退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復與重建

§7退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復與重建

－恢復生態(tài)學§7－1退化生態(tài)系統(tǒng)§7－2恢復生態(tài)學§7－3退化生態(tài)生系統(tǒng)的恢復§7－1退化生態(tài)系統(tǒng)一、退化生態(tài)系統(tǒng)的概念及其診斷特征二、退化生態(tài)系統(tǒng)形成的原因三、退化生態(tài)系統(tǒng)的分布狀況§7－1退化生態(tài)系統(tǒng)一、退化生態(tài)系統(tǒng)的定義及其診斷特征1.退化生態(tài)系統(tǒng)的概念

退化生態(tài)系統(tǒng)(degradedecosystem)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(zhì)變，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(displacement)?；蛘哒f，退化生態(tài)系統(tǒng)是指在自然或人為干擾下形成的偏離自然狀態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)。2.退化生態(tài)系統(tǒng)的診斷特征生態(tài)系統(tǒng)特征退化生態(tài)系統(tǒng)成熟生態(tài)系統(tǒng)總生產(chǎn)量/總呼吸量<1=1生物量/單位能流值低高食物鏈直線狀、簡化網(wǎng)狀、以碎食鏈為主生態(tài)聯(lián)系單一復雜礦質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)開放或封閉封閉敏感性和脆弱性高低抗逆力弱強信息量低高熵值高低多樣性(物種、基因、生境和生化物質(zhì)等)低高景觀異質(zhì)性低高§7－1退化生態(tài)系統(tǒng)一、退化生態(tài)系統(tǒng)的定義及其診斷特征§7－1退化生態(tài)系統(tǒng)一、退化生態(tài)系統(tǒng)的定義及其診斷特征2.退化生態(tài)系統(tǒng)的診斷特征

在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面物種多樣性、生化物質(zhì)多樣性、結(jié)構(gòu)多樣性和空間異質(zhì)性低在能量學方面生產(chǎn)量低、系統(tǒng)儲存的能量低、食物鏈多為直線狀在物質(zhì)循環(huán)方面總有機質(zhì)存儲少、礦質(zhì)元素較為開放、無機營養(yǎng)物質(zhì)多儲存于生物庫中在穩(wěn)定性方面生態(tài)學聯(lián)系和生態(tài)學過程簡化、對外界干擾顯得較為脆弱和敏感，系統(tǒng)的抗逆能力和自我恢恢能力低§7－1退化生態(tài)系統(tǒng)二、退化生態(tài)系統(tǒng)形成的原因

自然干擾人為干擾疊加與加速生態(tài)系統(tǒng)退化的過程強度持續(xù)時間規(guī)模人類活動對生態(tài)系統(tǒng)造成退化的排序(Daily，1995)

過度開發(fā)(含直接破壞和環(huán)境污染)占35%

毀林占30%

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動占28%

收獲薪材占7%

生產(chǎn)工業(yè)占1%環(huán)境污染會影響生態(tài)系統(tǒng)各個層次的結(jié)構(gòu)、功能和動態(tài)，進而導致生態(tài)系統(tǒng)退化(曲格平，1984)環(huán)境污染對生物多樣性的影響基本觀點一是由于生物對突然發(fā)生的污染在適應(yīng)上可能存在很大的局限性，故生物多樣性會喪失。二是污染會改變生物原有的進化和適應(yīng)模式，生物多樣性可能會向著污染主導條件下發(fā)展，從而偏離其自然或常規(guī)軌道。影響層次遺傳層次上：污染會導致生物的抵抗與適應(yīng)，最終導致遺傳多樣性減少。在種群水平上：由于污染導致生境不再適宜定居或遷入，導致亞種群消失或抵抗力弱的物種會消失。在生態(tài)系統(tǒng)層次上：影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和動態(tài)嚴重污染→趨同性→無生物區(qū)一般污染→改變結(jié)構(gòu)→功能的改變重金屬或有機毒物→食物鏈→影響人類§7－1退化生態(tài)系統(tǒng)三、退化生態(tài)系統(tǒng)分布狀況1.全球退化生態(tài)系統(tǒng)類型與面積調(diào)查表明(Daily，1995)：土地退化面積：20×108hm2(占植被分布區(qū)17%)

輕度退化：7.5×108hm2

中度退化:9.1×108hm2

嚴重退化：3.0×108hm2

極度退化：0.09×108hm2

全球荒漠化：36×108hm2(占干旱面積70%)

輕度退化：12.23×108hm2

中度退化：12.67×108hm2

嚴重退化：10×108hm2

極度退化：0.72×108hm2

全球：50×108hm2

(43%的陸地植被的生態(tài)服務(wù)功能受損)§7－1退化生態(tài)系統(tǒng)三、退化生態(tài)系統(tǒng)分布狀況2.中國退化生態(tài)系統(tǒng)類型與面積生態(tài)系統(tǒng)類型總面積/106hm2退化面積/106hm2比例/%農(nóng)田草地林地荒漠淡水水面廢棄礦地140400165.20.1300.74322813231.2-0.245-203325-32-1995年中國退化的主要生態(tài)系統(tǒng)類型及其面積§7－1退化生態(tài)系統(tǒng)三、退化生態(tài)系統(tǒng)分布狀況3.中國脆弱生態(tài)系統(tǒng)

脆弱生態(tài)系統(tǒng)定義是指自身穩(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)有三種內(nèi)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，它不僅影響當前或近期人類的社會生產(chǎn)、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(chǎn)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)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的?！?－1退化生態(tài)系統(tǒng)三、退化生態(tài)系統(tǒng)分布狀況3.中國脆弱生態(tài)系統(tǒng)

脆弱生態(tài)系統(tǒng)的分布半干旱半濕潤區(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山地區(qū)西南山地和青藏高原區(qū)脆弱生態(tài)系統(tǒng)總面積達194萬km2，約占國土面積的20%§7－2恢復生態(tài)學一、生態(tài)恢復和恢復生態(tài)學的相關(guān)概念二、恢復生態(tài)學理論三、恢復生態(tài)學研究與發(fā)展概況§7－2恢復生態(tài)學一、生態(tài)恢復和恢復生態(tài)學的相關(guān)概念

生態(tài)恢復和恢復生態(tài)學的定義生態(tài)恢復是使一個生態(tài)系統(tǒng)恢復到較接近其受干擾前的狀態(tài)。

(Cairns，1995；Jordan，1995；Egan，1996)

生態(tài)恢復是幫助研究生態(tài)整合性的恢復和管理過程的科學，生態(tài)整合性包括生物多樣性、生態(tài)過程和結(jié)構(gòu)、區(qū)域及歷史情況、可持續(xù)的社會實踐等廣泛的范圍。(SocietyforEcologicalRestoration，1995)

恢復生態(tài)學是研究生態(tài)系統(tǒng)退化的原因、退化生態(tài)系統(tǒng)恢復與重建技術(shù)與方法、生態(tài)學過程與機理的科學。(余作岳等，1996)

與生態(tài)恢復和恢復生態(tài)學的相關(guān)概念

重建（rehabilitation）、改良（reclamation）、改進（enhancemen）、修補（remedy）、更新（renewal）、再植（revegetation）§7－2恢復生態(tài)學二、恢復生態(tài)學的理論

自我設(shè)計與人為設(shè)計理論自我設(shè)計理論認為，只要有足夠的時間，隨著時間推移，退化生態(tài)系統(tǒng)將根據(jù)環(huán)境條件合理地實現(xiàn)自我組織并會最終改變其組分；(生態(tài)恢復→生態(tài)系統(tǒng)層次上)人為設(shè)計理論則認為，通過工程方法和植物重建，可直接恢復退化生態(tài)系統(tǒng)，但恢復的類型可能是多樣的。這一理論把物種的生活史作為植被恢復的重要因子，并認為通過調(diào)整物種生活史的方法可加快植被的恢復。(生態(tài)恢復→個體與種群層次上)

生態(tài)學理論

限制性因子原理、熱力學定律、種群密度制約及分布格局原理、生態(tài)適應(yīng)性理論、生態(tài)位原理、演替理論、植物入侵理論、生物多樣性原理論以及綴塊—廓道—基底理論等?！?－2恢復生態(tài)學三、恢復生態(tài)學研究與發(fā)展概況Leopold(1935)最早開展實驗研究

20世紀50～90年代是大發(fā)展時期：進行了大量在實踐、理論研究與探討國際生態(tài)學會成立各國均有有關(guān)恢復生態(tài)學的期刊與大量的論’文、因特網(wǎng)站等在理論與實踐的前列歐洲(偏重于礦地恢復)和北美(則偏重于水體與林地)

在實踐的前列還有澳洲(心草原管理為主)和中國(強調(diào)農(nóng)業(yè)綜合利用)§7－3退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復一、生態(tài)恢復的目標二、退化生態(tài)系統(tǒng)恢復與重建的基本原則三、生態(tài)恢復的方法四、退化生態(tài)系統(tǒng)恢復與重建的程序五、退化生態(tài)系統(tǒng)恢復的機理六、恢復成功的標準七、生態(tài)恢復的時間八、生物多樣性在生態(tài)恢復中的作用九、生態(tài)恢復實例§7－3退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復一、生態(tài)恢復的目標恢復退化生態(tài)系統(tǒng)目標(HobbsandNorton,1996)

建立合理的內(nèi)容組成

(種內(nèi)豐富度及多度)

結(jié)構(gòu)

(植被和土壤的垂直結(jié)構(gòu))

格局

(水平配置)

異質(zhì)性

(各組分由多少個變量組成)

功能

(水、能量和物質(zhì)等基本生態(tài)過程的表現(xiàn))基本要求保持地基穩(wěn)定性恢復植被與土壤增加種類組成和生物多樣性實現(xiàn)自我維持能力減少或控制人為干擾增加視覺和美學享受§7－3退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復二、退化生態(tài)系統(tǒng)恢復與重建的基本原則基本原則后盾與支持以美的享受§7－3退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復三、生態(tài)恢復的方法§7－3退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復四、退化生態(tài)系統(tǒng)恢復與重建的程序接受恢復項目明確被恢復的對象與邊界生態(tài)系統(tǒng)退化的診斷退化生態(tài)系統(tǒng)健康評估結(jié)合恢復目標和原則進行決策實地實驗、示范與推廣過程調(diào)整與改進后續(xù)監(jiān)測與評價§7－3退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復五、退化生態(tài)系統(tǒng)恢復的機理未退化部分退化部分退化極度退化大量投入退化生態(tài)系統(tǒng)恢復的可能發(fā)展方向(Hobbs&Mooney,1993)§7－3退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復五、退化生態(tài)系統(tǒng)恢復的機理§7－3退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復五、退化生態(tài)系統(tǒng)恢復的機理排除干擾、加速生物組分的變化和啟動或加速順向演替的過程§7－3退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復五、退化生態(tài)系統(tǒng)恢復的機理§7－3退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復五、退化生態(tài)系統(tǒng)恢復的機理§7－3退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復五、退化生態(tài)系統(tǒng)恢復的機理§7－3退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復六、恢復成功的標準SER建議:

比較恢復了的生態(tài)系統(tǒng)與參照生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性、群落結(jié)構(gòu)、生態(tài)系統(tǒng)功能、干擾體系、以及生物的生態(tài)服務(wù)功能。

Bradsaw(1987)提出：可持續(xù)性（可自然更新）不可入侵性（像自然群落一樣能抵制入侵）生產(chǎn)力（與自然群落一樣高）營養(yǎng)保持力

CareherandKnapp(1995)提出采用記分卡的方法評價恢復度：假設(shè)生態(tài)系統(tǒng)有五個重要參數(shù)(如種類、空間層次、生產(chǎn)力、傳粉或播種、種子產(chǎn)量或種子庫的時空動態(tài))，每一個參數(shù)都有一個波動幅度，比較這些參數(shù)是否已達到正常波動范例或與該范圍還有多大差距。§7－3退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復七、生態(tài)恢復的時間Daiky(1995)通過計算潛在的直接實用價值:

輕度退化→3～5年中度退化→10～20年嚴重退化→50～100年極度退化→200多年余作岳等通過試驗和模擬(1996)：熱帶地區(qū)，極度退化(無A層土壤，缺乏種源)不能自然恢復人工啟動條件下，恢復到森林生態(tài)系統(tǒng)→40年恢復生物量→100年恢復土壤肥力及大部分功能→140年§7－3退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復八、生物多樣性在生態(tài)恢復中的作用

生態(tài)恢復計劃恢復鄉(xiāng)土種的生物多樣性在遺傳層次上:濕度、土壤等的生態(tài)適宜性在種群層次上:陽、中、陰生型合理搭配、種的生物學特性、種群動態(tài)變化特征等在生態(tài)系統(tǒng)層次:結(jié)構(gòu)和功能(動物、植物和微生物的聯(lián)系)

項目實施生物控制(撫育和管理、病蟲害控制等)

建立共生關(guān)系和物種替代問題

評估過程

與