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1、恢复生态学恢复生态学恢复生态学恢复生态学Restoration EcologyRestoration EcologyRestoration EcologyRestoration Ecology第二章 退化生态系统的恢复赵天宏赵天宏第一节 退化生态系统的定义 及其形成原因一、退化生态系统定义一、退化生态系统定义n n退化生态系统退化生态系统是指生态系统在自然或人为是指生态系统在自然或人为干扰下形成的偏离自然状态的系统。干扰下形成的偏离自然状态的系统。n n与自然系统相比，一般地，退化的生态系统种类组成、群落或系统结构改变，生物多样性减少，生物生产力降低，土壤和微环境恶化，生物间相互关系改变。二、
2、退化生态系统的原因二、退化生态系统的原因 1、人为原因n n过度开发占 35，毁林占30，农业活动占28，过度收获薪材占7，生物工业占1。2、自然灾害n n外来种入侵（包括因人为引种后泛滥成灾的入侵）、火灾及水灾是最重要的因素。3、人为原因与自然灾害复合作用三、生态恢复的必要性三、生态恢复的必要性1、需要增加作物产量满足人类需求；2、人类活动已对地球的大气循环和能量流动产生了严重的影响；3、生物多样性依赖于人类保护和恢复生境；4、土地退化限制了国民经济的发展。第二节第二节 全球及中国退化生态系统的现状全球及中国退化生态系统的现状一、全球退化生态系统类型及其面积一、全球退化生态系统类型及其面积n
3、 n联合国环境署的调查表明（联合国环境署的调查表明（19951995），全球有），全球有 201020108 8 hmhm2 2 土地退化，其中：土地退化，其中：1 1、轻度退化的（农业生产力稍微下降，恢复潜力很、轻度退化的（农业生产力稍微下降，恢复潜力很大）占大）占37.5%37.5%；2 2、中度退化的（农业生产力下降更多，要通过一定、中度退化的（农业生产力下降更多，要通过一定的经济和技术投资才能恢复）占的经济和技术投资才能恢复）占45.5%45.5%；3 3、严重退化的（没有进行农业生产，要依靠国际援、严重退化的（没有进行农业生产，要依靠国际援助才能进行改良的）占助才能进行改良的）占15
4、.0%15.0%；4 4、极度退化的（不能进行农业生产和改良）占、极度退化的（不能进行农业生产和改良）占0.45%0.45%。二、中国退化生态系统类型及其面积二、中国退化生态系统类型及其面积（一）中国的农业自然资源特点（一）中国的农业自然资源特点1 1、地形多样，气候复杂，表现为东农西牧，南水北、地形多样，气候复杂，表现为东农西牧，南水北、地形多样，气候复杂，表现为东农西牧，南水北、地形多样，气候复杂，表现为东农西牧，南水北旱，山地平川农林互补，江河湖海散布环集。旱，山地平川农林互补，江河湖海散布环集。旱，山地平川农林互补，江河湖海散布环集。旱，山地平川农林互补，江河湖海散布环集。2 2、中国
5、各类资源人均值都低于世界平均水平、中国各类资源人均值都低于世界平均水平 。表表2-2-1 1 建国后中国人口及人均耕地面积建国后中国人口及人均耕地面积 表表2-2 2-2 中国六中国六大区域的人均资源占有量大区域的人均资源占有量3 3、目前我国主要靠扩大耕地面积，依靠自然恢复地、目前我国主要靠扩大耕地面积，依靠自然恢复地力，调节人地关系。力，调节人地关系。(二二)中国退化土地的面积中国退化土地的面积 表表2-3 1995年中国主要生态系统及其退化生态系统面积（年中国主要生态系统及其退化生态系统面积（hm2）生生态态系系统统类类型型总总面面积积（106）退化面退化面积积（106）比例比例（%）农
6、农田田1402820草地草地40013233林地林地165.231.225荒漠荒漠0.13-淡水水面淡水水面0.7430.24532废废弃弃矿矿地地2-三、中国的脆弱生态系统三、中国的脆弱生态系统(一一)脆弱生态系统定义脆弱生态系统定义脆弱生态系统定义脆弱生态系统定义n n脆弱生态系统就是抵抗外界干扰能力低、自身的脆弱生态系统就是抵抗外界干扰能力低、自身的脆弱生态系统就是抵抗外界干扰能力低、自身的脆弱生态系统就是抵抗外界干扰能力低、自身的稳定性差的生态系统。稳定性差的生态系统。稳定性差的生态系统。稳定性差的生态系统。具体理解为：具体理解为：一是指生态系统的正常功能被打乱，系统发生了不一是指生态
7、系统的正常功能被打乱，系统发生了不可逆变化，从而失去恢复能力的生态系统；可逆变化，从而失去恢复能力的生态系统；二是指当生态系统发生了变化，以至于影响当前或二是指当生态系统发生了变化，以至于影响当前或近期人类的生存和自然资源利用的生态系统；近期人类的生存和自然资源利用的生态系统；三是指当生态系统退化超过了在现有社会经济和技三是指当生态系统退化超过了在现有社会经济和技术水平下能长期维持目前人类利用和发展水平的术水平下能长期维持目前人类利用和发展水平的状况。状况。（二）脆弱生态系统形成原因（二）脆弱生态系统形成原因、自然因素l l包括地质脆弱因子、地貌脆弱因子、生物群体结构、气候脆弱因子和大风等，2
8、、人为因素l l包括过度垦殖土地、过度放牧、过度樵采、过度采药、长期不合理的灌溉、矿山开发、工农业污染等。（三）中国脆弱生态系统分布（三）中国脆弱生态系统分布 1 1、北方半干旱一半湿润区、北方半干旱一半湿润区n n土壤沙性重、风蚀沙化严重、水土流失严重、土壤盐渍化、土壤沙性重、风蚀沙化严重、水土流失严重、土壤盐渍化、自然灾害频繁；自然灾害频繁；2 2、西北干旱脆弱区、西北干旱脆弱区n n干旱缺水、风沙化严重、土壤盐碱化、山地植被稀少、草干旱缺水、风沙化严重、土壤盐碱化、山地植被稀少、草原严重退化；原严重退化；3 3、华北平原区、华北平原区n n冬春干旱、盐碱内涝严重、风沙和自然灾害频繁；冬春
9、干旱、盐碱内涝严重、风沙和自然灾害频繁；4 4、南方丘陵区、南方丘陵区n n水土流失较严重；水土流失较严重；5 5、西南石灰岩山地、西南石灰岩山地n n土层薄、肥力低、保水性能差；土层薄、肥力低、保水性能差；6 6、西南山地和青藏高原区、西南山地和青藏高原区n n缺水、气候差。缺水、气候差。第三节第三节 退化生态系统的恢复退化生态系统的恢复一、生态恢复的目标一、生态恢复的目标n n生态恢复的最本质问题是生态恢复的最本质问题是恢复生态系统的必要功恢复生态系统的必要功恢复生态系统的必要功恢复生态系统的必要功能并使之具系统自我维持能力。能并使之具系统自我维持能力。能并使之具系统自我维持能力。能并使之
10、具系统自我维持能力。（一）恢复退化生态系统的目标（一）恢复退化生态系统的目标（一）恢复退化生态系统的目标（一）恢复退化生态系统的目标（1 1）建立合理的内容组成；）建立合理的内容组成；（2 2）建立合理的结构；）建立合理的结构；（3 3）建立合理的格局；）建立合理的格局；（4 4）建立合理的异质性；）建立合理的异质性；（5 5）建立合理的功能。）建立合理的功能。（二）进行生态恢复工程的目标（二）进行生态恢复工程的目标 1、恢复诸如废弃矿地这样极度退化的生境；2、提高退化土地上的生产力；3、在被保护的景观内去除干扰以加强保护；4、对现有生态系统进行合理利用和保护，维持其服务功能；5、如果按短期与
11、长期目标分还可将上述目标分得更细。（三）恢复生态学的目标（三）恢复生态学的目标 1、保护自然的生态系统；2、恢复现有的退化生态系统，尤其是与人类关系密切的生态系统；3、对现有的生态系统进行合理管理，避免退化；4、保持区域文化的可持续发展；5、还包括保持生物多样性、景观整合性、保持良好的生态环境等目标。（四）退化生态系统的基本恢复目标（四）退化生态系统的基本恢复目标 1、实现生态系统的地表基底稳定性；2、恢复植被和土壤，保证一定的植被覆盖率和土壤肥力；3、增加种类组成和生物多样性；4、实现生物群落的恢复，提高生态系统的生产力和自我维持能力；5、减少或控制环境污染；6、增加视觉和美学享受。二、退化
12、生态系统恢复与重建的基本原则二、退化生态系统恢复与重建的基本原则 生态恢复与重建的原则一般包括自然法则、自然法则、社会经济技术原则、美学原则社会经济技术原则、美学原则3个方面个方面（图2-1）。n n自然法则自然法则是生态恢复与重建的基本原则；n n社会经济技术条件社会经济技术条件是生态恢复重建的后盾和支柱；n n美学原则美学原则是指退化生态系统的恢复重建应给人以美的享受。三、生态恢复的方法问题三、生态恢复的方法问题n n基本的恢复技术体系：1、非生物或环境要素（包括土壤、水体、大气）的恢复技术；2、生物因素（包括物种、种群和群落）的恢复技术；3、生态系统（包括结构与功能）的总体规划、设计与组
13、装技术。uu退化生态系统的一些常用或基本的技术如表2-4所示。四、退化生态系统恢复与重建的程序四、退化生态系统恢复与重建的程序（一）恢复的重要程序（一）恢复的重要程序1 1、确定恢复对象的时空范围；、确定恢复对象的时空范围；2 2、评价样点并鉴定导致生态系统退化的原因及过程；、评价样点并鉴定导致生态系统退化的原因及过程；3 3、找出控制和减缓退化的方法；、找出控制和减缓退化的方法；4 4、根据生态、社会、经济和文化条件决定恢复与重建的生、根据生态、社会、经济和文化条件决定恢复与重建的生态系统的结构、功能目标；态系统的结构、功能目标；5 5、制定易于测量的成功标准；、制定易于测量的成功标准；6
14、6、发展在大尺度情况下完成有关目标的实践技术并推广；、发展在大尺度情况下完成有关目标的实践技术并推广；7 7、恢复实践；、恢复实践；8 8、与土地规划、管理策略部门交流有关理论和方法；、与土地规划、管理策略部门交流有关理论和方法；9 9、监测恢复中的关键变量与过程，并根据出现的新情况作、监测恢复中的关键变量与过程，并根据出现的新情况作出适当的调整出适当的调整 。（二）具体操作步骤（二）具体操作步骤1 1、接受恢复项目；、接受恢复项目；2 2、明确被恢复对象、确定系统边界；、明确被恢复对象、确定系统边界；3 3、生态系统退化的诊断；、生态系统退化的诊断；4 4、退化生态系统的健康评估；、退化生态
15、系统的健康评估；5 5、结合恢复目标和原则进行决策；、结合恢复目标和原则进行决策；6 6、生态恢复与重建的实地试验、示范与推广；、生态恢复与重建的实地试验、示范与推广；7 7、生态恢复与重建过程中的调整与改进；、生态恢复与重建过程中的调整与改进；8 8、生态恢复与重建的后续监测、预测与评价。、生态恢复与重建的后续监测、预测与评价。五、退化生态系统恢复的机理五、退化生态系统恢复的机理n n恢复生态学中占主导的思想是通过排除干扰、加恢复生态学中占主导的思想是通过排除干扰、加速生物组分的变化和启动演替过程使退化的生态速生物组分的变化和启动演替过程使退化的生态系统恢复到某种理想的状态。系统恢复到某种理
16、想的状态。n nHobbsHobbs和和 MooneyMooney指出，退化生态系统恢复的可能指出，退化生态系统恢复的可能发展方向包括：退化前状态、持续退化、保持原发展方向包括：退化前状态、持续退化、保持原状、恢复到一定状态后退化、恢复到介于退化与状、恢复到一定状态后退化、恢复到介于退化与人们可接受状态间的替代的状态或恢复到理想状人们可接受状态间的替代的状态或恢复到理想状态态 。n n也有人指出退化生态系统并不总是沿着一个方向也有人指出退化生态系统并不总是沿着一个方向恢复，也可能是在几个方向间进行转换并达到复恢复，也可能是在几个方向间进行转换并达到复合稳定状态（合稳定状态（metastable
17、statesmetastablestates）。）。n nHobbstHobbst Norton Norton提出了一个临界阈值理论提出了一个临界阈值理论 。六、恢复成功的标准六、恢复成功的标准n n通常将恢复后的生态系统与未受干扰的生态系统进行比较，通常将恢复后的生态系统与未受干扰的生态系统进行比较，其内容包括关键种的多度及表现、重要生态过程的再建立其内容包括关键种的多度及表现、重要生态过程的再建立以及非生物特征的恢复。以及非生物特征的恢复。n n国际恢复生态学会建议比较恢复系统与参照系统的生物多国际恢复生态学会建议比较恢复系统与参照系统的生物多样性、群落结构、生态系统功能、干扰体系、以及非
18、生物样性、群落结构、生态系统功能、干扰体系、以及非生物的生态服务功能。的生态服务功能。n n有人提出使用生态系统有人提出使用生态系统2323个重要的特征来帮助量化整个生个重要的特征来帮助量化整个生态系统随时间在结构、组成及功能复杂性方面的变化。态系统随时间在结构、组成及功能复杂性方面的变化。n nBradsawBradsaw提出可用如下五个标准判断生态恢复：一是可持提出可用如下五个标准判断生态恢复：一是可持续性；二是不可入侵性；三是生产力；四是营养保持力；续性；二是不可入侵性；三是生产力；四是营养保持力；五是具生物间相互作用。五是具生物间相互作用。n nCareherCareher和和Knap
19、pKnapp提出采用记分卡的方法评价恢复度。提出采用记分卡的方法评价恢复度。n nCostanzaCostanza等在评价生态系统健康状况时提出了一些指标等在评价生态系统健康状况时提出了一些指标（如活力、组织、恢复力等）用于生态系统恢复评估。（如活力、组织、恢复力等）用于生态系统恢复评估。七、生态恢复的时间七、生态恢复的时间DailyDaily通过计算退化生态系统潜在的直接实用价值通过计算退化生态系统潜在的直接实用价值（potential direct instrumental valuepotential direct instrumental value）后认为，）后认为，n n火山爆发后
20、的土壤要恢复成具生产力的土地需要火山爆发后的土壤要恢复成具生产力的土地需要3 3 00000012 00012 000年；年；n n湿热区耕作转换后其恢复要湿热区耕作转换后其恢复要2020年左右（年左右（5 54040年间）年间）；n n弃耕农地的恢复要弃耕农地的恢复要4040年；年；n n弃牧的草地要弃牧的草地要4 48 8年；年；n n改良退化的土地需要改良退化的土地需要5 5100100年。年。他还提出轻度退化生态系统的恢复要310年，中度的1020年，严重的50100年，极度的200多年。八、生物多样性在生态恢复中的作用八、生物多样性在生态恢复中的作用n n恢复生态学的目标是要用本地种
21、，排除外来种恢复生态学的目标是要用本地种，排除外来种恢复生态学的目标是要用本地种，排除外来种恢复生态学的目标是要用本地种，排除外来种 。n n恢复恢复乡土种的生物多样性包括乡土种的生物多样性包括乡土种的生物多样性包括乡土种的生物多样性包括：1 1、在、在遗传遗传层次上考虑那些温度适应型、土壤适应型层次上考虑那些温度适应型、土壤适应型和抗干扰适应型的品种；和抗干扰适应型的品种；2 2、在、在物种物种层次上，根据退化程度选择不同光合类型层次上，根据退化程度选择不同光合类型的植物种类并合理搭配，同时考虑物种与生境的的植物种类并合理搭配，同时考虑物种与生境的复杂关系；复杂关系；3 3、在、在生态系统生
22、态系统水平层次上，尽可能恢复生态系统的水平层次上，尽可能恢复生态系统的结构和功能。结构和功能。表表表表2-1 2-1 建国后中国人口及人均耕地面积建国后中国人口及人均耕地面积建国后中国人口及人均耕地面积建国后中国人口及人均耕地面积 年份年份人口（人口（亿亿人）人）人均耕地面人均耕地面积积（hm2/人）人）19495.40.2019596.20.1819809.870.111990110.091998120.07表表表表2-2 2-2 中国六大区域的人均资源占有量中国六大区域的人均资源占有量中国六大区域的人均资源占有量中国六大区域的人均资源占有量项项目目平均平均东东北北华华北北西北西北中部中部华华南南长长江区江区土地面土地面积积/hm20.920.850.675.730.280.450.69耕地耕地/hm20.140.220.180.250.110.090.13草地面草地面积积/hm20.250.060.242.090.030.050.13林地面林地面积积/hm20.110.270.070.190.070.120.11水面水面/m2260316806147783198340853729人口密度人口密度/人人/km210911814917332225147图图图图2-12-1表表表表2-42-4