第二章-生態(tài)恢復的基本原理課件

第二章 生態(tài)恢復的基本原理編輯版pppt1生態(tài)恢復的概述生態(tài)恢復的理論基礎生態(tài)恢復的目標退化生態(tài)系統(tǒng)恢復與重建的基本原則生態(tài)恢復途徑生態(tài)恢復的基本技術生態(tài)恢復與重建的程序生態(tài)恢復的時間生態(tài)恢復成功的標準第二章 生態(tài)恢復的基本原理編輯版pppt22.1

生態(tài)恢復的概述2.1.1

生態(tài)恢復的意義

資源的需要：增加作物產量以滿足人類需求

環(huán)境變化的需要：人類活動已對地球、大氣循環(huán)以及能量流動產生了嚴重影響。

維持地球景觀及物種多樣性的需要。

經濟發(fā)展的需要：土地退化限制了國民經濟的發(fā)展。編輯版pppt3長期以來，生態(tài)恢復與恢復生態(tài)存在多種定義，區(qū)別不清，不同學者從不同的角度和理解中派生出了眾多的概念。編輯版pppt42.1.2

生態(tài)恢復的定義

（1）再造一個自然群落或再造一個自我維持并保持后代具有持續(xù)性的群落(Diamond, 1987)。

（2）Bradshaw(1987)

：“生態(tài)恢復是生態(tài)學有關

理論的一種嚴格檢驗，它研究生態(tài)系統(tǒng)自身的性質、受損機理及修復過程”。

（3）研究生態(tài)系統(tǒng)自身的性質、受損機理及修復過程（Jordan

et

al., 1987）。

（4）美國自然資源委員會(Natural

ResourceDefence Council)認為，使一個生態(tài)系統(tǒng)回復到較接近其受干擾前的狀態(tài)即為生態(tài)恢復。編輯版pppt5

（5）Jordan(1995)：使生態(tài)系統(tǒng)回復到先前或歷史上（自然或非自然）的狀態(tài)即為生態(tài)恢復。

（6）Cairns(1995)

：恢復被損害生態(tài)系統(tǒng)到接近于它受干擾前的自然狀況的管理和操作過程，即：重建該系統(tǒng)干擾前的結構與功能及有關物理、化學和生物學特征。

（7）Egan(1996)：生態(tài)恢復是重建某區(qū)域歷史上曾有的植物和動物群落，且保持生態(tài)系統(tǒng)和人類的傳統(tǒng)文化功能的持續(xù)性過程。編輯版pppt6不管怎樣理解，以上概念都強調逆轉退化生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展方向，強調受損的生態(tài)系統(tǒng)要恢復到理想的狀態(tài)才為生態(tài)恢復。但是，現(xiàn)實中這種理想狀想很難實現(xiàn)，原因在于：缺乏對生態(tài)系統(tǒng)歷史的了解、恢復時間太長、生態(tài)系

統(tǒng)中關鍵種的消失、費用太高等。

這種理想狀態(tài)不容易達到，于是有了下面的定義:生態(tài)恢復是幫助退化、受損或毀壞的生態(tài)系統(tǒng)恢復的過程，是一種旨在啟動及加快對生態(tài)系統(tǒng)健康、完整性及可持續(xù)性進行恢復的主動行為。編輯版pppt7

恢復生態(tài)學是研究如何修復由于人類活動引起的原生生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性和動態(tài)損害的一門學科，其內涵包括幫助恢復和管理原生生態(tài)系統(tǒng)完整性的過程。

生態(tài)恢復更多是指實踐活動。

恢復生態(tài)是指生態(tài)恢復實踐所依賴的根本理論基礎。編輯版pppt82.1.3

生態(tài)恢復要恢復什么？

首先——恢復它的生態(tài)功能，也就是恢復一個生態(tài)系統(tǒng)的健康。

其次——恢復它的生態(tài)結構，也就是恢復一個生態(tài)系統(tǒng)的完整性。

再次——恢復生態(tài)的可持續(xù)性，一方面是指生態(tài)的抵抗能力，另外一方面是生態(tài)的自我恢復能力。

最后——還要考慮恢復它的文化、人文特色。編輯版pppt92.1.4

生態(tài)恢復的三個層次物種層次的恢復種群層次的恢復景觀層次上恢復編輯版pppt10（1）物種層次的恢復編輯版pppt11恢復物種聚集地和種群，保持遺傳多樣性。需選取用鄉(xiāng)土種并達到一定個體數(shù)量。50/500法則：Franklin（1980）提出小族群管理的50/500法則，其主要論點如下：

為了防止族群在短期內出現(xiàn)近交衰退的情形，族群中至少必須維持50只個體。

由于圈養(yǎng)動物每代會喪失2%-3%的遺傳變異（由果蠅突變率的資料推論），因此，長期而言，族群中至少要有500只個體，才足以保持族群的遺傳變異性。（2）種群層次的恢復編輯版pppt12恢復最終的產物必須是能自我維持的種群或群落。在給定的運行規(guī)則下，恢復必須使棲息地能處于自我維持的半自然狀態(tài)。棲息地的損失與破碎影響種群（斑塊的數(shù)量和規(guī)模）對于棲息地的恢復，應該與棲息地斑塊規(guī)模、空間組織有關的因素以及它們如何影響種群生存進行檢驗，保證其能支持棲息地恢復或重建?；謴投嗌贄⒌亍⒃鯓影才挪拍茏钣幸嬗谀繕朔N群，這些在決定物種達到自我維持的目標時應該認真考慮。c

小種群問題：容易失絕。由于種群統(tǒng)計的隨機性、環(huán)境的隨機性、雜合性的缺失、遺傳上的變化趨勢以及近親繁殖等原因，小種群很容易滅絕。d

物種對棲息地毀壞的反應。在一個可以棲息但不適于居住的方形地中放置兩個競爭種，擴散能力弱的優(yōu)勢種合擴散能力強的劣勢種。在這種搭配方式下，物種的擴散能力決定了它們對滅

絕的抵制能力。編輯版pppt13e

恢復地點的確定：邊緣與中心種群、地形。將目標放在具有歷史分布的中心區(qū)域（最適宜的棲息地）還是放在周圍的不規(guī)則棲息地上，可能會有不同的優(yōu)點。分布于中心部分的種群和分布于邊緣的種群有質的差異。分布于邊緣的物種生存在異常的或不規(guī)則的環(huán)境中，最易于彼此分離，因此自然選擇和遺傳學上的變異會促進邊緣種群的變異。邊緣種群往往不那么密集并且比較不穩(wěn)定，因此人們推斷它們具有較高的滅絕可能性，因而從地理分布上看，一個正在退化的物種可能從分布的邊緣向分布的中心退化。編輯版pppt14（3）景觀層次上的恢復編輯版pppt15目前絕大多數(shù)生態(tài)恢復都集中在個別區(qū)域(如采礦點)，而一些利用過度、管理不當?shù)仍蛟斐傻木坝^功能削弱、景觀結構改變需要在更廣的尺度上研究，即景觀層次上。景觀層次的生態(tài)恢復仍處于早期階段，還需要時間來評估它們的有效性，時間和空間尺度問題也還需要新穎和完整的方法來解決。景觀層次的恢復通常要考慮多種問題，如具體的生物物理、社會和經濟現(xiàn)狀等，同時要平衡保護和生產。為了使生態(tài)恢復成功進行，恢復活動不僅需要有效的生態(tài)原理和信息，還需要經濟可行并符合實際。編輯版pppt162.2

生態(tài)恢復的理論基礎編輯版pppt17

（1）自我設計與人為設計理論

（2）限制因子原理

（3）生態(tài)系統(tǒng)結構理論

（4）生態(tài)適宜性原理

（5）生態(tài)位理論

（6）生物群落演替理論

（7）生物多樣性理論

（8）景觀生態(tài)學理論

(1)自我設計與人為設計理論是惟一從恢復生態(tài)學中產生的理論，也在生態(tài)恢復實踐中得到了廣泛應用。自我設計理論：只要有足夠時間，退化生態(tài)系統(tǒng)將

根據(jù)環(huán)境條件、合理地組織自己并最終改變其組分。人為設計理論：通過工程方法和植物重建可直接恢

復退化生態(tài)系統(tǒng)，但恢復的類型可能是多樣性。兩種理論的區(qū)別：自我設計理論把恢復放在生態(tài)系統(tǒng)層次考慮，未考慮到缺乏種子庫的情況，其恢復的只能是環(huán)境決定的群落；而人為設計理論把恢復放在個體或種群層次上考慮，恢復的結果可能有多種。這兩種理論均未考慮人類干擾在整個恢復過程中的重要作用。編輯版pppt18

(2)限制因子原理任何一種生態(tài)因子只要接近或超過生物的耐受范圍，它就會成為這種生物的限制因子。德國利比希1840年提出了“最小因子定律”，即在各種生長因子中，如有一個生長因子含量最少，其他生長因子即使很豐富，也難以提高作物產量。因此，作物產量是受最小養(yǎng)分所支配的。生態(tài)恢復是從多方面進行設計與改造生態(tài)環(huán)境和生物種群，但是在進行生態(tài)恢復時必須找出該系統(tǒng)的關鍵因子，找準切入點，才能進行恢復工作。編輯版pppt19

（3）生態(tài)系統(tǒng)的結構理論編輯版pppt20所謂生態(tài)系統(tǒng)的結構指生態(tài)系統(tǒng)中的組成成分及其在時間、空間上的分布和各組分間能量、物質、信息流的方式與特點。具體來說，生態(tài)系統(tǒng)的結構包括三個方面，即物種結構（又稱為組分結構，是指生態(tài)系統(tǒng)由那些生物種群所組成，以及它們之間的量比關系。）、時空結構（生態(tài)系統(tǒng)中各生物種群在空間上的配置和時間上的分布，構成了生態(tài)系統(tǒng)結構上的特征。）、營養(yǎng)結構（生態(tài)系統(tǒng)中由生產者、消費者、分解者三大功能類群以食物營養(yǎng)關系所組成的食物鏈、食物網是生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結構。合理生態(tài)系統(tǒng)結構：從時空結構角度，應充分利用光、熱、水、土資源，提高光能利用率；從營養(yǎng)結構角度，應實現(xiàn)生物物質和能量的多級利用與轉化，形成一個高效的，無“廢物”的系統(tǒng)；從物種結構上，提倡物種多樣性，以利于系統(tǒng)的穩(wěn)定和持續(xù)發(fā)展。根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)結構理論，生態(tài)恢復中應采用多種生物物種，實行農業(yè)物種、林業(yè)物種、牧業(yè)物種、漁業(yè)物種的結合，實現(xiàn)物種之間的能量、物質和信息的流動。應在不同的地理位置上，安排不同的物種，如山區(qū)的生態(tài)恢復以林業(yè)為主、丘陵的生態(tài)恢復應以林、草相結合為主，平原地區(qū)的恢復以農、漁飼料、綠肥為主。21編輯版pppt

（4）生態(tài)適宜性原理：生物由于長期與環(huán)境的協(xié)編輯版pppt22同進化，對生態(tài)環(huán)境產生了生態(tài)上的依賴，其生長發(fā)育對環(huán)境產生了要求，如果生態(tài)環(huán)境發(fā)生變化，生物就不能較好地生長，因此生物產生了對光、熱、溫、水、土等的依賴性，這就是生態(tài)適宜性原理。

植物中有一些是喜光植物，而另一些則是喜陰植物。同樣一些植物只能在酸性土壤中才能生長，而有一些植物則不能在酸性土壤中生長。一些水生植物只能在水中才能生長，離開水體則不能成活。

因此種植植物必須考慮其生態(tài)適宜性，讓最適應的植物或動物生長在最適宜的環(huán)境中。

根據(jù)生態(tài)適宜性原理，在生態(tài)恢復設計時要先調查恢復區(qū)的自然生態(tài)條件，如土壤性狀、光照特性、溫度等，根據(jù)生態(tài)環(huán)境因子來選擇適當?shù)纳锓N類，使得生物種類與環(huán)境生態(tài)條件相適宜。（5）生態(tài)位理論生態(tài)位（Niche）：指在自然生態(tài)系統(tǒng)中一個種群在時間空間上的位置及其與相關種群之間的功能關系。根據(jù)生態(tài)位理論，要避免引進生態(tài)位相同的物種，要盡量使各物種生態(tài)位錯開，使各種群在群落中具有各自的生態(tài)位，避免種群之間的直接競爭，保證群落的穩(wěn)定；要組建由多個種群組成的生物群落，充分利用時間、空間和資源，更有效地利用環(huán)境資源，維持生態(tài)系統(tǒng)長期的生產力和穩(wěn)定性。編輯版pppt23Niche

metrics編輯版pppt24

（6）生物群落演替理論群落由一種表現(xiàn)形式轉化為另一種表現(xiàn)形的過程，稱為演替。

群落演替可通過人為手段調控，改變演替速度或演替方向。在自然條件下，如果群落遭到干擾和破壞，它還是能夠恢復(盡管恢復的時間有長短）。首先是被稱為先鋒植物的種類侵入遭到破壞的地方并定居和繁殖。先鋒植物改善了被破壞的生態(tài)環(huán)境，使得更適宜的其他物種生存并被取代。如此漸進直到群落恢復到它原來的外貌和物種成分為止。遭到破壞的群落地點所發(fā)生的上述一系列變化就是演替。。編輯版pppt25

由于近期活躍的自然地理過程，如冰川退縮，侵蝕發(fā)生的地區(qū)的演替稱為原生演替。26

次生演替指發(fā)生在起因于火災、污染、耕耘等而使原先存在的植被遭到破壞的地區(qū)的演替。

在火燒或皆伐后的林地如云杉林上發(fā)生的次生演替過程一般經過：火燒跡地-雜草-樺樹期-山楊期-云杉期（需幾十年）。

棄耕地上發(fā)生的次生演替順序為：棄耕地-雜草期-優(yōu)勢草期-灌木期-喬木期。

無論是原生演替還是次生演替，都可通過人為手段調控，從而改變演替速度或演替方向。例如在云杉林的火燒跡地上直接種植云杉，以縮短演替時間。在棄耕地上種植茶樹亦能改變演替的方向。編輯版pppt杞木編輯版pppt27云杉水楊紫苑編輯版pppt28

（7）生物多樣性原理是指生命有機體及其賴以生存的生態(tài)綜合體的多樣化（Variety)和變異性(Variability)。遺傳多樣性、物種多樣性、生態(tài)系統(tǒng)與景觀多樣性生物多樣性高的生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)勢具有高生產力的種類出現(xiàn)的機會增加營養(yǎng)的相互關系更加多樣化，能量流動可選擇的途徑多，各營養(yǎng)水平間的能量流動趨于穩(wěn)定。被干擾后對來自系統(tǒng)外種類入侵的抵抗能力增強。某一個種所有個體間的距離增加，植物病體的擴散降低。各個種類充分占據(jù)已分化的生態(tài)位，系統(tǒng)對資源利用的效率有所提高。編輯版pppt29

（8）景觀生態(tài)學原理景觀生態(tài)學是研究景觀單元的類型組成、空間格局及其與生態(tài)過程相互作用的綜合性學科。生態(tài)恢復是以生態(tài)系統(tǒng)為基點，而在景觀尺度上來進行實踐、設計與表達。景觀生態(tài)學的理論與方法與傳統(tǒng)生態(tài)學有著本質的區(qū)別，它注重人類活動對景觀格局與過程的影響。退化和破壞了的生態(tài)系統(tǒng)和景觀的保護與重建也是景觀生態(tài)學的研究重點之一。編輯版pppt30景觀生態(tài)學理論可以指導退化生態(tài)系統(tǒng)恢復實踐，如重建所要恢復的各種要素，使其具有合適的空間構型，從而達到退化生態(tài)系統(tǒng)恢復的目的；通過景觀空間格局配置構型來指導退化生態(tài)系統(tǒng)恢復，使得恢復工作獲得成功。因此生態(tài)恢復是以生態(tài)系統(tǒng)為基點，而在景觀尺度上來進行實踐、設計與表達。許多土地利用和自然保護問題只在在景觀尺度下才能有效解決。編輯版pppt312.3

生態(tài)恢復的目標編輯版pppt32總目標：雖然恢復生態(tài)系統(tǒng)強調對受損生態(tài)系統(tǒng)進行恢復，首要目標仍是保護自然的生態(tài)系統(tǒng)，因為保護在生態(tài)系統(tǒng)恢復中具有重要的參考作用；第二個目標是恢復現(xiàn)有的退化生態(tài)系統(tǒng)，尤其是與人類關系密切的生態(tài)系統(tǒng)；第三個目標是對現(xiàn)有的生態(tài)系統(tǒng)進行合理管理，避免其退化；第四個目標是保持區(qū)域文化的可持續(xù)發(fā)展；其他的目標包括實現(xiàn)景觀層次的整合性，保持生物多樣性及保持良好的生態(tài)環(huán)境。退化生態(tài)系統(tǒng)的基本恢復目標與要求

實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的地表基底穩(wěn)定性

恢復植被和土壤，保證一定的植被覆蓋率和土壤肥力編輯版pppt33

增加種類組成和生物多樣性

實現(xiàn)生物群落的恢復，提高生態(tài)系統(tǒng)的生產力和自我維持能力

減少或控制環(huán)境污染

增加視覺和美學享受2.4

退化生態(tài)系統(tǒng)恢復與重建的基本原編輯版pppt34則

自然法則

社會經濟技術原則

美學原則自然法則編輯版pppt35

生態(tài)恢復與重建的基本原則

（1）地理學原則(區(qū)域性、差異性、地帶性原則）

（2）生態(tài)學原則

主導生態(tài)因子原理

限制性與耐性定律

能量流動與物質循環(huán)原則

種群密度制約與物種相互作用原則

生態(tài)位與生物互補原則自然法則編輯版pppt36

邊緣效應與干擾原理

生態(tài)演替原則

生物多樣性原則

食物鏈與食物網原則

斑塊-廊道-基底的景觀格局原則

空間異質性原理

時間尺度與等級理論社會經濟技術原則編輯版pppt37

社會經濟技術條件是生態(tài)恢復重建的后盾和支柱，在一定程度上制約著恢復重建的可能性、水平與尺度。

經濟可行性與可承受性原則

技術可操作性原則

社會可接受性原則

無害化原則

最小風險原則

生物、生態(tài)與工程技術相結合原則

效益原則

可持續(xù)發(fā)展原則美學原則編輯版pppt38

指退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復重建應給人以美的享受

景觀美學原則

健康原則

精神文化愉悅原則2.5

生態(tài)恢復途徑編輯版pppt39自然恢復–生態(tài)系統(tǒng)受損不超負荷并在可逆的情況下，壓力和干擾被去除后，恢復可以在自然過程中發(fā)生。–例，退化草場進行圍欄封育恢復。

人為干擾恢復生態(tài)系統(tǒng)受損已超負荷，發(fā)生了不可逆的變化時。對已經退化為流動沙丘的沙質草地，由于生境條件的極端惡化，依靠自然力或圍欄封育是不能使植被得到恢復的，只能人為地采取固沙和植樹種草措施才能使其得到一定程度的恢復。。編輯版pppt40土壤恢復技術耕作制度和方式的改變施肥、土壤改良表土穩(wěn)定控制水土侵蝕換土分解污染物2.6

生態(tài)恢復的基本技術編輯版pppt41、

對于一般退化生態(tài)系統(tǒng)而言，大致需要或涉及以下幾類基本的恢復技術體系：非生物環(huán)境因素（包括土壤、水體、大氣）的恢復技術；生物因素（包括物種、種群和群落）的恢復技術；生態(tài)系統(tǒng)（包括結構功能）的總體規(guī)劃設計與組裝技術。

2.6

生態(tài)恢復的基本技術編輯版pppt42

水體恢復技術控制污染去除富營養(yǎng)化換水積水排澇和灌溉編輯版pppt43

空氣恢復技術煙塵吸附生物吸附化學吸附編輯版pppt44生物系統(tǒng)恢復技術植被、消費者和分解者的重建技術物種引進、品種改良、植物快速繁殖、植物搭配、植物的種植、林分改造等捕食者的引進、病蟲害控制微生物的引種和控制生態(tài)規(guī)劃技術GIS、GPS、RS編輯版pppt452.7

生態(tài)恢復與重建的程序編輯版pppt46

退化生態(tài)系統(tǒng)恢復的基本過程可以簡單地表示為：

基本結構組分單元的恢復→組分之間相互關系（生態(tài)功能）的恢復（第一生產力、食物網、土壤肥力、自我調控機能包括穩(wěn)定性和恢復能力等）→整個生態(tài)系統(tǒng)的恢復→景觀恢復。2.7

生態(tài)恢復與重建的程序編輯版pppt47

目前生態(tài)工作者普遍認為生態(tài)恢復的重要程序：（1)確定恢復對象的時空范圍評價樣點并鑒定導致生態(tài)系統(tǒng)退化的原因及過程（尤其是關鍵因子）找出控制和減緩退化的方法根據(jù)生態(tài)、社會、經濟和文化條件決定恢復與重建的生態(tài)系統(tǒng)的結構功能目標制定易于測量的成功標準

發(fā)展在大尺度情況下完成有關目標的實踐技術并推廣

恢復實踐

與土地規(guī)劃、管理部門交流有關理論和方法

監(jiān)測恢復中的關鍵變量與過程，并根據(jù)出現(xiàn)的新情況做出適當?shù)恼{整。編輯版pppt48上述程序可列成如下操作過程：

接受恢復項目→

明確被恢復對象、確定系統(tǒng)邊界（生態(tài)系統(tǒng)層次與級別、時空尺度與規(guī)模、結構與功能）→

生態(tài)系統(tǒng)退化的診斷（退化原因、退化類型、退化過程、退化階段、退化強度）→

退化生態(tài)系統(tǒng)的健康評估（歷史上原生類型與現(xiàn)狀評估）→編輯版pppt492.7

生態(tài)恢復與重建的程序上述程序可列成如下操作過程：

結合恢復目標和原則進行決策（是恢復、重建或改建，可行性分析，生態(tài)經濟風險評估，優(yōu)化方案）→

生態(tài)恢復與重建的實地實驗、示范與推廣→

生態(tài)恢復與重建過程中的調整與改進→

生態(tài)恢復與重建的后續(xù)監(jiān)測、預測與評價。編輯版pppt502.7

生態(tài)恢復與重建的程序2.8生態(tài)恢復的時間

與生態(tài)恢復時間有關的因素

生態(tài)系統(tǒng)類型

退化程度

恢復方向

人為促進程度等

棄耕地恢復需40年，棄牧草地要4-8年，改良退化土地需5-100年，火山爆發(fā)后土壤要恢復到具有生產力的土地需3000-12000年，濕熱區(qū)耕作轉換后恢復需20年左右。編輯版pppt51編輯版pppt5219941998編輯版pppt53火山爆發(fā)海嘯編輯版pppt542.9

恢復成功的判斷標準編輯版pppt55

新系統(tǒng)是否穩(wěn)定，并具有可持續(xù)性

系統(tǒng)是否具有較高的生產力

土壤水分和養(yǎng)分條件是否得到改善

組分之間相互關系是否協(xié)調

所建造的群落