第四章人类对自然环境的干扰与生态系统的退化

第四讲

人类对自然生态系统的干扰

与生态修复主要内容退化生态系统的类型及其成因

一干扰与干扰生态学

二恢复生态学及其基本理论

三第一节干扰与干扰生态学

1.1干扰及其特性1.2人为干扰的主要形式1.3干扰的生态学意义1.4

干扰生态学及学科任务1.1干扰及其特性

影响群落结构和演替的重要因素。生态系统发展变化的速度和方向，在很大程度上由干扰决定的。干扰在大多数情况下阻碍植物群落演替的进展，甚至使植物群落逆反到早期的演替阶段，只是在少数的情况下，干扰有助于生态系统的进展。

1）干扰是相对来说非连续的事件，它破坏生态系统、群落或种群的结构，改变资源、养分的有效性或者改变物理环境。（White和Pichett，1985）2）显著的改变系统正常格局的事件。（Forman和Godron，1986）3）干扰是一个对个体或者群落产生开了不连续、间断的斩杀、位移或损害的过程，这种作用能直接或间接的为新的有机体定居提供机会。干扰是一种突发事件，对个体或者群体产生破坏或毁灭性作用。（Sousa，1984）4）一种与其种群本身性质和原因无关，能够立即引起种群反应的敏感变化，并且在景观水平上突然改变资源量的因素。（Bazzaz，1983）5）干扰是一个偶然发生的不可预知的事件，是在不同空间和时间尺度上发生的自然现象。（Rykiel，1985）6）干扰是生命系统（包括个体、种群、群落和生态系统等各个水平）的结构、动态和景观格局的基本塑造力，它不但影响生命系统本身，也改变了生命系统所处的环境系统。（彭少麟，1996）一、干扰的定义从生态因子角度的定义群落外部不连续存在、间断发生的因子的突然作用或连续存在因子的超正常范围的波动，这种作用或波动能引起有机体、种群或群落发生全部或部分明显变化，使其结构和功能受到损害或发生改变。扰动：偏重于过程胁迫：倾向于结果二、干扰的特性干扰体：干扰强度、作用频率、干扰范围和作用时间等干扰特性在某一时间过程的综合称作干扰体。1）一般性质：干扰范围：是指干扰体作用的空间范围的分布特点。与地理、地形和环境梯度有关系。干扰强度：是指干扰发生时，干扰因素所表达出的能力值。不同干扰因素不同的度量方法。轻度、中度、重度时间尺度：是指干扰发生的具体时刻及其持续的时间跨度。频率和周期：是指同一空间范围或同一组织水平内，单位时间某一干扰发生的次数。倒数即周期。随机点次数和区域频次干扰状况干扰的性质含义分布空间分布包括地理、地形、环境、群落梯度频率一定期间内干扰发生的次数，常用小数表示重现间隔频率的倒数，从本次干扰到下次干扰的平均时间周期将整个研究区域扰动一遍所需的平均时间交替时间与调查地相等面积受干扰所需的时间预测性以重现间隔的倒数来测定面积、大小受干扰的面积规模和物理强度一定时间、一定地区内所给与的一次物理上的力，如火灾的放热量影响度对生物体、群落或生态系统的影响程度协和作用对其他干扰的影响，如干旱和火、害虫和风暴等2）离散性和周期性洪涝灾害（频率高、危害小）地震（周期长、危害大）

3）干扰的相对性：不仅取决于干扰本身，还取决于客体，即干扰对象（如暴风）4）异源性和相关性干扰源多样，但往往具有相关性如干旱和火灾5）尺度性：生态系统和种群生态系统和景观6）不协调性7）干扰因子的协同作用和主导因子作用三、干扰的类型1）自然干扰和人为干扰自然干扰：来自不可抗拒的自然力的干扰作用，包括大气干扰、地质干扰和生物干扰又可分为物理因素和生物因素。人为干扰：由于人类生产、生活和其他社会活动形成的干扰体对自然环境和生态系统施加的各种影响。因区域不同而异，与社会发展水平、产业结构特征及生产手段和方式有关，与风俗传统、民族文化等有关人为干扰无论从伤害程度、作用范围、持续时间还是发生频率、潜在危害、诱发性等方面，都高于自然干扰。2）内源干扰和外源干扰内源干扰:由内源因子对系统发生的作用。如森林生态系统中，内源干扰主要包括树木的倾倒、机械摩擦、种间竞争和生物相克作用外援干扰：动因源于系统外部，其影响与生态系统自身特点有关，干扰作用的利害也是多方面的。多数因子为突发的，作用的效应具有滞后性，导致难以区分内源和外援干扰。可看作是一个连续谱的两个端点。3）破坏性干扰和增益性干扰破坏性干扰：多数自然干扰和人为干扰会导致生态系统正常结构的破坏、生态平衡的失调和生态功能的退化，有时候甚至是毁灭性的影响，如各种地质、气候灾害、森林采伐和长期的过度放牧等掠夺性经营。增益性干扰：适度的干扰可增加生态系统的生物多样性，而多样性的增加有益于生态系统的稳定性提高。1.2人为干扰的主要形式人为干扰的特点广泛性、多变性、潜在性、协同性、累积性、放大性（一）传统的劳作方式对生态系统的干扰1、森林和草原植被的砍伐2、采集中药资源3、采樵如林下枯落物4、狩猎和捕捞亚马逊雨林与采矿地

盛产于内蒙古、新疆、宁夏等荒漠地区的甘草，一株甘草数年后可发生新株数十株，根茎深达8～l0米，可覆盖6平方米土地，防风固沙作用极为显著。但每挖1公斤甘草就要破坏60平方米的植被。

（二）环境污染（三）新干扰形式旅游、探险间接影响：比如水体污染影响人体健康2009年4月浙江某化工园区的工业污水排放河道后经过河闸排放钱塘江2009年6月安徽马鞍山长江岸边很多小规模的选铁厂、塑料加工厂排放污水进入长江2005年11月广东省贵屿镇村民在被严重污染的池塘里洗涤2008年4月黄海海岸线无数的污水管道埋在海滩上，甚至延伸进深海1.3干扰的生态学意义

1、有利于促进系统的演化斑块化，在斑块内，物种间的相互关系发生变化。有的干扰能降低一个或少数几个物种的优势度，为其他竞争相同资源能力较差的物种相对增加了资源，为物种的分化和资源的分配提供了有利条件。干扰往往始于系统的局部，其作用是影响生态系统的时空异质性。环境异质性可增加物种的多样性，有利于系统的自然演化规律。2、维持生态系统平衡稳定经常处于变化环境中的物种要比稳定环境中生存的物种更可能忍受环境压力。不稳定生物群落常常具有较强的恢复力。火烧：能使得成熟并表现出许多衰老特征的森林系统更新。3、调节生态关系干扰对生物群落中生物间各种生态关系的影响是复杂多方面的。干扰斑块内种群遗传学上表现出差异，但这种差异与干扰发生的概率、种间相互作用的机制、作用结果的变化程度等存在的关系尚不清楚。草原的适度放牧（轻度干扰）能促进群落的生物多样性和生产力。例子：对某一细叶榕林的干扰与层盖度干扰程度乔木层灌木层草木层虅木层盖度%种数盖度%种数盖度%种数盖度%种数严重干扰901<1100<11中等干扰8083024751026轻度干扰85155025201577例子：实地调查白云山，沿人行走的路旁的生物种类调查乔木灌木草木藤木0级路平台443111级路2m634162级路1-2m662143级路8121214级路植物覆盖50%10153285级路基本无人行走692171.4干扰生态学及学科任务是研究各类干扰对生命系统作用规律的科学任务一：通过对干扰类型、方式、强度、频率、时间等特性的研究，揭示不同干扰对生物个体、种群、群落和生态系统方式、机制及其退化的影响原因。任务二：对干扰的性质及发展趋势做出科学预测，为受损生态系统修复、重建和科学管理提供理论依据。干扰生态学的基本研究内容研究特定生态系统的干扰因子类型、干扰状况和干扰体系，即干扰因子及其存在规律和发生行为研究生物个体对干扰的适应行为及其机制研究生态系统各组分对干扰的反应研究干扰与生态系统的发展进化研究干扰的生态学意义在生态管理中的应用第二节

退化生态系统的类型及成因一、退化生态系统的定义及成因二、退化生态系统的类型三、退化生态系统的特征四、中国退化生态系统的现状五、中国脆弱生态系统一、退化生态系统的定义及成因1定义：是相对于健康生态系统而言的。它是一类“病态”生态系统，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。生态系统退化的具体表现为：生态系统的基本结构破坏生态系统固有功能的丧失生物多样性下降稳定性和抗逆能力减弱生产力下降，故又称为“受损或受害”生态系统。2、生态系统退化的原因：多方面，自然和人为干扰是两大触发因子。自然干扰：大气干扰、地质干扰、生物干扰等。如火灾、冰雹、洪水、地震、泥石流、病虫害等。人为干扰：如有毒化学物质的释放和污染、森林砍伐、植被过度利用、露天开采等。3、生态系统退化的机理

某些干扰对生态系统或环境会形成静态或动态压力。可直接破坏或毁灭环境和生态系统中的某些组分，造成系统资源短缺和某些生态学过程或生态链的断裂，导致整个生态系统的崩溃。干扰的类型、强度和频度决定着生态系统退化的方向与程度。自然干扰使生态系统返回到生态演替的早期状态。但火山爆发、洪水等剧变或突变会导致生态系统的彻底毁坏。人为干扰可直接或间接地加速、减缓和改变生态系统退化的方向与过程。二、退化生态系统的类型1、裸地(barren)：也称为光板地，其成因通常是极端的环境条件。可分为原生和次生两种。2、森林采伐迹地(loggingslash)：人为干扰形成的退化类型，其退化状态随采伐强度和频度而异。3、弃耕地：人类原始农耕方式而造成的一种退化类型。4、沙漠及荒漠化(desert)沙漠是指一些干旱地区，由于人为干扰所出现的沙漠化或原沙漠化区向非沙漠区的推进。荒漠化是指在干旱、半干旱地区和一些半湿润地区，生态环境遭到破坏，造成土地生产力衰退或丧失而形成荒漠或类似荒漠的过程。5、采矿废弃地采矿废弃地(minederelict)：因采矿活动被破坏、不经治理而无法使用的土地。由剥离表土、开采的废石及低品位矿石堆积所形成的废石堆废弃地随着矿物的开采而形成的大量采空区域，即开采坑形式的废弃地由各种分选方法选出精矿后的剩余物的排放而形成的尾矿渣废弃地开采石料而形成的采石矿废弃地6、垃圾堆放场垃圾堆放场：主要是家庭、城市、工业等垃圾或遗弃废物堆积的地方。7、污染的水域主要是来自未经处理的生活和工业污水，直接排放到自然水域中的人为干扰。三、退化生态系统的基本特征1、物种多样性变化2、系统结构简单3、食物网破裂4、能量流动效率下降5、物质循环不畅、受阻6、生产力下降7、其他服务功能减弱8、系统稳定性降低全球退化生态系统的现状四、中国退化生态系统的现状全球十大陆地生态系统类型沙漠化土地沙漠化土地36*108hm2，占全球干旱面积的70%、陆地面积的28%，且每年还以2460hm2的速度增长。弃耕旱地每年以0.09*108hm2，速度增长。热带雨林全球退化的热带雨林面积4.27*108hm2，而且还以每年0.154的速度增加。草地全球每年有320万公顷损失中国地处中纬度地区，南北跨纬度49度，东经跨经度62度，地形多样，气候复杂，从农业生产和资源的角度看，表现为东部适农西部宜牧，南方水丰北方干旱，山地平川农林互不。中国各类资源的人均值低于世界平均水平，人居土地面积为世界的1-3，森林资源为1/6，草地资源为1/3，耕地资源为1/3。我国是全世界人居资源缺乏的国家之一。我国退化生态系统占国土面积的比例较大。1995年中国退化的主要生态系统类型及其面积我国湿地生态系统退化严重长江中下游在近30年内，因围垦丧失湖泊面积12万公顷，损失率达34.16%。洞庭湖面积由20世纪50年代初的4300公顷，减少到现在的不足2270公顷。青海、西藏地区的湖泊面积也在收缩。东南沿海的红树林湿地面积1986年为2.12万公顷，到1995年仅为1.01万公顷。脆弱生态系统是指自身稳定性差、对外界干扰抵抗能力低的生态系统。内涵：1.这类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2.系统发生的变化常常是深刻和全面的，它不仅能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地区的生产结构、生产和生活方式；3.系统退化后的恢复是比较困难的。脆弱生态系统受到干扰后极易成为退化的生态系统。但二者不是一个概念。五、中国的脆弱生态系统脆弱生态系统的形成原因自然因素——如地质脆弱因子、地貌脆弱因子、生物群体结构、气候脆弱因子人为因素——如过度垦殖土地、过度放牧、长期不合理灌溉、工农业污染等我国脆弱生态系统的分布范围广、面积大（194万平方公里），超过国土总面积的1/5。北方半干旱-半湿润区——如黄土高原西北干旱脆弱区——如新疆华北平原区——如河北南方丘陵区——如湖南西南石灰岩山地——如泉洲西南山地和青藏高原区——如西藏北方半干旱-半湿润区——如黄土高原西北干旱脆弱区-新疆沙漠化华北平原区——如河北，冬春干旱、盐碱内涝严重，风沙和自然灾害频繁南方丘陵区——如湖南，水土流失较严重西南石灰岩山地——如泉州，土层薄、肥力低保水性能差西南山地和青藏高原区（如西藏等，极端的气候条件）第三节

恢复生态学及其基本理论一、恢复生态学1、恢复生态学的学科任务及与其他学科的关系致力于研究自然灾变和人类活动压力条件下，受到破坏的自然生态景观的恢复和重建问题。（1）学科任务1、生态系统的结构、功能以及生态系统内在的生态学过程与相互作用机制2、生态系统的稳定性、多样性、抗逆力、生产力、恢复力与可持续性研究3、先锋群落与顶极群落的发生、发展机理与演替规律研究4、不同干扰条件下生态系统的受损过程及其响应机制研究5、生态系统退化的诊断及其评价指标体系研究6、生态系统退化过程的动态监测、模拟、预警及预测研究（2）理论研究内容恢复生态学可概括为生态系统恢复和重建：恢复生态学不同于传统的应用生态学，它不是基于单一的物种层次和种群层次，而是从群落或更高的生态系统组织层次考虑、设计、解决生态破坏问题。恢复指原貌或原先功能的再现。重建可以包括在不可能或不需要再现原貌的情况下营造一个不完全雷同于过去的甚至是全新的自然生态系统。应用技术研究内容1.退化生态系统的恢复与重建的关键技术体系研究2.生态系统结构与功能的优化配置及其调控技术研究3.物种与生物多样性的恢复与维持技术4.生态工程设计与实施技术5.环境规划与景观生态规划技术6.典型退化生态系统恢复的优化模式试验示范与推广研究生态学内的分支：生态遗传学、种群生态学、群落生态学生态系统生态学、景观生态学等。生态学相关学科：地理学、地质学、土壤学、环境化学、工程学、经济学。（3）相关学科2、恢复生态学的研究进展始于20世纪20年代1973年3月，在美国弗吉尼亚召开题为“受损生态系统的恢复”的国际会议3.1985年，AberandJordan首次提出了“恢复生态学”的科学概念，恢复生态学的研究得到了迅速的发展，国际社会及各国都相继开展了有关恢复生态学的研究。4.1996年在北京召开的生态恢复国际会议主题之一就是“退化生态系统的生态恢复”。5.1996年在美国召开了恢复生态学国际会议，标志着恢复生态学的研究和实践已步入新的阶段20世纪80年代以来，在生态恢复的研究基础上，有一系列的著作Gairns(1980)TherecoveryprocessindamagedecosystemBradshawandChdwick(1980)Therestorationofland,TheecologyandreclamationofderelictanddegradedlandJordan(1987)Restorati