恢复生态学

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1、恢复生态学摘要:恢复生态学起源于的山地，草原，森林和野生生物等自然资源的管理研究， 形成于20 世纪 80 年代，它是研究生态整合性的恢复和管理过程的科学。恢复生 态学的研究对象是在自然或人为干扰下形成的偏离自然状态的退化生态系统。生 态恢复的目标包括恢复退化生态系统的结构，功能，动态和服务功能，其长期目 标是通过恢复与保护相结合，实现生态系统的可持续发展。恢复生态学的理论与 方法较多，它们均源于生态学等相关学科，但自我设计和人为设计是唯一源于恢 复生态学研究和实践的理论。由于生态系统的复杂性，退化生态系统恢复的方向 和时间具有不确定性，其恢复的机理可用临界阈值理论和状态跃迁模型进行解 释。中

2、国森林恢复中存在的问题包括：大量营造种类和结构单一的人工林忽视了 生物多样性在生态恢复中的作用；大量使用外来种忽视了生态系统健康所要求的 异质性；忽略了物种间的生态交互作用；造林时对珍稀濒危种需要缺乏考虑；城 镇绿化忽略了植被的生态功能等问题。文章介绍了生态恢复的方法，成功恢复的 标准，并提出了恢复生态学的发展趋势；恢复生态学尚未形成理论和方法体系， 要成熟还有很长的路要走；恢复生态学正在强调自然恢复与社会，人文的耦合； 对森林恢复研究要集中在恢复中的障碍和如何克服这些障碍两个方面；鉴于生态 系统复杂性和动态性，应停止期待发现能预测恢复产出的简单定律，相反， 应 该根据恢复地点及目标多样性而强

3、调适应性恢复。关键词：恢复生态学的发展；定义；理论基础；研究现状；发展趋势1.恢复生态学大事记及其发展从 20 世纪 40 年代至今,恢复生态学走过了从生态恢复实践、 恢复生态学理 论诞生到学科方兴未艾的发展历程，其间发生了许多重要的事情,从中可以窥视 恢复生态学的不断发展和成熟。1. 1 20 世纪80年代以前的恢复生态学1935,Alpo Leppold 对美国威斯康星州草原的恢复重建进行了研究。1975年 3 月,在美国弗吉尼亚工学院召开了受损生态系统的恢复国际会议。 会议讨论了受损生态系统恢复重建的许多重要的生态学问题和生态恢复过程中 的原理、概念与特征,提出了对加速生态系统恢复重建的

4、初步设想、规划和展望。1980 年，Cairns 主编了The Recovery Process in Damaged Ecosystem。 书中从不同角度探讨了受损生态系统恢复过程中的重要生态学理论和应用问题。 同年，Bradshaw 和 Chadwick 出版了The restoration of land, the ecology and reclamation of derelict and damaged land 一书。1983年, “干扰与生态系统”学术会议在美国斯坦福大学举行。翌年10月, 美国麦迪逊召开了恢复生态学学术研讨会,将恢复生态学定位为群落和生态系统 水平上的恢复科学

5、和技术，并反映在题为恢复生态学的论文集中。经过近 20 年的生态恢复实践和多次国际会议的讨论，恢复生态学的内涵逐渐清晰、明确,为恢复生态学概念的正式提出奠定了基础。12 20世纪90年代恢复生态学的诞生1985年美国学者Aber和Jordan首次提出了“恢复生态学“的科学术语。 在 1987 年出版的Restoration Ecology, A Synthetic Approach to Ecological Research(Jordan等主编)中，恢复生态学被初步确定为生态学的一门新的应 用性分支。同年,国际生态学会成立,并开始定期组织恢复生态学大会。从此,生 态系统恢复常常是许多大型生态

6、学国际会议的主题之一。1. 3 20世纪90年代以来恢复生态学的发展20世纪90年代以来是恢复生态学蓬勃发展的时期。主要表现在几个方面: 其一是英国学者 Bradshaw1993 年撰文 “Restoration Ecology as Science” , 真正确立了恢复生态学的学科地位及其在退化生态系统恢复中的理论意义。其二 是拥有了自己的刊物。1993年，直接以Restoration Ecology命名的杂志在 美国创刊。此外，与恢复生态学有关的主要学术刊物还有Ecological Res toration/ Nor th America n(原为Res toration& Managem

7、e nt Notes)。 其三是除了“恢复生态”在国际生态学大会上继续作为大会议题外,如1994年8 月英国曼彻斯特第六届国际生态学大会、1998年美国生态学年会和2000年日本 长野市(Nagano)国际植被学学会年会等，从1996年瑞士第一届国际恢复生态学 大会至2001年加拿大尼亚加拉瀑布城第十三届恢复生态学国际大会,在短短的6 年当中，国际恢复生态学会议频频召开。这反映了作为现代生物领域三大热点的 恢复生态学愈来愈受到全球的关注和重视以及这门新生边缘交叉学科的旺盛生 命力。2恢复生态学定义恢复生态学(res tora tion ecology),是20世纪80年代迅速发展起来的 现代生

8、态科学的分支学科。恢复生态学最早是以麦迪逊植物园55周年(1984)学 术会议论文集名出现的，并没有给出确切定义。作为科学术语提出恢复生态学一 词的是美国学者Aber和Jordan( 1985),但把生态恢复作为一种新思想并进行试 验的却是美国人Leppold( 1935)。在麦迪逊的一块废弃矿地上种植高杆草，同时 在威斯康星河沙滩海岸附近废弃矿地上进行恢复工作,使人们认识到把受损的废 弃矿地恢复到原来的草原、森林在理论和技术上是可能的。就“恢复”一词，西 方人使用了多个词汇，常见的有 restoration， reclamation， revegetation， rehabilitation

9、 ecosystem reconstruction， enhancement， remedy， rene wal,ecodevelopment等，其含义既相互重叠又略有差异。Restoration指对受 到干扰、破坏的东西修复 ，使其尽可能恢复到原来的状态。被译为“恢复” 。 Reclamat ion指将被干扰和破坏的生境恢复到使原来定居的物种能够重新定居 或者使与原来物种相似的物种能够定居。被译为“改造”或“改良”。Rehabili tat ion指根据土地利用计划将受干扰和破坏的土地恢复到具有生产力的状态， 确保该土地保持稳定的生产状态,不再造成环境恶化,并与周围环境的景观保持 致。被译为

10、“修复” Revegetat ion指尽可能恢复一个生态系统的任何部分和 功能，或者恢复其原来的土地利用类型。被译为“再植”。从不同用词的角度来 看，对恢复生态学的理解是仁者见仁，智者见智，主要有:(1)恢复受损生态系统到 接近于它受干扰前的自然状况的管理与操作过程，即重建该系统干扰前的结构与 功能及有关的物理、化学和生物学特征(Cairns,1991);(2)有意识地改造一个地 点,建成一个确定的、本土的、历史的生态系统的过程,这个过程的目的是竭力仿 效生态系统的结构、功能、多样性和动态(Aronson, 1993);(3)研究如何修复由 于人类活动引起的原生生态系统生物多样性和动态损害的一

11、门学科(美国生态恢 复学会) ; (4)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 (国际恢复生态学会,1995);(5)对退化生态系统或破坏的生态系统或废地进行人 工恢复途径研究的科学(蒋高明,1995);(6)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和方法、生态学过程与机理的学科(余作岳,1996)。上述 定义包含几层意思:恢复生态学是一门应用与理论研究结合的科学 ; 恢复生态需 要人工干预; 恢复过程可能是自然恢复、逼近原生生态系统或根据人类自己的需 要对生态系统进行重建以达到人类的目

12、的。3 恢复生态学理论基础恢复生态学是生态学的应用性分支,是从生态系统层次考虑和解决问题的, 是社会经济活动导致的退化生态系统、各类废弃地和废弃水域进行生态治理的科 学技术基础。因此, 恢复生态学理论可以通过引用和借鉴与物质、能量、时间和 空间有关的基础性与应用性知识对退化生态系统恢复重建过程中物质能量的变 化、时空转换等进行准确表述。3. 1 生态因子间的不可替代性和可调剂性规律植物在生长发育过程中, 所需要的光、热、水分、空气、无机盐类等对植物 的作用是不可缺少和由另一个因子来替代的,但某一因子量的不足在一定情况下 可以通过其它因子的增加或加强而得到调剂,并且仍然可能获得相似或相等的生 态

13、效益。3. 2 最小因子定律每种植物都需要一定种类和一定量的营养物质,只有在所有元素都达到足够 量时才能正常生长, 其生长速度、生长量受浓度最低的关键元素的限制。3. 3 耐性定律任何一个生态因子在数量上和质量上存在一个使有关的生理活动正常发生 的范围。3. 4 能量定律生态系统中能量转换的可能性、方向和范围等遵循热力学三大定律。3. 5 种群空间分布格局原理种群的空间分布格局在总体上有随机、均匀和集群分布格局的方式, 由种的 生物学特性、种内与种间关系和环境因素的综合影响决定。包括生态位原理和边 缘效应原理。3. 6 种群密度制约原理种群不是简单的个体集合体,而是一个具有一定的自我调节机制的

14、系统。种 群能按自身的性质及环境的状况调节它们的数量 ,在一定的空间和时间里 ,常有 一定的相对稳定性。3. 7 生物群落演替原理植物群落随时间依次替代最后达到相对稳定,依次替代的顺序是先锋物种侵 入、定居和繁殖,改善退化生态系统的生态环境,使适宜物种生存并不断取代低级 的物种,直至群落恢复到原来的外貌和物种成分。3. 8 生态适宜性原理生物与环境的协同进化,使得生物对生态环境产生了生态上的依赖 ,因此种 植植物应让最适宜的植物生长在最适宜的环境中。3. 9 生态系统的结构理论生态系统的结构包括物质结构、时空结构和营养结构。物质结构指的是系统 中的生物种群组成及其量比关系。生物种群在时间和空间

15、上的分布构成了系统的 时空结构。生产者、消费者和分解者通过食物营养关系组成系统的营养结构。3. 10 生物多样性原理植物多样性因其为消费者和分解者提供食物、生境和多样性的异质空间而构 成生物多样性的基础。生物多样性增加使网状食物链结构趋于复杂,使平衡的群 落容量增加,从而导致生态系统更加稳定。3. 11 自我设计和设计理论这是唯一起源于恢复生态学的理论 ,自我设计理论指只要有足够的时间,随 着事件的进程,退化生态系统将根据环境条件合理地组织自己并会最终改变其组 分;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。4恢复生态学国内外研究现状4. 1 恢复

16、生态学国外研究现状恢复生态学与生物多样性和全球气候变化并列为生物领域的三大研究热点, 被美国生态学会列为生态学十大重要课题之一。国际上许多大型科学计划的研究 内容都与之相关。美国的“生物圈持续发展计划”将恢复生态学列为主要研究内 容“国际地圈生物圈计划(IGBP) ”、“全球变化的人类因素研究计划(IHDP) ”、“全 球环境监测系统(GEMS) ”等也都包含恢复生态学的内容。近十多年来,国外在恢复生态学的理论与技术方面都进行了大量的研究工 作。美国早在20世纪30年代就成功恢复了一片温带高杆草草原;在上世纪的60 70 年代又开始了北方阔叶林、混交林等生态系统的恢复试验研究,探讨采伐破坏 及

17、干扰后系统生态学过程的动态变化及其机制研究,取得了重要发现;在 20世纪 90 年代开始了世界著名的佛罗里达大沼泽的生态修复研究与实验 ,至今仍在进 行。欧洲共同体国家,特别是中北欧各国如德国,对酸雨等大气污染胁迫下的生态 系统退化研究较早,从森林营养健康和物质循环角度已开展了近 20 的恢复实验 研究, 形成了独具特色的欧洲共同体森林退化和研究分享网络;英国对工业革命 以来留下的大片采矿地以及欧石楠灌丛地进行了生态恢复研究;北欧国家对寒温 带针叶林采伐迹地植被恢复开展了卓有成效的研究与试验;在澳大利亚、非洲大 陆和地中海沿岸的欧洲各国,研究的重点是干旱土地退化及其人工重建。此外 , 澳大利亚

18、对采矿地的生态恢复也是一个研究历史长、研究深入的重点方向;美国、 德国等国学者对南美洲热带雨林、英国和日本学者对东南亚的热带雨林采伐后的 生态恢复也有过较好的研究。4. 2 恢复生态学国内研究现状“七五”、“八五”、“九五”期间, 有关部门支持和资助了恢复生态学研究, 开展了“生态环境综合整治”、“我国主要类型生态系统的结构、功能及提高生产 力途径的研究”、“热带退化生态系统的恢复研究”、“建立北方草原草地退化原因、 过程、 防治途径及优化模式的研究”。建立了南方热带亚热带地区的生态系统脆 弱性的理论体系,退化生态系统的承受力必须大于干扰强度是恢复的要条件。从 种的水平上证实植物多样性的恢复与

19、发展是退化生态系统恢复的关键。利用人为 的生态工程加速退化生态系统恢复,应考虑外来种对群落的效应。在南亚热带丘 陵地区,豆科混交林有利于土壤肥力的发育, 可加速人工林向生态稳定型的天然 林过渡。但水热季节分配失衡、 产流降水量和地表径流量大是退化生态系统恢 复的限制因素。利用群落演替和边缘效应原理研究森林片断化的恢复,边缘群落 随时间发展为混交林群落, 表现出正效应。亚热带地区植被恢复的常用先锋树种 马尾松遗传分化的主导选择压力构成因子是温度。金沙江干热河谷区生态系统退 化序列表现为硬叶栎类林-稀树灌木草丛-灌木草丛-草丛-稀草菜坡-光板地或裸 岩,分别对应于轻度、中度、重度、强度和极强度退化

20、, 恢复重建的关键在于土 壤水分的改善 ,但每一类退化类型的恢复重建的途径各有差异 ,如极强度退化的 裸岩或光板地,应采取彻底封禁的自然恢复途径使禾草类植物自然生长以形成草 被覆盖层。近五年来, 国家自然科学基金委员会在生命科学、地理学等学科中筛选了若 干优先资助方向，如生态学与林学学科中的“森林资源恢复与保护”,将“退化 生态系统恢复与重建”确立为生态学科学长期项目资助领域。生命科学部计划在 生态学、林学、农学等3 个学科的“退化生态系统恢复与重建的生态学问题”和 “森林恢复与天然林保护的基础研究”等几个领域试行长期资助。对于这类项目, 要求申请者提出 69 年的整体设想,3 年研究的具体计

21、划这在基金委的历史上是 前所未有的。同时,还启动了重大科学研究计划“中国西部环境和生态科学研究 计划”,其中优先资助对“多重胁迫下典型生态系统（特别是西南地区）的稳定性 和恢复能力”进行探索。研究的生态系统更全面,从干旱、 半干旱区到热带亚热带地区转移,并开始 注意西南岩溶地区,研究的重点发生了转移。早期的工作主要是针对水土流失、 风蚀沙化、草场退化及盐渍化对农林牧业的危害,近期的研究工作重点转移到区 域退化生态系统的形成机理、评价指标及恢复重建上来。实行定点观测,中国生 态系统研究网络（CERN）已运行了包括16个农业站、7个森林站、2个草地站、2 个湖泊站、 2 个海湾站在内的 29 个试

22、验台站,开展多年的连续定点观测,系统地 研究退化生态系统恢复过程中水、土、气、生等因子的变化和机理。其长远目标 是以地面网络式观测、试验为主, 结合遥感、地理信息系统和数学模型等手段, 实现对我国主要类型生态系统和环境状况长期、全面的监测和研究,为改善我国 的生态系统管理状况和生存环境提供科学依据和示范样板 , 进而为我国的食物 安全和农业可持续发展,并为发展生态学做出积极贡献。5 恢复生态学研究的一些发展趋势恢复生态学的理论基础大多借鉴其它学科,缺乏真正属于自己的学科理论体 系,需要通过大量的生态恢复实践,总结、提炼出本学科的基础理论。目前的生态 恢复实践虽然涉及种生态系统,但都是建立在有土

23、壤的基础上。对于缺少土壤的 裸露岩石如何恢复生态,论及的极少。而这实际上是一个全球性的生态问题,例如 石漠化治理,也是生态恢复实践的难点。生态系统恢复重建,应解决新的生态系统 与周围环境相洽的问题。因此,“相洽性”是决定生态恢复重建目标选择的关键, 涉及如下问题:恢复后的生态系统特别是大尺度生态系统应当是可天然维持的系 统,而不是人工支持系统;恢复重建的生态系统应与周围环境相协调,其存在应当 无碍于周围生态系统的功能,且最好能补充、完善和强化之;不同空间尺度的相洽 性。目前生态系统恢复重建主要是作为典型研究与试验、示范,如何进行面上推 广,生态恢复面临着如何驾驭生态系统的发展方向,以便恢复其所

24、有构造与功能, 使所有物种找到各自的生境的挑战,现有的知识还不足以解决最终的生态系统保 留多少种物种进入自己的群落中这样的问题。对恢复的生态系统进行监测、评价 是解决这些问题的有效手段和方法,但目前还缺乏具有可操作性的监测、评价指 标。土壤净化的植物修补技术(phy to remedia tion)虽然已甄别出400余种与Zn、 Ni、Cd、Pb、Cu、Co有关的超积累植物(hyperaccumulator),但这些植物的生物 生长量与生长速率低,净化的深度一般限于根围, 因此提高超富集植物的生长速 率、生物生长量以及净化深度是未来的研究方向。恢复生态学的研究以定性和半 定量研究为主,缺少系统

25、的、连续的、动态的定量研究,因而不能很好揭示系统退 化的本质规律,进而影响系统恢复的程度和速度的确定, 以及恢复效果的评价和 管理技术的选择。参考文献：1 张光富, 郭传友. 恢复生态学研究历史 J . 安徽师范大学学报(自然科 学版) , 2000, 23(4) : 395- 398.2 许木启, 黄玉瑶. 受损水域生态系统恢复与重建研究 J . 生态学报 , 1998, 18(5) .3 赵晓英，孙成权恢复生态学及其发展J 地球科学进展，1998,13(5): 474- 480.4 章家恩，徐琪恢复生态学研究的一些基本问题探讨J 应用生态学报, 1999, 10(1) 5 包维楷，刘照光，

26、刘庆.生态恢复重建研究与发展现状及存在的主要问题 J 世界科技研究与发展，23(1) : 44- 48.6 丁运华.关于生态恢复几个问题的讨论J 中国沙漠，2000，20(3): 341- 344.7 孙凡，冯沈萍.论恢复生态学原理及其在三峡库区推耕还林(草)中的指导 作用J 中国农业科技导报，2001，3(1) : 17- 20.8 杨京平，卢剑波，等主编.生态恢复工程技术M 北京：化学工业出版 社，2002，1- 331.9 彭少麟. 南亚热带退化生态系统恢复和重建的生态学理论和应用 J . 热 带亚热带植物学报, 1996, 4( 3) : 36- 44.10 任海，彭少麟编著恢复生态学

27、导论M.北京：科学出版社,2002, 1144.11 Keith Kloor. Restoration Ecology: Returning America% s Fores ts to Their % Natural % RootsJ . Science, 2000, 280( 5369) : 573- 575.12 Richard St one. Ecology: Yellows tone Rising Again From Ashes of Devastating FiresJ . Science, 2000, 280(5369) : 1527- 1531.13 AndyP.Dobson

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