第五部分 应用生态学

第十五章应用生态学1

21世纪人类面临的最大生态学挑战:

工业革命以来，人类的社会、经济、科学技术和人口都在迅猛地发展，人类活动的空间不断扩大，需求日益增加，为人类创造了巨大的财富。但是就在同时，人类对地球资源的消耗、环境的破坏也越来越大，即人类对地区上各种生态系统的影响越来越大。人们发现：地球环境正在全面恶化中，甚至于威胁人类自身的生存。当今，人类活动对于环境或地球生态系统的影响问题已经上升为现代生态学的焦点，而全面、充分了解各种生态系统的生态过程是科学确定环境对策的关键。

215.1、人类活动对地球生态系统的影响（自学）-结论1.1/3-1/2的陆地面积已被人类活动改变2.工业革命以来大气中CO2浓度提高了30%3.人工固氮总量超过了自然固氮总量。4.被人类利用的地表淡水，已经超过可用总量的1/2约1/4的鸟类已经灭绝。近2/3的海洋渔业资源已经过捕或耗尽。315.2

生态系统的服务

生态系统通过内部各部分之间以及生态系统与周围环境之间的物质和能量交换，发挥着多种多样的功能，并直接或间接地为人类提供多种服务，在维系生命支持系统和环境的动态平衡方面起着不可替代的重要作用。4美国“生物圈2号”8个人在1.28公顷封闭的人工生态系统中生活了两年的时间。系统模拟设置了农地、森林和微型水域。耗资两亿美元精心设计、施工和运转，结果还是不能满足这8个人预期2年的物质和生理等多方面的需要，发生了一系列的事件：空气中氧的浓度降低了14%；二氧化碳含量剧增；氧化氮的含量达到危害人脑的程度；生物多样性急剧衰退（其中包括25种脊椎动物中的19种以及所有的传粉昆虫，这些物种灭绝最终导致大部分植物的死亡）；攀缘植物和某些昆虫种群爆炸性增长。说明：自然生态系统的服务功能不能替代，当前，生态服务功能正在迅速衰退5一、研究现状和概念发展1、概念提出SCEP《人类对全球环境的影响报告》:提出了生态系统的服务功能，并列出了自然生态系统的“环境服务功能”,如：害虫控制、昆虫授粉、气候调节和物质循环等。Holdren等（1974）:拓展为“全球环境服务功能”并在环境服务功能清单上增加了生态系统对土壤肥力和基因库的维持功能。随后Ehrlich（1977）又提出了“全球生态系统公共服务功能”，后来逐渐演化出“自然服务功能”（Westman,1977）。最后由Ehrlich等（1981）:将其确定为“生态系统服务”。62、现有概念生态系统服务功能(EC)是指:生态系统及其生态过程所形成与维持的人类赖以生存的环境条件与效用（Daily,1997）。Costanza等（1997），将生态系统的服务功能(EC)定义为:生态系统物品和服务，代表人类直接或者间接从生态系统功能中获得的利益。DeGroot等（2002）将生态系统功能定义为自然过程及其组成部分提供产品和服务从而满足人类直接或间接需要的能力。当生态系统功能被赋予人类价值的内涵时便成为生态系统产品和服务。千年生态系统评估（MA）结合Costanza等和Daily的定义，将生态服务功能定义为:人们从生态系统中获得的利益（WGMEA,2003）。7二、生态系统服务功能的特征

（1）每一种生态系统提供多种复合生态服务

生态服务的基础是生态系统内部各种复杂的关系与化学反应的总和，单种生态服务并非是一种独立的存在。各种生态服务类型在不同生态系统中所占的分量不同，例如森林的生态服务偏重于生物多样性维持，而农田的生态服务偏重于食物和原材料生产，湿地生态系统偏重于废弃物净化，但大多数情况下，生态系统都能提供多种类型的生态服务。（2）生态服务的表达和实现具有多样性

生态系统可以提供生态服务，但生态服务的发挥或实现在很大程度上取决于生态系统所处的特定空间，生态服务应该区分出潜在服务能力和实际表达的服务两种类型，否则难以恰当地度量这种生态服务的强度。

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（3）生态服务的无形性

生态服务除一些产品服务之外，其余的生态服务对于人类社会的作用都是通过“无形”的力量而给人类社会带来某些变化，这种“无形性”是生态服务表现的一般形态，一般而言，由于人类经济价值的取向，导致的是人类为了索取有形的生态服务而同时破坏甚至毁灭一些无形的生态服务。（4）生态服务类型与生态功能的不对称性

一种生态功能参与了多种生态服务，一种生态服务的形成需要多种生态功能的参与。生态功能与生态服务之间严重的不对称性为揭示生态服务形成的过程增加了困难。9（5）生态服务时间上的动态性

生态系统为人类提供的生态服务强度，随着时间而呈动态变化，这种动态变化一般与其生长曲线有这样或那样的关联。在年周期范围内，生态服务时间上的动态性，有如下特点：食物和原材料的生产是累积性的，它的曲线实际上是一个累积曲线大气调节功能可以用呼吸或光合强度曲线来表示养分循环功能可以用养分吸收或者养分累积曲线来表示。侵蚀控制服务应该主要取决于植被对土壤覆盖叶面积指数曲线表示

总的来讲，不同的生态服务类型其时间动态性是不一样的，在时间维上，有的是一次性实现，有的是多次性实现，有的是连续性实现，有的是离散性实现，其提供的服务强度曲线随群落本身和环境而不断地变化着。10（6）生态服务空间上的异质性

无论从宏观空间尺度还是微观的空间尺度，生态系统本身的多样性和环境条件的多样性决定了生态系统提供的生态服务在类型上，强度上都表现出巨大的空间差异性，一般来讲，这种空间差异性表现在如下几个方面：不同生态系统的空间差异性表现出生态服务的空间差异性同一生态系统在不同区域提供不同的生态服务同一生态系统在不同条件下可以实现或不实现某项服务11一、有机质的生产与生态系统产品二、生物多样性的产生与维护三、净化空气和调节气候四、减缓干旱和洪涝灾害五、维持土壤功能六、传粉、传播种子七、控制有害生物八、保护和改善环境质量九、休闲、娱乐—感官、心理和精神益处十、精神文化的源泉—生态美的感受是生态系统最显著的特征之一为人类提供几乎全部的食品许多植物是重要的药物来源是地球是显著的外部特征是自然生态系统生产和生态服务的基础和源泉是天然的过滤器具有防风、增湿、调温等多种功能。植物的生长发育提供场所为植物保存并提供养分土壤在有机质的还原中起着关键作用由有机质还原形成简单无机物最终作为营养特返回植物土壤在氮、碳、硫等大量营养元素的循环中起着关键作用。

天敌在自然生态系统中发挥着控制有害生物、限制潜在有害生物数量的作用为人类进行生物防治提供良好的服务功能三、生态系统服务的内容12四、各类生态系统服务价值比较一、全球生态系统服务的价值13二、中国生态系统服务的价值四各类生态系统服务价值比较14各类生态系统的服务功能（价值）15二、中国生态系统服务的价值四各类生态系统服务价值比较16五、生态系统服务价值评价评估意义有助于提高人们的环保意识。反映生态系统的价值，即象资源一样，服务也是有价值的。可促使商品观念的改变。有利于制定合理的生态资源价格。促进将环境纳入国民经济核算体系。促进环保措施的科学评价。为生态功能区划和生态建设规划奠定基础。175.2生态系统服务价值评价的必要性可持续发展必须建立在保护地球生命保障系统、维持生物圈的可持续性和生态系统服务功能的可持续性基础上。进行生态系统服务价值评估，可明确环境资源的价值，进行明确的成本/效益分析，从而更好的实现效益与公平。进行生态系统服务功能价值评估，可帮助政府进行不同项目或规划的直接收益比较。决定投资分配和使用，保证政府生态保护和恢复决策的顺利实施。1、改善人类福址。2、可持续发展的要求3、效率和公平的要求4、生态保护和恢复决策的要求1815.3生态系统的管理人类社会的可持续发展归根结底是一个生态系统管理的问题，即如何运用生态学，经济学，社会学和管理学的有关原理，对各种资源进行合理管理，既要满足当代人的需求，又不对后代人满足其需求的能力构成损害。对生态系统管理的定义，不同群体或个人根据不同的出发点有不同的看法：目前尚无一致的定义;19一、生态系统管理的定义生态系统管理是指在充分认识生态系统整体性与复杂性的前提下，以持续地获得期望的物质产品、生态及社会效益为目标，并依据对关键生态过程和重要生态因子长期监测的结果而进行的管理活动。（廖利平，赵士洞，1999）定义1202)Agee和Johnson(1988):生态系统管理涉及到调控生态系统内部结构和功能，输入和输出，并获得社会渴望的条件。

3)Overbay(1992):利用生态学，经济学，社会学和管理学原理仔细地和专业地管理生态系统的生产，恢复，或长期维持生态系统的整体性和理想的条件，利用，产品，价值和服务。

4)美国林学会(1992):生态系统管理强调生态系统诸方面的状态，主要目标是维持土壤生产力，遗传特性，生物多样性，景观格局和生态过程。上述多个定义在许多方面有重复，大多数定义强调在生态系统与社会经济系统间的可持续性的平衡，部分定义强调生态系统的功能特征。

21生态学和社会科学的知识和技术，以及人类自身和社会的价值整合到生态系统的管理活动中；对象主要是受自然和人类干扰的系统；效果可用生物多样性和生产力潜力来衡量；要求科学家与管理者确定生态系统退化的阈值及退化根源，并在退化前采取措施；要求利用科学知识做出最小损害生态系统整体性的管理选择；管理时间和空间尺度应与管理目标相适应。二、生态系统管理的内涵主要包括以下几方面：22三、进行生态系统管理的原因及目标

原因：人类对自然资源的过度利用和对环境的破坏已经威胁到人类的持续生存，人类必需最终把所有各种生态系统管理起来，在良好管理下，生态系统给人类提供产品和服务的功能是可以持续维持的。而管理必需要有科学的依据和良好的管理制度和措施，并在管理过程中逐步完善。23目标

1、管理必须使生态系统得以持续；2、要使生态系统同样能对我们的后代提供产品和服务。另一种提法是，生态系统健康（ecosystemhealth）是生态系统管理的目标。生态系统健康是生态系统的综合特性，指生态系统具有活力、稳定和自我调节的能力。健康的生态系统具有弹性，保持内稳定性。生态系统有能力供养一个平衡、完整、适应的生物群落。此群落由若干物种组成并且构成一个有功能的组织。健康是一种状态，在此状态中，生态系统为人类提供需求的同时，维持着系统本身的复杂性特征。24生态学是生态系统管理的科学基础

生态系统管理的基础是人类对于生态系统中各成分间的相互作用和各种生态过程的最好的理解。这就是说，只有充分地了解生态系统的结构和功能，包括种种生态过程，并根据这些规律性和社会情况来制定政策法令和选定各种措施，才能把生态系统管理好。

人类在实践上已经具有一定的生态系统管理经验，例如农田就是一种管理程度相当高的生态系统，还有河口的水产养殖系统、栽培的森林。但是，其目标一般只是为了获得或利用产品，而忽视了这些高度管理生态系统服务及其持续能力，并且这些也是密切依赖于包围在其周围的、很少受到管理的生态系统的；25

可适应的生态系统管理

20世纪70年代，生态学家与管理者创造了“可适应的生态系统管理(adaptiveecosystemmanagement)”(简称AEM)的思想(Carpenter，1998)。如前所述，“可适应”在此意味着可修改的，或可调整的。AEM思想宣称，现有生态系统生态学的知识是十分不完全的，而对任何一次管理活动都应该视为是一种试验。换言之，AEM是一个反复的过程，把每一次管理方案的实施活动视为试验过程，并对其后果进行评估、比较，然后再设计，再进行新的实施试验……如此反复循环、不断地完善，螺旋式的前进。

26四、生态系统管理的基本原则整体性动态性管理的重要原则就是人在生态系统中的双重性原则。加强规范人行为的法规、政策和制度的建设，提高环境保护意识，树立可持续发展观，真正实现可持续的生态系统管理。在管理中要遵循系统的整体性原则，切忌人为切割。划分生态系统管理边界时必须综合考虑，合理划分自然管理区有助于实现生态系统的功能监测和管理目标。27再生性循环利用性平衡性多样性重视生态系统的生产能力和再造性，保证生态系统提供充足的资源和良好的服务。

管理时要遵循经济、生态规律。分析和计算生态系统各项功能指标（功能极限、环境容量等），合理管理，减缓外界压力，保持系统的健康和平衡。

生物多样性并不是简单地增加物种数目的问题，维护生物多样性是生态系统管理中不可缺少的组成部分。

28三、生态系统管理的主要途径与技术生态风险评估是利用生态学、环境化学及毒理学的知识，定量确定环境危害对人类负效应的概率及其强度的过程。其目的在于通过对某种环境危害效应的科学评价，为生态环境和生态系统的保护和管理提供决策依据。（第七章）1．生态风险评估29生态系统管理中最重要的是风险管理，风险管理是指对生态风险评估的结果采取的对策与行动，是一个决策过程，又称为风险控制。风险控制风险管理的水平依赖于生态风险评价的质量和人类可使用的手段。风险管理者根据风险评估的结果，综合考虑各种因素，来决定这种风险是否可接受，还是需要减少或阻止。30风险管理效应评估风险源评估减小风险接受风险需要更多的实验、测定或研究其他方面的考虑效应的风险（概率）效应水平风险特征化风险管理图示（SuterⅡ,1993）31在一次干扰后少数先锋种入侵缺口，如果干扰频繁，先锋种不能发展到演替中期，多样性降低；如果干扰间隔很长，使演替过程能发展到顶极期，多样性也不很高；中等干扰程度使多样性维持最高水平，它允许更多的物种入侵和定居。2．适度干扰与恢复重建适度干扰理论中等程度的干扰水平能维持较高多样性。此理论是目前生态系统管理实施的重要理论依据。

理由32受损害生态系统恢复的两种模式（引自Patt1977）生态系统没有超负荷消除压力自然恢复过程

恢复消除压力恢复超负荷，不可逆转人工措施和自然恢复过程受损害生态系统的恢复和重建采取的两种模式途径：33又称为“无公害工艺”、“无污染生产”、“废料减量化”。通过资源的综合利用、替代作用、多次利用以及节能、省料、节水等方式，实现合理利用资源，减缓资源的耗竭。3．清洁生产清洁生产34用无污染、少污染的产品替代毒性大、污染重的产品；用无污染、少污染的能源和原材料替代毒性大、污染重的能源和原材料；用消耗少、效率高、无污染、少污染的工艺设备替代消耗高、效率低、产污量大、污染重的工艺、设备；最大限度地利用能源和原材料，实现物料最大限度的厂内循环；对少量的、必须排放的污染物、采用低费用、高效能的净化处理设备和“三废”综合利用措施进行最终的处理、处置。主要途径35把垃圾作为一种宝贵的资源，并施行减少废物数量的5R方法，即：4．废物资源化管理与5R方法抵制减少修复回收响应不买难以回收或会造成浪费的产品。减少过度消费和浪费。修复损伤的物品而不更换新的物品。将废旧物品送到回收中心，重新制成产品，多次循环利用丢弃的产品。了解造成浪费的情况和不负责的废物管理，改变行为，减少废物的产生。36在生态学、生态经济学、工业生态学和系统工程理论指导下，将在一定地理区域内的多种具有不同生产目的的产业，按照物质循环、生物和产业共生原理组织起来，构成一个从摇篮到坟墓利用资源的具有完整生命周期的产业链和产业网，以最大限度地降低对生态环境的负面影响，求得多产业综合发展的产业集团。5．生态工业园区（EIP）生态工业园区现有改造型全新规划型虚拟型37对现已存在的工业企业通过适当的技术改造，在区域内成员间建立起废物和能量的交换关系。现有改造型全新规划型虚拟型利用现代信息技术，通过园区的数学模型和数据库，在计算机上建立起成员间的物、能交换联系，再在现实中加以实施。在良好规划和设计的基础上，从无到有地进行建设，并创建一些基础设施使得企业间可能进行废水、废热等的交换。38世界标准化组织推出的环境管理系列标准为ISO14000，从14001至14100。6．实施标准化环境管理系列标准它确定了环境保护的有效的新机制；具有很强的操作性；倡导预