人類對自然生態(tài)系統(tǒng)的干擾與生態(tài)恢復(fù)

關(guān)于人類對自然生態(tài)系統(tǒng)的干擾與生態(tài)恢復(fù)第一節(jié)干擾與干擾生態(tài)學(xué)第2頁,共62頁，2024年2月25日，星期天一、干擾及其定義1．干擾的定義（1）“顯著地改變系統(tǒng)正常格局的事件”Forman和Godron（1986）（2）“一個對個體或個體群產(chǎn)生的不連續(xù)的、間斷的斬殺、位移或損害”Sousa(1984)（3）“景觀基本表現(xiàn)單元的突然變化，并通過種群反映的明顯改變而表述出來”。Bazzaz（4）“相對來說非連續(xù)的事件，它破壞生態(tài)系統(tǒng)、群落或種群的結(jié)構(gòu)，改變資源、養(yǎng)分的有效性或者改變物理環(huán)境?！?/p>

Pickett和White（1985）第3頁,共62頁，2024年2月25日，星期天從生態(tài)因子角度考慮，干擾的定義是：群落外部不連續(xù)存在、間斷發(fā)生的因子的突然作用或連續(xù)存在因子超“正?！狈秶牟▌樱@種作用或波動能引起有機體、種群或群落發(fā)生全部或部分明顯變化，使其結(jié)構(gòu)和功能受到損害或發(fā)生改變。干擾的定義第4頁,共62頁，2024年2月25日，星期天2．干擾的特性及干擾體干擾體干擾的強度、作用頻率、范圍等特性在某一時間過程的總和被稱為干擾體。(1)干擾范圍指干擾體作用的空間范圍的分布特點，它常與地理、地形和環(huán)境梯度有關(guān)系。(2)頻率和周期指同一空間范圍或同一組織水平內(nèi)，單位時間某一干擾發(fā)生的次數(shù)。其倒數(shù)稱為干擾周期，即某一干擾兩次發(fā)生的時間間隔。第5頁,共62頁，2024年2月25日，星期天(3)干擾強度干擾發(fā)生時，干擾因素所表達(dá)出的能力值。由于干擾因素的差異，這一特性的定量分析要視具體干擾類型來確定強度衡量的具體單位。時間尺度指干擾發(fā)生的具體時刻及其時間跨度，不同時間的干擾作用，會產(chǎn)生不同的干擾效果。第6頁,共62頁，2024年2月25日，星期天干擾狀況常用的概念及其含義（一）分布頻度重發(fā)間隔周轉(zhuǎn)期限預(yù)測性空間分布，包括與地理的、地形的、環(huán)境的以及群落梯度的關(guān)系。一個時間段內(nèi)事件發(fā)生的平均次數(shù)。頻度的倒數(shù)，兩次擾動間的平均值。將整個研究區(qū)域擾動一遍所需的平均時間。重發(fā)間隔方差的反函數(shù)。第7頁,共62頁，2024年2月25日，星期天干擾狀況常用的概念及其含義（二）面積或大小強度值嚴(yán)重程度協(xié)同效應(yīng)被擾動的面積。通常以有效面積的百分?jǐn)?shù)給出。每次每單位面積上該事件的物理力。對有機體、群落或生態(tài)系統(tǒng)的影響。其他擾動對該事件的效應(yīng)。第8頁,共62頁，2024年2月25日，星期天3．干擾的類型不可抗拒的自然力的干擾作用，包括大氣干擾、地質(zhì)干擾和生物干擾等。區(qū)別于自然干擾的另一種主要干擾方式，是由于人類生產(chǎn)、生活和其他社會活動形成的干擾體對自然環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)施加的各種影響。自然干擾人為干擾人為干擾從傷害強度、作用范圍、持續(xù)時間、發(fā)生頻率、潛在危害、誘發(fā)性等都高于自然干擾。（1）按干擾動因劃分為自然干擾和人為干擾第9頁,共62頁，2024年2月25日，星期天（2）按干擾來源劃分為內(nèi)源干擾和外源干擾外源干擾的動因源于系統(tǒng)外部，它的影響與生態(tài)系統(tǒng)自身特點有關(guān)，干擾作用的利害也是多方面的。指由內(nèi)源因子對系統(tǒng)發(fā)生的作用。如森林生態(tài)系統(tǒng)中，內(nèi)源干擾主要包括樹木的傾倒、機械摩擦、種間競爭和生物相克作用等。內(nèi)源干擾外源干擾第10頁,共62頁，2024年2月25日，星期天（3）按干擾性質(zhì)劃分為破壞性干擾和增益性干擾適度干擾可增加生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性，而生物多樣性的增加往往又有益于生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的提高。破壞性干擾增益性干擾多數(shù)自然干擾和人為干擾會導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)正常結(jié)構(gòu)的破壞、生態(tài)平衡的失調(diào)和生態(tài)功能的退化，有時侯甚至是毀滅的，如各種地質(zhì)、氣候災(zāi)害、森林的砍伐和長期的過度放牧等掠奪式經(jīng)營。第11頁,共62頁，2024年2月25日，星期天二、人為干擾的主要形式人為干擾具有廣泛性、多變性、潛在性、協(xié)同性、累積和放大性等特征和性質(zhì)1．對森林和對草原植被的砍伐與開墾第12頁,共62頁，2024年2月25日，星期天2．污染第13頁,共62頁，2024年2月25日，星期天3．采集第14頁,共62頁，2024年2月25日，星期天4．采樵第15頁,共62頁，2024年2月25日，星期天5．狩獵和捕撈第16頁,共62頁，2024年2月25日，星期天三、干擾的生態(tài)學(xué)意義1．干擾有利于促進(jìn)系統(tǒng)的演化2．干擾是維持生態(tài)系統(tǒng)平衡和穩(wěn)定的因子干擾往往始于系統(tǒng)的局部，其作用是影響生態(tài)系統(tǒng)的時空異質(zhì)性。環(huán)境異質(zhì)性可增加物種的多樣性，有利于系統(tǒng)的自然演化規(guī)律。經(jīng)常處于變化環(huán)境中的物種要比穩(wěn)定環(huán)境中生存的物種更可能忍受環(huán)境壓力。不穩(wěn)定生物群落常常具有較強的恢復(fù)力。第17頁,共62頁，2024年2月25日，星期天3．干擾能調(diào)節(jié)生態(tài)關(guān)系干擾對生物群落中生物間各種生態(tài)關(guān)系的影響極其復(fù)雜的，也是多方面的。干擾斑塊內(nèi)種群遺傳學(xué)上表現(xiàn)出差異，但這種差異與干擾發(fā)生的概率、種間相互作用的機制、作用結(jié)果的變化程度等存在的關(guān)系尚未弄清。第18頁,共62頁，2024年2月25日，星期天四、干擾生態(tài)學(xué)及學(xué)科任務(wù)干擾生態(tài)學(xué)學(xué)科任務(wù)主要是：

一方面通過對干擾類型、方式、強度、頻率、時間等特性的研究，揭示不同干擾對生物個體、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)方式、機制及其退化的影響原因。 另一方面是對干擾的性質(zhì)及發(fā)展趨勢做出科學(xué)預(yù)測，為受損生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)、重建和科學(xué)管理提供理論依據(jù)。第19頁,共62頁，2024年2月25日，星期天研究特定生態(tài)系統(tǒng)干擾因子類型、干擾狀況和干擾體系，即干擾因子及其存在規(guī)律和發(fā)生行為。研究生物個體對干擾的適應(yīng)行為及其機制。研究生態(tài)系統(tǒng)各組分對干擾的反映。研究干擾與生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)化。研究干擾的生態(tài)學(xué)意義在生態(tài)管理中的應(yīng)用。干擾生態(tài)學(xué)的基本研究內(nèi)容可概括為：第20頁,共62頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)退化生態(tài)系統(tǒng)的類型及其成因第21頁,共62頁，2024年2月25日，星期天一、退化生態(tài)系統(tǒng)的定義及成因在一定的時空背景下，生態(tài)系統(tǒng)受自然因素、人為因素或二者共同干擾下，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(jìn)化方向相反的位移。（一）退化生態(tài)系統(tǒng)的定義：

包括自然干擾和人為干擾。人為干擾疊加在自然干擾之上，共同加速生態(tài)系統(tǒng)的退化。（二）生態(tài)系統(tǒng)退化的原因：第22頁,共62頁，2024年2月25日，星期天自然干擾使生態(tài)系統(tǒng)返回到生態(tài)演替的早期狀態(tài)。但火山爆發(fā)、洪水等劇變或突變會導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的徹底毀壞。人為干擾可直接或間接地加速、減緩和改變生態(tài)系統(tǒng)退化的方向與過程。某些干擾對生態(tài)系統(tǒng)或環(huán)境會形成靜態(tài)或動態(tài)壓力。可直接破壞或毀滅環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)中的某些組分，造成系統(tǒng)資源短缺和某些生態(tài)學(xué)過程或生態(tài)鏈的斷裂，導(dǎo)致整個生態(tài)系統(tǒng)的崩潰。干擾的類型、強度和頻度決定著生態(tài)系統(tǒng)退化的方向與程度。（三）生態(tài)系統(tǒng)退化的機理：第23頁,共62頁，2024年2月25日，星期天二、退化生態(tài)系統(tǒng)的類型裸地或稱為光板地，其成因通常是極端的環(huán)境條件。可分為原生裸地和次生裸地。1．裸地第24頁,共62頁，2024年2月25日，星期天森林采伐跡地是人為干擾形成的退化類型，其退化狀態(tài)隨采伐強度和頻度而異。2．森林采伐跡地第25頁,共62頁，2024年2月25日，星期天棄耕地是人類原始農(nóng)耕方式而造成的一種退化類型。3．棄耕地第26頁,共62頁，2024年2月25日，星期天沙漠是指一些干旱地區(qū)，由于人為干擾所出現(xiàn)的沙漠化或原沙漠化區(qū)向非沙漠區(qū)的推進(jìn)?；哪侵冈诟珊?、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(chǎn)力衰退或喪失而形成荒漠或類似荒漠的過程。4．沙漠及荒漠化第27頁,共62頁，2024年2月25日，星期天采礦廢棄地是指因采礦活動被破壞、不經(jīng)治理而無法使用的土地。5．采礦廢棄地第28頁,共62頁，2024年2月25日，星期天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。6．垃圾堆放場第29頁,共62頁，2024年2月25日，星期天主要是來自未經(jīng)處理的生活和工業(yè)污水，直接排放到自然水域中的人為干擾。7．污染的水域第30頁,共62頁，2024年2月25日，星期天三、退化生態(tài)系統(tǒng)的特征較強因子干擾常使原有植物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化。1．種類組成變化2．結(jié)構(gòu)變化3．生物生產(chǎn)力的變化退化生態(tài)系統(tǒng)中的植物物種組成常有很大變化。這種變化貫穿于群落演替的全過程。受損生態(tài)系統(tǒng)物種組成和群落結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致能流與物流的改變。生物生產(chǎn)力下降。第31頁,共62頁，2024年2月25日，星期天5．生物之間生態(tài)關(guān)系的變化4．土壤和小環(huán)境的變化最本質(zhì)和最深刻的變化是生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部生物之間生態(tài)關(guān)系的變動，包括動物與動物，動物與植物，植物與植物以及與微生物之間的關(guān)系。植被的變化影響是多方面的，而最直接和最主要的就是對土壤和小環(huán)境的作用和改變。第32頁,共62頁，2024年2月25日，星期天四、中國退化生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀我國退化生態(tài)系統(tǒng)占國土總面積的比例較大。中國地處中緯度地區(qū)，南北跨緯度49度，東西跨經(jīng)度62度，地形多樣，氣候復(fù)雜，從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和資源的角度看，表現(xiàn)為東部適農(nóng)西部宜牧，南方水豐北方干旱，山地平川農(nóng)林互補。中國各類資源的人均值低于世界平均水平，人均土地面積為世界1／3，森林資源為1／6，草地資源為1／3，耕地資源為1／3。我國是全世界人均資源缺乏的國家之一。第33頁,共62頁，2024年2月25日，星期天生態(tài)系統(tǒng)類型總面積/106hm2

退化面積/106hm2

比例/%農(nóng)田140 2820草地400 13233林地165.2 31.225荒漠0.130 ——淡水0.743 0.24532廢棄礦地2 ——1995年中國退化的主要生態(tài)系統(tǒng)類型及其面積第34頁,共62頁，2024年2月25日，星期天五、中國脆弱生態(tài)系統(tǒng)脆弱生態(tài)系統(tǒng)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)。有三種內(nèi)涵：其一：脆弱生態(tài)系統(tǒng)的正常功能一旦被打亂，常發(fā)生不可逆變化而失去恢復(fù)的能力；其二：生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生的變化常常是深刻和全面的；其三：生態(tài)系統(tǒng)退化后的恢復(fù)是比較困難的。第35頁,共62頁，2024年2月25日，星期天我國生態(tài)系統(tǒng)分布范圍廣、面積較大。據(jù)趙躍龍（1999）統(tǒng)計，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：西南山地和青藏高原區(qū)北方半干旱一半濕潤區(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山地第36頁,共62頁，2024年2月25日，星期天北方半干旱一半濕潤區(qū)（如黃土高原，其土壤風(fēng)蝕沙化嚴(yán)重、水土流失嚴(yán)重、土壤鹽漬化、自然災(zāi)害頻繁）第37頁,共62頁，2024年2月25日，星期天西北干旱脆弱區(qū)（如新疆等，干旱缺水、風(fēng)沙化嚴(yán)重、土壤鹽堿化、山地植被稀少、草原嚴(yán)重退化）第38頁,共62頁，2024年2月25日，星期天華北平原區(qū)（如河北，冬春干旱、鹽堿內(nèi)澇嚴(yán)重、風(fēng)沙和自然災(zāi)害頻繁）第39頁,共62頁，2024年2月25日，星期天南方丘陵區(qū)（如湖南等，水土流失較嚴(yán)重）第40頁,共62頁，2024年2月25日，星期天西南石灰?guī)r山地（如泉州，土層薄、肥力低、保水性能差）第41頁,共62頁，2024年2月25日，星期天西南山地和青藏高原區(qū)（如西藏等，極端的氣候條件）第42頁,共62頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)恢復(fù)生態(tài)學(xué)及其基本理論第43頁,共62頁，2024年2月25日，星期天一、恢復(fù)生態(tài)學(xué)1．恢復(fù)生態(tài)學(xué)的學(xué)科任務(wù)及與其他學(xué)科的關(guān)系致力于研究自然災(zāi)變和人類活動壓力條件下，受到破壞的自然生態(tài)景觀的恢復(fù)和重建問題。學(xué)科任務(wù)第44頁,共62頁，2024年2月25日，星期天生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能以及生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)在的生態(tài)學(xué)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(chǎn)力、恢復(fù)力與可持續(xù)性研究；先鋒群落與頂極群落的發(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(yīng)機制研究；生態(tài)系統(tǒng)退化診斷及其評價指標(biāo)體系研究；生態(tài)系統(tǒng)退化過程的動態(tài)監(jiān)測、模擬、預(yù)警及預(yù)測研究。研究內(nèi)容第45頁,共62頁，2024年2月25日，星期天可以包括在不可能或不需要再現(xiàn)原貌的情況下營造一個不完全雷同于過去的甚至是全新的自然生態(tài)系統(tǒng)?；謴?fù)重建恢復(fù)生態(tài)學(xué)可概括為生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和重建：指原貌或原先功能的再現(xiàn)。第46頁,共62頁，2024年2月25日，星期天退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建的關(guān)鍵技術(shù)體系研究；生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的優(yōu)化配置及其調(diào)控技術(shù)研究；物種與生物多樣性的恢復(fù)與維持技術(shù)；生態(tài)工程設(shè)計與實施技術(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)化模式試驗示范與推廣研究。應(yīng)用技術(shù)研究的內(nèi)容主要包括：第47頁,共62頁，2024年2月25日，星期天生態(tài)遺傳學(xué)、種群生態(tài)學(xué)、群落生態(tài)學(xué)、生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)等。相關(guān)學(xué)科生態(tài)學(xué)內(nèi)的分支：生態(tài)學(xué)相關(guān)學(xué)科：地理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、土壤學(xué)、環(huán)境化學(xué)、工程學(xué)，經(jīng)濟學(xué)。第48頁,共62頁，2024年2月25日，星期天2．恢復(fù)生態(tài)學(xué)的研究進(jìn)展1996年在北京召開的生態(tài)恢復(fù)國際會議主題之一就是“退化生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)恢復(fù)”1985年，Aber和Jordan首次提出了“恢復(fù)生態(tài)學(xué)”這個科學(xué)概念后，恢復(fù)生態(tài)學(xué)的研究得到了迅速的發(fā)展，國際社會及各國都相繼開展了有關(guān)恢復(fù)生態(tài)學(xué)的研究。1996年在美國召開了恢復(fù)生態(tài)學(xué)國際會議，標(biāo)志著恢復(fù)生態(tài)學(xué)的研究和實踐已步入了新的階段。第49頁,共62頁，2024年2月25日，星期天（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)濟和社會因素，但對時間、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，對生態(tài)系統(tǒng)退化程度和干擾因子很難概括出一些易測定、又能反映實質(zhì)的具體指標(biāo)；制約學(xué)科發(fā)展的重要理論和實踐問題（一）第50頁,共62頁，2024年2月25日，星期天（4）生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和群落的自然演替是一個動態(tài)的過程，在研究實踐中，對兩者的區(qū)分常常很困難；（5）生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的時間需要進(jìn)行可重復(fù)的和長期的試驗及觀測，短時間尺度的研究不能準(zhǔn)確回答這個問題；（6）生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的機理還不清楚，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。制約學(xué)科發(fā)展的重要理論和實踐問題（二）第51頁,共62頁，2024年2月25日，星期天研究生態(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)過程與機理的科學(xué)。余作岳等（1996）3．恢復(fù)生態(tài)學(xué)中涉及的幾個重要概念生態(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)修補更新再植重建改良第52頁,共62頁，2024年2月25日，星期天改進(jìn)修補更新再植指對原有的受損系統(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?。即恢?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?。?3頁,共62頁，2024年2月25日，星期天二、恢復(fù)生態(tài)學(xué)的基本理論1．自我與人為設(shè)計理論只要有足夠的時間，退化生態(tài)系統(tǒng)將根據(jù)環(huán)境條件合理地實現(xiàn)自組織并會最終改變其組分。自我設(shè)計理論人為設(shè)計理論通過工程方法和植物重建，直接恢復(fù)退化生態(tài)系統(tǒng)，恢復(fù)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(fù)的重要因子，認(rèn)為通過調(diào)整物種生活史的方法可加快植被恢復(fù)。第54頁,共62頁，2024年2月25日，星期天綴塊—廊道—基底理論2．生態(tài)學(xué)理論限制性因子原理熱力學(xué)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第55頁,共62頁，2024年2月25日，星期天3．生態(tài)恢復(fù)理論（1）生態(tài)恢復(fù)的原則生態(tài)恢復(fù)與重建的原則自然法則社會經(jīng)濟技術(shù)原則美學(xué)原則地理學(xué)原則生態(tài)學(xué)原則系統(tǒng)學(xué)原則第56頁,共62頁，2024年2月25日，星期天①地域性原則

生態(tài)學(xué)原則，主要是生態(tài)演替、食物鏈（網(wǎng)）、生態(tài)位原則等。

不同區(qū)域具有不同的生態(tài)環(huán)境背景，如氣候條件、地貌和水文條件等地域的差異性