第六章 干扰及恢复生态学3

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1、2022-11-221第三节第三节 恢复生态学恢复生态学Restoration ecology 2022-11-222资源过度利用人口增长工业化城市化生态系统严重退化水土流失森林减少土地荒漠化水体污染空气污染生物多样性锐减淡水资源短缺生态恢复2022-11-223 恢复生态学是一门关于生态恢复恢复生态学是一门关于生态恢复（Ecological restorationEcological restoration）的学科。）的学科。恢恢复生态学是生态学的分支学科，但它复生态学是生态学的分支学科，但它又是环境学、地理学、林学、农学、又是环境学、地理学、林学、农学、草地学、湿地学、海洋学等多学科的草地

2、学、湿地学、海洋学等多学科的交叉学科。具有较强的理论性和实践交叉学科。具有较强的理论性和实践性。性。序言序言2022-11-224一、恢复生态学的有关概念一、恢复生态学的有关概念v研究生态系统自身的性质、受损机理及修复过程研究生态系统自身的性质、受损机理及修复过程的科学（的科学（Jordan Jordan et al.et al.,1987,1987）。）。v研究生态整合性的恢复和管理过程的科学。生态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及历史情况、可持续的社会实践等

3、广泛的范围（国际恢复生态学会，（国际恢复生态学会，19951995）。v研究生态系统退化的原因、退化生态系统恢复与研究生态系统退化的原因、退化生态系统恢复与重建的技术与方法、生态学过程与机理的科学重建的技术与方法、生态学过程与机理的科学（余作岳，（余作岳，19961996）。）。1 1、什么是恢复生态学、什么是恢复生态学2022-11-2252022-11-2262022-11-227 这些术语从不同角度反映了恢复与重建的基本意图。所谓生态恢复与重建是指根据生态学原理,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与外界的物

4、质、能量和信息的流动过程及其时空秩序，使生态系统的结构、功能和生态学潜力尽快地成功地恢复到一定的或原有的乃至更高的水平。2022-11-228二、恢复生态学的研究内容二、恢复生态学的研究内容基础理论研究：基础理论研究：I.I.生态系统结构以及内在的生态学过程与相生态系统结构以及内在的生态学过程与相互作用机制互作用机制II.II.生态系统的稳定性、多样性、抗逆性、生生态系统的稳定性、多样性、抗逆性、生产力、恢复力与可持续性产力、恢复力与可持续性III.III.先锋与定级生态系统发生、发展机理与演先锋与定级生态系统发生、发展机理与演替规律替规律2022-11-229IV.IV.不同干扰条件下生态系

5、统的受损过程及其不同干扰条件下生态系统的受损过程及其影响机制影响机制V.V.生态系统退化的景观诊断及其评价指标体生态系统退化的景观诊断及其评价指标体系系VI.VI.生态系统退化过程的动态监测、模拟、预生态系统退化过程的动态监测、模拟、预警及预测警及预测2022-11-2210应用技术研究：应用技术研究：I.I.退化生态系统的恢复与重建的关键技术体系退化生态系统的恢复与重建的关键技术体系II.II.生态系统结构与功能的优化配置与重构及其调生态系统结构与功能的优化配置与重构及其调控技术控技术III.III.物种、生态系统与景观物种、生态系统与景观多样性多样性的恢复与维持技的恢复与维持技术术IV.I

6、V.生态工程生态工程设计与实施技术设计与实施技术V.V.环境规划与景观生态规划技术环境规划与景观生态规划技术VI.VI.典型退化生态系统恢复的优化模式试验示范与典型退化生态系统恢复的优化模式试验示范与推广推广2022-11-22112022-11-22122022-11-2213四、恢复生态学的四、恢复生态学的发展过程发展过程1 1、恢复生态学的起源、恢复生态学的起源n100100年前：山地、草原等自然资源管理年前：山地、草原等自然资源管理n2020世纪初：水土保持、森林砍伐后的恢复世纪初：水土保持、森林砍伐后的恢复n2020世纪世纪3030年代：干旱农业生态系统的恢复年代：干旱农业生态系统的

7、恢复n2020世纪世纪5050、6060年代：矿山、水土流失治理年代：矿山、水土流失治理n2020世纪世纪7070年代：水体恢复研究年代：水体恢复研究2022-11-2214n19751975年：在美国召开了年：在美国召开了“受损生态系统的恢复受损生态系统的恢复”国国际研讨会，首次探讨了受损生态系统恢复的机理与际研讨会，首次探讨了受损生态系统恢复的机理与方法。方法。n19801980年：年：CairnsCairns主编了主编了受损生态系统的恢复过程受损生态系统的恢复过程一书，一书，8 8位科学家共同探讨了受损生态系统恢复过程位科学家共同探讨了受损生态系统恢复过程中重要生态学理论和应用问题。中重

8、要生态学理论和应用问题。n19841984年：美国威斯康星大学召开了恢复生态学研讨年：美国威斯康星大学召开了恢复生态学研讨会，强调了恢复生态学中理论与实践的统一。会，强调了恢复生态学中理论与实践的统一。2、恢复生态学的发展、恢复生态学的发展2022-11-2215n19851985年：年：AberAber和和JordanJordan提出了恢复生态学的术语，提出了恢复生态学的术语，并出版并出版“恢复生态学恢复生态学”研究专集。研究专集。n19851985年：国际恢复生态学会成立。年：国际恢复生态学会成立。n19961996年：在瑞士召开了第一届世界恢复生态学大年：在瑞士召开了第一届世界恢复生态学

9、大会，强调恢复生态学在生态学中的地位，恢复技会，强调恢复生态学在生态学中的地位，恢复技术与生态学的连结，恢复过程中经济与社会内容术与生态学的连结，恢复过程中经济与社会内容的重要性。的重要性。n目前：国际恢复生态学会每年召开一次国际研讨目前：国际恢复生态学会每年召开一次国际研讨会；世界各国均有的恢复生态学文献，登载恢复会；世界各国均有的恢复生态学文献，登载恢复生态学方面的文章，开展恢复生态学研究的学术生态学方面的文章，开展恢复生态学研究的学术交流。交流。2022-11-22163、我国恢复生态学研究进展、我国恢复生态学研究进展n19591959年：余作岳等人在广东开展热带沿海台地退化年：余作岳等

10、人在广东开展热带沿海台地退化生态系统的植被恢复技术与机理研究。生态系统的植被恢复技术与机理研究。n2020世纪世纪6060年代：仲崇信等人开展年代：仲崇信等人开展沿海滩涂沿海滩涂种植大米种植大米草控制河岸带侵蚀研究。草控制河岸带侵蚀研究。n2020世纪世纪8080年代：中科院兰州年代：中科院兰州沙漠沙漠所开展沙漠治理与所开展沙漠治理与固沙研究；中科院水保所开展固沙研究；中科院水保所开展黄土高原黄土高原水土流失区水土流失区的治理与综合利用；中科院水生所开展的治理与综合利用；中科院水生所开展湖泊湖泊生态系生态系统恢复研究；中科院西北高生所开展统恢复研究；中科院西北高生所开展高寒退化草甸高寒退化草甸

11、生态系统的恢复与重建研究；中科院成都生物所开生态系统的恢复与重建研究；中科院成都生物所开展展岷江上游岷江上游植被恢复研究；植被恢复研究；2022-11-2217n中科院南京土壤所开展中科院南京土壤所开展红壤红壤恢复与综合利用研究；恢复与综合利用研究；广西科学院和中山大学开展广西科学院和中山大学开展红树林红树林恢复重建研究；恢复重建研究；中科院植物所（内蒙古草原站）开展不同退化程中科院植物所（内蒙古草原站）开展不同退化程度羊草度羊草草原草原恢复研究。恢复研究。n2020世纪世纪9090年代：东北林业大学开展黑龙江年代：东北林业大学开展黑龙江退化森退化森林林生态系统的恢复与重建研究；中国林业科学院

12、生态系统的恢复与重建研究；中国林业科学院开展海南开展海南热带林地热带林地的植被恢复研究；中国环科院、的植被恢复研究；中国环科院、中山大学、中国矿业大学开展中山大学、中国矿业大学开展废弃矿地和垃圾场废弃矿地和垃圾场的恢复对策研究。的恢复对策研究。n2020世纪世纪9090年代中期：先后出版年代中期：先后出版热带亚热带退化热带亚热带退化生态系统的植被恢复生态学研究生态系统的植被恢复生态学研究和和中国退化中国退化生态系统研究生态系统研究等专著，提出了适合中国国情的等专著，提出了适合中国国情的恢复生态学研究理论和方法体系。恢复生态学研究理论和方法体系。2022-11-2218黄土高原自然恢复生长的草被

13、黄土高原自然恢复生长的草被黄土高原人工恢复林草植被黄土高原人工恢复林草植被人工种植的柠条护坡灌木林人工种植的柠条护坡灌木林黄土高原水平沟隔坡造林黄土高原水平沟隔坡造林2022-11-2219岷江上游水源涵养林的生态恢岷江上游水源涵养林的生态恢复复2022-11-2220四、恢复生态学的理论与原则四、恢复生态学的理论与原则1、恢复生态学的主要原理、恢复生态学的主要原理 自我设计（Self-design theorySelf-design theory）与人为设计(Design theory)理论理论 是惟一从恢复生态学中产生的理论，也在生态恢复实践中得到了广泛应用。n自我设计理论：在足够的时间内

14、，随着时间进程，自我设计理论：在足够的时间内，随着时间进程，退化生态系统将根据环境条件合理地组织并会最终退化生态系统将根据环境条件合理地组织并会最终改变其组分（自然恢复演替）。改变其组分（自然恢复演替）。n人为设计理论人为设计理论:通过工程和植被重建恢复退化生态系通过工程和植被重建恢复退化生态系统，但恢复类型可能是多样的（人为恢复演替）。统，但恢复类型可能是多样的（人为恢复演替）。2022-11-2221 这两种理论不同点在于自我设计理论把恢复这两种理论不同点在于自我设计理论把恢复放在生态系统层次考虑，未考虑到缺乏种子库的情放在生态系统层次考虑，未考虑到缺乏种子库的情况，其恢复的只能是环境决定

15、的群落况，其恢复的只能是环境决定的群落;而人为设计而人为设计理论把恢复放在个体或种样层次上考虑，恢复的结理论把恢复放在个体或种样层次上考虑，恢复的结果可能有多种。果可能有多种。2022-11-2222北京山区自然恢复北京山区自然恢复20年后的森林年后的森林2022-11-2223 2022-11-2224生态恢复不等于绿化2022-11-2225u生物群落演替理论群落由一种表现形式转化为另一种表现形的过程，称为演替。火烧迹地-杂草-桦树期-山杨期-云杉期（需几十年）。弃耕地-杂草期-优势草期-灌木期-乔木期。群落演替可通过人为手段调控，改变演替速度或演替方向。2 2、恢复生态学中的生态理论、恢

16、复生态学中的生态理论2022-11-2226杞木云杉水杨2022-11-2227杂草杂草草本植物草本植物阔叶林阔叶林针叶林针叶林2022-11-2228u限制因子原理限制因子原理德国利比希德国利比希1840年提出了年提出了“最小因子定律最小因子定律”，即，即作物产量受最小养分支配。作物产量受最小养分支配。任何一种生态因子只要接近或超过生物的耐受范任何一种生态因子只要接近或超过生物的耐受范围，它就会成为这种生物的限制因子。围，它就会成为这种生物的限制因子。生态恢复时必须找出该系统的关键因子。生态恢复时必须找出该系统的关键因子。2022-11-2229耐性定律与生物分布耐性定律与生物分布2022-

17、11-2230u生态系统的结构理论生态系统的结构理论物种结构、时空结构、营养结构物种结构、时空结构、营养结构合理生态系统结构合理生态系统结构v从物种结构上，提倡物种多样性，以利于系从物种结构上，提倡物种多样性，以利于系统的稳定和持续发展。统的稳定和持续发展。v从时空结构角度，应充分利用光、热、水、从时空结构角度，应充分利用光、热、水、土资源，提高光能利用率土资源，提高光能利用率v从营养结构角度，应实现生物物质和能量的从营养结构角度，应实现生物物质和能量的多级利用与转化，形成一个高效的，无多级利用与转化，形成一个高效的，无“废废物物”的系统。的系统。2022-11-2231u生态适宜性原理生态适

18、宜性原理生物由于长期与环境的协同进化，对生态环境产生物由于长期与环境的协同进化，对生态环境产生了生态上的依赖。生了生态上的依赖。v喜光植物、喜阴植物喜光植物、喜阴植物v喜酸性土壤植物喜酸性土壤植物v水中生长植物水中生长植物生态恢复时要让最适应的植物或动物生长在最适生态恢复时要让最适应的植物或动物生长在最适宜的环境中。（尽量使用乡土种）宜的环境中。（尽量使用乡土种）2022-11-2232慎用外来物种慎用外来物种薇甘菊有薇甘菊有“植物杀手植物杀手”的劣称，的劣称，在深圳内伶仃岛国家级自然保在深圳内伶仃岛国家级自然保护区内，已经有护区内，已经有80%80%的范围遭的范围遭到薇甘菊的覆盖，岛上的到薇

19、甘菊的覆盖，岛上的600600多只猕猴没有了食物来源，只多只猕猴没有了食物来源，只能靠人工喂食生活。能靠人工喂食生活。云南昆明市赖以生存的高原湖云南昆明市赖以生存的高原湖泊滇池内连绵泊滇池内连绵10001000公顷的水面公顷的水面上全部生长着水葫芦，由于水上全部生长着水葫芦，由于水质污染和因此而导致的水葫芦质污染和因此而导致的水葫芦的疯长，滇池内很多水生生物的疯长，滇池内很多水生生物已处于灭绝的边缘。已处于灭绝的边缘。2022-11-2233v生态位理论生态位理论Niche：指在自然生态系统中一个种群在时间空：指在自然生态系统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间上的位置及

20、其与相关种群之间的功能关系有竞争关系的种群的生态位是分离的。有竞争关系的种群的生态位是分离的。在生态恢复时，要避免引进生态位相同的物种，在生态恢复时，要避免引进生态位相同的物种，要尽量使各物种生态位错开。要尽量使各物种生态位错开。合理运用生态位原理可以构成具有多样性种群合理运用生态位原理可以构成具有多样性种群的稳定而高效的生态系统，而且它是物种引种、的稳定而高效的生态系统，而且它是物种引种、配制的关键。配制的关键。2022-11-22342022-11-2235北美地区，五种莺都从同一种云杉树上取食。通过瓜分不同区域以减少相互间的竞争。2022-11-2236v生物多样性原理生物多样性原理是指

21、生命有机体及其赖以生存的生态综合体的是指生命有机体及其赖以生存的生态综合体的多样化（多样化（Variety)和变异性和变异性(Variability)。遗传多样性、物种多样性遗传多样性、物种多样性、生态系统生态系统与与景观多景观多样性样性生物多样性高的生态系统的优势生物多样性高的生态系统的优势v具有高生产力的种类出现的机会增加具有高生产力的种类出现的机会增加v营养的相互关系更加多样化，能量流动可选择的途营养的相互关系更加多样化，能量流动可选择的途径多，各营养水平间的能量流动趋于稳定。径多，各营养水平间的能量流动趋于稳定。v被干扰后对来自系统外种类入侵的抵抗能力增强。被干扰后对来自系统外种类入侵

22、的抵抗能力增强。v某一个种所有个体间的距离增加，植物病体的扩散某一个种所有个体间的距离增加，植物病体的扩散降低。降低。v各个种类充分占据已分化的生态位，系统对资源利各个种类充分占据已分化的生态位，系统对资源利用的效率有所提高。用的效率有所提高。2022-11-2237人工林的特点是均一，不能满足人工林的特点是均一，不能满足健康生态系统要求的异质性健康生态系统要求的异质性 2022-11-22382022-11-2239人工林与天然林的比较人工林与天然林的比较四川宝兴县一处面积很小的人四川宝兴县一处面积很小的人工林工林四川宝兴的天然森林植被四川宝兴的天然森林植被 林下层林下层林下是林下是丰富的丰

23、富的植被覆植被覆盖盖 2022-11-2240v景观生态学原理景观生态学原理景观生态学是研究景观单元的类型组成、空间景观生态学是研究景观单元的类型组成、空间格局及其与生态过程相互作用的综合性学科。格局及其与生态过程相互作用的综合性学科。生态恢复是以生态系统为基点，而在景观尺度生态恢复是以生态系统为基点，而在景观尺度上来进行实践、设计与表达。上来进行实践、设计与表达。许多土地利用和自然保护问题只在在景观尺度许多土地利用和自然保护问题只在在景观尺度下才能有效解决。下才能有效解决。2022-11-2241缀块缀块-廊道廊道-基底的景观格局原理基底的景观格局原理2022-11-22423 3、恢复生态

24、学的基本原则、恢复生态学的基本原则地理学原则地理学原则区域性原则区域性原则差异性原则差异性原则地带性原则地带性原则自然法则自然法则生态学原则生态学原则主导生态因子原则主导生态因子原则限制性与耐性定律限制性与耐性定律能量流动与物质循环原则能量流动与物质循环原则种群密度制约与物种相互作用原则种群密度制约与物种相互作用原则生态位与生物互补原则生态位与生物互补原则边缘效应与干扰原则边缘效应与干扰原则生态演替原则生态演替原则生物多样性原则生物多样性原则食物链与食物网原则食物链与食物网原则缀块缀块-廊道廊道-基底的景观格局原则基底的景观格局原则空间异质性原则空间异质性原则时空尺度与等级理论原则时空尺度与等

25、级理论原则n生态恢复与重建的原则一般包括自然法则、社会经生态恢复与重建的原则一般包括自然法则、社会经济原则和美学原则等济原则和美学原则等3 3个方面（见框图）。个方面（见框图）。2022-11-2243自然法则自然法则系统学原则系统学原则整体原则整体原则协同恢复重建原则协同恢复重建原则耗散结构与开放性原则耗散结构与开放性原则可控性原则可控性原则社会经济技术原则社会经济技术原则经济可行性与可承受性原则经济可行性与可承受性原则技术可操作性原则技术可操作性原则社会可接受性原则社会可接受性原则无害化原则无害化原则最小风险原则最小风险原则生物、生态与工程技术相结合原则生物、生态与工程技术相结合原则效益原

26、则效益原则可持续发展原则可持续发展原则美学原则美学原则景观美学原则景观美学原则健康原则健康原则精神文化娱悦原则精神文化娱悦原则图图1 恢复生态学的基本原则恢复生态学的基本原则2022-11-2244五、退化生态系统恢复与重建的步骤五、退化生态系统恢复与重建的步骤 退化生态系统恢复与重建一般分为下列几个步骤退化生态系统恢复与重建一般分为下列几个步骤和阶段：和阶段：1 1）诊断阶段）诊断阶段 首先要明确恢复对象，并确定系统的边界。通过首先要明确恢复对象，并确定系统的边界。通过野外基本状况调查和实地观测，搞清楚恢复对象的类野外基本状况调查和实地观测，搞清楚恢复对象的类型。然后根据观测数据，对退化生态

27、系统进行系统的型。然后根据观测数据，对退化生态系统进行系统的诊断分析，包括生态系统的结构和功能分析，物质循诊断分析，包括生态系统的结构和功能分析，物质循环与能量流动分析，找出主要的限制因子或主要矛盾。环与能量流动分析，找出主要的限制因子或主要矛盾。2022-11-22452 2）开药方阶段）开药方阶段 根据初步诊断分析的结果，根据根据初步诊断分析的结果，根据“生态上健康，技术上生态上健康，技术上适当，经济上可行，社会能接受适当，经济上可行，社会能接受”的原则，确定正确的恢复的原则，确定正确的恢复目标，制定详细的恢复与重建实施方案，并对制定的生态恢目标，制定详细的恢复与重建实施方案，并对制定的生

28、态恢复方案进行生态的、经济的、社会的、技术的可行性分析，复方案进行生态的、经济的、社会的、技术的可行性分析，开展反复论证，以便开出正确的开展反复论证，以便开出正确的“药方药方”。3 3）全面治疗阶段）全面治疗阶段 根据开出的根据开出的“药方药方”，“对症下药对症下药”。对于把握性不大。对于把握性不大的恢复重建方案要先在小范围区域定点做预备实验，实验成的恢复重建方案要先在小范围区域定点做预备实验，实验成功后再进行大范围的推广和功后再进行大范围的推广和“全面治疗全面治疗”。常常需要采取几。常常需要采取几个阶段个阶段“疗程疗程”，分阶段分步骤地进行，在不同阶段需要采，分阶段分步骤地进行，在不同阶段需

29、要采取不同的恢复与重建措施与配套技术。取不同的恢复与重建措施与配套技术。2022-11-22464 4）康复观察阶段）康复观察阶段 生态系统恢复与重建是一项长期的工程，生态生态系统恢复与重建是一项长期的工程，生态系统刚刚恢复时，一般还是十分脆弱的，如果不进系统刚刚恢复时，一般还是十分脆弱的，如果不进行维护的话，那么外界条件的变化就会使它可能发行维护的话，那么外界条件的变化就会使它可能发生逆向变化，重新走向退化。因此，在生态系统恢生逆向变化，重新走向退化。因此，在生态系统恢复后的相当长的一段时间内，还需要对其进行后续复后的相当长的一段时间内，还需要对其进行后续的动态监测和评价，以便及时发现问题，

30、并解决问的动态监测和评价，以便及时发现问题，并解决问题。题。2022-11-22472022-11-22482022-11-22492022-11-2250跨越临界阈跨越临界阈值投入大值投入大2022-11-2251七、七、生态恢复的目标生态恢复的目标u总目标总目标：保护自然的生态系统保护自然的生态系统恢复现有的退化生态系统，尤其是与人类关系密恢复现有的退化生态系统，尤其是与人类关系密切的生态系统切的生态系统对现有的生态系统进行合理管理，避免其退化对现有的生态系统进行合理管理，避免其退化保持区域文化的可持续发展保持区域文化的可持续发展2022-11-2252u退化生态系统的基本恢复目标与要求退

31、化生态系统的基本恢复目标与要求v实现生态系统的地表基底稳定性实现生态系统的地表基底稳定性v恢复植被和土壤，保证一定的植被覆盖率恢复植被和土壤，保证一定的植被覆盖率和土壤肥力和土壤肥力v增加种类组成和生物多样性增加种类组成和生物多样性v实现生物群落的恢复，提高生态系统的生实现生物群落的恢复，提高生态系统的生产力和自我维持能力产力和自我维持能力v减少或控制环境污染减少或控制环境污染v增加视觉和美学享受增加视觉和美学享受2022-11-2253八、生态恢复的评价标准八、生态恢复的评价标准 nBradsawBradsaw提出的五个判断标准：可持续性（可自然提出的五个判断标准：可持续性（可自然更新）、不

32、可侵入性（象自然群落一样能抵御入更新）、不可侵入性（象自然群落一样能抵御入侵）、生产力（与自然群落一样高）、营养保持力侵）、生产力（与自然群落一样高）、营养保持力（与自然群落相近）、生物间具有相互作用。（与自然群落相近）、生物间具有相互作用。nDavisDavis等认为：系统的结构与功能恢复到接近受干等认为：系统的结构与功能恢复到接近受干扰前的水平；结构恢复指标是乡土种的丰富度，功扰前的水平；结构恢复指标是乡土种的丰富度，功能恢复的指标包括初级和次级生产力、食物网结构、能恢复的指标包括初级和次级生产力、食物网结构、及其在物种组成与生态系统过程中的反馈。即能够及其在物种组成与生态系统过程中的反馈。即能够获得所期望的物种丰富度，确认群落结构与功能间获得所期望的物种丰富度，确认群落结构与功能间的联结已形成。的联结已形成。2022-11-2254生物多样性组成生物多样性组成遗传多样性遗传多样性物种多样性物种多样性2022-11-2255生态系统多样性生态系统多样性 海洋生态系统森林生态系统湿地生态系统沙漠生态系统草原生态系统2022-11-2256A.桂林山水景观B.美国亚利桑那洲大峡谷景观C.美国威斯康星大学Curtis草地景观D.内蒙古草原景观E.北美的Sonoran荒漠景观F.亚洲温带荒漠景观一角