5．8．1　森林生态系统

1．森林生态系统的特征

森林是以木本植物为主体，具有一定面积、空间和密度的植物群落。森林群落与其环境在功能流的作用下所形成的具有一定结构、功能和自行调控能力的自然综合体就是森林生态系统。它是陆地生态系统中面积最大、最重要的自然生态系统。

地球上不同类型的森林生态系统，都是特定气候、土壤条件下形成的。依据其不同气候特征可将森林群落划分为热带雨林生态系统、常绿阔叶林生态系统、落叶阔叶林生态系统和针叶林生态系统等主要类型。

地球上森林生态系统的面积曾达到76亿hm²，覆盖着全球陆地面积的2/3，覆盖率为60%。在2000年到2005年期间，世界森林面积以每年730万公顷的速度在减少，相当于两个巴黎的面积。联合国粮农组织2007年4月发表的《世界森林状况报告》指出，世界森林总面积略小于40亿hm²，约占地球陆地面积的30%。尽管森林生态系统遭受人类大规模的砍伐，至今仍为地球上分布最广泛的生态系统，在地球自然生态系统中占据重要地位。森林生态系统在净化空气、调节气候和保护环境等方面起着重大作用。森林生态系统结构复杂，类型多样，但森林生态系统仍具有一些主要的共同特征。

1）物种繁多、结构复杂

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。热带雨林生态系统就有200万～400万种生物。如西双版纳，面积只占我国的千分之二，仅陆栖脊椎动物就有500多种，约占全国同类物种的25%。我国长白山自然保护区植物种类数量约占东北3000种植物的1/2以上。森林中还生存着大量的动物：有羊、牛、啮齿类、昆虫和线虫等植食动物；有蝙蝠、鸟类、蛙类、蜘蛛和捕食性昆虫等一级肉食动物；有狼、狐和蟾蜍等二级肉食动物；有狮、虎、鹰和鹫等凶禽猛兽；还有杂食和寄生动物等。所以森林是以林木为主体的多物种、多层次、营养结构极为复杂的系统。

森林生态系统具有多层次，可多至7～8个层次。一般森林生态系统可分为乔木层、灌木层、草本层和地面层等四个基本层次。明显的层次结构，层与层纵横交织，显示系统复杂性。

2）类型多样

森林生态系统在全球各地区都有分布，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，又有山地的垂直分布带，是生态系统中类型最多的。在我国云南省，从南到北依次出现热带北缘雨林、季节雨林带、南亚热带季风常绿阔叶林、思茅松林带、中亚热带和北亚热带半湿性常绿阔叶林、云南松林带和寒温性针叶林带等。在不同的森林植被带内又有各自的山地森林的垂直分布带。

3）稳定性高

森林生态系统经历了漫长的发展历史，系统内部物种丰富、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、各成分与其环境之间相互依存和制约，保持着系统的稳态，并且具有很高的自行调控能力，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。

森林生态系统内部的能量、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。通过这种循环，森林生态系统内大部分营养元素得以充分利用，并达到收支平衡。

4）生产力高、现存量大，对环境影响大

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。据统计，每公顷森林年生产干物质是12．9t，而农田是6．5t，草原是6．3t。森林生态系统不仅单位面积的生物量最高，而且总生物量约为1．680×10₉t，占陆地生态系统总量（约1．852×10 ₉t）的90%左右。

森林在全球环境中发挥着重要的作用：森林巨大的林冠形成一个屏障，使林内空气流动变小，气候变化也变小；森林可大量吸收二氧化碳；是重要的经济资源；在防风沙、保水土、抗御水旱、风灾方面有重要生态作用等。森林在生态系统服务方面所发挥的作用也是无法替代的。

2．森林生态系统的作用和功能

森林生态系统是陆地生态系统中分布最广、生物总量最大的自然生态系统。森林不仅对于维持全球的能量流动和物质循环具有不可估量的作用，还为人类的生活和经济建设提供多种直接和间接的产品。全球森林生态系统每年生产有机物质占全球有机物质总产量的56．8%。此外，森林生态系统的能量转化和物质循环的效率高，是全球最重要的绿色能源。生物圈的平均光能利用率为0．2%～0．5%，而热带雨林的光能利用率可高达3．5%。

长期以来，人们对森林生态系统的直接经济效益有较为充分的认识，如森林提供各种木材、工业原料、粮油产品、药材、肉类等。实际上，森林生态系统在维持生态平衡和生物圈的正常功能方面起着更为重要的作用，森林覆盖率常作为衡量一个国家和地区生态环境质量和社会经济发展水平的重要指标。如芬兰的研究表明其森林每年的木材价值是13亿美元，而生态价值是39亿美元；美国森林的生态价值是木材价值的9倍。森林生态系统强大的生态功能主要表现在以下五个方面。

1）森林具有维持生物多样性的作用

森林生态系统作为地球上最复杂的生态系统，是自然界最完善的物种基因库。多种多样的森林生态系统为动植物提供了良好的栖息环境。据估计，热带森林的面积只有全球陆地面积的7%，但至少拥有世界上物种数（约1400万种）的一半。厄瓜多尔西部、巴西的Cocoa地区、喜马拉雅东部等全球12个热带“热点”地区的面积加起来占热带森林面积的3．5%，但其中的高等植物种类占全球高等植物总种数的27%。巴西拥有世界上最郁闭的热带森林，也是世界上物种多样性最丰富的国家。这里有野生动物3000种，种子植物55000种。

森林中蕴藏的丰富动植物资源是人类生存和发展的基础，是人类宝贵的财富。但是，作为生物多样性资源库的森林正在不断减少，从而引发物种濒危和灭绝，生物多样性锐减，这种损失使生物基因的稳定性变得十分脆弱，最终将危及人类自身的生存。

2）森林生态系统具有涵养水源、保持水土的作用

森林能承接雨水，减少落地降水量，使地表径流变为地下径流，涵养水源，保持水土。一般林冠可以截留10%～30%的降水，枯枝落叶层和活的植被可使50%～80%的降雨渗入林地土层，减少地表径流和土壤冲刷。每公顷森林植被含水量可达200～400t，每公顷森林所含蓄的水分比无林地每年至少可多300m³。10000hm²森林涵蓄的水量，相当于一个容量为300万m³的水库，故森林有“绿色水库”之称。森林减少地表径流、保持水土的作用十分显著。森林强大的根系可把土壤固着在自己的周围，土壤表面都被枯枝落叶所覆盖，提高了水分的渗透，防止土壤被冲刷。

3）森林生态系统具有调节气候的作用

森林的蒸腾作用对自然界的水分循环和改善气候有重要作用。有林地和无林地的气候因子比较证明，夏季和白天林内的气温均比林外低1～3℃，冬季和夜间则相反。有关资料表明，1hm²的森林每天要从地下吸收70～100t水，这些水大部分通过植物的蒸腾作用回到大气中，其蒸发量比海水蒸发量高50%，比土地蒸发量高20%。因此，林区上空的水蒸气含量要比无林地上空多10%～20%。水的蒸腾作用吸收大量热量，使森林上空的空气湿润，气温较低，容易成云致雨，增加地域性的降水量。广东省雷州半岛过去林少，荒凉易旱，新中国成立后造林24万公顷，覆盖率达到36%，年降雨量因之增加32%，改变了过去林木稀少时的严重干旱气候。

4）森林生态系统具有净化空气、防治污染的作用

森林通过绿色植物的光合作用吸收CO₂，放出O₂，维持大气中的CO₂和O₂平衡。1hm²的阔叶林，一天可以吸收1tCO₂，释放出0．73tO₂，可供1000人呼吸。每年每公顷森林吸收大气碳量为：热带林4．5～16t，温带林2．7～11．2t，寒带林1．8～9t。因此，森林的砍伐、燃烧等引起的大气中CO₂浓度的增加，可破坏大气中碳循环的平衡，加剧温室效应。

森林对烟尘和粉尘有明显的过滤、阻滞和吸附作用。植物是天然的空气过滤器，森林的枝叶能够降低风速，吸附飘尘。其作用机理在于，一方面由于树冠茂密，具有强大的减低风速的作用，使得一部分大颗粒沉降下来，另一方面是叶面吸附的结果。由于绿色植物的叶面积大大超过树冠的占地面积，森林叶面积的总和是其占地面积的70～80倍，滞尘能力极强。树木叶片单位面积的滞尘量为：榆树12．29g/m²，朴树9．37g/m²，木槿8．13g/m²，广玉兰7．10g/m²，重阳木6．81g/m²。一般阔叶林比针叶林吸尘能力强，例如每公顷山毛榉阻尘量为68t，云杉林仅为32t。

森林对大气中的SO₂、CO、HF、O₃、Cl₂等有害气体都具有不同程度的吸收作用。据测定，松林每天可从1m³空气中吸收20mg的SO₂，每公顷柳杉林每年可吸收720kg SO₂；夹竹桃、槐树、女贞、海桐、珊瑚树、桑树、紫穗槐、垂柳、大叶黄杨、罗汉松、喜树等对SO₂有较大的吸收量和抗性；夹竹桃、海桐、广玉兰、龙柏、罗汉松、泡桐、梧桐、大叶黄杨、女贞及某些果树对HF亦有比较强的吸收作用，是良好的净化空气树种。

空气中的各种有毒细菌多随灰尘传播，森林的吸收作用可大量减少其传播，另一方面植物本身还能分泌出具有杀菌能力的挥发性物质——杀菌素。如桦本、银白杨的叶子在20min内能杀死全部原生动物（赤痢阿米巴、阴道滴虫等），柠檬桉只要2min、法桐只要3min也都具有杀死全部原生动物的效力。松树可杀死肺结核、伤寒、白喉、痢疾等病菌。有研究结果表明，在树林外空气中的含菌量为30000～40000个/m³，而森林内仅为300～4000个/m³。

森林可显著降低噪声，起到较好的隔声和消声作用。据测定，在公路旁宽30m、高15m左右的林带，能够使噪声减少6～10dB，40m宽的林带可以减少噪声10～15dB。

5）森林生态系统具有防风固沙、保护农田的作用

森林生态系统具有的涵养水源、调节气候等功能，可为农业生产提供生态屏障。在防护林和林带保护下的农田，风灾、旱涝灾害可以得到防止或减轻。据中国林业科研部门多年研究，在农田林网内，一般可以减缓风速10%～20%，提高相对湿度5%～15%，增产粮食10%～20%。据各地观测表明，一条10m高的林带，在其背风面150m范围内，风力平均降低50%以上；在250m范围以内，降低30%以上。多年经验表明，我国的“三北”防护林建设，对于防止风沙内侵、保护和发展“三北”地区农业与畜牧业，作出了重要贡献。