十二 生态恢复与重建

第十二章生态恢复与重建生态恢复的定义生态恢复——根据生态学原理，通过一定的生物、生态以及工程的技术与方法，人为地改变和切断生态系统退化的主导因子或过程，调整、配置和优化系统内部及其外界的物质、能量和信息的流动过程和时空次序，使生态系统的结构、功能和生态学潜力尽快成功地恢复到一定的或原有乃至更高的水平。恢复生态学恢复生态学——研究生态系统退化的原因、退化生态恢复与重建的技术与方法、生态学过程与机理，是一门理论性与实践性都很强的学科。恢复生态学的定义恢复生态学——研究生态系统退化的原因、退化生态恢复与重建的技术与方法、生态学过程与机理，是一门理论性与实践性都很强的学科。恢复生态学的历史国外最早开展恢复生态学实验的是Leopold等于1935年恢复了一片草场。20世纪50～60年代,欧洲、北美等开展了一些工程与生物措施相结合的矿山、水体和水土流失等环境恢复和治理工程。从70年代开始,欧美一些发达国家开始从事水体恢复研究。1975年在美国召开了“受损生态系统的恢复”国际研讨会,强调开展生态恢复技术措施研究。恢复生态学的历史恢复生态学作为一门学科则始于20世纪80年代。1980年《受损生态系统的恢复过程》阐述受损生态恢复过程中主要生态学理论和应用问题。1983年在美国召开了“干扰与生态系统”国际研讨会,探讨了干扰对生态系统不同层次的影响。1985年Aber和Jorban两位英国学者提出了恢复生态学的术语,并出版了有关恢复生态学研究的论文集,同年国际恢复生态学会成立,标志着恢复生态学学科的形成。恢复生态学的历史1989年在意大利召开的第5次欧洲生态学研讨会上把生态系统恢复作为该次会议讨论的主题之一。1991年在澳大利亚召开了“热带退化林地的恢复国际研讨会”。1993年《恢复生态学(RestorationEcology)》杂志创刊。1994年在英国举行“第六届国际生态学大会”上将生态恢复作为15个现代生态议题之一。1996年在瑞士召开了第一届世界恢复生态学大会,强调恢复生态学在生态学中的地位,恢复技术与生态学的联系。恢复生态学的历史1997年著名刊物Science连续刊载了7篇关于生态恢复的论文。1998年美国生态学会年会的主题涉及恢复生态学研究的核心内容。2000年在英国召开恢复生态学会国际大会,其主题是以创新理论深入推进恢复生态学的自然与社会实践。2001年召开的国际恢复生态学大会,其主题是“跨越边界的生态恢复”。恢复生态学的历史近20年来,世界各国均有大量有关恢复生态学论文报道,并有多种恢复生态学期刊、文摘、网站,极大促进了恢复生态学的交流与发展。恢复生态学的历史从20世纪50年代开始,我国就开始退化生态系统的长期定位观测试验和综合整治研究,50年代末,余作岳等在广东的热带沿海侵蚀台地上开展了植被恢复研究。70年代末“三北”防护林工程建设,80年代长江、沿海防护林工程建设和太行山绿化工程建设以及80年代末在农牧交错区、风蚀水蚀交错区、干旱荒漠区、丘陵、山地、干热河谷和湿地等也进行了退化或脆弱生态系统恢复重建研究与试验示范。恢复生态学的历史20世纪90年代淮河、太湖、珠江、辽河、黄河流域防护林工程建设以及大兴安岭火烧迹地森林恢复研究、阔叶红松林生态系统恢复、山地生态系统的恢复与重建、毛乌素沙地恢复等提出了许多生态恢复与重建技术与优化模式,先后发表了大量有关生态恢复与重建的论文、论著,在实践上已形成大批的小流域生态恢复的成功案例,极大促进了我国恢复生态学的研究与发展。国内外生态恢复研究特点注重生态恢复试验与示范研究，试验实践重于基础理论研究；注重人工重建研究，相对忽视自然恢复研究；集中研究森林和草地生态系统退化后的生物途径恢复，尤其是森林植被的人工重建研究；注重恢复重建的快速性和短期性；国内外生态恢复研究特点注重恢复过程中植物多样性和小气候变化研究，相对忽视动物、土壤生物研究；生态恢复生态效益评价研究多，生态恢复重建生态功能和结构综合评价少；新技术应用有待提高，定性和半定量多，缺少系统的、连续的、动态的定量研究。未来恢复生态学研究趋势1.恢复生态学理论构建2.生态系统演化、退化机理研究3.生态恢复技术和方法研究4.生态恢复定量化和模型化研究5.生态恢复与全球变化研究生态恢复理论研究认识论方法论生态演替理论生态系统管理理论目的生态可持续发展三大理论基础与生态恢复生态恢复要求尽量不打断自然生态演替序列，避免逆行演替，使生态系统走正常演化道路，即进展演替，以保持生态系统的健康和安全；生态恢复是通过一定的措施与手段避免或减少生态系统演化的不可持续性，维持生态系统的可持续进化，最终是提高区域生态的可持续发展能力，使生态系统为人类服务；生态系统管理与生态恢复都要求对生态系统进行程度不同的调控，目的是为了生态系统的健康与可持续发展。生态恢复基本理论问题生态恢复目标生态系统保护生态系统组分和结构恢复生态系统功能的恢复生态恢复原理及相关理论基础生态恢复技术生态恢复原理及相关理论基础1.限制因子原理2.生态适宜性原理和生态位理论3.生物群落演替理论4.生物多样性原理5.斑块-廊道-基底理论限制因子原理1.生态因子：环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素：温度、湿度、食物、氧气、二氧化碳和其他相关生物等。2.生态因子一般特征：彼此联系、互相促进、互相制约。限制因子原理3.生态因子限制性作用：生物的生存和繁殖依赖于各种生态因子的综合作用。任何生态因子只要接近或超过生物的耐受范围，就会成为这种生物的限制因子。有时会出现多个因子起限制作用。4.生物恢复工程与限制因子原理：生态恢复工程是从多方面进行设计与改造生态环境和生物群落。但必须找出该系统的关键因子，才能进行恢复工作。生态适宜性原理和生态位理论生态适宜性原理：生物由于经过长期的与环境的协作进化，对生态环境产生了生态上的依赖，其生长发育对环境产生了要求。如植物中有喜光、喜阴、喜湿植物等。生态位：在自然生态学中一个种群在时间、空间上的位置及其与相关种群之间的功能关系。各种种群在群落中具有各自的生态位，避免种群之间的直接竞争，保证群落稳定。生物群落演替理论原生演替次生演替生态恢复工程：在群落演替理论指导下，通过物理、化学、生物的技术手段，控制待恢复生态系统的演替过程和发展方向，恢复或重建生态系统的结构和功能，并使系统达到自维持状态。生物多样性原理1.生物多样性的表现层次；2.生物多样性演化特征；3.生物多样性格局。斑块-廊道-基底理论1.概念：斑块（空间单元）、廊道（线状或带状结构）、基底（景观中分布最广、连续性最大的背景结构；2.应用于恢复生态工程：在大中尺度上，必须考虑土地利用的整体规划，考虑生境的破碎化，恢复与保持景观的多样性和完整性。生态系统的结构理论1.生态系统结构：物种结构（种群数、量）、时空结构（空间层次、发展演替）、营养结构（生产者、消费者、分解者）；2.合理的生态系统结构：生物环境相互适应、系统综合功能、高效物流能流；3.结构理论在恢复生态工程中的应用：恢复工程应采用多种生物物种结合，实现物种之间的能量、物质和信息的流动。生态恢复技术生态恢复技术，就是指运用生态学原理和系统科学的方法，把现代化技术与传统的方法通过合理的投入和时空的巧妙结合，使生态系统保持良性的物质、能量循环，从而达到人与自然的协调发展的恢复治理技术。生态恢复技术生态恢复工程中的规划技术（3S技术）RS—植被和土地利用分类；植物的结构特征、生境特征及生物量；生态干扰的范围、严重程度及频率；生态系统中生理过程特征；土地利用在空间和时间上的变化；植被动态（包括群落演替）；人为干扰和全球气候变化；自然保护区的划分。生态恢复工程技术生态恢复工程中的规划技术（3S技术）GIS—运用系统工程和信息科学的理论，综合分析具有空间内涵的地理数据。与遥感相结合，把遥感作为GIS的重要信息源，及时获取大量动态空间信息，以利于对恢复生态工程进行规划、监测和管理。生态恢复工程技术生态恢复工程中的应用技术生物技术工程技术具体而言，生态恢复技术分为土壤改造技术、植被的恢复与重建技术、防治土地退化技术、小流域综合整治技术、土地复垦技术等五类。生态恢复工程技术土壤改造技术土壤改造技术是指对没有生产力的土壤（如沙地、盐碱地、荒漠化土地等），进行生态恢复，使其具有生产力或生态功能的技术。对盐碱地的土壤改造技术主要是水灌和种植。水灌可以滋生微生物，改良土质，使之恢复良性生态功能。选择适宜的草种或树种进行种植，也可以改良土质。对于沙地、荒漠化（沙漠化）土地的改造技术，主要是种植。即选择耐旱的草种或树种进行种植，防沙固沙，使沙质土壤建立起新的良性的生态系统，恢复土地的生产力。生态恢复工程技术植被的恢复与重建技术根据土地退化程度的不同，植被的恢复与重建途径有：a、对于正在发展的退化土地，植被、土壤等变化尚处于初期发展阶段，可采取自然恢复的过程，最终使生态系统趋于一种动态平衡状态。b、对于强烈和严重发展的退化土地，由于地表割切破碎、植被在劣地发育，其恢复难度较大，则需配以适当的人工措施，达到控制土地退化、水土保持的目的。植被恢复与重建的主要技术手段有：保护天然林（特别是热带雨林）、封山育林、飞播造林种草、人工植树等。生态恢复工程技术防治土地退化技术坡耕地退化，很大程度上与土地资源不合理利用有关。实施预防为主的方针，对现有不合理的人类活动，尤其是农业实践活动进行修正，优化产业结构配置，改革耕作制度，是防治土地退化的主要措施。在某些区域，由于农作物种植业在农业产业结构中所占比重过大，加速了土地肥力的衰减，土地迅速退化。对此，应采取退耕还林、还湖、还牧等技术措施，恢复土地肥力，达到防止土地退化的目的。对于一年两熟、一年多熟的耕作方式，要根据土地退化的状况，进行改革，将一年多熟改为一年一熟，必要时改为多年一熟，其间轮种绿肥，使退化土地得以休养，达到恢复地力的目的。生态恢复工程技术小流域综合整治技术因地制宜地发展生态农业，最大限度地提高一个坡面或小流域坡地的持续生产力，是小流域综合整治技术追求的目标。小流域综合整治技术包括：a、高效立体种养技术；b、有机物多层次利用技术；C、生物防治植保技术；d、再生能源工程技术；e、农工相结合的配套生态工程技术。生态恢复工程技术土地复垦技术土地复垦是指对采矿等人为活动破坏的土地，采取整治措施，使其恢复到可供利用的期望状态的综合整治活动。这种活动是一个经历时间长、涉及多学科和多工序的系统工程。土地复垦工程的基本模式是：复垦规划－复垦工程实施－复垦后的改良与管理。土地复垦技术是矿区生态环境恢复治理的主要技术措施。复垦后的改良措施和有效管理是使复垦土地尽早达到新的生态平衡、提高复垦土地生产力的重要保证。土地复垦技术包括：煤矿塌陷区的综合治理技术、粉煤灰场的复垦技术、露天排土场的复垦技术等。影响生态恢复的因素1.土壤；2.植被发育；3.传粉者群落；4.种子传播；5.草食动物；受损生态系统的特征一、生态平衡失调当外来干扰因素（如火山爆发、地震、岩石流、雷击、火烧、人类建造大型工程、排放有毒物质、人为引入或消灭某些生物等）超过生态阈值时，生态系统本身无法缓解胁迫，生态系统自我调节功能就会受到损害，系统难以回到原初的生态平衡状态，从而引起生态平衡失调。此时，系统的结构和功能发生变化和障碍，形成破坏性波动或恶性循环。受损生态系统的特征生态失调的基本标志，可以从生态系统的结构和功能两方面表现出来。平衡失调的生态系统从结构上讲就是出现了缺损或变异。当外部干扰巨大时，可造成生态系统一个或几个组分的缺损而出现结构的不完整。如大面积的森林采伐不仅使原有生产者层次的主要种类从系统中消失，而且各级消费者也因栖息地的破坏而被迫迁移或消失。受损生态系统的特征北美科罗拉多州的喀巴高原，原为印第安人的鹿场，1906年有4000只鹿，草场生态系统处于相对平衡状态。人们为了发展养鹿业，大量捕杀吃鹿的豹、狼、野狗等食肉动物。由于鹿的天敌被捕杀过多，导致鹿的种群急剧扩展，到1923年增加到100000只。鹿群