1、第四章 生态恢复 内容提要 退化生态系统的类型及其成因 恢复生态学及其基本理论 生态系统恢复途径第一节 退化生态系统的类型及其成因 退化生态系统的定义及成因 退化生态系统的类型 退化生态系统的特征 中国退化生态系统的现状一、退化生态系统的定义及成因 退化生态系统是一类“病态”生态系统，它是指在一定的时空背景下，生态系统受自然因素、人为因素或二者的共同干扰下，使生态系统的某些要素或系统整体发生不利于生物和人类生存要求的量变和质变，系统的结构和功能发生与其原有的平衡状态或进化方向相反的位移。具体表现为生态系统的基本结构和固有功能的破坏或丧失、生物多样性下降、稳定性和抗逆能力减弱及生产力下降，故又称
2、为“受害或受损”生态系统。生态系统退化的原因是多方面的，自然干扰和人为干扰是生态系统退化的两大触发因子。自然干扰总是使生态系统返回到生态演替的早期状态。在某些地区，人为干扰对生态退化起着主要作用，并常造成生态系统的逆向演替，以及不可逆变化和不可预料的生态后果，如土地荒漠化、生物多样性丧失和全球气候变化等。二、退化生态系统的类型常见的退化生态系统类型有以下七种：1、裸地2、森林采伐迹地七个森林大国中，巴西、中国、印尼和刚果（金）的森林面积每年以0.1%1%的速度递减。俄罗斯、加拿大和美国以每年0.1%0.3%递增。中国现有林用地2.6亿hm2，森林覆盖率仅为13.92%，在十大自然资源中，森林资
3、源最为短缺，人均占有森林面积仅相当于世界平均水平的11.7%。20世纪50年代初期，海南岛森林面积为25.7%，现在只有7.25%；西双版纳为55.5%，现在只有28%。50年来，长江上游的森林已损毁过半。3、弃耕地弃耕地是人类原始农耕方式而造成的一种退化类型。4、沙漠及荒漠化 沙漠可由自然干扰或人为干扰而形成。这里讲的沙漠，是指在人为干扰下，原来非沙漠的土地沙漠化的现象，主要是指一些干旱地区，由于人为干扰所出现的沙漠化或原沙漠区向非沙漠区的推进。所谓荒漠化，则是指在干旱、半干旱地区和一些半湿润地区，生态环境遭到破坏，造成土地生产力衰退或丧失而形成荒漠的过程。我国已成为世界荒漠化面积最大、分布
4、最广、受害最严重的国家之一。荒漠化土地面积超过10亿hm2，占国土地总面积近1/3。5、采矿废弃地采矿废弃地是指因采矿活动被破坏、不经治理而无法使用的土地。主要分为四种类型：（1）由剥离表土、开采的废石及低品位矿石堆积所形成的废石堆废弃地；（2）随着矿物的开采而形成的大量采空区域，即开采坑形式的废弃地；（3）由各种分选方法选出精矿后的剩余物的排放而形成的尾矿渣废弃地；（4）开采石料而形成的采石矿废弃地。6、垃圾堆放场 垃圾堆放场或堆埋场，主要是家庭、城市、工业等垃圾或遗弃废物堆积的地方，对生态环境的影响不仅仅是对耕地的占用，更为严重的是对生活环境的污染，包括对大气、地下水等的污染。7、污染的水
5、域 主要是来自未经处理的生活和工业污水，直接排放到自然水域的人为干扰。其结果是使水源的质量下降，水域的功能降低，包括对水中生物生长、发育和繁殖的危害，甚至使水域丧失饮用水的功能。三、退化生态系统的特征1、种类组成变化2、结构变化3、生物生产力的变化。受损生态系统物种组成和群落结构的变化，必然会导致能流与物流的改变。4、土壤和小环境的变化。5、生物之间生态关系的变化。如退化的草地，常出现大量的蒿类植物，与优良牧草的生长形成竞争。四、中国退化生态系统的现状 中国从农业生产和资源的角度看，表现为；东部适农西部宜牧；南方水丰北方干旱；山地平川农林互补。据1995年统计，在全国960万km2土地中，农用
6、占14.6%，果园占0.5%，草地占41.6%，林地占17.2%，工业交通和城镇用地占2.6%，水体占3.5%，荒漠和永久雪地占27.2%。中国各类资源的人均值都低于世界平均水平，如人均土地面积为世界的1/3，森林资源为1/6，草地资源为1/3，特别是耕地资源中有世界人均的1/3。如；我国水土流失面积约180万km2，占国土总面积的18.8%，其中黄土高原地区约有80%地区有水土流失问题；北方沙漠、戈壁、沙漠化土地面积为149万km2，占国土总面积的15.5%。1987年我国已沙漠化的土地面积为20.12万km2，潜在沙漠化土地13.28万km2。目前，尚有393万hm2农田和493万hm2草
7、场受到沙漠化威胁。草原退化面积0.87亿hm2。每年还以133万hm2的速度在增加。每年使用农药防治面积为1.53亿hm2，劣质化肥污染农田167万hm2。脆弱生态系统；指自身稳定性差、对外界干扰抵抗能力低的生态系统。脆弱生态系统受到干扰后极易成为退化的生态系统。脆弱生态系统有三种内涵；其一是这类生态系统的正常功能一旦被打乱，系统常发生不可逆变化而失去恢复的能力；其二是生态系统发生的变化常常是深刻和全面的，它不仅能影响当前或近期人类的社会生产、生活和对自然资源的利用，甚至能长期改变一个区域的生产结构、生产和生活方式；其三是生态系统退化后的恢复是比较困难的。脆弱生态系统形成的原因有自然因素，如地
8、质脆弱因子、地貌脆弱因子、生物群体结构和气候脆弱因子等。也有人为因素，如过度垦殖土地、过度放牧、过度樵采、过度采集、长期不合理的灌溉、矿山开发和工农业污染等。我国脆弱生态系统的面积为194万km2，超过国土总面积的1/5。它们又可分为 北方半干旱半湿润区；西北干旱脆弱区；华北平原区；南方丘陵区；西南石灰岩山地；西南山地和青藏高原区。第二节 恢复生态学及其基本理论恢复生态学恢复生态学的基本理论一、恢复生态学1、恢复生态学的学科任务及与其他学科的关系 恢复生态学是一门实践性很强的学科，理论研究的内容包括：生态系统结构、功能，以及生态系统内在的生态学过程与相互作用机制。生态系统的稳定性、多样性、抗逆
9、力、生产力、恢复力与可持续性研究。先锋群落的发生、发展机理与演替规律研究；不同干扰条件下生态系统的受损过程及其响应机制研究；生态系统退化的诊断及其评价指标体系研究；生态系统退化过程的动态监测、模拟、预警及预测研究。应用技术研究的内容主要包括：退化生态系统的恢复与重建的关键技术体系研究；生态系统结构与功能的优化配置及其调控技术研究；物种与生物多样性的恢复与维持技术；生态工程设计与实施技术；环境规划与景观生态规划技术；典型退化系统恢复的优化模式试验示范与推广研究。2、恢复生态学的研究进展1973年3月，在美国弗吉尼亚多种技术研究所和州立大学召开了题为“受损生态系统的恢复”的国际会议，这是第一次专门
10、系统讨论受损生态系统恢复和重建等许多重要生态学问题的学术会议。1985年，Aber和Jordan首次提出了“恢复生态学”这个科学概念。防治农田生态系统的退化与恢复，我国是全世界工作最早和最好的国家之一。农田生态系统的退化实质是土壤退化的问题，这个领域的许多研究主要就是集中在退化土壤及恢复措施上，如栽培技术的革新，土壤培肥、中低产田改造、生态农业和确定农业保护地等。在北方干旱、半干旱区及沙漠地区，主要是以水分的科学利用为主，如地膜栽培技术、沙地衬膜栽培水稻等技术的研究和推广。综合我国多年来的研究；从生态系统层次上，有森林、草地、农田和水域等领域的工作，也有地带或区域性生态退化及恢复方面的研究，如
11、干旱、半干旱区、荒漠化及水土流失地区生态恢复的理论、工程技术方面的成果。从整体上看，我国恢复生态学的研究在国际学术界是有地位的，就范围和广度而言是其他国家所不能比拟的，在某些领域还处于领先水平。3、恢复生态学中涉及的几个重要概念（1）生态恢复 我国学者余作岳等（1996）关于生态恢复的定义是，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与方法、生态学过程与机理的科学。（2）与生态恢复相关的术语重建，即去除干扰并使生态系统恢复原有的利用方式；改良，即改善环境条件以便使原有的生物生存，一般指原有景观彻底破坏后的恢复；改进，即对原有的受损系统进行重新的修复，以使系统某些结构与功能得以提高；修
12、补，即修复部分受损的结构；更新，指生态系统发育即向新的水平或层次的演替；再植，即恢复生态系统的部分结构和功能，或恢复当地先前土地利用方式。二、恢复生态学的基本理论1、自我与人为设计理论2、生态学理论3、生态恢复理论（1）生态恢复的原则生态恢复与重建的原则 自然法则 地理学原则区域性、差异性、地带性原则生态学原则主导生态因子原理限制性与耐性定律能量流动与物质循环原则种群密度制约与物种相互作用原则生态位与生物互补原则边缘效应与干扰原理生态演替原则生物多样性原则食物链与食物网原则缀块廊道基底的景观格局原则空间异质性原理时空尺度与等级理论系统学原则整体原则协同恢复重建原则耗散结构与开放性原则可控性原则
13、生态恢复与重建的原则社会技术经济原则经济可行性与可承受性原则技术可操作性原则社会可接受性原则无害化原则最小风险原则生物、生态与工程技术相结合原则效益原则可持续发展原则美学原则景观美学原则健康原则精神文化愉悦原则（2）生态恢复的机理 退化生态系统恢复和重建，实际上是依据生态学原理，通过一定的生物、生态以及工程的技术和方法，人为地改变和消除生态系统退化的主导因子或过程，调整、配置和优化系统内部及其与外界的物质、能量和信息的流动过程及其时空秩序，使生态系统的结构、功能和生态学潜力成功地恢复乃至得以提高。在退化生态系统的恢复和重建过程中，首先是建立和完善生产者亚系统（主要指植被）。在恢复和重建生产亚系
14、统同时或稍后，就应设计和建立消费者亚系统、分解者亚系统，进而要考虑小生境的多样性，正是多样性导致了群落的稳定性。（3）生态恢复的标准可持续性；不可入侵性；生产力；营养保持力；具有生物间的相互作用。第三节 生态系统恢复途径 自然恢复 人工回复 案例 第三节 生态系统恢复途径 退化生态系统恢复的指标是多方面的，但最主要的是土壤肥力的恢复和物种多样性的恢复。受害生态系统的恢复可以遵循：一 自然恢复 当生态系统受害是不超负荷，并且是可逆的情况下，压力和干扰被移去后，恢复可在自然过程中发生。如在中国科学院海北高寒草甸生态系统开放试验站，对退化草场进行围栏封育，几年之后草场就得到了恢复。二 人工回复 是生
15、态系统的受害是超负荷的，并发生不可逆变化，只依靠自然过程并不能使系统恢复到初始状，必须依靠人的帮助，必要时还须用非常特殊的方法，至少要使受害状态得到控制。例如在沙化和盐碱化非常严重的地区，依靠自然演替恢复到原始状态是不可能的。我们可以引进适合当地气候的草种、灌木等，进行人工种植，增加地面的植被覆盖，在此基础上再进行更进一步的改良。刘慎谔教授(1986)总结出在沙地建立人工植被的几条原则：(1)研究和建立人工植被必须与自然植被的研究相结合，人工植被的建立必须符合自然规律；(2)研究和建立人工植被必须考虑结构，结构是植物生存竞争的结果，只有摸清了这一竞争规律(即相互作用关系)才能建立比较完善的人工
16、植被；(3)研究和建立人工植被要有明确的目标性；(4)研究和建立人工植被要有明确的对象。刘慎谔教授在总结治沙实践时指出：自然演替是先有草后有灌木再有乔木，建立人工植被则只要有条件可以三者一起上，即“草 灌 乔三结合”，必要时可以同级代替以促进作为一种范式。1 景观背景和位置对湿地恢复是至关重要的景观背景和位置对湿地恢复是至关重要的 2 自然栖息地是适合的参考体系自然栖息地是适合的参考体系 3 特殊水文特征对恢复生物多样性和功能是至关重要的特殊水文特征对恢复生物多样性和功能是至关重要的 4 营养物的供应率影响生物多样性的恢复营养物的供应率影响生物多样性的恢复 5 特殊的干扰方法可以增加物种丰富度
17、特殊的干扰方法可以增加物种丰富度 6 种子库及其分布可能限制物种丰富度的恢复种子库及其分布可能限制物种丰富度的恢复 7 生物多样性恢复中应关注环境条件和生活史特征生物多样性恢复中应关注环境条件和生活史特征 8 运用演替理论预测生态恢复运用演替理论预测生态恢复 9 基因型影响生态系统的结构和功能基因型影响生态系统的结构和功能 现有人提出“洪水经济”的观点：进行长江流域湿地的恢复和湿地生态工程的建立，充分利用长江水资源（甚至洪水资源）发展湿地生态经济；即在发挥湿地“肾功能”的同时，充分利用湿地资源优势，科学地发展湿地特色的种植（茭、莲、苇等），水产和畜禽养殖及相关的加工产业，使长江的洪水资源优势变
18、为洪水经济优势，有利于长江流域的可持续发展。2002年，万州生态环境实验站开展了坡耕地粮经果复合垄作模式试验观测、坡地植物篱农业技术模式构建试验观测以及优质牧草种植试验观测；分别在万州区长岭镇塘铺村、开县竹溪镇示范推广坡耕地粮经果复合垄作模式、坡地植物篱农业技术模式200亩，在万州区龙宝、长岭、长滩、谷雨、新田农场、开县竹溪、涪陵农场等区域推广皇竹草面积500亩，取得较好的示范推广效益。2002年，构建了粮经果复合垄作、粮经果复合平作、粮经平作三种种植模式进行试验观测，粮经果品种为玉米、小麦、花生、大豆、胡豆和柚。观测结果表明：粮经果复合垄作模式变坡耕地顺坡平作为横坡网格垄作，变单一农作为农林
19、复合，对增厚坡耕地土壤活土层、增加土壤水库容、提高土壤肥力、减缓旱情、减少水土流失、提高坡耕地农田生态系统的生产力具有较为明显的效果。美国路易斯安那海滨生态系统是一个高度美国路易斯安那海滨生态系统是一个高度动态的湿地，拥有动态的湿地，拥有134万万ha的面积。这个脆的面积。这个脆弱的系统正在以每年弱的系统正在以每年6592 km2的速度消的速度消失。这种消失严重地影响了湿地本来可以失。这种消失严重地影响了湿地本来可以提供的社会、经济和生态效益。就自然服提供的社会、经济和生态效益。就自然服务、生物生产力和基础设施投资而言，路务、生物生产力和基础设施投资而言，路易斯安那海滨湿地的价值超过易斯安那海
20、滨湿地的价值超过1000亿美元。亿美元。目前正在实施一项综合性的方法以恢复和阻止路易斯安那目前正在实施一项综合性的方法以恢复和阻止路易斯安那州海岸湿地持续性的退化主要包括：州海岸湿地持续性的退化主要包括：（1）建立一个由综合计划部门支持的机构组织；）建立一个由综合计划部门支持的机构组织；（2）制定一个详细的恢复策略；）制定一个详细的恢复策略；（3）年度发展和实施计划；）年度发展和实施计划；（4）实施一项评价湿地恢复计划有效性的综合性监控计划。）实施一项评价湿地恢复计划有效性的综合性监控计划。CWPPRA计划把保护和恢复自然湿地植被作为其主要目计划把保护和恢复自然湿地植被作为其主要目标。当我们通
21、过一系列的操作恢复了一个群落的结构和生标。当我们通过一系列的操作恢复了一个群落的结构和生境多样性的时候，我们就认为这个生物群落已经被重建了。境多样性的时候，我们就认为这个生物群落已经被重建了。Bradsaw(1987)Bradsaw(1987)提出了判断生态恢复的提出了判断生态恢复的5 5个个标准：可持续性标准：可持续性(可自然更新可自然更新)、不可入侵性、不可入侵性、生产力、营养保持力和生物间相互作用。生产力、营养保持力和生物间相互作用。Lamd(194)Lamd(194)提出恢复与否的指标体系应包提出恢复与否的指标体系应包括造林产量指标、生态指标和社会经济指标，括造林产量指标、生态指标和社
22、会经济指标，这这3 3个一级指标又各自包含一系列二级指标。个一级指标又各自包含一系列二级指标。Davis(1996)等认为，恢复是指系统的结构与功能恢复到接近其受干扰以前的结构与功能，结构恢复指标是乡土种的丰富度，功能恢复指标包括初级生产力和次级生产力、食物网结构、在物种组成与生态系统过程中存在反馈，即恢复所期望的物种丰富度，管理群落结构的发展，确认群落结构与功能间的连接已形成。Careder(1995)提出采用记分卡的方法评价恢复度。这种方法是根据生态系统的各个重要参数的波动幅度，比较退化生态系统恢复过程中相应的各个参数，看每个参数是否已达到正常的波动范围或与该范围还有多大的差距。目前更多的
23、人采用评价生态系统健康的方法来评价生态系统的恢复程度。退化生态系统恢复的监测与评价指标体系 评价标准和参照系的确定评价标准和参照系的确定 生态系统服务功能指标生态系统服务功能指标 遥感和地理信息系统技术的应用遥感和地理信息系统技术的应用 生态恢复评价中外来种的影响生态恢复评价中外来种的影响 生态系统退化过程、驱动机制、动态监测、须警及预测研究。退化生态系统恢复与重建的过程及其机理研究。退化生态系统恢复与重建的关键技术体系研究。典型退化生态系统恢复与重建的优化模式及调控技术研究。退化生态系统恢复与重建的评价标准、评价方法、评价技术和评价指标体系研究 退化生态系统恢复与区域经济可持续发展关系研究。思考题：1、何为退化生态系统？以森林为例，退化生态系统有哪些变化特征？2、何为生态恢复？简述生态恢复的基本理论。3、生态恢复的标准有哪些？你有哪些新的看法？4、生态恢复的原则是什么？
