人類對水的利用：對關鍵資源的壓力

雖然我們星球的大部分被水覆蓋，但只有很小一部分與人類主要生活在大陸地區有關。在與大陸有關的水中，有大量(超過99%)以地下水或冰的形式存在，人類很難使用。人類與水的互動通常涉及到新鮮的溪流、河流、沼澤、湖泊和淺層地下水；因此，我們嚴重依賴一種相對稀有的商品。與所有生物一樣，我們的生存依賴于水；我們需要充足的淡水來生存。

為什麼要研究大陸水域的生態？對於學者來說，答案很簡單：因為它很吸引人，而且一個人喜歡為自己的利益而學習。因此，湖沼學(研究湖泊和溪流)的領域得到了發展。湖沼學的研究具有悠久的學術嚴謹性和廣泛的跨學科綜合性。湖沼學真正令人興奮的一個方面是地質、化學、物理和生物相互作用的綜合，它們定義了水生系統。沒有一個湖沼學家比G.E.Hutchinson更能體現這種學術綜合的運用；他比任何其他人都更能定義現代湖沼學。水生生態學家還取得了許多其他令人興奮的科學進展，包括完善生態系統的概念、控制疾病的生態方法、評估和補救水污染的方法、管理漁業的方法、恢復淡水生境、瞭解非洲的致命湖泊以及保護獨特的生物。這些都將在本文中涵蓋。我希望傳遞研究水生生態所帶來的對大自然的興奮和欣賞。

對於那些堅持從一門學術學科中獲得更具體利益的人，或者對在更廣泛的政治背景下保護水質和水生生態系統感興趣的人，可能需要進一步的研究理由。有必要重視水資源和保持其完整性的生態系統，並瞭解水生生態系統的生態如何影響這一價值。水是獨一無二的，沒有替代品，因此非常寶貴。對資源進行價值評估的第一步可能是記錄人類對資源的依賴程度以及有多少資源可供人類使用。

如果沒有大氣降水的補充，人類可能迅速利用陸地上所有的水。水在全球水文循環圈中的運動，是瞭解水資源的核心。這些流量的某些方面存在許多不確定性。考慮到預報員在短時間內預測天氣的困難，很容易理解為什麼全球變化以及對水預算的局部和全球影響的估計會受到重大不確定性的困擾。我們能夠比較好地考慮到大氣中水分的蒸發、降水以及從陸地到海洋的逕流。這種計算是通過雨量計網路、河流流量測量和估算地下水流量和補給的複雜方法完成的。

全球水資源預算是全球各分區之間的水運動(水循環量)的估計量(每個區域或形態中發生的水量)。這個水文循環圈將在第4章中有更詳細的討論，但這裡簡要地介紹了供人類使用的水。根據Leopold等多位科學家的研究，通過河流從陸地到海洋的總逕流大約為30000立方公里。由於偏遠地區測量大型河流的不確定性，這些估計值各不相同。接下來，我將討論對可持續供水的潛在上限的需求。

發達國家的人們通常不知道維持生活水準所需的水量。特別是在美國，高質量的水經常被用於諸如填充游泳池和澆灌草坪等奢侈品，但是許多乾旱或發展落後地區維生的飲用水都相當匱乏。公眾對環境保護的關注最多可以轉化為人們在刷牙或使用低流量淋浴頭或低沖馬桶時關閉水龍頭。很少有人瞭解他們現代生活方式所需的工業、農業和發電對水的巨大需求。

其中一些用途(如生活用水、飲用水)需要高品質的水，而其他用途，如水力發電和工業冷卻，

可以用較低品質的水來完成。有些用途是消耗性的，不允許進一步使用水；例如，農業用水的很大一部分蒸發掉了。不可再生水資源利用的最極端例子可能是從具有極長再生時間的含水層(大量地下水儲存)中“開採”的水(從地表提取的水超過了更新率)。在全球範圍內，這種取水方式是普遍存在的。其他用途的消耗較少。例如，水力發電“消耗”更少的水(也就是說，水庫的蒸發會增加水的損失，但大部分水會流向下游)。

準確核算水的經濟價值既包括直接效益，也包括獲得特定效益如何改變未來的使用。與每種用途相關的消耗和污染決定了維持水生生態系統和水質和水量所需的步驟。確定用水的直接效益，包括使用方式和類型，也是必要的。對效益的說明將有助於確定水的經濟價值以及如何管理用水。

人類需要多少水？在發達乾旱國家和欠發達乾旱國家，特別是在地表水稀少的半乾旱國家，人均用水之間存在著巨大的差距。以色列可能是用水效率最高的發達國家，人均每日用水僅137公升，大約是台灣或上海的的一半。但是以色列發展了許多節水科技，還是農業發達國家，輸出大量農產品。生活水準的提高導致了更多的水需求(人均用水)，譬如過去30年中國大陸城市人均用水增加了將近一倍。

可供人類使用的最大總水量是每年陸地降水量減去蒸發損失量。如前所述，河流的最大可用水量為每年22000-35000立方公里。然而，時間與空間的分配不均，造成許多水資源難以利用。譬如，台灣南部夏季暴雨洪水，冬春乾旱，豐枯比高達9比1。除非以高於更新率的速度從地下水中提取額外的補給，從融化的冰蓋中收集，從邊遠地區運輸，或從海洋中回收(淡化)，否則人類無法持續使用超過這一供應率的水。在許多大陸地區，這些過程成本高昂，或無法維持。

預測未來的用水是困難的，但對探索未來可能的用水模式和後果具有指導意義。1980年，美國每年的河道外取水量(需要從河流或含水層中排除水的用途，不包括水力發電)為2766立方米/人，自那時以來略有下降，主要是由於工業總使用量的減少。

在全球範圍內，人類目前從地理和時間上可獲得的逕流中提取了大約54%；如果世界上所有人都以美國的人均用水率那般浪費，那麼地球上的水資源將枯竭，河流生態系統將面臨崩潰。在某些地方，水資源短缺可能非常嚴重，甚至潛藏著生存或戰爭動亂的威脅。在世界許多地區，類似的不穩定性也可能因水資源使用的衝突而產生。

地球人口目前超過70億，聯合國估計在2100年內可能成長的112億。鑒於人口和資源使用的增加，對水的需求只會加劇。

隨著對有限資源的需求升級，清潔水的價值將增加。即使在2000年，馬托斯的人口增長也可能面臨不確定性。隨著水變得越來越寶貴，加強水資源保護的努力將變得至關重要。

儘管存在提高用水效率和保持水質的技術，但人類對水環境的持續負面影響是普遍存在的。大多數用水都會損害水質和水生生態系統的完整性，未來人類對水質和生物多樣性的影響是不可避免的。對水生生態的瞭解將有助於人類作出決定，儘量減少對我們水生資源的不利影響，最終將需要有助於制定可持續用水做法的政策。

水質的價值是多少？

我們已經討論了水的可用性，但是水的品質也很重要。除了直接利用，水生生態系統為我們提供了許多好處。一般認為，大陸自然水生系統的最大價值來自於灌溉、生活用水和廢物處理。濕地、溪流和河流的每公頃價值比任何陸地棲息地都要大。我們探討了水生生態系統的價值，因為貨幣數位可以影響其感知的重要性。對生態系統進行價值評估的方法可以為人們提倡將人為對環境的影響最小化提供重要的證據。忽視生態系統的價值尤其有問題，因為在作出有關資源使用的政治和官僚決策時，感知到的短期收益往往大於量化不良的長期危害。

水的某些價值的量化很簡單，包括確定飲用水的成本、灌溉作物的價值、某些污染成本以及漁業的直接價值。其他可能更難量化。日落時在乾淨的湖面上划獨木舟，或在河濱休閒釣魚，有什麼價值？居住在大陸水域的物種包括非同類物種的價值是多少？這些價值可能難以量化，但正在開發方法來建立非市場價值，並將環境因素納入經濟分析。這些方法包括估計人們花費多少錢去一個水生棲息地，系統的一個屬性和經濟效益之間的統計關係，以及調查人們認為一個水生資源值多少錢。在確定經濟效益和生態系統屬性之間關係的例子中，可以探討人們願意為水質景觀價值付出多少代價。

水的實際價值是多少？在缺乏清潔水的地區，清潔水的主要價格將更高。利用淡水灌溉並非沒有成本。與農業有關的侵蝕每年造成巨大的損失。該估算包括疏浚航道沉積物和遊憩影響的費用，但不包括生物影響。這些估計說明了保護清潔用水的一些經濟動力。

沉積物、殺蟲劑和除草劑殘留、化肥逕流、其他非點逕流、帶有病原體和營養物的污水、化學品洩漏、垃圾傾倒、熱污染、酸沉降、礦山排水、城市化和棲息地破壞是對我們水資源的一些威脅。要瞭解每一種威脅的影響，就需要對水生生態系統的生態學有詳細的瞭解。這些人類活動對生態系統的影響是跨景觀聯繫在一起的，包括濕地、溪流、地下水和湖泊。如果不考慮系統之間以及跨時空尺度的聯繫，管理和政策決策可能是無效的。各國的公私部門都必須採取有效行動，以保護水和其中的生物，更需要維護一個健全的水生態系統

科學的生產性應用要求明確認識時間和空間尺度在所考慮問題中的作用以及人類觀察者的作用。對湖泊營養鹽污染、河流流量變化、汙水處理和營養相互作用等問題的機理的瞭解，已導致成功的緩解策略。我們的許多河流比幾十年前更乾淨了。