人口的不断增长，人均物质消耗和排放的不断增长，虽然已付出了全球性污染不断加剧、野生生物栖息地不断收缩、物种大灭绝和气温上升的巨大代价，但仍未能解决数以十亿计的人口的贫困和饥饿问题，地球已滑向人类与地球生命体两败俱伤的凶险趋势之中，人类吃自己身体的自杀性行为不能再持续下去，人类必须逆转地球生命体衰竭的趋势，并在此基础上开辟新的发展道路。这需要我们对地球生命体进行再认识，由于迄今人类的活动空间主要在陆地，我们也将关注点集中于陆地，这需要弄清以下几个问题。
一是需要弄清陆地生物生产的整体性生态机制。
自然界大至生物圈小至森林、草原、湿地等生态系统，都是生物与生物与环境一体化协同进化的生命共同体。生物与环境协同进化也形成了地球水循环机制的具体形式。生物圈的陆地、海洋和大气通过水循环而相互联系，海洋在太阳辐射的驱动下蒸发，使水从海洋经大气通过降雨到达陆地，陆地水一分为二，一部分在重力作用下以液态形式在地表上下流动直至入海，一部分在热能蒸发和植物生长蒸腾的作用下以气态形式返回大气。生态水文学依据水运动的这一自然规律，把陆地水划分为“绿水”和“蓝水”，绿水指的是看不见的气态水，蓝水指的是看得见的液态水。雨水到达地面后即分为绿水和蓝水两部分，同时，蓝水又分为两部分，一部分为地表径流水，另一部分为地下径流水；绿水也分为两部分，一部分为蒸发水，这是未直接进入植物生长过程就被热能蒸发到大气中的非生产性绿水，另一部分是被植物根系吸收，在植物生产过程中蒸腾到大气中的生产性绿水。
在陆地植物生产的全过程中，水和空气中的二氧化碳是必需的两大原料，土壤水使植物的根部潮湿，植物潮湿的根部与干燥的叶面之间存在的水势差和压力差，引起水从植物根部到叶面的流动，植物叶面的光合作用使水分子加快分裂，产生的氢原子与叶面开启的气孔所吸收的二氧化碳进行特殊化学反应，生成生物的基本构件糖分子，同时通过气孔将植物的水分蒸腾到空气中。植物生产将二氧化碳和水转化成碳水化合物构成自身的生物质，同时排出氧气和水汽的过程，还整体调节着地球环境的生物适宜性。
植物的生物生产量、生产性绿水量、降水量三者成正比例线性关系，并构成一个循环模式。内陆植被覆盖率越高，生物生产量越大，蒸腾量即生产性绿水量也越大，降水也越多。反之，植被覆盖不断减少从而植物生产量不断减少，植物蒸腾量也就不断减小，降水也就越少并会更多地成为地表径流流走，降水和水分配模式随之改变，气候也就变得日益干燥。
森林具有制造和肥沃土壤、增加生物量生产、增加降水、实现降水最大化地向生产性绿水转移、调节温湿、稳定径流、涵养水土、繁衍生物多样性和净化环境的整体性生态调节功能。覆盖着森林的陆地，不仅生物生产量和蒸腾量、降雨量大，而且土壤因森林地下根系而松软渗水，地面因森林多层覆盖而使降雨不能直接冲刷，暴雨经森林的层层截留遮护，使降水入渗土壤减少了瞬间强度，增加了时间长度，从而使降水入渗土壤达到最大化，并使地下水得到充分补充，这就最大限度地减少了地表洪水径流。同时，地表实际蒸发速率与空气湿度和地表湿度之差正相关，森林蒸腾使空气湿度大，而多重覆盖又使地表湿度大，从而又最大化地减少了非生产性绿水的蒸发，因而，森林实现了把降水最大化地向生产性绿水、土壤水、地下水转移，使雨季时地表径流不暴涨，将洪水和洪灾降至最低。到旱季时，丰富的土壤水能满足多年生深根植物保持生长和一年生浅根植物完成生长周期的需求，植物在生长的同时又向空中输送大量的蒸腾水；充盈的地下水则在低处河湖渗出补充地表径流，成为稳定地表径流的水源，使河湖水旱而不枯，并向空中输送蒸发水；植物蒸腾和河湖蒸发又形成了内陆水汽循环的降水机制，使旱季时也能比无林陆地有更多的降水。上述过程是森林生态系统将降水最大限度地留存下来，通过时空上的均衡分配、过程中的循环再生，达到内陆降水量的最大化和均衡化、蓝水向生产性绿水转移量的最大化和地表地下径流的稳定性过程。
二是需要弄清天然森林的破坏对陆地生态的严重影响。
全球森林特别是天然森林的大幅减少和森林结构功能的弱化，已使现在的内陆水循环机制大大削弱。目前全球年平均降雨量约为１１９０００ｋｍ３（不含降雪特例），其中蓝水约为４２６５０ｋｍ３，占３７%，绿水约为７６３５０ｋｍ３，占６３%；生产性绿水约为３００００～３５０００ｋｍ３／年，非生产性绿水为３５０００～４００００ｋｍ３／年，生产性绿水接近一半，非生产性绿水略高于一半。在全球尺度上，目前海洋蒸发的水汽进入陆地形成陆地４０%的降水，另外６０%的降水则来自陆地的蒸发和蒸腾，绿水仍构成了陆地一个具有支配作用的水汽反馈圈；如果海洋水汽途经陆地的距离大于５００～１０００公里，则陆地绿水对陆地水循环的影响比海洋水汽更大，如撒哈拉地区９０%的降水来自绿水；美国中部地区６０%的降水来自绿水。前西德年均降水约８２５毫米，其中３４０毫米来自海洋蒸发，占４１%，４８５毫米来自国内蒸腾蒸发，占５９%，这４８５毫米中有３７１毫米来自植物蒸腾，占７８%多，１０４毫米来自地面蒸发，占２１%，国内绿水对降水的贡献大于来自海洋的蒸发水，生产性绿水更是非生产性绿水３。５倍多。由于对非洲西海岸湿润森林的破坏，减少了随风飘移到下风地区的水汽流，带来了萨赫勒地区半干旱稀树草原降水的减少。西非草原曾是野生动植物的乐园，后来变成迁徙性耕作区，但依靠内陆自然植被的水循环机制，降水仍达到离海岸２０００公里处，现在由于正变成人类的永久定居地，降水离海岸的距离也正在缩小，如果这一地区的蒸发蒸腾消失，降水将退至距海岸５００公里的带状地域。在上个世纪８０年代，多数科学家还认为撒哈拉地区干旱的原因是气候变化，现在则认为干旱是引起该地区生态平衡破坏的导火线，干旱引发的人类活动而非干旱本身加速了生态退化，从而导致持续的干旱。
据中国学者研究，在远古时期，中国今天国土范围内的森林覆盖率高达６４%。从黄帝至夏的数百年间，伐木焚林现象出现在所有农区，森林覆盖率降至约６０%。夏商西周时期，农垦和狩猎烧山活动对森林的破坏加重，全国森林覆盖率降至约５１%，但这时黄河仍然较清。至战国末森林覆盖率降至４６%，隋唐前降至 ３７%，五代降至 ３３%，清末仅为 １４。５%，１９４９年时为１２。５%，其中原始森林只占４%，至２００３年时仅为１。２%。
森林不断消失改变了中国的降水模式。中国目前年均降水量为６２０００立方千米，相当于６４８毫米，全国年均径流量即蓝水量约为２８４毫米，据此可算出年均蒸腾、蒸发量即绿水量约为３６４毫米，占全国年均降水量的５６。２%，森林蒸腾量估计占总蒸腾、蒸发量的１／３，即１２１。３毫米，相当于单位面积森林平均蒸腾量７３２。９毫米。我国学者据此推算４０００年前我国森林覆盖率为６０%时，全国平均降水量比今天要高出２００毫米。在分析中国气候和降水模式变化时，中国学者提出了“西伐东旱”“东伐西旱”“南伐北旱”的规律。
青藏高原是中国乃至亚洲的最大水源地，年降水总量达１万亿立方米以上。每年输送的水有：南亚和中南半岛５３００多亿立方米，黄河２４４亿立方米，金沙江１５３５亿立方米，河西走廊约６８。６亿立方米，塔里木盆地约９０亿立方米，同时还向周围地区输送水汽。青藏高原的水汽主要来自印度洋，印度洋暖湿气流从孟加拉湾沿雅鲁藏布江大拐弯北上进入高原腹地后，由于沿途森林破坏，蒸腾水不断减少，送到塔里木盆地南缘的水汽量必然减少。
森林破坏加剧的必然后果是洪旱灾害加剧。中国史书有对洪水的大量记载。公元前２０７０年至前２２１年的夏商周春秋战国１８５０年中，黄河泛滥７次，改道１次，频率为２３１。２５年。公元前２２１年至公元２２０年的秦汉４４１年中，泛滥６次，决口７次，改道３次，频率加快到２７。５６年，这期间黄河中上游森林消失的速度很快。２２０年至５８９年的魏晋南北朝３６９年中，泛滥５次，频率减慢到７３。８年，这期间黄河安流得益于黄河中游地区转农为牧，土地得以恢复植被覆盖。５８１年至９６０年的隋唐五代十国３７９年中，泛滥２９次，决口３５次，改道２次，频率加快到５。７４年，这时黄河中游地区重新退牧返农，森林覆盖率降至不到２０%。此后随着森林覆盖率的不断下降，水灾频率不断上升，９６０年至１３６８年的宋金元４０８年中，泛滥１４５次，决口２９１次，改道７次，频率为０。９２年；１３６８年至１６４４年的明代２７６年中，泛滥１３８次，决口３０１次，改道１５次，频率为０。６１年；１６４４年至１９１１年的清代２６７年中，泛滥８３次，决口３８３次，改道１４次，频率为０。５６年；１９１２年至１９３６年的２５年中，泛滥９次，决口９０次，改道４次，频率为０。２４年。
与洪水如影随形的是干旱。《通鉴前篇》及金履祥的《竹书纪年》都记载了商代时连续７年（前１７６６—前１７６０年）大旱。西周历王末年发生连续５年（前８５８—前８５３年）大旱。《诗经》小雅、大雅中有多处描述宣王、幽王时发生过大旱。春秋战国期间有大旱记载的至少２７次。根据邓云特《中国救荒史》和孟昭华《中国灾荒史记》收集史书对旱灾的记载，可粗略统计旱灾在秦汉４４１年间发生８１次，三国两晋２００年间发生６００次，南北朝１６９年间发生７７次，隋朝２９年间发生９次，唐朝２８９年间发生１２５次，两宋３１９年间发生１８３次，元朝７１年间发生８６次，明朝２７６年间发生１７４次，清朝２６８年间发生２０１次，民国自１９１２年至１９３７年抗日战争爆发２５年间发生１４次。连年大旱在历史上曾造成极其严重的饥荒，如１８７６—１８７８年的大旱，造成饥民近２亿，几乎占全国人口一半，死亡１千万以上。１９２８—１９３０年大旱，造成饥民６千万人，死亡１千万。
４０００年以来，中国的沙漠面积随着森林覆盖率的减少而扩大，４０００年前的沙漠面积约占国土面积１０%，荒漠约占１４%；春秋战国时沙漠、荒漠分别升至约１３%、１８%；南北朝时分别升至约１４%、２０%；宋代分别升至约１５%、２２%；清代分别升至１６%、２４%；民国时分别升至１７%、２６%；２０００年时分别升至１７。６%、２７。８%。
三是需要弄清生态整体性恶化的主要根源。
自农业文明开始特别是工业文明以来，人类走的是一条农林水土气相互分离发展的路子，这条路子走到今天，已使一体化的自然生态系统在全球尺度上发生了重大改变，拥有丰富生物多样性的自然森林、草原、湿地等生态系统，已大面积地被单一化种养的农田、草场、养殖场和交通、水利、工商、城市、乡村建筑设施所取代，从而改变了内陆降水模式和全球气候，形成了全球性空前的粮食、淡水和生态安全的系统性障碍，它突出地表现为以下方面：
生物多样性丧失。今天的农田生物多样性已低于荒漠，严重削弱了生态自平衡能力，造成病虫害失控性爆发，由于昆虫具有极强的繁殖变异适应能力，化学杀虫既不可能全面覆盖目标昆虫，而且所覆盖的也会有一部分很快会产生适应性变异或适应性避食而存活繁衍开来，其他益虫、天敌则因繁殖变异速度慢而陷于灭绝之境，从而陷入农田病虫害肆虐、药物施用量增加、环境污染加重的恶性循环。
物质循环链断裂。以农产品形式取之于农田的物质在消费后未返回农田，造成农田物质循环链断裂而丧失了可持续生产力，用化学肥料替代断裂的环节，既造成了日益严重的化学污染，又加剧了资源短缺和土壤结构破坏，加上草本作物在一年中有几个月时间使土壤裸露，从而又造成了遍及全球的水土流失和土壤持水能力下降。
生态系统发生逆向演替。农业在全球选择引进高产作物品种，使适应本地环境的品种不断被外来品种取代，既使农业管护技术和成本大大提高，又增加了外来物种入侵、本地物种灭绝的风险，加上人类有意清除与农作物争空间的植物、吃农作物的草食动物和与人类争食的肉食动物，从而造成了空前规模和速度的物种大灭绝，使生态系统发生逆向演替。
生态恶化连锁反应。农田大规模取代森林，使以森林为生境的所有生物面临灭绝，并严重削弱了内陆水汽循环机制，蒸腾减少导致降水总量减少，雨季时的降水因土壤持水性差而大多变成洪水径流流失甚至成灾，旱季更加干旱缺水，使农业越来越依赖于地下水和工程蓄水，在失去了森林降水和土地涵水之“源”后，水利工程蓄水有限而非生产性蒸发畅通无阻，加上地下水过度抽取导致旱季时缺水补充而干涸，而化肥农药和工业、城乡居民生活污物的排放又使地表水甚至地下水遭受污染，从而使水短缺更加雪上加霜。
气候恶化的重要源头。森林是吸收二氧化碳的重要碳汇，虽然农作物也吸收碳，但要远小于耕作过程中使用化肥农药机械电力等的碳排放；土壤能以有机物的方式储存碳，这些有机物能给植物生长提供营养、改善土壤肥沃程度及水的运动，据联合国环境规划署２０１２年２月的一份报告，仅地球最表面一米的土壤就能储存２。２万亿吨碳，是目前大气中储量的３倍，泥炭地含有土壤中１／３的碳，由于城市开发、不可持续农业和林业等行为分解土壤中的有机物，有些碳被转化成二氧化碳，成为气候变暖的主要源头之一，１９世纪以来，土壤和植被中的６０%的碳流失了，目前泥炭地的流失就造成每年超过２０亿吨二氧化碳排放。如不改变土地利用方式，仅发展中国家２０%的森林、泥炭地和草场将在２０３０年前失去关键的生态系统作用和生物多样性。
大大增加了经济社会和环境成本。天然生态系统的自循环产出不费人类的分文，这种循环被打破后用大量的物质能量来人为替代，必然要大大增加经济社会成本并加剧资源短缺和环境污染。同时，单一性农作物和牧草的替代及物质能量的大量投入，从短期看，会增加农田牧场的产出从而提高人口承载力，但随着人口的不断增长和环境压力的不断增大，农田牧场增产的短期效应会随着水土流失、地力衰退、环境恶化而停滞和下降，从而不得不断地开发成本更高、收益更低、生态更脆弱的边缘化土地，使森林草地不断退缩，与此同时，城市的规模效益也会因资源短缺和环境恶化而下降，这就使整个社会逐步陷入不断加大的人口膨胀和环境恶化、资源短缺的压力之中。
四是需要弄清只有重建农林水土气一体化森林系统才能复活自然。
尽管现代人类走了一条将降水最大化地向蓝水转移的路子，但蓝水仍只占全球降水３７%，其中不可利用的暴雨径流又占了降水的２７%（占蓝水总量的７５%），可利用的仅占１０%，蓝水又是淡水生物的生境，人类不能取尽用竭，按中度风险的标准，应留一半以保持河流径流稳定从而保护这一生境，人类可取用的水就只剩下５%，不到６０００ｋｍ３。瑞典科学家经过各种折算，到２０５０年全球仅生产食物就需水１２６００ｋｍ３／年，是目前全球直接取用蓝水总量约４０００ｋｍ３的３倍多。如果再考虑全球陆地年均降水量的变动幅度，现实中的降水量从来不是以平均值而是以偏离平均值出现，目前全球年平均降水量的波动幅度总量达１２５００ｋｍ３／年，其中陆地表面雨量波动为９５００ｋｍ３／年，是全球目前人类利用蓝水约４０００ｋｍ３／年的２倍多，相当于人类可直接接近的约１２５００ｋｍ３／年的蓝水总量。全球变暖将加强全球大气环流运动从而加剧这种波动，这就可以得出一个肯定的结论：只盯着蓝水将看不到未来的出路，未来的粮食、淡水和生态安全将有赖于重建农林水土气一体化的森林系统。
所谓农林水土气一体化系统，是指它既是一个农产品多产高产的农业系统，又是一个拥有丰富生物多样性和健全生态调节功能的森林系统，也是一个增加内陆降水并将降水最大化向生产性绿水转移的水利系统，还是一个制造和肥沃土壤的土保系统、增加碳汇的气候稳定系统，因而是一个农业、林业、水利、土壤、气候的整体性生态系统。这个系统有以下四大基本特征：它是一个生物多样性互利共生形态，具有生态系统自调节、自循环、自平衡功能，能为人类提供多样化食、用产品，与当地自然环境相适应。
生物多样性是生态系统健康的关键。多样性的植物、动物、微生物组合成一个互利共生、具有自然生态系统自调节、自循环、自平衡功能的生态系统，是农林水土气一体化系统的普遍形态和功能。多样性的植物包括深根和浅根、木本和草本、适阴和适阳、多年生和一年生、地面果和地下茎等多种植物，它们相互补益的组合能达到充分利用当地自然资源，能最大化地生产人类所需的多种生物产品。把多样性的相互补益的植物和植食、肉食、腐食动物及微生物组合成一个准自然系统，不仅可以常年收获，多产高产，而且可以把系统中人类不能食用和其他难以有效利用的植物、昆虫、鼠类、残物等转化成人类可以食用、利用的肉类、菌类、肥料，并通过这种转化过程不仅实现系统的自循环、自平衡，而且使循环得以加快，产出得以提高。这个系统的所有生物都具有与本地环境的适应性，而不是需要人工的精心呵护才能生存，因而在它形成后，就能自我制土、施肥、给水、抑虫、平衡、循环，能“自己照顾自己”，所需的外部物质、能量、技术投入和人工管护成本很低。
这种农林水土气一体化系统实质上就是对自然生态系统的模仿，是自然生态系统的缩影，是立足于持久效率和信赖自然能力的农林牧业。这种模式目前当然还远没有达致完善和普及，但从热带森林到半干旱草原，从种植到放牧都在实验，并成效显著。如热带森林中斑块状模拟丛林多样性的多年轮作种植，其产出的食物高出同地域等面积畜牧场产量的几个量级。目前绝大部分南部非洲半干旱稀树草原农田产量每公顷只有１～２吨，小农户的产量只有０。５吨，在相同水文条件下，实验站的主要粮食产量可达５～６吨，更高的可达７～８吨，甚至１０吨。
原住民创造的各种农林水一体化模式仍有宝贵的示范价值。２０１０年，中国西南部分地区遭受百年不遇的大旱，哀牢山脉的２０多万亩梯田却再创丰收的奇迹，有着约１３００年历史的哈尼水稻梯田之所以洪旱不惊，保持着长盛不衰的生命力，根本原因是山的上部是茂密的天然森林，森林之下是村落，村落之下是梯田，等高线上的层层梯田也是层层的蓄水工程，森林保护着土壤、涵养着水源，土壤水和地下水源源不断地下渗，与森林蒸腾和红河水蒸发的气态水形成的湿雾和降水循环一道，使这里长年土壤湿润、溪泉长流。如果是梯田到顶，森林全无，那就早已山穷水尽，土崩石出了。同时，村中的人畜粪便和有机垃圾集中在大池中发酵，所产生的肥水直接且均衡地流入梯田中，这就构成了一个物质循环链，使取之于农田的物质能返回农田，而不需要施用化肥。即使是人工造林也有明显效益，上个世纪７０年代末至８０年初，非洲撒哈拉沙漠以南边缘地带伐木为薪，导致严重的干旱化和沙漠化，８０年代中期以来，尼日利亚的部分农民开始植树造林，现在每公顷土地上已有５０～１００棵树，使３００万公顷土地恢复了绿色，２５万公顷土地再度耕种，沙漠重新变成绿洲，降水量增加了１０%～２０%，现在谷物产量比２０年前增加了２０%～８０%，蔬菜产量是原来的４倍。
中国的湿润地区占国土面积３２%，干旱地区占３１%，半湿润地区占１５%，半干旱地区占２２%。共占３７%的半湿润半干旱地区建设农林水土气一体化系统具有巨大的潜力；湿润地区平原除有条件发展蓝水农业的外，其大量的荒山荒丘或退化的残次林地有许多地方可以建设农林水土气一体化系统。只要做好科学规划并分步分类实施，就可以使现有湿润地区的丘陵荒地、生态功能退化的人工林地、退耕还林的适宜土地、半湿润半干旱地区的“旱地”变成适应当地环境的多样化的木本粮棉油果药等植物系统，形成生物多样性自平衡、自循环的生态功能，增林增土增水并使降水最大化地向生产性绿水转移，增加对内陆地区的水汽输送，就能大大改善中国的生态环境，大幅度地提高粮食产量和经济产出。当上述农林水土气一体化系统形成稳定的多产高产能力后，再对现有可灌溉耕地的化学农业模式进行改造，使之逐步向农林水土气一体化系统转换，形成自平衡、自循环的能力，直至消除化学农业的弊病。达到上述目标，不仅中国的粮食、淡水的安全可望无虞，农民增收渠道大大拓宽，而且生物资源的种类和总量将大大增加，生态环境的整体质量也将有根本性的改善，人与自然和谐发展就有了牢固的基础。
