土地利用对生态系统结构的影响

　　土地利用对生态系统结构方面产生的直接后果主要表现在生物侵入和生物多样性的损失。

　　1、生物侵入

　　土地利用引起生态系统内区系的重组,即在地理隔离的系统内侵入新的物种,也就是生物侵入。生物侵入大量发生,侵入植物几乎无处不有。在许多岛屿,约50%以上的物种不是乡土植物,在一些陆地上也有20%或更多的植物不是乡土植物。

　　2、生物多样性损失

　　就全球范围而言,物种消失速率尚难确定,原因之一就是有些物种还未被认识和发现。最新估算,目前地球上物种正以比人类活动前高100 1 000倍的速度消失。在有的生物群中,消失速率更高,如1/4的鸟类在近2 000 a内由于人类活动而消失,尤其在岛屿。目前地球上有11%的现存鸟类,18%的哺乳动物,5%的鱼类和8%的植物有绝灭的危险。由于滥捕滥杀,一些在生态系统中起主导作用的大型动物不正常的消失,直接造成这些生态系统的动态变化,也会导致其它物种的消失。

　　3、土地利用加剧生物侵入和生物多样性损失

　　物种消失的主要原因就是土地转化造成的生境损失和生物侵入。生物侵入是随物种的消失自然发生,土地利用加速了这一过程。发生土地转换的生境是生物侵入的主要发生地,生物侵入又迫使土地转换。据粗略估计,土地利用已导致39%50%的土地发生变化。土地转换对陆地生态系统的影响最直接的表现形式就是生境转换。

　　在人类历史时期,生境转换已经在不同的时间和空间尺度发生过。在欧洲、中东、中国和中美洲地区,生境转换的速率最初很慢,许多地区深厚的冲洪积物母质上形成的土壤侵蚀也很慢。因此,传统农业持续了数个世纪。但在北美地区,生境转换速率很快,特别是近400 a。热带地区生境转换主要发生在20世纪50年代,它是由于人口增加而引发的经济、社会和政治活动对土地不合理利用的结果。木材贸易而引发的热带雨林砍伐已经替代了刀耕火种对森林的破坏。20世纪70年代,巴西和印度尼西亚采用税收优惠政策和政治压力将大量的人口移民到可转换为农田的原始生境就是一个典型例子。

　　由森林转换为农田、再沦为退化土地极大地威胁着该区域的生物多样性。据统计,热带雨林和温带森林每年以1%4%的速率毁灭掉。由热带雨林转换为农田的生产力约为35 a,然后由于杂草侵入和表层土壤侵蚀导致土地生产力丧失而弃耕。这类生态系统尽管有自然入侵和演替过程发生,但相当缓慢,如不进行人工恢复重建也有可能形成一种贫瘠的生物区系。在那些大量皆伐的地区,原来系统中较普遍的先锋植物和进化演替过程中、后期物种将消失,其恢复过程相当缓慢。生境损失已经欠了物种灭绝的债。因此,除非进行修补和恢复,否则,物种资源库最终将消亡。还有一些土地利用类型虽未发生变化,但已被破碎,同样影响物种的生境。

　　以农业扩张及其集约化为主要特征的农业土地利用也是陆地生态系统生物侵入和生物多样性损失的主要原因。从1700年到1980年,全球耕地面积增加了466%。近30 a耕地面积增长速率虽明显减慢,但单位面积的产量却在大幅提高。这些成就主要归功于集约化管理、无机化学肥料以及农药的大量施用、高产品种的选育、灌溉和机械化。但是,集约农业也带来一些负面的环境效应。如在小尺度上增加农田土壤侵蚀、降低土壤肥力、减少生物多样性。

　　集约农业的一个显著特征就是品种单一化,直接影响到生态系统伴生生物的组成和丰富度。首先,集约农业对害虫及微生物区系有重要影响。草食性昆虫和微生物病原菌对农业生态系统的生产力破坏很大,这是集约化农业减少植物种类,改变了生态系统病虫害复合体中害虫及其天敌比例的平衡格局所致。如害虫对品种单作的农田破坏造成的产量损失远大于复作农田,单作农田的害虫密度高于复合作物农田。作物多样性或者有利于病原菌的增长,或者抑制病原菌的增长,取决于生物的需求。总体上,复作农田真菌病原菌少于单作农田。与作物物种多样性对病原菌的影响复杂性不同的是基因多样性能明显的降低病原对作物产量的影响。遗憾的是目前在集约农业生产实践中并未很好的利用作物基因多样性来控制病虫害而是用农药来控制。每年大约500*10^4t农药被用于作物病虫害的防治。既增加了病虫的抗药性,又使大量的农药循环到水和空气中,对人类的健康构成愈来愈严重的威胁。

　　其次,集约农业也导致土壤生物种类减少。在自然生态系统中,土壤养分循环、土壤结构和土壤其它特性在很大程度上受土壤微生物和土壤无脊椎动物的调节。可是在农业生态系统中这些调节者的组成、丰富度和活动能力与自然生态系统明显不同。如热带雨林区农业生态系统土壤无脊椎动物的多样性和种群不到其原来生态系统的一半。土壤生物的活动水平也受到因农业土地利用而造成的土壤表面温、湿度的剧烈日变化和季节变化影响。

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