未利用的土地，包括荒地、盐碱地、沼泽地、风沙地（沙漠）、戈壁滩等，其中荒草地是最主要的耕地后备资源。

    （六）建设用地

    是指通过工程建设营造建筑物所占用的土地，是城镇、村庄、军事及其它设施所占土地的总称。

    （七）工矿用地

    指厂房、仓库、矿场、油田、盐场等用地。

    （八）交通用地

    指铁路、公路以及飞机场、港口、码头及其它附属设施用地。

    四、耕地与土地生产潜力

    ( 一 ) 耕地

    耕地是人类生产最基本、最主要的生产资料，是生产粮食、棉花、油料、蔬菜等农副产品的基地，是土地的精华。耕地数量的多少，质量肥瘠、直接影响国民经济的发展。

    ( 二 ) 土地生产潜力

    所谓土地生产潜力或土地生产力，在农业上是指在一个地区土地能生产人们可能利用的能量和蛋白质的能力。对耕地和粮食作物来说，土地生产力是指单位面积耕地生产粮食的能量或数量。

    土地资源生产潜力是土地资源在一定条件下，该种用途所要求的全部条件都能满足时所能生产的物质或经济产出。同一土地资源在不同的利用条件下，其生产潜力是不同的。如作为工业、商业、农业、林业等用途时，同一土地资源单位面积上的生产力（产值）差异相当大。由于作为工业或商业利用时，难以确定土地资源达到最大生产力时的最佳条件，因而无法估计这些利用方式的土地资源生产潜力。所以经常讲的土地资源生产潜力主要是指土地资源的物质生产潜力，也就是土地资源的植物生产潜力。其基本含义是土地资源作为某种植物（作物）栽培时，在温度、水和养分条件适宜， CO 2 充分供应，无毒害、病虫害及其它自然灾害和杂草控制完全的条件下，该植物（作物）所能获得的生产力叫植物（作物）的生产潜力，植物（作物）种类不同，土地资源的生产潜力也不同。

    五、世界土地资源利用

    ( 一 ) 世界土地资源概况

    世界陆地面积约为 130 多亿 ha ，占地球表面的 29.2% ；各大洲中除南极洲外，面积最大的是亚洲，其次是非洲（表 3-1 ）。中国国土面积居世界第三位，为 960 万 km 2 ， 1997 年人口密度为 129 人 km -2 ，约为当时世界平均值的 3 倍。

    表 3-1 世界各大洲土地面积和人口

    注：世界土地面积不包括无定居人口的南极洲，若包括南极洲全世界陆地面积为 14950 万 km 2 。（引自中国国家统计局《中国统计年鉴》， 1999 ，中国统计出版社）

    在地球陆地表面，有近 50% 的面积是永久性冻土、干旱沙漠、岩石、高寒地带等难以利用和无法利用的土地，此外尚有相当数量的土地存在各种障碍因素，实际适于人类利用的土地只有 7000 万 km 2 左右。在世界范围内各地可利用土地分布存在很大差异，如果按照不同气候带划分，适于耕种的土地主要分布在热带，约为 16 亿 hm 2 ，其余各气候带之和大约为 15 亿 hm 2 ；远东和欧洲各国 25% 以上土地是可耕种的，而大洋洲（澳大利亚、新西兰和太平洋岛屿）可耕种的土地只占其土地面积的 5.5% 左右，南美洲也仅为其土地面积的 6.2% 。但是，可作为牧场的草原占各洲土地面积的比例，大洋洲最多，为 54.8% ，北美为 13.7% ，远东为 15.3% 。森林面积占各洲土地面积的比例南美洲约为 46.4% ，大洋洲为 10.2% 。目前，全世界有荒地面积约 50 亿 hm 2 ，主要分布在非洲和美洲，亚洲的土地开发利用率远较其它各洲高。

    60 年代以来，世界人口的急剧增长给土地资源造成愈来愈大的压力，地球的土地资源究竟能否承载这样庞大的人口数量，已成为大多数人，特别是土地资源研究和管理的人们急需回答的问题。

    ( 二 ) 利用特征

    据 1987 年《世界资源》资料，全球陆地总面积约 130 亿 ha ，其中耕地 25 亿多 ha ，占陆地总面积的 11.8% ；林地 40 亿 ha ，占 31.21% ；牧地 31.5 亿 ha ，占 24.16% ；其它用地占 43.6 亿 ha ，占 33.35% 。从土地质量看，适于农林牧业发展的好地占 24% ，主要适用于林用和永久牧用的土地占 12% 。优质林地 18% ，优质牧地 15% ，改良后可用于农用的土地为 8% ，无法利用的土地占 23% 。这些土地资源在农业利用中受干旱影响的占 28% ，受矿物质影响的有 23% ，受土层浅薄限制的 22% ；受水渍及永久冻层影响的分别占 10% 及 6% ，只有 11% 的土地在农业利用上未受到严重威胁。

    当前世界人均耕地约 0.3ha ，人均占用土地面积以大洋洲最多为 2.07ha ，其中澳大利亚人均达 3.00ha ；南美、北美、非洲依次减少，欧亚大陆最少。亚洲最少只有 0.17ha ，其中中国只有 0.01ha 。世界人均占有林地 0.86ha ，大洋洲最多为 6.21ha ，亚洲最少只有 0.21ha ；世界上人均占有林地最多的国家是加拿大 ( 13.46ha ) 、澳大利亚 ( 7.00ha ) 、巴西 ( 4.21ha ) ，中国只有 0.13ha 属最少之列。世界人均草场 0.66ha ，南美洲最多为人均 18.97ha ；最少的当属欧洲，人均 0.18ha ，澳大利亚最高达 29.5ha ，被称为“骑在羊背上的国家”，印度最低只有 0.02ha 。

    世界土地资源及人均占有量的分布极不均衡，特别与人口分布很不协调，亚洲人口占世界总人口的 56% ，但可耕地只占 20 ％，其中 77% 已经开垦，大洋洲只占世界人口的 0.5% ，而可耕地占 23.2% ，其中 86% 尚未开垦。随着人口趋势的发展，这种不均衡将会进一步扩大，造成富者愈富，穷者愈穷，使世界局势潜藏着不稳定因素。

    ( 三 ) 土地资源利用中的问题

    1. 耕地减少

    耕地侵占导致可耕地数量减少。日本从 1950 年到 1987 年耕地减少了 100 万 ha ，英国近 20 年共减少农用地 113 万 ha 。 90 年代初世界居民占地约 1.5 亿 ha ，到 2000 年，全世界将有 2 亿 ha 肥沃土地成为非农用地。尚未开垦的土地已无太大的潜力，迫使人们向草原、森林要地。

    2. 森林砍伐、草原破坏和沼泽滩涂的围垦

    近年来由于人口增长对耕地的压力，人们盲目毁林开荒，使森林、草地、沼泽和滩涂等类型的土地资源面积不断减少。在过去的十多年中，非洲每年开垦郁闭阔叶林 130 万 ha ，其中滥伐面积占世界热带疏林和林地面积的 62% 。世界森林平均每年约减少 300 万 ha ，到本世纪末将有 40% 森林（主要是热带雨林）被消灭。半数以上的森林损失发生在象牙海岸、尼日利亚、利比亚、几内尼和加纳这些西非国家，那里森林消失的速度是世界平均值的 7 倍。

    全球草原消失已达 19% ，目前世界上所谓“湿草原”地带大部分成为农区，且垦荒还在向半干旱草原移动。人类为此付出了沉重的代价。 30 年代美国的“黑风暴”迄今为人所惊骇。中国长城一线的风沙已正向南侵，内蒙巴彦浩特西北至锡林部勒之间的草原荒漠化面积由 50 年代末的 12 ％，增加到 70 年代的 50 ％。

    围垦沼泽和滩涂，尽管得到了某些眼前利益，但破坏了湿地生态系统，使许多水禽和鱼类减少，甚至灭绝。沿海滩涂是近岸水产业食物链的一个重要环节，它为鱼类和甲壳类动物提供有高度生产性的产卵地、养殖地和喂养地，世界全部鱼类捕获量的 2/3 是在潮汐带孵化的。由于耕地压力上升，全世界沼泽地已丧失 25-50% ，法国布列塔尼亚半岛的海岸湿地在过去的 20 年里消失了约 40% ，剩余的 2/3 正在受排水和其他开发活动的严重影响，自 50 年代以来英格兰东海岸的瓦利有 2 万 ha 盐沼和潮泥滩被开垦用来发展农业； 70 年代中期美国原有的海岸湿地已损失一半， 1983 年美国国家海洋渔业局计算，由于重要的河口湾的损失，美国渔业自 1954 年到 1978 年每年损失 2.08 亿美元。

    3. 土地资源退化

    a 、地力衰退 主要表现在养分的亏缺上。据统计世界土壤养分不足的面积约占总面积的 23% ，热带地区表现为 P 、 Ca 、 Mg 和 B 的不足 ; 南美洲 10 亿 ha 酸性土中， N 和 P 不足的占 90% ，缺 K 的 70%, 缺 Zn 的 60% 。

    b 、水土流失 据统计，全世界水土流失面积达 2500 万 km 2 ，占总面积的 16.8% ；耕地中受流失土地占 2.1% 。有史以来，人类耕地总损失量为目前总耕地的 1.33 倍。水土流失不仅使上游的土地肥力下降，生态破坏，而且造成下游河道和水库等的淤积、严重影响沿河生产发展和人类生命财产安全。 据世界观察学会专家估计，每年全球的土壤侵蚀量约为 250 亿 t ，远远大于土壤的形成数量。据联合国开发计划署估计，仅水土流失一项，每年全世界就要失去耕地 5 ～ 7 万 km 2 。

    c 、土壤盐渍化 世界干旱半干旱区均有盐碱土分布，其面积约占该地区面积的 39% ，主要分布于亚欧大陆，北非，北美西部。历史上曾多次出现因错误灌溉而失败的农业系统，世界各地仅盐碱化造成的荒废土地就与目前灌溉的土地一样多。各国水稻产区的土地次生盐渍化和沼泽化现象也较常见。

    d 、土地沙漠化 全球沙化、半沙化面积约占全球面积的 1/3 ，据联合国资料，每年有 7 万 km 2 的土地变成沙漠，许多沙漠化逐年向外扩展，如撒哈拉沙漠南侵速度为每年 30 -50km ，流沙前沿长度约 3500km 。

    e 、土壤污染和环境恶化 随着工业的迅速发展，“三废”的排放、化肥和农药在农业中的大量投入，使土地污染问题日趋严重。土地污染不仅使土地生产力降低，而且还会引起农产品和人类生存环境的污染，威胁、危害人体的健康。污染的环境破坏了原有的生态平衡，导致许多物种的灭绝。

    六、我国土地资源利用情况

    ( 一 ) 我国土地资源概况

    我国 90 年代初 各种利用类型的土地面积如表 3-2 所示。 据 1999 年公布的国土资源部、国家统计局和全国农业普查办公室调查统计结果我国现有耕地面积 1.30 亿 hm 2 ，林地 2.28 亿 hm 2 ，草地 2.66 亿 hm 2 。耕地集中分布在东部的东北平原、华北平原、长江中下游平原及四川盆地和华南地区，而草地则多分布在西北部，林地集中分布于西南及东北地区。

    表 3-2 我国土地类型面积概数（ 1991 ）

    * 我国耕地面积目前尚无统一精确数据 , 国家统计局公布为 0.96 亿公顷 , 有些学者曾用 1.4 亿公顷 ,1.27 亿公顷等 , 此表中数据仅供参考。

    ( 二 ) 我国土地资源的特点

    1. 土地资源绝对数量多，但人均占有量少。我国土地总面积居世界第三位，但由于人口众多，人均土地面积只有平均值的 1/3 ，不足 1ha 。

    2. 土地资源分布不平衡，且生产力的地域差异很大。由于水热条件的不同和复杂的地形，地质组合，我国有多种多样的土地类型，但各种类型的土地资源分布不平衡。我国 90% 以上的耕地和陆地水域分布于东南部；一半以上的林地集中在东北和西南的山地； 80% 以上的草地分布于西北干旱和半干旱地区。降雨和径流由东南向西北递减，长江、珠江、浙、闽、台及西南诸河流域的水量占全国总水量的 81.0% ，而这些地区的耕地仅占全国的 35.9% 。东部湿润、半湿润地区的生产力很高，其生物产量占全国的 90% ，但面积只有全国土地面积的一半。

    3. 土地资源质量较差。 1.27 亿公顷耕地中，山地、丘陵、高原等地占 66% ，而平原仅 12% ，盆地 19% 。中低产田在 60% 以上。据石竹筠资料，水田占用耕地面积的 26.1% ，水浇地占 17.4% ，而旱地占 53.5% 。 1.15 亿公顷林地中多为采伐后的次生幼林，特别是一些采伐不合理的林地，因没有及时营造幼林，留下多为灌木次生林。全国 131 个国有大型林业局中有 25 个局可采资源枯竭，在 2000 年将有一半至 2/3 的局辖片范围将无林可采。由于过渡修枝作燃料而形成“小恼头树”，树干畸形，形不成森林环境，结果是“有林无实”。 2.87 亿公顷草地自然生产率极低，每百亩草原的畜产品产量，只相当于澳大利亚的 1/10 ，美国的 1/20-1/30 ，新西兰的 1/83 ，荷兰的 1/120 。全国草地地区的饲料产量仅占全国饲料产量的 11% ，产肉量仅占 4.9% 。草地过载使草原退化。北方沙漠化和潜在沙化的草地在 33 万多平方公里，并有加速发展的趋势。

    4. 土地资源生产力集中在耕地上。据刘巽浩计算， 1.4 亿公顷耕地的现实生产力（生物产量）约占总农业用地的 3/4 ；而约 4 亿公顷的林草地的现实生产力仅占农业用地的 1/4 ，产值的 1/10 ，不仅粮、棉、油全靠耕地提供，而且全国产肉量的 96.2% ，也由耕地生产的饲料转化。农村所用木材也大部分依赖于农田林网和农田绿化。

    5. 后备耕地资源不足。我国尚有宜于开垦种植农作物、发展人工牧草和经济林木的土地约占全国土地总面积的 3.7% ，其中质量较好的占 8.9% ，中等的占 22.5% ，而近 70% 是质量差的三等地。 有人估计按现有的技术条件对耕地后备资源进行综合开发和全面治理，使之全部开垦出来，耕地面积最多也只能增加 0.07 亿 ha 左右。

    ( 三 ) 我国土地利用结构

    我国的土地资源利用结构如图 3-2 所示。

    图 3-2 我国土地利用结构现状图

    ( 资料来源：国家土地局《全国土地利用规划研究》， 1995)

    从图中可以看出，我国土地利用类型丰富多样，按利用现状全国土地利用类型可以分为三个层次，即已经开发了的、待开发的和还难以开发利用的，其面积分别为 6.54 亿 hm 2 、 0.75 亿 hm 2 和 2.22 亿 hm 2 ，面积比为 1.00:0.11:0.34 。已开发的土地中又可分为农业用地（农林牧业用地）和非农业用地（居民点、工矿和交通用地）两类。其中，农林牧用地占 95.9% ，非农业用地占 4.1% 。在 0.74 亿 hm 2 待开发土地中又包括宜耕地、宜林地、宜园地、宜牧地、宜建设用地和其它可利用土地六类，其面积比例为 1.00:0.22:1.94:2.03:0.06:0.20 ；在难以利用土地中包括沙漠、戈壁、高寒荒漠、石质山地以及其它难利用土地五类，其总量达 2.2 亿 hm 2 。总体上，我国土地利用结构以农、林、牧用地为主，但农业用地后备资源数量有限，在尚未利用的宜农业利用土地中，以宜牧、宜林地面积最大，其次才是宜耕地。

    ( 四 ) 我国土地资源开发利用中存在的主要问题

    1. 盲目扩大耕地面积促使土地资源退化

    a 、对山坡的刨垦使大面积的森林、草地毁坏、造成水土流失。 从多年统计资料看，我国水土流失面积呈逐年增加趋势，建国初期我国有水土流失面积 150 万 km 2 ，目前已增加到 183 万 km 2 ，约占全国土地面积的 1/5 ；黄河、海河、淮河、长江流域水土流失面积分别占其流域面积的 70% 、 47% 、 33% 和 20% 左右。我国每年因水土流失侵蚀掉的土壤总量达 50 亿 t ，大约占全世界土壤流失量的 1/5 左右。 我国是世界上水土流失最严重的国家之一。黄河、长江年输沙量 20 亿吨以上。列世界九大河流的第一和第四位。

    b 、围湖造田。盲目的围湖造田，使湖区滞洪能力下降，原有的生态系统遭到破坏，因而水旱灾害频繁。

    c 、盲目开发草原，使草场沙化。由于多年的滥垦过牧，我国近 1/4 的草场退化，产草量平均由 3000 － 3750kg /ha 亩降至 1500 -2250kg /ha ，每年沙化面积达 133 万 ha ；更值得忧虑的是南方也出现了“红色沙漠”、“白沙岗”、“光石山”等。

    2. 非农业用地迅速扩大

    我国 1957 － 1985 年每年净减耕地 53. 3 万公顷 ，仅 1985 年就净减 100 万公顷。按此速度发展下去，我国的全部耕地将在 200 年之内全部被占完，因此刘巽浩写了一篇题为《二百年后不耕、不种的中华大地》。解放后 30 多年城市扩张占用地面积为城市原来面积的 4-6 倍。从 1978—1998 年我国的城市由原来不足 200 个增加到六百多个，增加了 475 个。上海郊区被占耕地达 7.33 万公顷，相当于上海、宝山、川沙三县耕地面积的总和。北京自 1951 年以来，平均每年占用耕地约 0.67 万公顷， 30 多年达 20 多万公顷。 据初步预测，到 2050 年我国非农业建设用地将比现在增加 0.23 亿 hm 2 ，其中需要占用耕地约 0.13 亿 hm 2 ，另外在现有耕地面积中约有 0.07 亿 hm 2 不适于用做耕地而需要退耕，两项相加耕地的减少量为 0.20 亿 hm 2 ，如果在此期间开垦荒地能增加耕地 0.07 亿 hm 2 ，尚要净减少耕地 0.13 亿 hm 2 。

    3. 土地污染

    随着工业化和城市化的发展，特别是乡镇工业的发展，大量的“三废”物质通过大气、水和固体废弃物的形式进入土壤。同时农业生产技术的发展，人为地施用化肥和农药以及污水灌溉等，使土壤污染日益加重。土壤污染不仅对农作物及农田生态环境造成危害，污染物通过食物链最终进入人体，还会为害人体健康。到目前为止还没有关于已经遭受污染耕地面积的准确统计数字，但有人估计由于环境污染而导致农作物减产数量每年在大约 100 亿 kg ，这一数字约为我国粮食产量的 3% ，相当于我国近些年来每年进口的粮食总量。

    造成农田土壤污染的原因主要有：工业和乡镇企业排放的各类废弃物、农用化学物质的过量使用以及畜禽粪便和生活垃圾的不适当堆放等。尤其要指出的是，从本世纪 50 年代开始我国就在部分地区推广污水灌溉，至今已有 40 多年的历史，近年来，每年排放的污水约有 20% 被用于农田灌溉。污水灌溉缓解了农业用水不足，有时还可为作物提供养分物质。但同时也将大量的污染物质带入农田，这些污染物质除对农作物造成急性危害外，其中的重金属等一旦进入土壤就很难被移走， 由此可能造成长期性环境污染。因此，保护农田土壤，使之免受污染是当前保护农村生态环境、加强生态建设的重要任务之一。

    七、土地资源合理利用对策

    ( 一 ) 世界土地资源利用对策

    1. 进行世界性土地人口承载潜力的研究，并开展广泛的生态教育，使各国家和地区能在土地可承载的前提下制定人口政策，实行计划生育。

    2. 对一些世界性的土地资源开发需要进行统一协调。因为大类型、大面积的土地资源类型的开发影响，常超出一个国家的范围，如果处理不好，必然会“殃及鱼池”。

    3. 保护环境、防止生态恶化。要使一系列国际国内的环境保护立法和公约生效，必须要有国际间行之有效的监督和惩罚制度。同时更要增强全人类的环境意识，使所有的人都来保护我们赖以生存的地球环境。

    ( 二 ) 我国土地资源利用对策

    我国土地资源问题的焦点主要是在土地资源有限与人口增长无限的矛盾上，因此合理利用与保护每一寸土地和严格控制人口增长成为我国解决土地资源问题的基本国策。

    1. 加强土地管理，保护耕地，控制非农业用地。

    2. 按照《土地法》执法，打击滥用土地的行为；积极开展土地生产潜力和承载能力的研究，作好长远的土地利用规划。

    3. 严格控制人口。据估算我国 90 年代初的土地生产能力大约可承载 12 亿左右的人口，如果到 2025 年，整个投入水平增加到中等水平，可承载 15 亿人口。因此严格控制人口始终是解决土地资源问题的一个主要课题。提高全民的国土意识和综合文化素质，让全国人民共同对付土地问题。

    4. 增加农业投入，改造中低产田和加强农、林、牧业生产基地的建设。中低产田改造是提高土地承载力的主要途径，而任何一种中低产田如土壤侵蚀、土壤盐渍化、土壤次生潜育化或土壤沙化土地的改造都需要农田水利工程的投入。加强商品粮基地、优质棉基地、饲草基地和山区林果基地的建设，以便国家宏观调控，安全地应付各种意想不到的困难。

    5. 加强土地资源的宏观建设。根据已掌握的资料和技术条件拟定国土资源开发规划，通过如三北防护林等项目的建设改善宏观生态环境，从根本上防治土壤沙化，通过跨流域的调水工程，提高我国水资源的利用率和缺水地区的土地生产力。

    6. 加强土壤污染防治。从控制和治理污染源着手，加强土壤污染治理，合理利用污水灌溉。加强土壤环境的监测和评价，及时预报土壤的环境质量变化和主要问题所在，提出对策。

第三节 水资源利用与保护

    水是人类发展不可缺少的自然资源，是人类和一切生物赖以生存的物质基础。当今世界，水资源不足和污染构成的水源危机成为任何一个国家在政策、经济和技术上所面临的复杂问题和社会经济发展的主要制约因素。 1992 年 1 月联合国在冰岛举行了水和环境国际会议，呼吁寻找新的途径，对淡水资源作出评价、发展和管理。 1993 年，世界银行提出了有关水资源的新课题。粮农组织最近成立了一个关于水和持续农业发展的国际项目（ IAP-WASAD ），这些信息表明，水资源问题已引起全世界的关注。

    人类对水资源的开发利用分两大类：一类是从水源取走所需的水量，满足人民生活和工农业生产的需要后，数量有所消耗，质量有所变化，在另外地点回归水源。另一类是取用水能（水力发电）、发展水运、水产和水上游乐，维持生态平衡等，这种利用不需要从水源引走水量，但是需要河流、湖泊、河口保持一定的水位、流量和水质。本节所讨论的水资源利用情况主要是第一类用水形式。

    一、水资源及其重要作用

    ( 一 ) 水资源

    地球上水的总贮量约有 13.9 亿 km 3 ，其中约 97% 为海洋咸水，不能直接为人类利用。而淡水的总量仅为 0.36 亿 km 3 ，而且这不足地球总水量 3% 的淡水中，有 77.2% 是以冰川和冰帽形式存在于极地和高山上，也难以为人类直接利用； 22.4% 为地下水和土壤水，其中 2/3 的地下水深埋在地下深处；江河、湖泊等地面水的总量大约只有 23 万 km 3 ，占淡水总量的 0.36% （表 3-3 ）。因此，只有约 20% 的淡水是人类易于利用的，而能直接取用的河、湖淡水仅占淡水总量的 0.3% 。可见，可供人类直接利用的淡水资源是十分有限的。

    ( 二 ) 水循环

    地球表面的水在太阳辐射能和地心引力的相互作用下，不断地蒸发和蒸腾到大气中，并在空中形成云，在大气环流的作用下传播到不同的地域，再以降雨或降雪等形式回到海洋或陆地的表面。这些降水，一部分渗入地下，成为土壤水或地下水；一部分形成地表径流汇入江、河、湖、海，再经蒸发进入大气圈；还有一部分直接蒸发或经植物吸收而蒸腾进入大气。这种过程循环往复，永无止境（见图 3-3 ）。

图 3-3 水循环示意图

    通过循环水资源得到不断的更新。在较长时间内，全球范围的蒸发与降水基本保持平衡（图 3-4 ），但在一定时间、空间范围内，其数量极为有限，并不象人们想象的那样可以取之不尽、用之不竭。不同形态水的循环速率差异很大（表 3-4 ），除生物水外，大气水和河流水的循环更替期最短，更新利用率高，是最活跃、最重要，也是与人类和生物生长发育最密切的水资源。

    ( 三 ) 水资源的重要作用

    1. 调节气候。水是大气的重要成分。虽然大气中仅含全球水量的百万分之一，然而，大气和水之间的循环相互作用，确定了地球水循环运动，形成支持生物的气候。大气中的水帮助调节全球能量平衡，水循环运动起着不同地区间的能量传输作用。

    2. 水磨塑着地球表面的形态。流动的水开创和推动土地地貌的形成，重排地表景观以及三角洲形成等。水是形成土壤的关键因素，也在岩石的物理风化中起着重要作用。

    3. 水具有物质运输的功能。水可以输送多种多样材料和营养物质。水输送物质的形式有两种：溶解的矿物质和整体物质。大气中的各种颗粒物质可以沉降到水体，然后由水输送。从这一方面可以看到，水可以把环境污染物输送、扩散到更远、更广泛的区域。

    4. 水是一切生物必不可少的物质。生命的形成离不开水，水是生物的主体，生物体内含水量占体重的 60-80% ，甚至 90% 以上。水是生命原生质的组成部分，并参与细胞的新陈代谢，还是生物体内外生物化学发生的介质。因此，一切生命都离不开水。水与生物以各种方式相互作用。在一个区域范围内，水是决定植被群落和生产力的关键因素之一，还可以决定动物群落的类型、动物行为等。

    5. 水是人类赖以生存和生产的最基本的物质基础。水与人类的关系非常密切，不论是生活或是生产活动都离不开水这一宝贵的自然资源，水既是人体的重要组成，又是人体新陈代谢的介质，人体的水含量占体重的 2/3 ，维持人类正常的生理代谢，每天每人至少需要 2 -3 升 水。工业生产、农田灌溉、城市生活都需要消耗大量的水。但是，随着人口和经济活动的加剧，全球的水循环已大大偏离了它的自然状态，水的流动已发生了显著的变化。人口迅速增长，加速了对水资源的消耗，工农业生产发展严重污染了水质，森林破坏改变了蒸发和径流方向等，这些人类活动造成了水资源的严重破坏，使世界面临着水的危机。

    ( 四 ) 影响水资源丰缺的主要因素

    某地区水资源的丰缺取决于多种因素，地理位置、地形、温度和太阳辐射以及地面植被和人类活动都会对水资源的运动和分配产生明显的影响。

    1. 地理位置

    由于降水是水资源的最主要来源，所以人们常常以年平均降水量与年平均蒸发量之比（ P/E ）来判断一个地区湿润程度。影响一个地区的湿润程度的因素有很多，其中以纬度最为重要， R.Daubenmire 于 1978 年计算了全球不同纬度带的平均年降水量与年蒸发量比值（ P/E ），结果列于表 3-5 。由此可见，全球不同纬度地带的降水与蒸发比值相差很大。

表 3-5 年平均降水量与年平均蒸发量之比（ P/E ）与纬度的关系

    另外，一个地区降水的多少受到大气环流的影响，一般说来，距离海洋越近，大气湿度越大，降水量越多，水资源也越丰沛；越深入大陆内地，受海洋和季风影响越小，气候越干燥，降水量越小，水资源数量也越少。

    2. 地形条件

    在同一地区，海拔越高，气温越低，大气湿度越大，降水量也越大。高原和高大的山脉对大气环流、水汽的运移有阻隔作用，会对一个地区降水等气候条件产生明显影响。地面坡度是影响水循环即水分入渗数量多少的重要因素，在其它条件相同情况下坡度越陡，越容易产生地表径流而渗入土壤中的水量越少，降水大量流走，地面水分蒸发量减少，空气湿度更小，降水量也随之减少。

    3. 土壤和植被

    土壤、植被也是影响一个地区水分入渗、蒸发、径流、降水各个循环环节的重要因素，土壤质地中等，结构性好，疏松透水，有利用土壤水分入渗；植被长势茂盛，覆盖度高，能够抑制径流产生，加速水分循环。同样良好的生态环境条件，有利于植物生长，又会对保蓄水分、涵养水源产生积极作用，从而使一个地区的生态环境进入良性循环。

    4. 人类活动

    人类对于水资源的影响，其方向有积极和消极两种可能。人们兴修水利，拦蓄径流，植树造林，保持水土，跨流域调水，可以改善一个地区的水资源状况。但是不合理地开发利用水土资源，使植被遭到破坏，土壤受到侵蚀，气候逐年变得干燥，土地荒漠化，生态条件恶化以及过多水体污染排放，必然造成水资源的衰减。

    二、世界水资源的利用情况

    ( 一 ) 世界水资源概况

    世界各地自然条件不同，降水和径流相差也很大。表 3 － 6 列出了世界各大洲年平均降水量与年平均径流量的情况。年降水量以大洋洲（不包括澳大利亚）的诸岛最多；其次是南美洲，那里大部分地区位于赤道气候区内，水循环十分活跃，降水量和径流量均为全球平均值的两倍以上。欧洲、亚洲和北美洲与世界平均水平相接近，而非洲大陆是世界上最为干燥地区之一，虽然其降水量与世界平均值相接近，但由于沙漠面积大，蒸发强烈，径流量仅为 151mm 。相比之下大洋洲的澳大利亚最为干燥，与降水量 761mm 相对其径流量仅为 39mm ，这是由于澳大利亚的有三分之二地区为荒漠、半荒漠所致。

表 3-6 全球各大洲年降水和年径流概况

    ( 二 ) 世界水资源的供给与利用

    通常人们将全球陆地入海径流总量作为理论上的水资源总量，即全球水资源总量为 47000km 3 ，而这一水资源数量在全球分布又是不均匀的，各国水资源丰缺程度相差很大。人类在早期对水资源的开发利用，主要是在农业、航运、水产养殖等方面，而用于工业和城市生活的水量很少，直到本世纪初，工业和城市生活用水仍只占总用水量的 12% 左右。随着世界人口的高速增长以及工农业生产的发展，水资源的消耗量越来越大。世界用水量逐年增长， 1900 年至 1975 年间，每年以 3 ～ 5% 的速度递增，即每 20 年左右增长一倍。到 2000 年，世界总用水量将达到 6000 亿立方米，占世界总径流量的 15% 。世界耗水量的增加情况见表 3-7 。

表 3-7 世界耗水量 / 不能恢复耗水量变化表（单位： 10 亿米 3 / 年）

    由表中数据可以看出，随着人类文明的进步，对水资源的需要量越来越大， 1985 年用水量为 1950 年的 3.5 倍。其中农业用水占总水量的比例由 1950 年的 78.2% 下降到 1985 年的 61.5% ；而工业用水与城市用水占总用水量的比例由 1950 年的 22.7% ，增加到 1985 年的 34.6% 。但可供人类使用的水资源却不会增加；甚至会因人为的污染等因素而使其质量变差，可利用数量减少。加之，世界淡水资源的分布极不均匀，人们居住的地理位置与水的分布又不相称，使水资源的供应与需求之间的矛盾很大，尤其是在工业和人口集中的城市，这个矛盾更加突出。据统计，近 40 年来，全世界农业用水量仅增加了 2 倍、工业用水增加了 7 倍，而生活用水增加的更多。

    在人类消耗的淡水资源中生活用水量只占总用水量的一小部分，目前全世界的生活用水量只占河川径流量的 7% ，但随着人类生活水平的不断提高，生活用水量在不断增长。

    在工业用水中，主要是能源部门的冷却用水量大。在热电厂，每生产 1000 千瓦时电，需用水 200 ～ 500 立方米；而原子能电站需水量多一倍。世界能源年产量为 4 × 10 12 千瓦时电，耗水量约为 1.2 × 10 10 立方米 。按照目前的趋势，电力生产每 10 年翻一番，耗水量较大的核电站的比例到 2000 年将提高到 30 ～ 50% 。因此，电力工业需水量将增加一个数量级。在保持现代工业发展进度情况下，冷却水用量占全球需水量的 30% ，工业发达国家则可能到 60% 。其次冶金工业和化学工业耗水量也很大。

    农业用水的耗水量主要是灌溉用水。并且农业用水的损失比工业用水要高得多 , 因此，农业用水对水资源的消耗是最大的。自 1950 年以来，世界灌溉农田增加了近 3 倍，达到 2. 7 亿公顷 。淡水资源总量并不能充分为人们所利用，例如，美国人均年占淡水资源 10230 米 3 ，但约有三分之二通过湖泊、河流、湿地等的蒸发及植物表面蒸腾进入到大气或流回海洋。因此，对水资源的消耗应当合理有序，否则，就会引起一系列的不良后果。如广州佛山最近出现许多地面塌陷的现象，专家指出其原因是采矿的同时大量提取地下水造成的。表 3-8 为过量取水的例子。此外 , 大量废水的排放引起纳污水体的污染 , 使水资源更加紧张 , 出现严重的水资源危机。

表 3-8 过量取水的例子

    ( 三 ) 水危机产生的原因

    从总的水储量和循环量来看，地球上的水资源是丰富的，如能妥善保护与利用，则可以供应 200 亿人的使用。但由于消耗量不断的增长和可利用水域的污染等原因，造成了可利用水资源的短缺和危机，主要有以下几个方面的原因：

    1. 自然条件影响

    
地球上淡水资源在时间和空间上的极不均匀分布，并受到气候变化的影响，致使许多国家或地区的可用水量甚缺。例如我国长江、珠江、浙、闽、台及西南诸河流域的水量占全国总水量的 81.0% ，而这些地区的耕地仅占全国的 35.9% ；而华北和西北地处于干旱或半干旱气候区，其降雨和径流都很少，季节性缺水很严重。北非和南撒哈拉地区、阿拉伯半岛、伊朗南部、巴基斯坦和西印度是年降雨长期平均变化最大的区域，其变化幅度超过 40% 。美国西南部、墨西哥西北部、非洲西南部、巴西最东端以及智利部分地区也是如此。图 3-5 为世界年降雨量变化示意图。因此，世界许多地区会出现区域性的供水危机。

    2. 城市与工业区集中发展

    200 多年来，世界人口趋向于集中在占地球较小部分的城镇和城市中，在 20 世纪中期以来这种城市化进程已明显加快。我国在改革开放后的 20 年中，城市的数量增加了好几倍，城市的规模也越来越大。目前世界上城市居民约占世界人口的 41.6% ，而城市占地面积只占地球上总面积的 0.3% 。在城市和城市周围又大量建设了工业区，因此集中用水量很大，超过当地水资源的供水能力。

    例如，日本年降雨量 1818 毫米 ，但由于 73% 的工业集中在太平洋沿岸，而且东京、大阪、名古屋三大城市周围 50 千米 以内，不到国土的 1% 土地以上居住了全国总人口 32% ，因此这些城市用水十分紧张。

    3. 水体污染

    水体有两个含义：一般是指河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋的总称，在环境学

    领域中则把水体当作包括水中的悬浮物、溶解物质、底泥和水生生物等的完整生态系统或自然综合体。由于污染物的入侵，使许多水体受到污染，致使其可利用性下降或丧失。因此，水体污染是破坏水资源、造成可利用水资源缺乏的重要原因之一。主要的水体污染物包括各种有机物、酸污染、悬浮物、有毒重金属和农药以及氮磷等营养物质。

    4. 用水浪费

    城市生活和工农业用水都存在大量的浪费。由于管理不善，工程配套差和工艺技术落后，城市管网和卫生设施的漏水很普遍，是城市生活用水中浪费最大的一项。据统计，美国城市管网漏水量平均达每人每天 60 升 ，占全部用水量的 10-15% 。北京漏水量占总用水量的 10-40% ，甚至可达 70% 。工业上从水源取用的水量远远超过其实际耗水量。如美国 1970 年统计表明，占全国工业用水量 78% 的热电站用水，其实际耗水量仅为其取用水量的 1% 。农村大水漫灌，利用率很低，而且渠道渗漏很大，不仅浪费水资源，而且引起土壤的次生盐渍化和潜育化，降低土壤质量。

    5. 盲目开发地下水

    由于地表径流的减少，水资源的开发由地表转入地下，但由于对地下水的盲目过量开采，引起了一系列的后果。我国北方地下水年开采量超过了 370 亿 M 3 ，河北沧州 1973 年地下水位降落漏斗为 16km 2 ，中心水位埋深 33M ，到 1980 年已达到 2700KM 2 ，中心水位达 68M ，这种现象在北方较普遍。由于过量开发地下水，导致上海、天津市都发生了严重的地面下沉；一些沿海城市出现了海水入侵，使地下水含盐量过高，失去引用价值；我国西南部分碳酸盐地区的岩溶塌陷。

    三、我国水资源的特点

    ( 一 ) 概况

    我国江河众多，流域面积在 100 平方公里以上的河流有 5 万多条， 1000 平方公里以上的约有 1500 多条。但受气候和地形的影响，河流分布很不均匀，绝大部分河流分布在我国东部湿润、多雨的季风区，西北内陆气候干燥、少雨，河流很少。

    我国有 1 平方公里以上的湖泊 2300 多个，总面积 1787 平方公里，约占国土面积的 0.8% ；湖水总储量约为 7088 亿立方米，其中淡水量占 32% 。

    我国还有丰富的冰川资源，共有冰川四万三千余条，集中分布在西部地区。总面积 58700 平方公里，占亚洲冰川总量的一半以上，总贮量约 52000 亿立方米。

    我国平均年降水量为 61889 亿立方米，平均降水深 648.4 毫米 ，年均河川径流量 27115 亿立方米，合径流深 284.1 毫米 。河川径流主要靠降水补给，由冰川补给的只有 500 亿立方米左右。我国年平均地下水资源为 8287. 6 亿立方米 。

    根据分析计算，我国地表水和地下水的量分别为 27115 和 8288 亿立方米，扣除二者间的重复量 7279 亿立方米后，则我国多年平均水资源总量 28124 亿立方米。

    ( 二 ) 我国水资源特点

    我国水资源的时空分布特点，可通过降水、蒸发、径流等水平衡要素的分布反映如下：

    1. 水资源总量较丰富，人均和地均拥有量少

    我国多年平均年水资源总量为 28124 亿 m3 ，其中河川径流约占 94% ，低于巴西、前苏联、加拿大、美国和印度尼西亚，约占全球径流总量的 5.8% ，居世界第 6 位。平均径流深为 284mm ，为世界平均值的 90% ，居世界第 7 位。可见，我国的水资源量还是比较丰富的。然而，我国人口众多，按 12 亿人口计算，平均每人每年占有的河川径流量 2260m3 ，不足世界平均值的四分之一，分别是美国人均占有量的 1/6 ，前苏联的 1/8 ，巴西的 1/19 和加拿大的 1/58 。我国地域辽阔，平均每公顷耕地的河川径流占有量约 28320m3 ，为世界平均值的 80% 。所以，人我国水资源量与需要不适应的矛盾十分突出，以占世界 7% 的耕地和 6% 的淡水资源养活着世界上 22% 的人口。

    2. 水资源时空分布不均

    降水是我国河川径流的主要补给来源 , 全国降水量的 44% 转化为径流 , 平均径流深 284.8 毫米 。而我国降水量受海陆分布和地形等因素的影响，在地区上分布很不平衡，年降水量和径流深都由东南沿海向西北内陆递减。东南沿海径流深为 1200 毫米 , 而西北干旱区小于 50 毫米 , 甚至等于零。水资源的地区分布与人口和耕地的分布很不适应 , 南方耕地面积只占全国的 35.9%, 但水资源却占总量的 81%, 人均水资源约为全国平均的 1.6 倍 , 亩均水量为全国平均的 2.3 倍。北方黄淮海辽四大流域片的耕地多、人口密 , 淡水资源量只有全国的 19%, 人均占有水量只有全国平均的 18% 左右 , 亩均水量仅为全国均值的 15% 。

    我国干旱和半干旱地区，由于降水稀少，蒸发旺盛，蒸发能力大大超过供水能力。在西部内陆沙漠和草原地区，蒸发能力达到 1600 ～ 2000 毫米，为我国蒸发能力最强的地区。而在东北大小兴安岭、长白山，千山丘陵区和三江平原，气温既低、湿度又大，因此，年蒸发量较小，仅 600 ～ 1000 毫米。

    我国地表径流随时间的分布也很不均匀，径流的季节性分配具有夏季丰水、冬季枯水、春秋过渡的特点，而且年际变化北方大于南方。

    我国东北平原，黄淮海平原以及长江中下游平原的地下水补给以降雨为主；而在西北内陆盆地则主要以河川径流补给为主。南方山区地下水补给量大，一般为 20 ～ 25 万立方米 / 平方千米·年；而东北西部、内蒙和西北内陆河山丘区一般小于 5 万立方米 / 平方千米·年。

    ( 三 ) 我国水资源主要问题

    1. 我国水资源人均和亩均水量少

    我国水资源总量为 28124 亿立方米，其中河川径流量为 27115 亿立方米，居世界第六位。但我国人均水资源量只有 2710 立方米，约为世界人均水资源的四分之一，列世界第 88 位。亩均水资源量也只有 1770 立方米，相当于世界平均数的三分之二左右。因此，虽然我国水资源总量并不少，但人均和亩均水量并不丰富。

    2. 水资源时空分布不均匀，水土资源组合不平衡

    我国水资源的时空分布很不均匀，与耕地、人口的地区分布也不相适应。我国南方四区耕地面积只占全国 35.9% ，人口数占全国的 54.7% ，但水资源总量占全国总量的 81% ；而北方四区水资源总量只占全国总量的 14.4% ，耕地面积却占全国的 58.3% 。由于季风气候的强烈影响，我国降水和径流的年内分配很不均匀，年际变化大，少水年和多水年持续出现，旱涝灾害频繁，平均约每三年发生一次较严重的水旱灾害。

    3. 水土流失严重，许多河流含沙量大

    由于自然条件的限制和长期人类活动的结果，中国森林覆盖率只有 12% ，居世界第 120 位。水土流失严重，全国水土流失面积约 150 万平方公里，约占国土面积六分之一。结果造成许多河流的含沙量大，如黄河年平均含沙量为 37.7 公斤 / 立方米，年输沙总量 160000 万吨，居世界大河之首。

    4. 我国水资源开发利用各地很不平衡

    在南方多水地区，水的利用率较低，如长江只有 16% ，珠江 15% ，浙闽地区河流不到 4% ，西南地区河流不到 1% 。但在北方少水地区，地表水开发利用程度比较高，如海河流域利用率达到 67% ，辽河流域达到 68% ，淮河达到 73% ，黄河为 39% ，内陆河的开发利用达 32% 。地下水的开发利用也是北方高于南方，目前海河平原浅层地下水利用率达 83% ，黄河流域为 49% 。

    四、水资源的利用和保护

    随着人口的增长，城市化、工业化以及灌溉对水需求的日益增加，到 21 世纪将出现许多用水紧缺问题。在可供淡水有限的情况下，应积极采取措施保护宝贵的资源。一般采取以下几种措施。

    ( 一 ) 提高水的利用效率，开辟第二水源

    这是目前解决水资源紧张的重要途径，主要方法有：

    1. 降低工业用水量，提高水的重复利用率

    降低工业用水量的主要途径是改革生产用水工艺，争取少用水，提高循环用水率。如炼钢厂用氧气转炉代替老式平炉，不但提高了钢的质量，而且用水量降低了 86-90% 。

    现在世界上许多工业发达的国家都把提高工业重复用水率作为解决城市用水困难的主要手段。有的国家还辅设了专门供工业循环用水的管道，效果很好。我国近几年来，对水的重复利用也逐步开展起来。在一些水源特别紧张的城市，水的重复利用率已达到较高水平，如大连市为 79.5% ，青岛为 77.3% ，太原为 83.8% ，但整体水平还比较低，平均工业用水重复利用率仅为 20-30% 。

    如果把全国工业用水的平均重复利用率从目前的 20% 提高到 40% 。每天可节水 1300 万吨，相应地节省供水工程投资 26 亿元，节水量和经济效益都是相当可观的。

    提高工业用水重复利用率，不仅是合理利用水资源的重要措施，而且减少了工业废水量，减轻了废水处理量和对水体的污染。

    2. 实行科学灌溉，减少农业用水浪费

    全世界用水的 70% 为农业灌溉用水，但其利用率很低，浪费严重。据估计，全世界只有 37% 的灌溉水用于作物生长，其余 63% 都被浪费掉了。因此，改革灌溉方法是提高用水效率的最大潜力所在。

    渠道渗漏是世界各国在发展灌溉事业时遇到的共同问题。据国际灌溉排水委员会的统计，灌溉水渗漏损失量一般为 15-30% ，高的甚至达到 50-60% 。我国渗漏损失一般为 40-50% ，高的甚至达到 70-80% 。由于大部分灌区的渠道没有防渗措施，我国南方长江、珠江、东南沿海等地渠道水利用系数平均为 0.6, 其它各片为 0.5 。估计全国渠道渗漏损失的水量可达到 1700 多亿立方米。因此，防渗渠道和暗管输水等工程技术的应用可以得到明显的节水效果。

    灌溉方式的改进，是农业节水的重要途径。 60 年代在以色列发展起来的滴灌系统，可将水直接送到紧靠植物根部的地方，以使蒸发和渗漏水量减到最小。当前，国外灌溉节水技术的发展趋向是采用完整的灌溉排水管道系统，它具有能源消耗少，输水快，配水均匀、水量损失小，不影响机耕等优点。此外，一些国家还研究了新的灌溉技术，如涌流灌溉、水平畦田灌溉、采用自动升降竖管等。内布拉斯加农业和自然资源研究所设计了一种灌溉计算机程序，利用各小型气象站收集来的数据计算各地区生长的不同作物的蒸发蒸腾率，指导农民调整灌溉日期。自动灌溉技术，利用计算机控制流量、监测渗漏、调节不同风速和土壤湿度条件下的用水量，并使肥料用量最佳化。我国最新的研究表明，覆盖滴灌对水的利用效率更高，是适合干旱半干旱地区的新型灌溉技术。

    3. 回收利用城市污水、开辟第二水源

    回收和重新使用废水，使其变为可用的资源是另一种提高水使用效率的方法。在东京，城市水回收中心通过三级水处理厂慢沙过滤回收废水，氯化消毒后用于冲洗高层建筑的厕所。北京也曾修建过类似的“中水道”系统。

    ( 二 ) 调节水源流量，增加可靠供水

    前述水资源紧张的第一个原因是自然条件的影响，如气候、地理位置，淡水分布不均匀等问题。人们试图通过调节水源流量、开发新水源的方式加以解决。

    1. 建造水库

    建造水库调节流量，可以将丰水期多余水量储存在库内，补充枯水期的流量不足。不仅可以提高水源供水能力，还可以为防洪、发电、发展水产等多种用途服务。目前，各国在江河上建造的库容超过 1 亿立方米的水库共有 1350 个，总蓄水量达到 4100 立方公里。

    然而，在很多工业发达国家，随着建库地址的选择日益困难，增加新蓄水设施的成本迅速提高，水库发展的速度明显减慢了。发展中国家的水库建造仍处于全盛时期。在建库时，还必须研究对流域和水库周围生态系统的影响，否则会引起不良后果。

    2. 跨流域调水

    跨流域调水是一项耗资昂贵的增加供水工程，是从丰水流域向缺水流域调节。由于其耗资大、对环境破坏严重，许多国家已不再进行大规模的流域间调水。巴基斯坦的西水东调工程和澳大利亚的雪山河调水工程以及我国近年来相继完成的引黄济青、引滦入津和引滦入唐等工程都是从丰水流域向缺水流域供水的大工程，我国的南水北调工程也已开始动工。

    3. 地下蓄水

    目前，已有 20 多个国家在积极筹划人工补充地下水。在美国，加利福尼亚的地方水利机构每年将 25 亿立方米左右的水贮存地下。到 1980 年，该州已有 3450 万立方米的水贮存在两个水利工程项目的示范区内；其单位成本平均至少比新建地表水水库低 35-40% 。美国国会于 1984 年秋通过立法，批准西部 17 个州兴建蓄水层回灌示范工程。在荷兰，实现人工补给地下水后，解决了枯水季节的供水问题，每年增加含水层储量 200-300 万立方米。

    4. 海水淡化

    海水淡化可解决海滨城市的淡水紧缺问题。目前，世界海水淡化的总能力为 2.7 立方千米 / 年，不到全球用水量的 1 ‰。沙特阿拉伯、伊朗等国家海水淡化设备能力占世界的 60% ，在沙特阿拉伯还建造了世界上最大的淡化海水管道引水工程。

    5. 拖移冰山

    此工程在近期内还不可能实现，仍处于计划阶段。据估计，南极的一小块浮冰就可获得 10 亿立方米的淡水，可供 400 万人一年的用量。

    6. 恢复河、湖水质

    采用综合防治水污染的方法恢复河湖水质。即采用系统分析的方法，研究水体自净、污水处理规模、污水处理效率与水质目标及其费用之间的相互关系，应用水质模拟预测及评价技术，寻求优化治理方案，制订水污染控制规划。采用这种方法治理的河流，如美国的特拉华河、英国的泰晤士河、加拿大的圣约翰河等水质都得到恢复，增加了淡水供应。

    7. 合理利用地下水

    地下水是极重要的水资源之一，其储量仅次于极地冰川，比河水、湖水和大气水分的总和还多。但由于其补给速度慢，过量开采将引起许多问题。在开发利用地下水资源时，应采取以下保护措施：

    (1) 加强地下水源勘察工作，掌握水文地质资料，全面规划，合理布局，统一考虑地表水和地下水的综合利用，避免过量开采和滥用水源；

    (2) 采取人工补给的方法，但必须注意防止地下水的污染；

    (3) 立监测网，随时了解地下水的动态和水质变化情况，以便及时采取防治措施。

    ( 三 ) 加强水资源管理

    为加强水资源管理，制定合理利用水资源和防止污染的法规；改革用水经济政策。如提高水价、堵塞渗漏、加强保护等。提高民众的节水意识，减少用水浪费严重和效率低的状况。

    ( 四 ) 增加下水道建设，发展城市污水处理厂

    欧美等国从长期的水系治理中认识到普及城市下水道，大规模兴建城市污水处理厂，普遍采用二级以上的污水处理技术，是水系保护的重要措施。

第四节 森林资源利用与保护

    森林是地球上结构最复杂、功能最多和最稳定的陆地生态系统。森林是宝贵的自然资源，是人类生存发展的重要支柱和自然基础，并被人们誉为地球的“肺”。森林覆盖率常是衡量一个国家或地区经济发展水平和环境质量好坏的重要指标。这不仅因为森林具有重要的经济价值，又是可更新资源，而且在维持生态平衡和生物圈的正常功能上起着重要作用。

    一、森林对保护生态环境的重要作用

    ( 一 ) 森林是陆地生命的摇篮，具有综合的环境效益

    自然界中的一切动物都要靠氧气来维持生命，而森林是天然的制氧机。如果没有森林等绿色植物制造氧气，则生物生存将失去保障。 70 年代，日本林业厅对森林生态系统的环境效益定量计算结果表明，日本森林一年内的贮水量达 2300 亿吨，防止土沙流失量达 57 亿立方米，保持栖息鸟类 100 万只，供给氧气 5200 吨，环境效益总价值 1200 万亿日圆。芬兰有人对森林的社会效益价值与木材价值的估算认为，芬兰森林的环境保护价值是 52 亿马克，而木材价值仅 17 亿马克，二者之比为 3 ： 1 。美国计算的森林环境价值与木材价值之比为 9 ： 1 。另外，森林生态系统对 CO₂ 和 O₂ 在大气中的平衡起调节作用。每公顷阔叶林，在生长季节每天可吸收近 1 吨 CO₂ ，释放 0.75 吨的氧。能满足 973 人的需氧量。据估计，森林每年以光合作用的形式吸收 50 亿吨 CO₂ 这与人类燃烧化石燃料产生的 CO 2 基本相当。森林是使二氧化碳转化为生物能量的重要加工厂。

    ( 二 ) 森林是消减环境污染的万能净化器

    森林能阻滞酸雨、降尘，还可以衰减噪声，降低风速、减弱风力。如，在 5 级风时，人造林带外的风速 9.5 米 / 秒，而林内只有 7.7 米 / 秒，减弱近 20% 。连片的森林能使台风减弱 1-2 级。森林还可以分泌杀菌素杀死空气中的细菌，以净化空气。

    ( 三 ) 森林可以调节水分、涵养水源，保持水土

    森林可以通过对风力的减弱减少临近农田的水分蒸发量，增加空气中的相对湿度。还可以涵养水源保持水土。森林减少地表径流的作用是很显著的，我国陕西黄龙的测定表明，林内的径流可消减 78.4% 。径流的减少减轻了对土壤的冲刷，据西双版纳的观测，在年降水量为 1459.4mm 时，雨林地每平方米的土壤冲刷量仅 2.8 千克 ，而相同面积的刀耕火种地却高达 3647.5 千克 ，是前者的 1302.7 倍。是自然界物质能量转换加工厂和维护生态平衡的重要原动力。

    ( 四 ) 森林能降低年平均温度、缩小年温差和日温差，减缓温度变化的剧烈程度

    这是因为森林的呼吸蒸腾和蒸发水分，消耗了大量热能。所以夏季森林在垂直和水平的一定范围内的气温较空旷地低，冬季又因林地内散热较空旷地少而又使气温略高于林外。森林蒸腾作用可促进水分小循环，改善小气候，增加降雨量。例如我国广东雷州，随着造林面积的扩大，年降雨量有所增加。据观测， 50 年代平均降雨量为 1300.3 毫米 ， 60 年代为 1425 毫米 ， 70 年代达到 1708.8 毫米 。

    ( 五 ) 森林是陆地上最大、最理想的物种基因库。

    森林具有明显的层序性，形成了许多不同的小生境或小气候条件，为动物提供了良好的栖息场所。每个小生境中生活着许多有代表性的生物，是世界上最富有的生物区。据估计仅热带雨林中就有数万种生物。这些生物遗传库已给现代农作物和药草提供了许多物种，实际上，农作物和药材都是来自野生生物种。目前，仅印度就有 2500 种植物可作药物。森林中蕴藏着丰富的动、植物资源，其中许多种类尚未被人类发现，是人类的宝贵财富。

    二、世界森林资源利用情况

    从生态学角度看，森林是世界上较复杂的一种自然生态系统。对地球生物圈的物质循环和能量流动有巨大的影响。据专家推测，地球上森林面积最多时约为 72 亿公顷，占陆地面积的 2/3 ，覆盖率为 60% 。目前，世界上密闭林覆盖面为 28 亿公顷，占陆地表面的 21% ，另有 13 亿公顷为稀疏林，若再加上休耕地上重新长出的林木、天然灌木和退化的森林林地，则全世界森林总数约 52 亿公顷，占总土地面积的 40% 。

    森林在净化城市空气方面有重要的作用，如吸收 CO 2 、制造 O 2 、过滤灰尘、防止风沙和病菌、减弱噪声等等。森林又是木材和木材产品的来源，对发展工农业生产也具有重要的作用。据国外报道，目前世界上仍有 1/3 的人类是以木材为做饭的燃料，就柴火这一用途来说，到 2000 年，人类需要种植 30 亿亩的树木。但目前，这方面的造林速度仅达 3 亿亩，如果不加以保护，任意砍伐，势必造成森林资源的减少以至于消失。农村能源问题能否解决，将对今后世界森林资源破坏程度起着至关重要的作用。

    人们为了发展农业或其它目的，大量砍伐森林，已造成了世界森林量的迅速减少。根据联合国粮农组织和环境规划署 1981 年的估计，每年约有 1110 万公顷热带森林和林地被毁；每年约有 730 万公顷热带密闭林被开垦作农田，约有 380 万公顷 / 年稀疏林被用做耕地或作为薪柴砍伐。如果按目前的毁林速度，热带潮湿森林将在 177 年后全部被毁。有的国家毁林问题更严重，如科特迪瓦和尼日利亚每年损失其森林的 5.2% 。按照这种速度，这些国家有可能在 2007-2017 年间丧失其全部森林。据 FAO 估计，世界热带稀疏林砍伐量中，非洲占 62% ，而森林损失的一半以上 (55%) ，则发生在西非象牙海岸、尼日利亚、利比里亚、几内亚和加纳等国，其森林损失速度为世界平均速度的 7 倍。亚洲森林砍伐最快的是尼泊尔 (3.9%) 和泰国 (2.4%) 。在拉丁美洲，巴西每年对密闭林的砍伐占拉丁美洲砍伐量的 35% 。

    三、我国森林资源现状与特点

    ( 一 ) 森林资源现状

    我国森林生态系统的类型齐全，包括由热带雨林到亚寒带针叶林的各种类型。 1949 年我国森林面积为 1.87 亿公顷，覆盖率 13.0% 。 70 年代减少到 1. 8 亿公顷 ，覆盖率 12.7% 。到 80 年代末，覆盖率上升到 12.98% ，相当于 1949 年的水平。 1991 年森林面积达到 12863 万 hm² ，森林覆盖率为 13.4% ，森林蓄积量由 80 年代初的每年 0.3 亿m³“赤字”，增加到现在的 0.38 亿m³盈余，这表明中国森林的可持续发展已有良好的势头，但是，用材林的消耗量仍然高于生长量，森林质量不高，郁闭度偏低（全国平均为 0.52 ），大片森林继续受到无法控制的退化、任意改作其他用途、农村能源短缺以及森林病虫害的危害，要消灭用材林的“赤字”和森林的破坏或退化，则要求采取一致紧急行动，大力培育森林资源，使公众了解森林的重大影响，并参与保护森林资源的各种活动。

    ( 二 ) 森林资源特点

    1. 树种和森林类型繁多

    构成中国森林的树种极其繁多，据统计，全国乔灌木树种约有 8000 种，其中乔木约 2000 种，包括 1000 多种优良用材及特用经济树种；中国森林类型众多，拥有各类针叶林、针阔混交林、落叶阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、常绿阔叶林、热带雨季林、雨林以及它们的各种次生类型。

    2. 人均森林资源少，覆盖率低

    我国现有森林面积 1. 3 亿公顷 , 仅占国土面积的 13.92%, 占世界森林总面积的 3%-4%, 人均森林面积为世界平均水平的 18% 。活木蓄积量少 , 只有 1.03× 10¹⁰m³ , 不到世界林木蓄积量的 3%, 人均林木蓄积量相当于世界人均水平的 13% 。

    3. 森林分布不均

    我国森林资源主要分布在偏远的东北和西南地区。这些地区森林面积占有全国的一半，森林蓄积量占全国的 3/4 。人口稠密、工农业生产发达的华北和中原地区，森林蓄积只占全国的 3.4 ％。占国土一半的西北部地区以及内蒙森林面积不及全国 1/30 。

    4. 森林资源结构不合理

    森林资源结构不合理性表现为林种结构和林龄结构不合理。林种结构中用材林面积过大，防护林和经济林面积偏少，不利于发挥森林的生态效益和经济效益。林龄结构中幼龄占 33.8 ％ , 中龄占 35.2% ，成熟林占 31% ，成熟林比例小，近期可供采伐的森林资源不足。

    5. 森林地生产力低

    我国森林地生产力低主要表现为：林业用地利用率低、残次林多、单位蓄积量少和生长率不高。

    四、森林资源破坏对环境的影响

    ( 一 ) 森林资源破坏对环境的影响

    1. 生态平衡失调。森林面积的锐减，使复杂的生态结构受到破坏，原有的功能消失或减弱，导致自然生态进一步恶化。大片林地被砍光，使局部小气候发生变化，也使地表截蓄径流能力减弱，加剧了风沙、洪水等自然灾害，扩大了水土流失区。

    2. 环境质量退化。森林在生态平衡中起决定作用，有人认为环境中的林业问题、农业问题、水利问题、土壤问题等，其中心是林业问题。森林破坏必然会引起环境质量退化，引起水土流失，土质沙化，对生物带来不利的影响。

    3. 造成野生动植物种减少。森林面积缩小，使野生动物失去了适宜的生活环境，破坏了野生动植物栖息和繁衍场所，使 2.5 万种物种面临灭绝的威胁。

    4. 影响大气的化学组成。大气中的 CO₂ 、 CH4 和 N₂O 是对地球温度和臭氧层破坏产生主要影响的三种气体。研究表明，对热带森林的破坏加剧了大气温室效应的严重性，热带森林的土壤和人类耕种土地对大气中碳循环的影响具有全球性的重要意义。亚马逊河流域 18 个森林地区的土壤每年向大气中释放 CO₂ 为 1.6 × 10¹¹吨， N 2 O5.2 × 10⁴ 吨和 CH 4 5.5 × 10⁶ 吨。原始森林地区释放的 CO₂ 量比次生林地区多，同时吸收消耗的 CH 4 更多。森林砍伐后 CO₂ 释放量明显减少，同时因光合作用减少，也减少了对 CO₂ 的吸收，导致 CO₂ 在空气中的浓度增加。

    5. 引起气候变化、增加自然灾害的发生频率。森林具有调节气候的功能，森林的减少使这种功能大大减弱。如我国四川的森林覆盖率从 25% 降到 13% 后，有 46 个县的年降雨量减少了 10-20% ，历史罕见的春旱也年年出现。素有“天无三日晴”之称的贵州，随着森林覆盖率下降到 15% ，近年来变得三年二旱。历史上自然灾害的发生频率与森林减少的趋势都非常一致。

    ( 二 ) 我国森林资源破坏的原因

    1. 集中过伐，消耗量大于生长量。目前国家生产的木材 85% 以上集中在林业局，过量采伐现象十分严重，有些林业局由于建设不上去，林业资源面临枯竭，集体林区情况更严重。过量的采伐主要集中在沿河（路）的林区，不少沿河（路）的成熟林资源已被砍光，只有靠砍中龄材，有些已无林可采。由于集中过伐，我国森林资源的生产量远远小于消耗量。

    2. 计划外采伐量大，难以控制。由于居民烧柴，城乡工业烧柴以及一些地方用材等非国家计划用材，加速了林业资源的消耗量，全国林区每年烧掉木柴约 6500 万m³ ，超过国家计划的全部用材量，占全国森林资源消耗量的 35% 。

    3. 森林火灾及病虫害。火灾是森林的大敌。 1987 年发生大兴安岭特大森林火灾，受害林木总蓄积量 3960 万m³ ，使该地区森林后备资源至少 7-10 年才能恢复。森林病虫害也是影响林业发展的重要环节，全国森林病虫害有 100 多种，危害面积达 667 万 ha ，每年因病虫害损失的森林生长量至少达 1000 万 m³ 。

    4. 毁林开荒和滥伐现象。由于片面追求粮食生产，长期以来不断发生大面积毁林开荒的现象。毁林开荒、刀耕火种现在在云南等地都十分严重。由于毁林开垦，不仅使森林资源面临枯竭，更使生态环境遭受严重破坏。

    五、森林资源的保护

    对森林资源保护，最重要的是提高民众对森林生态系统功能的认识，强化人类生存环境意识，此外还要做好以下工作。

    ( 一 ) 健全森林法制、加强林业管理

    要管好林业，首先要建立和完善林业机构；二是加强林业法制宣传教育；三是严格森林采伐计划、采伐量、采伐方式；四是严格采伐审批手续；五是重视森林火灾和病虫害的防治；六是用征收森林资源税的方法，加强森林保护。

    ( 二 ) 合理利用天然林区

    利用森林资源，一定要合理采伐，伐后及时更新，使木材生长量和采伐量基本平衡。同时要提高木材利用率和综合利用率。

    ( 三 ) 分期分地区提高森林覆盖率

    在本世纪末使我国的森林覆盖率达到 20% ，应分期分阶段和分不同地区来实现。

    ( 四 ) 营造农田防护林，加速平原绿化

    我国应尽快建立起西北、华北等地区的农田防护林，发挥森林小气候作用，抗御自然灾害。积极推广农林复合生态系统的建设。提高单位面积上的生物生产力和经济效益，同时提高系统的稳定性、改善土地和环境条件，减少水土流失。

    ( 五 ) 搞好城市绿化地带

    城市应大力植树造林，把城市变为理想的人工生态系统。我国城市绿化面积很低，上海市仅为人均 0.5m²，距国家人均 10m² 的差距很大，和国外差距更大。

    ( 六 ) 开展林业科学研究

    重点开展对森林生态系统生态效益、经济效益、环境效益三者之间关系研究。特别是在取得经济效益的同时注意改善生态状况，力求生态、经济、环境三者之间相对协调发展。

    ( 七 ) 控制环境污染对森林的影响

    大气污染物如SO₂、O₃、酸雨及酸沉降等都能明显对森林产生不同伤害，影响森林的生长、发育。水污染和土壤污染随着污染物的迁移、转化也将对森林产生影响，控制环境污染的影响有助于森林资源的保护。

第五节 物种资源利用与保护

    一、物种保护与其意义

    ( 一 ) 物种保护的概念

    物种即生物种。地球上自出现生命以来，经历了约三四十亿年漫长的进化过程，现今生存着约 500 ～ 1000 万种动物、植物和微生物。这个数字，只是地球上曾经生存过的生物种的极小一部分。在过去的地质年代里，有更多的物种灭绝了，但又不断有新的物种形成。因此，物种的灭绝是一种客观规律。然而，自从人类在地球出现以来，生物种的进化，除了受自然因素制约外，还受到人为因素的影响，即有许多物种的灭绝，乃是由于人类的活动直接或间接地导致的。

    人类通过长期的社会生产实践逐渐认识到，为了人类自身能够持续地生存和发展，必须重视对有生命的资源－自然界多种物种的保护。只有把对物种的利用与保护结合起来，才能确保当代人以及子孙后代繁荣昌盛。在经济不断发展，人口急剧增加的今天，保护物种的紧迫性，尤其超过了人类历史上的任何时代。

    所谓物种保护是指保存某生物的遗传基因。常说的物种既包括野生的，也包括人工培育的，但人工培育的物种仅是全部物种中极小的一部分，因此，物种保护主要是保护野生的物种。

    ( 二 ) 物种保护的意义

    生物界多种多样的物种是大自然的基本组成部分，是全人类所共有的重要自然财富。人类的食物、药物、工业原料等无不需要生物，而科学技术的创造发明，文化、艺术、教育、美学的进步发展，也离不开千姿百态的生物界。因此，物种不仅有巨大的经济价值，还有无法按金钱估计的科学和精神方面的价值。

    物种保护的意义有以下几个方面：

    1. 物种为人类提供了食物的来源。作为人类基本食物的农作物、家禽和家畜等均源自野生型祖先。

    2. 野生物种是培育新品种不可缺少的原材料。人工饲养或栽培的动植物，需要自然界野生祖型及近亲的遗传物质，作为新品种的培育基础。

    3. 物种是许多药物的来源。中国传统医学的中草药绝大部分取自野生动植物，现代医学药物依靠野生动植物也越来越多，随着医学研究的深入，越来越多的物种被发现可作药用。

    4. 物种资源提供大量的工业原料。自然界动植物提供了人类所需的毛皮、皮革、纤维、油料、香料、胶脂等各种原料。

    5. 物种具有重要的科研价值。生物的各种器官和生理功能，可以给科学技术的发明以重大的启示。如雷达、声纳等都有利于生物机制。

    6. 环境生态效益。多种多样的物种是生物系统不可缺少的组成部分。生态系统中生物之间、生物与非生物环境之间的物质循环、能量流动、信息传递，有着相互依赖、相互制约的辩证关系，当生态系统中丧失某些物种时，就可能导致系统功能的失调，甚至使整个系统瓦解。

    需要指出的是，以上所述还只是科学技术发展到现阶段的认识。许多目前认为无足轻重的物种，可能是有着重要的价值，有待人们去发现。仅以医学价值而言，对全世界动植物种作过充分研究的仅仅是很小一部分。许多野生动植物还有令人陶醉的观赏价值，可以美化人们的生活、陶冶人们的情操。不少生物种还是人类文学、美术、摄影、舞蹈等文学艺术作品描述和刻画的对象，给人以美的享受。

    由此可见，让自然界物种尽可能多地保存下来，保持遗传的多样性，对维持自然生态平衡，给当代及子孙后代的食物，育种、医药、科学技术及文化艺术的发展提供材料，有十分重要和不可替代的价值。

    二、我国的物种资源

    中国幅员辽阔，自然条件复杂，孕育了丰富的物种资源。据统计，全国约有苔藓、蕨类和种子植物 32000 种，占世界种数的 10% ；动物资源拥有世界总数的 13% 的鸟类合 12.88% 的哺乳动物。脊椎动物约有 5000 种 , 其中鱼类 2864 种 , 两栖类 279 种 , 爬行类 376 种 , 鸟类 1186 种和哺乳类 545 种。包括昆虫在内的无脊椎动物种类繁多，国内研究的门类很少，目前尚难作出确切统计，粗略估计不下 100 万种。我国已发表的微生物种名数已超过 10000 种，除去同物异名的情况，实际认可的种类约有 8000 种，占世界已知种数的 11% ，其中粘菌 260 种、真菌 7500 种、细菌 300 种。

    中国不仅物种资源丰富，而且动植物区系具有自己的特色，因此特有属种十分丰富。植物种约有 200 个属为中国所特有；有数十种动物是中国特有或主要分布于中国的种类。不仅如此，中国的经济动植物资源也十分丰富，中国也是世界上栽培植物的重要起源中心之一，仅农作物、果树、蔬菜三项保存的品种资源就达 17000 多份。

    概括起来，我国物种资源具有物种多样性高度丰富；生物物种的特有性高；生物区系起源古老；经济物种异常丰富等特点。

    生物资源是一类可更新资源，只要合理利用应该是取之不尽、用之不竭的。然而，近一个世纪以来，由于过渡利用，甚至掠夺性开发，使我国的生物资源遭受了巨大的破坏。森林的过渡采伐，使栖息于森林中的野生动物数目和种类减少，一些物种已灭绝，很多物种成为濒危物种；草场退化严重，商品率降低；对生物资源还缺乏全面的深入研究，一些资源仍处于家底不清的状况。

    三、物种资源保护

    ( 一 ) 物种资源和生物多样性面临威胁的现状

    •  物种及遗传多样性受威胁现状。虽然中国具有高度丰富的物种多样性，但由于近年来人口的快速增长与经济的高度发展，增大了对资源及生态环境的需求，构成了强大的压力，致使许多动物和植物严重涉危。从中国的生物和自然资源的科学调查所积累的大量资料中初步统计，大约有 398 种脊椎动物和 1009 种高等植物濒危（见表 3-13 ）。

    此外，许多水域中某些经济价值高的物种和敏感物种逐步减少以至消失，中国的栽培植物遗传资源亦正面临严重威胁。

    2. 生态系统受威胁现状。人为活动使生态系统不断破坏和恶化，已成为中国目前最严重的环境问题之一。生态受破坏的形式主要表现为森林减少、草原退化、农田土地沙化和退化、水土流失、沿海水质恶化、赤潮发生频繁、经济资源锐减和自然灾害加剧等方面。

    正如前节所述，陆地生态系统中分布范围最广，生物总量最大的森林资源长期受到乱砍滥伐、毁林开荒及森林病虫害的破坏，面临着严重的挑战。

    约占中国国土面积 1/3 左右的草原地带，近 20 年来，产草量已下降 1/3-2/1 ，尤其北方半干旱地区草场，产草量本来就不高，加之超载放牧、毁草开荒及鼠害等影响，退化极为严重，草原生态系统面临严重衰退的局面。在草原受破坏、风沙活动加剧的威胁下，北方沙漠化进程已经加快，沙漠化面积大幅度增加。如鄂尔多斯高原在 50 年代，其沙化面积仅 2000 万亩， 80 年代初已达 6000 多万亩，同时还有 4000 多万亩水土流失非常严重的草原出现。水域生态系统也受到相当严重的破坏，近 30 多年来，中国海岸湿地已被围垦 700 多万公顷，加上自然淤涨成陆和人工填海造陆，给垦区附近广大水域海洋生物资源造成深远的不利影响。在 50 年代初期有 5 万 hm² 的中国南部海岸红树林，由于几十年来的大面积围垦毁林，使红树林遭到严重破坏，目前仅剩红树林 2 万 hm² ，且部分已退化成为半红树林和次生疏林。海岸珊瑚礁资源分布最广的海南岛 1600km 的海岸，约有 1/4 岸段分布着珊瑚礁，礁区海北洋生物资源丰富。但近十多年来，由于当地居民采礁烧制石灰、制作工艺品等，导致海南岛沿岸 80% 的珊瑚礁资源被破坏，有些岸段礁资源濒临绝迹。淡水生态系统由于兴建大型水利、电力工程及围湖造田等受到严重破坏。如长江流域的大量湖区湿地转变为农田。仅鄂、湘、赣、皖四省初步统计围垦 1700 万亩。湖北号称“千湖之首”，目前只剩下湖泊 326 个，湖面由 1250 万亩减至 355 万亩，不仅缩小了湿地和水生物种生境，还带来了洪水调节能力下降问题，同时也堵塞了某些重要经济鱼类的回游通道。这些都造成生物多样性和物种资源的减少。

    ( 二 ) 物种资源和生物多样性受威胁的原因

    1. 生境交替。从一个高度多样化的自然生态系统变化到简单、单一的生态系统，这种变化可使物种种群结构变化和物种资源减少或丧失。

    2. 过度收捕。过度的收捕使得收捕率高于物种种群的自然生殖能力，导致物种濒临灭绝。

    3. 化学污染。化学污染如酸雨沉降，杀虫剂过度使用、重金属化合物以及其它有毒物质的释放，影响了陆地、淡水和近海的生物。

    4. 气候变化。气候变化如全球二氧化碳的累积、臭氧层的破坏等，可能改变全世界生物群落的分布边界。

    5. 物种引进。在一个区域或一个稳定自然生态系统内引进一个新的物种，可能导致这个区域或系统内原有物种的灭绝。

    6. 人口增长。世界人口增长伴随着工业革命、全球贸易、化石燃料的利用等的发展，都在不同程度上使自然环境产生破坏，严重威胁了物种的生存。随着中国人口增长和经济发展，对自然资源需求加大，森林超量砍伐、草原开垦、过度放牧、不合理地围湖造田、开垦沼泽、过度利用土地和水资源，导致生物生存环境破坏，甚至消失，影响到物种的正常生存。

    ( 三 ) 我国物种资源保护对策

    1. 搞清本底，查明现状，制定保护规划。对野生动植物资源，要对自然条件、地理景观、动植物区系、种群资源贮量、季节物候相、历史变化和社会情况进行考察，应根据其作用及数量多寡，采取不同的保护措施。

    2. 加强法制管理。对野生动植物保护，加强法制管理，控制、防止野生动植物资源减少和破坏，特别是防止珍稀物种灭绝。

    3. 加强保护生物资源的科学研究。以生态学理论为指导，根据生物资源（种群、群落、生态系统）的生物学特性、增长规律以及其他生态特性对其进行保护管理和永续利用的研究和实施。如最大持续产量原理。我们应研究其灭绝情况，进行防危防绝途径的试验。

    4. 建立保护区。建设自然保护区是保护自然环境和自然资源的基本途径，也是保护动植物资源的有效措施。

    5. 加强国际间的合作。积极开展物种保护的国际间合作，对国与国之间迁徒物种，应相互交换有关资料，协同保护。

第六节 能源利用与保护

    能源是指可能为人类利用以获取有用能量的各种来源，如太阳能、风能、水能、蒸汽、化石燃料及核能、潮汐能等。能源是实现国民经济现代化和提高人民生活水平的物质基础。人均能源消耗量是衡量现代化国家人民生活水平的主要指标。但大量消耗能源的结果，不仅使环境付出了巨大的代价，而且对后代能源的供应构成威胁。

    一、能源的分类

    人们从不同角度对能源进行了多种多样的分类，如一次能源和二次能源，常规能源和新能源，可再生能源和不可再生能源等等（如图 3-6 ）。

    一次能源是指从自然界直接取得，而不改变其基本形态的能源，有时也称初级能源。二次能源是经过加工，转换成另一种形态的能源。常规能源是指当前被广泛利用的一次能源，新能源是目前尚未广泛利用而正在积极研究以便推广利用的一次能源。可再生的能源是能够不断得到补充供使用的一次能源；不可再生能源是须经地质年代才能形成而短期内无法再生的一次能源，但它们又是人类目前主要利用的能源。

    根据能源消费后是否造成环境污染，又可分为污染型能源和清洁型能源。如煤炭和石油类能源是污染型能源；水力、电力和太阳能等是清洁型能源。

    二、世界能源消耗情况

    ( 一 ) 世界能源消费情况概述

    自本世纪 50 年代以来，随着工农业生产的迅速发展和交通工具数量的增加，世界能源消耗速度急剧增加，尤其是发达国家，个人能源消耗水平越来越高，造成发达国家能耗很大。能源消耗最多的是美国，按人均能耗来计算， 1986 年美国人均耗能是发展中国家的 34 倍，是世界平均耗能的 5 倍。反映出世界能源消耗的极端不平衡， 80 年代只占世界人口 23% 的发达国家却消耗了世界能源消耗量的 77% 。我国人均能耗是最低的。 1980 年为 0.61 吨 / 人， 1986 年增加到 0.76 吨 / 人。而美国为 9.43 吨 / 人，日本 3.62 吨 / 人和英国 5.33 吨 / 人。

    从能源结构上看，石油是目前世界上消耗最多的能源，这是由于发达国家工业发展很快，石油消耗量很大，致使石油消耗比例增加，改变了 60 年代前以煤为主的能源结构。特别是美国和日本等国。但第三世界国家如我国、印度等还是以煤为主， 1986 年我国煤炭消耗占总能耗的 75.8% ，印度占 67.8% 。当前世界能源是以化石能源为主，而对核能和水力能的消耗比例，即使在发达国家也不高。

    ( 二 ) 当前世界能源消耗的特点

    1. 能源主要来自一次不可再生能源即石油、煤、天然气及常规核燃料等。 70 年代和 80 年代以前，世界在一次能源消耗结构中，石油比例最大，占 40% 以上，其次是煤，占 20% 以上，再次是天然气，占 10% 以上。

    2. 能源消耗水平差异甚大。占世界 1/4 的工业化国家，消耗世界能源的 3/4 ，其中，占世界人口 5% 的美国 ，能源消耗却占世界的 25% 。发展中国家能源消耗普遍较低。占世界人口 15% 的印度，却只消耗世界能源的 1.5% ，中国的人均能源消耗不到世界人均能耗的 1/3 。

    3. 世界能耗在继续增长。虽然，自 1972 年以来工业化国家的能耗程度（指能源消耗与国民生产总值之比）有所下降，但是，由于人口增长和发展中国家能耗的需求，世界平均能耗强度仍在继续上升。能源消耗指数从 1980 年到 1989 年增长了 17.8% ，达 103.3 亿 t 标准煤。

    三、我国能源利用特征

    我国能源生产和消费的特征包括：一是 50 年代石油靠进口， 60 年代自给， 70 年代煤炭、原油和石油制品均有出口，直到最近两年，石油制品再度进口；二是以煤为主的能源结构面临严峻挑战， 1986 年我国能源消费结构是煤炭占 66.03% ，石油占 17.06% ，天然气为 2.26% ，水电为 4.65% 。我国是最大的煤炭消费国，这给环境造成严重污染，给交通运输带来严重的困难，因此能源结构急需改善；三是农村居民的生活所需能源以生物质能为主，严重破坏生态环境；四是人均能耗低而单位产值能耗高，因而，能源利用率急待提高。能源利用现状可归纳为：

    ( 一 ) 能源丰富而人均消费量少

    就消费的绝对量来说，仅少于美国和前苏联，居世界第三位。但由于我国人口众多，人均占有消费量只有 840kg ，是美国的 1/9 ，加拿大的 1/11 ，只相当于世界平均水平的 40% 。

    ( 二 ) 能源构成以煤为主、污染严重

    煤炭在我国目前一次能源中占 70% 以上。全国直接燃烧煤炭总煤耗量的 84% ，与世界能源构成相比，我国煤炭的比重比世界平均水平高一倍以上。以煤炭为主能源是我国大气污染严重的主要根源。据历年的资料估算，燃煤排放的主要大气污染物，如粉尘、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等，总量约占整个燃料燃烧排放量的 96% 。其中燃煤排入的二氧化硫占各类污染源排放的 87% ，粉尘占 60% ，氮氧化物占 67% ，一氧化碳占 70% 。燃煤对我国城市的大气污染作用尤为突出。

    ( 三 ) 工业部门消耗能源占有很大的比重

    与工业国家相比，我国工业部门耗能比重很高，而交通运输和商业民用的消耗较低。我国的能耗比例关系反映了我国工业生产中的工艺设备落后，能源管理水平低。

    ( 四 ) 农村能源短缺，以生物质能为主

    我国农村使用的能源以生物质能为主，特别是农村生活用的能源更是如此。在农村能源消费中，生物质能占 55% 。目前，一年所生产的农作物秸杆只有 4.6 亿 t ，除去饲料和工业原料，作为能源仅为 43.9% ，全国农户平均每年大约缺柴 2-3 个月。

    四、能源利用对环境的影响

    通常，任何一种能源的开发和利用都给环境造成了一定的影响。例如：水能开发利用可能造成地面沉降、地震、上下游生态系统显著变化、地区性疾病（如血吸虫病）蔓延、土壤盐碱化、野生动植物灭绝、水质发生变化等等；地热能的开发利用能引起地面下沉，使地下水或地表水受到氯化物、硫酸盐、碳酸盐、二氧化硅的污染，水质发生变化等等。在诸多的能源中以不可再生能源引起的环境影响最为严重和显著，它们在开采、运输、加工、利用等环节都会对环境产生严重影响。它们给环境带来的问题主要有以下几方面。

    ( 一 ) 城市大气污染

    一次能源利用过程中，产生大量的 CO 、 SO₂ 、 NOx 、 TSP 及多种芳烃化合物，已对一些国家的城市造成了十分严重的污染，不仅导致对生态的破坏，而且损害人体健康。欧洲共同体每年由于大气污染造成的材料破坏、农作物和森林以及人体健康损失费用每年超出 100 亿美元。我国大气污染造成的损失每年达 120 亿元人民币。如果考虑一次能源开采、运输和加工过程中的不良影响，则造成损失更为严重。以采煤而言，世界每采 1 万吨煤，受伤人数为 15-30 人，破坏土地 200hm² （露天矿），排出矿坑废水达 10 万吨。

    ( 二 ) 矿物燃料的燃烧，使大气 CO₂ 浓度增加，温室效应增强

    工业革命前，大气中的 CO₂按体积计算是每 100 万大气单位中有 280 个单位的 CO₂ 。之后，由于大量化石能源的燃烧，大气 CO₂ 浓度不断增加， 1988 年已达到 349 个单位，如果大气中 O₂ 浓度增加一倍，全球平均表面温度将上升 1.5 -3 ℃ ，极地温度可能升 6 -8 ℃ 。这样的 温度可能导致海平面上升 20 -140cm ，将对全球许多国家的经济、社会产生严重影响。

    ( 三 ) 酸雨

    化石能源的燃烧产生的大量 SO₂ 和 NOx 等污染物通过大气传输，在一定条件下形成大面积酸雨，改变酸雨覆盖区的土壤性质，危害农作物和森林生态系统，改变湖泊水库的酸度，破坏了水生生态系统，腐蚀材料，造成重大经济损失。酸雨还导致地区气候改变，造成难以估量的后果。

    ( 四 ) 核废料问题

    发展核能技术，尽管在反应堆方面已有了安全保障，但是，世界范围内的民用核能计划的实施，已产生了上千吨的核废料。这些核废料的最终处理问题并没有完全解决。这些废料在数百年里仍将保持着有危害的放射性。

    五、未来的能源利用

    ( 一 ) 未来的能源利用政策

    目前全世界以煤为主的化石能源至少还要维持人类二、三百年的需要，但如果核能利用的技术得到解决，则现在的能源可供全世界消耗二、三百万年；而所谓能源危机的悲观前景也就消失了。但是，可供人类消耗的能源，包括太阳能，都是受到当时当地许多具体条件的限制的，难以作到随意供应。因此有必要慎重考虑人类在与自然界进行质能转换时，尽量降低不可再生能源的消耗速度；充分利用可再生能源以促进其循环再生；同时减少能源消耗对环境的危害，以达到人类对于自然环境的持续利用。未来的能源政策以可再生能源为基础，提高能源利用效率，节约能源，缓解能源供求矛盾，减少环境污染的重要途径。

    ( 二 ) 利用生态学原理解决未来能源

    生态学的基本原理和理论思想是自然保护的理论基础，利用生态学原理来解决能源问题的基本思想有以下几个方面：

    1. 控制人口，减少能源消耗。自然生态系统规律揭示了任何物种发展过快或能量消耗过多，势必引起该生态系统的崩溃。人口增长过快，同样也加速了对能源消耗，特别是缩短了化石燃料的消耗时间。因此，控制人口增长和能源的个人消耗，可以起到使人类生态系统能耗与环境供给相协调作用。

    2. 太阳能是重要的能源。自然生态系统所需的全部能量均来自于太阳能，即使目前使用的化石能源也是一种过去储存的太阳能。太阳能的利用具有一定的优越性；一是用之不尽的可再生能源；二是一种清洁能源，减少环境污染。既无毒气体排出，也无可能影响地球气候的 CO₂ 排出。

    3. 多渠道解决能源平衡。生态学告诉我们，稳定的食物网，其能量流动是多通道的，对于人口异常集中，生产高度发展和生活追求高标准的现代人类社会，更不可能有任何一种能源可以独自满足这个庞大的能量需求，而需要多种能源同时并用。不但要直接利用太阳能，而且也要间接利用诸如水电、风能、潮汐能、生物质能、地势能等等可再生能源，只有这样，才能满足对能源的需求，并使环境污染和破坏降到最低限度，保证人类社会稳定地向前发展。

    4. 充分利用能源并减少浪费。任何生态系统中能源的利用是充分的并没有丝毫浪费。提高能源利用效率减少浪费是未来能源的关键。我国能源利用率约 30% ，发达国家为 40% 以上，美国为 57% 。因此，能源的利用具有极大的“能效”潜力。如热电厂的余热可以为其它工业和居民区使用，使热利用率提高，如若排入环境，不仅是浪费，而且能引起热污染。

第三章 环境资源的利用与保护

第一节 自然资源类型与可持续利用

    “资源”一词本是经济学上的一个基本概念。一般认为一切可以直接或间接地被人类利用的物质和能量广义上都叫资源。 人类利用自然资源发展经济的同时，必须注意保护资源。要把资源的利用与保护统一起来......

第二节 土地资源利用与保护

    土地既是重要的生产资料和劳动对象，同时也是人类赖以生存的活动领域。随着整个人类社会生产的发展和人口的迅速增长，土地资源与人类社会的关系逐渐超出了单一的民族和国家的范畴，而跃居为整个人类生存与发展的环境空间的全球性大问题......

第三节 水资源利用与保护

    水是人类发展不可缺少的自然资源，是人类和一切生物赖以生存的物质基础。当今世界，水资源不足和污染构成的水源危机成为任何一个国家在政策、经济和技术上所面临的复杂问题和社会经济发展的主要制约因素......

第四节 森林资源利用与保护

    森林是地球上结构最复杂、功能最多和最稳定的陆地生态系统。森林是宝贵的自然资源，是人类生存发展的重要支柱和自然基础，并被人们誉为地球的“肺”。森林覆盖率常是衡量一个国家或地区经济发展水平和环境质量好坏的重要指标。这不仅因为森林具有重要的经济价值，又是可更新资源，而且在维持生态平衡和生物圈的正常功能上起着重要作用......

第五节 物种资源利用与保护

    让自然界物种尽可能多地保存下来，保持遗传的多样性，对维持自然生态平衡，给当代及子孙后代的食物，育种、医药、科学技术及文化艺术的发展提供材料，有十分重要和不可替代的价值......

第六节 能源利用与保护

    能源是指可能为人类利用以获取有用能量的各种来源，如太阳能、风能、水能、蒸汽、化石燃料及核能、潮汐能等。能源是实现国民经济现代化和提高人民生活水平的物质基础。人均能源消耗量是衡量现代化国家人民生活水平的主要指标。但大量消耗能源的结果，不仅使环境付出了巨大的代价，而且对后代能源的供应构成威胁......

第七节 矿产资源利用与保护

    矿产资源是在特定的地质条件下形成的 , 具有利用价值 , 呈固态、液态或气态产出的出露于地表和埋藏于地下的自然资源。是地球形成以来的 46 亿年间 , 伴随着各种地质作用逐渐形成的。矿物是一种不可更新资源，长期利用和过度开采势必使其储量降低过快，以致耗竭。随着经济不断发展，矿产资源消费正在加剧，在开发和利用矿产资源的同时，也带来了一系列的环境污染问题。因此，矿产资源的合理利用和妥善保护也是一个很重要的环境问题......

第八节 海洋资源利用与保护

    海洋约占地球面积的 71% ，贮水量为 13.7 亿 km3 ，占地球总水量的 77.2% 。它不仅起着调节陆地气候，为人类提供航行通道作用，而且蕴藏着丰富的资源。因此，人类对海洋的开发和利用越来越受到重视。海洋中一切可被人类利用的物质和能量都叫海洋资源 , 预计到 21 世纪，海洋将成为人类获取蛋白质、工业原料和能源的重要场所......

第一节 自然资源类型与可持续利用

    一、自然资源及其与自然环境的关系

    “资源”一词本是经济学上的一个基本概念。一般认为一切可以直接或间接地被人类利用的物质和能量广义上都叫资源。狭义的资源概念就是指自然资源，是可以被人类利用的自然状态的物质和能量。强调必须为人类有能力利用的物质才可以称为资源。联合国环境规划署 (UNEP,1972) 对自然资源的解释是：“指一定时间条件下，能够产生经济价值以提高人类当代和未来福利的自然环境因素的总和。”《辞海》中对资源的定义为“天然存在物，不包括人类加工制造的原料，如土地资源、水利资源、生物资源和海洋资源等，是生产的原料来源和布局场所。 …… 资源是资财的来源”，也就是说凡是可以带来财富的东西都可以作为资源。英国大百科全书中把资源说成是人类可以利用的自然生成物以及生成这些成分的环境功能。我国学者中较流行的资源定义是：自然资源是指人类可以利用的、天然形成的物质和能量，它是人类生存的物质基础、生产资料和劳动对象。

    归纳起来，自然资源是指在一定的技术经济条件下，现实或可预见的将来能产生生态价值或经济效益，以提高人类生产水平和生活质量的一切自然物质和自然能量的总和。从这一概念不难看出，资源是动态的，它随着人类的认识水平和科技成就而不断地扩展，与人类需要和利用能力紧密联系。也就是说，资源是一个历史范畴的概念，随社会生产力水平和科学技术水平的进步，其内涵与外延不断深化和扩大。随着人类的变迁和认识水平的提高，人类赖以生存、生活和生产的自然环境组成成分，都可以成为自然资源。所以有人认为人们生活所依赖的环境也是一种自然资源。

    从自然资源与自然环境的概念可以看到二者具有非常密切的关系。自然环境是人类赖以生存、生活和生产所必需、不可缺少而又无需经过任何形式的摄取就可以利用的外界客观物质条件的总和，也即直接或间接影响人类的一切自然形成的物质及能量的总体。而自然资源是人类从自然环境因素中，经过特定形式摄取利用于生存、生活和生产所必需的各种自然组成成分。可见自然资源是自然环境的组成部分。它在组成环境整体的结构和功能中，具有特定的作用即生态效能。如森林资源，既能完成森林生态系统中能量和物质的代谢功能，提供一定的生物产量和产物，还具有涵养水源、保持水土、净化空气、消除噪音、调节气候、保护农田草原，改善环境质量等生态效能。

    可见，自然资源与自然环境是自然物质条件的两种属性，两个侧面。在一定条件下二者可以相互转化。人类赖以生存、生活和生产所需的土地、土壤、水、森林、野生动植物等自然资源，也是在特定条件下人类所需的基本自然物质条件，也就是自然环境。不仅如此，由于现代文明的出现和人类对自然认识的肤浅性和渐进性，导致环境污染和生态破坏日趋严重，为了保护人类生存、生活和生产的环境，人们已逐渐摒弃传统的对环境要素中各种自然因子的放任自流的任意利用，而是将环境因素作为资源加以开发、保护和利用，所以有人将这类环境因素称之为环境资源，如水、大气、土壤等等。

    二、自然资源的特征和分类

    ( 一 ) 自然资源的特征

    如前所述，资源是一个历史范畴的概念，随着人类认识水平的提高会有越来越多的物质成为资源，所以物质资源化和资源潜力的发挥是无限的。但在一定的时空范围和认识水平下，有效性和稀缺性是资源的本质属性。一般自然资源都一些共同的特征：

    1. 可用性。即资源必须是可以被人类利用的物质和能量。对人类社会经济发展能够产生效益或者价值。如地下埋藏的石油，是当今工业社会的主要能源和某些化学工业原料的主要来源。

    2. 有限性。是指在一定条件下资源的数量是有限的，而不是取之不尽，用之不竭的。即使是太阳能，照射到地球的有效辐射也是有限的，人类对其利用的程度更是有限的。如空气，在地球上绝大多数地方，是一种可以任意取用的物质。但在特殊的场所、特殊的时间，空气也会成为非常有限资源，如潜水员使用的压缩空气、宇宙飞船的密封舱中，空气就是一种非常重要而完全有可能耗尽的资源。

    3. 多宜性。即自然资源一般都可用于多种途径，如土地可用于农业、林业、牧业，也可以用于工业、交通和建筑等。这是引起行业资源竞争的主要原因之一，但也是产业结构调整的基础。

    4. 整体性。是说自然资源不是孤立存在的，而是相互联系、相互影响和相互依赖的复杂整体。一种资源的利用会影响其他资源的利用性能，也受其他资源利用状态的影响。如土地是一个较广泛的概念，它可以包括特定区域空间的水、空气、辐射等多种资源；由于水气资源的质量变化，也会影响到土地资源质量的变化；水资源的缺乏会引起土地生产力的下降。

    5. 区域性。自然资源存在空间分布的不均匀性和严格的区域性。虽然从宏观上，全球自然资源是一个整体，但任何一种资源在地球上的分布都不是均匀的，即使是空气也有明显的垂直分布差异。从而也使不同国家或地区都有不同的资源特点。这种资源分布的地域性与不平衡性，导致了全球区域性的资源短缺与区域间的资源交换和优势互补。

    6. 可塑性。是指自然资源在受到外界有利的影响时会逐渐得到改善，而在不利的干扰下会导致资源质量的下降或破坏。这就为资源的定向利用和保护提供了依据。

    因此在社会经济的发展中，必须正确地处理好自然资源利用与保护的关系。对自然资源的过度利用，势必影响资源整体的平衡，使其整体结构和功能以及在自然环境中的生态效能遭到破坏甚至丧失，从而导致自然整体的破坏。因此开发任一项自然资源，都必须注意保护人类赖以生存、生活、生产的自然环境。

    ( 二 ) 自然资源的分类

    由于资源内容广泛、丰富，为了研究及开发利用上的方便，一般依据资源的一些共同特征将资源进行统一分类。分类的优点在于，使得我们能较为容易地把握资源的共性和区分它们的特性（图 3-1 ）。分类的目的是为了更好地理解和把握不同资源间的相互关系及同类资源的共同特证，以便更好、更合理地利用资源。通常根据资源的属性将其划分为自然资源和社会经济资源。前者是指在一定的技术经济条件下，能作为人类生产和生活所利用的一切自然物质和自然能量的总和，而后者则是作为人类生产和生活所用的人力 ( 人口、智力、体力等 ) 和劳动成果的总和。

图 3-1 自然资源的分类系统

    按照资源的地理学性质可将资源分为水利资源（含淡水资源）、土地资源、气候资源、生物资源、矿产资源和海洋资源。这是较为常见的一种分类方法，基本上包括了主要的自然资源类型。但仍有些资源还没有包括在内，如旅游景观资源，风能以及与新型能源有关的资源等等。

    传统的自然资源分类方法，是按照自然资源在不同产业部门中所占的主导地位笼统划分为农业资源、工业资源、能源、旅游景观资源、医药卫生资源、水产资源等等。在某一种类资源下又可进一步细分。联合国粮农组织通常在农业资源之下，按土地资源、水资源、牧地及饲料资源、森林资源、野生动物资源及遗传种质资源等进行分类和研究有关问题。

    按资源产生的渊源和可利用性可分为：原生性自然资源（或非耗竭性资源）和后生性自然资源（或耗竭性资源）。原生性自然资源或称非耗竭性资源随地球的产生及其运动而形成和存在。如太阳能，空气，风、降水等，基本上是持续稳定的。它又可分为：恒定性资源（如太阳、风、潮汐等，永远存在）和易受污染或被误用的资源（如大气、水体、自然风光等，如果利用不当，容易遭受破坏或变质）。后生性资源或称耗竭性资源是在地球的自然历史演化过程中的某一阶段形成的一类资源，其数量有限。它又可以分成：再生性资源（或可更新资源）（如土地资源，水资源，生物资源等，可以在较短的时间内再生或循环再现）和非再生性资源（或不可更新资源）（如各种矿物、煤、石油、泥炭、天然气等。需要经过漫长的地质年代才能形成，在现阶段生产水平下，是不能再生更新的。因此，越用越少，趋于耗竭）。

    可更新资源又可分为生物资源和非生物资源。但不管哪一类都可以持续再生、代谢更新。生物资源是自然环境中的有机组成部分，是自然历史的产物，包括各种农作物、林木、牧草、家畜、家禽、水生生物、微生物和各种野生动植物，以及由它们组成的各种群体。生物资源不仅为人类提供了大量的肉食、蛋白质和各种药材，以及工业原料等，而且是生态系统物质循环和能量流动的基础。当人类的利用速度超过了资源的更新速度时，就会导致可更新量越来越少，自然资源趋于耗竭。因此，只有合理地保护自然资源，才能实现对其持续永久的利用。

    三、自然资源的持续利用

    ( 一 ) 自然资源与人类社会发展的关系

    1. 自然资源是社会经济发展的基础

    资源是经济发展的基础。人类进行生产和消费的内容多种多样，但从根本上都是利用和消耗自然资源。例如人类生活所需的食物是由水、土壤和大气中的 CO 2 、 O 2 等自然资源通过生态系统对太阳能的转化固定所形成；占地球总生物量近 90% 的森林，既是氧气的重要来源，又是国民经济许多部门的基本生产资料，如木材加工业、造纸业、建筑业等。

    2. 自然资源为社会生产力发展提供劳动资料、为人类繁衍提供营养和能量来源

    在社会生产发展的初级阶段，生产工具的制造完全依赖于自然资源，如石器取之于岩石，木器取之于森林，铜器来源于矿层；人类劳动的对象如土地、动植物体和水等都是自然资源，人类驯化的动物还为人类提供劳动力等。

    3. 社会经济的发展对自然资源有巨大的反作用

    人类利用自然资源的历史证明，把自然资源看成是取之不尽，用之不竭的观点是错误的，认为可以随心所欲无限制的利用自然资源来发展经济，只会导致自然资源的枯竭和环境的破坏，并反过来制约经济的进一步发展，因而这种发展是不可持续的。如森林的大面积滥砍滥伐，草原的过度放牧等都引起了严重的水土流失和生态破坏。不仅制约本地区的经济发展，也给下游地区的生态经济带来严重的不良影响。

    ( 二 ) 自然资源利用和保护是矛盾的统一

    发展经济，离不开对自然资源的利用，也离不开对自然资源的保护。但在实际生活中，两者常常处于矛盾的状态，要么是大力发展经济而损害了自然资源，要么是保护自然资源而限制了发展经济。这一矛盾自古就有，随着社会生产力的发展，表现得愈来愈明显。例如古代巴比伦王国的毁灭。大约五、六千年前，在今西南亚的平原上已建立了巴比仑王国，当时它经济发展，社会繁荣，与中国、印度、埃及并称为世界的四大文明古国。但随着人口增长，粮食和生活物品需要量大增，于是就大量开垦土地，在幼发拉底河与底格里斯的上游砍伐森林种植粮食，引起了严重的水土流失。结果造成了下游的平原淤积，河道堵塞，洪水成灾，土壤变成沙地，大片良田逐渐荒芜。到公元前 4 世纪，巴比伦王国开始衰落，公元前 2 世纪，繁荣的巴比仑王国变成了一片废墟。到了现代，这样的事例更加普遍。例如美国， 20 世纪以来发展经济不顾保护自然资源，大量砍伐原始森林，造成了严重的土地侵蚀，严重破坏了森林、土地等自然资源，导致了 1943 年从太平洋刮到大西洋的“黑风暴”，席卷了美国 2/3 的地区，一次就刮走了 3 亿吨的土壤，全国的冬小麦一年就减产 61 亿公斤。我国北方草原的过度放牧，导致 2000 年连续数次发生大规模的沙尘暴，影响波及大半个中国。但这并不说明经济发展与资源保护一定是互不相容的，而是人们对经济发展的认识问题，如果人们仅仅把近期和小范围的经济利益作为追求目标，那么一般都会出现以上所描述的矛盾。但是，如果人们把长期的、全局的经济利益作为追求目标，就会自觉地按照生态规律去保护和利用自然资源，不会让短期利益影响长期的经济发展，从而实现的是一种可持续的经济发展模式。

    大量的事实告诉我们，人类利用自然资源发展经济的同时，必须注意保护资源。要把资源的利用与保护统一起来，需防止两种错误倾向：一种是强调经济发展，忽视对自然资源的保护；另一种是过分强调自然资源的保护，而限制了经济的发展。这两种倾向对社会经济的持续发展都是不利的。只有在“保护资源，节约和合理利用资源”、“开发利用与保护增殖并重”的方针和“谁开发、谁保护，谁破坏、谁恢复，谁利用谁补偿”的政策下，依靠科技进步挖掘资源潜力，充分提高资源的利用效率，发展资源节约型经济。坚持经济效益，社会效益和生态环境效益相统一的原则，才能实现自然资源的高效持续利用。

第二节 土地资源利用与保护

    土地既是重要的生产资料和劳动对象，同时也是人类赖以生存的活动领域。随着整个人类社会生产的发展和人口的迅速增长，土地资源与人类社会的关系逐渐超出了单一的民族和国家的范畴，而跃居为整个人类生存与发展的环境空间的全球性大问题。

    一、土地和土地资源

    土地是具有一定地理空间（经纬度、高程），以土壤为基础，与气候、地形地貌、水文、水文地质条件，表生地球化学因素、自然生物群落，以及它们之间相互作用所构成的自然综合体，它是一个包括众多子系统的复杂系统。 1972 年在荷兰瓦格宁根召开的关于土地评价的专家会议认为“土地包涵着地球特定地域表面及其以上和以下的大气、土壤、基础地质、水文和植物，它还包涵着这一领域范围内过去和目前人类活动的种种结果，以及动物就它们对目前和未来人类利用土地所施加的重要影响”。联合国粮农组织的《土地评价纲要》指出，土地包括影响土地用途潜力的自然资源，如气候、地貌、土壤、水文与植被，它包括过去和现在的人类活动成果。石玉林强调：“土地是一个垂直系统，可分为表层、内层和底层。包括地形、土壤、植被的全部，以及影响它的地表水（如泛滥地），浅层地下水，表层岩石和作用于地表的气候条件。”所以，土地是指上自大气的对流层的下部，下至地壳一定深度的风化壳空间内的有关自然要素与人类劳动成果的综合体。一般更偏重于自然方面。

    土地资源是指在一定技术条件和一定时间内可以为人类利用的土地。人类在利用土地资源的过程中也包括了改造，所以土地资源既包含了资源的自然属性和人类利用、改造的经济属性，故称之为“历史的自然经济综合体”。

    在某些情况下可以将土地与土地资源同等看待，但后者更多地考虑经济活动和人类生存发展的范畴。

    二、土地的基本属性

    土地是自然环境的立地基础，又是自然资源的重要组成，是人类从事一切社会实践的基地，它除具有自然资源的基本属性外，也有一系列特有的自然－经济特性。

    （一）位置固定

    指土地都有特定的空间位置及一定的形态特征。即每一块土地所处的经、纬度和海拔高度都是固定的，并有特定的外在形态。也就是说，各种土地分布具有受水热条件支配的纬度地带性、经度地带性和垂直地带性，以及受局部地形，地质条件影响而表现的非地带性规律。土地利用都限于固定地点，不能象其它物品一样进行移动。 土地只能就地利用，不同地理位置的土地可利用性有很大差异。

    （二）数量的有限性

    指不考虑漫长的地质过程，土地面积不会明显增减。土地是自然的产物，具有原始性，不可能再生产和复制。其数量是由地球表面的大小及其形状所决定的，所以数量相对固定而不能扩延、也不能消灭。某项用地面积的增加，必然导致其它用地面积的减少，总的土地面积基本不变。

    （三）不可替代性

    指土地无论作为环境条件，还是作为生产资料都不能用其它任何东西所代替。

    （四）土地利用的永续性

    土地利用永续性有两层含义，其一是说土地作为自然产物，它与地球共存亡，相对于地球而言永不消失；其二是指土地作为人类的活动场所和生产资料，在使用过程中，只要利用合理，其生产力能够得到保持或不断提高，土地可以年复一年地使用下去。土地利用上的这一特性和其它生产资料完全不同，它为人类提出了尊重客观规律、合理利用和科学保护土地的要求，也展示了实现社会、经济可持续发展的可能性。

    三、土地的分类

    根据不同的属性，土地的分类方法和分类结果多种多样。例如，按照地貌特征划分可以把土地划分为山地、高原、平原、盆地、丘陵等；按土地的土壤质地划分，可分为粘土地、砂土地、壤质土地等；按土地所有权划分，可分为私有、国有和集体所有的土地。不过最为常用的土地（土地资源）分类还是依照土地的经济用途进行的分类，通常分为以下几种土地类别。

    （一）耕地

    耕地是指用于种植粮食、蔬菜、经济作物等作物并被经常耕作的土地。耕地是农业的基础，它为人类生活提供了 80% 以上的热量、 75% 以上的蛋白质、 85% 以上的食物。 95% 以上的肉蛋又是由耕地产出的农产品转化而来。耕地根据耕作方式和种植作物的不同又可划分为旱田、水田、水浇地和菜地等多种类型。

    （二）林地

    指用于林业生产的生长乔木、灌木、竹类等各种树木的土地，按生产木材的用途不同， 又可进一步划分为用材林地、经济林地、薪炭林地、防护林地等；此外，林地还包括林地采伐、火烧后的迹地以及苗圃等。

    （三）草地

    指常年生长草本植物、覆盖度在 15% 以上的土地，草地大都用作畜牧业生产，所以草地又有天然牧场、人工草场、改良天然草场之分。

    （四）水域（水面）

    通常指河流、湖泊、水库、池塘、苇地、沟渠、沿海滩涂的水面和冰川以及永久积雪覆盖陆地部分。

    （五）未利用土地

    是指目前尚未利用的土地，包括荒地、盐碱地、沼泽地、风沙地（沙漠）、戈壁滩等，其中荒草地是最主要的耕地后备资源。

    （六）建设用地

    是指通过工程建设营造建筑物所占用的土地，是城镇、村庄、军事及其它设施所占土地的总称。

    （七）工矿用地

    指厂房、仓库、矿场、油田、盐场等用地。

    （八）交通用地

    指铁路、公路以及飞机场、港口、码头及其它附属设施用地。

    四、耕地与土地生产潜力

    ( 一 ) 耕地

    耕地是人类生产最基本、最主要的生产资料，是生产粮食、棉花、油料、蔬菜等农副产品的基地，是土地的精华。耕地数量的多少，质量肥瘠、直接影响国民经济的发展。

    ( 二 ) 土地生产潜力

    所谓土地生产潜力或土地生产力，在农业上是指在一个地区土地能生产人们可能利用的能量和蛋白质的能力。对耕地和粮食作物来说，土地生产力是指单位面积耕地生产粮食的能量或数量。

    土地资源生产潜力是土地资源在一定条件下，该种用途所要求的全部条件都能满足时所能生产的物质或经济产出。同一土地资源在不同的利用条件下，其生产潜力是不同的。如作为工业、商业、农业、林业等用途时，同一土地资源单位面积上的生产力（产值）差异相当大。由于作为工业或商业利用时，难以确定土地资源达到最大生产力时的最佳条件，因而无法估计这些利用方式的土地资源生产潜力。所以经常讲的土地资源生产潜力主要是指土地资源的物质生产潜力，也就是土地资源的植物生产潜力。其基本含义是土地资源作为某种植物（作物）栽培时，在温度、水和养分条件适宜， CO 2 充分供应，无毒害、病虫害及其它自然灾害和杂草控制完全的条件下，该植物（作物）所能获得的生产力叫植物（作物）的生产潜力，植物（作物）种类不同，土地资源的生产潜力也不同。

    五、世界土地资源利用

    ( 一 ) 世界土地资源概况

    世界陆地面积约为 130 多亿 ha ，占地球表面的 29.2% ；各大洲中除南极洲外，面积最大的是亚洲，其次是非洲（表 3-1 ）。中国国土面积居世界第三位，为 960 万 km 2 ， 1997 年人口密度为 129 人 km -2 ，约为当时世界平均值的 3 倍。

    表 3-1 世界各大洲土地面积和人口

    注：世界土地面积不包括无定居人口的南极洲，若包括南极洲全世界陆地面积为 14950 万 km 2 。（引自中国国家统计局《中国统计年鉴》， 1999 ，中国统计出版社）

    在地球陆地表面，有近 50% 的面积是永久性冻土、干旱沙漠、岩石、高寒地带等难以利用和无法利用的土地，此外尚有相当数量的土地存在各种障碍因素，实际适于人类利用的土地只有 7000 万 km 2 左右。在世界范围内各地可利用土地分布存在很大差异，如果按照不同气候带划分，适于耕种的土地主要分布在热带，约为 16 亿 hm 2 ，其余各气候带之和大约为 15 亿 hm 2 ；远东和欧洲各国 25% 以上土地是可耕种的，而大洋洲（澳大利亚、新西兰和太平洋岛屿）可耕种的土地只占其土地面积的 5.5% 左右，南美洲也仅为其土地面积的 6.2% 。但是，可作为牧场的草原占各洲土地面积的比例，大洋洲最多，为 54.8% ，北美为 13.7% ，远东为 15.3% 。森林面积占各洲土地面积的比例南美洲约为 46.4% ，大洋洲为 10.2% 。目前，全世界有荒地面积约 50 亿 hm 2 ，主要分布在非洲和美洲，亚洲的土地开发利用率远较其它各洲高。

    60 年代以来，世界人口的急剧增长给土地资源造成愈来愈大的压力，地球的土地资源究竟能否承载这样庞大的人口数量，已成为大多数人，特别是土地资源研究和管理的人们急需回答的问题。

    ( 二 ) 利用特征

    据 1987 年《世界资源》资料，全球陆地总面积约 130 亿 ha ，其中耕地 25 亿多 ha ，占陆地总面积的 11.8% ；林地 40 亿 ha ，占 31.21% ；牧地 31.5 亿 ha ，占 24.16% ；其它用地占 43.6 亿 ha ，占 33.35% 。从土地质量看，适于农林牧业发展的好地占 24% ，主要适用于林用和永久牧用的土地占 12% 。优质林地 18% ，优质牧地 15% ，改良后可用于农用的土地为 8% ，无法利用的土地占 23% 。这些土地资源在农业利用中受干旱影响的占 28% ，受矿物质影响的有 23% ，受土层浅薄限制的 22% ；受水渍及永久冻层影响的分别占 10% 及 6% ，只有 11% 的土地在农业利用上未受到严重威胁。

    当前世界人均耕地约 0.3ha ，人均占用土地面积以大洋洲最多为 2.07ha ，其中澳大利亚人均达 3.00ha ；南美、北美、非洲依次减少，欧亚大陆最少。亚洲最少只有 0.17ha ，其中中国只有 0.01ha 。世界人均占有林地 0.86ha ，大洋洲最多为 6.21ha ，亚洲最少只有 0.21ha ；世界上人均占有林地最多的国家是加拿大 ( 13.46ha ) 、澳大利亚 ( 7.00ha ) 、巴西 ( 4.21ha ) ，中国只有 0.13ha 属最少之列。世界人均草场 0.66ha ，南美洲最多为人均 18.97ha ；最少的当属欧洲，人均 0.18ha ，澳大利亚最高达 29.5ha ，被称为“骑在羊背上的国家”，印度最低只有 0.02ha 。

    世界土地资源及人均占有量的分布极不均衡，特别与人口分布很不协调，亚洲人口占世界总人口的 56% ，但可耕地只占 20 ％，其中 77% 已经开垦，大洋洲只占世界人口的 0.5% ，而可耕地占 23.2% ，其中 86% 尚未开垦。随着人口趋势的发展，这种不均衡将会进一步扩大，造成富者愈富，穷者愈穷，使世界局势潜藏着不稳定因素。

    ( 三 ) 土地资源利用中的问题

    1. 耕地减少

    耕地侵占导致可耕地数量减少。日本从 1950 年到 1987 年耕地减少了 100 万 ha ，英国近 20 年共减少农用地 113 万 ha 。 90 年代初世界居民占地约 1.5 亿 ha ，到 2000 年，全世界将有 2 亿 ha 肥沃土地成为非农用地。尚未开垦的土地已无太大的潜力，迫使人们向草原、森林要地。

    2. 森林砍伐、草原破坏和沼泽滩涂的围垦

    近年来由于人口增长对耕地的压力，人们盲目毁林开荒，使森林、草地、沼泽和滩涂等类型的土地资源面积不断减少。在过去的十多年中，非洲每年开垦郁闭阔叶林 130 万 ha ，其中滥伐面积占世界热带疏林和林地面积的 62% 。世界森林平均每年约减少 300 万 ha ，到本世纪末将有 40% 森林（主要是热带雨林）被消灭。半数以上的森林损失发生在象牙海岸、尼日利亚、利比亚、几内尼和加纳这些西非国家，那里森林消失的速度是世界平均值的 7 倍。

    全球草原消失已达 19% ，目前世界上所谓“湿草原”地带大部分成为农区，且垦荒还在向半干旱草原移动。人类为此付出了沉重的代价。 30 年代美国的“黑风暴”迄今为人所惊骇。中国长城一线的风沙已正向南侵，内蒙巴彦浩特西北至锡林部勒之间的草原荒漠化面积由 50 年代末的 12 ％，增加到 70 年代的 50 ％。

    围垦沼泽和滩涂，尽管得到了某些眼前利益，但破坏了湿地生态系统，使许多水禽和鱼类减少，甚至灭绝。沿海滩涂是近岸水产业食物链的一个重要环节，它为鱼类和甲壳类动物提供有高度生产性的产卵地、养殖地和喂养地，世界全部鱼类捕获量的 2/3 是在潮汐带孵化的。由于耕地压力上升，全世界沼泽地已丧失 25-50% ，法国布列塔尼亚半岛的海岸湿地在过去的 20 年里消失了约 40% ，剩余的 2/3 正在受排水和其他开发活动的严重影响，自 50 年代以来英格兰东海岸的瓦利有 2 万 ha 盐沼和潮泥滩被开垦用来发展农业； 70 年代中期美国原有的海岸湿地已损失一半， 1983 年美国国家海洋渔业局计算，由于重要的河口湾的损失，美国渔业自 1954 年到 1978 年每年损失 2.08 亿美元。

    3. 土地资源退化

    a 、地力衰退 主要表现在养分的亏缺上。据统计世界土壤养分不足的面积约占总面积的 23% ，热带地区表现为 P 、 Ca 、 Mg 和 B 的不足 ; 南美洲 10 亿 ha 酸性土中， N 和 P 不足的占 90% ，缺 K 的 70%, 缺 Zn 的 60% 。

    b 、水土流失 据统计，全世界水土流失面积达 2500 万 km 2 ，占总面积的 16.8% ；耕地中受流失土地占 2.1% 。有史以来，人类耕地总损失量为目前总耕地的 1.33 倍。水土流失不仅使上游的土地肥力下降，生态破坏，而且造成下游河道和水库等的淤积、严重影响沿河生产发展和人类生命财产安全。 据世界观察学会专家估计，每年全球的土壤侵蚀量约为 250 亿 t ，远远大于土壤的形成数量。据联合国开发计划署估计，仅水土流失一项，每年全世界就要失去耕地 5 ～ 7 万 km 2 。

    c 、土壤盐渍化 世界干旱半干旱区均有盐碱土分布，其面积约占该地区面积的 39% ，主要分布于亚欧大陆，北非，北美西部。历史上曾多次出现因错误灌溉而失败的农业系统，世界各地仅盐碱化造成的荒废土地就与目前灌溉的土地一样多。各国水稻产区的土地次生盐渍化和沼泽化现象也较常见。

    d 、土地沙漠化 全球沙化、半沙化面积约占全球面积的 1/3 ，据联合国资料，每年有 7 万 km 2 的土地变成沙漠，许多沙漠化逐年向外扩展，如撒哈拉沙漠南侵速度为每年 30 -50km ，流沙前沿长度约 3500km 。

    e 、土壤污染和环境恶化 随着工业的迅速发展，“三废”的排放、化肥和农药在农业中的大量投入，使土地污染问题日趋严重。土地污染不仅使土地生产力降低，而且还会引起农产品和人类生存环境的污染，威胁、危害人体的健康。污染的环境破坏了原有的生态平衡，导致许多物种的灭绝。

    六、我国土地资源利用情况

    ( 一 ) 我国土地资源概况

    我国 90 年代初 各种利用类型的土地面积如表 3-2 所示。 据 1999 年公布的国土资源部、国家统计局和全国农业普查办公室调查统计结果我国现有耕地面积 1.30 亿 hm 2 ，林地 2.28 亿 hm 2 ，草地 2.66 亿 hm 2 。耕地集中分布在东部的东北平原、华北平原、长江中下游平原及四川盆地和华南地区，而草地则多分布在西北部，林地集中分布于西南及东北地区。

    表 3-2 我国土地类型面积概数（ 1991 ）

    * 我国耕地面积目前尚无统一精确数据 , 国家统计局公布为 0.96 亿公顷 , 有些学者曾用 1.4 亿公顷 ,1.27 亿公顷等 , 此表中数据仅供参考。

    ( 二 ) 我国土地资源的特点

    1. 土地资源绝对数量多，但人均占有量少。我国土地总面积居世界第三位，但由于人口众多，人均土地面积只有平均值的 1/3 ，不足 1ha 。

    2. 土地资源分布不平衡，且生产力的地域差异很大。由于水热条件的不同和复杂的地形，地质组合，我国有多种多样的土地类型，但各种类型的土地资源分布不平衡。我国 90% 以上的耕地和陆地水域分布于东南部；一半以上的林地集中在东北和西南的山地； 80% 以上的草地分布于西北干旱和半干旱地区。降雨和径流由东南向西北递减，长江、珠江、浙、闽、台及西南诸河流域的水量占全国总水量的 81.0% ，而这些地区的耕地仅占全国的 35.9% 。东部湿润、半湿润地区的生产力很高，其生物产量占全国的 90% ，但面积只有全国土地面积的一半。

    3. 土地资源质量较差。 1.27 亿公顷耕地中，山地、丘陵、高原等地占 66% ，而平原仅 12% ，盆地 19% 。中低产田在 60% 以上。据石竹筠资料，水田占用耕地面积的 26.1% ，水浇地占 17.4% ，而旱地占 53.5% 。 1.15 亿公顷林地中多为采伐后的次生幼林，特别是一些采伐不合理的林地，因没有及时营造幼林，留下多为灌木次生林。全国 131 个国有大型林业局中有 25 个局可采资源枯竭，在 2000 年将有一半至 2/3 的局辖片范围将无林可采。由于过渡修枝作燃料而形成“小恼头树”，树干畸形，形不成森林环境，结果是“有林无实”。 2.87 亿公顷草地自然生产率极低，每百亩草原的畜产品产量，只相当于澳大利亚的 1/10 ，美国的 1/20-1/30 ，新西兰的 1/83 ，荷兰的 1/120 。全国草地地区的饲料产量仅占全国饲料产量的 11% ，产肉量仅占 4.9% 。草地过载使草原退化。北方沙漠化和潜在沙化的草地在 33 万多平方公里，并有加速发展的趋势。

    4. 土地资源生产力集中在耕地上。据刘巽浩计算， 1.4 亿公顷耕地的现实生产力（生物产量）约占总农业用地的 3/4 ；而约 4 亿公顷的林草地的现实生产力仅占农业用地的 1/4 ，产值的 1/10 ，不仅粮、棉、油全靠耕地提供，而且全国产肉量的 96.2% ，也由耕地生产的饲料转化。农村所用木材也大部分依赖于农田林网和农田绿化。

    5. 后备耕地资源不足。我国尚有宜于开垦种植农作物、发展人工牧草和经济林木的土地约占全国土地总面积的 3.7% ，其中质量较好的占 8.9% ，中等的占 22.5% ，而近 70% 是质量差的三等地。 有人估计按现有的技术条件对耕地后备资源进行综合开发和全面治理，使之全部开垦出来，耕地面积最多也只能增加 0.07 亿 ha 左右。

    ( 三 ) 我国土地利用结构

    我国的土地资源利用结构如图 3-2 所示。

    图 3-2 我国土地利用结构现状图

    ( 资料来源：国家土地局《全国土地利用规划研究》， 1995)

    从图中可以看出，我国土地利用类型丰富多样，按利用现状全国土地利用类型可以分为三个层次，即已经开发了的、待开发的和还难以开发利用的，其面积分别为 6.54 亿 hm 2 、 0.75 亿 hm 2 和 2.22 亿 hm 2 ，面积比为 1.00:0.11:0.34 。已开发的土地中又可分为农业用地（农林牧业用地）和非农业用地（居民点、工矿和交通用地）两类。其中，农林牧用地占 95.9% ，非农业用地占 4.1% 。在 0.74 亿 hm 2 待开发土地中又包括宜耕地、宜林地、宜园地、宜牧地、宜建设用地和其它可利用土地六类，其面积比例为 1.00:0.22:1.94:2.03:0.06:0.20 ；在难以利用土地中包括沙漠、戈壁、高寒荒漠、石质山地以及其它难利用土地五类，其总量达 2.2 亿 hm 2 。总体上，我国土地利用结构以农、林、牧用地为主，但农业用地后备资源数量有限，在尚未利用的宜农业利用土地中，以宜牧、宜林地面积最大，其次才是宜耕地。

    ( 四 ) 我国土地资源开发利用中存在的主要问题

    1. 盲目扩大耕地面积促使土地资源退化

    a 、对山坡的刨垦使大面积的森林、草地毁坏、造成水土流失。 从多年统计资料看，我国水土流失面积呈逐年增加趋势，建国初期我国有水土流失面积 150 万 km 2 ，目前已增加到 183 万 km 2 ，约占全国土地面积的 1/5 ；黄河、海河、淮河、长江流域水土流失面积分别占其流域面积的 70% 、 47% 、 33% 和 20% 左右。我国每年因水土流失侵蚀掉的土壤总量达 50 亿 t ，大约占全世界土壤流失量的 1/5 左右。 我国是世界上水土流失最严重的国家之一。黄河、长江年输沙量 20 亿吨以上。列世界九大河流的第一和第四位。

    b 、围湖造田。盲目的围湖造田，使湖区滞洪能力下降，原有的生态系统遭到破坏，因而水旱灾害频繁。

    c 、盲目开发草原，使草场沙化。由于多年的滥垦过牧，我国近 1/4 的草场退化，产草量平均由 3000 － 3750kg /ha 亩降至 1500 -2250kg /ha ，每年沙化面积达 133 万 ha ；更值得忧虑的是南方也出现了“红色沙漠”、“白沙岗”、“光石山”等。

    2. 非农业用地迅速扩大

    我国 1957 － 1985 年每年净减耕地 53. 3 万公顷 ，仅 1985 年就净减 100 万公顷。按此速度发展下去，我国的全部耕地将在 200 年之内全部被占完，因此刘巽浩写了一篇题为《二百年后不耕、不种的中华大地》。解放后 30 多年城市扩张占用地面积为城市原来面积的 4-6 倍。从 1978—1998 年我国的城市由原来不足 200 个增加到六百多个，增加了 475 个。上海郊区被占耕地达 7.33 万公顷，相当于上海、宝山、川沙三县耕地面积的总和。北京自 1951 年以来，平均每年占用耕地约 0.67 万公顷， 30 多年达 20 多万公顷。 据初步预测，到 2050 年我国非农业建设用地将比现在增加 0.23 亿 hm 2 ，其中需要占用耕地约 0.13 亿 hm 2 ，另外在现有耕地面积中约有 0.07 亿 hm 2 不适于用做耕地而需要退耕，两项相加耕地的减少量为 0.20 亿 hm 2 ，如果在此期间开垦荒地能增加耕地 0.07 亿 hm 2 ，尚要净减少耕地 0.13 亿 hm 2 。

    3. 土地污染

    随着工业化和城市化的发展，特别是乡镇工业的发展，大量的“三废”物质通过大气、水和固体废弃物的形式进入土壤。同时农业生产技术的发展，人为地施用化肥和农药以及污水灌溉等，使土壤污染日益加重。土壤污染不仅对农作物及农田生态环境造成危害，污染物通过食物链最终进入人体，还会为害人体健康。到目前为止还没有关于已经遭受污染耕地面积的准确统计数字，但有人估计由于环境污染而导致农作物减产数量每年在大约 100 亿 kg ，这一数字约为我国粮食产量的 3% ，相当于我国近些年来每年进口的粮食总量。

    造成农田土壤污染的原因主要有：工业和乡镇企业排放的各类废弃物、农用化学物质的过量使用以及畜禽粪便和生活垃圾的不适当堆放等。尤其要指出的是，从本世纪 50 年代开始我国就在部分地区推广污水灌溉，至今已有 40 多年的历史，近年来，每年排放的污水约有 20% 被用于农田灌溉。污水灌溉缓解了农业用水不足，有时还可为作物提供养分物质。但同时也将大量的污染物质带入农田，这些污染物质除对农作物造成急性危害外，其中的重金属等一旦进入土壤就很难被移走， 由此可能造成长期性环境污染。因此，保护农田土壤，使之免受污染是当前保护农村生态环境、加强生态建设的重要任务之一。

    七、土地资源合理利用对策

    ( 一 ) 世界土地资源利用对策

    1. 进行世界性土地人口承载潜力的研究，并开展广泛的生态教育，使各国家和地区能在土地可承载的前提下制定人口政策，实行计划生育。

    2. 对一些世界性的土地资源开发需要进行统一协调。因为大类型、大面积的土地资源类型的开发影响，常超出一个国家的范围，如果处理不好，必然会“殃及鱼池”。

    3. 保护环境、防止生态恶化。要使一系列国际国内的环境保护立法和公约生效，必须要有国际间行之有效的监督和惩罚制度。同时更要增强全人类的环境意识，使所有的人都来保护我们赖以生存的地球环境。

    ( 二 ) 我国土地资源利用对策

    我国土地资源问题的焦点主要是在土地资源有限与人口增长无限的矛盾上，因此合理利用与保护每一寸土地和严格控制人口增长成为我国解决土地资源问题的基本国策。

    1. 加强土地管理，保护耕地，控制非农业用地。

    2. 按照《土地法》执法，打击滥用土地的行为；积极开展土地生产潜力和承载能力的研究，作好长远的土地利用规划。

    3. 严格控制人口。据估算我国 90 年代初的土地生产能力大约可承载 12 亿左右的人口，如果到 2025 年，整个投入水平增加到中等水平，可承载 15 亿人口。因此严格控制人口始终是解决土地资源问题的一个主要课题。提高全民的国土意识和综合文化素质，让全国人民共同对付土地问题。

    4. 增加农业投入，改造中低产田和加强农、林、牧业生产基地的建设。中低产田改造是提高土地承载力的主要途径，而任何一种中低产田如土壤侵蚀、土壤盐渍化、土壤次生潜育化或土壤沙化土地的改造都需要农田水利工程的投入。加强商品粮基地、优质棉基地、饲草基地和山区林果基地的建设，以便国家宏观调控，安全地应付各种意想不到的困难。

    5. 加强土地资源的宏观建设。根据已掌握的资料和技术条件拟定国土资源开发规划，通过如三北防护林等项目的建设改善宏观生态环境，从根本上防治土壤沙化，通过跨流域的调水工程，提高我国水资源的利用率和缺水地区的土地生产力。

    6. 加强土壤污染防治。从控制和治理污染源着手，加强土壤污染治理，合理利用污水灌溉。加强土壤环境的监测和评价，及时预报土壤的环境质量变化和主要问题所在，提出对策。

第三节 水资源利用与保护

    水是人类发展不可缺少的自然资源，是人类和一切生物赖以生存的物质基础。当今世界，水资源不足和污染构成的水源危机成为任何一个国家在政策、经济和技术上所面临的复杂问题和社会经济发展的主要制约因素。 1992 年 1 月联合国在冰岛举行了水和环境国际会议，呼吁寻找新的途径，对淡水资源作出评价、发展和管理。 1993 年，世界银行提出了有关水资源的新课题。粮农组织最近成立了一个关于水和持续农业发展的国际项目（ IAP-WASAD ），这些信息表明，水资源问题已引起全世界的关注。

    人类对水资源的开发利用分两大类：一类是从水源取走所需的水量，满足人民生活和工农业生产的需要后，数量有所消耗，质量有所变化，在另外地点回归水源。另一类是取用水能（水力发电）、发展水运、水产和水上游乐，维持生态平衡等，这种利用不需要从水源引走水量，但是需要河流、湖泊、河口保持一定的水位、流量和水质。本节所讨论的水资源利用情况主要是第一类用水形式。

    一、水资源及其重要作用

    ( 一 ) 水资源

    地球上水的总贮量约有 13.9 亿 km 3 ，其中约 97% 为海洋咸水，不能直接为人类利用。而淡水的总量仅为 0.36 亿 km 3 ，而且这不足地球总水量 3% 的淡水中，有 77.2% 是以冰川和冰帽形式存在于极地和高山上，也难以为人类直接利用； 22.4% 为地下水和土壤水，其中 2/3 的地下水深埋在地下深处；江河、湖泊等地面水的总量大约只有 23 万 km 3 ，占淡水总量的 0.36% （表 3-3 ）。因此，只有约 20% 的淡水是人类易于利用的，而能直接取用的河、湖淡水仅占淡水总量的 0.3% 。可见，可供人类直接利用的淡水资源是十分有限的。

    ( 二 ) 水循环

    地球表面的水在太阳辐射能和地心引力的相互作用下，不断地蒸发和蒸腾到大气中，并在空中形成云，在大气环流的作用下传播到不同的地域，再以降雨或降雪等形式回到海洋或陆地的表面。这些降水，一部分渗入地下，成为土壤水或地下水；一部分形成地表径流汇入江、河、湖、海，再经蒸发进入大气圈；还有一部分直接蒸发或经植物吸收而蒸腾进入大气。这种过程循环往复，永无止境（见图 3-3 ）。

图 3-3 水循环示意图

    通过循环水资源得到不断的更新。在较长时间内，全球范围的蒸发与降水基本保持平衡（图 3-4 ），但在一定时间、空间范围内，其数量极为有限，并不象人们想象的那样可以取之不尽、用之不竭。不同形态水的循环速率差异很大（表 3-4 ），除生物水外，大气水和河流水的循环更替期最短，更新利用率高，是最活跃、最重要，也是与人类和生物生长发育最密切的水资源。

    ( 三 ) 水资源的重要作用

    1. 调节气候。水是大气的重要成分。虽然大气中仅含全球水量的百万分之一，然而，大气和水之间的循环相互作用，确定了地球水循环运动，形成支持生物的气候。大气中的水帮助调节全球能量平衡，水循环运动起着不同地区间的能量传输作用。

    2. 水磨塑着地球表面的形态。流动的水开创和推动土地地貌的形成，重排地表景观以及三角洲形成等。水是形成土壤的关键因素，也在岩石的物理风化中起着重要作用。

    3. 水具有物质运输的功能。水可以输送多种多样材料和营养物质。水输送物质的形式有两种：溶解的矿物质和整体物质。大气中的各种颗粒物质可以沉降到水体，然后由水输送。从这一方面可以看到，水可以把环境污染物输送、扩散到更远、更广泛的区域。

    4. 水是一切生物必不可少的物质。生命的形成离不开水，水是生物的主体，生物体内含水量占体重的 60-80% ，甚至 90% 以上。水是生命原生质的组成部分，并参与细胞的新陈代谢，还是生物体内外生物化学发生的介质。因此，一切生命都离不开水。水与生物以各种方式相互作用。在一个区域范围内，水是决定植被群落和生产力的关键因素之一，还可以决定动物群落的类型、动物行为等。

    5. 水是人类赖以生存和生产的最基本的物质基础。水与人类的关系非常密切，不论是生活或是生产活动都离不开水这一宝贵的自然资源，水既是人体的重要组成，又是人体新陈代谢的介质，人体的水含量占体重的 2/3 ，维持人类正常的生理代谢，每天每人至少需要 2 -3 升 水。工业生产、农田灌溉、城市生活都需要消耗大量的水。但是，随着人口和经济活动的加剧，全球的水循环已大大偏离了它的自然状态，水的流动已发生了显著的变化。人口迅速增长，加速了对水资源的消耗，工农业生产发展严重污染了水质，森林破坏改变了蒸发和径流方向等，这些人类活动造成了水资源的严重破坏，使世界面临着水的危机。

    ( 四 ) 影响水资源丰缺的主要因素

    某地区水资源的丰缺取决于多种因素，地理位置、地形、温度和太阳辐射以及地面植被和人类活动都会对水资源的运动和分配产生明显的影响。

    1. 地理位置

    由于降水是水资源的最主要来源，所以人们常常以年平均降水量与年平均蒸发量之比（ P/E ）来判断一个地区湿润程度。影响一个地区的湿润程度的因素有很多，其中以纬度最为重要， R.Daubenmire 于 1978 年计算了全球不同纬度带的平均年降水量与年蒸发量比值（ P/E ），结果列于表 3-5 。由此可见，全球不同纬度地带的降水与蒸发比值相差很大。

表 3-5 年平均降水量与年平均蒸发量之比（ P/E ）与纬度的关系

    另外，一个地区降水的多少受到大气环流的影响，一般说来，距离海洋越近，大气湿度越大，降水量越多，水资源也越丰沛；越深入大陆内地，受海洋和季风影响越小，气候越干燥，降水量越小，水资源数量也越少。

    2. 地形条件

    在同一地区，海拔越高，气温越低，大气湿度越大，降水量也越大。高原和高大的山脉对大气环流、水汽的运移有阻隔作用，会对一个地区降水等气候条件产生明显影响。地面坡度是影响水循环即水分入渗数量多少的重要因素，在其它条件相同情况下坡度越陡，越容易产生地表径流而渗入土壤中的水量越少，降水大量流走，地面水分蒸发量减少，空气湿度更小，降水量也随之减少。

    3. 土壤和植被

    土壤、植被也是影响一个地区水分入渗、蒸发、径流、降水各个循环环节的重要因素，土壤质地中等，结构性好，疏松透水，有利用土壤水分入渗；植被长势茂盛，覆盖度高，能够抑制径流产生，加速水分循环。同样良好的生态环境条件，有利于植物生长，又会对保蓄水分、涵养水源产生积极作用，从而使一个地区的生态环境进入良性循环。

    4. 人类活动

    人类对于水资源的影响，其方向有积极和消极两种可能。人们兴修水利，拦蓄径流，植树造林，保持水土，跨流域调水，可以改善一个地区的水资源状况。但是不合理地开发利用水土资源，使植被遭到破坏，土壤受到侵蚀，气候逐年变得干燥，土地荒漠化，生态条件恶化以及过多水体污染排放，必然造成水资源的衰减。

    二、世界水资源的利用情况

    ( 一 ) 世界水资源概况

    世界各地自然条件不同，降水和径流相差也很大。表 3 － 6 列出了世界各大洲年平均降水量与年平均径流量的情况。年降水量以大洋洲（不包括澳大利亚）的诸岛最多；其次是南美洲，那里大部分地区位于赤道气候区内，水循环十分活跃，降水量和径流量均为全球平均值的两倍以上。欧洲、亚洲和北美洲与世界平均水平相接近，而非洲大陆是世界上最为干燥地区之一，虽然其降水量与世界平均值相接近，但由于沙漠面积大，蒸发强烈，径流量仅为 151mm 。相比之下大洋洲的澳大利亚最为干燥，与降水量 761mm 相对其径流量仅为 39mm ，这是由于澳大利亚的有三分之二地区为荒漠、半荒漠所致。

表 3-6 全球各大洲年降水和年径流概况

    ( 二 ) 世界水资源的供给与利用

    通常人们将全球陆地入海径流总量作为理论上的水资源总量，即全球水资源总量为 47000km 3 ，而这一水资源数量在全球分布又是不均匀的，各国水资源丰缺程度相差很大。人类在早期对水资源的开发利用，主要是在农业、航运、水产养殖等方面，而用于工业和城市生活的水量很少，直到本世纪初，工业和城市生活用水仍只占总用水量的 12% 左右。随着世界人口的高速增长以及工农业生产的发展，水资源的消耗量越来越大。世界用水量逐年增长， 1900 年至 1975 年间，每年以 3 ～ 5% 的速度递增，即每 20 年左右增长一倍。到 2000 年，世界总用水量将达到 6000 亿立方米，占世界总径流量的 15% 。世界耗水量的增加情况见表 3-7 。

表 3-7 世界耗水量 / 不能恢复耗水量变化表（单位： 10 亿米 3 / 年）

    由表中数据可以看出，随着人类文明的进步，对水资源的需要量越来越大， 1985 年用水量为 1950 年的 3.5 倍。其中农业用水占总水量的比例由 1950 年的 78.2% 下降到 1985 年的 61.5% ；而工业用水与城市用水占总用水量的比例由 1950 年的 22.7% ，增加到 1985 年的 34.6% 。但可供人类使用的水资源却不会增加；甚至会因人为的污染等因素而使其质量变差，可利用数量减少。加之，世界淡水资源的分布极不均匀，人们居住的地理位置与水的分布又不相称，使水资源的供应与需求之间的矛盾很大，尤其是在工业和人口集中的城市，这个矛盾更加突出。据统计，近 40 年来，全世界农业用水量仅增加了 2 倍、工业用水增加了 7 倍，而生活用水增加的更多。

    在人类消耗的淡水资源中生活用水量只占总用水量的一小部分，目前全世界的生活用水量只占河川径流量的 7% ，但随着人类生活水平的不断提高，生活用水量在不断增长。

    在工业用水中，主要是能源部门的冷却用水量大。在热电厂，每生产 1000 千瓦时电，需用水 200 ～ 500 立方米；而原子能电站需水量多一倍。世界能源年产量为 4 × 10 12 千瓦时电，耗水量约为 1.2 × 10 10 立方米 。按照目前的趋势，电力生产每 10 年翻一番，耗水量较大的核电站的比例到 2000 年将提高到 30 ～ 50% 。因此，电力工业需水量将增加一个数量级。在保持现代工业发展进度情况下，冷却水用量占全球需水量的 30% ，工业发达国家则可能到 60% 。其次冶金工业和化学工业耗水量也很大。

    农业用水的耗水量主要是灌溉用水。并且农业用水的损失比工业用水要高得多 , 因此，农业用水对水资源的消耗是最大的。自 1950 年以来，世界灌溉农田增加了近 3 倍，达到 2. 7 亿公顷 。淡水资源总量并不能充分为人们所利用，例如，美国人均年占淡水资源 10230 米 3 ，但约有三分之二通过湖泊、河流、湿地等的蒸发及植物表面蒸腾进入到大气或流回海洋。因此，对水资源的消耗应当合理有序，否则，就会引起一系列的不良后果。如广州佛山最近出现许多地面塌陷的现象，专家指出其原因是采矿的同时大量提取地下水造成的。表 3-8 为过量取水的例子。此外 , 大量废水的排放引起纳污水体的污染 , 使水资源更加紧张 , 出现严重的水资源危机。

表 3-8 过量取水的例子

    ( 三 ) 水危机产生的原因

    从总的水储量和循环量来看，地球上的水资源是丰富的，如能妥善保护与利用，则可以供应 200 亿人的使用。但由于消耗量不断的增长和可利用水域的污染等原因，造成了可利用水资源的短缺和危机，主要有以下几个方面的原因：

    1. 自然条件影响

    
地球上淡水资源在时间和空间上的极不均匀分布，并受到气候变化的影响，致使许多国家或地区的可用水量甚缺。例如我国长江、珠江、浙、闽、台及西南诸河流域的水量占全国总水量的 81.0% ，而这些地区的耕地仅占全国的 35.9% ；而华北和西北地处于干旱或半干旱气候区，其降雨和径流都很少，季节性缺水很严重。北非和南撒哈拉地区、阿拉伯半岛、伊朗南部、巴基斯坦和西印度是年降雨长期平均变化最大的区域，其变化幅度超过 40% 。美国西南部、墨西哥西北部、非洲西南部、巴西最东端以及智利部分地区也是如此。图 3-5 为世界年降雨量变化示意图。因此，世界许多地区会出现区域性的供水危机。

    2. 城市与工业区集中发展

    200 多年来，世界人口趋向于集中在占地球较小部分的城镇和城市中，在 20 世纪中期以来这种城市化进程已明显加快。我国在改革开放后的 20 年中，城市的数量增加了好几倍，城市的规模也越来越大。目前世界上城市居民约占世界人口的 41.6% ，而城市占地面积只占地球上总面积的 0.3% 。在城市和城市周围又大量建设了工业区，因此集中用水量很大，超过当地水资源的供水能力。

    例如，日本年降雨量 1818 毫米 ，但由于 73% 的工业集中在太平洋沿岸，而且东京、大阪、名古屋三大城市周围 50 千米 以内，不到国土的 1% 土地以上居住了全国总人口 32% ，因此这些城市用水十分紧张。

    3. 水体污染

    水体有两个含义：一般是指河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋的总称，在环境学

    领域中则把水体当作包括水中的悬浮物、溶解物质、底泥和水生生物等的完整生态系统或自然综合体。由于污染物的入侵，使许多水体受到污染，致使其可利用性下降或丧失。因此，水体污染是破坏水资源、造成可利用水资源缺乏的重要原因之一。主要的水体污染物包括各种有机物、酸污染、悬浮物、有毒重金属和农药以及氮磷等营养物质。

    4. 用水浪费

    城市生活和工农业用水都存在大量的浪费。由于管理不善，工程配套差和工艺技术落后，城市管网和卫生设施的漏水很普遍，是城市生活用水中浪费最大的一项。据统计，美国城市管网漏水量平均达每人每天 60 升 ，占全部用水量的 10-15% 。北京漏水量占总用水量的 10-40% ，甚至可达 70% 。工业上从水源取用的水量远远超过其实际耗水量。如美国 1970 年统计表明，占全国工业用水量 78% 的热电站用水，其实际耗水量仅为其取用水量的 1% 。农村大水漫灌，利用率很低，而且渠道渗漏很大，不仅浪费水资源，而且引起土壤的次生盐渍化和潜育化，降低土壤质量。

    5. 盲目开发地下水

    由于地表径流的减少，水资源的开发由地表转入地下，但由于对地下水的盲目过量开采，引起了一系列的后果。我国北方地下水年开采量超过了 370 亿 M 3 ，河北沧州 1973 年地下水位降落漏斗为 16km 2 ，中心水位埋深 33M ，到 1980 年已达到 2700KM 2 ，中心水位达 68M ，这种现象在北方较普遍。由于过量开发地下水，导致上海、天津市都发生了严重的地面下沉；一些沿海城市出现了海水入侵，使地下水含盐量过高，失去引用价值；我国西南部分碳酸盐地区的岩溶塌陷。

    三、我国水资源的特点

    ( 一 ) 概况

    我国江河众多，流域面积在 100 平方公里以上的河流有 5 万多条， 1000 平方公里以上的约有 1500 多条。但受气候和地形的影响，河流分布很不均匀，绝大部分河流分布在我国东部湿润、多雨的季风区，西北内陆气候干燥、少雨，河流很少。

    我国有 1 平方公里以上的湖泊 2300 多个，总面积 1787 平方公里，约占国土面积的 0.8% ；湖水总储量约为 7088 亿立方米，其中淡水量占 32% 。

    我国还有丰富的冰川资源，共有冰川四万三千余条，集中分布在西部地区。总面积 58700 平方公里，占亚洲冰川总量的一半以上，总贮量约 52000 亿立方米。

    我国平均年降水量为 61889 亿立方米，平均降水深 648.4 毫米 ，年均河川径流量 27115 亿立方米，合径流深 284.1 毫米 。河川径流主要靠降水补给，由冰川补给的只有 500 亿立方米左右。我国年平均地下水资源为 8287. 6 亿立方米 。

    根据分析计算，我国地表水和地下水的量分别为 27115 和 8288 亿立方米，扣除二者间的重复量 7279 亿立方米后，则我国多年平均水资源总量 28124 亿立方米。

    ( 二 ) 我国水资源特点

    我国水资源的时空分布特点，可通过降水、蒸发、径流等水平衡要素的分布反映如下：

    1. 水资源总量较丰富，人均和地均拥有量少

    我国多年平均年水资源总量为 28124 亿 m3 ，其中河川径流约占 94% ，低于巴西、前苏联、加拿大、美国和印度尼西亚，约占全球径流总量的 5.8% ，居世界第 6 位。平均径流深为 284mm ，为世界平均值的 90% ，居世界第 7 位。可见，我国的水资源量还是比较丰富的。然而，我国人口众多，按 12 亿人口计算，平均每人每年占有的河川径流量 2260m3 ，不足世界平均值的四分之一，分别是美国人均占有量的 1/6 ，前苏联的 1/8 ，巴西的 1/19 和加拿大的 1/58 。我国地域辽阔，平均每公顷耕地的河川径流占有量约 28320m3 ，为世界平均值的 80% 。所以，人我国水资源量与需要不适应的矛盾十分突出，以占世界 7% 的耕地和 6% 的淡水资源养活着世界上 22% 的人口。

    2. 水资源时空分布不均

    降水是我国河川径流的主要补给来源 , 全国降水量的 44% 转化为径流 , 平均径流深 284.8 毫米 。而我国降水量受海陆分布和地形等因素的影响，在地区上分布很不平衡，年降水量和径流深都由东南沿海向西北内陆递减。东南沿海径流深为 1200 毫米 , 而西北干旱区小于 50 毫米 , 甚至等于零。水资源的地区分布与人口和耕地的分布很不适应 , 南方耕地面积只占全国的 35.9%, 但水资源却占总量的 81%, 人均水资源约为全国平均的 1.6 倍 , 亩均水量为全国平均的 2.3 倍。北方黄淮海辽四大流域片的耕地多、人口密 , 淡水资源量只有全国的 19%, 人均占有水量只有全国平均的 18% 左右 , 亩均水量仅为全国均值的 15% 。

    我国干旱和半干旱地区，由于降水稀少，蒸发旺盛，蒸发能力大大超过供水能力。在西部内陆沙漠和草原地区，蒸发能力达到 1600 ～ 2000 毫米，为我国蒸发能力最强的地区。而在东北大小兴安岭、长白山，千山丘陵区和三江平原，气温既低、湿度又大，因此，年蒸发量较小，仅 600 ～ 1000 毫米。

    我国地表径流随时间的分布也很不均匀，径流的季节性分配具有夏季丰水、冬季枯水、春秋过渡的特点，而且年际变化北方大于南方。

    我国东北平原，黄淮海平原以及长江中下游平原的地下水补给以降雨为主；而在西北内陆盆地则主要以河川径流补给为主。南方山区地下水补给量大，一般为 20 ～ 25 万立方米 / 平方千米·年；而东北西部、内蒙和西北内陆河山丘区一般小于 5 万立方米 / 平方千米·年。

    ( 三 ) 我国水资源主要问题

    1. 我国水资源人均和亩均水量少

    我国水资源总量为 28124 亿立方米，其中河川径流量为 27115 亿立方米，居世界第六位。但我国人均水资源量只有 2710 立方米，约为世界人均水资源的四分之一，列世界第 88 位。亩均水资源量也只有 1770 立方米，相当于世界平均数的三分之二左右。因此，虽然我国水资源总量并不少，但人均和亩均水量并不丰富。

    2. 水资源时空分布不均匀，水土资源组合不平衡

    我国水资源的时空分布很不均匀，与耕地、人口的地区分布也不相适应。我国南方四区耕地面积只占全国 35.9% ，人口数占全国的 54.7% ，但水资源总量占全国总量的 81% ；而北方四区水资源总量只占全国总量的 14.4% ，耕地面积却占全国的 58.3% 。由于季风气候的强烈影响，我国降水和径流的年内分配很不均匀，年际变化大，少水年和多水年持续出现，旱涝灾害频繁，平均约每三年发生一次较严重的水旱灾害。

    3. 水土流失严重，许多河流含沙量大

    由于自然条件的限制和长期人类活动的结果，中国森林覆盖率只有 12% ，居世界第 120 位。水土流失严重，全国水土流失面积约 150 万平方公里，约占国土面积六分之一。结果造成许多河流的含沙量大，如黄河年平均含沙量为 37.7 公斤 / 立方米，年输沙总量 160000 万吨，居世界大河之首。

    4. 我国水资源开发利用各地很不平衡

    在南方多水地区，水的利用率较低，如长江只有 16% ，珠江 15% ，浙闽地区河流不到 4% ，西南地区河流不到 1% 。但在北方少水地区，地表水开发利用程度比较高，如海河流域利用率达到 67% ，辽河流域达到 68% ，淮河达到 73% ，黄河为 39% ，内陆河的开发利用达 32% 。地下水的开发利用也是北方高于南方，目前海河平原浅层地下水利用率达 83% ，黄河流域为 49% 。

    四、水资源的利用和保护

    随着人口的增长，城市化、工业化以及灌溉对水需求的日益增加，到 21 世纪将出现许多用水紧缺问题。在可供淡水有限的情况下，应积极采取措施保护宝贵的资源。一般采取以下几种措施。

    ( 一 ) 提高水的利用效率，开辟第二水源

    这是目前解决水资源紧张的重要途径，主要方法有：

    1. 降低工业用水量，提高水的重复利用率

    降低工业用水量的主要途径是改革生产用水工艺，争取少用水，提高循环用水率。如炼钢厂用氧气转炉代替老式平炉，不但提高了钢的质量，而且用水量降低了 86-90% 。

    现在世界上许多工业发达的国家都把提高工业重复用水率作为解决城市用水困难的主要手段。有的国家还辅设了专门供工业循环用水的管道，效果很好。我国近几年来，对水的重复利用也逐步开展起来。在一些水源特别紧张的城市，水的重复利用率已达到较高水平，如大连市为 79.5% ，青岛为 77.3% ，太原为 83.8% ，但整体水平还比较低，平均工业用水重复利用率仅为 20-30% 。

    如果把全国工业用水的平均重复利用率从目前的 20% 提高到 40% 。每天可节水 1300 万吨，相应地节省供水工程投资 26 亿元，节水量和经济效益都是相当可观的。

    提高工业用水重复利用率，不仅是合理利用水资源的重要措施，而且减少了工业废水量，减轻了废水处理量和对水体的污染。

    2. 实行科学灌溉，减少农业用水浪费

    全世界用水的 70% 为农业灌溉用水，但其利用率很低，浪费严重。据估计，全世界只有 37% 的灌溉水用于作物生长，其余 63% 都被浪费掉了。因此，改革灌溉方法是提高用水效率的最大潜力所在。

    渠道渗漏是世界各国在发展灌溉事业时遇到的共同问题。据国际灌溉排水委员会的统计，灌溉水渗漏损失量一般为 15-30% ，高的甚至达到 50-60% 。我国渗漏损失一般为 40-50% ，高的甚至达到 70-80% 。由于大部分灌区的渠道没有防渗措施，我国南方长江、珠江、东南沿海等地渠道水利用系数平均为 0.6, 其它各片为 0.5 。估计全国渠道渗漏损失的水量可达到 1700 多亿立方米。因此，防渗渠道和暗管输水等工程技术的应用可以得到明显的节水效果。

    灌溉方式的改进，是农业节水的重要途径。 60 年代在以色列发展起来的滴灌系统，可将水直接送到紧靠植物根部的地方，以使蒸发和渗漏水量减到最小。当前，国外灌溉节水技术的发展趋向是采用完整的灌溉排水管道系统，它具有能源消耗少，输水快，配水均匀、水量损失小，不影响机耕等优点。此外，一些国家还研究了新的灌溉技术，如涌流灌溉、水平畦田灌溉、采用自动升降竖管等。内布拉斯加农业和自然资源研究所设计了一种灌溉计算机程序，利用各小型气象站收集来的数据计算各地区生长的不同作物的蒸发蒸腾率，指导农民调整灌溉日期。自动灌溉技术，利用计算机控制流量、监测渗漏、调节不同风速和土壤湿度条件下的用水量，并使肥料用量最佳化。我国最新的研究表明，覆盖滴灌对水的利用效率更高，是适合干旱半干旱地区的新型灌溉技术。

    3. 回收利用城市污水、开辟第二水源

    回收和重新使用废水，使其变为可用的资源是另一种提高水使用效率的方法。在东京，城市水回收中心通过三级水处理厂慢沙过滤回收废水，氯化消毒后用于冲洗高层建筑的厕所。北京也曾修建过类似的“中水道”系统。

    ( 二 ) 调节水源流量，增加可靠供水

    前述水资源紧张的第一个原因是自然条件的影响，如气候、地理位置，淡水分布不均匀等问题。人们试图通过调节水源流量、开发新水源的方式加以解决。

    1. 建造水库

    建造水库调节流量，可以将丰水期多余水量储存在库内，补充枯水期的流量不足。不仅可以提高水源供水能力，还可以为防洪、发电、发展水产等多种用途服务。目前，各国在江河上建造的库容超过 1 亿立方米的水库共有 1350 个，总蓄水量达到 4100 立方公里。

    然而，在很多工业发达国家，随着建库地址的选择日益困难，增加新蓄水设施的成本迅速提高，水库发展的速度明显减慢了。发展中国家的水库建造仍处于全盛时期。在建库时，还必须研究对流域和水库周围生态系统的影响，否则会引起不良后果。

    2. 跨流域调水

    跨流域调水是一项耗资昂贵的增加供水工程，是从丰水流域向缺水流域调节。由于其耗资大、对环境破坏严重，许多国家已不再进行大规模的流域间调水。巴基斯坦的西水东调工程和澳大利亚的雪山河调水工程以及我国近年来相继完成的引黄济青、引滦入津和引滦入唐等工程都是从丰水流域向缺水流域供水的大工程，我国的南水北调工程也已开始动工。

    3. 地下蓄水

    目前，已有 20 多个国家在积极筹划人工补充地下水。在美国，加利福尼亚的地方水利机构每年将 25 亿立方米左右的水贮存地下。到 1980 年，该州已有 3450 万立方米的水贮存在两个水利工程项目的示范区内；其单位成本平均至少比新建地表水水库低 35-40% 。美国国会于 1984 年秋通过立法，批准西部 17 个州兴建蓄水层回灌示范工程。在荷兰，实现人工补给地下水后，解决了枯水季节的供水问题，每年增加含水层储量 200-300 万立方米。

    4. 海水淡化

    海水淡化可解决海滨城市的淡水紧缺问题。目前，世界海水淡化的总能力为 2.7 立方千米 / 年，不到全球用水量的 1 ‰。沙特阿拉伯、伊朗等国家海水淡化设备能力占世界的 60% ，在沙特阿拉伯还建造了世界上最大的淡化海水管道引水工程。

    5. 拖移冰山

    此工程在近期内还不可能实现，仍处于计划阶段。据估计，南极的一小块浮冰就可获得 10 亿立方米的淡水，可供 400 万人一年的用量。

    6. 恢复河、湖水质

    采用综合防治水污染的方法恢复河湖水质。即采用系统分析的方法，研究水体自净、污水处理规模、污水处理效率与水质目标及其费用之间的相互关系，应用水质模拟预测及评价技术，寻求优化治理方案，制订水污染控制规划。采用这种方法治理的河流，如美国的特拉华河、英国的泰晤士河、加拿大的圣约翰河等水质都得到恢复，增加了淡水供应。

    7. 合理利用地下水

    地下水是极重要的水资源之一，其储量仅次于极地冰川，比河水、湖水和大气水分的总和还多。但由于其补给速度慢，过量开采将引起许多问题。在开发利用地下水资源时，应采取以下保护措施：

    (1) 加强地下水源勘察工作，掌握水文地质资料，全面规划，合理布局，统一考虑地表水和地下水的综合利用，避免过量开采和滥用水源；

    (2) 采取人工补给的方法，但必须注意防止地下水的污染；

    (3) 立监测网，随时了解地下水的动态和水质变化情况，以便及时采取防治措施。

    ( 三 ) 加强水资源管理

    为加强水资源管理，制定合理利用水资源和防止污染的法规；改革用水经济政策。如提高水价、堵塞渗漏、加强保护等。提高民众的节水意识，减少用水浪费严重和效率低的状况。

    ( 四 ) 增加下水道建设，发展城市污水处理厂

    欧美等国从长期的水系治理中认识到普及城市下水道，大规模兴建城市污水处理厂，普遍采用二级以上的污水处理技术，是水系保护的重要措施。

第四节 森林资源利用与保护

    森林是地球上结构最复杂、功能最多和最稳定的陆地生态系统。森林是宝贵的自然资源，是人类生存发展的重要支柱和自然基础，并被人们誉为地球的“肺”。森林覆盖率常是衡量一个国家或地区经济发展水平和环境质量好坏的重要指标。这不仅因为森林具有重要的经济价值，又是可更新资源，而且在维持生态平衡和生物圈的正常功能上起着重要作用。

    一、森林对保护生态环境的重要作用

    ( 一 ) 森林是陆地生命的摇篮，具有综合的环境效益

    自然界中的一切动物都要靠氧气来维持生命，而森林是天然的制氧机。如果没有森林等绿色植物制造氧气，则生物生存将失去保障。 70 年代，日本林业厅对森林生态系统的环境效益定量计算结果表明，日本森林一年内的贮水量达 2300 亿吨，防止土沙流失量达 57 亿立方米，保持栖息鸟类 100 万只，供给氧气 5200 吨，环境效益总价值 1200 万亿日圆。芬兰有人对森林的社会效益价值与木材价值的估算认为，芬兰森林的环境保护价值是 52 亿马克，而木材价值仅 17 亿马克，二者之比为 3 ： 1 。美国计算的森林环境价值与木材价值之比为 9 ： 1 。另外，森林生态系统对 CO₂ 和 O₂ 在大气中的平衡起调节作用。每公顷阔叶林，在生长季节每天可吸收近 1 吨 CO₂ ，释放 0.75 吨的氧。能满足 973 人的需氧量。据估计，森林每年以光合作用的形式吸收 50 亿吨 CO₂ 这与人类燃烧化石燃料产生的 CO 2 基本相当。森林是使二氧化碳转化为生物能量的重要加工厂。

    ( 二 ) 森林是消减环境污染的万能净化器

    森林能阻滞酸雨、降尘，还可以衰减噪声，降低风速、减弱风力。如，在 5 级风时，人造林带外的风速 9.5 米 / 秒，而林内只有 7.7 米 / 秒，减弱近 20% 。连片的森林能使台风减弱 1-2 级。森林还可以分泌杀菌素杀死空气中的细菌，以净化空气。

    ( 三 ) 森林可以调节水分、涵养水源，保持水土

    森林可以通过对风力的减弱减少临近农田的水分蒸发量，增加空气中的相对湿度。还可以涵养水源保持水土。森林减少地表径流的作用是很显著的，我国陕西黄龙的测定表明，林内的径流可消减 78.4% 。径流的减少减轻了对土壤的冲刷，据西双版纳的观测，在年降水量为 1459.4mm 时，雨林地每平方米的土壤冲刷量仅 2.8 千克 ，而相同面积的刀耕火种地却高达 3647.5 千克 ，是前者的 1302.7 倍。是自然界物质能量转换加工厂和维护生态平衡的重要原动力。

    ( 四 ) 森林能降低年平均温度、缩小年温差和日温差，减缓温度变化的剧烈程度

    这是因为森林的呼吸蒸腾和蒸发水分，消耗了大量热能。所以夏季森林在垂直和水平的一定范围内的气温较空旷地低，冬季又因林地内散热较空旷地少而又使气温略高于林外。森林蒸腾作用可促进水分小循环，改善小气候，增加降雨量。例如我国广东雷州，随着造林面积的扩大，年降雨量有所增加。据观测， 50 年代平均降雨量为 1300.3 毫米 ， 60 年代为 1425 毫米 ， 70 年代达到 1708.8 毫米 。

    ( 五 ) 森林是陆地上最大、最理想的物种基因库。

    森林具有明显的层序性，形成了许多不同的小生境或小气候条件，为动物提供了良好的栖息场所。每个小生境中生活着许多有代表性的生物，是世界上最富有的生物区。据估计仅热带雨林中就有数万种生物。这些生物遗传库已给现代农作物和药草提供了许多物种，实际上，农作物和药材都是来自野生生物种。目前，仅印度就有 2500 种植物可作药物。森林中蕴藏着丰富的动、植物资源，其中许多种类尚未被人类发现，是人类的宝贵财富。

    二、世界森林资源利用情况

    从生态学角度看，森林是世界上较复杂的一种自然生态系统。对地球生物圈的物质循环和能量流动有巨大的影响。据专家推测，地球上森林面积最多时约为 72 亿公顷，占陆地面积的 2/3 ，覆盖率为 60% 。目前，世界上密闭林覆盖面为 28 亿公顷，占陆地表面的 21% ，另有 13 亿公顷为稀疏林，若再加上休耕地上重新长出的林木、天然灌木和退化的森林林地，则全世界森林总数约 52 亿公顷，占总土地面积的 40% 。

    森林在净化城市空气方面有重要的作用，如吸收 CO 2 、制造 O 2 、过滤灰尘、防止风沙和病菌、减弱噪声等等。森林又是木材和木材产品的来源，对发展工农业生产也具有重要的作用。据国外报道，目前世界上仍有 1/3 的人类是以木材为做饭的燃料，就柴火这一用途来说，到 2000 年，人类需要种植 30 亿亩的树木。但目前，这方面的造林速度仅达 3 亿亩，如果不加以保护，任意砍伐，势必造成森林资源的减少以至于消失。农村能源问题能否解决，将对今后世界森林资源破坏程度起着至关重要的作用。

    人们为了发展农业或其它目的，大量砍伐森林，已造成了世界森林量的迅速减少。根据联合国粮农组织和环境规划署 1981 年的估计，每年约有 1110 万公顷热带森林和林地被毁；每年约有 730 万公顷热带密闭林被开垦作农田，约有 380 万公顷 / 年稀疏林被用做耕地或作为薪柴砍伐。如果按目前的毁林速度，热带潮湿森林将在 177 年后全部被毁。有的国家毁林问题更严重，如科特迪瓦和尼日利亚每年损失其森林的 5.2% 。按照这种速度，这些国家有可能在 2007-2017 年间丧失其全部森林。据 FAO 估计，世界热带稀疏林砍伐量中，非洲占 62% ，而森林损失的一半以上 (55%) ，则发生在西非象牙海岸、尼日利亚、利比里亚、几内亚和加纳等国，其森林损失速度为世界平均速度的 7 倍。亚洲森林砍伐最快的是尼泊尔 (3.9%) 和泰国 (2.4%) 。在拉丁美洲，巴西每年对密闭林的砍伐占拉丁美洲砍伐量的 35% 。

    三、我国森林资源现状与特点

    ( 一 ) 森林资源现状

    我国森林生态系统的类型齐全，包括由热带雨林到亚寒带针叶林的各种类型。 1949 年我国森林面积为 1.87 亿公顷，覆盖率 13.0% 。 70 年代减少到 1. 8 亿公顷 ，覆盖率 12.7% 。到 80 年代末，覆盖率上升到 12.98% ，相当于 1949 年的水平。 1991 年森林面积达到 12863 万 hm² ，森林覆盖率为 13.4% ，森林蓄积量由 80 年代初的每年 0.3 亿m³“赤字”，增加到现在的 0.38 亿m³盈余，这表明中国森林的可持续发展已有良好的势头，但是，用材林的消耗量仍然高于生长量，森林质量不高，郁闭度偏低（全国平均为 0.52 ），大片森林继续受到无法控制的退化、任意改作其他用途、农村能源短缺以及森林病虫害的危害，要消灭用材林的“赤字”和森林的破坏或退化，则要求采取一致紧急行动，大力培育森林资源，使公众了解森林的重大影响，并参与保护森林资源的各种活动。

    ( 二 ) 森林资源特点

    1. 树种和森林类型繁多

    构成中国森林的树种极其繁多，据统计，全国乔灌木树种约有 8000 种，其中乔木约 2000 种，包括 1000 多种优良用材及特用经济树种；中国森林类型众多，拥有各类针叶林、针阔混交林、落叶阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、常绿阔叶林、热带雨季林、雨林以及它们的各种次生类型。

    2. 人均森林资源少，覆盖率低

    我国现有森林面积 1. 3 亿公顷 , 仅占国土面积的 13.92%, 占世界森林总面积的 3%-4%, 人均森林面积为世界平均水平的 18% 。活木蓄积量少 , 只有 1.03× 10¹⁰m³ , 不到世界林木蓄积量的 3%, 人均林木蓄积量相当于世界人均水平的 13% 。

    3. 森林分布不均

    我国森林资源主要分布在偏远的东北和西南地区。这些地区森林面积占有全国的一半，森林蓄积量占全国的 3/4 。人口稠密、工农业生产发达的华北和中原地区，森林蓄积只占全国的 3.4 ％。占国土一半的西北部地区以及内蒙森林面积不及全国 1/30 。

    4. 森林资源结构不合理

    森林资源结构不合理性表现为林种结构和林龄结构不合理。林种结构中用材林面积过大，防护林和经济林面积偏少，不利于发挥森林的生态效益和经济效益。林龄结构中幼龄占 33.8 ％ , 中龄占 35.2% ，成熟林占 31% ，成熟林比例小，近期可供采伐的森林资源不足。

    5. 森林地生产力低

    我国森林地生产力低主要表现为：林业用地利用率低、残次林多、单位蓄积量少和生长率不高。

    四、森林资源破坏对环境的影响

    ( 一 ) 森林资源破坏对环境的影响

    1. 生态平衡失调。森林面积的锐减，使复杂的生态结构受到破坏，原有的功能消失或减弱，导致自然生态进一步恶化。大片林地被砍光，使局部小气候发生变化，也使地表截蓄径流能力减弱，加剧了风沙、洪水等自然灾害，扩大了水土流失区。

    2. 环境质量退化。森林在生态平衡中起决定作用，有人认为环境中的林业问题、农业问题、水利问题、土壤问题等，其中心是林业问题。森林破坏必然会引起环境质量退化，引起水土流失，土质沙化，对生物带来不利的影响。

    3. 造成野生动植物种减少。森林面积缩小，使野生动物失去了适宜的生活环境，破坏了野生动植物栖息和繁衍场所，使 2.5 万种物种面临灭绝的威胁。

    4. 影响大气的化学组成。大气中的 CO₂ 、 CH4 和 N₂O 是对地球温度和臭氧层破坏产生主要影响的三种气体。研究表明，对热带森林的破坏加剧了大气温室效应的严重性，热带森林的土壤和人类耕种土地对大气中碳循环的影响具有全球性的重要意义。亚马逊河流域 18 个森林地区的土壤每年向大气中释放 CO₂ 为 1.6 × 10¹¹吨， N 2 O5.2 × 10⁴ 吨和 CH 4 5.5 × 10⁶ 吨。原始森林地区释放的 CO₂ 量比次生林地区多，同时吸收消耗的 CH 4 更多。森林砍伐后 CO₂ 释放量明显减少，同时因光合作用减少，也减少了对 CO₂ 的吸收，导致 CO₂ 在空气中的浓度增加。

    5. 引起气候变化、增加自然灾害的发生频率。森林具有调节气候的功能，森林的减少使这种功能大大减弱。如我国四川的森林覆盖率从 25% 降到 13% 后，有 46 个县的年降雨量减少了 10-20% ，历史罕见的春旱也年年出现。素有“天无三日晴”之称的贵州，随着森林覆盖率下降到 15% ，近年来变得三年二旱。历史上自然灾害的发生频率与森林减少的趋势都非常一致。

    ( 二 ) 我国森林资源破坏的原因

    1. 集中过伐，消耗量大于生长量。目前国家生产的木材 85% 以上集中在林业局，过量采伐现象十分严重，有些林业局由于建设不上去，林业资源面临枯竭，集体林区情况更严重。过量的采伐主要集中在沿河（路）的林区，不少沿河（路）的成熟林资源已被砍光，只有靠砍中龄材，有些已无林可采。由于集中过伐，我国森林资源的生产量远远小于消耗量。

    2. 计划外采伐量大，难以控制。由于居民烧柴，城乡工业烧柴以及一些地方用材等非国家计划用材，加速了林业资源的消耗量，全国林区每年烧掉木柴约 6500 万m³ ，超过国家计划的全部用材量，占全国森林资源消耗量的 35% 。

    3. 森林火灾及病虫害。火灾是森林的大敌。 1987 年发生大兴安岭特大森林火灾，受害林木总蓄积量 3960 万m³ ，使该地区森林后备资源至少 7-10 年才能恢复。森林病虫害也是影响林业发展的重要环节，全国森林病虫害有 100 多种，危害面积达 667 万 ha ，每年因病虫害损失的森林生长量至少达 1000 万 m³ 。

    4. 毁林开荒和滥伐现象。由于片面追求粮食生产，长期以来不断发生大面积毁林开荒的现象。毁林开荒、刀耕火种现在在云南等地都十分严重。由于毁林开垦，不仅使森林资源面临枯竭，更使生态环境遭受严重破坏。

    五、森林资源的保护

    对森林资源保护，最重要的是提高民众对森林生态系统功能的认识，强化人类生存环境意识，此外还要做好以下工作。

    ( 一 ) 健全森林法制、加强林业管理

    要管好林业，首先要建立和完善林业机构；二是加强林业法制宣传教育；三是严格森林采伐计划、采伐量、采伐方式；四是严格采伐审批手续；五是重视森林火灾和病虫害的防治；六是用征收森林资源税的方法，加强森林保护。

    ( 二 ) 合理利用天然林区

    利用森林资源，一定要合理采伐，伐后及时更新，使木材生长量和采伐量基本平衡。同时要提高木材利用率和综合利用率。

    ( 三 ) 分期分地区提高森林覆盖率

    在本世纪末使我国的森林覆盖率达到 20% ，应分期分阶段和分不同地区来实现。

    ( 四 ) 营造农田防护林，加速平原绿化

    我国应尽快建立起西北、华北等地区的农田防护林，发挥森林小气候作用，抗御自然灾害。积极推广农林复合生态系统的建设。提高单位面积上的生物生产力和经济效益，同时提高系统的稳定性、改善土地和环境条件，减少水土流失。

    ( 五 ) 搞好城市绿化地带

    城市应大力植树造林，把城市变为理想的人工生态系统。我国城市绿化面积很低，上海市仅为人均 0.5m²，距国家人均 10m² 的差距很大，和国外差距更大。

    ( 六 ) 开展林业科学研究

    重点开展对森林生态系统生态效益、经济效益、环境效益三者之间关系研究。特别是在取得经济效益的同时注意改善生态状况，力求生态、经济、环境三者之间相对协调发展。

    ( 七 ) 控制环境污染对森林的影响

    大气污染物如SO₂、O₃、酸雨及酸沉降等都能明显对森林产生不同伤害，影响森林的生长、发育。水污染和土壤污染随着污染物的迁移、转化也将对森林产生影响，控制环境污染的影响有助于森林资源的保护。

第五节 物种资源利用与保护

    一、物种保护与其意义

    ( 一 ) 物种保护的概念

    物种即生物种。地球上自出现生命以来，经历了约三四十亿年漫长的进化过程，现今生存着约 500 ～ 1000 万种动物、植物和微生物。这个数字，只是地球上曾经生存过的生物种的极小一部分。在过去的地质年代里，有更多的物种灭绝了，但又不断有新的物种形成。因此，物种的灭绝是一种客观规律。然而，自从人类在地球出现以来，生物种的进化，除了受自然因素制约外，还受到人为因素的影响，即有许多物种的灭绝，乃是由于人类的活动直接或间接地导致的。

    人类通过长期的社会生产实践逐渐认识到，为了人类自身能够持续地生存和发展，必须重视对有生命的资源－自然界多种物种的保护。只有把对物种的利用与保护结合起来，才能确保当代人以及子孙后代繁荣昌盛。在经济不断发展，人口急剧增加的今天，保护物种的紧迫性，尤其超过了人类历史上的任何时代。

    所谓物种保护是指保存某生物的遗传基因。常说的物种既包括野生的，也包括人工培育的，但人工培育的物种仅是全部物种中极小的一部分，因此，物种保护主要是保护野生的物种。

    ( 二 ) 物种保护的意义

    生物界多种多样的物种是大自然的基本组成部分，是全人类所共有的重要自然财富。人类的食物、药物、工业原料等无不需要生物，而科学技术的创造发明，文化、艺术、教育、美学的进步发展，也离不开千姿百态的生物界。因此，物种不仅有巨大的经济价值，还有无法按金钱估计的科学和精神方面的价值。

    物种保护的意义有以下几个方面：

    1. 物种为人类提供了食物的来源。作为人类基本食物的农作物、家禽和家畜等均源自野生型祖先。

    2. 野生物种是培育新品种不可缺少的原材料。人工饲养或栽培的动植物，需要自然界野生祖型及近亲的遗传物质，作为新品种的培育基础。

    3. 物种是许多药物的来源。中国传统医学的中草药绝大部分取自野生动植物，现代医学药物依靠野生动植物也越来越多，随着医学研究的深入，越来越多的物种被发现可作药用。

    4. 物种资源提供大量的工业原料。自然界动植物提供了人类所需的毛皮、皮革、纤维、油料、香料、胶脂等各种原料。

    5. 物种具有重要的科研价值。生物的各种器官和生理功能，可以给科学技术的发明以重大的启示。如雷达、声纳等都有利于生物机制。

    6. 环境生态效益。多种多样的物种是生物系统不可缺少的组成部分。生态系统中生物之间、生物与非生物环境之间的物质循环、能量流动、信息传递，有着相互依赖、相互制约的辩证关系，当生态系统中丧失某些物种时，就可能导致系统功能的失调，甚至使整个系统瓦解。

    需要指出的是，以上所述还只是科学技术发展到现阶段的认识。许多目前认为无足轻重的物种，可能是有着重要的价值，有待人们去发现。仅以医学价值而言，对全世界动植物种作过充分研究的仅仅是很小一部分。许多野生动植物还有令人陶醉的观赏价值，可以美化人们的生活、陶冶人们的情操。不少生物种还是人类文学、美术、摄影、舞蹈等文学艺术作品描述和刻画的对象，给人以美的享受。

    由此可见，让自然界物种尽可能多地保存下来，保持遗传的多样性，对维持自然生态平衡，给当代及子孙后代的食物，育种、医药、科学技术及文化艺术的发展提供材料，有十分重要和不可替代的价值。

    二、我国的物种资源

    中国幅员辽阔，自然条件复杂，孕育了丰富的物种资源。据统计，全国约有苔藓、蕨类和种子植物 32000 种，占世界种数的 10% ；动物资源拥有世界总数的 13% 的鸟类合 12.88% 的哺乳动物。脊椎动物约有 5000 种 , 其中鱼类 2864 种 , 两栖类 279 种 , 爬行类 376 种 , 鸟类 1186 种和哺乳类 545 种。包括昆虫在内的无脊椎动物种类繁多，国内研究的门类很少，目前尚难作出确切统计，粗略估计不下 100 万种。我国已发表的微生物种名数已超过 10000 种，除去同物异名的情况，实际认可的种类约有 8000 种，占世界已知种数的 11% ，其中粘菌 260 种、真菌 7500 种、细菌 300 种。

    中国不仅物种资源丰富，而且动植物区系具有自己的特色，因此特有属种十分丰富。植物种约有 200 个属为中国所特有；有数十种动物是中国特有或主要分布于中国的种类。不仅如此，中国的经济动植物资源也十分丰富，中国也是世界上栽培植物的重要起源中心之一，仅农作物、果树、蔬菜三项保存的品种资源就达 17000 多份。

    概括起来，我国物种资源具有物种多样性高度丰富；生物物种的特有性高；生物区系起源古老；经济物种异常丰富等特点。

    生物资源是一类可更新资源，只要合理利用应该是取之不尽、用之不竭的。然而，近一个世纪以来，由于过渡利用，甚至掠夺性开发，使我国的生物资源遭受了巨大的破坏。森林的过渡采伐，使栖息于森林中的野生动物数目和种类减少，一些物种已灭绝，很多物种成为濒危物种；草场退化严重，商品率降低；对生物资源还缺乏全面的深入研究，一些资源仍处于家底不清的状况。

    三、物种资源保护

    ( 一 ) 物种资源和生物多样性面临威胁的现状

    •  物种及遗传多样性受威胁现状。虽然中国具有高度丰富的物种多样性，但由于近年来人口的快速增长与经济的高度发展，增大了对资源及生态环境的需求，构成了强大的压力，致使许多动物和植物严重涉危。从中国的生物和自然资源的科学调查所积累的大量资料中初步统计，大约有 398 种脊椎动物和 1009 种高等植物濒危（见表 3-13 ）。

    此外，许多水域中某些经济价值高的物种和敏感物种逐步减少以至消失，中国的栽培植物遗传资源亦正面临严重威胁。

    2. 生态系统受威胁现状。人为活动使生态系统不断破坏和恶化，已成为中国目前最严重的环境问题之一。生态受破坏的形式主要表现为森林减少、草原退化、农田土地沙化和退化、水土流失、沿海水质恶化、赤潮发生频繁、经济资源锐减和自然灾害加剧等方面。

    正如前节所述，陆地生态系统中分布范围最广，生物总量最大的森林资源长期受到乱砍滥伐、毁林开荒及森林病虫害的破坏，面临着严重的挑战。

    约占中国国土面积 1/3 左右的草原地带，近 20 年来，产草量已下降 1/3-2/1 ，尤其北方半干旱地区草场，产草量本来就不高，加之超载放牧、毁草开荒及鼠害等影响，退化极为严重，草原生态系统面临严重衰退的局面。在草原受破坏、风沙活动加剧的威胁下，北方沙漠化进程已经加快，沙漠化面积大幅度增加。如鄂尔多斯高原在 50 年代，其沙化面积仅 2000 万亩， 80 年代初已达 6000 多万亩，同时还有 4000 多万亩水土流失非常严重的草原出现。水域生态系统也受到相当严重的破坏，近 30 多年来，中国海岸湿地已被围垦 700 多万公顷，加上自然淤涨成陆和人工填海造陆，给垦区附近广大水域海洋生物资源造成深远的不利影响。在 50 年代初期有 5 万 hm² 的中国南部海岸红树林，由于几十年来的大面积围垦毁林，使红树林遭到严重破坏，目前仅剩红树林 2 万 hm² ，且部分已退化成为半红树林和次生疏林。海岸珊瑚礁资源分布最广的海南岛 1600km 的海岸，约有 1/4 岸段分布着珊瑚礁，礁区海北洋生物资源丰富。但近十多年来，由于当地居民采礁烧制石灰、制作工艺品等，导致海南岛沿岸 80% 的珊瑚礁资源被破坏，有些岸段礁资源濒临绝迹。淡水生态系统由于兴建大型水利、电力工程及围湖造田等受到严重破坏。如长江流域的大量湖区湿地转变为农田。仅鄂、湘、赣、皖四省初步统计围垦 1700 万亩。湖北号称“千湖之首”，目前只剩下湖泊 326 个，湖面由 1250 万亩减至 355 万亩，不仅缩小了湿地和水生物种生境，还带来了洪水调节能力下降问题，同时也堵塞了某些重要经济鱼类的回游通道。这些都造成生物多样性和物种资源的减少。

    ( 二 ) 物种资源和生物多样性受威胁的原因

    1. 生境交替。从一个高度多样化的自然生态系统变化到简单、单一的生态系统，这种变化可使物种种群结构变化和物种资源减少或丧失。

    2. 过度收捕。过度的收捕使得收捕率高于物种种群的自然生殖能力，导致物种濒临灭绝。

    3. 化学污染。化学污染如酸雨沉降，杀虫剂过度使用、重金属化合物以及其它有毒物质的释放，影响了陆地、淡水和近海的生物。

    4. 气候变化。气候变化如全球二氧化碳的累积、臭氧层的破坏等，可能改变全世界生物群落的分布边界。

    5. 物种引进。在一个区域或一个稳定自然生态系统内引进一个新的物种，可能导致这个区域或系统内原有物种的灭绝。

    6. 人口增长。世界人口增长伴随着工业革命、全球贸易、化石燃料的利用等的发展，都在不同程度上使自然环境产生破坏，严重威胁了物种的生存。随着中国人口增长和经济发展，对自然资源需求加大，森林超量砍伐、草原开垦、过度放牧、不合理地围湖造田、开垦沼泽、过度利用土地和水资源，导致生物生存环境破坏，甚至消失，影响到物种的正常生存。

    ( 三 ) 我国物种资源保护对策

    1. 搞清本底，查明现状，制定保护规划。对野生动植物资源，要对自然条件、地理景观、动植物区系、种群资源贮量、季节物候相、历史变化和社会情况进行考察，应根据其作用及数量多寡，采取不同的保护措施。

    2. 加强法制管理。对野生动植物保护，加强法制管理，控制、防止野生动植物资源减少和破坏，特别是防止珍稀物种灭绝。

    3. 加强保护生物资源的科学研究。以生态学理论为指导，根据生物资源（种群、群落、生态系统）的生物学特性、增长规律以及其他生态特性对其进行保护管理和永续利用的研究和实施。如最大持续产量原理。我们应研究其灭绝情况，进行防危防绝途径的试验。

    4. 建立保护区。建设自然保护区是保护自然环境和自然资源的基本途径，也是保护动植物资源的有效措施。

    5. 加强国际间的合作。积极开展物种保护的国际间合作，对国与国之间迁徒物种，应相互交换有关资料，协同保护。

第六节 能源利用与保护

    能源是指可能为人类利用以获取有用能量的各种来源，如太阳能、风能、水能、蒸汽、化石燃料及核能、潮汐能等。能源是实现国民经济现代化和提高人民生活水平的物质基础。人均能源消耗量是衡量现代化国家人民生活水平的主要指标。但大量消耗能源的结果，不仅使环境付出了巨大的代价，而且对后代能源的供应构成威胁。

    一、能源的分类

    人们从不同角度对能源进行了多种多样的分类，如一次能源和二次能源，常规能源和新能源，可再生能源和不可再生能源等等（如图 3-6 ）。

    一次能源是指从自然界直接取得，而不改变其基本形态的能源，有时也称初级能源。二次能源是经过加工，转换成另一种形态的能源。常规能源是指当前被广泛利用的一次能源，新能源是目前尚未广泛利用而正在积极研究以便推广利用的一次能源。可再生的能源是能够不断得到补充供使用的一次能源；不可再生能源是须经地质年代才能形成而短期内无法再生的一次能源，但它们又是人类目前主要利用的能源。

    根据能源消费后是否造成环境污染，又可分为污染型能源和清洁型能源。如煤炭和石油类能源是污染型能源；水力、电力和太阳能等是清洁型能源。

    二、世界能源消耗情况

    ( 一 ) 世界能源消费情况概述

    自本世纪 50 年代以来，随着工农业生产的迅速发展和交通工具数量的增加，世界能源消耗速度急剧增加，尤其是发达国家，个人能源消耗水平越来越高，造成发达国家能耗很大。能源消耗最多的是美国，按人均能耗来计算， 1986 年美国人均耗能是发展中国家的 34 倍，是世界平均耗能的 5 倍。反映出世界能源消耗的极端不平衡， 80 年代只占世界人口 23% 的发达国家却消耗了世界能源消耗量的 77% 。我国人均能耗是最低的。 1980 年为 0.61 吨 / 人， 1986 年增加到 0.76 吨 / 人。而美国为 9.43 吨 / 人，日本 3.62 吨 / 人和英国 5.33 吨 / 人。

    从能源结构上看，石油是目前世界上消耗最多的能源，这是由于发达国家工业发展很快，石油消耗量很大，致使石油消耗比例增加，改变了 60 年代前以煤为主的能源结构。特别是美国和日本等国。但第三世界国家如我国、印度等还是以煤为主， 1986 年我国煤炭消耗占总能耗的 75.8% ，印度占 67.8% 。当前世界能源是以化石能源为主，而对核能和水力能的消耗比例，即使在发达国家也不高。

    ( 二 ) 当前世界能源消耗的特点

    1. 能源主要来自一次不可再生能源即石油、煤、天然气及常规核燃料等。 70 年代和 80 年代以前，世界在一次能源消耗结构中，石油比例最大，占 40% 以上，其次是煤，占 20% 以上，再次是天然气，占 10% 以上。

    2. 能源消耗水平差异甚大。占世界 1/4 的工业化国家，消耗世界能源的 3/4 ，其中，占世界人口 5% 的美国 ，能源消耗却占世界的 25% 。发展中国家能源消耗普遍较低。占世界人口 15% 的印度，却只消耗世界能源的 1.5% ，中国的人均能源消耗不到世界人均能耗的 1/3 。

    3. 世界能耗在继续增长。虽然，自 1972 年以来工业化国家的能耗程度（指能源消耗与国民生产总值之比）有所下降，但是，由于人口增长和发展中国家能耗的需求，世界平均能耗强度仍在继续上升。能源消耗指数从 1980 年到 1989 年增长了 17.8% ，达 103.3 亿 t 标准煤。

    三、我国能源利用特征

    我国能源生产和消费的特征包括：一是 50 年代石油靠进口， 60 年代自给， 70 年代煤炭、原油和石油制品均有出口，直到最近两年，石油制品再度进口；二是以煤为主的能源结构面临严峻挑战， 1986 年我国能源消费结构是煤炭占 66.03% ，石油占 17.06% ，天然气为 2.26% ，水电为 4.65% 。我国是最大的煤炭消费国，这给环境造成严重污染，给交通运输带来严重的困难，因此能源结构急需改善；三是农村居民的生活所需能源以生物质能为主，严重破坏生态环境；四是人均能耗低而单位产值能耗高，因而，能源利用率急待提高。能源利用现状可归纳为：

    ( 一 ) 能源丰富而人均消费量少

    就消费的绝对量来说，仅少于美国和前苏联，居世界第三位。但由于我国人口众多，人均占有消费量只有 840kg ，是美国的 1/9 ，加拿大的 1/11 ，只相当于世界平均水平的 40% 。

    ( 二 ) 能源构成以煤为主、污染严重

    煤炭在我国目前一次能源中占 70% 以上。全国直接燃烧煤炭总煤耗量的 84% ，与世界能源构成相比，我国煤炭的比重比世界平均水平高一倍以上。以煤炭为主能源是我国大气污染严重的主要根源。据历年的资料估算，燃煤排放的主要大气污染物，如粉尘、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等，总量约占整个燃料燃烧排放量的 96% 。其中燃煤排入的二氧化硫占各类污染源排放的 87% ，粉尘占 60% ，氮氧化物占 67% ，一氧化碳占 70% 。燃煤对我国城市的大气污染作用尤为突出。

    ( 三 ) 工业部门消耗能源占有很大的比重

    与工业国家相比，我国工业部门耗能比重很高，而交通运输和商业民用的消耗较低。我国的能耗比例关系反映了我国工业生产中的工艺设备落后，能源管理水平低。

    ( 四 ) 农村能源短缺，以生物质能为主

    我国农村使用的能源以生物质能为主，特别是农村生活用的能源更是如此。在农村能源消费中，生物质能占 55% 。目前，一年所生产的农作物秸杆只有 4.6 亿 t ，除去饲料和工业原料，作为能源仅为 43.9% ，全国农户平均每年大约缺柴 2-3 个月。

    四、能源利用对环境的影响

    通常，任何一种能源的开发和利用都给环境造成了一定的影响。例如：水能开发利用可能造成地面沉降、地震、上下游生态系统显著变化、地区性疾病（如血吸虫病）蔓延、土壤盐碱化、野生动植物灭绝、水质发生变化等等；地热能的开发利用能引起地面下沉，使地下水或地表水受到氯化物、硫酸盐、碳酸盐、二氧化硅的污染，水质发生变化等等。在诸多的能源中以不可再生能源引起的环境影响最为严重和显著，它们在开采、运输、加工、利用等环节都会对环境产生严重影响。它们给环境带来的问题主要有以下几方面。

    ( 一 ) 城市大气污染

    一次能源利用过程中，产生大量的 CO 、 SO₂ 、 NOx 、 TSP 及多种芳烃化合物，已对一些国家的城市造成了十分严重的污染，不仅导致对生态的破坏，而且损害人体健康。欧洲共同体每年由于大气污染造成的材料破坏、农作物和森林以及人体健康损失费用每年超出 100 亿美元。我国大气污染造成的损失每年达 120 亿元人民币。如果考虑一次能源开采、运输和加工过程中的不良影响，则造成损失更为严重。以采煤而言，世界每采 1 万吨煤，受伤人数为 15-30 人，破坏土地 200hm² （露天矿），排出矿坑废水达 10 万吨。

    ( 二 ) 矿物燃料的燃烧，使大气 CO₂ 浓度增加，温室效应增强

    工业革命前，大气中的 CO₂按体积计算是每 100 万大气单位中有 280 个单位的 CO₂ 。之后，由于大量化石能源的燃烧，大气 CO₂ 浓度不断增加， 1988 年已达到 349 个单位，如果大气中 O₂ 浓度增加一倍，全球平均表面温度将上升 1.5 -3 ℃ ，极地温度可能升 6 -8 ℃ 。这样的 温度可能导致海平面上升 20 -140cm ，将对全球许多国家的经济、社会产生严重影响。

    ( 三 ) 酸雨

    化石能源的燃烧产生的大量 SO₂ 和 NOx 等污染物通过大气传输，在一定条件下形成大面积酸雨，改变酸雨覆盖区的土壤性质，危害农作物和森林生态系统，改变湖泊水库的酸度，破坏了水生生态系统，腐蚀材料，造成重大经济损失。酸雨还导致地区气候改变，造成难以估量的后果。

    ( 四 ) 核废料问题

    发展核能技术，尽管在反应堆方面已有了安全保障，但是，世界范围内的民用核能计划的实施，已产生了上千吨的核废料。这些核废料的最终处理问题并没有完全解决。这些废料在数百年里仍将保持着有危害的放射性。

    五、未来的能源利用

    ( 一 ) 未来的能源利用政策

    目前全世界以煤为主的化石能源至少还要维持人类二、三百年的需要，但如果核能利用的技术得到解决，则现在的能源可供全世界消耗二、三百万年；而所谓能源危机的悲观前景也就消失了。但是，可供人类消耗的能源，包括太阳能，都是受到当时当地许多具体条件的限制的，难以作到随意供应。因此有必要慎重考虑人类在与自然界进行质能转换时，尽量降低不可再生能源的消耗速度；充分利用可再生能源以促进其循环再生；同时减少能源消耗对环境的危害，以达到人类对于自然环境的持续利用。未来的能源政策以可再生能源为基础，提高能源利用效率，节约能源，缓解能源供求矛盾，减少环境污染的重要途径。

    ( 二 ) 利用生态学原理解决未来能源

    生态学的基本原理和理论思想是自然保护的理论基础，利用生态学原理来解决能源问题的基本思想有以下几个方面：

    1. 控制人口，减少能源消耗。自然生态系统规律揭示了任何物种发展过快或能量消耗过多，势必引起该生态系统的崩溃。人口增长过快，同样也加速了对能源消耗，特别是缩短了化石燃料的消耗时间。因此，控制人口增长和能源的个人消耗，可以起到使人类生态系统能耗与环境供给相协调作用。

    2. 太阳能是重要的能源。自然生态系统所需的全部能量均来自于太阳能，即使目前使用的化石能源也是一种过去储存的太阳能。太阳能的利用具有一定的优越性；一是用之不尽的可再生能源；二是一种清洁能源，减少环境污染。既无毒气体排出，也无可能影响地球气候的 CO₂ 排出。

    3. 多渠道解决能源平衡。生态学告诉我们，稳定的食物网，其能量流动是多通道的，对于人口异常集中，生产高度发展和生活追求高标准的现代人类社会，更不可能有任何一种能源可以独自满足这个庞大的能量需求，而需要多种能源同时并用。不但要直接利用太阳能，而且也要间接利用诸如水电、风能、潮汐能、生物质能、地势能等等可再生能源，只有这样，才能满足对能源的需求，并使环境污染和破坏降到最低限度，保证人类社会稳定地向前发展。

    4. 充分利用能源并减少浪费。任何生态系统中能源的利用是充分的并没有丝毫浪费。提高能源利用效率减少浪费是未来能源的关键。我国能源利用率约 30% ，发达国家为 40% 以上，美国为 57% 。因此，能源的利用具有极大的“能效”潜力。如热电厂的余热可以为其它工业和居民区使用，使热利用率提高，如若排入环境，不仅是浪费，而且能引起热污染。

第七节 矿产资源利用与保护

    矿产资源是在特定的地质条件下形成的 , 具有利用价值 , 呈固态、液态或气态产出的出露于地表和埋藏于地下的自然资源。是地球形成以来的 46 亿年间 , 伴随着各种地质作用逐渐形成的。矿物是一种不可更新资源，长期利用和过度开采势必使其储量降低过快，以致耗竭。随着经济不断发展，矿产资源消费正在加剧，在开发和利用矿产资源的同时，也带来了一系列的环境污染问题。因此，矿产资源的合理利用和妥善保护也是一个很重要的环境问题。

    一、矿物的利用和供应概况

    矿物资源是近代工业的基础，一般分为能源、金属矿物和非金属矿物三大类。目前 , 95% 的能源、 80% 以上的工业原料、 70% 以上的农业生产资料和 30% 以上的工农业用水均来自矿产资源。

    ( 一 ) 矿产资源的特点

    矿产资源不同于土地、森林、草地、海洋和淡水等自然资源 , 而有其自身的特点。

    1. 不可再生性和可耗竭性。矿产资源多是在几千万年、几亿年地质作用过程中形成的 , 这一漫长的自然再生产过程 , 相对于人类社会的短暂过程而言 , 它是不可再生的、有限的。

    2. 区域性分布不均衡性。矿产资源的分布具有明显的地域性特点。如我国的煤矿集中分布于北方 , 磷矿集中分布于南方。这种芬不得不均衡性 , 增加了工业布局于开发利用的困难。

    3. 隐藏性、多样性和产权关系的复杂性。矿产资源除少数表露者外 , 绝大部分都埋藏在地下 , 看不见 , 摸不着 , 矿产资源种类复杂、多样。人们对其开发利用 , 必须在“租地”的前提下通过一定程序的地质勘探工作才能实现。这种“有形资产”必须以“无形资产” — 地质勘探报告、储量来表示。因而带来了矿产资源产权关系的复杂性。

    4. 动态性和可变性。矿产资源是指在一定科学技术水平下利用的自然资源 , 它是一个地质、技术、经济的三维动态概念 , 即随着科学技术、经济社会发展以及地质认识水平的提高 , 原来认为不是矿产的 , 现在可以作为矿产予以利用 , 现在是矿产的也能在未来失去其使用价值。

    ( 二 ) 中国矿产资源特点与现状

    到 1998 年底 , 中国已发现 171 种矿产 , 其中已探明储量的有 153 种。其主要特点表现为 :

    1. 资源量大 , 但人均占有量少。我国矿产资源总量居世界第二位 , 而人均占有量只有世界平均水平的 58%, 居世界第 53 位 , 个别矿种甚至居世界百位之后。

    2. 贫矿多富矿少 , 共 ( 伴 ) 生矿多、独立矿少。我国矿石品位一般低于世界平均水平 , 如 : 铁矿品位比世界平均品位低 10 个百分点以上 , 仅为 33%; 锰矿平均品位为 22%, 不足世界商品矿石标准工业品位 48% 的一半 ; 铜矿平均品位仅是智利和赞比亚铜矿平均品位的一半左右 ; 铝土矿几乎全为耗能高、碱耗大、生产流程长、生产成本高的一水硬铝石矿 , 而国外则大部分为生产成本低的三水软铝石等等。组分复杂的共生伴生矿多是我国矿产资源的有一个显著特点。特别是有色金属矿产常含有多种可综合利用的组分。如我国铅锌矿中共 ( 伴 ) 生有用元素达 50 多种 ; 全国银矿 60% 的储量、 70% 的产量源于铅锌矿中的共 ( 伴 ) 生组分。我国三分之一的铁矿储量和四分之一的铜矿储量均为共 ( 伴 ) 生矿。甘肃金川铜镍矿、四川攀枝花钒钛磁铁矿和内蒙古云鄂博铌稀土铁矿 , 都是我国著名的成分复杂的大型共 ( 伴 ) 生金属矿床。这类矿石选冶难度大 , 生产成本高 , 易造成资源浪费。

    3. 大矿少、中小矿多 , 坑采矿多、露采矿少。我国已探明的 2 万多个矿床 , 多为中小型矿床 , 大型矿床只有 800 多个。我国可露天开采的煤炭储藏量仅占 7%, 且多为褐煤 , 而美国、澳大利亚则分别为 60% 和 70% 左右。我国 70% 的铝土矿、 80% 以上的铜矿、 90% 以上的镍矿、 80% 以上的硫矿都需地下开采。严重制约了我国矿产资源开发的规模效益和生产效率的提高。

    4. 矿区分布区与加工消费区分离 , 开发利用受交通条件严重制约。我国矿产品的加工消费区在东部沿海地区 , 而矿产富集区则多在中部或西部地区 , 因而 , 矿石或原材料需长途运输 , 仅铁路对主要原材料的年运量就在 12 亿吨以上 , 平均铁路运输里程达 802 公里。

    我国在世解十大矿业国中 , 国民经济支柱性主要矿产资源的国际竞争能力多数居最后 , 其中石油、天然气、铁矿、锰矿、铜矿、金矿、钾盐的竞争力均居最后一位 , 铝土矿居第九位。
中国是最早开发利用矿产资源的国家之一 , 新中国成立前 , 比较完整的矿山近 300 多个。建国后 , 矿产勘查事业获得了空前的发展 , 到 1998 年底 , 中国已发现矿产 171 种 , 有探明储量的矿产 153 种 , 其中 : 能源矿产 8 种 ; 金属矿产 54 种 ; 非金属矿产 88 种 ; 其他水气矿产 3 种。依法现况点、矿化点共 25 万处 , 其中已进行了不同程度地质工作取得储量的有 2 万多处。探明矿产资源总量的潜在价值约占世界的 12%, 居世界第三位。我国 45 种主要矿产按探明储量在世界上的地位排序如图 3-7 。

图 3-7 我国主要矿产储量在国际上的地位示意图

( 据《 ' 97 ' 98 中国矿产资源报告》 )

    我国矿产资源开发利用程度逐渐增强 , 矿产总产值静态比 , 1996 年 (4148.37 亿元 ) 是 1949 年 (18 亿元 ) 的 230.46 倍。在世界上 , 中国的矿产资源总量仅次于美国居世界第二位 , 单位国土面积矿业产值也居世界主要矿业国的第二位 , 是世界平均的 2.2189 倍 , 但人均水平为最后一位 , 为世界平均的 74% 。

    二、矿产资源开发过程中存在的主要问题

    ( 一 ) 矿产资源利用不合理

    采矿、选矿回收率低，矿产资源浪费严重，是我国矿产资源利用的普遍问题。采矿回收率是指矿山实际采出的矿石量和探明的工业储量的比率。回采率越高，说明采出的矿石越多，丢失在矿井里的矿石少，矿山资源利用效益越高。我国矿山的回收率很低，不到 50% 。由于管理不善，使许多优质矿产资源当作劣质资源使用，如将大片云母石割成小片用，造成矿产资源的极大浪费。

    ( 二 ) 生产布局不合理

    目前我国矿产分属许多部门来管理，这样使综合性的矿山很难得到全面的开发和综合利用。此外，小矿山的开采给资源造成很大的破坏，个体或小集体随意乱采，导致一些大型矿脉破坏，给国家大规模采矿造成了困难。

    ( 三 ) 给周围环境造成污染和破坏

    矿产资源的开采给人类创造了巨大的物质财富，但导致原有的自然环境构成或状态发生了巨大变化，环境质量下降，生态系统和人们正常生活条件被扰乱和破坏。开采矿产资源给区域环境中水、土以及声环境产生严重污染。

    1. 水污染。主要由于采矿、选矿活动，使地表水或地下水含酸性、含重金属和有毒元素，这种污染的矿山水称为矿山污水，矿山污水危及矿区周围河道、土壤，甚至破坏整个水系，影响生活用水、工农业用水，并且有毒物质的排放给人类健康带来了潜在在威胁。

    2. 大气污染。露天矿的开采以及矿井下的穿、爆破以及矿石、废石的装载、运输过程中产生的粉尘、废石场废石的氧化和自然释放出大量有害气体，废石风化形成的细粒物质和粉尘等等，这些都会造成区域环境的大气污染。

    3. 土地破坏和土壤污染。矿山开采，特别是露天开采造成了大面积的土地遭受破坏或侵占。

    4. 地下开采造成塌陷有裂隙。地下采矿，当矿体采出后，原有的地层内部平衡破坏，岩石破裂、塌落，地表也随实在下沉形成塌陷、裂缝，以及不易识别的变形等直接影响，破坏了周围的环境及工农业生产，甚至威胁人们的安全。

    三、矿产资源的保护

    ( 一 ) 加强对矿产资源的国家所有权管理

    1. 提高保护矿产资源的自觉性；

    2. 依法管理矿产资源；

    3. 建立健全矿山开发经营管理制度。

    ( 二 ) 贯彻矿产资源综合勘探、综合利用、综合开发、综合评价的方针

    1. 重视贫矿资源的开发利用；

    2. 发挥共生矿优势；

    3. 继续发现新的储量；

    4. 加强回收和循环使用。

    ( 三 ) 保护矿山环境与矿山复垦

    1. 制订矿山环境保护法规，依法保护矿山环境，执行“谁开发谁保护、谁闭坑谁复垦、谁破坏谁治理的原则”；

    2. 制订适合矿特点的环境影响评价和办法，进行矿山环境质量检测，实施矿山开发的全过程环境管理；监测矿山自然环境破坏状态，制订保护恢复计划；

    3. 开展矿产资源综合利用和“三废”资源化活动，鼓励推广矿产资料开发废弃物最小量化和清洁生产技术；

    4. 制定和实施矿山资源开发生态环境补偿收费、复垦保证金政策，减少矿产资源开发的环境代价。

第八节 海洋资源利用与保护

    海洋约占地球面积的 71% ，贮水量为 13.7 亿 km 3 ，占地球总水量的 77.2% 。它不仅起着调节陆地气候，为人类提供航行通道作用，而且蕴藏着丰富的资源。因此，人类对海洋的开发和利用越来越受到重视。海洋中一切可被人类利用的物质和能量都叫海洋资源 , 预计到 21 世纪，海洋将成为人类获取蛋白质、工业原料和能源的重要场所。

    海洋资源可分为生物资源、非生物资源和空间资源三大类。海洋生物资源主要指海洋中具有经济价值的动物和植物。非生物资源包括海水化学资源、海底矿产资源和海洋动力资源等。海洋空间资源包括具有开发利用价值的海面、上空和水下的广阔空间。

    一、我国近海的环境和资源概况

    ( 一 ) 我国近海环境概况

    我国濒临太平洋，近海水域跨温带、亚热带和热带。邻接大陆有渤海、黄海、东海和南海，面积达 470 多万 km 2 。

    渤海为中国内海、三面被陆地所环抱，仅在东面以宽 57 海里 的渤海海峡与黄海相通，海区面积近 8 万 km 2 。由于黄河、海河、滦河、辽河等每年带进大量泥沙堆积在海底，使渤海平均深度只有 18m 。黄海为半封闭浅海，西面与北面与中国大陆相接，东邻朝鲜半岛，西北与渤海沟通，南面与东海相连，面积约 38 万 km 2 ，平均深度 44m ，全部属大陆架。入海河流有淮河、鸭绿江及朝鲜的大同江等。东海西接中国大陆，北与黄海相连，南经台湾海峡与南海相通，东面隔日本九州岛、疏球群岛和中国台湾岛与太平洋相连，为一较开阔浅海，面积约 77 万 km 2 ，平均深度为 370m ，大陆架面积约占 1/3 ，入海河流有长江、钱塘江、闽江和浊水溪等。南海北接中国大陆，东面与南面分别隔菲律宾群岛和大巽他群岛而与太平洋和印度洋相通，西邻中南半岛和马来半岛，海区面积达 350 万 km 2 ，平均深度 1212m ，四周较浅，中间深陷，为一宽广的海盆，大陆架面积约占 1/2 。汇入南海的河流有珠江、赣江和越南的红河、湄公河等。台湾以东，海区直接连接太平洋，离岸不远水深即超过 3000m ，具有大洋特征。

    我国沿海有 5100 多个岛屿，其中台湾，海南两岛面积都超过 3 万 km 2 。在全部岛屿中，大陆岛占 90 ％，其余为冲积岛、火山岛、珊瑚岛等等。杭州湾以南的亚热带、热带海域的岛屿占全部岛屿的 90 ％以上，这些岛屿自然资源都十分丰富。

    ( 二 ) 我国的海洋资源

    海洋资源是指赋存于海洋环境中可以被人类利用的物质和能量以及与海洋开发有关的海洋空间。海洋资源按其属性可分为海洋生物资源、海洋矿产资源、海水资源，海洋能与海洋空间资源。根据联合国《海洋公约》规定，中国享有主权和管辖权的内河、领海、大陆架和等属经济区的面积广阔，大陆海岸线长约 18000km ，岛屿海岸线长约 14000km ，沿海滩涂面积为 2079km 2 。

    中国近海海洋环境优越，拥有多种多样的海洋资源，主要有：

    1. 丰富的海洋生物资源。中国近海大多是生物生产力高的水域，生物资源十分丰富。就生物区系而言，北部海域大多属北太平洋温带区系，南部海域则基本属印度一西太平洋暖水区系。

    中国近海因地域差异，形成了许多不同类型的生态系统，如河口生态系统，港湾生态系统、红树林生态系统、珊瑚礁生态系统等等。海洋生物资源种类繁多，在 2000 种以上，浅海滩涂生物约 2600 种，海域渔场面积也很广阔，最大持续渔获量和最佳渔业资源可捕量分别约为 470 万吨和 300 万吨。

    中国是世界上最早利用海洋生物作物药物的国家，现已发现沿海可供药用的海藻 50 多种；无脊椎动物近 300 种；脊椎动物近百种。此外，目前已有计多工业部门用海洋生物作为工业原料，沿海的水产品养殖业近几年来发展迅速。

    2. 海洋矿产资源。我国海底矿产资源极其丰富，石油资源量约 451 亿吨，天然气资源量约 14.1 万亿 m 3 ，海滨河矿种类达 60 种以上，探明储量为 15.25 亿吨。

    3. 海水资源和海洋能资源。据初步估计，中国海洋能资源总蕴藏量约为 4.31 亿 kW ；海水本身也是取之不尽，用之不竭的资源。除可供制盐外，尚可提取镁、钾、溴、铀等化学物质。海水进行淡化则可弥补沿海城市及海洋岛屿淡水资源的不足。

    二、海洋开发存在的主要问题

    ( 一 ) 沿海水域开发不充分，利用不够合理

    如滨海砂矿，目前多属中、小矿型，主要集中在广东、海南、福建沿海，山东和辽宁也有一些矿点。海盐盐化工业虽然发展较快，但仅限于从卤水中提取氯化钠、氯化钾、溴、镁和芒硝等，而经济价值高的微量元素，如铀、碘等尚未开发利用。我国滨海旅游资源丰富多样，但开发的很少。如山东有 115 处滨海旅游景观，已开发的只有 50 处，占 43 ％。上海 140 处古迹旅游点，开发利用的仅有 17 处，占 12 ％。全国 100 多处滨海沙滩资源，只有 39 处作为海水浴场被利用。在多种海洋动力资源中，我国只开发了潮汐能，其它如波浪能、海流能等仍处于试验和探索阶段。

    ( 二 ) 海洋生物资源遭到严重破坏

    中国海域生态环境趋于恶化，海洋生物资源丰富度锐减。海洋渔业面临的主要问题是：渔的过度捕获、传统渔业资源衰退。造成这种情况的主要原因是缺乏规划管理、捕捞失控以及海洋环境污染加剧。部分河口、海湾及沿岸浅水区，由于不适当的拦河筑坝、围海造田、修筑海岸工程以及排污等，导致生态环境恶化，加剧了渔业资源的衰退。沿海除渔业资源遭到严重破坏外，其它生物资源也未得到应有保护。如山东的胶州湾， 1963 年曾有 141 种生物， 70 年代还有 30 种，到 80 年代初只剩下 17 种。一些珍惜生物，如中华白海豚、儒艮、斑海豚、海龟、文昌鱼等，减少更加明显， 几乎濒临灭绝的危险。

    ( 三 ) 近海遭到不同程度的污染

    目前中国近海日益受到城市工业废水、生物污水以及海港、船舶海上石油平台作业或事故排污的污染。 80 年代初期，每年排入沿海海域的工业废水达 4.5 亿 t ，生活污水约 15 亿 t 。其中以陆源污染为主。污水入海量以进入东海沿岸的最大，次为南海沿岸、渤海沿岸和黄海沿岸。

    石油是近海海水中最主要的污染物，污染范围较广，东海近岸区和渤海部分海区的港湾和河口污染较为严重。石油污染不仅能使鱼、虾、贝类等海产品变味，严重时能产生毒性效应。油污染还公使海滨风景浏览区及海水浴场的环境质量恶化，影响游览和休养活动。 1980 ～ 1995 年间我国海域发现有一定规模的海面溢油事件 115 起。因污染对鱼虾产卵、繁殖及资源衰退等慢性影响造成的损失估计每年达数十亿元。

    重金属的污染主要见于锦州湾、辽河口、珠江口等近岸海区。重金属易在底质中蓄积，不易降解，往往被生物富集，对人体健康具有潜在的威胁。

    由于大量生活污水排入近海海域，近几年使浮游植物大量繁殖，形成“赤潮”。其发生的次数、规模和持续的时间有增加趋势，对渔业造成影响。据不完全统计， 1980 ～ 1997 年在我国海域共发现赤潮灾害 380 起，平均每年 20 起。 90 年代后，平均每年 30 多起。

    ( 四 ) 特殊生态系统遭到破坏、岛屿生态环境恶化

    珊瑚生长极为缓慢，造礁率仅为 1 ～ 3 毫米 / 年，一旦遭到破坏，再行恢复很难。但由于挖礁制作工艺品和烧制石灰，我国的珊瑚礁资源破坏严重。海南岛沿岸的珊瑚礁 80 ％遭到不同程度的破坏。既是海岸屏障，又是鱼虾栖息繁殖场所的红树林，由于大规模围垦造田和肆意砍伐，面积锐减，全国现存红树林只有 2 万公顷 。同样具有较高经济和生态价值的滨海滩涂湿地，也在大规模的围垦下严重破坏，累计丧失滩涂湿地约 100 多万公顷，相当于原有滩涂湿地的一半。很多岛屿上的天然林和海岸红树林破坏严重，开采鸟粪、过量捕鸟、过分采石和工业废物的倾倒已经使岛屿生态环境恶化。

    三、海洋资源与环境的保护

    ( 一 ) 海洋的开发要统筹规划和管理

    海洋拥有生物、化学、矿产、动力及海洋空间等多种资源，这些资源处于同一环境之中，在开发利用时涉及众多部门，彼此既紧密关连，又互相制约，应有专门的组织机构，从全局观点和长远利益出发，统筹安排海洋的开发和管理，制定海洋的开发规划，监督执行有关海洋的法规。

    ( 二 ) 加强海洋环境及资源的调查研究

    中国海洋环境复杂，资源储量还不是很清楚，这给海洋的保护和利用带来一定困难。为此，应进一步加强海洋水文、气象、化学、生物及地质等基础情况的调查研究。当前调查研究应以近岸和浅海大陆架海域为主，也要组织适当力量对大洋进行考察。为今后开发大洋公有资源作好准备。在海岸带资源调查中，除对各类资源储量进行清查外，还应重视生态系统功能和结构调查和研究。要加强灾害性天气的分析和预报，以便顺利地和合理地利用各类资源。

    ( 三 ) 大力发展沿海水产养殖业，保护近海渔业资源，逐步发展外海和远洋渔业

    近海主要经济鱼类资源已严重衰退，必须坚决采取保护措施。对于资源已遭严重破坏的种类，除应保护产卵场、设立幼鱼保护区之外，对其中某些种类要采取禁捕和增殖的措施，以恢复资源。对于尚有一定资源数量的种类，则应加强管理，合理安排生产，控制捕捞强度，使其永续利用。对于与邻国共同捕捞的对象，则有必要加强国际合作，共同加以保护。

    海洋水产增殖、养殖是今后增加水产品产量的重要途径。中国有广阔的浅海水域可利用，也有相当的技术力量，发展养殖可以减轻近海的捕捞压力。发展外海和远洋渔业，是开创海洋渔业新局面的一个重要步骤，应采取切实有效的措施，力争近期内取得较大的进展。

    ( 四 ) 加强海洋环境保护，防止海洋污染

    1. 加强海洋污染监测。根据中国海洋环境及资源的特点，划定各海区所属类别、范围及界线，进行监视、监测。对已污染的海区，不仅要了解环境中污染物的浓度水平，更应注意是否产生污染损害。

    2. 控制陆地污染，实行对陆源污染总量控制。应确定沿海排污口和可接受的排放量水平，对陆源污染物排放实行总量控制，可采用污水处理措施，消除和减少有可能在海洋环境中富集到危险水平的有机卤化物和其他有机化合物以及引起沿海水域富营养化或赤潮的氮磷污染物的排放；开发实施无害环境的土地利用技术和方法，减少水道和港湾产生污染海洋环境的径流量。

    3. 控制与管理海上活动引起的海洋污染。应要求海运企业或海上活动作业者具备防治油污染和核放射事故的应急能力和设施。在港湾地区设立收集船上废油、化学品废物和垃圾的设施，逐步禁止在海上倾弃和焚烧危险物质。

    ( 五 ) 加强海岸带、海岛资源的开发与保护

    1. 根据海岸带与海岛资源的种类、分布、集中程度和开发价值，优先开发综合价值高的海洋资源。

    2. 加快岛屿经济开发建设，开发海岛港的资源，尽快畅通交通，使之成为大陆港港口的卫星港。

    3. 有计划地开展海岸带与岛屿生态研究。要积极开展海岸线与岛屿的生态研究，在此基础上进行全面规划，制定海岸带与岛屿保护开发方案。在不同的区域中，选择典型的海岸带与岛屿建立自然保护区，进行全面系统的研究，以便取得基础数据，为海岸带与岛屿的自然保护提供科学依据。同时，要注意防止由各种工程建设而引起的海岸带与岛屿生态环境的恶化。

    主要参考书目

    1.中国 21 世纪人口、环境与发展白皮书，中国 21 世纪议程，中国环境科学出版社， 1994

    2.《中国生物多样性保护行动计划》总报告编写组，中国生物多样性保护行动计划，中国环境科学出版社， 1994

    3. 周永康主编，资源与环境知识读本，地质出版社， 2000

    4. 王敬国主编，资源与环境概论，中国农业大学出版社， 2000

    5. 《中国自然保护纲要》编写委员会，中国自然保护纲要，中国环境科学出版社， 1987

    6. 任耐安等编，环境教育参考资料，人民教育出版社， 1993

    7. 金岚等编，环境生态学，高等教育出版社， 1992

    8. 王炳坤等编，现代环境学概论，南京大学出版社， 1992

    9. 刘培桐等编，环境学概论，高等教育出版社， 1991

    10. 唐水銮、刘育民，环境学导论，高等教育出版社， 1987

    11. 王诩亭、井文涌、何强，环境学导论，清华大学出版社， 1985

    12. 童志权、陈昭琼，大气污染控制工程，中南工业大学出版社， 1987

    13. 中国科学院、国家计划委员会自然资源综合考察委员会，中国自然资源手册，科学出版社， 1990

    14. 世界资源研究所、国际环境与发展研究所、联合国环境规划署，世界资源报告 1988-1989 ，王之佳等译，中国环境科学出版社， 1990

    15. 鲁明中等，生态经济学概念，新疆科技卫生出版社， 1992

    16. 林培主编，土地资源学，北京农业大学出版社， 1991

    17. 沈亨理主编，农业生态学，中国农业出版社， 1996

    18. 朱德举等，土地资源概论，中国农业科技出版社， 1997

    19. 张风荣等，中国土地资源及其可持续利用，中国农业大学出版社， 1999

    20. 王蓉芳等，中国耕地的基础地力与土壤改良，中国农业出版社， 1996

    21. 国家统计局 新中国五十年，中国统计出版社， 1999

    22. P．迪维诺著，李耶波译，生态学概论，科学出版社， 1987

    23. 杨士弘等编著，城市生态环境学，科学出版社， 1997

    24. 窦贻俭，李春华 编著，环境科学原理，南京大学出版社， 1998

    25. 傅立勋等，改善生态环境，学术书刊出版社， 1989

    26. 曹志洪主编 International Symposium on SOIL ， HUMAN AND ENVIRONMENT INTERACTIONS ，中国科学技术出版社， 1998

    27. GRAEDEL,T.E,& B.R.ALLENBY ， 1995 by AT&T INDUSTRIAL ECOLOGY ， PUBLISHED BY Prentice HALL A Simon &Schuster Company.

    28. Peter,E. Rijtema et.al. ， Environmental impact of land use in rural region. Imperial Collage Press,1999

    29. Agricuture, fertilizers & Environment, CABI Pubilishing, 1999, Norway

 

第四章 水污染原理

第一节 天然水的组成与性质

    在自然界中，完全纯净的水是不存在的。天然水在循环过程中不断地与环境中的各种物质相接触，并且或多或少地溶解它们，所以天然水实际上是一种溶液，而且是成分极其复杂的溶液。通过分析，发现天然水中含有的物质几乎包括元素周期表中所有的化学元素......

第二节 水体污染和重要污染物

    水体有二个含义：一般是指河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋的总称，在环境学领域中则把水体当作包括水中的悬浮物、溶解物质、底泥和水生生物等完整的生态系统或完整的综合自然体来看......

第三节 污染物在水体中的转化

    污染物进入水体后发生各种反应，根据污染物的不同性质可产生不同的污染过程。有机污染物在水环境中的迁移转化主要取决于有机污染物本身的性质以及水体的环境条件。有机污染物一般通过吸附作用、挥发作用、水解作用、光解作用、生物富集和生物降解作用等过程进行迁移转化，一些重金属污染物在水体中可发生形态或状态的转化......

第一节 天然水的组成与性质

    一、天然水的组成

    在自然界中，完全纯净的水是不存在的。天然水在循环过程中不断地与环境中的各种物质相接触，并且或多或少地溶解它们，所以天然水实际上是一种溶液，而且是成分极其复杂的溶液。通过分析，发现天然水中含有的物质几乎包括元素周期表中所有的化学元素。现仅将天然水中的溶质成分概略地分成以下几类。

    （一）主要离子组成

    K+、 Na+、 Ca2+、 Mg2+、 HCO3-、 NO3-、 Cl-和 SO42- 为天然水中常见的八大离子，占天然水中离子总量的 95%-99% 。水中这些主要离子的分类，常用来作为表征水体主要化学特征性指标，如表 4-1 所示。

    摘自汤鸿霄， 1979

    （二）溶解性气体

    水中溶解的主要气体有： N2、 O2、 CO2、 H2S ；微量气体有： CH4、 H2、 He 等。

    （三）微量元素

    I、 Br、 Fe、 Cu、 Ni、 Ti、 Pb、 Zn、Mn 等。

    （四）生源物质

    NH4+ 、 NO2- 、 NO3- 、 HPO42- 、 PO43- 。

    （五）胶体

    SiO2· nH2O 、 Fe(OH)2· nH2O 、 Al2O3· nH2O 以及腐殖质等。

    （六）悬浮物质

    铝硅酸盐颗粒、砂粒、粘土、细菌、藻类及原生动物等。

    受到人类活动影响的水体，其水中所含的物质种类、数量、结构均与天然水质有所不同。以天然水中所含的物质作为背景值，可以判断人类活动对水体的影响程度，以便及时采取措施，提高水体水质，使之朝着有益于人类的方向发展。

    二、天然水的性质

    （一）碳酸平衡

    CO2在水中形成酸，可与岩石中的碱性物质发生反应 ， 并可通过沉淀反应变为沉积物而从水中除去。在水和生物体之间的生物化学交换中， CO2占有独特的地位，溶解的碳酸盐化合态与岩石圈、大气圈进行均相、多相的酸碱反应和交换反应，对于调节天然水的 pH 和组成起着重要作用。

    在水体中存在着 CO2、 H2CO3、 HCO3- 和 CO32- 等四种化合态，常把 CO2和 H2CO3合并为 H2CO3 * 。因此，水中 H2CO3* -HCO3- -CO32- 体系可用下面的反应表示：

    （二）天然水中的碱度和酸度

    碱度（ Alka-linity ）是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，亦即能接受质子 H+的物质总量。组成水中碱度的物质可以归纳为三类：①强碱，如 NaOH 、 Ca(OH)2等，在溶液中全部电离生成 OH-离子；②弱碱，如 NH3、 C6H5等，在水中部分发生反应生成 OH-离子；③强碱弱酸盐，如各种碳酸盐、重碳酸盐、硅酸盐、磷酸盐、硫化物和腐殖酸盐等，它们水解时生成 OH-或者直接接受质子 H+。弱碱及强碱弱酸盐在中和过程中不断继续产生 OH-离子，直到全部中和完毕。

    和碱相反，酸度（ Acidity ）是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，亦即放出 H+或经过水解能产生 H + 的物质的总量。组成水中酸度的物质也可归纳为三类：①强酸，如 HCl、 H2SO4、 HNO3等；②弱酸，如 CO2、 H2CO3、 H2S、蛋白质以及各种有机酸类；③强酸弱碱盐，如 FeCl3、 Al2(SO4)3等。

    （三）天然水体的缓冲能力

    天然水体的 pH 值一般在 6-9 之间，而且对某一水体，其 pH 几乎保持不变，这表明天然水体具有一定的缓冲能力，是一个缓冲体系。一般认为，各种碳酸化合物是控制水体 pH 值的主要因素，并使水体具有缓冲作用。但最近研究表明，水体与周围环境之间发生的多种物理、化学和生物化学反应，对水体的 pH 值也有着重要的作用。但无论如何，碳酸化合物仍是水体缓冲作用的重要因素。因而，人们时常根据它的存在情况来估算水体的缓冲能力。

第二节 水体污染和重要污染物

    一、水体污染

    （一）水体

    水体有二个含义：一般是指河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋的总称，在环境学领域中则把水体当作包括水中的悬浮物、溶解物质、底泥和水生生物等完整的生态系统或完整的综合自然体来看。

    水体还有可按类型和区域划分。按类型可分为：

    1. 海洋水体

    2.

    按区域是指按某一具体的被水覆盖的地段而言的。如太湖、洞庭湖、鄱阳湖；按类型划分，它们同属于陆地水体中的地表水体内的湖泊；按区域划分，它们是三个区域的三个不同的水体。又如长江、黄河、珠江，按类型划分，它们同属于陆地水体中的地表水体内的河流；但按区域概念，它们是分属三个流域的三条水系。

    在水环境污染的研究，区分“水”与“水体”的概念十分重要。例如重金属污染物易于从水中转移到底泥中，水中重金属的含量一般都不高，若着眼于水，似乎未受污染，但从水体看，可能受到较严重的污染，使该水体成为长期的初生污染源。

    （二）水体污染

    当污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体后，其含量超过了水体的自净能力，使水质和底质的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值和使用功能的现象，称作水体污染。

    水体污染的类型，从卫生学角度，可分为化学性污染、物理性污染和生物性污染；从化学角度，可分为无机有毒物质污染、无机有害物质污染、有机有害物质和病原体污染等类型；环境工程学基本上是依污染物质或能量（如热污染）所造成的各类型环境问题以及不同的治理措施，将水体污染类型分为病原体污染、需氧物质污染、植物营养物质污染、石油污染、有毒化学物质污染、盐污染、热污染和放射性污染；按水体划分污染类型分为河流污染、湖泊（水库）污染、海洋污染、地下水污染等。

    （三）水质指标

    水体污染有时可以直接地察觉到，例如，水改变了颜色，变得混浊，散发出难闻的气味，某些生物的减少或死亡，某种生物的出现或骤增等。但有时水体污染是直观察觉不出的，需要借助于仪器观察分析或调查研究。通常采用水质指标来衡量水质的好坏和水体被污染的程度。水质指标项目繁多，可以分为三大类：

    第一类，物理性水质指标，包括 ① 感官物理性状指标，如温度、色度、嗅和味、浑浊度、透明度等。 ② 其他物理性状指标，如总固体、悬浮固体、可见固体、电导率等。

    第二类，化学性水质指标，包括 ① 一般的化学性水质指标，如 pH 、碱度、硬度、各种阳离子、各种阴离子、总含盐量、一般有机物质等。 ② 有毒的化学性水质指标，如重金属、氰化物、多环芳烃、各种农药等。 ③ 有关氧平衡的水质指标，如溶解氧（ DO ）、化学需氧量（ COD ）、生化需氧量（ BOD ）、总需氧量（ TOD ）等。

    第三类，生物学水质指标，包括细菌总数、总大肠菌群数、各种病原菌、病毒等。

    以下是对污染防治工作中常用的一些水质指标的简要说明。

    1. 悬浮物

    指水中呈固体状的不溶解物质。它是水体污染基本指标之一。如水中的各类矿物微粒，含铝、铁、锰、硅水合氧化物等无机物质，以及腐殖质、蛋白质等有机大分子物质。

    2. 有机物含量

    水体中有机物种类繁多，组成复杂，难以分别对其进行定量、定性分析。因此，一般不对它们进行单项定量测定，而是利用其共性，用某种指标间接地反映其总量或分类含量。在实际工作中，常用下列指标来表示水中有机物的含量，即化学需氧量（ COD ）、生化需氧量（ BOD ）、总有机碳（ TOC ）和总需氧量（ TOD ）。

    （ 1 ）化学需氧量（ Chemical Oxygen Demand ）

    指用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需的氧量，以每升水消耗氧的毫克数表示（ mg/L ）。 COD 值越高，表示水中有机污染物污染越重。目前常用的氧化剂主要是高锰酸钾和重铬酸钾。高锰酸钾法（简记 CODMn），适用于测定一般地表水，如海水。重铬酸钾法（简记 CODCr）对有机物反应较完全，适用于分析污染较严重的水样。目前，国际标准化组织（ ISO ）规定，化学需氧量指 CODCr，而称 CODMn为高锰酸盐指数。

    化学需氧量所测定的内容范围是不含氧的有机物和含氧有机物中碳的部分，实际上是反映有机物中碳的耗氧量。另外，化学需氧量不仅氧化了有机物，而且对各种还原态的无机物（如硫化物、亚硝酸盐、氨、低价铁盐等）亦具氧化作用。

    （ 2 ）生物化学需氧量

    简称生化需氧量（ Bio-chemical Oxygen Demand ），用 BOD 表示。 BOD 表示水中有机物经微生物分解时所需的氧量，用单位体积的污水所消耗的氧量（ mg/L ）表示。 BOD 越高，表示水中需氧有机物质越多。有机物经微生物氧化分解的过程一般可分为两个阶段：第一阶段为碳化阶段，主要是有机物被转化成为二氧化碳、水和氨；第二阶段为硝化阶段，主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐。因为微生物的活动与温度有关，一般以 20 ℃作为测定的标准温度。当温度为 20 ℃时，一般生活污水中的有机物需要 20 天左右才能完成第一阶段的氧化分解过程，在实际工作中是有困难的。为了使测定结果有可比性，通常采用在 20 ℃的条件下培养 5 天，作为测定生化需氧量的标准时间，简称 5 日生化需氧量，用 BOD5表示。

    （ 3 ）总有机碳（ TOC ， Total Organic Carbon ）和总需氧量（ TOD ， Total Oxygen Demand ）

    TOD 是指水中被氧化的物质（主要是有机碳氢化合物，含硫、含氮、含磷等化合物）燃烧变成稳定的氧化物所需的氧量。 TOC 是指水中所有有机污染物质中的碳含量，耗氧过程是高温燃烧氧化过程，即把有机碳氧化成二氧化碳，然后测得所产生二氧化碳的量，就可算出污水中有机碳的量。 TOC 和 TOD 这两个指标均可用仪器快速测定，几分钟可完成。由于用 BOD 和 COD 两个指标反映不出难以分解的有机物的含量，加上测定 BOD 和 COD 都比较费时间，不能快速测定水体被需氧有机物污染的程度，国内外正在提倡用 TOC 和 TOD 作为衡量水质有机物污染的指标。在水质状况基本相同的情况下， BOD5 与 TOC 或 TOD 之间存在一定的相关关系。特别是 TOC 和 TOD 与 BOD 之间，通过实验建立相关，则可快速测定出 TOC ，从而推算出其他有机物污染指标。

    3. 溶解氧

    水中溶解氧的量，常用 DO （ Dissolved Oxygen ）表示。水中的溶解氧是水生生物生存的基本条件，一般含量低于 4mg/L 时鱼类就会窒息死亡。溶解氧高，适于微生物生长，水体自净能力强。水中缺乏溶解氧时，厌氧细菌繁殖，水体发臭。有时溶解氧是判断水体是否污染和污染程度的重要指标。

    4. pH 值

    污水的 pH 值对污水处理及综合利用，对水中生物的生长繁殖，对排水管道等都有很大影响，所以被列为检验污水水质的重要指标之一。

    生活污水 pH 值为 7.2 ～ 7.6 ；工业污水的 pH 值就较复杂，变化较大。

    5. 污水的细菌污染指标

    1 毫升污水中的细菌数要以千万计。其中大部分是寄生在已丧生活机能的机体上，这些细菌是无害的；另一部分细菌，如霍乱菌、伤寒菌、痢疾菌等则寄生在有生活机能的活的有机体上，它们对人、畜是有害的。对污水进行细菌分析是一项很复杂的工作，在水处理工程中，用两种指标表示水体被细菌污染的程度： 1 毫升水中细菌（杂菌）的总数与水中大肠菌的多少。水中含有大肠菌，即说明已被污染。

    6. 有毒物质指标

    我国已制定了“地面水中有害物质的最高允许浓度”的标准，列出汞、镉、铅、铬、铜、锌、镍、砷、氰化物、硫化物、氟化物、挥发性酚、石油类、六六六、 DDT 等 40 种有毒物质。

    以上 6 个指标是表示水体污染情况的重要指标。此外，还有温度、颜色、放射性物质浓度等，也是反映水体污染情况的指标。

    二、水体中主要污染物的来源和危害

    由于水体污染物的种类繁多，因而可以用不同方法、标准或根据不同的角度将其分成不同的类型。 20 世纪 60 年代美国学者曾把水中污染物大体划分为八类：①耗氧污染物（一些能够较快被微生物降解成为二氧化碳和水的有机物）；②致病污染物（一些可使人类和动物患病的病原微生物与细菌）；③合成有机物；④植物营养物；⑤无机及矿物质；⑥由土壤、岩石等冲刷下来的沉积物；⑦放射性物质；⑧热污染。从环境保护的角度，根据污染物的物理、化学、生物性质及其污染特性，可将水体污染物分为以下几种类型。

    （一）无机无毒物质

    无机无毒物质主要指排入水体中的酸、碱及一般的无机盐类。酸主要来源于矿山排水及许多工业废水，如化肥、农药、粘胶纤维、酸法造纸等工业的废水。如美国水体中的酸 70 ％来自矿山排水，主要由硫化矿物的氧化作用产生：

    4FeS2+15O2+14H2O= 8H 2 SO4+4Fe(OH)3↓

    碱性废水主要来自碱法造纸、化学纤维制造、制碱、制革等工业的废水。

    酸、碱污染水体 pH 值发生变化，破坏其自然缓冲作用，消灭或抑制细菌及微生物的生长，妨碍水体自净，还可腐蚀船舶。若天然水体长期遭受酸、碱污染，将使水质逐渐碱化或酸化，从而对生态产生影响。瑞典的河湖，近年来因经常受硫酸雨污染而逐渐酸化，如维纳恩湖五年内 pH 值平均下降了 0.5 ，维特恩湖下降了 0.3 ，特拉伦湖下降了 0.2 。酸、碱污染物不仅能改变水体的 pH 值，而且可大大增加水中的一般无机盐类和水的硬度，因酸碱中和可产生某些盐类，酸、碱与水体中的矿物相互作用也产生某些盐类。水中无机盐的存在能增加水的渗透压，对淡水生物和植物生长有不良影响。世界卫生组织国际饮用水标准规定水中无机盐总量最大合适值是 500 毫克 / 升，极限值是 1500 毫克 / 升。对农业用水来说，一般以低于 500 毫克 / 升为好。当用于灌溉生长在干旱区的耐盐性作物时，可溶盐总量可以高到 2000 － 9000 毫克 / 升。

    （二）无机有毒物

    这类物质具有强烈的生物毒性，它们排入天然水体，常会影响水中生物，并可通过食物链危害人体健康。这类污染物都具有明显的累积性，可使污染影响持久和扩大。

    根据物质的性质，此类污染物可分为两类：重金属如 Pb、 Hg、 Cd、 Cr 等与非金属的无机毒性物质如氰化物、砷、硒等。

    1. 重金属毒性物质

    重金属是构成地壳的物质，在自然界分布非常广泛，是指比重大于或等于 5.0 的金属。重金属在自然环境的各部分均存在着本底含量，在正常的天然水中含量均很低，如汞的含量介于 0.001-0.1 mg/L 之间，铬含量小于 0.01 mg/L ，在河流和淡水湖中铜的含量平均为 0.02 mg/L ，钴为 0.0043 mg/L ，镍为 0.001 mg/L 。

    在环境污染方面所说的重金属主要指汞、镉、铅、铬等生物毒性显著的重元素，还包括具有重金属特性的锌、铜、钴、镍、锡等。

    （ 1 ）汞：汞具有很强的毒性，有机汞比无机汞的毒性更大，更容易被吸收和积累，长期的毒性后果严重。人的致死剂量为 1 ～ 2 克。汞浓度 0.006 ～ 0.01mg/L 可使鱼类或其它水生动物死亡，浓度 0.01mg/L 可抑制水体的自净作用。甲基汞能大量积累于脑中，引起乏力、动作失调、精神混乱甚至死亡。水体汞的污染主要来自生产汞的厂矿、有色金属冶炼以及使用汞的生产部门排出的工业废水。尤以化工生产中汞的排放为主要污染来源。

    （ 2 ）镉：镉进入人体后，主要累积于肝、肾和脾脏内。能引起骨节变形，腰关节受损，有时还引起心血管病。镉浓度 0.2 ～ 1.1mg/L 可使鱼类死亡，浓度 0.1mg/L 时对水体的自净作用有害。工业含镉废水的排放，大气镉尘的沉降和雨水对地面的冲刷，都可使镉进入水体。镉是水迁移性元素，除了硫化镉外，其他镉的化合物均能溶于水。在水体中镉主要以 Cd2+状态存在。进入水体的镉还可与无机和有机配位体生成多种可溶性配合物。

    （ 3 ）铅：如摄取铅量每日超过 0.3 ～ 1.0mg ，就可在人体内积累，引起贫血、肾炎、神经炎等症状。铅对鱼类的致死浓度为 0.1 ～ 0.3mg/L ，铅浓度 0.1mg/L 时，可破坏水体自净作用。由于人类活动及工业的发展，几乎在地球上每个角落都能检测出铅。矿山开采、金属冶炼、汽车废气、燃煤、油漆、涂料等都是环境中铅的主要来源。岩石风化及人类的生产活动，使铅不断由岩石向大气、水、土壤、生物转移，从而对人体的健康构成潜在威胁。天然水中铅主要以 Pb2+状态存在。

    2. 非金属的无机毒性物质

    （ 1 ）氰化物

    水体中的氰化物主要来源于工业企业排放的含氰废水，如电镀废水、焦炉和高炉的煤气洗涤冷却水、化工厂的含氰废水，以及选矿废水等。在常见的电渡液配方中，镀锌液含 NaCN80-120g/L ，镀铜液含 NaCN12-18 g/L ，镀银液含 NaCN40-60 g/L 。当电镀完毕进行漂洗时，粘在镀件上的含氰液便随漂洗水排出。

    氰化物是剧毒物质，一般人只要误服 0.1g 左右的氰化钾或氰化钠便立即死亡。含氰废水对鱼类有很大毒性，当水中 CN - 含量达 0.3 ～ 0.5mg/L 时，鱼可死亡，世界卫生组织订出了鱼的中毒限量为游离氰 0.03mg/L ；生活饮水中氰化物不许超过 0.05 mg/L ；地面水中最高容许浓度 0.1 mg/L 。

    水体对氰化物有较强的自净作用，天然水体中氰化物的净化过程主要有两个途径：一是挥发排出，即通过下述反应转变为可挥发的氰酸：

CN-+ CO2+ H2O == HCN + HCO3-

    该过程可以占到水体对氰化物总净化量的 90% 左右，另一过程是氧化分解：

    在一般天然水条件下，微生物氧化过程所造成氰的自净量只占水体对氰化物总自净量的 10% 左右，夏季（温度高，光照良好）微生物氧化过程的自净量可以达到 30% 左右。

    （ 2 ）砷

    岩石风化、土壤侵蚀、火山作用以及人类活动都能使砷进入天然水中。淡水中砷含量为 0.2-230 μ g/L ，平均为 1.0 μ g/L 。天然水中砷可以 H3AsO4、 H2AsO4- 、 HAsO42- 、 AsO43- 等形态存在。

    砷是传统的剧毒物， As2O3即砒霜，对人体有很大毒性。长期饮用含砷的水会慢性中毒，主要表现是神经衰弱、腹痛、呕吐、肝痛、肝大等消化系统障碍。并常伴有皮肤癌、肝癌、肾癌、肺癌等发病率增高现象。

    （三）有机无毒物

    有机无毒物主要指需氧有机物。天然水中的有机物一般是水生生物生命活动产物。生活污水和某些工业废水中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪和木质素等有机化合物可在微生物作用下最终分解为简单的无机物质：二氧化碳和水等。这些有机物在分解过程中需要消耗大量的氧，故又称为需氧污染物。在一般情况下，分解 1 克分子（ 162 克）碳水化合物需要消耗 6 克分子（ 192 克）氧，即：

    污染水体中的需氧污染物主要来自生活污水、牲畜污水及食品、造纸、制革、印染、焦化、石油化工等工业废水。从排水的量上看，生活污水是需氧污染物的最主要来源。目前国外不少城市的生活污水已达 600 升 / 天·人。未经处理的生活污水的生化需氧量约为 300 － 500 毫克 / 升。流经世界上大城市的河流污染，相当一部分主要来自城市生活污水的需氧有机物污染。

    未经污染天然水的生化需氧量绝大部分在 1 － 2 毫克 / 升之间。起源于寒温带沼泽地带的河流和天然营养化的水体，生化需氧量较高。一些工业废水和城市污水中的 BOD 、 COD 含量监测见表 4-2 。

    有机污染物排入河流后，主要引起两个方面的影响，一是生态效应，一是溶解氧效应。

    1. 生态效应

    指水生生物在种类和数量上的变化。一般将生物分为自养性生物和异养性生物两大类。自养生物如各种藻类和绿色植物等能进行光合作用，它们靠光能和无机营养物质生长繁殖。有机污染物在降解前会使水浑浊或带有害物质，使自养性生物的生长繁殖受到抑制和损害，而降解后产生的无机物可作为它们的无机营养物质，促使其生长。这种光合自养生物在水中能产生溶解氧。异养性生物如各类细菌、原生动物等单线进行呼吸作用，它们靠有机物和溶解氧生长繁殖，有机物是它们生长繁殖的促进因素。这类异养性生物在水体中破坏有机物和消耗溶解氧。在正常的河流中，生物的种类繁多，而每种生物的数量少。当河流受有机物污染时，随着污染物在河流中的变化，生物的种类和数量也会相应地发生一系列规律性的变化。

    2. 溶解氧效应

    指水体中溶解的分子态氧数量的变化。水体中的溶解氧主要来自水体和大气界面上的气体交换。大气中的氧进入水体，水中藻类的光合作用所排出的氧补充水体的氧，这些构成了水体的复氧过程。同时，水体中还经常发生氧化作用，消耗溶解氧，特别是有机物降解时，会消耗大量的溶解氧，这就是耗氧过程。因此，水体中同时存在着耗氧和复氧两个过程，水体中溶解氧的含量是这两个过程共同作用的结果。正常水体中的溶解氧应达到当时温度下饱和浓度。该温度下实际的溶解氧浓度与饱和浓度的差值称为缺氧量，也称氧亏。若在河流某点连续排入固定量的有机污染物，在稳定流动状态下沿河道不同距离测定水中的溶解氧浓度，则可得到一条溶解氧变化曲线，也就是缺氧量变化曲线，又称为氧下垂曲线，如图 4-1 所示。图中曲线 A 为累积耗氧曲线， B 为累积复氧曲线， C 为氧下垂曲线。 CP 是溶解氧最低点，称为临界点。 CP 点以前，耗氧作用超过复氧作用，溶解氧逐渐下降，是水质恶化过程。 CP 点以后，耗氧量已低于复氧量，溶解氧含量逐渐提高，水质逐渐好转，直至完全恢复。若临界点 CP 的溶解氧大于 4 ～ 5mg/L ，表明排入的有机耗氧物未超过水体自净能力。若 CP 点溶解氧小于 4 ～ 5mg/L ，此水体已不适于水生生物生存，排入污染物量超过了自净能力，水体受到了较重污染。若 CP 点溶解氧等于零，表示此时水体达到无氧状态，出现厌氧分解，水质腐化发臭。按照上述净化过程，可划分为清洁区、水质恶化区和恢复区。对于某一区段，可根据其生物种类及数量和溶解氧浓度作指标，判断其水体污染状况。

图 4-1 耗氧、复氧和溶解氧下垂曲线

    （四）有机有毒物

    这一类物质多属于人工合成的有机物质，这些有机物往往含量低，毒性大，异构体多，毒性大小差别悬殊。此外，这些有机物种类繁多，现仅举几种作简单介绍：

    1. 农药

    水中常见的农药概括起来，主要为有机氯和有机磷农药，此外还有氨基甲酸酯类农药。它们通过喷施农药、地表径流及农药工厂的废水排入水体中。

    有机氯农药由于难以被化学降解和生物降解，在环境中的滞留时间很长，同时，其水溶性低而脂溶性高，易在动物体内累积，对动物和人造成危害。

    有机磷农药和氨基甲酸酯农药与有机氯农药相比，较易被生物降解，它们在环境中的滞留时间较短，在土壤和地表水中降解速率较快，杀虫力较高，目前在地表水中能检出的不多，污染范围较小。

    此外，近年来除草剂的使用量逐渐增加，可用来杀死杂草和水生植物。它们具有较高的水溶解度和低的蒸汽压，通常不易发生生物富集、沉积物吸附和从溶液中挥发等反应。这类化合物的残留物通常存在于地表水体中，除草剂及其中间产物是污染土壤、地下水以及周围环境的主要污染物。

    2. 酚类化合物

    水体中酚的来源主要是冶金、煤气、炼焦、石油化工、塑料等工业排放的含酚废水。由于各工业的原料、工艺、产品不同，各种含酚废水的浓度、成分、水量都有较大的差别。焦化厂含酚废水量大（按经验系数酚水量为 0.35m 3 /t 干煤），水质成分复杂、含酚量高，如回收氨工段的出水含挥发酚可达 1600 － 3600 mg/L ，含不挥发酚可达 300 － 500mg/L 。城市煤气站含酚废水分高浓度和低浓度两种。前者主要来自煤气初冷器集气管的冷凝水，后者主要来自煤气终冷塔，如上海某煤气厂前者含挥发酚 2300 － 3000 mg/L ，含不挥发酚 70 － 2000 mg/L ，后者含挥发酚 40 － 60 mg/L ，含不挥发酚 10-20 mg/L 。石油加工厂含酚废水的主要特征是含酚量低，通常为 50 mg/L 左右。

    另外，粪便和含氮有机物的分解过程中也产生少量酚类化合物，所以城市生活污水也是酚污染物的来源。

    水体遭受酚污染后严重影响水产品的产量和质量。水体中的酚浓度低时能影响鱼类的回游繁殖，酚浓度为 0.1-0.2 mg/L 时鱼肉有酚味，浓度高时引起鱼类大量死亡，甚至绝迹。酚有毒性，但人体有一定解毒能力。如经常摄入的酚量超过解毒能力时，人会慢性中毒，而发生呕吐、腹泄、头疼头晕、精神不安等症状。酚超过 0.002 ～ 0.003 mg/L 时，如用氯法消毒，消毒后的水有氯酚臭味，影响饮用。

    根据酚在水中对人的感官影响，一般规定饮用水挥发酚浓度为 0.001 mg/L ，水源的水中最大容许浓度可以是 0.002 mg/L ，地面水最高容许浓度为 0.01 mg/L 。酚类属于可被天然分解的有机物，其中挥发性酚易被分解为无毒化合物。

    3. 多环芳烃（ PAH ）

    多环芳烃是由石油、煤、天然气及木材，在不完全燃烧或在高温处理条件下所产生的。排入大气中的悬浮粉尘经沉降和雨洗等途径到达地表，加之各类废水的排放引起地表水和地下水的污染。多环芳烃是环境中重要致癌物质之一。已证实，多环芳烃化合物中有许多种类具有致癌或致突变作用。致癌物有苯并（ a ）芘，苯并（ a ）蒽、蒽、二苯并（ a 、 h ）蒽、二苯并（ a 、 h ）芘等，还有多种是属助促癌剂如萤蒽、芘、苯并（ e ）芘等。

    在天然水中， PAH 一般浓度在每升微克以下，在饮用水中也可发现 0.001 ～ 0.01 μ g/L 。 PAH 难以降解，而易于吸附在颗粒物上。

    4. 多氯联苯（ PCB ）

    是联苯分子中一部分或全部氢被氯取代后所形成的各种异体构体混合物的总称。广泛用于工业，剧毒，化学性质十分稳定，难与酸、碱、氧化剂等作用，难以燃烧，高温耐热。脂溶性大，易被生物吸收。在天然水和生物体中很难降解，故一旦侵入肌体就不易排泄，而易聚集在脂肪组织、肝和脑中，引起皮肤和肝脏损害。随着水体水分循环， PCB 污染已成为环境污染影响最具代表性的物质，不仅污染地表水而且可污染海洋。

    5. 表面活性剂

    凡能显著降低水的表面张力的物质称为表面活性剂。表面活性剂在工业上和生活中用途极为广泛，诸如家用各种洗涤剂，食品、乳制品和畜产品工厂对废油（脂）类物质的清洗程序中和汽车冲洗行业中都要大量使用清洗剂，这些含一定浓度洗涤剂的工业和生活污水，排入地面水体，造成对水体的污染。

    表面活性剂对水体的影响，主要有：

    （ 1 ）合成洗涤剂中有一定量的氮（阳离子型季铵盐类）和磷（焦磷酸三钠），排入江、湖易发生水体富营养化。据报道，日本琵琶湖水中磷量的 1/5 来自合成洗涤剂。

    （ 2 ）当水体中含洗涤剂达到 0.5mg/L 时，水面上将浮起一层泡沫，这不仅破坏自然景观，而且影响着大气中的氧向水中溶解交换。水体中的洗涤剂 >10mg/L 时鱼类就难以生存，若达 45mg/L 时，水稻生长就会受到严重危害，甚至死亡。

    （ 3 ）洗涤剂中的表面活性剂会使水生动物的感官功能减退，甚至丧失觅食或避开有毒物质的能力，也即可以使水生动物丧失生存本能。

    三、水体的自净作用

    自然环境包括水环境对污染物质具有一定的承受能力，即所谓环境容量。水体能够在其环境容量的范围以内，经过水体的物理、化学和生物作用，使排入污染物质的浓度和毒性随着时间的推移在向下游流动的过程中自然降低，称之为水体的自净作用。水体自净作用往往需要一定的时间。一定范围的水域以及适当的水文条件。另一方面，水体的自净作用还决定于污染物的性质、浓度以及排放方式等。水体自净能力是有限的，如果排入的污染物数量超过自净能力时，就不能恢复到正常的水平，从而危及水的使用和水生生态系统，便形成水体污染。

    水体的自净包括稀释、扩散、沉降等物理过程，沉淀、氧化还原、分解化合、吸附凝聚等化学和物理化学过程以及生物吸收、降解等生物化学过程。各种过程在水体中同时发生，相互影响。各自所起作用的大小随水文和环境条件而不同。一般地说，物理和生物化学过程在水体自净中占主要地位。因此，按作用机理，水体自净过程可分为物理自净、化学自净和生物自净三个方面：

    （一）物理自净

    物理自净是指污染物进入水体后，由于稀释、扩散、沉淀等作用，使水中污染物的浓度降低，使水体得到一定的净化。其中稀释作用是一项重要的物理净化过程，物理自净能力的强弱取决于水体的物理条件如温度、流速、流量等，以及污染物自身的物理性质如密度、形态、粒度等。物理自净对海洋和容量大的河段等水体的自净起着重要的作用。

    （二）化学自净

    化学自净是指污染物在水体中以简单或复杂的离子或分子状态迁移，并发生了化学性质或形态、价态上的转化，使水质亦发生了化学性质的变化，但未参与生物作用。如酸、碱中和、氧化－还原、分解－化合、吸附－解吸、胶溶－凝聚等过程。这些过程能改变污染物在水体中的迁移能力和毒性大小，亦能改变水环境化学反应条件。影响化学自净的环境条件有酸碱度、氧化还原电势、温度、化学组分等。污染物自身的形态和化学性质对化学自净也有很大影响。

    （三）生物自净

    生物自净是指水体中的污染物经生物吸收、降解作用而发生消失或浓度降低的过程。如污染物的生物分解、生物转化和生物富集等作用。水体生物自净作用也称为狭义的自净作用。淡水生态系统中的生物净化以细菌为主。需氧微生物在溶解氧充足时，能将悬浮和溶解在水中的有机物分解成简单、稳定的无机物二氧化碳、水、硝酸盐和磷酸盐等，使水体得到自净。水中一些特殊的微生物种群和高等水生植物如浮萍、凤眼莲、水花等，能吸收并浓缩水中的汞、镉等重金属元素或难降解的人工合成有机物，使水逐渐得到净化。

    影响水体生物净化作用的主要因素是水中的溶解氧含量，温度和营养物质的碳氮比例。水中溶解氧是维持水生生物生存和净化能力的基本条件，因此， 它是衡量水体自净能力的主要指标。

第三节 污染物在水体中的转化

    污染物进入水体后发生各种反应，根据污染物的不同性质可产生不同的污染过程。有机污染物在水环境中的迁移转化主要取决于有机污染物本身的性质以及水体的环境条件。有机污染物一般通过吸附作用、挥发作用、水解作用、光解作用、生物富集和生物降解作用等过程进行迁移转化，一些重金属污染物在水体中可发生形态或状态的转化。

    一、水体中需氧有机物的降解

    有机物在水体中的降解主要通过化学氧化、光化学氧化和生物化学氧化来实现，其中生物化学氧化作用具有最重要的意义。

    需氧污染物在水体中发生生物降解的问题可以从两方面来考察：从微观看，就是考虑微生物的生活行为和污染物在微生物的作用下发生逐步降解的反应机理；从宏观看，也就是考虑水体本身如何通过生物因素而达到自净结果的。对这两方面的内容将在下文分别予以阐述。

    （一）生化需氧过程中的生物系统和生化反应

    生物需氧过程中的生物系统可用图 4-2 表示。从这个图中我们可以看到，在降解有机物过程中，微生物中的细菌所起的作用最大（在水体中数量多，氧化功能强），其次是原生动物。

    在生物需氧过程三阶段中发生的反应有氧化反应、合成反应和内源呼吸反应（氧化反应在好氧、厌氧条件下皆能发生，而且细菌生长和能量利用情况也很相似，但反应产物是十分相异的）。在三阶段发生的典型反应归纳列举如下：

    1. 有机物氧化（呼吸）反应

    2. 无机物氧化（呼吸）反应

    3. 合成细胞原生质（合成）反应

    4. 细菌原生质氧化（内源呼吸）反应

    细菌的呼吸是在生活的原生质中进行的一种生物化学过程，由此产生的能量可供细菌的各种生命活动之用；另一方面，细菌的内源呼吸导致细胞物质的自身破坏和内耗。实际上，细菌发挥正常活动功能（如在水体中运动、体内酶的激活）只需很少能量，这一份额的能量单靠内源呼吸也已足够提供。按专业研究人员提出的假说，微生物的生长是以下两种相反过程竞争的结果：同化外来营养物质和内耗体内细胞物质。即使环境中所含营养物质并不缺乏，细菌体内破坏原生质的过程也还是发生着的。对外来营养物质发生同化过程的速率正比于细胞中原生质的质量和细胞的外表面积，内源呼吸的速率则首先取决于外界环境的条件。

    （二）需氧有机物的生物降解

    有机化合物降解过程中所发生的一系列反应经常按一定程式演变，可以称为径路；有一些径路是周而复始、循环进行的，进入循环的有机物在演变中完成降解，这种形式可称为循环，如具有普遍意义的三羧酸循环即是如此。

    1. 营养物质的生物降解机理

    包括糖类、脂肪、蛋白质在内的这几类有机物主要来自于人的排泄和动植物废料，是城市污水中的主要成分。

    糖类、脂肪、蛋白质这三类物质在有氧条件下生物降解的概貌可用图 4-3 表示。需要指出，在图 4-3 中还没有将能量转移关系显示出来。

    多糖类从水解开始，经二糖而转为单糖（如葡萄糖），单糖在无氧条件下酵解生成丙酮酸，丙酮酸再在有氧条件下进入三羧酸循环而达到彻底氧化的结果。

    脂类水解后生成甘油和相应的各种长链脂肪酸，甘油经过一个复杂的磷酸化径路转化为丙酮酸，而长链脂肪酸则发生数次 b 氧化，由每一次 b 氧化脱去一个醋酸分子，所以原先的脂肪酸逐渐缩短其链长。在有氧条件下，所生成的丙酮酸和醋酸分子都进入三羧酸循环，最后达到完全氧化。

    蛋白质在外酶作用下，水解产生氨基酸，氨基酸经脱羧基、脱氨基反应后生成小分子脂肪酸，其最后结果也相似于碳化合物，即在有氧条件下可完全氧化为 CO2和 H2O 。

    上述脂肪酸 b 氧化历程在生物降解中有一定的普遍性，具体地说，长链脂肪酸的氧化通常发生在分子中的 b 碳原子上，且该过程是在辅酶Ａ的作用下完成的，所以脱下的部分实际上是乙酰辅酶 A ：

    脱去两个碳原子后碳链缩短的有机酸仍然结合着辅酶 A ，可以重复进行 b - 氧化步骤，使碳链不断缩短。

    2. 污染物的生物降解机理

    这里主要讨论碳水化合物的生物降解。碳水化合物是由 C、H、O 组成的不含氮的有机物，一般以通式 Cn(H2O2)m表示。

    这类化合物一般具有疏水性和呈高度还原状态这两方面特性，从而对渗入细胞过程及微生物生理特性、增殖动力学和氧化机构等产生很大影响。如由于分子呈还原状态，所以降解反应都属氧化反应一类，且在反应中必须有氧存在并有氧化酶作催化引发。碳水化合物根据分子构造的特点通常分为三类：单糖、二糖、多糖。单糖包括戊糖（ C5H10O5）和已糖（ C6H12O6）。戊糖以木糖和阿拉伯糖为代表；已糖如葡萄糖、果糖等；二糖（ C12H22O11）的代表如蔗糖、乳糖、麦芽糖等；多糖是已糖的产物和其他单糖凝聚而成，以淀粉、纤维素最具代表性。

    细菌或其他微生物首先在细胞外通过水解使碳水化合物从多糖至少转化为二糖后，才能透入细胞膜内。例如，淀粉可由淀粉糖化酶参与水解成为乳糖，纤维素可由纤维素水解酶参与转化为纤维二糖等。其通式为：

这时的能量变化很小。

    在细胞外部或内部，二糖可以再水解而成为单糖。例如，乳糖、纤维二糖都可以转化为葡萄糖：

这时的能量变化同样很小。

    碳水化合物通过水解从多糖至少转化为二糖后才能进入细胞膜内。在细胞内部或外部二糖可以水解成为单糖。在细胞内部，单糖可作为能源而被利用。

    进一步的变化，无论是在有氧或无氧条件下，单糖都首先转化为丙酮酸：

     style="line-height:160% ">     此过程可统称为糖解过程。在有氧条件下，丙酮酸在乙酰辅酶 A 的作用下进入三羧酸循环，最终被完全氧化为二氧化碳和水。

    在无氧条件下，丙酮酸的氧化不能充分进行到底，而是把丙酮酸本身作为受氢体，反应的最终产物是各种酸、醇、酮等，这样的过程称为发酵。碳水化合物发酵分解会产生大量有机酸，时常超过水体的缓冲能力，使 pH 值下降，甚至会抑制细菌的生命活动，称为酸性发酸。

    二、重金属在水体中的迁移转化

    重金属在水体中不能被微生物降解，只能发生形态间的相互转化及分散和富集过程。这些过程统称重金属迁移。重金属在水体中的迁移主要与沉淀、络合、螯合、吸附和氧化还原等作用有关。

    （一）溶解－沉淀作用

    重金属化合物在水中迁移能力，直观地可以溶解度来衡量。溶解度小者，迁移能力小。溶解度大者，迁移能力大。

    重金属在水中可经过水解反应生成氢氧化物，也可与相应的阴离子生成硫化物、碳酸盐等。而这些化合物的溶度积都很小，容易生成沉淀物。这一情况使得重金属污染物在水体中随水流扩散的范围有限，从水质自净方面看，这似乎是好的一面，但大量聚集于排水口附近底泥中的重金属可能成为长期的次生污染源。

    （二）吸附作用

    天然水体中的悬浮物和底泥中含有丰富的胶体，包括各种粘土矿物、水合金属氧化物和各种可溶性和不溶性的腐殖质。胶体由于具有巨大的比表面、表面能和带电荷，能强烈地吸附各种分子和离子，对重金属离子在环境中的迁移有重大影响。在自然界中，许多元素和化合物是以胶体状态进行迁移的。胶体的吸附作用是使许多微量重金属从不饱和天然溶液中转入固相的最重要途径。

    1. 水体中胶体物质的种类

    天然水体中的胶体一般可分为三大类：即无机胶体，包括各种次生粘土矿物和各种水合氧化物；有机胶体，包括天然和人工合成的高分子有机物、蛋白质、腐殖质等；有机－无机胶体复合体。

    2. 胶体物质对污染物的吸附作用

    （ 1 ）粘土矿物对重金属的吸附

    粘土矿物吸附重金属离子的机制，目前还未完全搞清，现在仅介绍两种粘土矿物吸附重金属离子的机理：

    ①离子交换吸附：粘土矿物微粒通过层状结构边缘的羟基氢和-OM 基中 M+ 离子以及层状结构之间的 M+离子，交换水中重金属离子而将其吸附：

    重金属离子价数越高，水化离子半径越小，浓度越大，就越有利于和粘土矿物微粒进行离子交换而被大量吸附。

    ②在溶液中先水解，而后吸附，机制如下式所示：

    即重金属离子先水解，然后夺取粘土矿物微粒结构边缘 OH - 离子，形成羧基络合物而被微粒吸附。

    （ 2 ）水合金属氧化物对重金属离子的吸附

    一般认为，水合金属氧化物对重金属离子的吸附过程是重金属离子在这些颗粒表面发生配位化合过程，可用下式表示：

    （ 3 ）腐殖质微粒对重金属离子的吸附

    主要是通过它的螯合作用和离子交换作用。由于腐殖质中活性羧基、酚基的氢可以质子化，所以能与重金属离子进行离子交换而将它吸附。腐殖质的离子交换吸附机制以及螯合吸附机制，可以用下式表示。

    3. 水体中胶体微粒的凝聚

    天然水体中有机和无机胶体微粒带有负电荷，外电层吸附阳离子。溶液中存在大量某些其他阳离子时，会引起胶体发生凝聚作用。

    重金属化合物被吸附在有机胶体、无机胶体和矿物微粒上以后，就随它们在水体中运动。如果这些胶体微粒能够相互聚集到一起，形成比较粗大的絮状物，就可能在水流中沉降下来，沉积在水体底部，最终成为沉积物。

    （三）络合与螯合作用

    水体中存在着多种多样的天然和人工合成的无机与有机配位体，它们能与重金属形成稳定的络合物和螯合物，对重金属在水体中的迁移有很大影响。天然水中最常见的无机配位体有 Cl-、 SO42-、 HCO3 -、 OH-等，在某些情况下还有 F-、 S2-和磷酸盐等，它们均能与重金属形成络合离子。

    例如 Cd 2+ 在海水中与 OH-和 Cl-形成 CdOH+、 Cd(OH)2、 HCdO2- 、 CdO22- 、 CdCl+ 、 CdCl2、 CdCl3- 、 CdCl42- 等铬合离子，使 Cd(OH)2的溶解度增加 100 倍以上。天然水体中有机配位体主要是腐殖质。腐殖质是极为复杂的有机物质，含有 -COOH 、 -OH 、 -C=O 、 -O-CH3等功能基团，几乎能与所有的重金属形成可溶性螯合物。可以有效地阻止重金属生成难溶盐沉淀，也可以与底泥中的重金属结合形成可溶性螯合物而重新进入水层，对水体带来危害。

    （四）氧化、还原作用

    要有二种价态：正三价（ Cr3+）和正六价 (CrO42-) 。从毒性上看六价铬远大于三价铬，所以过去制定饮水卫生标准时均以六价铬为依据，但近年来研究证明，在正常 pH 值的天然水中三价铬与六价铬可以相互转化。

    水体中发生的氧化还原反应往往与 pH 值有密切关系。因此，常用 Eh-pH 图来表示污染物存在形态的区域，图中的区域分界线表示两侧化合态的浓度在线上其数值相同。

    各类天然水 Eh 及 pH 的情况如图 4-4 所示。可将天然水体分成三类：第一类是同大气接触富含溶氧 p ε 高的氧化性水（河水、正常海洋水等）；第二类是同大气隔绝不含溶氧而富含有机物 p ε低的还原性水（富有机质盐水等）；第三类是 p ε介于第一、二类水之间，但偏向第二类的还原性水。这类水基本上不含溶氧，有机物比较丰富，如沼泽水等。在第二、三类天然水中，当硫酸盐含量颇高时，将产生大量的硫化氢。其来源除由水中含硫有机物分解形成外，主要是厌氧细菌利用硫酸盐中的氧来氧化有机物，而使硫酸盐被还原成硫化氢的结果。

    三、水体富营养化

    在湖泊（还有水库、海岸的河口、港湾等）水流较缓的区域，最容易发生富营养化问题。这是一种由磷和氮的化合物过多排入水体后的二次污染现象。主要表现为水体中藻类大量繁殖，严重影响了水质。现代湖沼学也把这一现象当作湖泊演化过程中逐渐衰亡的一种标志。

    （一）富营养化的发生

    通过近一、二十年来各国科学家的研究，已基本弄清富营养化的发生，主要是由于水体中氮、磷等营养元素的增多所引起的。从现象看，富营养化现象的发生与水体中藻类的多寡密切相关。

    在适宜的光照、温度、 pH 和具备充分营养物质的条件下，天然水体中藻类进行光合作用，合成本身的原生质，其基本反应式可写为：

    （藻类原生质）

    从反应式可以看出，在藻类繁殖所需要的各种成分中，成为限制性因素的是磷和氮，所以藻类繁殖的程度主要决定于水体中这两种成分的含量，并且已经知道能为藻类吸收的是无机形态的含磷、氮的营养物。因而，水体中的氮、磷含量的高低与水体富营养化程度有密切关系。

    水体中氮、磷营养物质的最主要来源有： 1. 雨水。众多统计资料表明，雨水中的硝酸盐氮含量在 0.16 ～ 1.06mg/L 间，氨氮含量在 0.04 ～ 1.70mg/L 间；磷含量在 0.10mg/L 至不可检测的范围间。由此可见，大面积湖体或水库中，从雨水受纳氮营养物质的数量还是相当大的。 2. 农业排水。首先是由于天然固氮作用和农用氮、磷肥的作用，使在土壤中累积了相当数量营养物质，它们可随农田排水流入邻近的水体。当庄稼生长期很短而没有充分吸取农田中的肥料或农田有很大坡度时，这种流失就更为严重。此外，饲养家畜过程所产生的废物中也含有相当高浓度和相当数量的营养物质，有可能通过排水进入邻近水体。 3. 生活污水。生活污水含有丰富的氮、磷等营养物质，经济发达国家的调查表明，每人每天排入生活污水的磷、氮量分别为 1.3 ～ 5.0g 和 12 ～ 14g 。如日本对大坂和神奈川县调查结果，生活污水中磷平均含量为 1.34g/ 天·人，氮为 12.05g/ 天·人。生活污水中的营养物浓度与生活水平有关，我国目前生活水平还较低，排入生活污水的磷、氮量亦较少。据测定，城市居民每人每天排入生活污水的磷、氮量约为 0.5g 和 10g 左右。

    在污水处理厂，通过厌氧处理污泥的方法，可除去污水中 20 ～ 50 ％的氮。在水处理厂中未能除去的污水中的氮和磷就随排出水流入附近的受纳水体。

    其他来源。包括城镇和乡村的径流、工业废水、地下水等。

    （二）湖水的营养化程度判断标准

    在湖泊水体中，凡生产者、还原者、消费者达到生态平衡者是属调和型的湖泊，这种类型的湖泊又可依据湖水营养化程度大小分贫营养化湖、低营养化湖、中营养化湖和富营养化湖。在另一种所谓非调和型的湖泊中，不存在能生产有机物质的生产者。非调和型湖泊又可分为腐植质营养湖和酸性湖两类，前者湖水呈弱酸性，水质褐色透明，含大量难分解腐殖质；后者是由于火山活动及酸雨等影响，使湖水呈较强酸性，因而导致水中大部分生物死亡或外逃。调和型湖泊的营养化程度可用磷含量、总氮含量、叶绿素 a 含量和透明度等指标来度量。

    一般地说，总磷和无机氮分别超过 20 毫克 / 米 3 和 300 毫克 / 米 3 就认为水体处于富营养化状态。

    吉克斯塔特（ Gekstatter ）提出了划分水质营养状态的标准，并为美国环境保护局（ EPA ）在水质富营养化研究中所采用，见表 4-3 。

    日本的坂本通过调查日本湖泊，得出表 4-4 所示的总磷和总氮的临界值。

    从上述几个表可以看到，对发生富营养化作用来说，磷的作用远大于氮的作用，磷的含量不很高时就可以引起富营养化作用。

    近年来有人认为，水体富营养化问题的关键不是水质营养物质的浓度，而是连续不断流入水体中的营养物质氮、磷的负荷量。负荷量有两种表示方法：单位单程负荷量（ g/m3· a ）和单位面积负荷量（ g/m3· a ）。据研究，当进入水体的磷大部分以生物代谢的方式流入时，则贫营养湖与富营养湖之间临界负荷量可设定总磷为 0.2 -0.5g / （ m3· a ），总氮为 5 -10g / （ m3· a ）。

    （三）富营养化的危害与防治

    1. 富营养化的危害

    藻类本身使水道阻塞，鱼类生存空间缩小，使水体生色，透明度降低，其分泌物又能引起水臭、水味，在给水处理中造成各种困难。更重要的是富营养化还可能破坏水体中生态系统原有的平衡。藻类繁生将使有机物生产速度远远超过消耗速度，从而使水体中有机物积蓄，其后果是：（ 1 ）促进细菌类微生物繁殖，一系列异养生物的食物链都会有所发展，使水体耗氧量大大增加；（ 2 ）生长在光照所不及的水层深处的藻类因呼吸作用也大量耗氧；（ 3 ）沉于水底的死亡藻类在厌氧分解过程中促使大量厌氧菌繁殖；（ 4 ）富氨氮的水体开始使硝化细菌繁殖，在缺氧状态下又会转向反硝化过程。综合上述作用，富营养发生后，将先引起水底有机物消耗速度超过其生长速度，处于腐化污染状态，并逐渐向上层扩展，在严重时可使一部分水体区域完全变为腐化区。这样，由富营养而引起有机体大量生长的结果，倒过来又走向其反面，藻类、植物及水生物、鱼类趋于衰亡以至绝迹。这些现象可能周期性地交替出现，破坏水城的生态平衡并且加速湖泊等水域的衰亡过程。

    2. 富营养化的防治

    水体的富营养化是水环境的一个较为突出的问题，国内外均十分重视，对水体富营养化防治的各种方法可归纳于表 4-5 。

    参考文献：

    1. 陈静生主编，水环境化学，高等教育出版社， 1987

    2. 王晓蓉主编，环境化学，南京大学出版社， 1997

    3. 何强、井文涌、王诩亭，环境学导论（第二版），清华大学出版社， 1994

    4. 戴树桂主编，环境化学，高等教育出版社， 1997

    5. [ 日 ] 须藤隆一著，俞辉群、全浩译、全浩，张自结校，水环境净化及废水处理微生物学，中国建筑出版社， 1985

    6. 陈志远主编，中国酸雨研究，中国环境科学出版社， 1997

    7. S. E. Manahan. Environmental Chemistry. Fourth Ed. ， Boston ： Willard Grant Press. 1984

    8. Werner Stumm. Chemistry of solid – water interface. John Wiley & Sons ， Inc. 1992 ， 243-288