5．5．2　水循环

1．水循环的生态学意义

水是生物圈最重要的物质，也是生物组织中含量最多的一种化合物，是生命过程的介质，是光合作用的重要原料。没有水，生命就无法维持。水还是地球上一切物质的溶剂和运转的介质。没有水循环，生态系统就无法运行，生命就会死亡。因此，水循环是地球上最重要的物质循环之一，它不仅实现着全球的水量转移，而且推动着全球能量交换和物质循环，并为人类提供不断再生的淡水资源。

水循环的主要作用表现在三个方面。①水是所有营养物质的介质。营养物质的循环和水循环不可分割地联系在一起。地球上水的运动，还把陆地生态系统和水域生态系统连接起来，从而使局部的生态系统与整个生物圈联成一个整体。②水是物质很好的溶剂。水在生态系统中起着能量传递和利用的作用。绝大多数物质都溶于水，随水迁移。据统计，地球陆地上每年大约有36×10¹² m³的水流入海洋。这些水中每年携带着3．6×10⁹t的溶解物质进入海洋。③水是地质变化的动因之一，其他物质的循环都是结合水循环进行的。某一个生态系统矿质元素的流失，对另一个生态系统来说则是矿质元素的沉积，这些过程都是通过水循环来完成的。

2．全球水循环

水分布于陆地、海洋和大气中，以固、液、气三种形态存在。根据V．M．Goldschmid计算，地球表面每平方米的含水量为273L，由海水（268．4L）、大陆冰（4．5L）、淡水（0．1L）和水蒸气（0．003L）所组成。

地球的总水量有近15×10⁸ km³，其中海洋的储水量为13．2×10⁸ km³，约占总水量的97%以上，陆地上的水只占总水量的3%左右。在陆地上的水量中，淡水占陆地水的73%。在所有的淡水中，有2/3以固体状态存在于南、北两极的冰川、冰盖中，其余大部分为地下水，储藏于江河湖库中的淡水不到0．5%。江河湖库中还必须保持一定的维持水量，因此，人类真正可利用的淡水资源是十分有限的，大约只有0．1065×10⁸ km³。

地球表面的各种水体，通过蒸发、水汽运移、降水、地表径流和下渗等水文过程紧密联系，相互转换，构成全球水循环。其循环的动力是太阳能和重力的结合。在太阳能的驱动下，海洋和陆地上水分的蒸发和植被蒸腾作用不断地向大气供应水分，在大气环流运动作用下，大气中的水汽在全球范围内重新分配，然后以雨、雪、雾等形式又重新返回到海洋和陆地。这一过程，称为全球尺度水循环过程。降至陆地而没有蒸发的水分通过河流、湖泊、或地下水运动及冰川、冰山的崩解又返回到海洋中去。这样，在水分上升（环）和下降（环）的共同作用下，水分川流不息，形成了水的全球循环。

大气水分凝结的云和以雨、雪为主要形式的大气降水是全球水循环的主要输入部分。植被对水循环有很大的影响，可以影响降雨、气候及水的再分配。水分的蒸发对于植物的生长、发育也至关重要。生产1g初级生产量差不多要蒸腾500g水。因此，陆地植被每年蒸腾大约55×10¹² m³的水，几乎相当于陆地蒸发的总量。这增加了空气中的水分，促进了水的循环。为了更好地理解全球水循环，我们可以把降落在地球上的水量当做100个单位，如此一来海洋蒸发约为84个单位，接受降水为77个单位；陆地蒸发为16个单位，接受降水为23个单位。从陆地到海洋的径流为7个单位，这样就使海洋蒸发亏缺得到补偿。余下的7个单位作为在高空环流下的大气水分。海洋的蒸发量大于海洋上的降水量，但从陆地流到海洋的径流，使海洋和陆地的水循环得到平衡（图5-6）。

图5-6　全球水循环动态平衡

3．全球的水资源危机

地球上的淡水资源十分有限，且绝大部分淡水是冰川，80%在南极，10%在格陵兰，冰川水量相当于全球河流年径流量的900倍。可供人类利用的淡水只占水资源总量的0．5%左右。不仅如此，全球淡水资源在地区的分布上也极不均匀。一般海洋性气候和季风气候区水资源较为丰富，而远离海洋的大陆性气候的干旱或半干旱地区水资源异常缺乏，而全世界约55%的耕地分布于干旱地区。

随着人口激增和经济的迅猛发展，缺水已成为世界性问题。据统计，在20世纪，全球用水量增加了8倍，其中农业用水量增长7倍，工业用水量增长20倍，城市生活用水量增长12倍，几乎每15年用水量翻一番。在20世纪80年代中期，全球用水量接近35000亿m³，到2000年，全球淡水用量达60000亿m³。目前，全球已有100多个国家和地区缺水，其中28个被列为严重缺水的国家和地区。世界上面临水源紧张的人口现有3．35亿人。再过30年，缺水国家将达40～50个，缺水人口将增加8倍，达28亿～33亿人。与此同时，水污染进一步加剧了水资源短缺。大量的未经处理的废水、废物直接排入江、河、湖、海，污染了大量的地面水和地下水体，降低了这些水资源的利用价值。全世界每年向江河湖泊排放的各类污水达4260亿m³，被污染的水量达5．5×10¹² m³，造成全球径流总量的14%被污染。

我国水资源总量虽然相当丰富，但由于人口众多、地区分布不均，水资源利用效率低、水污染严重等因素，水资源缺乏问题十分突出。我国人均淡水资源2400m³，只相当于世界人均量的1/4。2007年，包括海河流域在内，全国干旱缺水的省份已经达到23个；在699个建制市中，400多个城市缺水，100多个城市严重缺水。全国有2．4亿人口、1．5亿牲畜饮水困难，而且水体污染十分严重，一半水体不符合渔业水质要求，1/4的水体不符合农业灌溉水质要求。

水资源缺乏将带来一系列严重后果，它不仅对生态环境和气候变化产生深刻影响，也使人类的生存和发展受到严重的威胁。预计21世纪的水危机将进一步加剧，水正成为地缘政治中一个具有爆炸性危险的问题。