1、第五章 生态退化及其对生物的影响 生态退化（生态退化（ecological degradationecological degradation）定义：由于自然环境发生变迁，或人为对资源的过渡或者不合理的利用而造成生态系统功能衰退的现象。主要表现：环境因子数量和质量的配置劣变，不适于生物的生存，生态系统的结构恶化，功能降低，使生态系统处于一种不稳定或失衡状态。后果：退化的生态系统对自然或人为干扰的抵抗力较低，缓冲能力较弱，并有较强的敏感性和脆弱性，生态系统朝着低生产力、不稳定的方向发展。生态退化是生态系统的一种逆向演替过程。生态退化水土流失土壤退化生物多样性丧失我国水土流失的现状黄土高原黄土高原
2、长江中上游丘陵长江中上游丘陵东北平原东北平原水土流失重灾区水土流失重灾区水土流失面积43万平方公里南方12省水土流失面积达150万平方公里发展速度快，30-50万平方公里。全国总水土流失面积约全国总水土流失面积约300300万平方公里。万平方公里。（一）定义 水土流失（soil and water loss或soil erosion）：在水力、重力、风力等外营力作用下，水土资源和土地生产力的破坏和损失，包括土地表层侵蚀和水的损失。（二）分类 面蚀：由于分散的地表径流冲走地面表层物的一种侵蚀现象，是土壤侵蚀中最常见的一种形式。沟蚀：即线状侵蚀，是指由汇集在一起的地表径流冲刷，破坏土壤及母质，形成
3、切入地表及以下的一种水土流失形式。崩塌、滑坡和泥石流：是水土流失和流失物的重力因素共同作用形成的破坏更大的一种水土流失。1、根据侵蚀形式划分浅沟、切沟、冲沟2、根据侵蚀营力划分 水蚀 由大气降水，尤其是降雨所导致的侵蚀过程。细沟、浅沟、冲沟等侵蚀形式 山洪 沙坝 石海 风蚀 空气受力而冲击地下土粒、砂砾使其脱离地表，被搬运和堆积的过程。土地沙漠化 沙尘暴 重力侵蚀 在水力侵蚀及下渗水分的共同作用下，以重力为其直接原因所导致的地表物质移动。冻融侵蚀 热融滑塌、冻融泥流、冻融坍塌二、水土流失的成因自然原因：气候；土壤；地形；植被对水土流失的保持（对雨水的截流、吸收；对风的抵抗；对土壤的保持）人为原
4、因：植被的破坏；土地不合理利用；过渡放牧；工业交通城市建设的影响。1、气候降水和风降雨 暴雨是主要影响因素，降雨强度与侵蚀量呈正相关。降雪 冬季经过雪的作用，土壤将会改变物理性质和机械组成；春季来临时，由雪融化成的雨水产生径流不能随土壤下渗，造成大量的水土流失。风 风速的大小决定侵蚀的程度。2、土壤 土壤抗蚀性 土壤抗冲性 土壤透水性土壤抵抗径流对土壤中土粒的分散和悬浮的能力土壤抵抗各种侵蚀营力的机械破坏和推移的能力土壤质地、土壤的膨胀系数、土壤孔隙、土壤硬度、土壤疏松度、土壤有机质含量、土壤结构体、土壤中植物根的数量、土壤利用方式等等。3、地形 坡度 坡度能直接影响径流的冲刷能力。一般来讲，
5、坡度越陡，径流越大，越容易发生水土流失；临界坡度 坡长 一般来讲，当其他条件相同时，坡面越长，径流速度越大，会集的流量越多，其侵蚀就越强。坡形4、植被 植被对雨水截留、吸收 植被对风的抵抗 植被对土壤的保持乔木层乔木层灌木层灌木层草草本本凋落物凋落物减小雨滴的动能，降低对地表的侵蚀能力截留雨水，减缓径流，增加土壤蓄水能力和下渗能力 植被对土壤的保持 植被的固土作用 植物对土壤的涵养，改良土壤物理、化学性质 植被增加土壤的蓄水能力和下渗能力 水源涵养林水源涵养林 是指以调节、改善、水源流量和水质的一种防护林。也称水源林。涵养水源、改善水文状况、调节区域水分循环、防止河流、湖泊、水库淤塞，以及保护
6、可饮水水源为主要目的的森林、林木和灌木林。主要分布在河川上游的水源地区，对于调节径流，防止水、旱灾害，合理开发、利用水资源具有重要意义。调节坡面径流调节坡面径流 削减河川汛期径流量。一般在降雨强度超过土壤渗透速度时，即使土壤未达饱和状态，也会因降雨来不及渗透而产生超渗坡面径流；而当土壤达到饱和状态后，其渗透速度降低，即使降雨强度不大，也会形成坡面径流，称过饱和坡面径流。但森林土壤则因具有良好的结构和植物腐根造成的孔洞，渗透快、蓄水量大，一般不会产生上述两种径流；即使在特大暴雨情况下形成坡面径流，其流速也比无林地大大降低。在积雪地区，因森林土壤冻结深度较小,林内融雪期较长,在林内因融雪形成的坡面
7、径流也减小。森林对坡面径流的良好调节作用，可使河川汛期径流量和洪峰起伏量减小，从而减免洪水灾害。调节地下径流调节地下径流 增加河川枯水期径流量。中国受亚洲太平洋季风影响,雨季和旱季降水量十分悬殊,因而河川径流有明显的丰水期和枯水期。但在森林覆被率较高的流域，丰水期径流量占3050%，枯水期径流量也可占到20%左右。森林增加河川枯水期径流量的主要原因是把大量降水渗透到土壤层或岩层中并形成地下径流。在一般情况下,坡面径流只要几十分钟至几小时即可进入河川,而地下径流则需要几天、几十天甚至更长的时间缓缓进入河川，因此可使河川径流量在年内分配比较均匀。提高了水资源利用系数。水土保持功能水土保持功能 水源
8、林可调节坡面径流，削减河川汛期径流量。一般在降雨强度超过土壤渗透速度时，即使土壤未达饱和状态，也会因降雨来不及渗透而产生超渗坡面径流；而当土壤达到饱和状态后，其渗透速度降低，即使降雨强度不大，也会形成坡面径流，称过饱和坡面径流。但森林土壤则因具有良好的结构和植物腐根造成的孔洞，渗透快、蓄水量大，一般不会产生上述两种径流；即使在特大暴雨情况下形成坡面径流，其流速也比无林地大大降低。在积雪地区，因森林土壤冻结深度较小，林内融雪期较长，在林内因融雪形成的坡面径流也减小。森林对坡面径流的良好调节作用，可使河川汛期径流量和洪峰起伏量减小，从而减免洪水灾害。结构良好的森林植被可以减少水土流失量90%以上。
9、滞洪和蓄洪功能滞洪和蓄洪功能 河川径流中泥沙含量的多少与水土流失相关。水源林一方面对坡面径流具有分散、阻滞和过滤等作用；另一方面其庞大的根系层对土壤有网结、固持作用。在合理布局情况下，还能吸收由林外进入林内的坡面径流并把泥沙沉积在林区。降水时，由于林冠层、枯枝落叶层和森林土壤的生物物理作用，对雨水截留、吸持渗人、蒸发，减小了地表径流量和径流速度，增加了土壤拦蓄量，将地表径流转化为地下径流，从而起到了滞洪和减少洪峰流量的作用。枯水期的水源调节功能枯水期的水源调节功能 中国受亚洲太平洋季风影响，雨季和旱季降水量十分悬殊，因而河川径流有明显的丰水期和枯水期。但在森林覆被率较高的流域，丰水期径流量占3
10、050%，枯水期径流量也可占到20%左右。森林能涵养水源主要表现在对水的截留、吸收和下渗，在时空上对降水进行再分配，减少无效水，增加有效水。水源涵养林的土壤吸收林内降水并加以贮存，对河川水量补给起积极的调节作用。随着森林覆盖率的增加，减少了地表径流，增加了地下径流，使得河川在枯水期也不断有补给水源，增加了干旱季节河流的流量，使河水流量保持相对稳定。森林凋落物的腐烂分解，改善了林地土壤的透水通气状况。因而，森林土壤具有较强的水分渗透力。有林地的地下径流一般比裸露地的大。改善和净化水质改善和净化水质造成水体污染的因素主要是非点源污染，即在降水径流的淋洗和冲刷下，泥沙与其所携带的有害物质随径流迁移到
11、水库、湖泊或江河，导致水质浑浊恶化。水源涵养林能有效地防止水资源的物理、化学和生物的污染，减少进入水体的泥沙。降水通过林冠沿树干流下时，林冠下的枯枝落叶层对水中的污染物进行过滤、净化，所以最后由河溪流出的水的化学成分发生了变化。调节气候调节气候森林通过光合作用可吸收二氧化碳，释放氧气，同时吸收有害气体及滞尘，起到清洁空气的作用。森林植物释放的氧气量比其他植物高914倍，占全球总量的54%，同时通过光合作用贮存了大量的碳源，故森林在地球大气平衡中的地位相当重要。林木通过抗御大风可以减风消灾。另一方面森林对降水也有一定的影响。多数研究者认为森林有增水的效果。森林增水是由于造林后改变了下垫面状况，从
12、而使近地面的小气候变化而引起的。保护野生动物保护野生动物由于水源涵养林给生物种群创造了生活和繁衍的条件，使种类繁多的野生动物得以生存，所以水源涵养林本身也是动物的良好栖息地。（二）人类成因 1、植被破坏 直接砍伐、毁坏森林植被 对森林凋落物的破坏 过度挖掘 2、不合理的土地利用及耕作方式 陡坡开荒 不合理的耕作方式 3、过度放牧 4、工业交通建设工程的影响 5、现代城市的发展 6、城市水土流失三、水土流失的生态效应 1、对农业生态系统的影响 对土地资源的影响 对土壤性质的影响 对农业生态系统生产潜力的影响 2、对水域生态系统的影响 污染水体，影响水生生态系统的稳定 泥沙淤积，加剧洪涝灾害，降低
13、水利设施综合利用 3、对森林生态系统的影响 对森林中树木的影响；对森林中种子库的影响；对森林的生物多样性的影响 4、对城市生态系统的影响 城市水土流失导致了城市生态系统的不稳定 5、各种灾害的产生 6、对自然经济社会复合生态系统的影响 全国总水土流失面积：1.5 亿公顷，几乎 1/6 国土；荒漠化面积：262 万平方公里，占国土 27.3%草地退化面积：8700 万公顷，占全部草地 30%；西部荒漠化东部肥力退化西南石质化华北、东北盐碱化黄土高原水土流失长江第二黄河1971 年，联合国粮农组织出版土壤退化一书。土壤退化包括类：侵蚀、盐碱、有机废料、传染性生物、工业无机废料、农药、放射性、重金属
14、、肥料和洗涤剂、旱涝障碍、养分亏缺、非农占用我国对土壤退化的分类：1级6类（A、B、C、D、E、F）2级18种 物理退化：侵蚀；荒漠化；沙漠化 化学退化：次生盐碱化；污染；酸化 生物退化（二）土壤退化的形式（一）概述 1、土壤退化（soil degradation）：即土壤贫瘠化，是指土壤在遭受干扰时，物理、化学和生物性质的恶化，引起生产力、调节能力及可持续利用性下降的过程。荒漠化 荒漠化：是指由于自然和人类活动的影响，出现植被减少，表土裸露等造成土壤生产力下降的土壤退化形式荒漠化的发展现状荒漠化的发展现状 世界荒漠化世界荒漠化我国干旱、半干旱和亚湿润干旱地区的主体界线大体在大兴安岭以西,锡林
15、郭勒高原、黄土高原北部,祁连山以北,柴达木盆地、青藏高原西北部,至国界环绕成一个干燥而寒冷的荒漠化气候区域。我国荒漠化土壤的分布沙漠化 沙化：沙化：指土壤在风蚀作用下，表层土壤细颗粒减少而粗质砂粒增多的过程。沙漠化沙漠化：是土壤在风蚀作用下，向沙漠生境演化的过程。沙漠是沙漠化的顶极状态。风啸啸沙龙舞！大漠漫漫归何处？沙进人退多么顽强的沙生植物梭梭毛乌素流动沙丘毛乌素流动沙丘盐碱化 土壤盐渍化是指易溶性盐分在土壤表层积累的现象或过程，也称盐碱化。盐渍化分为两种类型：天然的和人为的，后者即所谓的“次生盐渍化”盐碱土的可溶性盐主要包括钠、钾、钙、镁等的硫酸盐、氯化物、碳酸盐和重碳酸盐。硫酸盐和氯化物
16、一般为中性盐，碳酸盐和重碳酸盐为碱性盐。盐土主要指含氯化物或硫酸盐较高的盐渍化土壤，土壤呈碱性，但pH值不一定很高。碱土是含碳酸盐或重碳酸盐土壤，pH值较高，土壤呈碱性。盐碱土的有机质含量少，土壤肥力低，理化性状差，对作物有害的阴、阳离子多，作物不易促苗。滨滨 海海 盐盐 土土 景景 观观曲曲 周周 盐盐 碱碱 土土白 碱 土 危 害由于发展引水自流灌溉，导致地下水位上升超过其临界深度，使地下水和土体中的盐分随土壤毛管水通过地面 蒸发耗损而聚于表土。利用地面或地下矿化水（尤其是矿化度大于 3g/L 时)进行灌溉，而又不采取调节土壤水盐运动的措施，导致灌溉水中的盐分积累于耕层中。在开垦利用心底土
17、积盐层的土壤过程中，过量灌溉的下渗水流溶解活化其中的盐分，随蒸发耗损聚于土壤表层。次生盐渍化的成因次生盐渍化的成因50年代大搞平原水库导致我国平原地区次生盐碱化面积大增污染D1 无机物（包括重金属和盐碱类）污染D2 农药污染D3 有机废物（工业及生产中的生物易降解有机毒物）污染D4 化学肥料污染D5 污泥、矿渣和粉煤灰污染D6 放射性物质污染D7 寄生虫、病原菌和病毒污染酸化土壤酸化的基本原因是土壤中产生氢离子。酸雨 长期过量单纯的使用化肥会使土地酸化。比如硫酸铵（NH4）2SO4 土壤中的微生物和植物根系的代谢作用可以产生碳酸。在土壤内也有许多反应可以产生氢离子，例如有机氮的矿化和硝化、有机
18、硫的矿化和氧化、有机磷的矿化、铵离子的硝化以及金属离子的络合作用等。当土壤由还原态转变为氧化态时，还原性物质如硫化氢、硫化铁、亚铁离子等的氧化反应中都产生氢离子。危害 盐基离子的大量淋失，导致土壤养分贫瘠 活性铝的溶出，影响作物生长 有毒重金属元素的活化，增加土壤污染程度 影响土壤中固氮菌、硝化菌、氨化菌等维生物群落二、退化原因自然原因：气候；水文；地形；生物；自然灾害人为原因：人口增加；人类不合理利用资源1、人口增加 要求土地的产出增加；城镇建设用地增加；土壤污染加重2、人类不合理的行为 滥垦、滥伐森林和草地 滥牧 滥采采挖中药材、采矿 水资源的不合理利用超采地下水、水源配置不当 农业管理不
19、当 城市化和工业化城市化过程导致土壤资源数量缩减 城市化加剧土壤侵蚀 城市化导致土壤利用格局改变 城市化对土壤过程的影响（土壤理化过程、土壤生物过程、对土壤环境的影响）三、土壤退化的生态效应（一）对农牧业的影响1、对作物产量的影响退化的土壤中，由于某种元素或物质缺乏而影响生物繁殖、生长；退化的土壤大多缺乏植被的保护，地表温度变幅很大，不利于生物新陈代谢作用的进行，作物的产量受影响；盐碱土中，存在着大量盐类和碱类物质，影响作物的生长；酸化土壤会使大量的盐基离子和微量元素流失，造成土壤盐分失衡，影响土壤生产力；通气不良的土壤中，CO2浓度过高会破坏根系的呼吸作用，对植物产生的毒害作用，导致其死亡。
20、2、对作物品质的影响酸化土壤中种植出来的稻谷各种营养成分都相应降低，而酸化土壤中大量积累的AL离子，能使作物对Ca的吸收受阻，导致缺钙，作物品质受到影响。由于土壤污染而导致污染物在生物体内的富集、积累，导致农产品质量严重下降。3、对牧业的影响（二）对自然群落的影响影响群落的生产力影响群落的结构影响群落演替（三）其他生态效应土壤退化造成地表对阳光反射和吸收性能的变化，影响局部气温、水分和风等因素的变化；土壤退化直接影响植被，当植被被破坏后，死的有机体分解将释放C，增加温室气体的浓度；土壤退化，尤其是侵蚀和荒漠化情况下，将导致水体富营养化。一、概念 Biodiversity：一般指地球上生命的所有
21、变异。比如：遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性三个层次。（一）遗传多样性遗传多样性 遗传多样性遗传多样性：即基因多样性，生物物种内基因的变化，包括不同的种群之间以及同一种群内的遗传变异。一个物种由许多具有非常丰富的遗传变异的种群组成，从而使其具有大量的基因型。遗传多样性是物种未来生存机会的多样性（二）物种多样性 物种多样性物种多样性：动物、植物及微生物种类的丰富度。物种多样性是基因多样性的现实表现和载体，丰富遗传多样性必须要求一定数量的种群个体承载，并且个体之间有最大的变异度。物种多样性是连接基因多样性和生态系统多样性的纽带（三）生态系统多样性生态系统多样性 生态系统多样性生态系统多样性：
22、生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样性。生境多样性是指无机环境多样性，如地形、地貌、气候、水文等的多样性；生物群落多样性是指群落的组成、结构和功能的多样性；生态过程多样性是指生态系统组成、结构和功能在时间、空间上的变化。森林生态系统草原生态系统荒漠生态系统农田生态系统海洋生态系统湿地生态系统寒温性针叶林生态系统、温带针阔混交林生态系统、暖温带阔叶林和针叶林生态系统、亚热带常绿阔叶林和针叶林生态系统、热带雨林和季雨林生态系统温带草原高寒草原荒漠区山地草原小乔木荒漠灌木荒漠半灌木荒漠小灌木荒漠稻田生态系统麦田生态系统茶园生态系统浅水湖泊生态系统河流生态系统沼泽生态系统二、生物多样性丧失的成因二、
23、生物多样性丧失的成因 掠夺式利用生物资源 栖息地的较少和生态破坏 环境污染 人为对土地的开垦和扩张，使未受干扰的自然生境面积急剧缩小和破碎化，环境污染以及气候变化也造成了物种的消失；荒漠化土地占全球陆地面积的30%，而且还在扩大；过度利用与消费，大量的野生生物资源遭到过度开发和利用，造成生物多样性的严重减退；全球气候变化 外来物种的引入导致当地物种的灭绝 农业、牧业和林业品种的单一化 外来物种的侵入造成很多当地物种的生存环境不断恶化，改变了生态系统的构成，造成一些物种在当地的丧失，甚至灭绝；五是规模化农业生产的影响，大规模的农业生产方式会间接造成几千年来农民培育和保存的大量作物品种和家畜品种的
24、丧失，使遗传多样性受到影响。三、生物多样性丧失的影响三、生物多样性丧失的影响 生态系统结构受损 生态系统功能下降 生态系统服务能力的削弱例 加利福尼亚海獭是海岸生态系统的一员。为了获得海獭的皮张，人们曾一度几乎猎杀了所有的海獭，结构导致了加利福尼亚海岸生态系统的巨大变化。1998年Blockste在Science上著文，推测由于旅鸽的灭绝，可能导致了莱姆病的爆发。原来莱姆病的爆发可能与大家鼠的种群爆发有关,大家鼠的种群爆发又与橡子的丰年有关。旅鸽专门采食那些数量多的植物籽实,旅鸽数量又是如此之多当人们注意到每当旅鸽在一个地点停留采食后,其它野生动物再难在该地找到足够的食物。旅鸽能够有效的控制橡子的数量。当旅鸽绝灭后一个制约大家鼠种群爆发的生态因子消失了,于是,当橡子丰年出现后,大家鼠的种群数量爆发了,最终导致了莱姆病的大爆发
