《第九章生态系统的调控!课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第九章生态系统的调控!课件.ppt（96页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第八章 生态系统的调控第一节 生态系统的自我调节 及稳态机制第二节 生态平衡及人工调控Regulation of ecosystem本章提要 概念与术语稳态（homeostasis）反馈（Feed Back)生态阈值多元重复补偿直接调控(Direct Regulation)间接调控(Indirect Regulation)生态平衡（Ecological Balance)生态重建（Ecological Reconstruction)Ecological Reconstruction)基本内容本章首先讨论了生态系统的稳定性问题和自我调控机制，在此基础上论述了生态系统的发展观和对生态系统的保护。保持
2、生态系统的生态平衡和良性发展是人类研究生态系统和生态学的重要目的之一，因此本章将重点讨论生态平衡及其人工调控问题，并分别介绍与此相关的生态平衡失调的各种因素、生态重建、恢复生态学、生态系统人工调控的主要途径等内容，并专门介绍作为生态系统人工调控的主要方法之一的生态系统优化设计的方法步骤。重要问题1.生态系统的调控机制特点2.生态平衡与调控3.生态平衡失调的标志与保护4.生态系统的重建第一节 生态系统的自我 调节及稳态机制生态系统的稳定性和反馈控制生态系统的自我调控生态系统不同层次的稳态机制一、生态系统的稳定性和反馈控制（一）生态系统稳定性的基本涵义生态系统无论是自然的还是人工的，都存在着系统与
3、环境之间的物质和能量的交换，因此生态系统是一种动态的开放系统生态系统在与环境因素之间进行物质能量的交换过程中，也会不断受到外界环境的干扰和负影响一切生态系统对于环境的干扰所带来的影响和破坏都有一种自我调节、自我修复和自我延续的能力森林适当采伐草原合理放牧海洋适当捕捞通过系统的自我修复能力保持木材、饲草和鱼虾产量的相对稳定生态系统这种抵抗变化和保持平衡状态的倾向称为生态系统的稳定性或“稳态”(homeostasis)生态系统的稳定性抗变稳定性（Resistant Stability）指的是生态系统抵抗干扰和保护自身的结构和功能不受损伤的能力弹性稳定性（Resilient Stability）指的
4、是生态系统被干扰、破坏后恢复的能力这两者是相互独立的，存在相反的关系，同一个生态系统一般不易同时发生这两类稳定性具有高抵抗力稳定性的生态系统，其恢复力的稳定性是低的，反之亦然森林生态系统具有较高的抵抗外来干扰能力，遭受严重破坏后，长期难以恢复，其恢复稳定性能力低水生生态系统的生物量通常缺乏长期储存的营养物质和能量，对环境扰动的抵抗力低下，但恢复能力很高，自净功能使系统相当快地得到恢复生态系统功能恢复力指标恢复力指标抵抗力指标抵抗力指标时时 间间正常作用范围正常作用范围扰动扰动抵抗力稳定性和恢复力稳定性的关系（二）影响生态系统稳定性的因素生态系统通过一系列的反馈作用，对外界的干扰进行内部结构与功
5、能的调整，以维持系统的稳定性。对于每一个特定的自然群落和生态系统，其稳定性取决于一系列因素群落自身特点（进化史的长短、物种数目及其相互作用的热症和强度群落受到干扰的状况（干扰的性质、大小、持续时间）估计稳定性的指标（抵抗力、恢复力）生物多样性是保持生态系统稳定性的重要条件生物多样性越高，食物网越复杂，生态系统抵抗外界干扰能力越强食物网越简单，生态系统越容易发生波动和受到破坏生态系统稳定性与下列5个因素有关1、生物的种类与成分生物种类多，各生物种群生态位越分化，食物链越复杂，系统的自我调节能力就越强马尾松林中，松毛虫常会产生爆发性危害荒漠生态系统脆弱的原因是生物种类少，食物链单纯针阔叶混交林，单
6、一的有害种群不可能大发生，因多树种混交，害虫天敌种类和数量增多，限制该种害虫的扩展和蔓延2.能流、物流途径的复杂程度 与能量和物质的贮备能流、物流途径的复杂程度与生物种类成分多少密切相关生物种类多，食物网络复杂，能流、物流的途径也复杂，而每一物种的相对重要性就小，生态系统就比较稳定当一部分能流、物流途径的功能发生障碍时，可被其他部分所代替或补偿生态系统生物现存量越大，能量和营养物质的贮备就越多，系统的自我调节能力就越强3.生物的遗传性和变异性物种越多，遗传基因库越丰富，生物对改变了的和环境也越容易适应在一个生态系统中，生物总是由最适应该生态环境的种类所组成自然界生物种内和种间的竞争，从中选优汰
7、劣，使优良个体和种群得以生存和发展，不断推动生物的进化4.功能完整性及功能组分冗余生态系统内生物成分与非生物成分之间的能量流动和物质循环，具有反馈调节作用环境媒介中某种元素的含量发生波动，生物可通过吸收、转化、降解、释放等反馈调节，使生产率、周转率、库存量都相应地得到调整，使输入量与输出量之间的比例达到新的协调5.信息的传递与调节信息的传递与调节是指生态系统中的生物可以通过化学的、物理的、行为的等多种信息的传递形式，把生物与环境、生物种间和种内的相互关系密切联系起来，构成一个统一体。通过代谢产物可以调节（促进或抑制）本物种或另一物种的种群数量生态系统越成熟，生物种类越多样化，信息传递和调节能力
8、也越强，生态系统也越稳定（三）生态系统稳定性的阈值生态系统稳定性有一定的作用范围，超出范围，稳定性就受影响。在范围以内，系统本身的调节作用能校正自然和人类所引起的干扰和不稳定现象。生态系统可以忍受一定程度的外界压力，并通过自我调控机制而恢复其相对平衡，超出此限度，生态系统的自我调控机制就降低或消失，这种相对平衡就遭到破坏甚至使系统崩溃，这个限度就称为“生态阈值（Ecological Threshold）”。生态阈值的大小决定于生态系统的成熟性，系统越成熟，阈值越高系统结构越简单、功能效率不高，对外界压力的反应越敏感，抵御剧烈生态变化的能力较脆弱，阈值就越低不同的生态系统在其进化的不同阶段有多种
9、不同的阈值，了解这些阈值，才能合理调控、利用保护生态系统（四）反馈控制生态系统是一个具有稳态机制的自动控制系统,它的稳定性是通过系统的反馈来实现的.当生态系统中某一成分发生变化时，必然会引起其他成分出现一系列的相应变化，这些变化最终又反过来影响起初发生变化的那个成分，这个过程称为反馈（Feedback）。反馈通常分为正反馈和负反馈反馈环反馈环系统系统环境环境输入输入 输出输出正反馈 是指使系统输出的变动在原方向上被加速的反馈。负反馈 是指系统输出的变动在原方向上减速的反馈。二、生态系统的自我调控生态系统越成熟，信息的沟通越丰富，控制系统特有的和谐、协调、稳定等特点也表现得更为明显。自我调控表现
10、在4个方面（一）自我调控机制程序调控动物从卵开始发育、成熟、死亡过程，昆虫的顺序变态过程基本由基因所预编的程序所控制生物群落的演替也表现出程控特点随动调控像雷达跟踪飞机一样，鹰靠视觉跟踪能抓到奔跑的小兔蝙蝠靠超声波听觉能捕捉到飞行的昆虫向日葵的花随太阳转动植物根系伸向肥水集中部位最优调控蜜蜂建成六角型蜂巢的几何形状已被数学上证明是最省材料的鱼类的流线形结构是减少流体阻力的最优结构鸟类中空的骨骼既省材料又有很理想的结构强度自然顶极群落通过多层结构和循环机制，对能量和营养物的利用率也达到了很高的水平稳态调控自然界有一种在发展过程中趋于稳定，在干扰中维持稳定，偏移后恢复原态的能力稳态受到多种机制的调
11、控，从基因、酶、细胞器、组织到个体、种群、群落和生态系统各个层次中都有丰富的表现形式（二）自然生态系统的稳态调控机制组织层次与稳态自然生态系统总是由有垂直分离特性的层次构成，大系统套小系统，小系统套更小系统在同一层次内，系统又由相互联系，但彼此相对独立的组分构成，形成系统的水平分离特征森森林林乔木乔木灌木灌木垂直分离和水平分离的层次结构有利于大系统的生存、进化和稳定一般来说，含K个组分的复杂大系统若能组成S个稳定的亚系统，通过自然选择发展为一定结构水平所需的时间与KS成正比。因此，组分数目（K）一定时，随着稳定亚系统数目（S）的增加，所需时间缩短。由于层次的存在，当低层次受干扰时，高层次仍能正
12、常发挥作用当某一组分受到干扰时，另一组分仍可运行。这些都有利于系统稳态的维持结构上的组分功能冗余与稳态自然生态系统中功能组分冗余（redundancy of functional components）是很常见的一株植物有许多叶片，一片叶有多层叶绿细胞，一个叶绿细胞有多个叶绿体植物的种子和动物的排卵数大大超过环境可能容纳的下一代数目同一种植物常被众多的食草动物所消费这类功能组分的冗余使得生态系统在遇到干扰之后，能维持正常的能量和物质转换功能。这类稳态机制使得自然界很少出现“商品滞销”或“停工待料”现象。反馈关系与稳态无论是系统输出成分被回送，重新成为同一系统的输入成分，或是系统的输出信息被回送
13、，成为同一系统输入的控制信息，都称反馈。正反馈是使系统系统输出的变动在原变动方向上被加速的反馈。正反馈种群增长模式dN/dt=r N在内禀增长率（r）一定的条件下，种群数量（N）的增加结果反过来又成为种群数量增加的原因正反馈使种群数量迅速增加,远离原来的水平生物个体发育初期细胞增长有正反馈现象，r对策生物占据新生境时个体的增长也利用了正反馈作用种群数种群数NNdNdNdtdt=r=r NN种群增长的正反馈机制种群增长的正反馈机制种群增长的正反馈结果种群增长的正反馈结果时间 时间t t种 种群 群数 数N N正反馈增长 正反馈增长负反馈是指使系统输出的变动在原方向减速或逆转的结果负反馈种群增长模
14、式dN/dt=r（1 N/K）在内禀增长率（r）一定的条件下，种群数量（N）的增加结果使得种群数量增加减速负反馈机制使种群数量稳定在平衡点水平(K)在自然生态系统中，生物常利用正反馈机制来迅速接近“目标”如生命延续、生态位占据等，而负反馈则被用来使系统在“目标”附近获得必要的稳定种群数种群数NNdNdNdtdt=r=r(1-(1-种群增长的负反馈机制种群增长的负反馈机制N NK K)K K时间 时间t t种 种群 群数 数N N种群增长的负反馈结果种群增长的负反馈结果种群增长的Logistic模型综合了正反馈和负反馈过程，种群增长模式dN/dt=r N(1 N/K)在种群数量（N）低的情况下正
15、反馈起主要作用，随着种群数量的增长，负反馈（-r2/K）起的作用越来越大，这样种群能迅速而又稳定地接近环境容纳量（K）dN dNdt dt=r N=r N正反馈 正反馈dN dNdt dt=-r=-rN N2 2K K负反馈 负反馈+种群数种群数NN种群种群LogisticLogistic增长的反馈机制增长的反馈机制种群种群LogisticLogistic增长结果增长结果K K在自然生态系统中长期的反馈联系促进了生物的协同进化，产生了诸如致病力抗病性、大型凶猛的进攻型小型灵活的防御型等相关性状。这些结构形式表现出来的长期反馈效应对自然生态系统形成一种受控的稳态有很大作用。反馈作用还能使系统的抗
16、干扰能力、应变能力大大增强。三、生态系统不同层次的稳态机制（一）个体水平的生态适应机制通过生理与遗传的变化适应环境，通过适应，形成生活型、生态型、亚种以致新种，使物种多样性和遗传基因的异质性得到加强，提高环境资源利用效率生物还具有不同程度的再生、愈合和补偿能力低等动物受伤后，器官有再生能力，如蚯蚓、海星等高等植物受伤之后有很强的愈合能力（二）种群水平的反馈调节机制种群数量动态的平衡是指种群的数量常围绕某一定值作小范围的波动，它是与种群Logistic模型联系在一起的种群开始增长缓慢，然后加快，但不久之后，由于环境阻力增加，速度逐渐降低，直至达到容纳量K的水平并维持下去种群密度达到一定程度后，往
17、往导致增殖率和个体生长率下降动物通过生殖能力和行为变化可协调种群密度和资源的关系密度较低时，白唇鹿雌鹿怀孕达93%，且23%是单胎、60%是双胎、7%是三胎密度较高时，白唇鹿雌鹿怀孕为78%，且81%是单胎、18%是双胎蝗虫、旅鼠在密度过高时还会发生大规模迁移作物群体对资源利用的稳定性因个体器官的相对生长变化和功能互补关系得到加强水稻群体插植密度很大时，通过分蘖成穗数和穗粒数的调节使产量相对稳定小麦播种量不同，但产量相差较少，主要是通过分蘖、成穗率等进行调节（三）群落水平的种间关系机制生物种间通过相互作用，调节彼此间的种群数量和对比关系，同时又受到共同的最大环境容纳量的制约虫媒花植物和传粉昆虫
18、可以相互促进，而虫媒植物的繁衍又有利于加强与植物有关的食物链群落内，物种混居，必然出现以食物、空间等资源为核心的种间关系，逐步形成有利、有害，或无利无害的相互作用多个物种在一起相生相克，保持系统稳定（四）系统水平的自组织机制系统论认为系统存在的空间总是有限的，开放系统必然存在有外环境，系统与环境之间的相互作用是经常的，环境对系统的干扰是随机的。开放系统要保持其功能的稳定性，系统必须具备对环境适应能力和自我调节能力。在系统水平上，复杂的种群关系、生态位分化、严格的食物链量比关系等，都对系统稳态有积极作用当系统内组分较多而且彼此功能协调时，系统的自我调控能力较强，稳定性较大复杂的乔、灌、草、针阔叶
19、林中，鸟类多，可控制害虫危害小麦多品种配套轮换种植可避免病菌生理小种发生致病性突变农林牧、农牧渔结合的综合性农业，不但具有较高的物质、能量和价值转换效率，而且各业可在良性循环中稳定增长第二节 生态平衡及其人工调控生态平衡生态平衡失调生态重建与恢复生态学生态系统的人工调控一、生态平衡（一）生态平衡的含义生态平衡（ecological balance）一词是美国学者W.福格特在1949年出版的生存之路一书中正式提出来的。是指自然环境没有遭受人类严重干扰的天然状态通称为“生态平衡”。所以又有人称为“自然界的平衡（balance of nature）”直到目前为止，生态学的各种理论体系中还没有对“生态
20、平衡”作一个比较统一的论述和界定，各种看法的分歧较多。系统结构的优化与稳定性能流和物流收支平衡自我修复和自我调节功能的保持综合国内外各种观点，给出如下解释：生态平衡是指在一定的时间和相对稳定的条件下，生态系统内各部分（生物、环境和人）的结构和功能均处于相互适应与协调的动态平衡，生态平衡是生态系统的一种良好状态。生态平衡的三个基本要素衡量生态系统是否处于生态平衡具体内容时空结构上的有序性空间有序性指结构有规则地排列组合，小至生物个体的各器官的排列井然有序，大至宏观生物圈内各级生态系统的排列，以及生态系统内各种成分的排列都是有序的时间有序性指生命过程和生态系统演替发展的阶段性，功能的延续性和节奏性
21、能流、物流的收支平衡指系统既不能入不敷出，造成系统亏空，又不应入多出少，导致污染和浪费系统自我修复、自我调节功能的保持抗逆、抗干扰、缓冲能力强生态平衡状态是生物与环境高度相互适应、环境质量良好，整个系统处于协调和统一的状态。（二）生态平衡的表现形式生态平衡的表现形式为相对静止稳态动态稳态“非平衡”稳态相对静止稳态生产者、消费者之间的数量比例适当，物质和能量的输入与输出量大致平衡在顶极群落内，生物种类最多,个体数量最大,生物总生产量达到极限，并趋于稳定，由于总生产量的大部分甚至全部，用于维持本身的能量消耗，因而净生产力微小动态稳态生物个体数量上（动物种群及多年生植物种群）会出现围绕环境容纳量上下
22、波动，由于生产者、消费者各自的数量在变化，系统内能量流动也会不断变化随着消费者大量减少或增加，生产者数量也会相对增加或减少当生态环境恶化或改善，引起生产者或消费者的量增加或减少变化在阈值以内，系统会通过自我调节处于稳态，超出阈值即超过自我调节能力，系统稳态消失即生态平衡被破坏“非平衡”稳态从物质输出和输入关系看，两者不仅不相等，甚至不围绕一个饱和量上下波动，而是输入大于输出，积累大于消费农业生态系统一方面有光、热、水、气及无机元素的自然输入，另一方面有种子、化肥、农药、机具等物质的人工输入，所有这些输入被有序组合正是这种高输入、低消耗，使系统始终远离平衡态，又始终处于稳定状态，即通过人为高输入
23、来维持一种偏离自然平衡的“非平衡”稳态农业生态系统只有实现物能高输入及生物新陈代谢的低消耗（净生产量高），才能实现经济产量的高输出，才有较高经济效益生态平衡是相对的、整体的动态平衡，这是因为生态系统时刻在运动和发展之中，是运动着的平衡状态，犹如一条河流，水位平衡却没有停止流动生态平衡的系统，是处于相对稳定的状态，作为开放的系统，物质和能量的输入输出，始终在正常进行之中局部、小范围的破坏或扰动可通过系统调控机制进行调节和补偿，局部的变动或不平衡不影响整体的平衡，这和相对的动态平衡是一致的。二、生态平衡失调生态系统是一个反馈系统，具有自我调节的机能。但是，这种机能是有一定限度的。在确定的限度内即不
24、超过系统的生态阈值和容量前提下，它可以忍受一定的外界压力，当压力解除后，它能逐步恢复到原有的水平如外界压力无节制的超过生态阈值和容量时，它的自我调节能力便会降低，甚至消失，最后导致生态系统衰退或崩溃，即“生态平衡失调”或“生态平衡破坏”作用于生态系统的外部压力可以从2个方面来干扰破坏生态平衡损坏生态系统的结构，导致系统的功能降低引起生态系统的功能衰退，导致系统的结构解体造成生态平衡失调的原因是多方面的，归纳起来可以从2个方面加以阐述自然因素造成的生态平衡失调人为因素造成的生态平衡失调（一）自然因素造成的生态平衡失调生态系统内部的原因物质循环和能量转化过程不仅可使可溶态养分积聚在土壤表层，而且还
25、把部分能量以有机质的形态贮存于土壤中，从而不断改造土壤环境，而改造后的环境为生物群落的演替准备了条件物质和能量在表土中的积累，其本质就是对原平衡的破坏生物群落的演替可以是正向演替，也可以是逆向演替、退化演替生态系统外部的原因火山、台风、地震、海啸、暴风雨、洪水、泥石流、大气环流变迁等，可能造成局部或大区域的环境系统或生物系统的破坏或毁灭，导致生态系统的破坏或崩溃自然灾害是偶发性的或者短暂的，灾后经过较长时期的繁衍生息，还可以恢复到破坏前的状态自然灾害持续时间长，自然环境恶劣，则可能造成生态系统的彻底毁灭，甚至是不可逆转（沙漠、荒漠）（二）人为因素造成的生态平衡失调人与自然策略的不一致自然生态系
26、统在长期的进化中，不断积累能量以消除增加的熵，来维持系统自身的平衡和稳定，这种最大限度的保护策略却经不住人类“最大限度的获取”的冲击，超过了它们的生态阈值，最终导致系统崩溃滥用资源人类最大限度地生产的策略自然会导致掠夺性地开发和经营，使得各种宝贵资源加速耗竭。对资源的滥用。使得地球各类生态系统潜伏着危机经济与生态分离人类向大自然索取任何东西都是理所当然的，自然界的服务不表现价值，许多破坏珍贵自然资源的行为长期以来直至今天仍屡禁不止（野生动植物资源滥捕、滥采）掠夺性行为投入少、产出高，走私、偷猎者们获得极高的经济效益，但整个社会却为他们承受长远的经济和生态后果大自然不但是人类的宝库，还是垃圾场，
27、许多工厂排放污物，使自然界和整个社会成为容纳污染物的免费车间以获取经济效益成本外摊三、生态重建与恢复生态学（一）退化生态系统 正常的生态系统处于一种动态平衡中，生物群落与自然环境在其平衡点作一定范围的波动。但是生态系统的结构和功能也可能在自然干扰和人为干扰的作用下发生位移（displacement)，位移的结果打破了原有生态系统的平衡，使系统固有的功能遭到破坏或丧失，稳定性和生产力降低，抗逆能力减弱，这样的生态系统被称为退化生态系统（degraded ecosystem)或受害生态系统（damaged ecosystem）退化生态系统的表现在4个方面系统结构方面物种多样性、遗传多样性、结构多样
28、性和空间异质性降低系统组成不稳定，一些物种丧失或优势种、建群种的优势度降低在能量方面能量生产量低，系统储存的能量低能量交换水平下降，食物链缩短，多呈直线状，而不同于正常的环形循环物质循环方面总有机质存储少，生产者亚系统的物质积累降低矿质元素较为开放，无机营养物质多储存于环境库中，而较少地储存于生物库中稳定性方面由于退化生态系统的组成和结构单一，生态联系和生态学过程简化退化生态系统对外界干扰显得较为敏感，系统的抗逆能力和自我恢复能力较低，系统变得脆弱生态系统退化是自然和人为双重影响而形成的退化的驱动力土壤生物大气之间的相互作用侵蚀、火烧、垦荒、放牧、毁林等人为破坏任何生态系统其退化如果是生态因子
29、（土壤、水分等）引起的退化，则要恢复到原来状态很难。因而，判定一个地区生态退化的程度需要从植物层、土壤层进行综合分析（大环境不变或微变的情况下）。生态系统结构的改变一般先从其功能退化开始。自然过程中如不给予人为过度干扰，其退化速度相对有较长的期限，并且时段非常明显，有一定的梯度分布规律，而达到某个时期之后，如果生态因子（气候、土壤、水分等）不继续恶化，就会有一个相当长的稳定时期。草地生态退化初始退化是草地第一性生产力的降低 植株变矮、盖度减少、生物量下降，这种退化是轻度的继续退化 杂草增多，优势种群被其它植物替代，甚至草地类型发生变化 草原演替为荒漠化草原，这种退化是中度的随着草地类型的改变，
30、其生草土壤理化性状逐渐发生变化，土壤变得干旱、贫薄，这种退化已达到重度继续下去可能发生生草土层被侵蚀，土壤A层消失，石质化、沙质化、砾质化或盐碱化发生，这时土地的生产力基本丧失，是退化的极点，极重度退化生态退化过程（二）恢复生态学恢复生态学（restoration ecology）是研究生态系统退化的原因，退化生态系统恢复与重建的技术和方法及其生态学过程和机理的学科恢复生态学的研究对象是那些在自然灾变和人类活动压力下受到破坏的自然生态系统应用的是生态学的基本原理，尤其是生态系统演替理论恢复生态学这个术语最初由美国学者Aber和Jordan于1985年提出的，当时并没有给予确切的学科定义，主要强
31、调的是恢复和生态管理技术概念因为恢复过程是人工设计的，且恢复过程是综合的，因而也称之为“合成生态”（synthetic ecology）恢复生态学不同于传统应用生态学之处在于，它不是从单一的物种层次和种群层次，而是从群落，更准确地说从生态系统层次考虑和解决问题恢复生态学有3个特点具有充分的自然生态系统背景生态恢复是在生态系统受到破坏或损害的基础上进行的，对导致生态系统破坏的主要和次要因素较清楚，对生态系统退化的全过程较了解，对设计的恢复措施有预定的科学依据，对生态系统恢复中的环境、生物参数可进行有效的监测和控制由于采取了人为附加措施，从而使受损或遭到破坏的生态系统的演替过程比自然过程的时间大大
32、缩短，同时具有目标生态系统的可选择性和所谓“顶极”群落多种选择的目标性恢复生态学可在较短时间内和恰当的空间尺度上认识自然生态系统内在的变化机制，建立生态系统演替的定量化指标自然因素的作用及生态系统的响应机制人为因素对生态系统的作用过程与机制生物群落与生态系统演替机制恢复生态学的研究内容恢复生态学在生物群落层次上的研究内容土壤恢复中微生物的重要性及其作用植物群落演替的内在机理物种个体竞争、共生作用及其相互作用机制生物生态位理论及其在生态恢复工作中的运用动物群落种群、行为生态学及其在生态恢复中作用，物种的多样性及濒危动物的保护恢复生态学在生态系统层面上的研究是最主要的方面，有13个研究内容生态系统
33、的结构、功能以及生态系统内在的生态学过程与相互作用机制生态系统稳定性、多样性、抗逆性、生产力、恢复力与可持续性先锋与顶极生态系统发生、发展机理与演替规律不同干扰条件下生态系统的受损过程及其响应机制生态系统退化的景观诊断及其评价指标体系生态系统退化过程的动态监测、模拟、预警及预测生态系统健康退化生态系统恢复与重建的关键技术生态系统结构与功能的优化配置与重建及其关键技术物种与生物多样性的恢复与维持生态工程设计与实施技术环境规划与景观生态规划技术典型退化生态系统恢复的优化模式试验示范与推广（三）生态恢复与重建“恢复”是一个概括性的术语，包含改建（rehabilitation）、重建（reconstr
34、uction）、改造（reclamation）、再植（revegetation）一般泛指改良和重建退化的自然生态系统，使其重新有益于利用，并恢复其生物学潜力，也称生态恢复生态恢复最关键的是系统功能的恢复和合理结构的构建在人类的参与下，一些生态系统不仅可以加速恢复，而且还可得以改建和重建由于目标差异，“恢复”与“重建”是有区别的恢复是指生态系统原貌或其原先功能的再现重建指在不可能或不需要再现生态系统原貌的情况下营造一个不完全雷同过去的甚至是全新的生态系统生态恢复是生态系统退化的逆转过程，但在这个过程中不是靠纯粹的自然恢复，还需要加入一定的人为手段，因而最终恢复的不仅仅是自然生态系统，还有许多是人
35、工建立的新的生态系统。生态恢复的一般过程：本底调查区域自然、社会经济条件综合分析恢复目标的制定恢复规划恢复技术体系组配生态恢复实施生态管理生态系统的综合利用自然社会经济复合系统的形成生态重建主要有2种途径试图重新建造真正的过去的生态系统，尤其是那些遭到人类改变或滥用而毁灭或变样的生态系统，即意味着对原来系统结构与种类组成重新建造，其重要价值在于维持当地重要的基因库对于那些由于人类活动已全然毁灭的复合系统的多样性的生境代之以次生的系统，生态重建的目的是要建立一个符合人类经济需要的系统四、生态系统的人工调控人类利用生态工程的方法对生态系统进行人工调控，对提高系统的生产力，满足人类日益增长的需要，起
36、着巨大的作用。但人工调控必须按照生态学原理来进行，才能既可以满足目前需要，又可促进生态系统的良性发展。（一）生物调控生物调控是通过对生物个体及种群的生理及遗传特性进行调节，以增加生物对环境的适应性及提高生物对环境资源的转化效率。生物个体调控调控主要方式是选种和育种调控的目的是使目标生物更适应当地环境特点，更适合群体和系统的要求，更能满足人类的愿望选、育种的目标一般是该品种对环境的适应性、丰产性和抗逆性的选择生物群体调控调控的目的是调节个体与个体之间，种群与种群之间的关系具体措施密度调节（作物播种密度、牲畜放养密度和性别比例、鱼类捕捞强度等）季节搭配调节（耕作制度、后备畜种贮留更新等）群体种类组
37、成调节（作物套种、立体种植、动物混养、混交林营造等）生物调控最有效的手段是生物技术，20世纪50年代以来，生物基因工程技术的发展，越来越快，预计21世纪生物基因工程将会继续迅速发展但是人们又十分担心生物基因工程技术的发展对环境带来潜在的不良影响，许多专家认为生物基因工程技术产品可能给环境、人类健康、治理道德带来危机20世纪80年代后期出现了“生物安全”专门名词，并列入1992年联合国环境与发展大会的生物多样性公约近年来生物基因工程技术又有了重大突破，“克隆”技术获得成功，但也使生物安全问题更加突出转基因技术创造的是自然资源本来并不存在的生物体，这些生物体对自然生态系统本身就是一个外来种外来种的
38、引入有可能对整个生态系统造成破坏而带来巨大的损失转基因生物对自然植物群落的影响可能产生严重后果插入Bt基因的杂草，会由于食草动物难以食用迅速繁衍，而稀有植物则可能消亡可能引起昆虫群落的衰落或迁徒，导致虫害更为普遍，使生态系统功能失调转基因生物可能使农业作物、动物品种更加单一（二）环境调控环境调控是指为了增加生物种群的产量而采取的一种改造生态环境的措施。改良土壤环境物理方法（犁、翻、耙、造畦、修梯田、排灌）化学方法（施化肥、土壤结构改良剂、消化抑制剂）生物方法（施有机肥、绿肥、草田轮作）气候因子调控植树造林、营造防护林带、建风障薄膜覆盖、土面增温剂、温室人工降雨、人工防雹、人工防霜水因子调控 水
39、库、水渠等排灌技术土壤耕作技术现代灌溉技术化学制剂保水技术随着现代科学技术发展起来的，用于园艺生产的水培、砂培和木糖栽培，以及人工控制、湿、光、气的人工温室，则是更彻底的环境控制。有利物种的引进和有害物种的控制，也是对生物环境的调控。（三）系统结构调控生态系统结构调控是利用综合技术与管理措施，协调不同种群的关系，合理组装，建成新的复合群体，使系统各组成成分间的结构与功能更加协调，系统的能量流动、物质循环更趣合理。在充分利用和保护资源的基础上，获得最高的系统生产力，发挥最大的综合效益。结构调控的3个方面 确定系统组成在能流、物流、信息流上的最优联系方式 确定系统组成在数量上的最优比例线性规划求得
40、农林牧用地最佳比例确定系统组合时空上的最优联系方式因地制宜、合理布局农林牧生产按生态位原理进行立体组合按时空三维结构对农业进行多层配置物质、能量的多级利用生物之间的相生相克配置（四）系统的输入输出调控除了直接干预生态系统的组分及结构外，系统外部环境及社会经济状况也对生态系统产生影响输入调控（输入的辅助能和物质的种类、数量、时间和投入结构的比例等）输出调控（系统贮备能力、输出计划、产品加工、输出数量和形式等）。同时，控制非目标性输出（防止径流、渗漏、水土流失等）（五）生态系统的优化调控随着系统论、信息论、控制论的发展和计算机应用的普及，系统分析和模拟（system analysis and st
41、imulation）已逐渐应用到生态系统的设计与优化之中，使人类对生态系统的调控由经验转向定量化、最佳化到目前为止，生态系统的设计与规划还没有一个完全固定的步骤，但从大量的研究和工作实践，可以归纳出生态系统规划与设计的一般步骤生态系统规划与设计的一般步骤自然资源和社会经济状况的调查与评价建立定量规划模型对各种方案进行动态模拟对各方案的综合评价规划方案的执行与监测复习与参考1.生态系统稳定性的基本涵义是什么？影响生 态系统稳定性的因素主要有哪些？2.什么是生态系统的反馈机制？有什么作用？3.如何理解生态系统稳定性的“阈值”？4.生态系统自我调控的形式有哪些？5.简要说明生态系统不同层次的稳态机制。6.什么是生态平衡？人类应如何正确看待和 保护生态平衡？7.什么是生态重建？有什么重要意义？8.简要谈谈你对恢复生态学的认识。9.以农业生态系统为例，说明生态系统的人 工调控的主要途径和手段。10.以农业生态系统为例，阐述生态系统优 化设计的主要途径和方法。复习与参考