农业生态系统与系统分析作_生态系统与农业开发

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系统的争分和耦合——以社会经济生态系统为例 人类经济活动是在自然生态系统中发生的，社会经济系统与自然生态系统相适应规律反映的就是人与自然之间的相互关系。由于与其他生物相比有着信息加工能力方面的优势，因此在处理人与自然的关系方面，人类表现得更加主动和自立。但是，人类的主观能动性不能超越自然规律约束，社会经济系统与自然生态系统之间关系的问题实际上是人类在自然界如何定位、如何选择生态经济模式的问题。在对两者的关系的认知过程中，二者的关系在我们的认识的历程中呈现争分与耦合的关系。

一、争分——社会经济系统和自然生态系统作用的认知

社会经济系统是人的物质生产方式与人化自然的总和，自然生态系统是人的生命所依赖的物理环境和生物环境。研究社会经济系统在自然生态系统的定位问题，主要研究社会经济再生产过程（包括生产、流通、分配和消费等）与自然环境的密切联系。自然界给人提供资源，人通过劳动把资源变为人们需要的生产资料和生活资料。劳动和自然界一起成为一切财富的源泉。社会经济再生产的过程，就是人类按照自己的价值判断从自然界不断获取有用资源，同时又不断地把各种废弃物排入环境的过程。判断资源性质和确定资源需要量，取决于人类在生物进化中的地位和人口数量。人类经济活动与环境之间的物质变换过程，是人类对物质资源的认识不断深化、索取不断增加并且人口数量不断增长的过程。探明环境承载能力，搞好经济系统在环境系统中的价值定位，促进经济发展与人口、资源、环境相协调，提倡节约、文明、适度、合理的消费理念，倡导节省资源、保护环境的消费方式，提高消费质量和效益，建设资源节约型、环境友好型社会，是经济系统与自然生态系统相互适应规律的要求，也是理性指导下的社会发展目标之一。

经济系统所处的自然生态系统是特定物理环境和特定生物群落（植物、动物和微生物）组成的，是生命系统和物理环境系统在特定空间的组合。生命系统和物理环境系统之间存在着能量的流动和由此推动的物质的循环。阳光、氧气、二氧化碳、水、植物营养素（无机盐）是物理环境的最主要要素，生物残体（如落叶、秸杆、动物和微生物尸体）及其分解产生的有机质也是物理环境的重要要素。物理环境除了给活的生物提供能量和养分之外，还为生物提供其生命活动需要的媒质，如水、空气和土壤。活的生物群落是构成生态系统精密有序结构和使其充满活力的关键因素。生态系统的生命角色有三种，即生产者、消费者和分解者，分别由不同种类的生物充当。生产者吸收太阳能并利用无机营养元素（C、H、O、N等）合成有机物，将吸收的一部分太阳能以化学能的形式储存在有机物中。生产者的主体是绿色植物，以及一些能够进行光合作用的菌类。由于这些生物能够直接吸收太阳能和利用无机营养成分合成构成自身有机体的各种有机物，我们称它们是自养生物。消费者和分解者是直接或间接地利用生产者所制造的有机物作为食物和能源的生物。消费者和分解者都不能够直接利用太阳能和物理环境中的无机营养元素，我们称它们为异养生物。生产者和分解者构成物质和能量循环对立统一的两个方面，保持着自然界的平衡，形成整个生命系统金字塔的基座。消费者虽然在物质和能量循环平衡上作出的贡献不大，但是由于朝着提高信息加工能力方向进化带来了多样性发展，使得世界变得更加丰富多彩和更具活力。以消费者食物链方式形成的层级关系构成了生命系统金字塔的上部结构。人类处于消费者食物链层级关系的顶端，人类社会经济系统不应该超出生命系统金字塔给自己划定的层级范围。整个生命系统也不能够超出物理环境划定的范围。如果人类强行改变生命系统金字塔的结构，结局一定会从塔顶上滚下，受到大自然的严厉惩罚。

在生态系统中，物质从物理环境开始，经生产者、消费者和分解者，又回到物理环境，完成一个由简单无机物到各种高能有机化合物，最终又还原为简单无机物的物质循环。通过该循环，生物得以生存和繁衍，物理环境得到更新并变得越来越适合生物生存的需要。推动生物圈和各级生态系统物质循环的动力，是能量在食物链中的传递。与物质的循环不同的是，能量流是单向的。在这个物质的生态循环过程中，太阳能以化学能的形式被固定在有机物中，供食物链上的各级生物利用，构成生物圈的能量循环和人类生存的能源基础。太阳辐射总量和植物转化效率的限制，决定了人类能够利用的能源总量是有限度的。植物吸收太阳能储存热量以后，通过食物链逐级传递，在每一环的能量转移过程中都有一部分能量被有机体用来推动自身的生命活动（新陈代谢），随后变为热能耗散在物理环境中。生态系统中的生产者在一年里合成的有机物质的总量称为该生态系统的初级生产总量。一般认为，每年到达地球表面的太阳辐射能约折合130万亿吨标准煤，在地球液态水温区形成的物理环境条件下，绿色植物对太阳辐射能的利用率在1%左右。各级消费者的能量利用率也不高，平均约为10%。在食物链顶端的人类，现在一年能源总消费量约为130多亿吨标准煤。当生态系统生产的能量与消耗的能量大致相等时，生态系统的结构才能维持相对稳定状态，否则生态系统的结构就会发生剧烈变化。

生物维持生命所必需的化学元素虽然为数众多，但有机体的97%以上是由氧、碳、氢、氮和磷五种元素组成的，因此所谓的生态系统物质循环首先是这五种元素的循环。循环的规模直接与这五种元素的总量与利用的方式有关。例如，碳是构成生物原生质的基本元素，虽然它在自然界中的蕴藏量极为丰富，但绿色植物能够直接利用的仅仅限于空气中的二氧化碳（CO2）。生物圈中的碳循环主要表现在绿色植物从空气中吸收二氧化碳，经光合作用转化为葡萄糖，并放出氧气（O2）。在这个过程中少不了水的参与。有机体再利用葡萄糖合成其他有机化合物。碳水化合物经食物链传递，又成为动物和细菌等其他生物体的一部分。生物体内的碳水化合物一部分作为有机体代谢的能源经呼吸作用被氧化为二氧化碳和水，并释放出其中储存的能量。由于这个碳循环，大气中的CO2大约20年就完全更新一次。再如，在自然界里，氮元素以分子态（氮气）、无机结合氮和有机结合氮三种形式存在。大气中含有大量的分子态氮。但是绝大多数生物都不能够利用分子态的氮，只有像豆科植物的根瘤菌一类的细菌和某些蓝绿藻能够将大气中的氮气转变为硝态氮（硝酸盐）加以利用。植物只能从土壤中吸收无机态的铵态氮（铵盐）和硝态氮（硝酸盐），用来合成氨基酸，再进一步合成各种蛋白质。动物则只能直接或间接利用植物合成的有机氮（蛋白质），经分解为氨基酸后再合成自身的蛋白质。在动物的代谢过程中，一部分蛋白质被分解为氨、尿酸和尿素等排出体外，最终进入土壤。动植物的残体中的有机氮则被微生物转化为无机氮（氨态氮和硝态氮），从而完成生态系统的氮循环。磷也是有机体不可缺少的元素。生物的细胞内发生的一切生物化学反应中的能量转移都是通过高能磷酸键在二磷酸腺苷（ADP）和三磷酸腺苷（ATP）之间的可逆转化实现的。磷还是构成核酸的重要元素。磷在生物圈中的循环过程不同于碳和氮，属于典型的沉积型循环。生态系统中的磷的来源是磷酸盐岩石和沉积物以及鸟粪层和动物化石。这些磷酸盐矿床经过天然侵蚀或人工开采，磷酸盐进入水体和土壤，供植物吸收利用，然后进入食物链。经短期循环后，这些磷的大部分随水流失到海洋的沉积层中。因此，在生物圈内，磷的大部分只是单向流动，形不成循环。磷酸盐资源也因而成为一种不能再生的资源。能量和物质循环规模总量的恒定性和由利用效率决定的逐级递减，告诉我们生命系统只是地球物理系统的一个子系统，不能超出物理环境划定的范围去建立生态系统，人类社会也是自然生态系统的一个子系统，也不能超出自然生态环境划定的范围去建立人类社会系统。

在人的生存环境中，森林、草原、河流、湖泊、山脉等是自然生态系统的一部分，是物质循环的天然载体，称之为自然生态系统；农田、水库、城市则是人化自然的一部分，可以称之为人工生态系统。人类是生命金字塔上最具智慧的生物，人的主观能动性决定了人类一直在试图突破自然的限制，按照人的意志去建立人工生态系统。而且，从实际的发展进程来

看，人类突破了一道道障碍，不断扩大自己的生存范围，人口数量呈快速增长之势。能够建立人化自然是人类的优势，但是，我们不得不提出一个问题：人类在改造自然的过程中到底能够走多远？

新石器时代之前，自然生态系统的结构功能变化取决于物理环境和生命系统的自然演变，是一种原始生态系统。新石器时代之后，由于人类认识自然和改造自然的能力不断提高，人类活动开始影响生态系统，人工生态系统开始出现。人的主体地位决定了对生态环境的评价是以人的价值判断为标准的。因此，在处理人与自然的关系时，自以为是地改变生态系统结构的事情开始出现。早期，人在生物圈里的扩张欲望来自于自身生存的需要；进入资本主义时期则来自于对虚拟财富的追求。由于生态环境系统的容量和资源都是有限度的，人类的每一次野蛮扩张都受到了大自然的惩罚。在正确认识环境、人口、资源利用之间的关系之前，人类看似在主动地向大自然进攻，但实际上并没有摆脱自然界的控制，人类的发展呈现盲目扩张和被动收缩交替出现的景象。之所以出现这样的情况，原因就是人类不能正确认识环境容量、资源数量与人口数量之间的关系问题。由于人类处于改造自然的主动地位，经济系统与生态系统关系的问题也就表现为三个方面：第一，人在自然生态系统中的位置问题。人是自然的主宰还是自然之子，这是需要摆正的基本关系。是人适应环境，还是环境适应人？在处理人与自然的关系时，人的主体地位决定了人不可能像其他动物一样完全听凭命运安排。但是，人也不应该不遵循自然规律，不应该把人的意志强加给大自然。人应该谦虚一点，不应该以大自然的主宰自居。第二，自然生态环境的承载力或者资源可开发阈值对人类的限制问题。在每一种生产方式下，自然生态系统的环境容量和资源数量都是有限度的，这个限度包括环境和资源总量、环境和资源可利用总量、环境和资源合理利用总量三个方面。经济系统的价值定位问题实际上是人如何科学合理地利用环境和资源的问题。第三，人类的理性选择问题。这是经济系统价值定位的关键问题。人类既然是最具智慧的生物，就应该正确认识环境、人口、资源利用之间的关系，在精心维护地球物理环境和生态环境不发生大的变化基础上，因地制宜选择合适的生态经济模式，合理利用资源，控制人口数量，提高生活质量，促进人类社会与生态环境和谐发展。

二、结构决定功能——生态经济模式选择——两者理论认知的耦合社会经济系统和自然生态系统之间的相互关系可以归纳出三种生态经济模式。第一，自然生态模式。在这种生态模式里，人类虽然是生态环境里的一员，但或者因为能力不够，或者是主观上能为之而不为，生态环境变化的方向和速度仍处于自然因素主导的状态之下，由生物圈里的生产者和分解者在自然状态下决定物质和能量的循环，保持着生态环境中物质和能量的平衡。在采集和狩猎文化时期，人类不具备改变生态平衡的能力；在现代社会里，人类开始有意识的建立自然保护区来保护特定区域的生态平衡，维护生态多样性。第二，可逆人工生态模式。在这种生态模式里，人类对生态环境的影响是明显的，但是，一旦人类停止对生态的破坏，生态环境仍然可以恢复到以前的状态。这里说的生态恢复主要靠两种方式：一种靠自然的自恢复能力，一种靠人类的投入进行工程恢复。这两种恢复方式在经济上存在着明显的成本差异。第三，不可逆人工生态模式。这是一种经人类破坏后就再也恢复不到改造前状态的生态经济模式。人类能力的提高，导致自然处于不断人化的进程之中。人化自然的建立，使相当多的区域已经不可能恢复到人类改造前的状态。城市基础设施、铁路等交通设施、水库等水利设施都属于建成后很难恢复原样的人工建设项目，由此形成的人工生态虽然很难逆转，但这些项目是人类生存所必需的，是人类社会经济发展必然出现的。