恢复生态学绪论ppt课件.ppt

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1、恢复生态学,周德群昆明理工大学环境科学与工程学院,恢复生态学,参考书目：恢复生态学，董世魁，刘世梁，邵新庆，黄晓霞，高等教育出版社，2009年；恢复生态学导论（第二版），任海,刘庆,等科学出版社，2008年；恢复生态学，彭少麟气象出版社 2007年；生态修复，周启星，魏树和，张倩茹等，中国环境科学出版社，2006年生态恢复的原理与实践，李洪远、鞠美庭，化学工业出版社，2005年,相关期刊,中文期刊：生态学报（中国生态学会） 应用生态学报（中国生态学会）生态学杂志（中国生态学会） 生态科学（广东生态学会）农村生态环境（南京环境科学研究所）;中国沙漠应用与环境生物学报农业环境与发展生态环境干旱区资

2、源与环境热带亚热带植物学报 环境科学中国微生态学杂志水土保持通报植物研究水土保持研究中国水土保持生态农业研究自然资源学报,英文期刊：PedosphereBiogeochemistryEcologyEcosystemsThe Journal of Applied EcologyJournal of Chemical EcologyAmerican Journal of BotanyAnimal BehaviorJournal of Experimental Marine biology and EcologyJournal of Hydrology Microbial EcologyOikos/

3、Nordic Ecological Society OikosAnnual Review of Ecology and SystematicsAfrican Journal of Ecology,Agriculture, ecosystems & environmentJournal of Tropical EcologyFunctional EcologyJournal of Environmental ManagementEcological modelingAgricultural systemsEcological entomologyBehavioral Ecology and So

4、ciobiology,Landscape EcologyEcological economicsApplied Soil EcologyEcological EngineeringGlobal environmental changeBiodiversity and conservationSustainable DevelopmentRestoration ecologyPlant Ecology Forest Ecology and Management,相关网站：http:/保护中国的生物多样性http:/中国环境生态网http:/scm.org中国水土保持监测网http:/生态规划空间

5、站附录1国际上有关恢复生态学的网址附录2国际比较重要的恢复生态学参考文献,“恢复生态学”国际网站NW Energy Coalition - a regional alliance of community organizations and utilities promoting energy conservation, clean, renewable sources of power, consumer and low-income protection, and salmon restoration. http:/www.nwenergy.org/Collective Heritage

6、Institute - conducts education and research in the areas of biodiversity, ecological farming practices, and environmental restoration.http:/www.bioneers.org/Portland Brownfields Initiative- building a set of government, business, and community supported processes that will foster restoration and red

7、evelopment of contaminated lands within Portland. http:/www.brownfield.org/National Tree Growers?Cooperative Federation (NTGCF)- works towards the restoration of village communities woodlands and ecological security in eco-fragile and marginalised zones of India.http:/www.ntgcf.org/,第一章 绪论第二章 理论生态学基

8、础第三章 应用生态学基础第四章 种群和群落的生态恢复应用于实践 第五章 陆域生态系统的恢复与重建第六章 水域与湿地生态系统的恢复重建第七章 生态系统服务与健康管理第八章 全球变化与响应对策第九章 保护行动规划（CAP）简介,第一章 绪 论,第一节 人类干扰和退化生态系统第二节 恢复生态学的研究简史第三节 生态恢复概述第四节 生态恢复的理论基础（恢复、基础、景观生态学理论）第五节 生态恢复的机理与方法,第一节 人类干扰和退化生态系统,一、退化生态系统及其成因二、退化生态系统类型三、退化生态系统特征四、全球退化生态系统现状（自学）,一、退化生态系统及其成因1.退化生态系统定义生态系统的基本结构和固

9、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、系统生产力下降，也就是系统提供生态系统服务的能力下降或丧失，这样的生态系统被称为退化和受损生态系统。退化生态系统实际上是生态系统演替的一个类型。2.退化生态系统成因1）干扰为主要作用因子，对于生物多样性发生和维持起重要作因，同时在生物进化过程中也是主要的选择压力。,2）干扰的类型A、自然干扰 指无人为活动介入的自然环境条件下发生的干扰。包括大气干扰、地质干扰和生物干扰。 物理干扰：火灾、冰雹、风暴、雪灾、霜冻、酸雨、泥石流、滑坡、洪水、潮汐、降水、干旱和地表运动过程等； 生物干扰：捕食、放牧、伤害、取代其它有机体的非捕食性行为、系统中大

10、型捕食动物的消失等B.人为干扰：污染、森林砍伐、露天开采、采集、采樵（空心林）、狩猎、捕捞、旅游、探险等人为干扰具有广泛性、多变性、潜在性、协同性、累积性和放大性等特点。,B、人为干扰 指的是由于人类生产、生活和其他社会活动引起的干扰对自然环境和生态系统施加的各种影响。属社会性压力。表1.1 人类对生态系统干扰的方式与效应,3）生态系统退化的过程为逆向演替的过程，分为：A突变过程：干扰力抵抗力，如火山、采矿B渐变过程：陡坡开垦耕地连续种植作物C跃变过程：干扰持续，作用时间长，如污染胁迫下水体和森林生态系统的变化，草地持续过牧D间断不连续过程：周期性干扰，如热带雨林的轮歇、刀耕火种下的土壤退化E

11、复合退化过程：如西南亚高山暗针叶林-砍伐（突变）红白刺灌丛或箭竹灌丛/或者逐步恢复（渐变）退化生态系统恢复和重建时要首先合理诊断退化的过程及退化的程度，才可能合理选择应该采取的途径和技术方法。,退化过程,1）突变过程 在受到特别强烈的干扰时，生态系统表现出的退化过程。2）跃变过程 在受到持续干扰的作用下，生态系统最初并未表现出十分明显的退化或并未退化，但干扰 的持续、破坏性进一步累积到一定程度后，生态系统突然剧烈退化的过程。3）渐变过程 指干扰后，生态系统表现出退化速度较一致，退化程度逐渐加重的退化过程。4）间断不连续过程 在周期性干扰作用下，生态系统表现出的退化过程。5）复合退化过程 退化过

12、程表现为上述几种类型的组合变化。,图1 生态系统退化过程的几种 类型示意（引自包维楷，陈庆恒，1999）A-突变过程；B-跃变过程；C-渐变过程；D-间断不连续过程,图2 生态系统渐变退化过程示意（引自包维楷，陈庆恒，1999）,4）退化程度诊断：定性和定量评价A.表达方式：轻中重度；一、二、三等；可自然恢复、人工促进恢复；将退化程度和生态系统的演替阶段联系起来确定。B.诊断途径与可能指标：a.生物途径：生物数量、种类组成和结构、生产能力，如土壤微生物、动物、植物根系等b.生境途径：气候条件、土壤理化性质、土壤养分c.生态系统服务功能途径：物质循环、气候调节、水土流失控制、污染净化、文化娱乐等

13、d.景观途径：景观组成（嵌块体、廊道、基质、网络）；景观结构：异质性、嵌块体、廊道和基质的构型、景观对比度等e.生态过程途径：种群动态、种子传播、捕食者和猎物相互作用、养分循环等,C：退化程度诊断方法a.单途径单因子诊断法：选定某个诊断途径的某个指标进行诊断的方法，例如指示生物（外来种标志着发展演替的方向）；以SO2污染监测为例：附生植物：叶状地衣-枝状地衣-壳鞘状地衣 ；动物监测：敏感性次序（金丝雀，狗，家禽） 以水体污染的植物监测：藻类更替。轮藻硅藻绿藻-蓝藻b.单途径多因子诊断法（见后）c.多途径综合诊断法（见后）(生物途径；生境途径；生态系统服务功能途径；景观途径；生态过程途径),以滇

14、池为例，水生植被与水体污染程度的关系如下：（1）严重污染：各种高等沉水植物全部死亡；（2）中等污染：敏感植物如海菜花、轮藻、石龙尾等消失，篦齿眼子菜等敏感植物稀少，抗性强的如红线草、狐尾藻等相当繁茂；轻度污染：敏感植物如海菜花、轮藻等渐趋消失，中等敏感植物和抗污植物均有生长；无污染：轮藻生长茂盛，海菜花生长正常。上述各类植物均能够正常生长。从上述结果可以看出，海菜花、轮藻等敏感植物可以用作（指示）监测植物。,b.单途径多因子诊断法：选用一个诊断途径的多个指标进行诊断的方法；c.多途径综合诊断法：(生物途径；生境途径；生态系统服务功能途径；景观途径；生态过程途径)选用两个或两个以上诊断途径的指标

15、进行诊断的方法。后两者均需要建立指标体系，利用数学分析甚至建立模型的方法来进行诊断。,D: 退化程度诊断方法,表1 生态系统退化程度途径与诊断方法,退化程度诊断策略与流程,图3 生态系统退化程度诊断图示（引自杜晓等，2003）,二、退化生态系统类型根据退化过程及生态学特征可以分为不同退化类型：彭少麟2000把陆地生态系统退化分为：裸地（原生、次生）森林采伐迹地、弃耕地、沙漠化地、采矿废弃地和垃圾堆放场6种类型；章家恩1999划分：局部退化生态系统、中尺度区域退化生态系统、和全球退化生态系统。常见退化生态系统类型主要有以下6类：,1）裸地2）森林采伐迹地3）弃耕地4）沙漠5）废弃地 a、工业废弃

16、地 b、采矿废弃地 c 、垃圾堆放场6）受损水域,1、裸地（primary/secondary barren）也称为光板地。通常因极端的环境条件而形成，其环境条件一般较潮湿、较干旱、盐渍化程度较深、缺乏有机质、基质移动性强等。原生裸地一般是自然干扰形成，如冰川过后，次生裸地一般由人为干扰造成，如废弃地。2、森林采伐迹地：logging slash由人为干扰形成，随采伐强度和频度而异。据世界粮农组织调查目前世界原始森林已经消失2/3，中国现有林地2.6亿公顷，森林覆盖率仅为13.92%，50年代长江上游生态林已损毁过半。,3、弃耕地abandoned field，discard field由人为

17、干扰形成，随弃耕时间而异。4、沙漠desert 可以由自然干扰和人为干扰形成，按照目前荒漠化速度，未来20年内世界会有1/3的耕地消失，目前全球荒漠化土地面积3.6X107km2，占陆地面积的1/4，并以每年1.5X105km2速度扩展。中国已经成为世界荒漠化面积最大、分布最广、危害最严重的国家之一。荒漠化土地面积超过10亿公顷，占国土面积的近1/3。,5、废弃地1）采矿废弃地mine derelict指采矿活动破坏的非经治理而无法使用的土地，主要分4类：A.由剥离表土、开采的废石及低品位矿石堆积而成；B.采空区域开采坑废弃地；C.分选、精选后的剩余排放物形成的尾矿废弃地；D.开采石料而形成的

18、采石废弃地。2）工业废弃地：多样化，化工产业污染较大（大气、土壤等）3）垃圾堆放场wastes stack bank人为干扰形成堆放或堆埋生活、城市、工业等废弃物的地方。6、受损水域：自然干扰和人为污染,三、退化生态系统特征,生态系统退化后原有平衡被打破，系统结构、组分和功能都会发生变化，随之而来的是稳定性减弱、食物网结构变化、物质循环发生不良变化，能量流动出现危机和障碍、生产能力下降、生物利用和改造环境能力下降、服务功能弱化等。请思考生态系统的服务功能有哪些？,2、特征1）生物多样性变化2）层次结构简单化3）食物网结构变化4）能量流动出现危机和障碍：a、系统总光能固定的作用减弱，能流规模 降

19、低，能流格局发生不良变化；b、能流过程发生变化，捕食过程 减弱或消失，腐化过程弱化，矿化过程加强而吸贮过程减弱；c、 能流损失增多，能流效率降低。5）物质循环发生不良变化6）系统生产力下降：原因在于：光能利用率减弱；由于竞争和对资源利用不充分，光效率低，植物为正常生长而消耗于克服环境的不利影响上能量增多 ，净初级生产力下降；第一性生产者结构和数量的不良变化也导致次级生产力下降。,表3 退化生态系统与正常生态系统特征之比较,7）生物利用和改造环境的能力弱化、功能衰退固定、保护、改良土壤及其养分能力弱化；调节气候能力削弱；水分维持能力削弱，地表径流增加，引起土壤退化；防风、固沙能力弱化；净化空气、

20、降低噪声的能力弱化；美化环境等文化环境价值降低或丧失，这导致系统生境的退化，在山地系统中尤为明显。8）系统稳定性下降,四、退化生态系统现状(查阅资料，自学)P14全球/中国退化生态系统的类型和面积森林草地水土流失荒漠化（风蚀、水蚀、盐渍荒漠化）淡水生态系统（河流/河岸/湖泊/湿地等）脆弱生态系统(石灰岩山地/青藏高原区),2千万,12亿,5亿4千万,五 生态恢复的基本原理,1、概述1）定义 国际生态恢复学会：是帮助研究恢复和管理原生生态系统的完整性的过程。这种生态整体包括生物多样性的临界变化范围、生态系统结构和过程、区域和历史内容以及可持续的社会实践等。2）生态恢复的三个层次A、物种层次：a、

21、遗传多样性模式 b、遗传类型的选择 a)乡土种与非乡土种 b)个体数量B、种群层次：a、影响因素 a）栖息地的损失与破碎 b）小种群问题 c）物种对栖息地毁坏的反应 b、恢复地点的确定 a）边缘与中心种群 b）地形联系C、景观层次：,3）生态恢复的意义和类型A、意义：资源的需要-需要增加作物产量满足人类需要；环境变化的需要-人类活动已对地球的大气循环和能量流动产生了严重的影响；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；经济发展的需要-土地退化限制了国民经济的发展。B、类型：森林生态恢复水域生态恢复草地生态恢复海洋与海岸生态恢复废弃地生态恢复,2、生态恢复的理论基础

22、,1）恢复生态学的研究对象（基础理论与应用技术）A.基础理论研究的主要内容：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、预警和预测；生态系统健康等,B.应用技术研究的主要内容：退化生态系统恢复与重建的关键技术体系；生态系统结构和功能的优化配置及其调控技术；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；主要生态系统类型区退

23、化生态系统恢复与重建的优化模式试验示范与推广等。2）基础生态学理论（前面已讲,后边重新归纳）,3、生态恢复的机理与方法,1）生态恢复的目标和原则A、目标恢复诸如废弃矿地等极度退化的生境；提高退化土地上的生产力；在被保护的景观内去除干扰以加强保护；对现有生态系统进行合理利用和保护，维持其服务功能。B、要求实现生态系统的地表基质稳定性。因为地表基质是生态系统发育与存在的载体，基底不稳定，就不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。,c、退

24、化生态系统恢复与重建的基本原则,图4 生态恢复的原则（引自任海，彭少麟，2002）,2）生态恢复的机理,图 退化生态系统恢复的可能发展方向,退化生态系统恢复的可能方向包括：退化前状态、持续退化、保持原状、恢复到一定状态后退化、恢复到介于退化与人们可接受状态间的替代状态或恢复到理想状态。,Hobbst Norton(1996)提出临界阈值理论： 假设生态系统有4种可选择的稳定状态，状态1是未退化的，状态2和状态3是部分退化的，状态4是高度退化的。在不同胁迫或同种胁迫不同强度压力下，生态系统可以从状态1退化到状态2或状态3；当去除胁迫时，生态系统又可从状态2或状态3恢复到状态1.但从状态2或状态3

25、退化到状态4要超过一个临阈值，反过来，要从状态4恢复到状态2或状态3时非常困难，通常需要大量的投入。,图2.3 生态恢复阈限（引自任海，彭少麟，2002),如草地常常由于过度放牧而退化，若控制放牧则可很快恢复，但当草地已被野草入侵，且土壤成分已改变时，控制放牧已不能使草地恢复，这时需要更多的恢复投入。 同样，在亚热带区域，顶极植被常绿阔叶林在干扰下会逐渐退化为落叶阔叶林、针阔混交林、针叶林和灌草丛，这每一个阶段都有一个阈值，每越过一个，恢复投入就更大，尤其是从灌草丛开始恢复时投入就更大。,3）生态恢复途径、技术措施与程序,A、生态恢复途径 可以遵循两种模式： 第一，当生态系统受损不超负荷并可逆

26、的情况下，压力和干扰去除后，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。 第二，生态系统的受损是超负荷的，并发生不可逆的变化，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。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，只有人为采取固沙和植树种草措施才能使其得到一定程度的恢复。,B、生态恢复技术措施a、生态恢复技术体系非生物环境因素（土壤、水体、大气）的恢复技术生物因素（物种、种群、群落）的恢复技术生态系统

27、（包括结构功能）的总体规划、设计与组装技术景观规划与设计,不同类型、不同退化程度的退化生态系统，其恢复方法是不同的。 从生态系统的角度看，恢复主要包括非生物和生物系统的恢复。 非生物环境的恢复技术包括水体、土壤、空气的恢复技术； 生物系统的恢复技术包括植被、消费者和分解者的重建技术和生态规划技术的应用。 在生态恢复实践中，同一项目，根据其实际情况，可能会应用以上多种技术。,b、中国主要退化生态系统恢复措施a）黄河中上游地区b）长江中上游c）三北防护林地区d）南方丘陵红壤地区e）北方土石山区f）东北黑土漫岗区g）青藏高原冻融区h）草原区C、退化生态系统恢复与重建的程序 退化生态系统恢复的基本过程

28、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。,植被恢复是重建任何生物生态群落的第一步。植被恢复是以人工手段在短时间内使植被得以恢复，其过程通常是：适应性物种进入 土壤肥力的缓慢积累，结构缓慢改善（或毒性缓慢下降） 新的适应性物种进入 新的环境条件的变化 群落建立,图2.4 退化生态系统恢复与重建的重要操作程序与内容,首先应明确被恢复对象，确定退化系统的边界。包括生态系统的层次与级别、时空尺度和规模、结构与功能；然后对生态系统退化进行诊断，对生态系统退化的基本特征、

29、退化原因、过程、类型、程度等进行详细的调查和分析。结合退化生态系统所在区域的自然系统、社会经济系统和技术力量等特征，确定生态恢复目标，并进行可行性分析；在此基础上，建立优化模型，提出决策和具体的实施方案。对所获得的优化模型进行试验和模拟，并通过定位观测获得在理论上和实践上都具有可操作性的恢复与重建模式。对成功的恢复与重建 模式进行推广，同时进行后续的动态监测、预测和评价。,4）生态恢复的时间与评价标准,A、生态恢复的时间 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）；还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生态系统的类型、退化程度、恢复的方向和人为

30、正干扰的程度等都 有密切的关系。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 比干冷地带要快；土壤环境的恢复比生物群落的恢复时间要长得多；森林的恢复要比农田和草地的恢复速度要慢一些。,B、恢复成功的判定标准 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。 生态恢复成功与否的指标和标准尚未建立，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(例如桉树林则水分保持能力差)； 组分之间相互关系是否协调； 所建立的群落是

31、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）,六 全球生态恢复概况,1、国外生态恢复概况1）美洲2）欧洲3）其它2、中国生态恢复概况1）法律体系2）进展及成果A 森林恢复B 湿地恢复C 退耕地及退化荒山恢复D 草地恢复E 采矿废弃地恢复3）生态恢复研究存在的主要问题,图3.1 中国的环境保护法律体系,A 人们对生态系统退化的总体框架已有所认识，但是进一步对生态系统退化机制的深刻阐述和研究还不深入；B 退化生态系统恢复与重建模式的试验示范研究还停留在一些小的、局部的区域范围内或单一的群落或植被类型，缺乏从流域整体或系统水平的区域尺度的综合研究与示范（包维楷等，19

32、98），也缺乏对已有的模式随着时间推移和经济发展的需求而变化的优化调控研究；C 生态系统可持续发展的指标体系建立范例缺乏；D 在流域范围进行生态恢复在世界上尚属少有；E 生态恢复重建的理论体系和技术体系尚未形成。,3）生态恢复研究存在的主要问题,第二节 恢复生态学研究简史,1.国外的发展历史“在播种森林、树林时,最好的园艺师也在模仿着自然做工作”自然是最好的园艺师。 国外最早开展恢复生态学实验的是Aldo Leopold 等于1935 年恢复了一片草场（普列利prailae美洲草原音译）。其他人的目的是通过建设植被来防止水土侵蚀，生产有价值的东西。 Aldo与上边这种自然保护的最大区别在于最大

33、限度模仿了自然，是一种生态恢复。20 世纪5060 年代,欧洲、北美等开展了一些工程与生物措施相结合的矿山、水体和水土流失等环境恢复和治理工程。巴拉.沃德只有一个地球,从70 年代开始,欧美一些发达国家开始从事水体恢复研究。1975 年3月，在美国弗吉尼亚多所大学召开了一次“受损生态系统的恢复”国际研讨会,强调开展生态恢复技术措施研究，这是第一次把专家召集在一起讨论恢复。会议宗旨就是提高人们的意识、收集破坏的资料、采取相应的恢复措施。恢复生态学作为一门学科则始于20 世纪80 年代1980年Cairns主编了受害生态系统恢复过程。,1980 年Cairns 主编了受损生态系统的恢复过程一书,阐

34、述受损生态恢复过程中主要生态学理论和应用问题。1983 年在美国召开了“干扰与生态系统”国际研讨会,探讨了干扰对生态系统不同层次的影响。1985 年Aber 和Jorban 两位英国学者提出了恢复生态学的术语,并出版了有关恢复生态学研究的论文集,同年国际恢复生态学会成立,标志着恢复生态学学科的形成。,1989 年在意大利召开的第5 次欧洲生态学研讨会上把生态系统恢复作为该次会议讨论的主题之一。1991 年在澳大利亚召开了“热带退化林地的恢复国际研讨会”。1993 年恢复生态学(Restoration Ecology) 杂志创刊。1994 年在英国举行“第六届国际生态学大会”上将生态恢复作为15

35、 个现代生态议题之一。1996 年在瑞士召开了第一届世界恢复生态学大会,强调恢复生态学在生态学中的地位,恢复技术与生态学的联系。,1997 年著名刊物Science 连续刊载了7 篇关于生态恢复的论文。1998 年美国生态学会年会的主题涉及恢复生态学研究的核心内容。2000 年在英国召开恢复生态学会国际大会,其主题是以创新理论深入推进恢复生态学的自然与社会实践;2001 年召开的国际恢复生态学大会,其主题是“跨越边界的生态恢复”。近20 年来,世界各国均有大量有关恢复生态学论文报道,并有多种恢复生态学期刊、文摘、网站,极大促进了恢复生态学的交流与发展。,2.国内的发展历史 我国也是较早开展恢复

36、生态学实践和研究的国家之一。从20 世纪50 年代开始,我国就开始退化生态系统的长期定位观测试验和综合整治研究,50 年代末,余作岳等在广东的热带沿海侵蚀台地上开展了植被恢复研究。70 年代末“三北”防护林工程建设,80 年代长江、沿海防护林工程建设和太行山绿化工程建设以及80 年代末在农牧交错区、风蚀水蚀交错区、干旱荒漠区、丘陵、山地、干热河谷和湿地等也进行了退化或脆弱生态系统恢复重建研究与试验示范。,90 年代淮河、太湖、珠江、辽河、黄河流域防护林工程建设以及大兴安岭火烧迹地森林恢复研究、阔叶红松林生态系统恢复、山地生态系统的恢复与重建、毛乌素沙地恢复等提出了许多生态恢复与重建技术与优化模

37、式,先后发表了大量有关生态恢复与重建的论文、论著,在实践上已形成大批的小流域生态恢复的成功案例,极大促进了我国恢复生态学的研究与发展。,一、有关概念生态恢复包括人类的需求观、生态学方法的应用、恢复目标和评估成功的标准以及生态恢复的各种限制（如恢复的价值取向、社会评价、生态环境等）等基本成分。以下介绍与生态恢复有关的几个概念:恢复:restoration 改造/改良:reclamation重建: rehabilitation 修复:再植:revegetation 挽救redemption更新renewal 修补remediation/remedy改进enhancement,第三节 生态恢复概述,

38、1）改造/改良reclamation：即改良立地条件以便原有的生物生存，一般指原有景观彻底破坏后的恢复；2）重建 rehabilitation：即去除干扰并使生态系统回复原有的利用方式；3）修复rehabilitation：即把一个事物恢复到先前的状态的行为，与恢复的差别在于不包括达到完美状态的含义；4）修补remediation/remedy：即修复部分受损的结构；,5）再植:revegetation：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；6）更新renewal:指生态系统发育和更新；7）改进enhancement:对原有的受损系统进行改进，以提高某方面的结构和功能；8

39、）挽救redemption:9）恢复:restoration:,是一概括的术语，包括改造、修复、再植和重建；即通过各种方法改良和重建已经退化和破坏了的生态系统。例如，中国科学院华南植物研究所几十年来对热带亚热带退化森林的恢复生态学的研究，在几乎是寸草不长的裸红壤地上，通过种植速生、耐旱、耐瘠的桉树、松树和相思树等先锋树种、人工启动演替，然后配置多层多种阔叶混交林，逐步恢复了植被，并正向着持续森林生态系统研究的方向发展。橡胶林北移在我国西双版纳成功后，也进行着向多树种、多层次的森林系统发展的研究。,二、生态恢复的概念 restoration,目前国内外关于恢复生态学的定义很多,尚未取得共识,归纳

40、起来主要分为如下三类观点：第一类观点强调恢复的最终状态；第二类观点强调恢复的生态学过程； 目前我国许多学者均采用余作岳、彭少麟(1996) 提出的恢复生态学定义。第三类观点强调恢复的生态整合性。,一）生态恢复的概念,第一类观点强调恢复的最终状态。如1）Cairns(1995) 认为生态恢复是使受损生态系统的结构和功能回复到受干扰前状态的过程;2）Egan (1996) 认为生态恢复是重建某区域历史上有的植物和动物群落,而且保持生态系统和人类的传统文化功能的持续性的过程(Hobbs & Notorn ,1996) ；3）美国自然资源委员会（the US Natural Resource Coun

41、cil）认为：使一个生态系统回复到接近其受干扰前的状态即为；4）Jordan1995认为：使生态系统回复到先前或历史上（自然或非自然的）状态即为；事实上,上述定义的理想(最终) 状态是很难实现的。,第二类观点强调恢复的生态学过程。如1）Bradshaw (1987) 认为生态恢复是有关理论的一种“严密验证”（acid test) ,它研究生态系统自身的性质、受损机理及修复过程;2）Harper (1987) 认为生态恢复是关于组装并试验群落和生态系统如何工作的过程; 3）Diamond1987认为生态恢复就是再造一个自然群落、或再造一个自我维持、并保持后代具持续性的群落；4）余作岳、彭少麟(1

42、996) 提出恢复生态学是研究生态系统退化原因、退化生态系统恢复与重建技术与方法、生态学过程与机理的科学。目前我国许多学者均采用余作岳、彭少麟(1996) 提出的恢复生态学定义。,4）Cairns(1980，1991)、 Magnuson(1980)、Lewis(1989)、许木启(1998)等将生态恢复的概念定义为：恢复被损害生态系统到接近于干扰前的自然状况的管理与操作过程，即重建该系统干扰前的结构与功能及有关的物理、化学和生物学特征。生态系统的区别于一般系统（一定的结构，相互影响）的特征： 生态系统为动态的功能系统：具有物质循环、能量流动和信息传递的功能，具有生长、发育、代谢、繁殖、衰老的

43、过程，任何以个生态系统总是处于不断发展、进化和演变之中，有幼年期、成长期、成熟期等不同发育阶段； 生态系统具有一定的区域特征：不同区域、不同生态系统条件栖息着与之相适应的生物类群，其相互作用产生不同生态系统； 生态系统是开放的“自持系统”：太阳能和无机物通过生产者合成有机物，又被消费者利用从而进一步被分解者归还给无机环境，生态系统通过生产者、消费者和分解者三个不同营养水平生物类群完成的代谢机能，使生态系统中不断进行物质、能量的输入、输出； 生态系统具有自动调节功能：其表现为：同种生物种群密度调节，异种生物种群间数量调节，生物与环境之间相互适应的调节 按照美国生态恢复学会(Society for

44、 Ecological Restoration)的详细定义，生态恢复是帮助生态整体恢复，并对其进行管理的过程。 事实上，一个良好的生态系统恢复与重建计划应该综合广泛的观点。,第三类观点强调恢复的生态整合性。国际恢复生态学会（Society for Ecological Restoration）先后提出三个定义： 1）生态恢复是修复被人类损害的原生生态系统的多样性及动态的过程;2）生态恢复是维持生态系统健康及更新的过程;3）生态恢复是研究生态整合性的恢复和管理过程的科学,生态整合性包括生物多样性、生态过程和结构、区域及历史情况、可持续的社会实践等广泛的范围。此为该学会的最终定义(J ackson

45、 et al.1995) 。,国际生态恢复学会定义：生态恢复是研究生态整合性的恢复和管理过程的科学,生态整合性包括生物多样性、生态过程和结构、区域及历史情况、可持续的社会实践等广泛的范围。生态恢复与重建的难度和所需的时间与生态系统的退化程度、自我恢复能力和恢复方向密切相关。,三、生态恢复的三个层次1.物种层次 2.种群层次 3.景观层次1.物种层次侧重于恢复物种的聚集地和种群；遗传多样性模式和遗传类型的选择（乡土种与非乡土种、个体数量）Franckel和Soule1981年发展了50/500规则，即对于一个有效种群，50个个体是保证种内繁殖和适应性的最低要求，而500个个体是防止基因变化和保证

46、将来适应性所必需的。它考虑了个体和生态恢复的关系，针对这个问题有2个明显的尺度：短期的适应性和长期的进化潜力。该引入多少个体，该引入多少物种？(瓶颈效应,建立者效应),瓶颈效应（neck effects）在遗传学上:指的是少数个体的基因频率决定了它们后代的基因频率。是由为数不多的几个个体建立起来的新群体所产生的一种极端的遗传漂变作用.注:遗传漂变：由于某种机会，某一等位基因频率的群体中出现的出现时代传递的波动现象称为遗传漂变（随机遗传漂变）。许多生物,特别是动物,在不同的季节数量差异很大:春季繁殖,夏季数量达到最多,进入冬季以后,由于寒冷、缺少食物等原因而使大批个体死亡第二年春季,又由少量的残

47、存个体繁衍增多。因此,后代基因频率会随着残存个体基因频率的变化而变化,这就形成了冬季数量减少的瓶颈样的模式,叫做瓶颈效应。这种现象有一定的实际意义。例如,在用杀虫剂防治害虫时,敏感性个体容易被杀死,具有抗药性的个体则容易生存下来,这就是说经过杀虫剂的选择作用,抗药基因的频率得到增加。但在越冬期,容易生存下来的却是敏感性个体,结果又使下一代中抗药基因的频率下降。在生产中,当害虫产生抗药性,但还没有形成纯系以前,停止使用杀虫剂几年,就可以通过瓶颈效应的反选择作用,使抗药基因减少,甚至消失。,建立者效应（founder effects）在有时候从一个大种群中会分出几个或几十个个体,迁移到另一个地区,

48、并且与原来的种群相隔离。在这种情况下,由这些分出去的个体而建立的新种群,其基因频率与原来大种群的就不一定相同。如果这个种群中多数个体的基因型为AA,那么,新种群中A基因的频率就会大大增加。这就是说,新种群的基因频率取决于开始的几个或几十个个体的基因型,而不管它们在选择上是否有利。这就是建立者效应(也叫奠基者效应),它是遗传漂变的另一种形式。例如,美国宾西法尼亚州的敦克尔人,他们是18世纪初从德国西部迁移过去的,习惯于族内通婚。调查发现,这些人的一些性状的基因频率就与德国西部人的有所不同。德国西部人中A型血的约占45,B型血和AB型血的都占15；而敦克尔人中A型血的则高达60,而B型和AB型血的

49、人却只有5。,2.种群层次Wheeler1995：在给定的运行规则下，恢复必须使栖息地能够处于自我维持的半自然状态。（给出了合适终结点）1）影响因素：栖息地的损失与破碎；物种对栖息地破坏的反应；小种群问题（种群统计的随机性、环境随机性、杂合性的缺失、遗传上的变化趋势以及近亲繁殖等）2）恢复地点的确定：边缘与中心种群；地形关系（栖息地面积、质量、人为干扰、互相联系）,3.景观层次对于一些利用过度、管理不当等原因造成的景观功能减弱、结构改变的大面积区域，需要在更广的尺度上（即景观尺度）解决问题。景观尺度上的生态恢复目前还处于初始阶段。通常要考虑多种问题：生物物理、社会和经济现状，还要平衡保护和生产

50、。,四、生态恢复的意义与类型Restoration1、为什么要进行生态恢复技术进步所造成的负面影响之一就是造成了大面积的退化土地，其生态系统的结构和功能不能适应于生产，除非经过重要的改善。生态破坏包含了一个很广的范围: 如废弃矿山和采石场, 废弃的工业用地(常含有毒物质), 抛荒的农用地，或由于灌溉不当、低水位造成的盐渍地,脆弱而易坏的山地生态系统（如被毁林开荒、开山采石、开辟滑雪场所破坏等）, 海岸带与河滨湖畔的过度开发,干旱与半干旱地区的过度放牧, 热带雨林的过度采伐导致土壤的裸露、贫瘠和水土流失等。,2、意义Daily1995年指出基于以下4个原因进行生态恢复是必要和重要的。1）资源需要