恢复生态学第二讲Word下载.docx

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c.小种群问题：

容易失绝。

由于种群统计的随机性、环境的随机性、杂合性的缺失、遗传上的变化趋势以及近亲繁殖等原因，小种群很容易灭绝。

d.物种对栖息地毁坏的反应。

在一个可以栖息但不适于居住的方形地中放置两个竞争种，扩散能力弱的优势种合扩散能力强的劣势种。

在这种搭配方式下，物种的扩散能力决定了它们对灭绝的抵制能力。

在栖息地中等程度毁坏的条件下，扩散能力较好的物种在竞争中处于优势地位，可能在数量上迅速达到顶峰。

实际上，栖息地毁坏的方式对两个物种的生存都有影响。

e.恢复地点的确定：

边缘与中心种群、地形。

将目标放在具有历史分布的中心区域（最适宜的栖息地）还是放在周围的不规则栖息地上，可能会有不同的优点。

分布于中心部分的种群和分布于边缘的种群有质的差异。

分布于边缘的物种生存在异常的或不规则的环境中，最易于彼此分离，因此自然选择和遗传学上的变异会促进边缘种群的变异。

边缘种群往往不那么密集并且比较不稳定，因此人们推断它们具有较高的灭绝可能性，因而从地理分布上看，一个正在退化的物种可能从分布的边缘向分布的中心退化。

景观层次上恢复：

a.目前绝大多数生态恢复都集中在个别区域（如采矿点），而一些利用过度、管理不当等原因造成的景观功能削弱、景观结构改变的大面积区域，需要在更广的尺度，即景观的尺度上解决问题。

景观层次的生态恢复仍处于早期阶段，还需要时间来评估它们的有效性，时间和空间尺度问题也还需要新颖和完整的方法来解决。

b.景观层次的恢复通常要考虑多种问题，如具体的生物物理、社会和经济现状等，同时要平衡保护和生产。

为了使生态恢复成功进行，恢复活动不仅需要有效的生态原理和信息，还需要经济可行并符合实际。

生态恢复的意义

a.资源的需要：

增加作物产量以满足人类需求。

b.环境变化的需要：

人类活动已对地球和大气循环和能量流动产生了严重影响。

c.维持地球景观及物种多样性的需要：

生物多样性依赖于人类保护和恢复生态环境。

d.经济发展的需要：

土地退化限制了国民经济的发展。

3.2生态恢复的理论基础

自我设计与人为设计理论是惟一从恢复生态学中产生的理论，也在生态恢复实践中得到了广泛应用。

A.自我设计理论：

只要有足够时间，退化生态系统将根据环境条件、合理地组织自己并最终改变其组分。

B.人为设计理论：

通过工程方法和植物重建可直接恢复退化生态系统，但恢复的类型可能是多样性。

这一理论把物种的生活史作为植被恢复的重要因子，并认为通过调整物种生活史的方法就可加快植被的恢复。

两种理论的区别：

自我设计理论把恢复放在生态系统层次考虑，未考虑到缺乏种子库的情况，其恢复的只能是环境决定的群落；

而人为设计理论把恢复放在个体或种群层次上考虑，恢复的结果可能有多种。

这两种理论均未考虑人类干扰在整个恢复过程中的重要作用。

限制因子原理：

a.任何一种生态因子只要接近或超过生物的耐受范围，它就会成为这种生物的限制因子。

b.德国利比希1840年提出了“最小因子定律”，即在各种生长因子中，如有一个生长因子含量最少，其他生长因子即使很丰富，也难以提高作物产量。

因此，作物产量是受最小养分所支配的。

c.生态恢复是从多方面进行设计与改造生态环境和生物种群，但是在进行生态恢复时必须找出该系统的关键因子，找准切入点，才能进行恢复工作。

生态系统的结构理论：

生态系统是由生物组分与环境组分组合而成的结构有序的系统。

所谓生态系统的结构指生态系统中的组成成分及其在时间、空间上的分布和各组分间能量、物质、信息流的方式与特点。

具体来说，生态系统的结构包括三个方面，即物种结构（又称为组分结构，是指生态系统由那些生物种群所组成，以及它们之间的量比关系。

）、时空结构（生态系统中各生物种群在空间上的配置和时间上的分布，构成了生态系统结构上的特征。

）、营养结构（生态系统中由生产者、消费者、分解者三大功能类群以食物营养关系所组成的食物链、食物网是生态系统的营养结构。

）

合理生态系统结构：

从时空结构角度，应充分利用光、热、水、土资源，提高光能利用率；

从营养结构角度，应实现生物物质和能量的多级利用与转化，形成一个高效的，无“废物”的系统；

从物种结构上，提倡物种多样性，以利于系统的稳定和持续发展。

根据生态系统结构理论，生态恢复中应采用多种生物物种，实行农业物种、林业物种、牧业物种、渔业物种的结合，实现物种之间的能量、物质和信息的流动。

应在不同的地理位置上，安排不同的物种，如山区的生态恢复以林业为主、丘陵的生态恢复应以林、草相结合为主，平原地区的恢复以农、渔饲料、绿肥为主。

生态适宜性原理：

生物由于长期与环境的协同进化，对生态环境产生了生态上的依赖，其生长发育对环境产生了要求，如果生态环境发生变化，生物就不能较好地生长，因此生物产生了对光、热、温、水、土等的依赖性。

这就是生态适宜性原理。

植物中有一些是喜光植物，而另一些则是喜阴植物。

同样一些植物只能在酸性土壤中才能生长，而有一些植物则不能在酸性土壤中生长。

一些水生植物只能在水中才能生长，离开水体则不能成活。

因此种植植物必须考虑其生态适宜性，让最适应的植物或动物生长在最适宜的环境中。

根据生态适宜性原理，在生态恢复设计时要先调查恢复区的自然生态条件，如土壤性状、光照特性、温度等，根据生态环境因子来选择适当的生物种类，使得生物种类与环境生态条件相适宜。

生态位理论：

Niche：

指在自然生态系统中一个种群在时间空间上的位置及其与相关种群之间的功能关系。

根据生态位理论，要避免引进生态位相同的物种，要尽量使各物种生态位错开，使各种群在群落中具有各自的生态位，避免种群之间的直接竞争，保证群落的稳定；

要组建由多个种群组成的生物群落，充分利用时间、空间和资源，更有效地利用环境资源，维持生态系统长期的生产力和稳定性。

生物群落演替理论：

在自然条件下，如果群落遭到干扰和破坏，它还是能够恢复的（尽管恢复的时间有长短）。

首先是被称为先锋植物的种类侵入遭到破坏的地方并定居和繁殖。

先锋植物改善了被破坏的生态环境，使得更适宜的其他物种生存并被取代。

如此渐进直到群落恢复到它原来的外貌和物种成分为止。

遭到破坏的群落地点所发生的上述一系列变化就是演替。

群落由一种表现形式转化为另一种表现形式的过程，称为演替。

由于近期活跃的自然地理过程，如冰川退缩，侵蚀发生的地区的演替称为原生演替。

次生演替指发生在起因于火灾、污染、耕耘等而使原先存在的植被遭到破坏的地区的演替。

在火烧或皆伐后的林地如云杉林上发生的次生演替过程一般经过：

火烧迹地-杂草-桦树期-山杨期-云杉期（需几十年）。

弃耕地上发生的次生演替顺序为：

弃耕地-杂草期-优势草期-灌木期-乔木期。

无论是原生演替还是次生演替，都可通过人为手段调控，从而改变演替速度或演替方向。

例如在云杉林的火烧迹地上直接种植云杉，以缩短演替时间。

在弃耕地上种植茶树亦能改变演替的方向。

生态恢复是在生态建设服从于自然规律和社会需求的前提下，在群落演替理论指导下，通过物理、化学、生物的技术手段，控制待恢复生态系统的演替过程和发展方向，恢复或重建生态系统的结构和功能，并使系统达到自维持状态。

生物多样性原理：

是指生命有机体及其赖以生存的生态综合体的多样化（Variety）和变异性（Variability）。

生物多样性是指生命形式的多样化（从类病毒、病毒、细菌、支原体、真菌到动物界与植物界），各种生命形式之间及其与环境之间的多种相互作用，以及各种生物群落、生态系统及其生境环境生态过程的复杂性。

一般地讲，生物多样性包括遗传多样性、物种多样性、生态系统与景观多样性。

保护生物多样性，首先是保护了地球上的种质资源，同时恢复生物多样性会增加生态系统功能过程的稳定性。

具体说来，生物多样性高的生态系统的优势：

a.具有高生产力的种类出现的机会增加。

b.营养的相互关系更加多样化，能量流动可选择的途径多，各营养水平间的能量流动趋于稳定。

c.被干扰后对来自系统外种类入侵的抵抗能力增强。

d.某一个种所有个体间的距离增加，植物病体的扩散降低。

e.各个种类充分占据已分化的生态位，系统对资源利用的效率有所提高。

景观生态学原理：

景观生态学是研究景观单元的类型组成、空间格局及其与生态过程相互作用的综合性学科，是地理学中景观学与生态学之间的交叉学科。

景观生态学的理论与方法与传统生态学有着本质的区别，它注重人类活动对景观格局与过程的影响。

退化和破坏了的生态系统和景观的保护与重建也是景观生态学的研究重点之一。

景观生态学理论可以指导退化生态系统恢复实践，如重建所要恢复的各种要素，使其具有合适的空间构型，从而达到退化生态系统恢复的目的；

通过景观空间格局配置构型来指导退化生态系统恢复，使得恢复工作获得成功。

因此生态恢复是以生态系统为基点，而在景观尺度上来进行实践、设计与表达。

许多土地利用和自然保护问题只在在景观尺度下才能有效解决。

3.3生态恢复的目标

总目标：

虽然恢复生态系统强调对受损生态系统进行恢复，但恢复生态学的首要目标仍是保护自然的生态系统，因为保护在生态系统恢复中具有重要的参考作用；

恢复生态学的第二个目标是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；

第三个目标是对现有的生态系统进行合理管理，避免其退化；

第四个目标是保持区域文化的可持续发展；

其他的目标包括实现景观层次的整合性，保持生物多样性及保持良好的生态环境。

退化生态系统的基本恢复目标与要求

•实现生态系统的地表基底稳定性，因为地表基底（地质地貌）是生态系统发育与存在的载体，基底不稳定（如滑坡），就不可能保证生态系统的持续演替与发展

•恢复植被和土壤，保证一定的植被覆盖率和土壤肥力

•增加种类组成和生物多样性

•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

•减少或控制环境污染

•增加视觉和美学享受

3.4退化生态系统恢复与重建的基本原则

退化生态系统的恢复与重建要求在遵循自然规律的基础上，通过人类的作用，根据技术上适当、经济上可行、社会能够接受的原则，使受害或退化生态系统重新获得健康并有益于人类生存与生活。

生态恢复与重建的原则一般包括自然法则、社会经济技术原则、美学原则三个方面。

自然法则使生态恢复与重建的基本原则，也就是说，只有遵循自然规律的恢复重建才是真正意义上的恢复与重建。

社会经济技术条件是生态恢复重建的后盾和支柱，在一定尺度上制约着恢复重建的可能性、水平与深度。

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。

自然法则包括

Ø

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

✓时间尺度与等级理论

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

社会经济技术原则包括：

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

美学原则包括：

景观美学原则

健康原则

精神文化愉悦原则

3.5生态恢复途径

退化生态系统的恢复可以遵循两个模式途径。

•自然恢复：

生态系统受损不超负荷并在可逆的情况下，压力和干扰被去除后，恢复可以在自然过程中发生。

如对退化草场进行围栏封育经过几个生长季后草场的植物种类数量、植被盖度、物种多样性和生产力都能得到较好的恢复。

•人为干扰恢复：

生态系统受损已超负荷，发生了不可逆的变化时，只依靠自然力已很难或不可能使系统恢复到初始状态，必须依靠人为的干扰措施，才能使其发生逆转。

例如，对已经退化为流动沙丘的沙质草地，由于生境条件的极端恶化，依靠自然力或围栏封育是不能使植被得到恢复的，只能人为地采取固沙和植树种草措施才能使其得到一定程度的恢复。

3.6生态恢复的基本技术

对于一般退化生态系统而言，大致需要或涉及以下几类基本的恢复技术体系：

非生物环境因素（包括土壤、水体、大气）的恢复技术；

生物因素（包括物种、种群和群落）的恢复技术；

生态系统（包括结构功能）的总体规划、设计与组装技术。

•水体恢复技术

–控制污染

–去除富营养化

–换水

–积水

–排涝和灌溉

•土壤恢复技术

–耕作制度和方式的改变

–施肥、土壤改良

–表土稳定

–控制水土侵蚀

–换土

–分解污染物

•空气恢复技术

–烟尘吸附

–生物吸附

–化学吸附

•生物系统恢复技术

–植被、消费者和分解者的重建技术

•物种引进、品种改良、植物快速繁殖、植物搭配、植物的种植、林分改造等

•捕食者的引进、病虫害控制

•微生物的引种和控制

–生态规划技术

•GIS、GPS、RS

3.7生态恢复与重建的程序

退化生态系统恢复的基本过程可以简单地表示为：

基本结构组分单元的恢复→组分之间相互关系（生态功能）的恢复（第一生产力、食物网、土壤肥力、自我调控机能包括稳定性和恢复能力等）→整个生态系统的恢复→景观恢复。

目前恢复生态工作者普遍认为恢复中的重要程序包括：

•确定恢复对象的时空范围

•评价样点并鉴定导致生态系统退化的原因及过程（尤其是关键因子）

•找出控制和减缓退化的方法

•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

•制定易于测量的成功标准

•发展在大尺度情况下完成有关目标的实践技术并推广

•恢复实践

•与土地规划、管理部门交流有关理论和方法

•监测恢复中的关键变量与过程，并根据出现的新情况做出适当的调整。

上述程序可列成如下操作过程：

1.接受恢复项目→

2.明确被恢复对象、确定系统边界（生态系统层次与级别、时空尺度与规模、结构与功能）→

3.生态系统退化的诊断（退化的基本特征、退化原因、退化类型、退化过程、退化阶段、退化强度）→

4.退化生态系统的健康评估（历史上原生类型与现状评估）→

5.结合恢复目标和原则进行决策（是恢复、重建或改建，可行性分析，生态经济风险评估，优化方案）→

6.生态恢复与重建的实地实验、示范与推广→

7.生态恢复与重建过程中的调整与改进→

8.生态恢复与重建的后续监测、预测与评价。

3.8生态恢复的时间

1.与生态恢复时间有关的因素

生态恢复的时间不仅取决于被干扰对象本身的特性，如对干扰的抵抗力和恢复力，而且取决于被干扰的尺度和强度。

退化生态系统恢复时间的长短与下列因素有关：

✓生态系统类型

✓退化程度

✓恢复方向

✓人为促进程度等

一般来说，退化程度较轻的生态系统恢复时间要短些；

湿热地带的恢复要快于干冷地带。

土壤环境的恢复比生物群落的恢复时间要长得多。

森林的恢复速度要比农田和草地的恢复速度慢一些。

2.弃耕地恢复需40年，弃牧草地要4-8年，改良退化土地需5-100年，火山爆发后土壤要恢复到具有生产力的土地需3000-12000年，湿热区耕作转换后恢复需20年左右。

3.9恢复成功的判断标准

恢复生态学家、资源管理者、政策制定者和公众希望知道恢复成功的标准何在，但生态系统的复杂性及动态性却使这一问题复杂化了。

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、诸如水文过程等非生物特征的恢复等。

有关生态恢复成功与否的指标和标准虽尚未建立，但以下问题在评价生态恢复时应重点考虑：

•新系统是否稳定，并具有可持续性

•系统是否具有较高的生产力

•土壤水分和养分条件是否得到改善

•组分之间相互关系是否协调

•所建造的群落是否能够抵抗新种的侵入（因为侵入是系统中光照、水分和养分条件不完全利用的表现）

3.10生物多样性在生态恢复中的作用

1.生态恢复中的一个关键成分是生物体，故生物多样性在生态恢复计划、项目实施和评估过程中具有重要作用

1.1在生态恢复的计划阶段就要考虑恢复乡土种的生物多样性

在遗传层次上：

考虑温度适应型、土壤适应型和抗干扰适应型品种

在物种层次上：

根据退化程度选择阳生性、中生性或阴生性种类并合理搭配，同时考虑物种与生境的复杂关系，预测自然变化，种群的遗传特性，影响种群存活、繁殖和更新的因素，种的生态生物学特性，足够的生境大小

在生态系统水平层次上：

尽可能恢复生态系统的结构和功能（如植物、动物和微生物及其之间的联系），尤其是其时空变化

1.2在恢复项目的管理过程中首先要考虑生物控制

A、对极度退化的生态系统，主要是抚育和管理，对病虫害的要求不高。

B、对中度退化的生态系统和部分恢复的生态系统则要加强病虫害控制。

然后考虑建立共生关系及生态系统演替过程中物种替代问题。

1.3在恢复项目评估过程中

可与自然生态系统相对照，从遗传、物种和生态系统水平进行评估，最好是同时考虑景观层次的问题。

因为在景观层次上可以兼顾生境损失、破碎化和退化生态系统等大尺度的问题。

2.在生态系统恢复中采用乡土种具有更大的优势，这主要体现在：

a.更适于当地的生境，其繁殖和传播潜力更大

b.更易于与当地残存的天然群落结合成更大的景观单位，从而实现各类生物的协调发展

c.外来种可能在一定的时间内为当地带来好的生态和经济效益，但外来种入侵会造成很多当地植被取代、消失，从而改变原有生态系统，恢复生态学的目标是要用本地种，排除外来种，不能“引狼入室”

d.理想的恢复应全部引进乡土种，而且应在恢复、管理、评估和监测中注意外来种入侵问题，甚至有时候也应关注从外地引入原来在当地生存的乡土种对当地群落的潜在影响。