第三章应用生态学基础.

第三章应用生态学基础第一节自然资源生态学基础第二节污染生态学基础第三节可持续发展生态学基础第一节自然资源生态学基础一、农业生态学的基本原理（一）生态学原理生克与互补原理；循环与再生原理；平衡与互补原理生克与互补原理生态系统中各个要素间的相互依赖为生，相互制约为克，构成一个有机整体即为生克；互补是相互补充，使系统的组成部分及数量趋于合理，优化，更加完善。循环与再生原理“四位一体”模式•农业生态系统与自然生态系统有一个明显区别•生物组分多数具有人类循化成高产、优质的特点，现代农业生态系统中优势种的可食部分或可用部分进一步提高。大量农、林、牧、副、渔产品作为商品输出，导致很多养分物质脱离系统，这与可持续发展的观点相悖。•而生态农业则强调尽可能减少外部投入，通过选择归还率较高的作物，以及增施有机肥、合理轮作、立体种植等方式，建立良性物质循环体系，尤其注重再生利用，变废为宝，化害为利。物质循环再生原理用于生态农业•从经济角度看，节约了原料、时间、空间；•从环保观点看，减少了污染物。如：大豆、油菜、芝麻就地榨油后，油饼还田，降低了运输成本，减少了化肥使用量。•再如利用秸秆、人畜粪便经生物发酵生成沼气，作为生活燃料，促进秸秆还田，参与生态农业的物质循环再生。平衡与互补原理•桑基鱼塘是根据人类需要建立新的生态平衡。因为物质循环是指在生态系统或一个相对密闭的环境中而言。珠江三角洲“桑基鱼塘”模式（二）生态经济学原理生态经济结构合理性原理；农业系统的功能原理；农业系统的综合效益原理生态经济结构合理性原理结构的是否合理取决于人类能否遵循生态学原理和经济规律去合理调整组合生态农业系统的各要素间的相互关系。生态经济规律+系统工程方法+优化组合二、草地生态学基础1、草地环境的研究2、草地生态系统能量流动的研究3、草地生态系统物质循环的研究4、草地生态系统管理研究5、草地生态工程及优化生产体系的建立盐渍化弃耕地芨芨草地毛乌素沙化草地恢复重建的“三圈”优化生态-生产范式案例分析：背景优化生态-生产范式荒漠化防治遵循的生态学原理及对策我国沙尘暴主要起源于北方，绿洲与沙漠交错带植被退化、草地开垦及草地过度放牧为沙尘天气的产生提供了丰富的物质来源。因而有效治理北方沙尘源区的土地荒漠化就成为防止沙尘天气的关键。导致土地荒漠化的因素包括过度放牧、草地开垦等因素。内蒙古自治区1947、1965年放牧密度分别为0.24、1.03只绵羊单位/公顷。目前全区平均放牧密度为1.32只牲畜/公顷，如换算成羊单位则更高。毛乌素沙地草地的合理载畜量仅为0.8-1.2只绵羊单位/公顷加上草地严重沙化，理论载畜量大幅度降低，超载放牧的程度十分严重。背景我国北方绝大部分荒漠化地区年均降雨少于400mm，天然植被应为典型草原、荒漠化草原、草原化荒漠、荒漠乃至戈壁。因此，植被恢复必须以地带性植被为主，否则将事倍功半，得不偿失。黄土高原以乔木为主的水土流失治理区，“远看绿油油，近看黄水流”，表明尽管有树木覆盖，但由于地表缺乏草本植物的有效保护，强降雨仍然造成很大的地表径流，水土流失不能得到有效控制。背景杨树很高的耗水导致下层草本与灌木难以生长，地表裸露，大风来临时沙尘飞扬。背景毛乌素沙地当地天然半灌木油蒿群落为主的恢复植被则能有效地抑制沙土的吹扬。背景毛乌素沙化草地严重退化的油蒿群落围封后15年左右恢复为地带性的本氏针茅群落。对于我国北方年均降水少于400mm的广大退化草地，植被恢复的基本思路应是“以草为主，辅以灌木，慎用乔木。”毛乌素沙地•位于暖温带半干旱区，面积约4万km2•年降水由东部的300-400mm降低至西部的200-250mm•年均温为5-10℃背景：毛乌素沙地0306090120JanFebMarAprMayJunJulAugSepOctNovDecMonthPrecipitation(mm)-15-551525Temperature(℃)Precipitation(mm)Temperature(℃)•固定沙地:7.2%•半固定沙地:21.4%•流动沙地:44.5%背景：毛乌素沙地•使用草方格、粘土等覆盖沙丘•飞播背景：毛乌素沙地•围封过牧草地•合理轮牧•建立人工饲料基地背景：毛乌素沙地•复合农林业•农田防护林体系•地膜覆盖•盐碱化草地治理背景：毛乌素沙地•节水灌溉•引洪灌溉•收集地表径流背景：毛乌素沙地•经过近40多年的治理，毛乌素沙地的荒漠化形势仍很严峻。•成功的关键是如何以最小面积的土地高质量的养育最大量的人口，从而使人类在最小面积的土地上即可维持高质量的生活，使大量的土地得以解放出来，在自然或少量辅以人为干预的情况下使大量荒漠化土地得以恢复。问题与思路毛乌素沙地荒漠化土地综合治理的“三圈”模式第一圈第二圈第三圈第一圈：滩地绿洲高产核心—高效农、林、果、牧、药体系第二圈：软梁沙地半人工草地与低矮沙丘、沙地林果灌草园—径流园林经济园第三圈：硬梁地与高大沙丘及半固定沙丘、流动沙丘防护放牧灌草地—灌木园三圈模式毛乌素沙地“三圈”模式实际模式通过第一、二圈生产力的大幅度提高，降低人类活动对第三圈的影响，使其在适当人为促进下尽快恢复理论模式生物多样性水分平衡沙丘半固定景观决定原则毛乌素沙地荒漠化土地综合治理的“三圈”模式第一圈第二圈第三圈第一圈：滩地绿洲高产核心—高效农、林、果、牧、药体系第二圈：软梁沙地半人工草地与低矮沙丘、沙地林果灌草园—径流园林经济园第三圈：硬梁地与高大沙丘及半固定沙丘、流动沙丘防护放牧灌草地—灌木园三圈模式毛乌素沙地“三圈”模式1.生态保护为主，工程治理为辅荒漠化土地的治理必须以有效保护现有未退化土地为前提。鄂尔多斯高原从“风吹草低见牛羊”的大草原变成风沙漫天的沙化土地。经过近40年的治理，鄂尔多斯高原依然风沙肆虐，保护与治理的关系可见一斑。荒漠化防治应遵循的生态学原理及应采取的对策2.充分考虑植被分布的地带性和恢复植被的渐近配置植被恢复时一定要充分重视植被分布的自然规律，如果单从生态效益来考虑一定注意恢复原生植被，同时应注意植被恢复的阶段性。总的原则在此区域内的植被恢复应坚持“以草为主，辅以灌木，慎用乔木”的原则，正确认识植被恢复的地带性与隐域性规律。3.在不同的荒漠化区域采取不同的恢复植被密度过大的植被密度，导致地下水过快消耗，在植被重建初期还能较好生长，几十年以后由于水分缺乏植被开始衰退，甚至大面积枯死。正确处理荒漠化防治与合理的植被密度是成败的关键，而不是植被密度越大越好。荒漠化防治应遵循的生态学原理及应采取的对策4.注意多物种合理配置，增强恢复植被的稳定性由于种种原因却盲目追求造林，追求快速生长，致使植被品种单一，一是不能在不同时期形成有效的防护，二是生物多样性低下，生态系统极不稳定。生态建设中的“北方杨家将，南方马尾松”现象，应该是造成生态环境建设成效偏低的重要原因之一，必须引起足够重视，充分理解单打一与多样性的辩证关系。5.合理配置速生种与乡土种，增强恢复植被的可持续性目前我国荒漠化防治中的短期效应很明显，忽视长远发展，从而易在各种环境建设工程中采用见效快、生长迅速的物种，但后果之一就是物种单一，或过分强调造林的作用，而忽视植被分布的地带性规律。要很好协调长与短的关系，充分结合乡土物种与速生物种的优点，兼顾眼前及长期效益。荒漠化防治应遵循的生态学原理及应采取的对策6.扶持技术与产业创新，培育荒漠化防治产业体系充分利用现有高新技术，结合地方资源特色，加速培育荒漠化防治产业体系。利用滴灌、喷灌等节水灌溉措施、注重保水材料开发，重视干旱区资源的科学开发利用，如旅游资源、植被资源、土地资源、水资源和气候资源(太阳能和风能)等。7.研究、示范、教育建立具有国际水平的荒漠化长期研究基地及试验示范推广基地，建立相应的研究激励政策。土地荒漠化是一个非常复杂的过程，涉及到多个学科，需要加强各学科间的协作，共同开展研究，建立国际水平的研究基地，给后来者留下可以长期使用的显示度较高的试验基地与设施。荒漠化地区往往远离高新技术。因此，在执行国家行动方案时，必须进行强有力的示范与技术推广工作。使荒漠化防治的研究工作更多地与实际示范紧密结合，更多的研究成果直接报务于生产需求，国家应制定相应的激励政策，鼓励研究人员致力于对荒漠化研究的长期投入。荒漠化防治应遵循的生态学原理及应采取的对策8.采取群防群治的治理思路，做好自上而下与自下而上防治的协调配合我国的荒漠化防治工作基本上是自上而下的方式。其优点是可以集中全社会的力量在重点区域加强防治，缺点则主要是荒漠化防治工程可能与地方社会经济发展相脱节。建议我国逐步建立自下而上的协调机制，也即鼓励农牧民小规模的荒漠化防治，逐渐发展为一定数量农牧民参加的农牧民组织，到一定规模后也可得到国家的资助和指导。实践证明自上而下的高效组织与自下而上的自觉行为相结合应该是荒漠化防治的有效方式。荒漠化防治应遵循的生态学原理及应采取的对策案例结束三、森林生态学基础1、森林生态系统的组成部分2、生物组分与环境之间的定量关系3、森林生态系统能量流动的研究4、森林生态系统物质循环的研究5、森林生态系统管理研究低产田的退耕还林模式下林-粮-经种植模式林带南瓜林带南瓜（1+8+1）m配置森林生态系统能量流动森林生态系统的能流分析•1962年，英国学者研究了一个人工松林(树种是苏格兰松)从栽培后的第17～35年这18a间的能流情况(图9—6)。•这个森林所固定的能量有相当大的部分是沿着碎屑食物链流动的，表现为枯枝落叶和倒木被分解者所分解(占净初级生产量的38％)；•还有一部分是砍伐后以木材的形式移出了松林(占净初级生产量的24％)；•而沿着捕食食物链流动的能量微乎其微。•可见，动物在森林生态系统能流过程中所起的作用是很小的。•砍伐的木材占净生产量的70％，另占30％净生产量的树根实际上没有被利用，而是又还给了森林。四、湿地生态学基础1、湿地生态系统的组分要素研究2、湿地生态系统组分要素的相互作用研究3、湿地生态系统能量流动的研究4、湿地生态系统物质循环的研究5、湿地生态系统管理研究五、海洋生态学基础1、海洋生态系统的生物成分研究2、生物组分与环境的相互作用研究3、海洋生态系统能量流动的研究4、海洋生态系统物质循环的研究5、海洋生态系统管理研究一、概念污染生态学：研究生物与受污染的环境之间相互作用的机理和规律的学科，它是环境生态学的一个分支。第二节污染生态学基础二、污染生态学的主要内容1、污染物在生物体内的积累、富集、放大、协同和拮抗等作用，以及污染物在生态系统中迁移、转化、积累及其规律；2、污染物对生态系统结构与功能的影响；3、环境污染物的生物净化4、受污染环境质量的生物监测、生态监测和生物学评价。三、污染效应的发生机制1、物理机制2、化学机制3、生物学机制4、综合机制四、生态系统的污染效应1、农田重金属；农药2、草地3、森林4、淡水/湿地汞循环(mercurycycle)火山活动化石燃烧降水挥发挥发沉积物农田风化和淋溶作用农药喷洒径流(CH3)2HgHg2＋CH3Hg鱼水生植物水鸟工厂汞的废物捕鱼由河水带走(中性pH)(酸性pH)第三节可持续发展生态学基础•可持续发展生态学的基本规律•可持续生态系统的评价•可持续生态系统的规划•可持续生态系统的建设一、可持续发展生态学的基本规律•相互依存与相互制约•物质循环与再生•物质输入与输出动态平衡•协同进化•最大阈值规律•生态承载力生态系统对所承载对象的支持能力。二、可持续生态系统的评价三、可持续生态系统的规划•生态规划指运用生态学原理，综合地、长远地评价、规划和协调人与自然资源开发、利用和转化的关系，提高生态经济效率，促进社会经济可持续发展的一种区域发展规划方法。（以人为本，以资源环境承载力为前提）三、可持续生态系统的规划•生态要素的调查与评价•环境容量和生态适宜度分析•评价指标体系的建立与规划目标的设定四、可持续生态系统的建设•生态建设对受人为活动干扰和破坏的生态系统进行生态恢复和重建，是根据生态学原理进行的人工设计，充分利用现代科学技术，充分利用生态系统的