第六章干擾及恢復(fù)生態(tài)學(xué)3.ppt

2019/7/15,1,第三節(jié) 恢復(fù)生態(tài)學(xué) restoration ecology,2019/7/15,2,2019/7/15,3,恢復(fù)生態(tài)學(xué)是一門(mén)關(guān)于生態(tài)恢復(fù)（ecological restoration）的學(xué)科?；謴?fù)生態(tài)學(xué)是生態(tài)學(xué)的分支學(xué)科，但它又是環(huán)境學(xué)、地理學(xué)、林學(xué)、農(nóng)學(xué)、草地學(xué)、濕地學(xué)、海洋學(xué)等多學(xué)科的交叉學(xué)科。具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性。,序言,2019/7/15,4,一、恢復(fù)生態(tài)學(xué)的有關(guān)概念,研究生態(tài)系統(tǒng)自身的性質(zhì)、受損機(jī)理及修復(fù)過(guò)程的科學(xué)（jordan et al., 1987）。 研究生態(tài)整合性的恢復(fù)和管理過(guò)程的科學(xué)。生態(tài)整合性包括生物多樣性、生態(tài)過(guò)程和結(jié)構(gòu)、區(qū)域及歷史情況、可持續(xù)的社會(huì)實(shí)踐等廣泛的范圍（國(guó)際恢復(fù)生態(tài)學(xué)會(huì)，1995） 。 研究生態(tài)系統(tǒng)退化的原因、退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建的技術(shù)與方法、生態(tài)學(xué)過(guò)程與機(jī)理的科學(xué)（余作岳，1996）。,1、什么是恢復(fù)生態(tài)學(xué),2019/7/15,5,研究生態(tài)系統(tǒng)退化的原因、退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建的技術(shù)與方法、生態(tài)學(xué)過(guò)程與機(jī)理的科學(xué)。 余作岳等（1996）,2恢復(fù)生態(tài)學(xué)中涉及的幾個(gè)重要概念,生態(tài)恢復(fù),重建,改良,去除干擾并使生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)原有的利用方式。,改善環(huán)境條件使原有的生物生存，一般指原有景觀徹底破壞后的恢復(fù)。,改進(jìn),修補(bǔ),更新,再植,重建,改良,2019/7/15,6,改進(jìn),修補(bǔ),更新,再植,指對(duì)原有的受損系統(tǒng)進(jìn)行重新的修復(fù)，以使系統(tǒng)某些結(jié)構(gòu)與功能得以提高。,即修復(fù)部分受損的結(jié)構(gòu)。,指生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育即向新的水平或?qū)哟蔚难萏妗?即恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的部分結(jié)構(gòu)和功能，或恢復(fù)當(dāng)?shù)叵惹巴恋乩梅绞健?2019/7/15,7,這些術(shù)語(yǔ)從不同角度反映了恢復(fù)與重建的基本意圖。所謂生態(tài)恢復(fù)與重建是指根據(jù)生態(tài)學(xué)原理,通過(guò)一定的生物、生態(tài)以及工程的技術(shù)與方法，人為地改變和切斷生態(tài)系統(tǒng)退化的主導(dǎo)因子或過(guò)程，調(diào)整、配置和優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部及其與外界的物質(zhì)、能量和信息的流動(dòng)過(guò)程及其時(shí)空秩序，使生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和生態(tài)學(xué)潛力盡快地成功地恢復(fù)到一定的或原有的乃至更高的水平。,2019/7/15,8,二、恢復(fù)生態(tài)學(xué)的研究?jī)?nèi)容,基礎(chǔ)理論研究： 生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及內(nèi)在的生態(tài)學(xué)過(guò)程與相互作用機(jī)制 生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、多樣性、抗逆性、生產(chǎn)力、恢復(fù)力與可持續(xù)性 先鋒與定級(jí)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展機(jī)理與演替規(guī)律,2019/7/15,9,不同干擾條件下生態(tài)系統(tǒng)的受損過(guò)程及其影響機(jī)制 生態(tài)系統(tǒng)退化的景觀診斷及其評(píng)價(jià)指標(biāo)體系 生態(tài)系統(tǒng)退化過(guò)程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、模擬、預(yù)警及預(yù)測(cè),2019/7/15,10,應(yīng)用技術(shù)研究： 退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建的關(guān)鍵技術(shù)體系 生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的優(yōu)化配置與重構(gòu)及其調(diào)控技術(shù) 物種、生態(tài)系統(tǒng)與景觀多樣性的恢復(fù)與維持技術(shù) 生態(tài)工程設(shè)計(jì)與實(shí)施技術(shù) 環(huán)境規(guī)劃與景觀生態(tài)規(guī)劃技術(shù) 典型退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的優(yōu)化模式試驗(yàn)示范與推廣,2019/7/15,11,（1）生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的不可確定性。 （2）生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)要求綜合考慮生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)因素，但對(duì)時(shí)間、空間上存在異質(zhì)性的生態(tài)系統(tǒng)而言，很難恢復(fù)到理想狀態(tài)，在有持續(xù)干擾情況下尤其如此； （3）由于生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)退化程度和干擾因子很難概括出一些易測(cè)定、又能反映實(shí)質(zhì)的具體指標(biāo)；,三、制約學(xué)科發(fā)展的重要理論和實(shí)踐問(wèn)題,2019/7/15,12,（4）生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和群落的自然演替是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，在研究實(shí)踐中，對(duì)兩者的區(qū)分常常很困難； （5）生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的時(shí)間需要進(jìn)行可重復(fù)的和長(zhǎng)期的試驗(yàn)及觀測(cè)，短時(shí)間尺度的研究不能準(zhǔn)確回答這個(gè)問(wèn)題； （6）生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的機(jī)理還不清楚，尤其是重新引進(jìn)當(dāng)?shù)叵У奈锓N在恢復(fù)中的作用與角色還難以正確判斷。,2019/7/15,13,四、恢復(fù)生態(tài)學(xué)的發(fā)展過(guò)程,1、恢復(fù)生態(tài)學(xué)的起源,100年前：山地、草原等自然資源管理 20世紀(jì)初：水土保持、森林砍伐后的恢復(fù) 20世紀(jì)30年代：干旱農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù) 20世紀(jì)50、60年代：礦山、水土流失治理 20世紀(jì)70年代：水體恢復(fù)研究,2019/7/15,14,1975年：在美國(guó)召開(kāi)了“受損生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)”國(guó)際研討會(huì)，首次探討了受損生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的機(jī)理與方法。 1980年：cairns主編了受損生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)過(guò)程一書(shū)，8位科學(xué)家共同探討了受損生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)過(guò)程中重要生態(tài)學(xué)理論和應(yīng)用問(wèn)題。 1984年：美國(guó)威斯康星大學(xué)召開(kāi)了恢復(fù)生態(tài)學(xué)研討會(huì)，強(qiáng)調(diào)了恢復(fù)生態(tài)學(xué)中理論與實(shí)踐的統(tǒng)一。,2、恢復(fù)生態(tài)學(xué)的發(fā)展,2019/7/15,15,1985年：aber和jordan提出了恢復(fù)生態(tài)學(xué)的術(shù)語(yǔ)，并出版“恢復(fù)生態(tài)學(xué)”研究專集。 1985年：國(guó)際恢復(fù)生態(tài)學(xué)會(huì)成立。 1996年：在瑞士召開(kāi)了第一屆世界恢復(fù)生態(tài)學(xué)大會(huì)，強(qiáng)調(diào)恢復(fù)生態(tài)學(xué)在生態(tài)學(xué)中的地位，恢復(fù)技術(shù)與生態(tài)學(xué)的連結(jié)，恢復(fù)過(guò)程中經(jīng)濟(jì)與社會(huì)內(nèi)容的重要性。 目前：國(guó)際恢復(fù)生態(tài)學(xué)會(huì)每年召開(kāi)一次國(guó)際研討會(huì)；世界各國(guó)均有的恢復(fù)生態(tài)學(xué)文獻(xiàn)，登載恢復(fù)生態(tài)學(xué)方面的文章，開(kāi)展恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究的學(xué)術(shù)交流。,2019/7/15,16,3、我國(guó)恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究進(jìn)展,1959年：余作岳等人在廣東開(kāi)展熱帶沿海臺(tái)地退化生態(tài)系統(tǒng)的植被恢復(fù)技術(shù)與機(jī)理研究。 20世紀(jì)60年代：仲崇信等人開(kāi)展沿海灘涂種植大米草控制河岸帶侵蝕研究。 20世紀(jì)80年代：中科院蘭州沙漠所開(kāi)展沙漠治理與固沙研究；中科院水保所開(kāi)展黃土高原水土流失區(qū)的治理與綜合利用；中科院水生所開(kāi)展湖泊生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)研究；中科院西北高生所開(kāi)展高寒退化草甸生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建研究；中科院成都生物所開(kāi)展岷江上游植被恢復(fù)研究；,2019/7/15,17,中科院南京土壤所開(kāi)展紅壤恢復(fù)與綜合利用研究；廣西科學(xué)院和中山大學(xué)開(kāi)展紅樹(shù)林恢復(fù)重建研究；中科院植物所（內(nèi)蒙古草原站）開(kāi)展不同退化程度羊草草原恢復(fù)研究。 20世紀(jì)90年代：東北林業(yè)大學(xué)開(kāi)展黑龍江退化森林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建研究；中國(guó)林業(yè)科學(xué)院開(kāi)展海南熱帶林地的植被恢復(fù)研究；中國(guó)環(huán)科院、中山大學(xué)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)開(kāi)展廢棄礦地和垃圾場(chǎng)的恢復(fù)對(duì)策研究。 20世紀(jì)90年代中期：先后出版熱帶亞熱帶退化生態(tài)系統(tǒng)的植被恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究和中國(guó)退化生態(tài)系統(tǒng)研究等專著，提出了適合中國(guó)國(guó)情的恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究理論和方法體系。,2019/7/15,18,2019/7/15,19,岷江上游水源涵養(yǎng)林的生態(tài)恢復(fù),2019/7/15,20,四、恢復(fù)生態(tài)學(xué)的理論與原則,1、恢復(fù)生態(tài)學(xué)的主要原理,自我設(shè)計(jì)（self-design theory）與人為設(shè)計(jì)(design theory)理論 是惟一從恢復(fù)生態(tài)學(xué)中產(chǎn)生的理論，也在生態(tài)恢復(fù)實(shí)踐中得到了廣泛應(yīng)用。 自我設(shè)計(jì)理論：在足夠的時(shí)間內(nèi)，隨著時(shí)間進(jìn)程，退化生態(tài)系統(tǒng)將根據(jù)環(huán)境條件合理地組織并會(huì)最終改變其組分（自然恢復(fù)演替）。 人為設(shè)計(jì)理論:通過(guò)工程和植被重建恢復(fù)退化生態(tài)系統(tǒng)，但恢復(fù)類型可能是多樣的（人為恢復(fù)演替）。,2019/7/15,21,這兩種理論不同點(diǎn)在于自我設(shè)計(jì)理論把恢復(fù)放在生態(tài)系統(tǒng)層次考慮，未考慮到缺乏種子庫(kù)的情況，其恢復(fù)的只能是環(huán)境決定的群落; 而人為設(shè)計(jì)理論把恢復(fù)放在個(gè)體或種樣層次上考慮，恢復(fù)的結(jié)果可能有多種。,2019/7/15,22,北京山區(qū)自然恢復(fù)20年后的森林,2019/7/15,23,2019/7/15,24,生態(tài)恢復(fù)不等于綠化,2019/7/15,25,生物群落演替理論 群落由一種表現(xiàn)形式轉(zhuǎn)化為另一種表現(xiàn)形的過(guò)程，稱為演替。 火燒跡地-雜草-樺樹(shù)期-山楊期-云杉期（需幾十年）。 棄耕地-雜草期-優(yōu)勢(shì)草期-灌木期-喬木期。 群落演替可通過(guò)人為手段調(diào)控，改變演替速度或演替方向。,2、恢復(fù)生態(tài)學(xué)中的生態(tài)理論,2019/7/15,26,杞木,云杉,水楊,2019/7/15,27,雜草,草本植物,闊葉林,針葉林,2019/7/15,28,限制因子原理 德國(guó)利比希1840年提出了“最小因子定律”，即作物產(chǎn)量受最小養(yǎng)分支配。 任何一種生態(tài)因子只要接近或超過(guò)生物的耐受范圍，它就會(huì)成為這種生物的限制因子。 生態(tài)恢復(fù)時(shí)必須找出該系統(tǒng)的關(guān)鍵因子。,2019/7/15,29,耐性定律與生物分布,2019/7/15,30,生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)理論 物種結(jié)構(gòu)、時(shí)空結(jié)構(gòu)、營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu) 合理生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 從物種結(jié)構(gòu)上，提倡物種多樣性，以利于系統(tǒng)的穩(wěn)定和持續(xù)發(fā)展。 從時(shí)空結(jié)構(gòu)角度，應(yīng)充分利用光、熱、水、土資源，提高光能利用率 從營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)角度，應(yīng)實(shí)現(xiàn)生物物質(zhì)和能量的多級(jí)利用與轉(zhuǎn)化，形成一個(gè)高效的，無(wú)“廢物”的系統(tǒng)。,2019/7/15,31,生態(tài)適宜性原理 生物由于長(zhǎng)期與環(huán)境的協(xié)同進(jìn)化，對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了生態(tài)上的依賴。 喜光植物、喜陰植物 喜酸性土壤植物 水中生長(zhǎng)植物 生態(tài)恢復(fù)時(shí)要讓最適應(yīng)的植物或動(dòng)物生長(zhǎng)在最適宜的環(huán)境中。（盡量使用鄉(xiāng)土種）,2019/7/15,32,慎用外來(lái)物種,薇甘菊有“植物殺手”的劣稱，在深圳內(nèi)伶仃島國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，已經(jīng)有80%的范圍遭到薇甘菊的覆蓋，島上的600多只獼猴沒(méi)有了食物來(lái)源，只能靠人工喂食生活。,云南昆明市賴以生存的高原湖泊滇池內(nèi)連綿1000公頃的水面上全部生長(zhǎng)著水葫蘆，由于水質(zhì)污染和因此而導(dǎo)致的水葫蘆的瘋長(zhǎng)，滇池內(nèi)很多水生生物已處于滅絕的邊緣。,2019/7/15,33,生態(tài)位理論 niche：指在自然生態(tài)系統(tǒng)中一個(gè)種群在時(shí)間空間上的位置及其與相關(guān)種群之間的功能關(guān)系 有競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的種群的生態(tài)位是分離的。 在生態(tài)恢復(fù)時(shí)，要避免引進(jìn)生態(tài)位相同的物種，要盡量使各物種生態(tài)位錯(cuò)開(kāi)。 合理運(yùn)用生態(tài)位原理可以構(gòu)成具有多樣性種群的穩(wěn)定而高效的生態(tài)系統(tǒng)，而且它是物種引種、配制的關(guān)鍵。,2019/7/15,34,2019/7/15,35,北美地區(qū)，五種鶯都從同一種云杉樹(shù)上取食。通過(guò)“瓜分“不同區(qū)域以減少相互間的競(jìng)爭(zhēng)。,2019/7/15,36,生物多樣性原理 是指生命有機(jī)體及其賴以生存的生態(tài)綜合體的多樣化（variety)和變異性(variability)。 遺傳多樣性、物種多樣性、生態(tài)系統(tǒng)與景觀多樣性 生物多樣性高的生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì) 具有高生產(chǎn)力的種類出現(xiàn)的機(jī)會(huì)增加 營(yíng)養(yǎng)的相互關(guān)系更加多樣化，能量流動(dòng)可選擇的途徑多，各營(yíng)養(yǎng)水平間的能量流動(dòng)趨于穩(wěn)定。 被干擾后對(duì)來(lái)自系統(tǒng)外種類入侵的抵抗能力增強(qiáng)。 某一個(gè)種所有個(gè)體間的距離增加，植物病體的擴(kuò)散降低。 各個(gè)種類充分占據(jù)已分化的生態(tài)位，系統(tǒng)對(duì)資源利用的效率有所提高。,2019/7/15,37,人工林的特點(diǎn)是均一，不能滿足健康生態(tài)系統(tǒng)要求的異質(zhì)性,2019/7/15,38,2019/7/15,39,人工林與天然林的比較,四川寶興縣一處面積很小的人工林,四川寶興的天然森林植被,林下層,林下是豐富的植被覆蓋,2019/7/15,40,景觀生態(tài)學(xué)原理 景觀生態(tài)學(xué)是研究景觀單元的類型組成、空間格局及其與生態(tài)過(guò)程相互作用的綜合性學(xué)科。 生態(tài)恢復(fù)是以生態(tài)系統(tǒng)為基點(diǎn)，而在景觀尺度上來(lái)進(jìn)行實(shí)踐、設(shè)計(jì)與表達(dá)。 許多土地利用和自然保護(hù)問(wèn)題只在在景觀尺度下才能有效解決。,2019/7/15,41,綴塊-廊道-基底的景觀格局原理,2019/7/15,42,3、恢復(fù)生態(tài)學(xué)的基本原則,生態(tài)恢復(fù)與重建的原則一般包括自然法則、社會(huì)經(jīng)濟(jì)原則和美學(xué)原則等3個(gè)方面（見(jiàn)框圖）。,2019/7/15,43,圖1 恢復(fù)生態(tài)學(xué)的基本原則,2019/7/15,44,五、退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建的步驟,退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建一般分為下列幾個(gè)步驟和階段： 1）診斷階段 首先要明確恢復(fù)對(duì)象，并確定系統(tǒng)的邊界。通過(guò)野外基本狀況調(diào)查和實(shí)地觀測(cè)，搞清楚恢復(fù)對(duì)象的類型。然后根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)退化生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的診斷分析，包括生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能分析，物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)分析，找出主要的限制因子或主要矛盾。,2019/7/15,45,2）開(kāi)藥方階段 根據(jù)初步診斷分析的結(jié)果，根據(jù)“生態(tài)上健康，技術(shù)上適當(dāng)，經(jīng)濟(jì)上可行，社會(huì)能接受”的原則，確定正確的恢復(fù)目標(biāo)，制定詳細(xì)的恢復(fù)與重建實(shí)施方案，并對(duì)制定的生態(tài)恢復(fù)方案進(jìn)行生態(tài)的、經(jīng)濟(jì)的、社會(huì)的、技術(shù)的可行性分析，開(kāi)展反復(fù)論證，以便開(kāi)出正確的“藥方”。 3）全面治療階段 根據(jù)開(kāi)出的“藥方”，“對(duì)癥下藥”。對(duì)于把握性不大的恢復(fù)重建方案要先在小范圍區(qū)域定點(diǎn)做預(yù)備實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)成功后再進(jìn)行大范圍的推廣和“全面治療”。常常需要采取幾個(gè)階段“療程”，分階段分步驟地進(jìn)行，在不同階段需要采取不同的恢復(fù)與重建措施與配套技術(shù)。,2019/7/15,46,4）康復(fù)觀察階段 生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工程，生態(tài)系統(tǒng)剛剛恢復(fù)時(shí)，一般還是十分脆弱的，如果不進(jìn)行維護(hù)的話，那么外界條件的變化就會(huì)使它可能發(fā)生逆向變化，重新走向退化。因此，在生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)后的相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，還需要對(duì)其進(jìn)行后續(xù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并解決問(wèn)題。,2019/7/15,47,依據(jù)生態(tài)學(xué)原理，通過(guò)生物、生態(tài)以及工程的技術(shù)和方法，人為地改變和消除生態(tài)系統(tǒng)退化的主導(dǎo)因子或過(guò)程，調(diào)整、配置和優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部及其與外界的物質(zhì)、能量和信息的流動(dòng)過(guò)程及其時(shí)空秩序，使生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和生態(tài)學(xué)潛力成功地恢復(fù)乃至得以提高。,六、生態(tài)恢復(fù)的機(jī)理,2019/7/15,48,hobbs和mooney（1993）指出，退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和重建的可能發(fā)展方向一般包括下圖所示的幾種狀態(tài)：,2019/7/15,49,hobbst norton（1996）提出了一個(gè)臨界閾值理論。 該理論假設(shè)，生態(tài)系統(tǒng)有4種可選擇的穩(wěn)定狀態(tài)，狀態(tài)1是未退化的，狀態(tài)2和3是部分退化的，狀態(tài)4是高度退化的。,2019/7/15,50,在不同干擾或同種干擾不同強(qiáng)度壓力下，生態(tài)系統(tǒng)可從狀態(tài)1退化到2或3；,當(dāng)去除脅迫時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)又可從狀態(tài)2和3恢復(fù)到狀態(tài)1；狀態(tài)2或狀態(tài)3退化到狀態(tài)4要越過(guò)一個(gè)臨界閾值；狀態(tài)4恢復(fù)到狀態(tài)2或3時(shí)非常難，通常需要大量的投入。,跨越臨界閾值投入大,生活中有類似的例子嗎？,2019/7/15,51,七、 生態(tài)恢復(fù)的目標(biāo)