东北林业大学 林业生态工程学原始课件.docx
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东北林业大学林业生态工程学原始课件
林业生态工程学
1绪论
2林业生态工程学基础理论
3我国林业生态工程规划与布局
4平原区林业生态工程建设技术
5风沙区林业生态工程建设技术
6山丘区林业生态工程建设技术
7沿海防护林工程建设技术
1绪论
1.0森林分类经营
1.1林业生态工程的概念和特点
1.2林业生态工程的主要内容和类型
1.3我国生态环境问题
1.4林业生态工程的作用
生态:
指影响人类生存与发展的水资源、土地资源、生物资源以及气候资源数量与质量状况的总称。
林业分类经营:
是在社会主义市场经济条件下,根据社会对林业生态和经济的两大需求按照森林多种功能主导利用的不同,相应的将森林划定为公益林和商品林,分别按各自特点和规律运营的一种经营管理体制和发展模式。
公益林:
是指以保护和改善人类生存环境,保持生态平衡,保护生物多样性和国土保安等满足人类社会的生态需求为主体功能的森林。
商品林:
是指以提供林特产品,获得最大经济产出等满足人类社会的经济需求为主体功能的森林,主要是提供能进入市场流通的经济产品。
森林分类指标:
A、生态脆弱性
生态脆弱性:
是指森林生态系统一经破坏后就难以恢复良性生态环境以及生态环境极易因自然条件改变而造成偶发或多发性自然灾害的程度。
B、生态重要性
生态重要性:
是指具有重要生态价值以及需要提供森林保护的森林生态系统、濒危动植物种类和人类社会设施的重要程度。
1、已被各级政府部门批准划入各级自然保护区、保护小区、保护点内的森林和林木,以及未经认为干扰或干扰较轻的地带性顶极群落划定为自然保存林。
2、根据林业生产需要建设或划定的专门遗传和物种基因,繁育良种,培育新品种的物种保护地、植物园、树木园、种子园、母树林和采穗圃等划为种子资源林。
3、列入各级生物防火林(带)建设工程内的所有林木划为防火林。
4、经各级林业主管部门批准划定或科研部门建设的用于各种教学、实验和定位观测的森林(林地)划为科教实验林。
5、在历史遗址和人文纪念地(纪念物)周围,以及具有特殊纪念意义的森林或林木(含古树名木)划为文化林
6、经林业建设部门批准划入各级城市园林、森林公园、风景名胜区、滑雪场、狩猎场等游憩场所范围内的森林与绿地划为游憩景观林。
7、镇以上城区和城乡结合部内,居民点和厂矿周围起美化环境、防污抗污、减尘降噪等作用的林木划为环境保护林。
8、在国境线20公里,以及军事禁区内保护与屏障国防设施的林木划为国防林。
9、水源涵养林
10、水土保持林
11、防风固沙林
12、农田牧场防护林
13、护路(岸)林
优先级
保护程度
森林类型
一级
严格保护
国防林、自然保护区、原始林
二级
重点保护
文化林、游憩景观林、科教实验林、种子林、护路(岸)林
三级
一般保护
生物防火林、水土保持林、水源林、防风固沙林、海防林、农田牧场防护林
四级
开发利用
非木质产品林、工业纤维林、燃料林、用材林
1.1林业生态工程
概念和特点
生态工程:
是应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理,结合系统工程中最优化方法设计的、分层多级利用物质的工艺系统。
林业生态工程:
是根据生态学、林学及生态控制原理,设计、建造与控制以木本植物为主体的人工复合生态系统的工艺技术。
(目的在于保护、恢复、改善与持续利用自然资源)
•特点
林业生态工程包括传统的森林培养与经营技术,但又与造林和森林经营有以下区别:
(1)对象不同——宜林地→森林生态系统;区域或流域→人工复合生态系统
(2)关心点不同——木本植物与环境,木本植物种间关系、林分的结构与功能;人工复合生态系统中物种共生与物质循环再生过程、系统的结构与功能
(3)目的不同——提高林地的生产率→森林持续;提高复合系统经济和生态效益→系统持续
(4)采取技术措施不同——在林地上采用综合技术措施;各类土地上采取综合措施。
1.2林业生态工程的主要内容和类型
•主要内容
(1)生物群落建造工程:
把设计的种群按一定的时间顺序或空间顺序定植或安置在复合生态系统之中。
生物群落的选择和匹配是前提。
(2)环境改良工程:
人工复合生态系统是在非森林环境中建造,为了保证植物正常生长发育,必须改良当地的立地条件。
如蓄水整地、沙障、地膜覆盖、排水工程等。
(3)食物链工程:
包括生产性食物链(有效地利用绿色植物产品或加工剩余物转化成经济产品)和减耗性食物链。
•主要类型
根据建设的目的、结构与功能不同,林业生态工程可划分为以下类型:
(1)山丘区林业生态工程
(2)平原区林业生态工程
(3)风沙区林业生态工程
(4)沿海区林业生态工程
(5)城市林业生态工程
(6)水源区林业生态工程
(7)复合农林业生态工程
(8)防治山地灾害林业生态工程
(9)自然保护区林业生态工程
1.3我国生态环境问题
•概念
生态环境:
是指影响人类生存与发展的水资源、土地资源、生物资源以及气候资源数量与质量状况的总称。
生态环境问题:
是指人类为其自身生存和发展,在利用和改造自然界的过程中,对自然环境破坏和污染所产生的危害人类生存的各种负反馈效应。
•当今世界三大热点问题:
人口资源环境
•十大环境问题
•土地荒漠化:
全球每年700万公顷耕地
•大气污染:
全球每年释放200亿吨CO2
•温室效应:
干旱和洪水频繁发生1000万难民
•臭氧层减少:
紫外线增加
•水源短缺,污染严重
•海洋环境恶化:
海洋生物减少
•绿色屏障锐减:
热带雨林每年减少1700万公顷
•生物种类减少:
每天有100多种生物灭绝
•垃圾成灾:
每天有100多万吨垃圾得不到处理
•人口增长过快:
环境压力过大
•导致生态环境问题的原因:
(1)环境破坏:
不合理的开发和利用自然资源。
乱砍乱伐、陡坡开垦、过渡放牧、过渡樵采等。
(2)环境污染:
工农业发展和人类生活所造成的污染。
污水排放、喷施农药、垃圾大量堆放等。
环境污染
由于人们对工业高度发达的负面影响预料不够,预防不利,导致了全球性的三大危机:
资源短缺、环境污染、生态破坏.人类不断的排放污染物质。
但由于大气、水、土壤等的扩散、稀释、氧化还原、生物降解等的作用。
污染物质浓度和毒性会自然降低,这种现象叫做环境自净。
如果排放的物质超过了环境的自净能力,环境质量就会发生不良变化,危害人类健康和生存,这就发生了环境污染。
按环境要素分:
大气污染、水体污染、土壤污染。
按人类活动分:
工业环境污染、城市环境污染、农业环境污染。
按造成环境污染的性质、来源分:
化学污染、生物污染、物理污染(噪声污染、放射性、电磁波)固体废物污染、能源污染。
环境污染会给生态系统造成直接的破坏和影响,如沙漠化、森林破坏、也会给生态系统和人类社会造成间接的危害,有时比当时造成的直接危害更大,更难消除。
例如,温室效应、酸雨、和臭氧层破坏就是由大气污染衍生出的环境效应。
•我国生态环境问题
(1)自然环境先天脆弱:
地形、气候。
东北、华北、黄土高原——水土流失严重
南方——滑坡、泥石流严重
西北——沙漠、戈壁
(2)水土流失严重:
50年代流失面积160万km2,占国土面积的16.7%,到了90年代就增加到492万km2,占51%,20XX年356万km2,占37%。
黄土高原
水土流失面积占总面积的78%,土壤侵蚀模数平均达3000t/km2年,严重地区达1万t/km2年。
黑龙江省中部丘陵漫岗区
年平均流失表土0.4—0.7cm,严重地区达1cm以上,土壤侵蚀模数6000—7000t/km2年。
(3)荒漠化扩大:
我国1/4以上国土荒漠化。
每年因荒漠化造成的直接经济损失达540亿元,间接损失2889亿元,国家每年为治理荒漠化投资约500亿元。
我国最新公布的全国荒漠化面积为263.62万km2,占陆地面积的27.46%,我国可能发生荒漠化的土地面积331.7万km2,占国土总面积的34.6%。
荒漠化面积前三位的是:
新疆104.4万hm2,内蒙古65.9万hm2,西藏43.6万hm2
(4)水资源紧缺,污染严重
我国降水总量约6万亿m3,但全国现有水利设施供水能力4660亿m3,目前全国用水量超过7000亿m3。
我国水资源分布不协调,东南水量占全国总水量的82.2%,西北水量仅占17.7%。
雨季集中,多暴雨,造成绝大部分降雨随河流一次性入海,无效水比例大。
致使全国有200多个城市水资源紧缺,40多个城市严重缺水。
•我国七大水系污染程度次序为:
海河—辽河—淮河—黄河—松花江—珠江—长江。
•我国主要淡水湖污染程度次序为:
巢湖-滇池-南四湖-太湖-洪泽湖-洞庭湖-镜泊湖-兴凯湖-博斯滕湖-松花湖-洱湖。
•太湖、巢湖、滇池被国家列为三个污染最严重的淡水湖泊。
•五大淡水湖:
鄱阳湖、洞庭湖、太湖、洪泽湖和巢湖。
•五大湖泊有机污染严重程度前三位是太湖、洞庭湖、鄱阳湖。
•(5)森林覆盖率低:
•我国森林覆盖率建国初期为8.6%,2000年为16.55%,20XX年为18.21%(第六次全国森林资源清查结果),20XX年增加到20.36%(第七次全国森林资源清查结果)。
•森林覆盖率地域差异明显,各省市森林覆盖率差异较大,福建省森林覆盖率最高,达到60.52%,其次是台湾、江西、浙江,均达到50%以上,而青海省森林覆盖率最低,仅为0.43%,新疆为1.08%、宁夏2.2%、上海3.66%、江苏4.51%、甘肃4.83%、西藏5.93%、天津为7.47%,均低于10%,我国西北地区森林覆盖率最低,而东南各省最高。
•(6)天然林生态系统和野生动
•植物面临危机
•我国生物多样性丰富程度占世界第9位。
其中,种子植物居世界第3位,哺乳动物占世界第5位,两栖类居第6位,鸟类居世界第10位。
•我国天然林主要分布在东北和西南地区,据调查,1975年为9817万hm2,到1985年为8675万hm2,分布在热带和亚热带的红树林及分布在东北和西南的天然林面积大幅度减少。
•栖息地缩小+乱捕滥猎→野生动物濒危和灭绝
•每小时有3个物种灭绝。
•(7)气温呈上升趋势
•废气排放量逐年增加,导致气温上升——干旱加剧,海平面上升。
在最近的50年,我国年平均地表气温增加1.1℃。
2基础理论
●2.1生态环境脆弱带理论
●2.2生态系统的恢复与重建理论
●2.3可持续发展理论
2.1生态环境脆弱带理论
●概念:
在生态系统中,凡处于两种或两种以上的物质体系、能量体系、结构体系、功能体系之间所形成的“界面”,以及围绕该界面向外延伸的“过渡带”的区称为生态环境脆弱带。
研究内容:
●空间范畴:
性状、面积和结构等;
●时间范畴:
变化速度及过程演替;
●质量评价范畴:
脆弱程度以及发生频率。
(1)界面的脆弱性
界面“脆弱”的基本特征如下:
①可被代替的概率大,竞争的程度高;
②可以恢复原状的机会小;
③抗干扰的能力弱,对于改变界面状态的外力,只具相对低的阻抗;
④界面变化速度快,空间移动能力强;
⑤非线性的集中表达区,非连续性的集中显示区,突变的产生区,生物多样性的出现区。
(2)生态环境脆弱带的空间归纳
①城乡交接带
从城市向农村的过渡带。
由于人口数量和质量、经济形式、供需关系、物质能量交换水平、生活水准、社会心理等因素,使得这一过渡带的时空变化,表现出十分迅速和不稳定的特征。
②干湿交替带
从比较湿润向比较干燥变化的过渡带。
由于气候条件的差异,热量、水分平衡的状况产生了不同的生态效果,与此相应的植被类型、土壤类型、地表景观、生产方式等,均具有脆弱程度较高的特点。
③农牧交错带
由于生产条件、生产方式以及生产目标的不同,在农业地区与牧业地区的衔接处,形成了一个过渡的交界面。
在这个过渡带中,由于人类的生产活动,形成了生态环境脆弱的基本前提。
④水陆交界带
由于液相物质与固相物质的互相交接,出现了一个既不同于水体,也不同于土体的特殊过渡带,其受力方式及强度,以及频繁的侵蚀与堆积等,使得这一交界带呈现不稳定的特征。
⑤森林边缘带
森林边缘所承受的环境应力及社会经济应力,不同于森林内部,亦不同于非林地的自然环境,因此该边缘带的形态及演化,常常为生态环境评定的指示者。
⑥沙漠边缘带
由于物质组成、外营力以及地表景观的显著差异,沙漠内部与非沙漠的农牧区之间,同样形成了明显的生态环境脆弱带,它的移动和变换,反映了各种综合作用的共同结果。
⑦梯度联接带
主要由于重力梯度、浓度梯度、硬度梯度等的明显存在,产生了侵蚀速率、污染程度、坡面形态变化的过渡区,它们在生态环境的系统稳定性上,显然是脆弱的。
⑧板块接触带
各大板块互相联结的空间域,形成了表现脆弱特征十分明显的各类地质地貌状况。
此外,只要具备上述特征的空间域,均可划归为生态环境脆弱带。
但是,必须明确,生态环境脆弱带本身,并不等同于生态环境质量最差的地区,也不等同于自然生产力最低的地区,只是在生态环境的改变速率上,在抵抗外部干扰的能力上,在生态系统的稳定性上,在相应于全球变化的敏感性上,表现出可以明确表达的脆弱。
2.2生态系统的恢复与重建理论
(一)干扰和受害生态系统
●自然干扰:
①地球自身的地质地貌过程
–火山爆发、地震、滑坡、泥石流。
②区域气候变化
–火灾、水灾、虫害、飓风、盐渍作用等
–人为干扰:
指人类社会中所发生的一系列社会、经济、文化活动或过程。
–工农业活动、旅游、战争、有毒化学物的施放、森林砍伐、农垦、过度放牧、过度樵采、露天开采、筑坝等
正常的生态系统——是生物群落与自然环境取得平衡的自我维持系统,并保持一种动态平衡的状态。
–干扰——可使生态系统的结构和功能发生位移,打破原有生态系统的平衡状态,使系统的结构和功能发生变化和障碍,使生态系统产生破坏性波动或恶性循环,形成受害的生态系统。
–受害生态系统:
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。
–与自然系统相比,受害生态系统的种类组成、群落结构改变,生物多样性减少,稳定性和抗逆能力减弱、生物生产力降低,土壤和微环境恶化。
这类系统也被称之为“退化生态系统”。
(二)受害生态系统的恢复与重建
●由于生态演替的作用,生态系统也可以从自然干扰和人为干扰所产生的位移状态中得到恢复,生态系统的结构和功能得以逐步谐调。
在人类参与下,一些生态系统不仅可以加速恢复,还可改建和重建。
●受害生态系统因管理对策不同,可能有4种结果:
①恢复到它原来的状态;
②重新获得一个既包括原有特性,又包括对人类有益的新特性状态;
③由于管理技术的使用,形成一种改进的和原来不同的状态;
④因适宜条件不断损失的结果,保持受害状态。
(1)几个名词概念
●①恢复:
是将受害生态系统从远离初始状态的方向推移回到初始状态(主要是再建立一个完全由本地种组成的生态系统。
在大多数情况下,这是一个消极的漫长的过程,它依赖于自然演替过程和移去干扰。
随着人口增长,土地破碎化、生物入侵、环境污染等导致完全恢复不太可能)。
●②恶化:
干扰持续进行,使生态系统受到更大破坏。
●③重建:
是将生态系统的现有状态进行改善,改善的结果是增加人类所期望的“人造”特点,压低人类不希望的自然特点,使生态系统进一步远离它的初始状态,形成一种改进的和原来不同的状态。
●④改建:
是将恢复和重建措施有机地结合起来,重新获得一个既包括原有特性,又包括对人类有益新特性的状态。
●
(2)生态恢复的目标与模式
●恢复的目标是通过修复生态系统功能,补充生物组分,使受损的生态系统回到一个更自然条件下的状态。
Hobbs和Norton认为恢复退化生态系统的目标包括:
●建立合理的内容组成:
种类、丰富度及多度;
●结构:
植被和土壤的垂直结构;
●格局:
生态系统成分的水平安排;
●异质性:
各组分由多个变量组成;
●功能:
诸如水、能量、物质流动等基本生态过程的表现。
●受害生态系统的恢复可以遵循两个模式途径:
(3)生态恢复的方法
●不同类型(如森林、草地、农田、湿地、湖泊、河流、海洋)、不同程度的退化生态系统,其恢复方法亦不同。
从生态系统的组成成分角度看,主要包括非生物和生物系统的恢复。
●非生物成分的恢复技术包括:
–水体恢复技术:
化学处理、物理处理、生物处理、富营养化控制、换水、集水和节水技术等。
–土壤恢复技术:
耕作制度和方式的改变、施肥、土壤改良、生物培肥、化学改良、控制水土侵蚀、换土及分解污染物等。
–空气恢复技术:
新兴能源替代技术、烟尘吸附、温室气体的转化、生物和化学吸附等。
●生物成分的恢复技术包括:
–生产者(植被):
物种的引入、品种改良、基因工程、植物快速繁殖、植物的搭配、植物的种植、林分改造等。
–消费者:
捕食者的引入、病虫害的控制。
–分解者:
微生物的引种及控制。
●生态恢复中最重要的是综合考虑实际情况,充分利用各种技术,通过研究与实践,尽快地恢复生态系统的结构,进而恢复其功能,实现生态、经济、社会和美学效益的统一。
●人类对受害生态系统所采用的恢复措施,必须符合生态学规律,必须从生态系统的观点出发,否则,一个措施的使用不当,往往会引起另一种严重后果。
国内外已有很多先例。
(4)恢复成功的标准
①可持续性(可自然更新);
②不可入侵性(象自然群落一样能抵制入侵);
③生产力(与自然群落一样高);
④营养保持力;
⑤生物间相互作用(植物、动物、微生物)。
2.3可持续发展理论
一、概念
持续发展:
满足当代的发展需求,应以不损害、不掠夺后代的发展需求作为前提。
它意味着:
•在空间上:
应遵守互利互补的原则,不能以邻为壑;
•在时间上:
应遵守理性分配的原则,不能在“赤字”状况下进行发展的运行;
•在伦理上:
应遵守“只有一个地球”“人与自然平衡”“共建共享”等原则,充分体现高效和谐、循环再生、协调有序、运行平稳的良性状态。
•二、可持续发展水平的基本衡量要素:
•
(1)资源的承载能力——基础支持系统
•一个国家或地区按人平均的资源数量和质量,以及它对于该空间内人口的基本生存和发展的支撑能力。
如果可以满足世代的需求,则具备了持续发展条件;如不能满足,应依靠科技进步挖掘替代资源,务求“基础支持系统”保持在区域人口需求的范围之中。
•
(2)区域的生产能力——动力支持系统
•一个国家或地区在资源、人力、技术和资本的总体水平上,可以转化为产品和服务的能力。
可持续发展要求此种生产能力在不危及其他子系统的前提下,应当与人的需求同步增长。
•(3)环境的缓冲能力——容量支持系统
•人对区域的开发,对资源的利用,对生产的发展,对废物的处理等,均应维持在环境的允许容量之内,否则,可持续发展将不可能继续。
•(4)进程的稳定能力——过程支持系统
•在整个发展的轨迹上,不希望出现由于自然波动(特大自然灾害与不可抗拒的外力干扰)和经济社会波动(由于战争的干扰,由于重大决策失误所引起的不可挽回的损失等)所带来的灾难性后果。
这里有两条途径可以选择:
•其一,培植系统的抗干扰能力;
•其二,增加系统的弹性,一旦受到干扰后的恢复能力应
•当是强的,即有迅速的系统重建能力。
(5)管理的调节能力——智力支持系统
它要求人的认识能力,人的行动能力,人的决策能力和人的调整能力,应适应总体发展水平。
即人的智力开发和对于“自然——社会——经济”复合系统的驾驭能力,要适应可持续发展水平的需求。
●在上述5个要素全部被满足之后,可以寻求对于一个国家或一个地区可持续发展能力的判断,同时我们也可以全面地比较不同国家或地区的可持续发展潜力,从而建立起衡量可持续发展水平的序列谱。
3我国林业生态工程规划与布局
3.1我国十大林业生态环境建设工程体系
3.2我国六大林业重点工程
3.1我国十大林业生态环境建设工程体系
(1)三北防护林体系(1978年)
(2)长江中上游防护林体系(1989年)
(3)沿海防护林体系(1988年)
(4)太行山绿化工程(1986年)
(5)平原绿化工程(1988年)
(6)黄河中游防护林体系(1996年)
(7)淮河、太湖流域防护林体系(1992年)
(8)珠江防护林体系(1993年)
(9)辽河防护林体系(1994年)
(10)全国防治荒漠化工程(1991年)
v
(1)三北防护林体系建设工程
v目的:
以治理或缓解气候干旱,水土流失和风沙危害等环境问题,从根本上改善三北地区的生态环境,使群众摆脱长期贫困的境地。
v范围:
包括西北、华北北部和东北西部,东西长4480km,南北宽560~1460km,面积406.9万km2,占国土面积的42.2%。
包括13个省(直辖市、自治区)的551个县和新疆建设兵团。
v建设期限:
1978~2050年
▪1978~2000,2001~2020,2021~2050
v造林总面积:
3560万hm2,总投资57.68亿元。
v森林覆盖率:
5%~14.95%
v总体布局
▪第一阶段(1978~2000):
平原与灌溉绿洲农田防护林;毛乌素、科尔沁沙地防风固沙林;京包-包兰铁路两侧绿化带;京、津周围地区绿化;黄河干流两侧护岸林;渭北黄土高原-吕梁山南端水土保持林。
完成总造林的61.2%。
▪第二阶段(2001~2020):
陇东黄土高原水保林和农防林;新疆和田河沿岸胡杨防护用材林;河西走廊防护林;锡林郭勒高平原东南部牧场防护林;晋陕峡谷水土保持林。
(22.7%)
▪第三阶段(2021~2050):
黑龙江、辽宁、内蒙古、山西、陕西等省的26个县造林574.6万hm2,(16.1%)
v四大世界级造林工程:
(1)中国“三北防护林”工程。
20XX年获《吉尼斯世界纪录》,创两项世界之最:
世界上最大的植树造林工程和最大面积的植树造林。
(2)前苏联“斯大林改造大自然计划”;
(3)阿尔及利亚“绿色坝项目”;
(4)美国“罗斯福生态工程”是人类有史以来四大世界级造林工程,其中“三北防护林”为四大之首。
(2)长江中上游防护林体系建设工程
v目的:
恢复和扩大森林植被,遏制水土流失,减少洪灾、旱灾和泥石流的发生,改善生态环境,促进工农业发展和山区人民脱贫致富。
v工程范围:
包括安徽、江西、湖北、湖南、四川、贵州、云南、陕西、甘肃、青海、河南、重庆12个省(直辖市)的271个县(市、区)。
面积160万km2,占国土面积的16.6%。
v建设期限:
1989~,30~40年
▪一期工程:
1989~2000(造林666.7万hm2)
v造林总面积:
2000万hm2
v森林覆盖率:
20%~45%
v总体布局:
以长江为主线,以流域水系为单位,以遏制水土流失为重点,首先在森林覆盖率低、水土流失严重的地段全面开展。
(3)沿海防护林体系建设工程
目的:
防风固沙,护堤,保护农田,涵养水源,改善和保护我国沿海地区的生态环境。
范围:
北起辽宁的鸭绿江口,南至广西的北仓河口,大陆海岸线长1.8万km,岛屿海岸线1.4万km,包括11个省(自治区、直辖市),总面积2510.96万hm2,占国土面积的2.6%。
建设期限:
1988~2010
a)1988~2000
b)2001~2010
造林总面积:
355.8万hm2
森林覆盖率:
21%~39.1%
v总体布局
v沙质海岸为主的平原丘陵区(辽东半岛、山东半岛平原丘陵、粤东丘陵台地等)——以治理风、沙、潮和水土流失危害为主,结合水土流失的治理做好荒山荒地绿化,营造水保林、水涵林、经济