作者：肖波、魏泉源、李建芬 等编著
出版社：化学工业出版社
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生态能源技术试读：
1 生态与能源的关系
1.1 地球生态系统及其功能
生态系统（ecosystem）就是在一定空间中，生物群落（即其中的所有生物）与周围物理环境之间不断进行物质循环和能量流动而形成的统一整体。地球上的森林、草原、荒漠、海洋、湖泊、河流等，不仅它们的外貌存在差异，生物组成也各有其特点，栖居其中的生物和它周围的非生物环境相互作用，构成一个个物质不断循环、能量不停流动、信息不停传递的生态系统。
系统是由彼此间相互作用、相互依赖的事物有规律地结合而成的，是具有特定功能的有机整体。一般认为，构成系统至少要满足3个条件：a.系统中包含多个成分；b.各成分之间不是孤立的，而是彼此互相联系、互相作用、相互制约的；c.系统具有独立的、特定的功能。英国生态学家A.G.Tansley最早提出生态系统的概念，他认为：“生态系统的基本概念是物理学上使用的‘系统’整体，它不仅包括生物复合体，而且还包括人们称为环境的全部物理因素的复合体”。“我们不能把生物从其特定的、形成物理系统的环境中分隔开来。” “这种系统是地球表面上自然界的基本单位。这些生态系统的大小和种类多种多样。”
生态系统的提出强调了一定地域中生物相互之间、生物与环境之间功能上的统一性。生态系统主要是功能上的单位，而不是生物学中分类学的单位。前苏联生态学家B.H.Cykageb（1942）所说的生物地理群落（biogeocoenosis）的基本含义与生态系统的概念相同。生态系统思想是在一定的历史背景下产生的。
生态系统的范围和大小并没有严格的限制，小至动物有机体内消化道中的微生物系统、大至各大洲的森林、河流等生物群落型，甚至整个地球上的生物圈或生态圈，其范围和边界随研究问题的特征而定。例如，池塘的能流、核降尘、杀虫剂残留、酸雨、全球气候变化对生态系统的影响等，不仅其空间尺度相差若干数量级，其时间尺度的变化范围也很广。
生态系统是当代生态学中非常重要的一个概念。纵观生态学的发展史，这门科学的研究重心，经历了由自然历史转到动物的种群生态学和植物的群落生态学，然后转到生态系统的变化。
生态系统包括生物群落及其无机环境，它强调的是系统中各个成员的相互作用，形成一个几乎是无所不包的生态网络。事物普遍联系法则本是辩证唯物主义哲学的第一个基本原理，从联系的观点来看，生态学又是一种哲学。近年来，全球的学者又把自然生态系统进一步扩展为包括经济系统和社会系统的复合生态系统。
经过长期的进化，地球上大部分自然生态系统能维持持久稳定、物种间也能协调共存。研究生态系统规律的主要目的就是在自然生态系统中寻找建立这种持续性的机理。目前，生态系统的概念和原理已经被许多学科和实践领域广泛应用。
1.2 生态现状
工业革命以前，人类在农业、工业、科技以及文化上的进步在绝大多数情况下是十分温和的。在地球自然系统的调节下，这个时期的地质、气温以及环境都维持在一个相对平稳的范围内，没有太大的波动。18世纪末，工业革命开始后，人类的活动对整个地球造成了巨大的影响，生态的破坏远远超过了其调节能力，地球自然生态系统面临着巨大的危险。
1.2.1 沙漠现状与危害
沙漠是指地面完全被沙所覆盖、植物非常稀少、雨水稀少、空气干燥的荒芜地区，亦被称作“沙幕”。沙漠一般是风成地貌，沙漠地域大多是沙滩、沙丘或岩石。泥土很稀薄，植物也很少。有些沙漠是82盐滩，甚至完全没有草木。全世界陆地面积为1.62×10km，占地球42总面积的30.3%，其中约1/3（4800×10km）是干旱、半干旱荒漠地422区，而且每年以6×10km的速度扩大着，几乎每分钟就有11hm的土地被沙漠化。目前沙漠面积已占陆地总面积的20%，并且还有43%的土地正面临着沙漠化的威胁。1.2.1.1 沙漠化的原因
沙漠化现象有自然的因素。产生沙漠化的自然因素主要是干旱、地表为松散砂质沉积物和大风的吹扬等，地球干燥带移动所产生的气候变化也可能导致局部地区沙漠化。不过，今日世界各地沙漠化的原因，多数是由人类过度放牧、过度樵采、过度农垦、矿产资源的不合理开发、水资源的不合理利用等造成的。
沙漠化是环境退化的现象，是一种逐步导致生物性生产力下降的过程，包括发生、发展和形成3个阶段。以风力作用下的沙漠化过程为例，发生阶段（初期阶段）是潜在性沙漠化，仅存在发生沙漠化的基本条件，如气候干燥、地表植被开始被破坏，并形成小面积松散的流沙等；发展阶段，地面植被开始被破坏，出现风蚀、地表粗化、斑点状流沙和低矮灌丛沙堆，随着风沙活动的加剧，进一步出现流动沙丘或吹扬的灌丛沙堆，包括发展中的沙漠化（沙漠化土地占土地面积20%以下）和强烈发展的沙漠化（以风力作用下的沙漠化过程为例，沙漠化土地占土地面积20%～50%）；形成阶段，地表广泛分布着密集的流动沙丘或吹扬的灌丛沙堆，其面积占土地面积50%以上，为严重沙漠化。1.2.1.2 沙漠化的危害
沙漠化已经严重威胁到世界农业的发展。它不但使土地滋生能力退化，农牧生产能力及生物产量下降，而且可供耕地及牧场面积减少。由于沙漠化而致的水土流失、土地贫瘠，已使不少国家遭受连年饥荒。如果沙漠化继续下去而得不到有效抑制，到21世纪末，预计目前耕地面积的1/3将会被损失，这是个十分危险的信号。我国也是一个土地沙漠化严重的国家，沙化土地约占国土总面积的13.6%。并且每年2还以60km的速度扩张。我国土地沙漠化的形成，除了因力作用而造成沙丘前移入侵的自然因素以外，由于过度农垦、过度放牧、过度砍伐、工业交通建设等破坏植被的人为因素引起沙漠化的现象更为普遍。数据表明，我国土地沙漠化原因如下：森林过度采伐占32.4%，过度放牧占29.0%，土地过度使用占23.3%，水资源利用不当占6.0%，沙丘移动占5.5%，城市、工矿建设占0.8%。由这些数字可以看出，我国绝大部分（约占95%）的土地沙漠化是人为因素造成的。因此，应当保护和利用好土地，封沙育草，营造防风沙林，实行林、牧、水利等的综合开发治理，充分发挥植被群体效应以达到退沙还土的目的。土壤是植物的母亲，是绿色家园繁荣昌盛的物质基础。
1.2.2 盐碱地现状与危害
盐碱地也称盐渍土，是各种盐土和碱土以及不同程度盐化和碱化土壤的总称。当土壤表层中的可溶性盐类超过0.1%时，即为盐化土壤，当总盐量超过1%时，称为盐土。盐土因为含有大量可溶性盐类而使大多数植物不能生长。当土壤表层含较多的NaCO时，会使土23壤呈强碱性，交换性钠离子占阳离子交换量的百分比超过5%时，称为碱化土壤，超过15%时便形成碱土。碱土是指代换性钠离子阳离子代换量的百分率（ESP）超过20%，pH值在8以上的土壤。实际上盐土与碱土常混合存在，故习惯上称之为盐碱土。土体中含有较多的盐碱成分，物理化学性质很差，致使大多数植物的生长受到不同程度的抑制，有些甚至不能成活。图1-1为中度盐碱地。图1-1 中度盐碱地1.2.2.1 盐碱化的成因
根据土壤中所含盐分和碱分的多少，可将盐碱地划分为轻度（0.10%～0.25%）、中度（0.25%～0.50%）和重度（0.50%～0.60%）。各种盐碱地往往是在一定的自然条件下，由多方面因素共同作用而造成的。其中，影响盐碱地形成的主要因素有地理条件、气候条件、土壤质地条件、地下水以及河流和海水的影响、耕作管理的不当等。
盐渍土多分布在降水量小、蒸发量大的干旱和半干旱气候区，土壤层中所含盐分随毛细管水由底土层向上转移，水分蒸发后，在表层聚积。盐碱土所处地形多为平地、内陆盆地、局部洼地及沿海低地，盐分随地表、地下径流由高处向低处汇集，使洼地成为水盐汇集中心，地下水经常维持较高水位，在水分蒸发后盐分随即聚积地表。地下水位越浅和矿化度越高，土壤积盐就越强。此外，次生盐渍化是由于人类不合理的生产活动引起的土壤盐渍化，主要发生在干旱或半干旱地区的灌区，因盲目引水漫灌，不注意排水措施，有灌无排或因灌废排，引起大面积的地下水位抬高到临界深度以上，使盐分累积到土壤表层中。1.2.2.2 盐碱地的分布情况
盐碱地是一种重要的土地资源，土壤盐渍化也是一个世界性的资源和生态问题。世界上存在大量的盐渍化土壤，其主要分布在中纬度地带的干旱区、半干旱区或者是滨海地区。根据联合国教科文组织（UNESCO）和粮农组织（FAO）的不完全统计，全球有各种盐渍土，92广泛分布于100多个国家和地区，面积约1×10hm，占全球陆地面积662的10%，并且以每年1×10～1.5×10hm的速度在增长。42
我国的盐碱土分布范围也很广泛，总面积约9913×10hm，居世4242界第4 位，其中现代盐碱土3693×10hm，残余盐碱土4487×10hm，42潜在盐碱土1733×10hm。根据土壤类型和气候条件大致可分为滨海盐土和海涂、黄淮海平原盐渍土、东北松嫩平原的盐土和碱土、半漠境内陆盐土和青新极端干旱的漠境盐土五大片。其中盐碱化耕地76042×10hm，近1/5 耕地发生盐碱化，其中原生盐化型、次生盐化型和各种碱化型分布分别占总面积的52%、40%和8%。同时，我国沿海4各省、市、自治区约有1.8×10km 的滨海地带和岛屿沿岸，广泛分布62着各种滨海盐土，总面积可达5×10hm，主要包括长江以北的辽宁、河北、山东等省、江苏北部的海滨冲积平原及长江以南的浙江、福建、广东等省沿海一带的部分地区。
土壤盐碱化已经是一个世界性难题。由于我国人口大量增长，对耕地需求日益增大，大量森林、草地、湿地等被开垦为耕地，再加上人类不合理耕作而造成的土壤次生盐碱化，而盐碱地又不适合植物尤其是农作物的生长，这样使土壤盐碱化进入了一个恶性循环，严重影响和制约了现代农业和畜牧业的发展。通常土壤含盐量在0.2%～0.5%时不利于植物生长，而受土壤中碳酸盐累计的影响，我国盐碱地的碱化度普遍较高，严重的盐碱土壤地区植物几乎不能生存。我国不少盐碱地的含盐量达0.6%～1.0%，而滨海盐碱地区土壤含盐量可达2.0%～6.0%。现今，国内外次生盐碱化耕地面积还在不断扩大。1.2.2.3 盐碱地的危害
土壤盐碱化和次生盐碱化问题在世界范围内广泛存在，受气候变化和全球人口不断增长的影响，这一问题日益严重。土壤次生盐碱化是在干旱和半干旱地区发展可持续灌溉农业面临的主要问题之一。美国西部受灌溉土地盐渍化的影响，一度导致农作物减产将近30%；印度的次生盐碱化面积占农田总面积的20%；巴基斯坦土壤盐碱化面积占灌溉面积的50%。21世纪，土地盐碱化带来的环境问题不仅影响农业的可持续发展，而且最终影响人类的生活。我国长江以北的干旱、半干旱和半湿润区，包括西北内陆地区、黄河中游半干旱区、黄淮海平原、东北半湿润半干旱低洼地区，以及沿海的滨海沉积平原等地区，分布着大面积的盐碱地，严重影响了土壤生产力的发挥。黄河流域灌42溉面积约有650×10hm，80%分布在宁蒙河套平原、汾渭盆地和黄河下游平原，这些地区的土壤次生盐碱化问题非常突出。
具体地说，土壤积盐过多，导致土壤溶液的渗透压过高，造成树木根系吸收水分、养分困难，破坏树木体内正常的水分代谢，造成植物生理干旱而出现萎蔫现象或停止生长甚至死亡。盐碱的腐蚀作用，能破坏树木细胞组织，抑制新陈代谢。过多的盐分，使土壤肥力减低，理化性质恶化。如树木营养期需要最多的氮元素，进入树木体内较慢，转化利用也较弱，严重影响树木的正常生长和发育。过量的盐碱物质还会直接抑制土壤微生物的活动。盐碱化土壤引起的危害可以分为以下几类。（1）盐碱地对树木生长的影响
① 引发生理干旱 由于盐碱土中含盐量非常大，土壤溶液的渗透压远高于正常值，导致树木根系吸收养分、水分非常困难，浓度过高时，甚至会出现水分从根细胞外渗的情况，破坏树体内正常的水分代谢，造成生理干旱、树体萎蔫、生长停止甚至全株死亡。一般情况下，土壤表层含盐量超过0.6%时，大多数树种已不能正常生长；土壤中可溶性盐含量超过1.0%时，只有一些特殊耐盐树种才能生长。–
② 危害树体组织 当土壤pH值很高时，OH对树体产生直接毒害。因为树体内积聚的过多盐分严重阻碍了蛋白质的合成，从而导致含氮的中间代谢产物积累，造成树体组织的细胞中毒。另外，盐碱的腐蚀作用也能使树木组织直接受到破坏。
③ 滞缓营养吸收 过多的盐分使土壤物理性状恶化、肥力降低，+树体生长需要的营养元素摄入速率和利用转化率都降低。而Na的竞争，使树体对钾、磷等其他微量营养元素的吸收减少，磷的转移受到抑制，严重影响树体的营养状况。
④ 影响气孔开闭 在高浓度盐分作用下，叶片气孔保卫细胞内的淀粉合成受阻，气孔不能正常关闭，树木容易因水分过度蒸腾而干枯死亡。（2）盐碱化对农业生产造成的危害
盐碱地危害农业生产，降低农作物的单位面积产量。主要表现在以下几个方面。
① 影响种子发芽出苗 当土壤溶液总盐量约为10g/kg时，棉花种子就停止吸收水分，种子发芽率仅为50%；如果土壤溶液总盐量达20g/kg，发芽率只有20%。–2–
② 离子毒害 当土壤含盐量高时，大量非营养离子（Cl、SO4++2+2+等阴离子和Na、K、Ca、Mg等阳离子）进入植物体内，就会破坏作物地上器官和组织，造成作物体内非营养物质饱和，影响植物必需营养元素的吸收，使作物营养失调。
③ 影响作物吸收水分 土壤含盐量增加时，土壤溶液浓度相应提高，渗透压会相应增大。如果土壤溶液的渗透压超过了根毛细胞液的渗透压就会产生生理脱水，造成植物的发育不良，甚至是枯萎死亡。
④ 恶化土壤的物理性质 使土壤肥力下降，可耕种和生产性降低。（3）危害灌区水利工程设施
土壤中的盐分不仅能改变土壤流限和塑限，降低土壤密实度，而且其中的硫酸盐、氯化物对砖、钢铁、水泥、沥青、橡胶、木材和石料等建筑材料都具有不同程度的腐蚀性，对道路、渠道、房屋和其他建筑产生较大的破坏作用，严重威胁到水利工程设施的安全运行。（4）破坏生态环境，威胁人类生存环境
土壤盐渍化作为土地荒漠化的一种表现，将导致地面植被生产力下降、土地退化、生物多样性降低。土壤盐碱化严重的地区，由于自然植被减少，造成局部地区湿度降低，增大蒸发量，容易形成干旱、风沙等自然灾害，破坏生态环境，威胁着人类的生存环境。
1.2.3 石漠化现状与危害
石漠化是石质荒漠化土地的简称，是在喀斯特地貌地区的土地退化，已成为岩溶地区最大的生态问题，成了该地区人民的灾害之源、贫困之因、落后之根；同样也是全球性的生态问题之一。虽然全球各国相继组织开展了一些卓有成效的石漠化防治工作，但是某些地区，如我国西南地区等，石漠化防治形势仍很严峻，石漠化治理的任务仍很艰巨，迫切需要制订更为科学有效的石漠化防治思路与对策。1.2.3.1 石漠化的概念
石漠化：是指在热带、亚热带湿润、半湿润气候条件和岩溶极其发育的自然背景下，由于人类不合理的生产活动，使地表植被遭受破坏，导致土壤严重流失，基岩大面积裸露，生产力下降的土地退化现象，是岩溶地区土地退化的极端形式，也是我国四大环境地质问题中最难整治的。
石漠化土地：指基岩裸露度（或石砾含量）≥30%，且植被综合盖度＜50%的有林地、灌木林地；或植被综合盖度＜70%的牧草地；或未成林造林地、疏林地、无立木林地、宜林地、未利用地和非梯土化旱地条件的土地。
潜在石漠化土地：指基岩裸露度（或石砾含量）≥30%，且植被综合盖度≥50%的有林地、灌木林地；或植被综合盖度≥70%的牧草地；或梯土化旱地条件的土地。潜在石漠化土地虽不属于石漠化土地范畴，但当人为干扰超过土地承载力时，就有可能成为石漠化土地。
石漠化的程度：对岩溶地区的现状评价，不同学科的学者有不同的考虑角度，目前广为采纳的是综合考虑基岩裸露度、植被类型、植被综合盖度、土层厚度等因素，将石漠化土地划分为4个程度等级，即轻度石漠化（Ⅰ）、中度石漠化（Ⅱ）、重度石漠化（Ⅲ）和极重度石漠化（Ⅳ）。1.2.3.2 石漠化现状及分布42
世界岩溶分布面积为2200×10km，占陆地面积的15%。然而岩溶地区的石漠化，只在特定的条件下发生。例如，在中国西南由于碳酸盐岩的可溶性，地下水系十分发育，降水携带泥沙通过竖井、落水洞、漏斗等首先进入地下管道、地下河，加上碳酸盐岩不溶物含量甚少、成土缓慢、形成土层薄，因此很容易造成水土流失和石漠化发生。
以中国为例，中国的石漠化主要分布在以云贵高原为中心的贵州、云南、广西、湖南、湖北、重庆、四川和广东8个省460个县的岩溶地区。其次在安徽、福建等岩溶现象的地区有零散分布，但不构成区域的生态危害。据统计，全国石漠化土地面积为1296.23×424210hm，占国土面积的1.35%；潜在石漠化面积1237.88×10hm，占国土面积的1.29%。石漠化土地以云贵高原东部为中心集中分布，边缘区域呈块状或带状分布。从省区看，贵州、云南和广西三省区石42漠化最为严重，石漠化土地总面积为857.6×10hm，占石漠化总面积66.2%；从流域分布来看，石漠化土地主要分布在长江流域和珠江流域；从程度上来看，石漠化土地以轻度、中度为主，轻度石漠化土42地为356.4×10hm，占石漠化总面积的27.5%；中度石漠化土地为4242591.8×10hm，占45.7%；重度石漠化土地为293.5×10hm，占4222.6%；极重度石漠化土地为54.5×10hm，占4.2%。中度、轻度石漠化土地面积占石漠化土地总面积的73.2%。1.2.3.3 石漠化的成因（1）自然因素
自然因素是石漠化形成的基础条件。岩溶地区丰富的碳酸盐岩具有造壤能力差、成土过程缓慢的特点，因而土壤资源缺乏，这是石漠化形成的物质基础。山高坡陡、气候温暖、雨水丰沛而集中，为石漠化形成提供了强大的侵蚀动力和适宜的溶蚀条件。因自然因素形成的石漠化土地占石漠化土地总面积的26%。（2）人为因素
不合理的人类活动是石漠化土地形成的主要原因。岩溶地区人口快速增长，人地矛盾突出；因为地区经济贫困，群众生态意识淡薄，致使农耕活动范围、强度的扩大和土地过度利用，导致土地石漠化。人为因素形成的石漠化土地占石漠化土地总面积的74%，主要表现如下。
① 过度樵采 岩溶地区经济欠发达，商品能源尚未普及，群众生活能源主要靠薪柴，特别是在一些缺煤少电、能源种类单一的地区，樵采是植被破坏的主要原因。据调查，监测区的能源结构中，36%的县薪柴比例大于50%。
② 不合理耕作方式 岩溶地区山多平地少，农业生产大多仍然沿用传统的刀耕火种、陡坡耕种、广种薄收的方式。由于缺乏必要的水保措施和科学的耕种方式，充沛而集中的降水使得土壤易被冲蚀，导致土地石漠化，据调查，监测区现有耕地中15°以上的坡耕地约占耕地总面积20%。
③ 过度开垦 岩溶地区耕地少，为缓解人地矛盾，解决粮食问题，当地群众往往通过毁林毁草开垦来扩大耕地面积，增加粮食产量，这些新开垦地，由于缺乏水保措施，土壤流失严重，最后导致植被消失，土被冲走，石头露出。
④ 乱砍滥伐 新中国成立以来，西南岩溶地区先后出现几次大规模砍伐森林资源，导致森林面积锐减，使森林资源受到严重破坏。地表由于失去植被保护，加速了石漠化发展。
⑤ 乱放牧 牧民在岩溶地区不加节制的散养牲畜，牲畜吃光林草植被，造成土壤易被冲蚀。据测算，一头山羊在一年内可以将10亩2（1亩≈666.7m，下同）3～5年生的石山植被吃光。1.2.3.4 石漠化的危害
石漠化带来的危害是严重的、多方面的。
① 石漠化将导致土壤侵蚀性退化，使水土流失加剧，可耕地面积减少。以贵州的喀斯特山区为例：土地贫瘠化和土壤结构性恶化导致这些地区的农民的贫困概率增加，人和自然的矛盾加剧；而这又将进一步促使石漠化的发生和发展，加大石漠化的治理难度。
② 石漠化将导致喀斯特地区植被的逆向演替，乔木逐渐被典型的小灌木、草丛所取代，使岩溶生态系统内的植物种群数量下降，植被结构简单化，群落的生物量急剧降低，生物遗传的多样性、物种的多样性和生态系统的多样性的逐步消失，很多物种走向灭绝。
③ 石漠化使地表森林植被减少、岩石裸露，导致其调节缓冲地表径流的能力下降、水源涵养能力下降，地下径流变化幅度增大，表层带岩溶泉枯竭，使区域性的旱涝灾害发生和小气候环境恶化的概率增加。
④ 石漠化将破坏喀斯特地区的生态自然景观，造成其区域内景观的旅游价值降低甚至丧失，影响其优势旅游资源的开发利用。
⑤ 石漠化是我国喀斯特地区最为严重的生态环境问题，也将威胁长江中上游和珠江流域的生态安全，建立行之有效的流域生态补偿机制已是非常紧急和重要的问题。
上述的石漠化带来危害的各个方面相互影响，相互作用，将导致人口-自然环境-社会经济之间恶性互动。因此，如何对石漠化发生和发展的机理与机制进行详细和综合的研究，并进一步找出控制和治理石漠化的可行的方法，已是迫在眉睫的问题。
1.2.4 水土流失现状与危害
水是生命之源，是物种生存、农业生产考虑的首要因素，水的枯竭就意味着生命的灭绝。土是万物之本，土壤是世代相传的，人类所不能出让的生存条件和再生条件。可以看出，水土资源是农业可持续发展的基础条件，水土流失造成土地退化，水资源亏缺，动摇了农业生产的基本条件，导致更为严重的生态问题，对人类的生存与发展构成了威胁，成为世界经济发展的隐患，我国是世界水土流失最为严重的国家之一。1.2.4.1 水土流失现状（1）水土流失总体现状
在我国，土壤侵蚀的主要类型有水蚀、风蚀和冻融侵蚀等。目前，4242全国除了 356.92× 10km的水蚀和风蚀外，还有127.82×10km的冻融侵蚀，若把冻融侵蚀计入水土流失总面积内，则全国水土流失总面42积为484.74×10km，占国土总面积的51.1%。按照水土流失强度来划分等级，截至2000年年底，轻度、中度、强度、极强度和剧烈各4242级别水土流失的面积分别为163.84×10km、80.86×10km、42.23×42424210km、32.42×10km和37.57×10km，分别占水土流失总面积的45.9%、22.7%、11.8%、9.1%和10.5%。全国水土流失面积中，轻度和中度面积所占比例较大，达68.6%。全国不同时期水土流失面积见表1-1。2表1-1 全国不同时期水土流失面积表 单位：km（2）不同类型水土流失现状
水蚀是我国分布最广、危害最严重的水土流失类型，总面积为42161.22×10km，占国土总面积的17.0%，在山丘、丘陵等一切有坡度的地面，暴雨时都会产生水力侵蚀。其中，轻度、中度、强度、极42强度和剧烈各等级水蚀的面积分别为82.95×10km、52.77×4242424210km、17.20×10km、5.94×10km和2.35×10km，分别占水蚀总面积的51.4%、32.7%、10.7%、3.7%和1.5%。水蚀面积中，轻度和中度面积所占比例较大，达到84.1%，而极强度以上面积所占比例较小，只占5.2%。
风蚀主要分布在河北、山西、内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江、陕西、甘肃、宁夏、青海、新疆、山东、江西、海南、四川和西藏16个省（自治区）。风蚀面积较大的省（自治区）依次是新疆、内蒙古、42青海、甘肃和西藏，风蚀面积合计187.84×10km，占全国风蚀总面42积的96.0%，其中，新疆和内蒙古的风蚀面积为153.66×10km，占全国风蚀总面积的78.5%。42
冻融侵蚀：全国冻融侵蚀总面积为127.82×10km，占国土总面42积的13.5%，其中，轻度、中度和强度的面积分别为62.16×10km、424230.50×10km和35.16×10km，分别占冻融侵蚀总面积的48.6%、23.9%和27.5%。冻融侵蚀主要分布（面积大小顺序）在西藏、青海、新疆、四川、内蒙古、黑龙江和甘肃等8个省（自治区），其42中，西藏自治区冻融侵蚀面积达90.50×10km，占全国冻融侵蚀总面积的70.8%。1.2.4.2 水土流失危害
当前水土流失的危害主要表现为以下4点。42
① 破坏土壤肥力，毁坏耕地。目前，全国水蚀面积165×10km，4每年有（80～120）× 10t沃土付之东流。其中，黄土高原区的陕西82省年均向黄河输运泥沙4×10t以上，年均侵蚀模数8200t/km。水土流失导致大量肥沃土地随水流走，土层变薄，土壤肥力下降，耕地减少，干旱频繁，有些山区（如贵州省的纳雍县）山地土层被冲光，成为裸石山地，也就是将几十万年形成的有生产能力的山地变成毫无生产力的不毛之地。经研究测算，按现在的流失速度，50年后东北黑土区1400万亩耕地的黑土层将流失掉，35年后西南岩溶区石漠化面积将增加1倍，将有近1亿人失去赖以生存和发展的基础。
② 导致江河湖库淤积，加剧洪涝灾害。由于上游水土流失，大量泥沙随雨水汇入河道，携带泥沙的河流流经中下游、湖泊、水库时，流速降低，泥沙逐渐沉降淤积。1950—1999年黄河下游河道淤积泥8沙92×10t，致使河床普遍抬高2～4m；辽河干流下游部分河床已高于地面1～2m，也成为地上悬河；全国8万多座水库年均淤积16.24×8310m，是造成调蓄能力下降的主要原因之一。近10年来，黄河、淮河、长江、珠江、嫩江、松花江等的干流和支流连续发生百年一遇的特大洪涝灾害，使经济损失达629亿～2642亿元人民币。
③ 恶化生存环境，加剧贫困。专家综合判定，我国现有严重水土流失县646个，江西赣南15个老区县中，水土流失严重县有10个，占67%；陕北老区27个县全部为水土流失严重县；太行山45个老区县中，水土流失严重县33个。调查显示，76%的贫困县和74%的贫困人口生活在水土流失区。
④ 削弱生态系统的调节功能，对生态安全和饮水安全构成严重威胁。严重的水土流失不但使粮田被毁，而且使森林遭受破坏，草场退化。10年统计数据表明，全国森林面积减少23%，森林蓄积量下降22%；目前我国草地已有90%退化，其中中度退化（包括沙化、碱化）的达1.3亿公顷，并且以每年200万公顷速度递增；生物多样性濒危；土地盐碱化、荒漠化频率加快等，由此严重破坏生态环境。随着水土流失的加剧，土层有效持水量降低、热量状况变劣，裸露土地温度升高，土壤调节水分的功能也随之下降，影响水资源利用，进而导致水旱灾害加剧。50多年来，我国从南到北，旱灾发生的频率也呈现逐渐增加的趋势。近10年来全国平均耕地受旱面积达到2.9亿亩，成灾面积达到1亿多亩。
1.2.5 气候变暖及其危害
全球变暖指的是在一段时间中，地球大气和海洋温度上升的现象，主要是指人为因素造成的温度上升。主要原因是由于人们大量使用煤、石油、天然气等化石燃料产生大量的二氧化碳等多种温室气体，且砍伐森林导致地球对二氧化碳的吸收减少，导致大气中二氧化碳的含量上升。由于这些温室气体对来自太阳辐射的可见光具有高度的透过性，而对地球反射出来的长波辐射具有很强的吸收性，能强烈吸收地面辐射中的红外线，也就是常说的“温室效应”，导致全球气候变暖。近100多年来，全球平均气温经历了：冷→暖→冷→暖四次波动，总的看气温为上升趋势。进入20世纪80年代后，全球气温明显上升。全球变暖的后果，会使全球降水量重新分配、冰川和冻土消融、海平面上升等，既危害自然生态系统的平衡，更威胁人类的食物供应和居住环境。1.2.5.1 全球变暖的原因（1）人为因素
① 人类活动使大气中CO浓度持续上升，“温室效应”不断加2强。工业革命以来，人类大量燃烧化石燃料，大气中的CO浓度迅速2上升。对冰川冰核中空气的分析结果表明，1750年大气中CO浓度仅2–6为280×10。据美国在全球建立的一个包括南极极点在内的20多个观测站的CO观测网的测定结果表明，近几十年来大气中CO浓度正22–6在急剧增大，1958年时CO浓度为312.5×10，到1984年增至343×2–6–610。1958—1968年间CO浓度年增长率均小于1×10，而1968—2–61978年CO浓度年增长率却大于1×10。若按此速度增加，未来50年2–6内大气中CO浓度将增加30%，到21世纪中叶将增至600×10，即相2当于工业革命初期的2倍多。CO是大气中最主要的温室效应气体，28–6目前全球CO年排放量在50×10t以上，浓度已超过345×10，如果2全球矿物燃料消耗量继续按计划2%年增长率递增，预计到21世纪中叶以后大气中CO含量将增加1倍多，也相当于工业革命初期的2倍2多，跟上述CO浓度增加倍数接近，由此可预测，到21世纪中叶以后2CO温室效应将增强1倍多，全球气候将变得更暖。2
② 人口激增，森林锐减，导致平衡大气中CO与O的生态功能22急剧下降，更加增强了CO温室效应。人类在地球上的出现一直到今2天已经历了300万年的历史，随着生产力的发展，人口总的趋势是增长速度越来越快，特别是20世纪70年代以来，医疗卫生条件极大改善，人口增速增长更快。联合国有关部门统计数据表明，20世纪初世界人口约为16亿，到1975年增至41亿，预测到2100年将接近300亿，这数字与美国科学院对整个地球的环境最大承载能力的预测极为接近。目前全人类正以每秒3个人，每天约25万人的速度激增，在今后10年内全球由于人口的增加（约10亿人），仅人体呼吸排放到大气中的CO就将增加20多亿吨，平均每年增加2亿多吨，2010年全球近7028亿人口，每年从人体内排放到大气中CO超过100×10t，而需要消耗28大气中O的数量比排放的CO稍少一点，但也超过100×10t，使大气22中CO与O的平衡比例失调，从而使CO温室效应作用大大增强。此222外，由于世界人口激增，人类生活及生产需消耗的资源，尤其是森林资源的数量将大大增加，人们对木制产品的需求量增加，预计到2020年全球商品木材蓄积将消失40%以上，由于粮食需求的增大，人4们不断砍伐森林，将其变为耕地；世界的森林正以每年1800×10～422000×10hm的速度从地球上消失，主要出现在非洲、亚洲、南美洲潮湿的热带森林。预测表明，发展中国家剩余的森林覆盖面积到2020年将消失40%以上。由于森林面积的急剧减少，森林生态功能将大大削弱，未来十年内平均每年吸收大气中的CO将大约减少70×28810t。而每年向大气释放的O则减少51×10t左右。这将进一步导致2大气中CO与O平衡比例失调，CO大量增加，而O却大量减少，致2222使CO“温室效应”大大增强，从而加速全球气候变暖的进程。2（2）自然因素
① 全球正在处于温暖期。
② 地球周期性公转轨迹变动。地球周期性公转轨迹由椭圆形变为圆形轨迹，距离太阳更近。根据某科学家的研究，地球的温度曾经出现过高温和低温的交替，是有一定的规律性的。
③ 在自然因素中，各个在过去100年中可能造成的地球温度变化的外界强迫因子中，以火山活动的作用最重要。在1950—1970年全球气温下降时期，正是全球火山活动较频繁时期，大量火山灰进入大气，使大气中气溶胶光学厚度增加，大大削弱了进入地球表面的直接太阳辐射。因此火山活动是造成20世纪50～70年代全球气温下降的主要原因。由于它的降温作用超过了CO的升温作用，从而掩盖了2CO浓度持续增加对全球的变暖作用。2
然而，对于全球变暖这一问题，仍然存在许多争议。2007年3月8日英国广播公司播出了纪录片《全球暖化大骗局》，以全然迥异于当前主流观点的态度，讨论全球暖化的议题。这部影片不断提出“暖化现象并非人类活动所致”的说法，并访问多名气候学家，最后结论认为太阳活动才可能是暖化的主因，人类对气候的影响微不足道。《英国皇家学会学报》在2009年12月也刊登了一篇论文，称宇宙射线才是地球变暖的主要原因。1.2.5.2 全球变暖的危害
① 自然灾害频发 全球气候变暖使极端天气气候事件频发，大大增加了天气灾害的风险。由于全球气候变暖，使得大气环流等随之发生改变，伴随而来的是台风等极端气候事件频频发生。数据表明，20世纪90年代全球重大气象灾害比50年代的发生频率高出5倍以上。例如，由于气温上升，地中海地区的降水将大幅增加，而且多以灾难性的暴风雨形式出现。随着气候的变化，撒哈拉以南非洲地区将愈发干燥，而世界其他地方会越来越多地遭受洪水泛滥的威胁。
② 水资源短缺 全球变暖使水循环的过程速度加快，降水分布在空间上更加不均匀。由于气温增高，水汽蒸发加速，全球雨量每年将增加，各地降水形态也将会改变。对气候变化进行水分循环模拟显示，陆地生态系统将会频繁地遭受严重的干旱和洪水灾害。全球气候变暖可能使全球平均降水量趋于增加，但降水变率可能随着平均降水量的增加也发生变化，蒸发量随全球平均温度增加而增大，使未来旱涝等灾害出现频率增加。气候变暖后，一些地区由于蒸发量加大，河水流量趋于减少，使原来的河流污染更加严重。
③ 农作物产量发生改变 农业是受全球变暖影响最大的部门。由于温度升高，旱涝加剧，水资源短缺，改变植物、农作物的分布及生长力，造成土壤贫瘠，使许多地区作物减产，还间接破坏生态环境，改变生态平衡。另一方面，气温升高，将使我国积温及持续天数增加，种植界限北移，复种指数提高，有利于农作物产量的增加，还会使生长期延长，促进农业生产。
④ 疾病危害加剧 气候变暖使热量带向高纬度地区移动，由此引起的环境改变会迫使一些动物转移，频繁转移为疾病的传播提供了便利条件，某些感染源或携带病原体的昆虫、啮齿类动物分布区扩大，疟疾、登革热、黑热病和血吸虫病等流行蔓延。气候变暖给许多病菌提供了更为广阔的活动空间，病菌的繁殖率和传播速度将更大更快。气候变化还会使人的抵抗能力和免疫能力下降，这些因素综合在一起，就会增加瘟疫流行的概率。
⑤ 海平面上升 全球变暖使极地冰川融化并使海水热膨胀，从而导致海平面上升。近50年来海平面上升速率为1.0～2.5mm/a。随着全球变暖，未来50～100年的时间，海平面将继续上升；到2050年约上升12～50cm。世界上一些低海拔地区将被海水淹没，一些岛国首当其冲。饮用水也将受污染。同时，海平面上升对人类的生存和经济发展也是一种缓发性的自然灾害，导致海岸线后退、海水倒灌、洪水排泄不畅、海堤受损和农田盐碱化等，进而影响航运、水产养殖业等。
⑥ 生物数量变化 气候变化对生物多样性的影响取决于气候变化后物种相互作用的变化，以及物种迁移后与气候变化对生物多样性的影响。植被模拟研究证实，气候变化使某些物种由于不能适应新环境濒临灭绝，也可能出现新的物种体系。全球变暖对我国植被水平和垂直分布、面积和生产力会产生不同程度的影响。随着温度的变化，动植物对气候变化的典型反应需要有逐渐适应的时间，再加上森林的减少，森林格局发生变化，动植物生存将受到威胁，许多动植物将大量消失，造成生物多样性减少。
全球变暖所导致的后果众所周知：气温升高、冰盖融化、海平面上升。不过，地球气候变化导致的另外一些后果如加剧过敏症、令森林大火肆虐以及让北极湖泊消失等可能人们很少了解到。
将更多的温室气体排放到大气中所造成的危害，谁也无法确切地说明将来会有多严重。
1.2.6 国际碳减排计划
1.2.6.1 国际碳减排的提出进入21世纪以来，越来越多的人认识到全球气候变暖将严重威胁人类的生存。随着一些严重气候性灾害的频繁发生，一些原本对气候变暖不予重视的国家也开始积极起来。低碳发展、低碳产业、低碳能源、低碳技术、低碳生活汇成的低碳经济发展模式已为世界各国所推崇。但是，由于对气候变暖造成危害的严重性和紧迫性尚认识不足，各国国情不同和政府重视程度不一，要实现碳减排的既定目标难度还很大。因此，需要加强相关知识传播力度，唤起民众积极参与低碳经济建设的积极性，敦促政府采取更加有效的实施低碳经济发展战略，以保护全人类赖以生存的共同家园。
2003年的英国能源白皮书《我们能源的未来：创建低碳经济》首次提出“低碳经济”的概念。作为第一次工业革命的先驱和资源并不丰富的岛国，英国最先意识到了能源安全和气候变化的威胁，它正从自给自足的能源供应走向主要依靠进口的能源模式，按目前的消费模式，预计2020年英国80%的能源都必须依赖于进口。同时，应对气候变化带来的影响已经迫在眉睫。“低碳经济”提出的大背景，是全球气候变暖对人类生存和发展的严峻挑战。随着全球人口和经济规模的不断增长，能源使用带来的环境问题及其诱因不断地为人们所认识，不止是烟雾、光化学烟雾和酸雨等的危害，大气中二氧化碳（CO）浓度升高带来的全球气候变暖也已被确认为不争的事实。2“低碳经济”是指在可持续发展理念指导下，通过技术进步、新能源开发、产业转型、制度创新等多种手段，尽可能地减少煤炭石油等高碳能源消耗，限制温室气体排放，达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展模式。其实质是能源高效利用、清洁能源开发、追求绿色GDP的问题，核心是能源技术和减排技术创新、产业结构和制度创新以及人类生存发展观念的根本性转变。2009年的中央经济工作会议提出，开展低碳经济试点，努力控制温室气体排放，加快建设资源节约型、环境友好型社会。可以说，发展低碳经济既是顺应世界经济发展的需要，也是一个大国应该肩负的社会历史使命。在此背景下，“碳足迹”“低碳经济”“低碳技术”“低碳发展”“低碳生活方式”“低碳社会”“低碳城市”“低碳世界”等一系列新概念、新政策应运而生。我们必须摒弃20世纪传统的“先污染、后治理”粗放的经济增长模式，转变自身的经济观、价值观，切实加强技术创新和体制创新，通过低碳经济模式与低碳生活方式，逐步迈向生态文明之路，实现社会可持续发展。1.2.6.2 全球碳交易市场的发展
2005年生效的《京都议定书》对《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC）附件一发达国家及其他工业化国家缔约方的量化减排指标做出了具有法律约束力的定量限制。即在2008—2012年间，温室气体排放量在1990年的水平上平均削减5.2%。其中，欧盟削减8%、美国削减7%、日本削减6%。为保证全球减排目标的实现，《京都议定书》确立了3种补充性的灵活减排机制，即排放贸易机制（ET）、清洁发展机制（CDM）和联合履行机制（JI）。发达国家可以通过这3种机制在本国以外取得减排额，缓解国内减排压力，以较低成本实现减排目标。发展中国家也可以通过项目合作获得减排的资金和技术，促进经济可持续发展。在京都议定书的框架下，温室气体减排权成为一种商品，从而形成全球温室气体排放权的交易，简称碳交易。
目前，全球碳交易主要有两种形式。一是基于配额的交易，在“总量控制与交易”体制下，对有关机构制定、分配或拍卖的减排配额进行交易。市场主要包括各自独立的3个体系：欧盟排放贸易体系（EUETS）、澳洲新南威尔士（NSW）和芝加哥气候交易所（CCX），均是在发达国家之间进行。二是基于项目的交易，项目市场采用“基准与信用”原理，将可证实降低温室气体排放的项目用于交易。市场主要包括清洁发展机制和联合履行机制，前者在发达国家与发展中国家之间进行，后者在发达国家和经济转型国家之间展开。中国作为发展中国家，只能参与清洁发展机制项目开发，并将所获项目产生的核证减排量（CER）出售给有减排要求的发达国家政府或机构。（1）全球碳市场交易规模迅速扩大，欧盟排放交易体系占主导地位
根据世界银行统计，2005—2008年，全球碳交易额年均增长126.6%。尽管2008年受全球金融危机影响，基于项目的清洁发展机制一级市场交易额下降，但二级市场依然活跃；基于配额的交易仍保持快速增长的势头，全年交易额达到1263.5亿美元，比2007年的630.1亿美元增长100.5%，超过2005年交易额的10倍。从全球碳交易量来看，增长势头也十分迅猛，2005—2008年年均增长59.5%。82008年，全球碳交易量达到48.1×10t CO当量，比2007年的29.8×2810t CO当量增长61.4%，是2005年碳交易量的3倍。2
在全球碳交易中，欧盟排放交易体系一直占主导地位。20088年，欧盟排放交易体系交易额为919.1亿美元，交易量为30.9×10t CO当量，分别比2007年增长87.3%、50.1%，占全球的比重分别为272.7%、64.2%。清洁发展机制仅次于欧盟排放交易体系，其交易额和交易量分别占全球的26%和30.3%。从市场规模上看，清洁发展机制与欧盟排放交易体系相比有很大差距，但清洁发展机制的增速不可小视，2008年，清洁发展机制的交易额和交易量分别比2007年增长154.5%、84.5%，远超过欧盟排放交易体系和全球碳交易的平均增长水平。
在共同而有区别责任的原则下应对全球气候变化，清洁发展机制是目前比较有效和成功的方法。减排成本的巨大差异，使发达国家愿意向发展中国家提供资金、技术和设备支持。发达国家在向发展中国家转移低碳技术的同时，也促使其自身技术的创新和再出口，因而是一种双赢的机制。中国是目前清洁发展机制下项目交易的主要供给方，2008年占全球的比重高达84%，印度和巴西位列第二和第三，占全球比重分别为4%、3%。（2）区域性碳交易市场兴起，全球统一市场和规则尚待形成和制定
欧盟排放交易体系是目前世界上最大的温室气体排放权交易市场，包括欧盟27个成员国，近1.2万个工业温室气体排放实体，有巴黎Bluenext碳交易市场、荷兰Climex交易所、奥地利能源交易所（EXAA）、欧洲气候交易所（ECX）、欧洲能源交易所（EEX）、意大利电力交易所（IPEX）、伦敦能源经纪协会（LEBA）和北欧电力交易所（Nordpool）8个交易中心，成为全球温室气体排放权交易发展的主要动力。在欧盟排放交易体系第二阶段（2008—2012年）和第三阶段（2013—2020年）的安排中，欧盟继续逐步加大减排力度，并将将更多的行业纳入减排限制。此外，欧盟还计划在第三阶段，为提高碳交易市场的效率，在配额分配中引入拍卖机制。
美国目前还没有建立全国统一的碳交易体系，但已有芝加哥气候交易所、东部及中大西洋10个州区域温室气体减排倡议、加州全球变暖行动倡议等区域碳市场，进行配额交易和基于项目的自愿减排量交易。早在2000年成立的芝加哥气候交易所已推出2012年后美国碳交易期货产品，并已开始交易。2009年6月通过的《美国清洁能源法案》，规定要实行温室气体排放权交易机制，政府为发电厂及工厂等设定碳排放量上限。其中85%的限额由政府免费配给，余下的15%限额由各公司购入。只要排放量低于上限，就可以转售限额，借此鼓励企业减少碳排放。美国全国碳交易市场有望以该法案为基础形成。
澳大利亚新南威尔士温室气体减排交易体系于2003年1月正式启动，它对该州的电力零售商和其他部门规定排放份额，对于额外的排放，则通过该碳交易市场购买减排认证来补偿。
亚洲地区碳交易起步较晚。新加坡贸易交易所于2008年7月初成立，计划推出核证减排量交易。香港交易所已经开始研发排放权相关产品，筹备温室气体排放权场内交易。日本环境省曾表示日本正在制定一个类似欧盟排放交易体系的总量管制与配额交易，但推出时间未定。
随着低碳经济政策的逐步成熟和完善，世界各国和地区纷纷发展自己的区域性碳交易市场。欧盟于2009年1月提议建立全球统一碳交易市场，将其作为解决全球气候变化问题的方案内容之一。显而易见，欧盟要主导未来国际规则的制定。虽然欧盟承诺扩大其排放交易体系，吸收其他发达国家加入，但要形成全球统一碳交易市场，还需要经历一段很漫长的过程。
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