7退化生态系统的恢复与重建

§7退化生态系统的恢复与重建－恢复生态学§7－1退化生态系统§7－2恢复生态学§7－3退化生态生系统的恢复§7－1退化生态系统一、退化生态系统的概念及其诊断特征二、退化生态系统形成的原因三、退化生态系统的分布状况§7－1退化生态系统一、退化生态系统的定义及其诊断特征1.退化生态系统的概念退化生态系统(degradedecosystem)是一类“病态”生态系统，它是指在一定的时空背景下，生态系统受自然因素、人为因素或二者的共同干扰下，使生态系统的某些要素或系统整体发生不利于生物和人类生存要求的量变和质变，系统的结构和功能发生与其原有的平衡状态或进化方向相反的位移(displacement)。或者说，退化生态系统是指在自然或人为干扰下形成的偏离自然状态的生态系统。2.退化生态系统的诊断特征生态系统特征退化生态系统成熟生态系统总生产量/总呼吸量1=1生物量/单位能流值低高食物链直线状、简化网状、以碎食链为主生态联系单一复杂矿质营养物质开放或封闭封闭敏感性和脆弱性高低抗逆力弱强信息量低高熵值高低多样性(物种、基因、生境和生化物质等)低高景观异质性低高§7－1退化生态系统一、退化生态系统的定义及其诊断特征§7－1退化生态系统一、退化生态系统的定义及其诊断特征2.退化生态系统的诊断特征在系统结构方面物种多样性、生化物质多样性、结构多样性和空间异质性低在能量学方面生产量低、系统储存的能量低、食物链多为直线状在物质循环方面总有机质存储少、矿质元素较为开放、无机营养物质多储存于生物库中在稳定性方面生态学联系和生态学过程简化、对外界干扰显得较为脆弱和敏感，系统的抗逆能力和自我恢恢能力低§7－1退化生态系统二、退化生态系统形成的原因自然干扰人为干扰叠加与加速生态系统退化的过程强度持续时间规模人类活动对生态系统造成退化的排序(Daily，1995)过度开发(含直接破坏和环境污染)占35%毁林占30%农业生产活动占28%收获薪材占7%生产工业占1%环境污染会影响生态系统各个层次的结构、功能和动态，进而导致生态系统退化(曲格平，1984)环境污染对生物多样性的影响基本观点一是由于生物对突然发生的污染在适应上可能存在很大的局限性，故生物多样性会丧失。二是污染会改变生物原有的进化和适应模式，生物多样性可能会向着污染主导条件下发展，从而偏离其自然或常规轨道。影响层次遗传层次上：污染会导致生物的抵抗与适应，最终导致遗传多样性减少。在种群水平上：由于污染导致生境不再适宜定居或迁入，导致亚种群消失或抵抗力弱的物种会消失。在生态系统层次上：影响生态系统的结构、功能和动态严重污染→趋同性→无生物区一般污染→改变结构→功能的改变重金属或有机毒物→食物链→影响人类§7－1退化生态系统三、退化生态系统分布状况1.全球退化生态系统类型与面积调查表明(Daily，1995)：土地退化面积：20×108hm2(占植被分布区17%)轻度退化：7.5×108hm2中度退化:9.1×108hm2严重退化：3.0×108hm2极度退化：0.09×108hm2全球荒漠化：36×108hm2(占干旱面积70%)轻度退化：12.23×108hm2中度退化：12.67×108hm2严重退化：10×108hm2极度退化：0.72×108hm2全球：50×108hm2(43%的陆地植被的生态服务功能受损)§7－1退化生态系统三、退化生态系统分布状况2.中国退化生态系统类型与面积生态系统类型总面积/106hm2退化面积/106hm2比例/%农田草地林地荒漠淡水水面废弃矿地140400165.20.1300.74322813231.2-0.245-203325-32-1995年中国退化的主要生态系统类型及其面积§7－1退化生态系统三、退化生态系统分布状况3.中国脆弱生态系统脆弱生态系统定义是指自身稳定性差、对外界干扰抵抗能力低的生态系统。脆弱生态系统有三种内涵其一是这类生态系统的正常功能一旦被打乱，系统常发生不可逆变化而失去恢复的能力；其二是生态系统发生的变化常常是深刻和全面的，它不仅影响当前或近期人类的社会生产、生活和对自然资源的利用，甚至能长期改变一个区域的生产结构、生产和生活方式；其三是生态系统退化后的恢复是比较困难的。§7－1退化生态系统三、退化生态系统分布状况3.中国脆弱生态系统脆弱生态系统的分布半干旱半湿润区西北干旱脆弱区华北平原区南方丘陵区西南石灰岩山地区西南山地和青藏高原区脆弱生态系统总面积达194万km2，约占国土面积的20%§7－2恢复生态学一、生态恢复和恢复生态学的相关概念二、恢复生态学理论三、恢复生态学研究与发展概况§7－2恢复生态学一、生态恢复和恢复生态学的相关概念生态恢复和恢复生态学的定义生态恢复是使一个生态系统恢复到较接近其受干扰前的状态。(Cairns，1995；Jordan，1995；Egan，1996)生态恢复是帮助研究生态整合性的恢复和管理过程的科学，生态整合性包括生物多样性、生态过程和结构、区域及历史情况、可持续的社会实践等广泛的范围。(SocietyforEcologicalRestoration，1995)恢复生态学是研究生态系统退化的原因、退化生态系统恢复与重建技术与方法、生态学过程与机理的科学。(余作岳等，1996)与生态恢复和恢复生态学的相关概念重建（rehabilitation）、改良（reclamation）、改进（enhancemen）、修补（remedy）、更新（renewal）、再植（revegetation）§7－2恢复生态学二、恢复生态学的理论自我设计与人为设计理论自我设计理论认为，只要有足够的时间，随着时间推移，退化生态系统将根据环境条件合理地实现自我组织并会最终改变其组分；(生态恢复→生态系统层次上)人为设计理论则认为，通过工程方法和植物重建，可直接恢复退化生态系统，但恢复的类型可能是多样的。这一理论把物种的生活史作为植被恢复的重要因子，并认为通过调整物种生活史的方法可加快植被的恢复。(生态恢复→个体与种群层次上)生态学理论限制性因子原理、热力学定律、种群密度制约及分布格局原理、生态适应性理论、生态位原理、演替理论、植物入侵理论、生物多样性原理论以及缀块—廓道—基底理论等。§7－2恢复生态学三、恢复生态学研究与发展概况Leopold(1935)最早开展实验研究20世纪50～90年代是大发展时期：进行了大量在实践、理论研究与探讨国际生态学会成立各国均有有关恢复生态学的期刊与大量的论’文、因特网站等在理论与实践的前列欧洲(偏重于矿地恢复)和北美(则偏重于水体与林地)在实践的前列还有澳洲(心草原管理为主)和中国(强调农业综合利用)§7－3退化生态系统的恢复一、生态恢复的目标二、退化生态系统恢复与重建的基本原则三、生态恢复的方法四、退化生态系统恢复与重建的程序五、退化生态系统恢复的机理六、恢复成功的标准七、生态恢复的时间八、生物多样性在生态恢复中的作用九、生态恢复实例§7－3退化生态系统的恢复一、生态恢复的目标恢复退化生态系统目标(HobbsandNorton,1996)建立合理的内容组成(种内丰富度及多度)结构(植被和土壤的垂直结构)格局(水平配置)异质性(各组分由多少个变量组成)功能(水、能量和物质等基本生态过程的表现)基本要求保持地基稳定性恢复植被与土壤增加种类组成和生物多样性实现自我维持能力减少或控制人为干扰增加视觉和美学享受§7－3退化生态系统的恢复二、退化生态系统恢复与重建的基本原则基本原则后盾与支持以美的享受§7－3退化生态系统的恢复三、生态恢复的方法§7－3退化生态系统的恢复四、退化生态系统恢复与重建的程序接受恢复项目明确被恢复的对象与边界生态系统退化的诊断退化生态系统健康评估结合恢复目标和原则进行决策实地实验、示范与推广过程调整与改进后续监测与评价§7－3退化生态系统的恢复五、退化生态系统恢复的机理未退化部分退化部分退化极度退化大量投入退化生态系统恢复的可能发展方向(Hobbs&Mooney,1993)§7－3退化生态系统的恢复五、退化生态系统恢复的机理§7－3退化生态系统的恢复五、退化生态系统恢复的机理排除干扰、加速生物组分的变化和启动或加速顺向演替的过程§7－3退化生态系统的恢复五、退化生态系统恢复的机理§7－3退化生态系统的恢复五、退化生态系统恢复的机理§7－3退化生态系统的恢复五、退化生态系统恢复的机理§7－3退化生态系统的恢复六、恢复成功的标准SER建议:比较恢复了的生态系统与参照生态系统的生物多样性、群落结构、生态系统功能、干扰体系、以及生物的生态服务功能。Bradsaw(1987)提出：可持续性（可自然更新）不可入侵性（像自然群落一样能抵制入侵）生产力（与自然群落一样高）营养保持力CareherandKnapp(1995)提出采用记分卡的方法评价恢复度：假设生态系统有五个重要参数(如种类、空间层次、生产力、传粉或播种、种子产量或种子库的时空动态)，每一个参数都有一个波动幅度，比较这些参数是否已达到正常波动范例或与该范围还有多大差距。§7－3退化生态系统的恢复七、生态恢复的时间Daiky(1995)通过计算潜在的直接实用价值:轻度退化→3～5年中度退化→10～20年严重退化→50～100年极度退化→200多年余作岳等通过试验和模拟(1996)：热带地区，极度退化(无A层土壤，缺乏种源)不能自然恢复人工启动条件下，恢复到森林生态系统→40年恢复生物量→100年恢复土壤肥力及大部分功能→140年§7－3退化生态系统的恢复八、生物多样性在生态恢复中的作用生态恢复计划恢复乡土种的生物多样性在遗传层次上:湿度、土壤等的生态适宜性在种群层次上:阳、中、阴生型合理搭配、种的生物学特性、种群动态变化特征等在生态系统层次:结构和功能(动物、植物和微生物的联系)项目实施生物控制(抚育和管理、病虫害控制等)建立共生关系和物种替代问题评估过程与参照生态系统相对比，从不同层次进行评估，最好要考虑到景观层次。§7－3退化生态系统的恢复九、生态恢复实例§7－3退化生态系统的恢复九、生态恢复实例本章思考题一、名词解释1.退化生态系统。2.脆弱生态系统。3.生态恢复与恢复生态学。二、问答题1.生态系统退化特征主要表现在哪些方面？2.退化生态系统恢复的机理是什么？3.以Bradsaw(1987)为例，退化生态系统恢复的标准主要体现在哪些方面？