第四章生態(tài)恢復

1、第四章 生態(tài)恢復 內容提要 退化生態(tài)系統(tǒng)的類型及其成因 恢復生態(tài)學及其基本理論 生態(tài)系統(tǒng)恢復途徑第一節(jié) 退化生態(tài)系統(tǒng)的類型及其成因 退化生態(tài)系統(tǒng)的定義及成因 退化生態(tài)系統(tǒng)的類型 退化生態(tài)系統(tǒng)的特征 中國退化生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀一、退化生態(tài)系統(tǒng)的定義及成因 退化生態(tài)系統(tǒng)是一類“病態(tài)”生態(tài)系統(tǒng)，它是指在一定的時空背景下，生態(tài)系統(tǒng)受自然因素、人為因素或二者的共同干擾下，使生態(tài)系統(tǒng)的某些要素或系統(tǒng)整體發(fā)生不利于生物和人類生存要求的量變和質變，系統(tǒng)的結構和功能發(fā)生與其原有的平衡狀態(tài)或進化方向相反的位移。具體表現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)的基本結構和固有功能的破壞或喪失、生物多樣性下降、穩(wěn)定性和抗逆能力減弱及生產力下降，故又稱

2、為“受害或受損”生態(tài)系統(tǒng)。 生態(tài)系統(tǒng)退化的原因是多方面的，自然干擾和人為干擾是生態(tài)系統(tǒng)退化的兩大觸發(fā)因子。 自然干擾總是使生態(tài)系統(tǒng)返回到生態(tài)演替的早期狀態(tài)。在某些地區(qū)，人為干擾對生態(tài)退化起著主要作用，并常造成生態(tài)系統(tǒng)的逆向演替，以及不可逆變化和不可預料的生態(tài)后果，如土地荒漠化、生物多樣性喪失和全球氣候變化等。二、退化生態(tài)系統(tǒng)的類型常見的退化生態(tài)系統(tǒng)類型有以下七種：1、裸地2、森林采伐跡地七個森林大國中，巴西、中國、印尼和剛果（金）的森林面積每年以0.1%1%的速度遞減。俄羅斯、加拿大和美國以每年0.1%0.3%遞增。中國現(xiàn)有林用地2.6億hm2，森林覆蓋率僅為13.92%，在十大自然資源中，森

3、林資源最為短缺，人均占有森林面積僅相當于世界平均水平的11.7%。20世紀50年代初期，海南島森林面積為25.7%，現(xiàn)在只有7.25%；西雙版納為55.5%，現(xiàn)在只有28%。50年來，長江上游的森林已損毀過半。 3、棄耕地棄耕地是人類原始農耕方式而造成的一種退化類型。4、沙漠及荒漠化 沙漠可由自然干擾或人為干擾而形成。這里講的沙漠，是指在人為干擾下，原來非沙漠的土地沙漠化的現(xiàn)象，主要是指一些干旱地區(qū)，由于人為干擾所出現(xiàn)的沙漠化或原沙漠區(qū)向非沙漠區(qū)的推進。所謂荒漠化，則是指在干旱、半干旱地區(qū)和一些半濕潤地區(qū)，生態(tài)環(huán)境遭到破壞，造成土地生產力衰退或喪失而形成荒漠的過程。 我國已成為世界荒漠化面積最

4、大、分布最廣、受害最嚴重的國家之一?；哪恋孛娣e超過10億hm2，占國土地總面積近1/3。 5、采礦廢棄地采礦廢棄地是指因采礦活動被破壞、不經治理而無法使用的土地。主要分為四種類型：（1）由剝離表土、開采的廢石及低品位礦石堆積所形成的廢石堆廢棄地；（2）隨著礦物的開采而形成的大量采空區(qū)域，即開采坑形式的廢棄地；（3）由各種分選方法選出精礦后的剩余物的排放而形成的尾礦渣廢棄地；（4）開采石料而形成的采石礦廢棄地。6、垃圾堆放場 垃圾堆放場或堆埋場，主要是家庭、城市、工業(yè)等垃圾或遺棄廢物堆積的地方，對生態(tài)環(huán)境的影響不僅僅是對耕地的占用，更為嚴重的是對生活環(huán)境的污染，包括對大氣、地下水等的污染。7

5、、污染的水域 主要是來自未經處理的生活和工業(yè)污水，直接排放到自然水域的人為干擾。其結果是使水源的質量下降，水域的功能降低，包括對水中生物生長、發(fā)育和繁殖的危害，甚至使水域喪失飲用水的功能。 三、退化生態(tài)系統(tǒng)的特征1、種類組成變化2、結構變化3、生物生產力的變化。受損生態(tài)系統(tǒng)物種組成和群落結構的變化，必然會導致能流與物流的改變。4、土壤和小環(huán)境的變化。5、生物之間生態(tài)關系的變化。如退化的草地，常出現(xiàn)大量的蒿類植物，與優(yōu)良牧草的生長形成競爭。 四、中國退化生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀 中國從農業(yè)生產和資源的角度看，表現(xiàn)為； 東部適農西部宜牧； 南方水豐北方干旱； 山地平川農林互補。 據(jù)1995年統(tǒng)計，在全國96

6、0萬km2土地中，農用占14.6%，果園占0.5%，草地占41.6%，林地占17.2%，工業(yè)交通和城鎮(zhèn)用地占2.6%，水體占3.5%，荒漠和永久雪地占27.2%。 中國各類資源的人均值都低于世界平均水平，如人均土地面積為世界的1/3，森林資源為1/6，草地資源為1/3，特別是耕地資源中有世界人均的1/3。 如；我國水土流失面積約180萬km2，占國土總面積的18.8%，其中黃土高原地區(qū)約有80%地區(qū)有水土流失問題； 北方沙漠、戈壁、沙漠化土地面積為149萬km2，占國土總面積的15.5%。 1987年我國已沙漠化的土地面積為20.12萬km2，潛在沙漠化土地13.28萬km2。 目前，尚有39

7、3萬hm2農田和493萬hm2草場受到沙漠化威脅。草原退化面積0.87億hm2。每年還以133萬hm2的速度在增加。每年使用農藥防治面積為1.53億hm2，劣質化肥污染農田167萬hm2。 脆弱生態(tài)系統(tǒng)；指自身穩(wěn)定性差、對外界干擾抵抗能力低的生態(tài)系統(tǒng)。 脆弱生態(tài)系統(tǒng)受到干擾后極易成為退化的生態(tài)系統(tǒng)。脆弱生態(tài)系統(tǒng)有三種內涵； 其一是這類生態(tài)系統(tǒng)的正常功能一旦被打亂，系統(tǒng)常發(fā)生不可逆變化而失去恢復的能力； 其二是生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生的變化常常是深刻和全面的，它不僅能影響當前或近期人類的社會生產、生活和對自然資源的利用，甚至能長期改變一個區(qū)域的生產結構、生產和生活方式； 其三是生態(tài)系統(tǒng)退化后的恢復是比較困難

8、的。 脆弱生態(tài)系統(tǒng)形成的原因有自然因素，如地質脆弱因子、地貌脆弱因子、生物群體結構和氣候脆弱因子等。也有人為因素，如過度墾殖土地、過度放牧、過度樵采、過度采集、長期不合理的灌溉、礦山開發(fā)和工農業(yè)污染等。 我國脆弱生態(tài)系統(tǒng)的面積為194萬km2，超過國土總面積的1/5。它們又可分為 北方半干旱半濕潤區(qū)； 西北干旱脆弱區(qū)； 華北平原區(qū)； 南方丘陵區(qū)； 西南石灰?guī)r山地； 西南山地和青藏高原區(qū)。 第二節(jié) 恢復生態(tài)學及其基本理論恢復生態(tài)學恢復生態(tài)學的基本理論一、恢復生態(tài)學1、恢復生態(tài)學的學科任務及與其他學科的關系 恢復生態(tài)學是一門實踐性很強的學科，理論研究的內容包括： 生態(tài)系統(tǒng)結構、功能，以及生態(tài)系統(tǒng)內

9、在的生態(tài)學過程與相互作用機制。 生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、多樣性、抗逆力、生產力、恢復力與可持續(xù)性研究。 先鋒群落的發(fā)生、發(fā)展機理與演替規(guī)律研究； 不同干擾條件下生態(tài)系統(tǒng)的受損過程及其響應機制研究； 生態(tài)系統(tǒng)退化的診斷及其評價指標體系研究； 生態(tài)系統(tǒng)退化過程的動態(tài)監(jiān)測、模擬、預警及預測研究。 應用技術研究的內容主要包括：退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復與重建的關鍵技術體系研究；生態(tài)系統(tǒng)結構與功能的優(yōu)化配置及其調控技術研究；物種與生物多樣性的恢復與維持技術；生態(tài)工程設計與實施技術；環(huán)境規(guī)劃與景觀生態(tài)規(guī)劃技術；典型退化系統(tǒng)恢復的優(yōu)化模式試驗示范與推廣研究。 2、恢復生態(tài)學的研究進展1973年3月，在美國弗吉尼亞多種技術

10、研究所和州立大學召開了題為“受損生態(tài)系統(tǒng)的恢復”的國際會議，這是第一次專門系統(tǒng)討論受損生態(tài)系統(tǒng)恢復和重建等許多重要生態(tài)學問題的學術會議。1985年，Aber和Jordan首次提出了“恢復生態(tài)學”這個科學概念。 防治農田生態(tài)系統(tǒng)的退化與恢復，我國是全世界工作最早和最好的國家之一。農田生態(tài)系統(tǒng)的退化實質是土壤退化的問題，這個領域的許多研究主要就是集中在退化土壤及恢復措施上，如栽培技術的革新，土壤培肥、中低產田改造、生態(tài)農業(yè)和確定農業(yè)保護地等。在北方干旱、半干旱區(qū)及沙漠地區(qū)，主要是以水分的科學利用為主，如地膜栽培技術、沙地襯膜栽培水稻等技術的研究和推廣。 綜合我國多年來的研究； 從生態(tài)系統(tǒng)層次上，有

11、森林、草地、農田和水域等領域的工作， 也有地帶或區(qū)域性生態(tài)退化及恢復方面的研究，如干旱、半干旱區(qū)、荒漠化及水土流失地區(qū)生態(tài)恢復的理論、工程技術方面的成果。 從整體上看，我國恢復生態(tài)學的研究在國際學術界是有地位的，就范圍和廣度而言是其他國家所不能比擬的，在某些領域還處于領先水平。 3、恢復生態(tài)學中涉及的幾個重要概念（1）生態(tài)恢復 我國學者余作岳等（1996）關于生態(tài)恢復的定義是，研究生態(tài)系統(tǒng)退化的原因、退化生態(tài)系統(tǒng)恢復與重建的技術與方法、生態(tài)學過程與機理的科學。（2）與生態(tài)恢復相關的術語重建，即去除干擾并使生態(tài)系統(tǒng)恢復原有的利用方式；改良，即改善環(huán)境條件以便使原有的生物生存，一般指原有景觀徹底破

12、壞后的恢復；改進，即對原有的受損系統(tǒng)進行重新的修復，以使系統(tǒng)某些結構與功能得以提高；修補，即修復部分受損的結構；更新，指生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育即向新的水平或層次的演替；再植，即恢復生態(tài)系統(tǒng)的部分結構和功能，或恢復當?shù)叵惹巴恋乩梅绞健?二、恢復生態(tài)學的基本理論1、自我與人為設計理論2、生態(tài)學理論3、生態(tài)恢復理論（1）生態(tài)恢復的原則生態(tài)恢復與重建的原則 自然法則 地理學原則區(qū)域性、差異性、地帶性原則生態(tài)學原則主導生態(tài)因子原理限制性與耐性定律能量流動與物質循環(huán)原則種群密度制約與物種相互作用原則生態(tài)位與生物互補原則邊緣效應與干擾原理生態(tài)演替原則生物多樣性原則食物鏈與食物網原則綴塊廊道基底的景觀格局原則空間異質

13、性原理時空尺度與等級理論系統(tǒng)學原則整體原則協(xié)同恢復重建原則耗散結構與開放性原則可控性原則生態(tài)恢復與重建的原則社會技術經濟原則經濟可行性與可承受性原則技術可操作性原則社會可接受性原則無害化原則最小風險原則生物、生態(tài)與工程技術相結合原則效益原則可持續(xù)發(fā)展原則美學原則景觀美學原則健康原則精神文化愉悅原則（2）生態(tài)恢復的機理 退化生態(tài)系統(tǒng)恢復和重建，實際上是依據(jù)生態(tài)學原理，通過一定的生物、生態(tài)以及工程的技術和方法，人為地改變和消除生態(tài)系統(tǒng)退化的主導因子或過程，調整、配置和優(yōu)化系統(tǒng)內部及其與外界的物質、能量和信息的流動過程及其時空秩序，使生態(tài)系統(tǒng)的結構、功能和生態(tài)學潛力成功地恢復乃至得以提高。 在退化生

14、態(tài)系統(tǒng)的恢復和重建過程中，首先是建立和完善生產者亞系統(tǒng)（主要指植被）。在恢復和重建生產亞系統(tǒng)同時或稍后，就應設計和建立消費者亞系統(tǒng)、分解者亞系統(tǒng)，進而要考慮小生境的多樣性，正是多樣性導致了群落的穩(wěn)定性 。（3）生態(tài)恢復的標準可持續(xù)性；不可入侵性；生產力；營養(yǎng)保持力；具有生物間的相互作用。 第三節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)恢復途徑 自然恢復 人工回復 案例 第三節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)恢復途徑 退化生態(tài)系統(tǒng)恢復的指標是多方面的，但最主要的是土壤肥力的恢復和物種多樣性的恢復。 受害生態(tài)系統(tǒng)的恢復可以遵循： 一 自然恢復 當生態(tài)系統(tǒng)受害是不超負荷，并且是可逆的情況下，壓力和干擾被移去后，恢復可在自然過程中發(fā)生。 如在中國科學院

15、海北高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)開放試驗站，對退化草場進行圍欄封育，幾年之后草場就得到了恢復。 二 人工回復 是生態(tài)系統(tǒng)的受害是超負荷的，并發(fā)生不可逆變化，只依靠自然過程并不能使系統(tǒng)恢復到初始狀，必須依靠人的幫助，必要時還須用非常特殊的方法，至少要使受害狀態(tài)得到控制。 例如在沙化和鹽堿化非常嚴重的地區(qū)，依靠自然演替恢復到原始狀態(tài)是不可能的。 我們可以引進適合當?shù)貧夂虻牟莘N、灌木等，進行人工種植，增加地面的植被覆蓋，在此基礎上再進行更進一步的改良。 劉慎諤教授(1986)總結出在沙地建立人工植被的幾條原則： (1) 研究和建立人工植被必須與自然植被的研究相結合，人工植被的建立必須符合自然規(guī)律； (2) 研究

16、和建立人工植被必須考慮結構，結構是植物生存競爭的結果，只有摸清了這一競爭規(guī)律(即相互作用關系)才能建立比較完善的人工植被； (3) 研究和建立人工植被要有明確的目標性； (4) 研究和建立人工植被要有明確的對象。 劉慎諤教授在總結治沙實踐時指出：自然演替是先有草后有灌木再有喬木，建立人工植被則只要有條件可以三者一起上，即“草 灌 喬三結合”，必要時可以同級代替以促進作為一種范式。 1 景觀背景和位置對濕地恢復是至關重要的景觀背景和位置對濕地恢復是至關重要的 2 自然棲息地是適合的參考體系自然棲息地是適合的參考體系 3 特殊水文特征對恢復生物多樣性和功能是至關重要的特殊水文特征對恢復生物多樣性和

17、功能是至關重要的 4 營養(yǎng)物的供應率影響生物多樣性的恢復營養(yǎng)物的供應率影響生物多樣性的恢復 5 特殊的干擾方法可以增加物種豐富度特殊的干擾方法可以增加物種豐富度 6 種子庫及其分布可能限制物種豐富度的恢復種子庫及其分布可能限制物種豐富度的恢復 7 生物多樣性恢復中應關注環(huán)境條件和生活史特征生物多樣性恢復中應關注環(huán)境條件和生活史特征 8 運用演替理論預測生態(tài)恢復運用演替理論預測生態(tài)恢復 9 基因型影響生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能基因型影響生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能 現(xiàn)有人提出“洪水經濟”的觀點：進行長江流域濕地的恢復和濕地生態(tài)工程的建立，充分利用長江水資源（甚至洪水資源）發(fā)展?jié)竦厣鷳B(tài)經濟；即在發(fā)揮濕地“腎功能

18、”的同時，充分利用濕地資源優(yōu)勢，科學地發(fā)展?jié)竦靥厣姆N植（茭、蓮、葦?shù)龋a和畜禽養(yǎng)殖及相關的加工產業(yè)，使長江的洪水資源優(yōu)勢變?yōu)楹樗洕鷥?yōu)勢，有利于長江流域的可持續(xù)發(fā)展。 2002年，萬州生態(tài)環(huán)境實驗站開展了坡耕地糧經果復合壟作模式試驗觀測、坡地植物籬農業(yè)技術模式構建試驗觀測以及優(yōu)質牧草種植試驗觀測；分別在萬州區(qū)長嶺鎮(zhèn)塘鋪村、開縣竹溪鎮(zhèn)示范推廣坡耕地糧經果復合壟作模式、坡地植物籬農業(yè)技術模式200畝，在萬州區(qū)龍寶、長嶺、長灘、谷雨、新田農場、開縣竹溪、涪陵農場等區(qū)域推廣皇竹草面積500畝，取得較好的示范推廣效益。 2002年，構建了糧經果復合壟作、糧經果復合平作、糧經平作三種種植模式進行試驗

19、觀測，糧經果品種為玉米、小麥、花生、大豆、胡豆和柚。觀測結果表明：糧經果復合壟作模式變坡耕地順坡平作為橫坡網格壟作，變單一農作為農林復合，對增厚坡耕地土壤活土層、增加土壤水庫容、提高土壤肥力、減緩旱情、減少水土流失、提高坡耕地農田生態(tài)系統(tǒng)的生產力具有較為明顯的效果。 美國路易斯安那海濱生態(tài)系統(tǒng)是一個高度美國路易斯安那海濱生態(tài)系統(tǒng)是一個高度動態(tài)的濕地，擁有動態(tài)的濕地，擁有134萬萬ha的面積。這個脆的面積。這個脆弱的系統(tǒng)正在以每年弱的系統(tǒng)正在以每年6592 km2的速度消的速度消失。這種消失嚴重地影響了濕地本來可以失。這種消失嚴重地影響了濕地本來可以提供的社會、經濟和生態(tài)效益。就自然服提供的社會

20、、經濟和生態(tài)效益。就自然服務、生物生產力和基礎設施投資而言，路務、生物生產力和基礎設施投資而言，路易斯安那海濱濕地的價值超過易斯安那海濱濕地的價值超過1000億美元。億美元。 目前正在實施一項綜合性的方法以恢復和阻止路易斯安那目前正在實施一項綜合性的方法以恢復和阻止路易斯安那州海岸濕地持續(xù)性的退化主要包括：州海岸濕地持續(xù)性的退化主要包括： （1）建立一個由綜合計劃部門支持的機構組織；）建立一個由綜合計劃部門支持的機構組織； （2）制定一個詳細的恢復策略；）制定一個詳細的恢復策略； （3）年度發(fā)展和實施計劃；）年度發(fā)展和實施計劃； （4）實施一項評價濕地恢復計劃有效性的綜合性監(jiān)控計劃。）實施一項

21、評價濕地恢復計劃有效性的綜合性監(jiān)控計劃。 CWPPRA計劃把保護和恢復自然濕地植被作為其主要目計劃把保護和恢復自然濕地植被作為其主要目標。當我們通過一系列的操作恢復了一個群落的結構和生標。當我們通過一系列的操作恢復了一個群落的結構和生境多樣性的時候，我們就認為這個生物群落已經被重建了。境多樣性的時候，我們就認為這個生物群落已經被重建了。 Bradsaw(1987)Bradsaw(1987)提出了判斷生態(tài)恢復的提出了判斷生態(tài)恢復的5 5個個標準：可持續(xù)性標準：可持續(xù)性( (可自然更新可自然更新) )、不可入侵性、不可入侵性、生產力、營養(yǎng)保持力和生物間相互作用。生產力、營養(yǎng)保持力和生物間相互作用。 Lamd(194) Lamd(194)提出恢復與否的指標體系應包提出恢復與否的指標體系應包括造林產量指標、生態(tài)指標和社會經濟指標，括造林產量指標、生