退化生态系统的恢复与重建.ppt

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1、7 7 退化生态系统的恢复与重建退化生态系统的恢复与重建 恢复生态学恢复生态学7 71 1 退化生态系统退化生态系统7 72 2 恢复生态学恢复生态学7 73 3 退化生态生系统的恢复退化生态生系统的恢复7 71 1 退化生态系统退化生态系统一、一、退化生态系统的概念及其诊断特征退化生态系统的概念及其诊断特征二、二、退化生态系统形成的原因退化生态系统形成的原因三、三、退化生态系统的分布状况退化生态系统的分布状况7 71 1 退化生态系统退化生态系统一、一、退化生态系统的定义及其诊断特征退化生态系统的定义及其诊断特征1.1.退化退化生态生态系统系统的概的概念念 退化生态系统退化生态系统(degr

2、aded ecosystem)(degraded ecosystem)是一是一类类“病态病态”生态系统，它是指在一定的时空背生态系统，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状态或进化方向相反的位移(displacement)(displacement)。或者说，退化生态系统

3、是指在自然或人为或者说，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。干扰下形成的偏离自然状态的生态系统。2.2.退化退化生态生态系统系统的诊的诊断特断特征征生态系统特征生态系统特征退化生态系统退化生态系统成熟生态系统成熟生态系统总生产量总生产量/总呼吸量总呼吸量11=1=1生物量生物量/单位能流值单位能流值低低高高食物链食物链直线状直线状、简化、简化网状网状、以碎食链为、以碎食链为主主生态联系生态联系单一单一复杂复杂矿质营养物质矿质营养物质开放或封闭开放或封闭封闭封闭敏感性和脆弱性敏感性和脆弱性高高低低抗逆力抗逆力弱弱强强信息量信息量低低高高熵值熵值高高低低多样性多样性(物

4、种、基因、物种、基因、生境和生化物质等生境和生化物质等)低低高高景观异质性景观异质性低低高高7 71 1 退化生态系统退化生态系统一、一、退化生态系统的定义及其诊断特征退化生态系统的定义及其诊断特征7 71 1 退化生态系统退化生态系统一、一、退化生态系统的定义及其诊断特征退化生态系统的定义及其诊断特征2.2.退化退化生态生态系统系统的诊的诊断特断特征征 在系统结构方面在系统结构方面 物种多样性、生化物质多样性、结构多样性和物种多样性、生化物质多样性、结构多样性和 空间异质性低空间异质性低 在能量学方面在能量学方面 生产量低、系统储存的能量低、食物链多为直生产量低、系统储存的能量低、食物链多为

5、直 线状线状 在物质循环方面在物质循环方面 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养物质多储存于生物库中 在稳定性方面在稳定性方面 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得较为脆弱和敏感，系统的抗逆能力和自我恢 恢能力低恢能力低7 71 1 退化生态系统退化生态系统二、二、退化生态系统形成的原因退化生态系统形成的原因 自然干扰自然干扰 人为干扰人为干扰叠叠加加与与加加速速生态系统退化的过程生态系统退化的过程强度强度持续时间持续时间规模规模人类活动

6、对生态系统造成退化人类活动对生态系统造成退化的排序的排序(Daily，1995)过度开发过度开发(含直接破含直接破 坏和环境污染坏和环境污染)占占35%毁林占毁林占30%农业生产活动占农业生产活动占28%收获薪材占收获薪材占7%生产工业占生产工业占1%环境污染会影响生态系统各个环境污染会影响生态系统各个层次的结构、功能和动态，进层次的结构、功能和动态，进而导致生态系统退化而导致生态系统退化(曲格平，曲格平，1984)1984)环境污染对生物多样性的影响环境污染对生物多样性的影响 基本观点基本观点 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

7、局限性，故生物多样性会丧失。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。然或常规轨道。影响层次影响层次 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。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。入，导致亚种群消失或抵抗力弱的物种会消失

8、。在生态系统层次上：影响生态系统的结构、功能和动态在生态系统层次上：影响生态系统的结构、功能和动态 严重污染严重污染趋同性趋同性无生物区无生物区 一般污染一般污染改变结构改变结构功能的改变功能的改变 重金属或有机毒物重金属或有机毒物食物链食物链影响人类影响人类7 71 1 退化生态系统退化生态系统三、三、退化生态系统分布状况退化生态系统分布状况1.全球全球退化退化生态生态系统系统类型类型与面与面积积调查表明调查表明(Daily，1995)：土地退化面积：土地退化面积：20108 hm2 (占植被分布区占植被分布区17%)轻度退化：轻度退化：7.5 108 hm2 中度退化中度退化:9.1 10

9、8 hm2 严重退化：严重退化：3.0 108 hm2 极度退化：极度退化：0.09 108 hm2 全球荒漠化：全球荒漠化：36 36 10108 8 hm hm2 2 (占干旱面积占干旱面积70%)70%)轻度退化：轻度退化：12.23 108 hm2 中度退化：中度退化：12.67 108 hm2 严重退化：严重退化：10 108 hm2 极度退化：极度退化：0.72 108 hm2 全球：全球：50 108 hm2 (43%的陆地植被的生态服务功能受损的陆地植被的生态服务功能受损)7 71 1 退化生态系统退化生态系统三、三、退化生态系统分布状况退化生态系统分布状况2.中国中国退化退化

10、生态生态系统系统类型类型与面与面积积生生态态系系统统类类型型总总面面积积/106hm2退化面退化面积积/106hm2比例比例/%农农田田草地草地林地林地荒漠荒漠淡水水面淡水水面废废弃弃矿矿地地140400165.20.1300.74322813231.2-0.245-203325-32-19951995年中国退化的主要生态系统类型及其面积年中国退化的主要生态系统类型及其面积7 71 1 退化生态系统退化生态系统三、三、退化生态系统分布状况退化生态系统分布状况3.中国中国脆弱脆弱生态生态系统系统 脆弱生态系统定义脆弱生态系统定义 是指自身稳定性差、对外界干扰抵抗能力低的是指自身稳定性差、对外界干

11、扰抵抗能力低的 生态系统。生态系统。脆弱生态系统有三种内涵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，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；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、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；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。其三是生态

12、系统退化后的恢复是比较困难的。7 71 1 退化生态系统退化生态系统三、三、退化生态系统分布状况退化生态系统分布状况3.中国中国脆弱脆弱生态生态系统系统 脆弱生态系统的分布脆弱生态系统的分布 半干旱半湿润区半干旱半湿润区 西北干旱脆弱区西北干旱脆弱区 华北平原区华北平原区 南方丘陵区南方丘陵区 西南石灰岩山地区西南石灰岩山地区 西南山地和青藏高原区西南山地和青藏高原区脆弱生态系统总面积达脆弱生态系统总面积达194194万万kmkm2 2，约占国土面积的，约占国土面积的20%20%7 72 2 恢复生态学恢复生态学一、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相关概念二、二、恢复生

13、态学理论恢复生态学理论三、三、恢复生态学研究与发展概况恢复生态学研究与发展概况7 72 2 恢复生态学恢复生态学一、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相关概念 生态恢复和恢复生态学的定义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、区域学，生态整合性包括生物多样性、生态过程

14、和结构、区域 及历史情况、可持续的社会实践等广泛的范围。及历史情况、可持续的社会实践等广泛的范围。(Society for Ecological Restoration，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。复与重建技术与方法、生态学过程与机理的科学。(余作岳余作岳 等，等，1996)与生态恢复和恢复生态学的相关概念与生态恢复和恢复生态学的相关概念 重建（重建（rehabilitation）、改良（）、改良（reclamation）、改进）、改进 （enhancemen）、修补

15、（）、修补（remedy）、更新（）、更新（renewal）、）、再再 植（植（revegetation）7 72 2 恢复生态学恢复生态学二、二、恢复生态学的理论恢复生态学的理论 自我设计与人为设计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；织并会最终改变其组分；(生态恢复生态恢复生态系统层次上生态系统层次上)人为设计理论则认为，通过工程方法和植物重建，可直人为设计理论则认为，通过工程方法和植物重建，可

16、直 接恢复退化生态系统，但恢复的类型可能是多样的。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，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并认为通过调整物种生活史的方法可加快植被的恢 复。复。(生态恢复生态恢复个体与种群层次上个体与种群层次上)生态学理论生态学理论 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物入侵理

17、论、生物多样性原理论以及缀块廓道廓道基底基底 理论等。理论等。7 72 2 恢复生态学恢复生态学三、三、恢复生态学研究与发展概况恢复生态学研究与发展概况 Leopold(1935)最早开展实验研究最早开展实验研究 20世纪世纪5090年代是大发展时期：年代是大发展时期：进行了大量在实践、理论研究与探讨进行了大量在实践、理论研究与探讨 国际生态学会成立国际生态学会成立 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、因特网站等文、因特网站等 在理论与实践的前列在理论与实践的前列 欧洲欧洲(偏重于矿地恢复偏重于矿地恢复)和北美和北美(则偏重于水体则偏重于水体 与林

18、地与林地)在实践的前列还有澳洲在实践的前列还有澳洲(心草原管理为主心草原管理为主)和中和中 国国(强调农业综合利用强调农业综合利用)7 73 3 退化生态系统的恢复退化生态系统的恢复一、一、生态恢复的目标生态恢复的目标二、二、退化生态系统恢复与重建的基本原则退化生态系统恢复与重建的基本原则三、三、生态恢复的方法生态恢复的方法四、退化生态系统恢复与重建的程序四、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五、退化生态系统恢复的机理六、恢复成功的标准六、恢复成功的标准七、生态恢复的时间七、生态恢复的时间八、生物多样性在生态恢复中的作用八、生物多样性在生态恢复中的作用九九、生态恢复实例、生

19、态恢复实例7 73 3 退化生态系统的恢复退化生态系统的恢复一、生态恢复的目标一、生态恢复的目标恢复退化生态系统目标恢复退化生态系统目标(Hobbs and Norton,1996)建立合理的内容组成建立合理的内容组成 (种内丰富度及多度种内丰富度及多度)结构结构 (植被和土壤的垂直结构植被和土壤的垂直结构)格局格局 (水平配置水平配置)异质性异质性 (各组分由多少个变量组成各组分由多少个变量组成)功能功能 (水、能量和物质等基本生水、能量和物质等基本生 态过程的表现态过程的表现)基本要求基本要求 保持地基稳定性保持地基稳定性 恢复植被与土壤恢复植被与土壤 增加种类组成增加种类组成 和生物多样

20、性和生物多样性 实现自我维持能力实现自我维持能力 减少或控制人为干扰减少或控制人为干扰 增加视觉和美学享受增加视觉和美学享受7 73 3 退化生态系统的恢复退化生态系统的恢复二、退化生态系统恢复与二、退化生态系统恢复与 重建的基本原则重建的基本原则基本基本原则原则后盾与支持后盾与支持以美的享受以美的享受7 73 3 退化生态系统的恢复退化生态系统的恢复三、生态恢复的方法三、生态恢复的方法7 73 3 退化生态系统的恢复退化生态系统的恢复四、退化生态系统恢复四、退化生态系统恢复 与重建的程序与重建的程序7 73 3 退化生态系统的恢复退化生态系统的恢复五、退化生态系统恢复的机理五、退化生态系统恢

21、复的机理未退化未退化部分退化部分退化部分退化部分退化极度退化极度退化大量投入大量投入退化生态系统恢退化生态系统恢复的可能发展方复的可能发展方向向(Hobbs(Hobbs&Mooney,1993)&Mooney,1993)7 73 3 退化生态系统的恢复退化生态系统的恢复五、退化生态系统恢复的机理五、退化生态系统恢复的机理7 73 3 退化生态系统的恢复退化生态系统的恢复五、退化生态系统恢复的机理五、退化生态系统恢复的机理排除干排除干扰、加扰、加速生物速生物组分的组分的变化和变化和启动或启动或加速顺加速顺向演替向演替的过程的过程7 73 3 退化生态系统的恢复退化生态系统的恢复五、退化生态系统恢

22、复的机理五、退化生态系统恢复的机理7 73 3 退化生态系统的恢复退化生态系统的恢复五、退化生态系统恢复的机理五、退化生态系统恢复的机理7 73 3 退化生态系统的恢复退化生态系统的恢复五、退化生态系统恢复的机理五、退化生态系统恢复的机理7 73 3 退化生态系统的恢复退化生态系统的恢复六、恢复成功的标准六、恢复成功的标准 SER建议建议:比较恢复了的生态系统与参照生态系统的生物多样性、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。服务功能。Bradsaw(1987)提出：提出：可持续

23、性（可自然更新）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）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）生产力（与自然群落一样高）营养保持力营养保持力 Careher and Knapp(1995)Careher and Knapp(1995)提出采用记分卡的方提出采用记分卡的方 法评价恢复度：法评价恢复度：假设生态系统有五个重要参数假设生态系统有五个重要参数(如种类、空间层次、生如种类、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每一个参数都有一个

24、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。到正常波动范例或与该范围还有多大差距。7 73 3 退化生态系统的恢复退化生态系统的恢复七、生态恢复的时间七、生态恢复的时间 Daiky(1995)通过计算潜在的直接实用价值通过计算潜在的直接实用价值:轻度退化轻度退化35年年 中度退化中度退化1020年年 严重退化严重退化50100年年 极度退化极度退化200多年多年 余作岳等通过试验和模拟余作岳等通过试验和模拟(1996)：热带地区，极度退化热带地区，极度退化(无无A层土壤，缺乏种源层土壤，缺乏种源)不能自然不能自然恢复恢复人工启动条件下，恢复到森林生态系统人工启动条件下

25、，恢复到森林生态系统40年年 恢复生物量恢复生物量100年年 恢复土壤肥力及大部分功能恢复土壤肥力及大部分功能140年年7 73 3 退化生态系统的恢复退化生态系统的恢复八、生物多样性在生态恢复八、生物多样性在生态恢复中的作用中的作用 生态恢复计划生态恢复计划恢复乡土种的生物多样性恢复乡土种的生物多样性 在遗传层次上在遗传层次上:湿湿 度、土壤等的生态适度、土壤等的生态适 宜性宜性 在种群层次上在种群层次上:阳、阳、中、阴生型合理搭中、阴生型合理搭 配、种的生物学特配、种的生物学特 性、种群动态变化特性、种群动态变化特 征等征等 在生态系统层次在生态系统层次:结构结构 和功能和功能(动物、植物

26、和动物、植物和 微生物的联系微生物的联系)项目实施项目实施 生物控制生物控制(抚抚 育和管理、育和管理、病虫害控制病虫害控制 等等)建立共生关建立共生关 系和物种替系和物种替 代问题代问题 评估过程评估过程 与参照生与参照生 态系统相态系统相 对比，从对比，从 不同层次不同层次 进行评进行评 估，最好估，最好 要考虑到要考虑到 景观层景观层 次。次。7 73 3 退化生态系统的恢复退化生态系统的恢复九、生态恢复实例九、生态恢复实例7 73 3 退化生态系统的恢复退化生态系统的恢复九、生态恢复实例九、生态恢复实例 本章思考题本章思考题一、名词解释一、名词解释1.1.退化生态系统。退化生态系统。2.2.脆弱生态系统。脆弱生态系统。3.3.生态恢复与恢复生态学。生态恢复与恢复生态学。二、问答题二、问答题1.1.生态系统退化特征主要表现在哪些方面？生态系统退化特征主要表现在哪些方面？2.2.退化生态系统恢复的机理是什么？退化生态系统恢复的机理是什么？3.3.以以Bradsaw(1987)Bradsaw(1987)为例为例，退化生态系统恢复的退化生态系统恢复的 标准主要体现在哪些方面？标准主要体现在哪些方面？