六章-干扰及恢复生态学3课件

第六章-干扰及恢复生态学3课件第六章-干扰及恢复生态学3课件

恢复生态学是一门关于生态恢复（Ecologicalrestoration）的学科。恢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、草地学、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性。序言10/16/20223恢复生态学是一门关于生态恢复（Ecologica一、恢复生态学的有关概念研究生态系统自身的性质、受损机理及修复过程的科学（Jordanetal.,1987）。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）。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（余作岳，1996）。1、什么是恢复生态学10/16/20224一、恢复生态学的有关概念研究生态系统自身的性质、受损机理及修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。余作岳等（1996）2．恢复生态学中涉及的几个重要概念生态恢复重建改良去除干扰并使生态系统恢复原有的利用方式。改善环境条件使原有的生物生存，一般指原有景观彻底破坏后的恢复。改进修补更新再植重建改良10/16/20225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、改进修补更新再植指对原有的受损系统进行重新的修复，以使系统某些结构与功能得以提高。即修复部分受损的结构。指生态系统发育即向新的水平或层次的演替。即恢复生态系统的部分结构和功能，或恢复当地先前土地利用方式。10/16/20226改进修补更新再植指对原有的受损系统进行重新的修复，以使系统某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。10/16/20227这些术语从不同角度反映了恢复与重建的基本意图二、恢复生态学的研究内容基础理论研究：生态系统结构以及内在的生态学过程与相互作用机制生态系统的稳定性、多样性、抗逆性、生产力、恢复力与可持续性先锋与定级生态系统发生、发展机理与演替规律10/16/20228二、恢复生态学的研究内容基础理论研究：10/3/20228不同干扰条件下生态系统的受损过程及其影响机制生态系统退化的景观诊断及其评价指标体系生态系统退化过程的动态监测、模拟、预警及预测10/16/20229不同干扰条件下生态系统的受损过程及其影响机制10/3/202应用技术研究：退化生态系统的恢复与重建的关键技术体系生态系统结构与功能的优化配置与重构及其调控技术物种、生态系统与景观多样性的恢复与维持技术生态工程设计与实施技术环境规划与景观生态规划技术典型退化生态系统恢复的优化模式试验示范与推广10/16/202210应用技术研究：10/3/202210（1）生态系统恢复的不可确定性。（2）生态系统恢复要求综合考虑生态、经济和社会因素，但对时间、空间上存在异质性的生态系统而言，很难恢复到理想状态，在有持续干扰情况下尤其如此；（3）由于生态系统的复杂性，对生态系统退化程度和干扰因子很难概括出一些易测定、又能反映实质的具体指标；三、制约学科发展的重要理论和实践问题10/16/202211（1）生态系统恢复的不可确定性。三、制约学科发展的重要理论和（4）生态系统恢复和群落的自然演替是一个动态的过程，在研究实践中，对两者的区分常常很困难；（5）生态系统恢复的时间需要进行可重复的和长期的试验及观测，短时间尺度的研究不能准确回答这个问题；（6）生态系统恢复的机理还不清楚，尤其是重新引进当地消失的物种在恢复中的作用与角色还难以正确判断。10/16/202212（4）生态系统恢复和群落的自然演替是一个动态的过程，在研究实四、恢复生态学的发展过程1、恢复生态学的起源100年前：山地、草原等自然资源管理20世纪初：水土保持、森林砍伐后的恢复20世纪30年代：干旱农业生态系统的恢复20世纪50、60年代：矿山、水土流失治理20世纪70年代：水体恢复研究10/16/202213四、恢复生态学的发展过程1、恢复生态学的起源100年前：山地1975年：在美国召开了“受损生态系统的恢复”国际研讨会，首次探讨了受损生态系统恢复的机理与方法。1980年：Cairns主编了《受损生态系统的恢复过程》一书，8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。1984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。2、恢复生态学的发展10/16/2022141975年：在美国召开了“受损生态系统的恢复”国际研讨会，首1985年：Aber和Jordan提出了恢复生态学的术语，并出版“恢复生态学”研究专集。1985年：国际恢复生态学会成立。1996年：在瑞士召开了第一届世界恢复生态学大会，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的重要性。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，登载恢复生态学方面的文章，开展恢复生态学研究的学术交流。10/16/2022151985年：Aber和Jordan提出了恢复生态学的术语，并3、我国恢复生态学研究进展1959年：余作岳等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。20世纪60年代：仲崇信等人开展沿海滩涂种植大米草控制河岸带侵蚀研究。20世纪80年代：中科院兰州沙漠所开展沙漠治理与固沙研究；中科院水保所开展黄土高原水土流失区的治理与综合利用；中科院水生所开展湖泊生态系统恢复研究；中科院西北高生所开展高寒退化草甸生态系统的恢复与重建研究；中科院成都生物所开展岷江上游植被恢复研究；10/16/2022163、我国恢复生态学研究进展1959年：余作岳等人在广东开展热中科院南京土壤所开展红壤恢复与综合利用研究；广西科学院和中山大学开展红树林恢复重建研究；中科院植物所（内蒙古草原站）开展不同退化程度羊草草原恢复研究。20世纪90年代：东北林业大学开展黑龙江退化森林生态系统的恢复与重建研究；中国林业科学院开展海南热带林地的植被恢复研究；中国环科院、中山大学、中国矿业大学开展废弃矿地和垃圾场的恢复对策研究。20世纪90年代中期：先后出版《热带亚热带退化生态系统的植被恢复生态学研究》和《中国退化生态系统研究》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。10/16/202217中科院南京土壤所开展红壤恢复与综合利用研究；广西科学院和中山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人工种植的柠条护坡灌木林黄土高原水平沟隔坡造林10/16/202218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人工种植的岷江上游水源涵养林的生态恢复10/16/202219岷江上游水源涵养林的生态恢复10/3/202219四、恢复生态学的理论与原则1、恢复生态学的主要原理

自我设计（Self-designtheory）与人为设计(Designtheory)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。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改变其组分（自然恢复演替）。人为设计理论: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）。10/16/202220四、恢复生态学的理论与原则1、恢复生态学的主要原理自我设计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况，其恢复的只能是环境决定的群落;而人为设计理论把恢复放在个体或种样层次上考虑，恢复的结果可能有多种。10/16/202221这两种理论不同点在于自我设计理论把恢复放在北京山区自然恢复20年后的森林10/16/202222北京山区自然恢复20年后的森林10/3/202222

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生态恢复不等于绿化10/16/202224生态恢复不等于绿化10/3/202224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、恢复生态学中的生态理论10/16/202225生物群落演替理论2、恢复生态学中的生态理论10/3/2022杞木云杉水杨10/16/202226杞木云杉水杨10/3/202226杂草草本植物阔叶林针叶林10/16/202227杂草草本植物阔叶林针叶林10/3/202227限制因子原理德国利比希1840年提出了“最小因子定律”，即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。10/16/202228限制因子原理10/3/202228耐性定律与生物分布10/16/202229耐性定律与生物分布10/3/202229生态系统的结构理论物种结构、时空结构、营养结构合理生态系统结构从物种结构上，提倡物种多样性，以利于系统的稳定和持续发展。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“废物”的系统。10/16/202230生态系统的结构理论10/3/202230生态适宜性原理生物由于长期与环境的协同进化，对生态环境产生了生态上的依赖。喜光植物、喜阴植物喜酸性土壤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宜的环境中。（尽量使用乡土种）10/16/202231生态适宜性原理10/3/202231慎用外来物种薇甘菊有“植物杀手”的劣称，在深圳内伶仃岛国家级自然保护区内，已经有80%的范围遭到薇甘菊的覆盖，岛上的600多只猕猴没有了食物来源，只能靠人工喂食生活。

云南昆明市赖以生存的高原湖泊滇池内连绵1000公顷的水面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的疯长，滇池内很多水生生物已处于灭绝的边缘。10/16/202232慎用外来物种薇甘菊有“植物杀手”的劣称，在深圳内伶仃岛国家级生态位理论Niche：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，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的稳定而高效的生态系统，而且它是物种引种、配制的关键。10/16/202233生态位理论10/3/20223310/16/20223410/3/202234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。10/16/202235北美地区，五种莺都从同一种云杉树上取食。通过"瓜分"不同区域生物多样性原理是指生命有机体及其赖以生存的生态综合体的多样化（Variety)和变异性(Variability)。遗传多样性、物种多样性、生态系统与景观多样性生物多样性高的生态系统的优势具有高生产力的种类出现的机会增加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。被干扰后对来自系统外种类入侵的抵抗能力增强。某一个种所有个体间的距离增加，植物病体的扩散降低。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。10/16/202236生物多样性原理10/3/202236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10/16/202237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10/10/16/20223810/3/202238人工林与天然林的比较四川宝兴县一处面积很小的人工林四川宝兴的天然森林植被

林下层林下是丰富的植被覆盖10/16/202239人工林与天然林的比较四川宝兴县一处面积很小的人工林四川宝兴的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下才能有效解决。10/16/202240景观生态学原理10/3/202240缀块-廊道-基底的景观格局原理10/16/202241缀块-廊道-基底的景观格局原理10/3/2022413、恢复生态学的基本原则地理学原则区域性原则差异性原则地带性原则自然法则生态学原则主导生态因子原则限制性与耐性定律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生态位与生物互补原则边缘效应与干扰原则生态演替原则生物多样性原则食物链与食物网原则缀块-廊道-基底的景观格局原则空间异质性原则时空尺度与等级理论原则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3个方面（见框图）。10/16/2022423、恢复生态学的基本原则地理学原则区域性原则差异性原则地带性自然法则系统学原则整体原则协同恢复重建原则耗散结构与开放性原则可控性原则社会经济技术原则经济可行性与可承受性原则技术可操作性原则社会可接受性原则无害化原则最小风险原则生物、生态与工程技术相结合原则效益原则可持续发展原则美学原则景观美学原则健康原则精神文化娱悦原则图1恢复生态学的基本原则10/16/202243自然法则系统学原则整体原则协同恢复重建原则耗散结构与开放性原五、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和阶段：1）诊断阶段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，物质循环与能量流动分析，找出主要的限制因子或主要矛盾。10/16/202244五、退化生态系统恢复与重建的步骤退化生态系统恢复与2）开药方阶段根据初步诊断分析的结果，根据“生态上健康，技术上适当，经济上可行，社会能接受”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“药方”。3）全面治疗阶段根据开出的“药方”，“对症下药”。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，实验成功后再进行大范围的推广和“全面治疗”。常常需要采取几个阶段“疗程”，分阶段分步骤地进行，在不同阶段需要采取不同的恢复与重建措施与配套技术。10/16/2022452）开药方阶段10/3/2022454）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的动态监测和评价，以便及时发现问题，并解决问题。10/16/2022464）康复观察阶段10/3/202246依据生态学原理，通过生物、生态以及工程的技术和方法，人为地改变和消除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、功能和生态学潜力成功地恢复乃至得以提高。六、生态恢复的机理10/16/202247依据生态学原理，通过生物、生态以及工程的技术和方法，人为地改退化状态极度退化状态持续退化中途退化替代状态可接受状态理想状态时间复杂性与功能水平退化生态系统的方向Hobbs和Mooney（1993）指出，退化生态系统恢复和重建的可能发展方向一般包括下图所示的几种状态：10/16/202248退化状态极度退化状态持续退化中途退化替代状态可接受状态理想状HobbstNorton（1996）提出了一个临界阈值理论。该理论假设，生态系统有4种可选择的稳定状态，状态1是未退化的，状态2和3是部分退化的，状态4是高度退化的。状态1状态2阈值状态4状态310/16/202249HobbstNorton（1996）提出了一个临界阈值理论在不同干扰或同种干扰不同强度压力下，生态系统可从状态1退化到2或3；1234退化1234恢复状态1状态2阈值状态4状态3当去除胁迫时，生态系统又可从状态2和3恢复到状态1；状态2或状态3退化到状态4要越过一个临界阈值；状态4恢复到状态2或3时非常难，通常需要大量的投入。跨越临界阈值投入大生活中有类似的例子吗？10/16/202250在不同干扰或同种干扰不同强度压力下，生态系统可从状态1退化到七、生态恢复的目标总目标：