在未来的几十年中，为养活全球日益增长的人口，农业生产将逐步扩大。到2050年，对粮食的需求量将是目前的两倍，从而意味着更多的水资源将用于粮食生产。同时，农业用水的增长将影响其他方面（包括在面对气候变化和扰动时，保持生态系统的健康和恢复力）的用水需求，恢复力的丧失将使生态系统更加脆弱，并且可能导致生态系统向不良的状态转变。因此，未来农业必须要在粮食生产用水需求和生态系统用水需求之间取得平衡。另外一个需要考虑的因素是未来农业的生产情况将受到气候变化的影响，因而必须寻求新的方法和应对技术，以防止脆弱地区和贫困人口因水文格局改变、供水数量减少和水质降低而进一步受到损害。

 

一、过去50年农业生产对水和生态系统的影响

 

在过去的50年中，农作物生产系统的管理是独立于其所在的景观系统的，忽视了确保农业生产可持续发展的自然生态过程。灌溉、排水、自然植被的清除以及储水设施的建设改变了水流的节律和自然可变性，使地下水补给区和水环境（如湿地）遭到了破坏。同样，化肥和杀虫剂的使用使环境中的营养物质、微量元素和农药的浓度增加。这一切改变了河流、湖泊、泛滥平原和依靠地下水补给的湿地的关键生态水文过程，破坏了它们的生态系统及其提供的服务。

 

二、未来50年农业、水和生态系统之间的关系

 

随着人口和收入的增加，对粮食的需求也将增大——到2050年大约增长1倍，对水的需求量也因此而增大（见图1）。这一过程已在中国和印度等一些国家发生：在中国，对肉类需求量的增大导致了用水需求量的快速增加；在印度，对奶制品的需求导致了用水需求的增加。

 

据国际水资源管理研究所（IWMI）的分析表明，按照目前的水生产力水平，到2050年，每年大约需要供水1.3万km3才能养活全世界人口。这比目前的农业生产耗水量高6000 km3。另外，农田的面积将扩大5亿hm2左右。在这种情况下，水需求量的增加将对生态系统造成严重影响。

 

 

一、不可逆变化和临界阈值

 

农业景观除了生产粮食外，还提供一系列的生态系统服务功能。这些景观由我们了解很少的大量相互关联的生物物理系统（biophysical systems）组成，因此，其中某个因素出现了问题就会对整个互联系统产生巨大影响。决策者必须认识到，这些系统可能会遭受破坏性的、不可逆转的变化。这就意味着，一旦这些系统被破坏，将难以修复。因此，决策者必须清楚地了解这些系统的临界阈值，一旦跨越这个阈值，整个系统就会快速退化。

 

二、相互作用的阈值和级联效应

 

一个生态系统的阈值可能受到另一个生态系统的临界阈值的影响。这将会导致一种连带效应。例如，对澳大利亚小麦带的社会、经济和生态状况的预测揭示出大量的相互作用的阈值。从拥有充足水分的土壤到盐碱地，以及从淡水生态系统到盐性生态系统（saline ecosystems）的突然转变都会使区域范围内的农业生产无法开展，并且引发移民、失业以及社会资本的削弱。这些影响表明一种扰动能够通过空间以及生态、社会和经济系统而传播。

 

 

一、建议

 

为了确保农业系统的可持续性，我们必须保护自然景观中的重要生态系统功能。这些重要的生态系统功能包括为鸟类、昆虫和鱼类提供安全的生境，保障粮食、木材和薪炭林的生产。我们还必须使生态系统保持恢复力，使它们能够应对退化以外的不可预见的变化。

 

在我们考虑应采取何种措施应对生态系统退化时，明确我们所采取的行为是否可以避免是很重要的。通常，可以避免的环境影响（Environmental manipulation）行为包括不谨慎的土地利用变化和可通过生态系统传播的有毒化学物质的使用。一个不可避免的环境影响行为的例子就是农作物生长中光合作用的耗水。因此，在实施必要的环境影响行为时，需要仔细权衡其与关键生态服务之间的得失。这样的不可避免的行为包括：动植物地理分布的改变；为了应对降雨变率确保作物需水而采取的措施；排出涝渍地的积水，以确保作物根部拥有足够的空气；使用粪肥或化肥，以补充作物早熟所消耗的养分；景观连通性的扰动——破坏物种的移动性和地下水的流动。

 

二、措施

 

1． 区域性生态系统方法

 

决策者可将生态系统方法理解为一种生物物理学方法（侧重于生态现象）或者一种更广泛的社会生态学方法（侧重于自然资源的经济潜力）。在前者，人类常被视为扰动因素；在后者，人类则被视为自然系统的一部分，依赖自然系统的资源，而这些资源反过来又影响着人类发展的潜力。

 

（1）应对变化的能力

 

在生物物理学上，一个生态系统的恢复力（其应对变化和持续发挥功能的能力）取决于物种的多样性。从社会生态学的角度来看农业生态系统，要求我们将人类及其活动视为此系统的一部分。因此，小规模农业应对变化的能力（即恢复力）取决于其可获得的用于完成种植和农业活动的资源。例如，在旱地农业中，这样的作物互补性资源（crop-complementary resources）可能包括牧草地或歉收时的紧急储备粮。我们还可以利用具有替代性收益功能的资源（如薪柴、用于生产木炭的木材及用于制作绳子和手工艺品的纤维）作为必要的缓冲。

 

（2）考虑生态系统的尺度

 

生态系统方法的重点在于既要确保某个景观中独有的区域生态系统的功能，又要将流域作为一个复合生态系统来考虑。那么，对区域生态系统的保护必须通过解决区域生态系统的重要的水资源决定因素来实现。另一方面，流域生态系统的保护要注重对流域独特的相互作用（catchment-specific interactions）（如地下水补给）的保护。

 

2． 流域方法

 

（1）以水作为切入点

 

目前，我们很少从流域这个尺度来管理生态系统。然而，水在生态系统功能中发挥着极其重要的作用，因此，在水管理中也可以引入管理一系列其他自然资源的综合而全面的方法。其中的一个解决方法就是把对重要生态系统的保护纳入水资源综合管理（IWRM）的行动中。

 

流域可以被视作为若干相互嵌套的生态系统的集合，流域中某一个部分的变化将影响流域其他部分的水供应和生态系统健康。因此，对水文学与生态学之间的联系和相互依赖性给予足够重视是开展水资源管理工作的一个重要方法。

 

（2）减少代价和利益相关者的参与

 

流域方法还包括减少代价和平衡各方利益。这些方法要求利益相关者有组织的参与，并明确保护关键生态系统的底线和恢复力标准。一个很好的办法就是建立环境流量。这包括确定水流的数量、节律和质量，以保护水生生态系统的结构和功能及其所包含的物种和服务。环境流量可在开放和封闭的流域中得到应用与评估。

 

3． 战略管理

 

决策者除了要明确管理的对象外，还必须找到最佳的管理方法。这涉及到一系列连贯的步骤：实地调查与问题分析；战略行动计划的提出；采取措施（立法、金融手段、法律制度、利益相关者的参与等）将计划付诸行动；以及采取措施（奖惩、能力建设、媒体宣传等）保障管理的实施。

 

（1）管理的不确定性

 

在农业生态系统的管理中，必须要有所准备，以应对不确定性和意外事件。与全球气候变化相关的大量不确定因素，及与农业景观相关的阈值行为（threshold behavior）和意外事件发生的可能性都要求对基于生态的水管理方式进行创新。规划和管理农业生态系统的任何战略方法的一个重要部分就是提高生态系统的恢复力，以应对变化并实现可持续发展。

 

同时，农业生态系统是动态的社会生态系统。因此，良好的管理还必须促进社会学习，以提高使用者对系统动态变化的认识。决策者还必须确保使用者和管理者在不同层面上的联系，以保证他们能对社会经济变化或生态变化作出迅速而又有效的响应。

 

（2）提高生态系统应对变化的恢复力

 

提高农业生态系统恢复力的方法之一就是引入多功能农业生态系统。这样的系统不仅能够提高其有机体的多样性，还能为当地居民提供具有替代性收益功能的资源。

 

（3）4种管理选择

 

决策者所采用的主要管理方法将根据其管理对象所处的状况而定，主要分为信息的不确定性和结果的可控性两种。与此相对应，就产生了4种管理方法（见图2）。

 

（4）适应性共管（adaptive co-management）的灵活性

 

在可控制但又存在不确定性的情况下，良好的生态系统管理需要具有一定的灵活性。应该清楚认识到特定农业生态系统在运行中存在不确定因素，并在实践中考虑到这些因素，因此需要尝试利用不同的战略进行管理。据此，管理可被视为一种持续的边学边做的过程，能够从公众参与和共同学习中获益。

 

成功的适应性共管依靠的是对具有强灵活性和适应性的组织规则的运行。那些很难随时间推移而发生改变的固定的组织规则将成为管理的障碍。

 

4． 层次互动

 

山洪、干旱、外来物种的大量入侵以及景观的大规模突变等事件所产生的社会、经济和生态影响已超越了一般流域管理的范畴。因此，组织规则必须考虑发展地方参与者与中央管理机构及决策者之间更强大的多层次合作关系。这些关系的重要性主要体现在两方面：其一，地方参与者很重要，因为他们能洞察农业生态系统中的环境变化和意外事件；其二，中央参与者的决策仍然是至关重要的，他们能对农业生态系统中大规模的冲击和干扰做出快速反应。

 

（作者单位：中国科学院国家科学图书馆兰州分馆）