生态系统是指在一定的空间内生物的成分和非生物的成分通过物质的循环和能量的流动互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能单位。生态系统中的非生物环境、生产者、消费者和分解者4个营养单元，在能量的获得和物质的循环中各以其独特的作用，通过彼此间相互影响、相互依存的复杂的营养关系紧密结合为一个整体，成为自然界的基本功能单元。自然界里所有生物的发生、发展、变化都是通过生态系统这个基本功能单元来体现的。

生态系统服务功能（Ecosytem Services）是指人类直接或间接从生态系统功能（即生态系统中的生境、生物或系统性质及过程）中获取的利益，生态系统不仅为人类提供了食品、医药及其他生产生活原料，更重要的是维持了人类赖以生存的生命支持系统，维持生命物质的生物地化循环与水文循环，维持生物物种与遗传多样性，净化环境，维持大气化学的平衡与稳定，而且在人类生存与现代文明中具重要作用。由此可见，生态系统服务是指对人类生存及生活质量有贡献的生态系统产品和生态系统功能，生态系统服务是生态系统产品和生态系统功能的统一，而生态系统的开放性是生态系统服务的基础和前提（Daily，1995，1997；Costanza，1997）。

2.1.1.1　水对生态系统的意义

（1）水是不可替代生态因子。水是动物和植物体的重要组成部分，是植物光合作用制造有机物的主要原料，能为生物创造非常稳定的温度环境，土壤中所有矿物质、氧、二氧化碳等都必须溶于水后才能被植物吸收利用，同时，水分循环也是自然界最重要的物质循环之一。因此，水对人类、对生命、对生态系统是存在和发展不可或缺的物质，是不可替代的。其他资源，如石油、矿产等，可以由别的替代品，但是水是不可替代。若地球上没有水，地球就会像太阳系中的其他行星一样，成为没有生命的星球，人类也就失去了生存和发展的基础。

（2）水对生态系统平衡具有决定作用。所有的生态环境问题都是以水资源为核心要素的生态问题。水资源的枯竭会导致植被退化，土地荒漠化，动植物大量消亡，加剧水、旱、风、雹等自然灾害的频繁发生等严重生态事件，致使自然界的生态失衡，而水质的退化也会造成水资源使用功能的下降，造成对植被、鱼类等生态系统主体的严重损害。而当今世界正面临一场新的水危机，受到水短缺、水污染的严重威胁。

2007年3月23日第15个“世界水日”，联合国发表了《世界水资源开发报告》，通过对全球淡水资源进行评估后显示，水资源的缺乏目前已经成为全球性问题。因此，人们将2008年世界水日的主题定为“应对水短缺”。下面的这组数字足以透视目前世界各地水资源危机的严重程度。

1）13亿：全球约13亿人喝不上干净的饮用水，每年有310万人死于不洁饮用水引发的相关疾病。

2）4100万：欧洲有4100万人饮用水不足，欧洲还有8500万人缺乏基本的排水、污水处理和卫生设施，而全世界用不上基本卫生设施的人有26亿人。

3）6km：发展中国家的妇女每天平均需要步行6km到住地之外的地方去取水。

4）70%：到2030年，全球粮食需求将提高55%。农业灌溉用水将占到全球人类淡水消耗的近70%，供需矛盾更加紧张。

5）40%：由于管道和运河泄漏以及非法连接水管，有近40%水资源出现浪费。

6）5000亿：全世界每年约有5000亿m3污水排入江河湖海，造成35.5亿m3以上的水体受到污染。

同时，水问题还导致了世界上众多河流断流、地面下沉、塌陷、地表裂缝与海水侵入等许多生态环境问题。1997年10月8日，联合国秘书长安南曾在“国际减灾日”指出：在各种自然灾害中，与水有关的洪水、干旱和荒漠化给人类造成的损失非常惨重，不仅夺走大量生命，而且每年全球损失高达1000亿美元，相当于全部自然灾害损失的一半。可见，水资源显然已成为生态系统健康发展的关键性生态因子。

因此可以看出，生态系统依赖于水，没有水，生命不能维持，生态系统不能运动，尤其是在水资源危机严峻的今天，水在生态系统具有不可动摇的基础性地位。

2.1.1.2　土壤对生态系统的意义

土壤是岩石圈表面的疏松表层，是地球表层生态系统中生物多样性最丰富、生物地球化学的能量交换和物质循环（转化）最活跃的生命层。

（1）土壤是植物生长繁殖和生物生产的基地。植物是有机物质的最初制造者，也是能量的第一个固定者，所以植物被称为生态系统的初级生产者或第一性生产者，是生态系统的主要成分。绿色植物生长发展所需的5个基本要素，即日光（光能）、热量（热能）、空气（氧及二氧化碳）、水分和养分，其中水分和养分通过根系从土壤中吸取。植物能立足自然界，能经受风雨的袭击，不倒伏，则是由于根系伸展在土壤中，获得土壤的机械支撑之故。这一切都说明，在自然界，植物的生长繁育必须以土壤为基地。一个良好的土壤应该使植物能吃得饱（养料供应充分）、喝得足（水分充分供应）、住得好（空气流通、温度适宜）、站得稳（根系伸展开、机械支撑牢固）。归纳起来，土壤在植物生长繁育中有下列不可取代的特殊作用。

1）营养库的作用。植物需要的营养元素除CO2主要来自空气外，氯、磷、钾及中量、微量营养元素和水分则主要来自土壤。从全球氮磷营养库的贮备和分布看（见表2.1），虽然海洋的面积占地球陆地表面的2/3，但陆地土壤和生物系统贮备的氯磷总量要比水失生物和水体中的贮量高得多，从数量的分配上，土壤营养库都十分重要。土壤是陆地生物所必需的营养物质的重要给源。

表2.1　全球氮磷营养贮备和分布(www.daowen.com)

2）养分转化和循环作用。土壤中存在一系列的物理、化学、生物和生物化学作用，在养分元素的转化中，既包括无机物的有机化，又包含有机物质的矿物质化。既有营养元素的释放和散失，又有元素的结合、固定和归还。在地球表层系统中通过土壤养分元素的复杂转化过程，实现着营养元素与生物之间的循环的周转，保持了生物生命周期生息与繁衍。

3）雨水涵养作用。土壤是地球陆地表面具有生物活性和多孔结构的介质，具有很强的吸水和持水能力。据统计，地球上的淡水总贮量约为0.39亿km3，其中被冰雪封存和埋藏在地壳深层的水有0.349亿km3。可供人类生活和生产的循环淡水总贮量只有0.041亿km3，仅占总淡水量的10.5%。在0.041亿km3的循环淡水中，除循环地下水（占95.12%）和湖泊水（占2.95%）超过土壤水（占1.59%）外，土壤贮水量明显大于江河水（0.03%）和大气水（占0.34%）的贮量。土壤的雨水涵养功能与土壤的总孔度、有机质含量等土壤理化性质和植被覆盖度有密切的关系。植物枝叶对雨水的截留和对地表径流的阻滞，根系的穿插和腐殖质层形成，能大大增加雨水涵养、防止水土流失的能力。

4）生物的支撑作用。绿色植物在土壤中生根发芽，根系在土壤中伸展和穿插，获得土壤的机械支撑，保证绿色植物的地上部分能稳定地站立于大自然之中。

5）稳定和缓冲环境变化的作用。土壤处于大气圈、水圈、岩圈及生物圈的交界面，是地球表面各种物理、化学、生物化学过程、反应界面、物质与能量交换、迁移过程等最复杂最频繁的地带。这种特殊的空间位置，使得土壤具有抗外界温度、湿度、酸碱性、氧化还原性变化的缓冲能力。对进入土壤的污染物能通过土壤生物，进行代谢、降解、转化、清除或降低毒性，起着“过滤器”和“净化器”的作用，为地上部分的植物和地下部分的微生物的生长繁衍提供一个相对稳定的环境。

从能量和有机质来源看，植物生产是由绿色植物通过光合作用，把太阳辐射能转变为有机质化学能，是动物及人类维持其生命活动所需能量和某些营养物质的唯一来源。动物生产则是对植物生产产品的进一步加工及增值，在更大程度上满足人类的需求。因此，人们把植物生产称为初级生产（又称一级生产、基础生产），面把动物生产称为次级生产。从食物链的关系看，次级生产中又可再分为若干级，如二级、三级等。每后一级的生产都以其前一级生产的有机物质作为其食料，整个动物界就是通过食物链的繁育、衍生而来的。由此可见，土壤不仅是植物生产的基地，也是动物生产的基地。

（2）土壤是地球表层系统自然地理环境的重要组成部分。在地球陆地表面，人类或生物生存的环境称为自然环境。通常把地球表层系统中的大气圈、生物圈、岩石圈、水圈和土壤圈作为构成自然地理环境的五大要素。其中，土壤圈覆盖于地球陆地的表面，处于其他圈层的交接面上，成为它们连接的纽带，构成了结合无机界和有机界——生命和非生命联系的中心环境。

在地球表面系统中，土壤圈与各圈层间存在着错综复杂而又十分密切的联系制约关系。早在1938年，S.Matson根据物质循环的观点，提出土壤是岩石圈、水圈、生物圈及气圈相互作用的产物。反过来，土壤又是这些圈层的支撑者，对它们的形成、演化有深刻的影响。

1）土壤与大气圈的关系。土壤与大气间在近地球表层进行着频繁的水、热、气的交换和平衡。土壤庞大复杂的多孔系统，能接收大气降水以供生物生命需要，并能向大气释放CO2和某些痕量气体，如CH4、NO2和NOX等。因为这些气体被认为温室效应气体，是导致全球范围内气候变暖的重要原因。温室气体释放与人类的耕作、施肥、灌溉等土壤管理活动有密切的关系。

土壤是这些气体的库，清楚地了解其源和库的关系，最大限度地减少人为农业活动中温室气体的释放，已成为当今全球共同关心的环境保护问题。

2）土壤与生物圈的关系。地球上所有的生物群落组成了生物圈。而地球表面的土壤，不仅是高等动植物乃至人类生存的基底，也是地下部分微生物的栖息场所。土壤为绿色植物生长提供养分、水分和物理化学条件。由于土壤肥力的特殊功能，使陆地生物与人类协调共存，生生不息。不同类型土壤养育着不同类型的生物群落，形成了生物的多样性，为人类提供各种可开发利用的资源。

3）土壤与水圈的关系。水是地球系统中连接各圈层物质迁移的介质，也是地球表层一切生命生存的源泉。由于土壤的高度非均质性，影响降雨在地球陆地和水体的重新分配，影响元素的表生地球化学行为及水圈的化学成分。植物—大气连续系统中，植物生长所需的水分及其有效性，在很大程度上取决于土壤的理化和生物学过程。虽然水是地球上最丰富的化学物质，但全球的淡水资源不足，我国可利用淡水资源更少，已成为限制工农业生产发展的主要障碍因子。除湖、江、河外，土壤是能保持淡水的最大贮库。

4）土壤与岩石圈的关系。土壤是岩石经过风化过程和成土作用的产物。从地球的圈层位置看，土壤位于岩圈和生物圈之间，属于风化壳的一部分。虽然土壤的厚度只有1～2m左右，但它作为地球“保护层”，对岩石圈起着一定的保护作用，以减少其遭受各种外营力的破坏。

在地球表层系统中，土壤圈具有特殊的地位和功能。它对各圈层的能量、物质流动及信息传递起着维持和调节作用。在土壤圈内各种土壤类型、特征和性质都是过去和现在大气圈、生物圈、岩石圈和水圈的记录和反映。它的任何变化都会影响各圈层的演化和发展，乃至对全球变化产生冲击作用。所以土壤圈被视为地球表层系统中最活跃，最富有生命力的圈层。

（3）土壤是地球陆地生态系统的基础。陆地生态系统就是包罗整个地球陆地表层的“大系统”。在陆地生态系统中，土壤作为最活跃的生命层，事实上，是一个相对独立的子系统，在土壤生态系统组成中，绿色植物是其主要生产者，它通过光合作用，把太阳能转化为有机形态的贮藏潜能。同时又从环境中吸收养分、水分和二氧化碳，合成并转化为有机形态的贮存物质。消费者，主要是食草或食肉动物，如土壤原生动物、蚯蚓、昆虫类、脊椎动物的啮齿类动物，草原地区的鼢鼠、黄鼠、兔子，农田中的田鼠，它们将现有的有机质作食料，经过机械破碎、生物转化，这部分有机质除小部分的物质和能量在破碎和转化中消耗外，大部分物质和能量则仍以有机形态残留在土壤动物中。作为土壤生态系统的分解者，主要指生活在土壤中的微生物和低等动物，微生物有细菌、真菌、放线菌、藻类等，低等动物有鞭毛虫，纤毛虫等。它们以绿色植物与动物的残留有机体为食料从中吸取养分和能量，并将它们分解为无机化合物或改造成土壤腐殖质。

土壤在陆地生态系统中起着极其重要的作用。主要包括：①保持生物活性、多样性和生产性；②对水体和溶质流动起调节作用；③对有机、无机污染物具有过滤、缓冲、降解、固定和解毒作用；④具有贮存并循环生物圈及地表的养分和其他元素的功能。

因此，土壤和水一样，是生态系统最重要最基本的生态要素之一，是维持生态系统运行的必要条件。