森林生态系统

蒋高明

森林是以乔木为主体，具有一定面积和密度的植物群落，是陆地生态系统的主干。森林群落与其环境，所形成的一定结构、功能和自我调控能力的自然综合体就是森林生态系统。森林生态系统是陆地生态系统中面积最大、最重要的自然生态系统。

据专家估测，历史上森林生态系统的面积曾达到76亿公顷，覆盖着世界陆地面积的2/3，覆盖率为60%。在人类大规模砍伐之前，世界森林约为60亿公顷，占陆地面积的45.8%。至1985年，森林面积下降到41.47亿公顷，占陆地面积的31.7%。至今，森林生态系统仍为地球上分布最广泛的生态系统。

森林生态系统的主要特征

第一，物种繁多、结构复杂，森林是陆地上巨大的基因库。世界上所有森林生态系统保持着最高的物种多样性，是世界上最丰富的生物资源和基因库。仅热带雨林生态系统就约有200万种～400万种物种。中国被子植物有329科3172属，30000多种；裸子植物计有10科36属197种，合计我国种子植物有339科，3208属，30197种，其中在森林或森林区域中分布的含200种以上的植物种有30科，1793属，17370多种，是中国森林区系的优势种。此外，苔藓植物约2200种，蕨类植物约2600种。特有种约有15000～18000种，其中种子植物有7个科，243特有属。森林生态系统具有多层次，有的多至7～8个。一般分为乔木层、灌木层、草本层和地面层等四个基本层次。有的层次明显，层与群纵横交织，显示系统复杂性。以森林或森林环境为生的动物和微生物种类更加庞大，全球物种最丰富的昆虫（约100万种），大都在森林生态系统中分布。

第二，森林生态系统类型多样。森林生态系统在全球各地都有分布，森林植被在气候条件和地形地貌的共同作用和影响下，既有明显的纬向水平分布带，又有山地垂直分布带。在我国云南省，从南到北依次出现热带北缘雨林、季节雨林、南亚热带季风常绿阔叶林、思茅松林、中亚热带和北亚热带半湿性常绿阔叶林、云南松林和温性针叶林等。

森林生态系统类型复杂，形成多种独特的生态环境。高大乔木宽大的樹冠，能保持温度均匀，变化缓慢。在密集林冠内，树干洞穴、树根隧洞等，都是动物栖息场所和理想的避难所。许多鸟类在林中作巢，森林生态系统的安逸环境，有利于鸟类的育雏和繁衍后代。森林有多种多样的种子、果实、花粉、枝叶以及各种幼嫩组织等，都是林区哺乳动物和昆虫的食物。离开了森林食物或森林环境，森林生物多样性就难以保存。

第三，森林生态系统稳定性高。森林丰富的生物多样性造成生态系统高的稳定性。森林生态系统经历了漫长的发展历史，形成了物种丰富、群落结构复杂、各类生物群落与环境相协调、群落中各个成分之间、以及与其环境之间相互依存和制约，从而保持着系统的稳态。森林生态系统具有很高的自调控能力，能自行调节和维持系统的稳定结构与功能，保持着系统结构复杂、生物量大的属性。森林系统内部的能量、物质和物种的流动途径通畅，系统的生产潜力得到充分发挥，对外界的依赖程度很小。森林植物从环境中吸收其所需的营养物质，一部分保存在机体内进行新陈代谢活动，另一部分形成凋谢的枯枝落叶，将其所积累的营养元素归还给环境。通过元素循环，森林生态系统内大部分营养元素不仅收支平衡，还大量积累某些元素，如碳、氮等元素来自大气，通过森林强大的光合作用，不断储藏在森林活生物量或森林土壤中。

第四，森林生产力高、现存量大。森林具有巨大的林冠，伸张在林地上空，似一顶屏障，使空气流动变小，微环境也变小。森林生态系统是地球上生产力最高，现存量最大的生态系统，是生物圈的能量基地。据统计，每公顷森林年生产干物质是12.9吨，而农田是6.5吨，草原是6.3吨。森林生态系统不仅单位面积的生物量最高，而且生物量约16.8亿吨，占陆地生态系统总量18.52亿吨的90%左右。

森林生态系统的功能

按照目前流行的说法，人类起源于非洲的丛林。大约1000万年前，整个非洲大陆覆盖着连绵不断的森林。后来，大裂谷的形成改变了非洲的地貌和气候，森林丧失了生存的条件，连续的森林碎片化使得东西部动物群的交往受到了阻碍。环境改变后，人猿的共同祖先发生了分离。西边较大居群的后裔，由于适应湿润的森林环境，成为两种大猿；而东边较小居群共同祖先的后裔则相反，出现了一种对空旷环境适应的新成员，即人类的祖先。从这个高度简化的人类起源故事看，人类从他出生的那一天起，就和森林有了不解之缘。

关于森林的功能，许多教科书上都有详细的介绍。这里不妨再看看一组枯燥的数据：每公顷森林可年吸收灰尘330～900吨，这是说森林是很好的空气过滤器；有林地比无林地每公顷多蓄水20吨，即森林是“绿色水库”；每公顷防护林可保护100多公顷农田免受风灾，是说森林是农田的“呵护神”；每公顷森林放出的氧气可供900多人呼吸，因此森林是最好的天然“氧吧”；每公顷松柏林，一昼夜能分泌30公斤抗生素，杀死肺结核、白喉、伤寒、痢疾等细菌，所以森林还是我们的“保健医生”；噪声通过40米林带可减噪10～15分贝，即森林还可以让人安静下来；林地只要有1厘米的枯枝落叶层覆盖，就可以使泥沙流失量减少94%，水土保持效果比裸地提高44倍。还有，森林冬暖夏凉，夏季日平均气温低2℃左右，冬季日平均气温高2℃左右。因此，适宜的人居环境里应当有森林。

森林在全球环境中发挥着重要的作用。森林是养护生物最重要的基地；森林可大量吸收二氧化碳；森林是重要的经济资源；森林在防风固沙、保持水土、抗御水旱、抵抗风灾等方面，具有十分重要的生态作用。森林在生态系统服务方面所发挥的作用，是无法用人力替代的。

森林的作用远不止这些。森林为人类提供了工业原料、燃料、饲料、肥料及油料；森林是国民经济持续、快速发展的重要保障，健康的森林是生态良好的标志。从全球环境看，森林生态系统还是控制全球变暖的缓冲器。森林减少对全球变暖的贡献率约占30%～50%。反过来讲，要控制全球变化，减少日益增加的空气二氧化碳，在适宜的地区大量发展森林无疑是最好的选择。正是由于这个原因，人们将热带雨林形象地比喻成“地球之肺”。

森林还是生物多样性的摇篮，除了人类起源于森林外，世界上90%以上的物种跟森林有关；热带雨林更是生物多样性的巨大宝库，它拥有200万种物种，至少是地球上动植物种类的50%。仅在巴西Rordonia地区1平方公里的热带雨林中，就有1200种蝴蝶，是美国和加拿大蝴蝶种类总和的2倍。

森林生态系统主要类型

①热带雨林生态系统。热带雨林主要分布于赤道南北纬5°～10°以内的热带气候地区， 以东南亚洲、非洲和南美洲为主。这里全年高温多雨，无明显的季节区别，年平均温度25～30℃，最冷月平均温度也在18℃以上，极端最高温度多数在36℃以下。年降水量通常超过2000mm，有的高达6000mm。全年雨量分布均匀，常年湿润，空气相对湿度90%以上。

热带雨林生态系统由热带树木组成的高大茂密、终年常绿的生态系统类型。我国的陆地南缘处于北热带，属印度-马来西亚的雨林大类，主要分布在广东和广西南部、云南南部及西藏东南部。雨林的特征是物种丰富，乔木高大、层次多，有老茎生花和板根等雨林的特有现象，藤本和附生植物丰富，一些藤本植物可以杀伤附主，成为雨林中的“绞杀者”，这也是雨林特有的现象。除了典型雨林外，我国还有山地沟谷雨林分布，具有一定的季风常绿阔叶林特点，樟科植物明显增加，茶科、壳斗科和裸子植物较常见。热带雨林里的主要动物，大家都不陌生，有亚洲象、长臂猿、犀鸟、鹦鹉、眼镜蛇等。

②亚热带常绿阔叶林生态系统。亚热带常绿阔叶林发育在湿润的亚热带气候地带，主要分布在北纬22°～40°之间。常绿阔叶林生态系统处于明显的亚热带季风气候区，夏季高温多雨，冬季寒冷少雨，春秋温和，四季分明。年平均气温16℃～18℃，最热月平均气温为24℃～27℃，最冷月平均为3℃～8℃，冬季有霜冻，年降水量1000mm～1500mm。

在全球范围内，中国的常绿阔叶林生态系统最为典型，主要分布在我国广阔的亚热带地区，在丘陵、山地均有分布，所跨纬度很宽。典型常绿阔叶林为中亚热带水平地带性类型，分布范围为北纬23°40′～32°，东经99°～123°之间的中亚热带地区，分布海拔在中亚热带东部为1000～2000米以下，西部为1500～2800米，主要见于长江以南至福建、广东、广西、云南的北部。常绿阔叶林主要由樟科、壳斗科、山茶科、金缕梅科、木兰科等科的常绿阔叶树组成，著名的树种包括银杏、水杉、鹅掌楸等。群落结构较热带雨林简单，乔木层通常2～3层，树冠较整齐。其建群种和优势种的叶子相当大，呈椭圆形革质、表面有厚蜡质层，具光泽，没有茸毛，叶面向着太阳光，能反射光线，因此也有人称之为“照叶林”。常绿阔叶林生态系统内的野生动物资源十分丰富，脊椎动物达1000余种，我国著名的有大熊猫、金丝猴、华南虎、云豹、金猫、红腹角雉等都分布在其中。

③落叶阔叶林生态系统。又称夏绿阔叶林，通常是指具有明显季相变化的夏季盛叶冬季落叶的阔叶林，它是在温带海洋性气候条件下形成的地带性植被类型。夏绿阔叶林主要分布在西欧，并向东伸延到欧洲东部。在我国主要分布在东北和华北地区。此外，日本北部、朝鲜、北美洲的东部和南美洲的一些地区也有分布。夏绿阔叶林分布区的气候是四季分明，夏季炎热多雨，冬季寒冷。年降水量为500mm～1000mm，而且降水多集中在夏季。

夏绿阔叶林主要由杨柳科、桦木科、壳斗科等科的乔木植物组成，常见的有栎、山毛榉、械、桦木、鹅耳栃、榆、杨等属。冬季完全落叶，春季发新叶，夏季形成郁闭林冠，秋季叶片枯黄，因此，夏绿阔叶林的季相变化十分显著。群落结构较为清晰，通常可分为乔木层、灌木层和草本层3个层次。草本层的季节变化十分明显，这是因为不同草本植物的生长期和开花期不同所致。夏绿阔叶林中有脊椎动物200多种，较大型的有鹿、獾、棕熊、野猪、狐狸、松鼠等，鸟类有雉、莺等，还有各种各样的昆虫。动物中较著名的有金钱豹、猕猴、褐马鸡、斑羚、红腹锦鸡等。

④北方针叶林生态系统。是指以针叶树为建群种所组成的各种森林群落的总称，包括各种针叶纯林、针叶树种的混交林，以及以针叶树为主的针阔叶混交林。北方针叶林也称寒温带针叶林，它是寒温带的地带性植被。寒温带针叶林主要分布在欧洲大陆北部和北美洲，在地球上构成一条壮观的针叶林带。此带的北方界线就是整个森林带的最北界线，也就是说，跨越此带再往北，则再无森林的分布了。寒温带针叶林区的气候特点是比夏绿阔叶林区更具有大陆性，即夏季温凉、冬季严寒。七月气温为10～19℃，一月气温为-20～50℃， 降水量约300～600 mm，其中降水多集中在夏季。

北方针叶林又称泰加林，最明显的特征之一就是外貌十分独特，易与其他森林相区别。通常由云杉属和冷杉属树种组成，其树冠为圆锥形和尖塔形；而由松属组成的针叶林，其树冠为近圆形，落叶松属形成的森林，它的树冠为塔形且稀疏。云杉和冷杉是较耐阴的材种，因其形成的森林郁闭度高，林下阴暗，因此又称它们为阴暗针叶林。松林和落叶松较喜阳，林冠郁闭度低。林下较明亮，所以又把由落叶松属和松属植物组成的针叶林称为明亮针叶林。北方针叶林另一个特征就是其群落结构十分简单，可分为乔木层、灌木层、草本层和苔藓层四个层次，乔木层常由单一或两个树种构成。

⑤稀树疏林生态系统。典型的稀树疏林分布在非洲，由金合欢、猴面包树等稀疏乔木和广阔的草原组成。以往认为中国不具备这种类型，但根据多年研究，我们认为中国的“四大沙地”，即浑善达克、科尔沁、毛乌素、呼伦贝尔在健康的状况下，其景观和生态系统的结构与功能恰好是典型的稀树疏林类型，且其生产力略高于非洲的“萨王那”生态类型。在中国，该类型目前被混同为沙漠，或混同于草原，其重要生态价值尚没有得到充分的重视。中国稀树疏林指示植物有沙地榆、白桦、山定子、沙柳、红柳、赖草、羊草、金莲花、红门兰，指示动物有狼、狍子、沙狐、草兔、鼢鼠等。

森林生態系统面临的严重问题

尽管人类从大森林里走出，人类对于养育他的“母亲”并不是呵护有加，而是处于不断的砍伐与掠夺之中。森林蒙受灾难的原因正是由于她的各项用途。砍伐造成的破坏不仅仅是森林本身，栖息在其中的动物、微生物也遭到了灭顶之灾。这个灾难之后的受害者就是人类本身了，日益增加的大气二氧化碳、大气温度、全球性降水分配不均匀在很大程度上正是由于大肆砍伐森林造成的不良后果。

毁林的例子比比皆是。20世纪90年代中期， 估计还有5500万平方公里的热带雨林处于未受破坏的状态，保留的面积只有原来的50%，相当于美国国土的三分之二。即使这些剩余的热带雨林，每年也以16万平方公里的速度被砍伐；同时有等量的雨林由于耕种、采樵和放牧受到严重影响。照此速度，全球热带雨林将在30年内彻底消失。热带雨林破坏多发生在经济落后的非洲，如委内瑞拉每分钟消失热带雨林达30公顷。在我们大部分人的有生之年，世界上将有1/4的物种将随着热带雨林一起消失。

20世纪上半时期，在波罗的海诸国和前苏联西部的交界处发生了森林大规模砍伐。二战以后，在工业伐木的同时，许多造林工程开始实施，但是造林的速度赶不上砍林的速度。由于非法采伐，俄罗斯联邦损失了约8.5亿公顷温带森林和泰加林，所毁森林占世界林地总面积的22%，超过了世界上任何一个国家最大的森林面积。工业污染也导致森林严重退化，是一把看不见的巨型“斧头”。东欧和中欧大面积的林地遭到了酸雨的危害，在俄罗斯联邦的工业中心乌拉尔、科拉半岛和西伯利亚都发生了森林退化，仅在西伯利亚的诺里尔斯克就有50多万公顷林地受到破坏。俄罗斯联邦的车诺比尔有100万公顷林地受到影响。

在地中海地区，由于过度放牧和树木砍伐，目前不受干扰的森林面积已经非常之少。受气候条件（空气干燥，风力强大）影响，火灾和植被的可燃性是地中海地区林地的主要敌人。据估计，每年平均有50万公顷的林地被烧毁。火灾主要是人为因素引起的：在传统牧区，“牧火”非常频繁，尤其是在灌丛林地，其他绝大部分火灾是由于疏忽引起的，而非犯罪意图。在干旱年份，火灾发生的次数急剧上升，尤其是在旅游区。一向安静的森林受到了来自人类的最大破坏，而人类是在森林的摇篮里长大的。

没有了森林的呵护，人类付出的可能是生命的代价。2005年6月10日，一场突如其来的大水，夺取了黑龙江省宁安市沙兰镇中心小学88名小学生的幼小生命。如果从表面上看，那些小生命是被那平时看似柔弱的水“变暴”而夺去的，但是，水为什么会变暴呢？这与森林生态环境的退化有着直接的关系。

雨降落到地面上形成径流。地面上如果没有任何的覆盖物，像城市的水泥地面那样，那么雨水将很快聚集成大水；如果这个没有覆盖物的地面变成了坡面，即山坡上，那么聚成大水的速度将更快，“洪水猛兽”的形成就是这个简单道理。相反，如果地面上有植被，植被下面有枯枝落叶层，枯枝落叶层下面有土壤，那么，再暴的雨变成“洪水猛兽”之前都需要一定的缓冲时间。因为，暴雨的力量被山上的森林、灌木、草本、枯枝落叶、土壤五道“卫士”大大地减弱了。从茂密森林里流下来的是“涓涓溪流”而非急流或者泥石流。失去了上述五道“卫士”保护，暴雨直接从裸露的有一定坡度的岩石面上滚下，其势如猛虎下山。

森林涵养水源和保护生态环境的功能早就被美国科学家证实了。1965年，耶鲁大学的科学家将胡伯德-布卢克森林地区一条河流上游38英亩的森林全部砍光，并用除草剂将新长出的小草也全部杀死，观察水土和养分流失情况。没有了森林保护，流出峡谷的水量增加了40%；钙的流失量增加了10倍；氮由原来每公顷吸收2公斤到释放120公斤，河水硝酸盐含量超过安全饮用水标准。被砍伐后的峡谷肥沃程度急剧下降，爆发洪水的危险大大增加了。由涓涓溪流到“洪水猛兽”，起关键作用的是上游的森林植被。

美国的实验在我国得到了更加惨重、更加触目惊心的验证。由于上游大量森林植被的破坏，水土流失加剧，1998年我国长江、松花江、嫩江流域都爆发了特大洪灾。仅长江水灾造成直接经济损失就达3000亿元，如果加上灾后重建的开支，则经济“付费”的数额就更惊人了。因此，对于森林生态系统的重要性，我们是无论如何也不能忽视的。

人类的努力

为了挽救森林，各国政府都在进行着不懈的努力。这些努力不外乎保护天然森林和植树造林两个方面。围绕这两个方面，许多国家都有很成功的例子。仅举数例：

美国农业部林务局直接管理着遍布各州的155个国家森林，总面积2000万公顷。在林业发展战略上他们采取了保护和合理开发森林资源的战略，到上世纪七八十年代逐步向森林多效益发展转移，近来又从森林单效益向多效益和可持续经营的方向发展，突出了生态优先的森林经营理念。管理模式上采取“政企合一”的经营模式，即政府林业行政管理机构直接管理国家森林企业，对人、财、物，产、供、销实行统一领导。此外，为弥补用材林不足，他们定向培育集约速生丰产林，建立永续利用的木材供应基地。

欧洲所有的国家都在努力减少原始森林的砍伐量，采用可持续的林业管理模式，不断提高生物多样性和其他生态服务功能。为了支持这些行动，“泛欧森林认证框架”为森林提供了自愿认证机制，使欧洲的不同国家体制和非欧洲方案之间可以相互沟通。制止森林砍伐的另一个措施，就是对非法采林进行处罚或采取其他形式的经济制裁措施。在克罗地亚、捷克、匈牙利、立陶宛和波兰，木材交易收税和罚款的所得，用于奖励保护森林和造林活动。除国家行动以外，欧洲国家还是国际直接或间接处理森林问题联合行动的重要参与者，许多有关物种保护的国际协定也是间接的保护森林，如生物多样性保护公约、全球变化框架条约、京都议定书、拉姆萨湿地公约等。欧洲保护野生动物和植物栖息地（栖息地指南）的《欧洲议会指南》于1994年实施，敦促其成员国对森林生态系统和生物多样性实施有效的保护以及掀起全民性的造林改善环境运动。

日本是个人多地少的国家，即使如此，该国国土面积的67%为森林所覆盖着。森林蓄积量达35亿立方米，其中人工林占41%，天然林占59%。天然林中树龄高，蓄积量大的林分多分布于深山地区，被划定为保安林、国家公园及自然保护区等，发挥着国土保护、自然景观维持和野生动植物保护等重要作用。分布在山村附近的天然林也根据居民的要求，更多地发挥着生活环境保护及保健休养、传承文化等方面的作用。从二战以后，日本强调造林，以针叶林为主，面积约占98%，蓄积量占99%。因此，日本的人工林大都生產了优质的木材。即使如此，日本开始营造有重要生态功能的其它阔叶本地树种，如麻栎、山毛榉等。日本的森林按所有制形式划分为国有林、公有林和私有林。这3种形式的森林面积所占比重分别为31%、11%和58%。国有林主要由林野厅管辖，大多分布于偏远山区，强调其生态功能。公有林包括都道府县和市镇村等地方政府所属的森林。私有林无论面积还是蓄积量均占全国50%以上。随着木材生产由天然林向人工林的转变，今后日本的木材供应将更大程度的依赖于私有林。

需要指出的是，发达国家无不例外地利用其强大的资金优势，将生态危机外部化。一方面他们强调国有森林要突出公益服务，保护森林生态系统，不追求经济利润，另一方面大量进口木材，保护本国的森林资源。日本对自己的森林，爱怜有加，但对别国尤其发展中的国家木材却大量进口，造成别国的生态环境破坏。

我国历史上曾经是一个多林的国家。经有关专家考证，在4000年前的远古时代，中国森林覆盖率高达60%以上。但是随着人口的增加，加上战乱、灾荒、开荒、开矿、放牧等人为活动，森林资源日趋减少。到距今2200年前的战国末期降为46%；公元1100年前的唐代约为33%；距今600年前的明代之初为26%；公元1840年前后约降为17%；民国初期降为8.6%。可见，中国的森林是被过度增加的人口“一口一口”地“吃”掉的。新中国成立以后，中央人民政府大力号召人工造林，以增加森林覆盖率。尤其毛泽东主席提出了“植树造林、绿化祖国”的口号以后，造林运动成为了全民的行动。也取得了举世瞩目的成就，目前我国的森林覆盖率由建国初期的12.51%提高到了21.63%。