恢復(fù)生態(tài)學(xué)-第五章-陸域生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)重建

第五章

陸域生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)重建第一節(jié)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)重建第二節(jié)草地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)重建第三節(jié)森林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)重建第四節(jié)工礦廢棄地的恢復(fù)重建第一節(jié)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)重建一、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的概念經(jīng)人類有計劃、有目的的將自然生態(tài)系統(tǒng)逐步改造而成的，帶有自然生態(tài)系統(tǒng)某些調(diào)整的半人工生態(tài)系統(tǒng)。以農(nóng)業(yè)生物為主要組分，受人類調(diào)控，以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主要目標(biāo)的生態(tài)系統(tǒng)。主要農(nóng)作物：農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的信息傳遞光作用,聲波、磁場、輻射,性激素http:///ynkmwh農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)景觀二、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的功能（一）生產(chǎn)功能食物肉類纖維

物質(zhì)生產(chǎn)食物：提供人類所需的94%的蛋白質(zhì)和99%的熱能；肉類：全球肉類需求在1982-1994年每年以2.9%增長，60kg。人們對蛋白質(zhì)攝入的不斷增加；纖維：占農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值的0.03%就業(yè)機(jī)會碳儲量生物多樣性

生態(tài)服務(wù)

（二）生態(tài)服務(wù)功能就業(yè)機(jī)會：食物生產(chǎn)雇傭了13億人，每年大約獲得1.3萬億的經(jīng)濟(jì)收入碳儲存：在所有的陸地生態(tài)系統(tǒng)中，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)儲存了18-24%的碳匯，大部分儲存在土壤中。生物多樣性：農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)包含7000多種作物資源二、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的功能三、全球農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的概況全球約為39.2億hm2,為全世界提供了90%以上的農(nóng)作物、飼料、食品和棉花、亞麻和黃麻等纖維材料亞洲：約占全球農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)總面積的28%歐洲和俄羅斯：約占20%大洋洲、中美洲和加勒比海地區(qū)：約2%

（一）面積分布全球約26億人以農(nóng)業(yè)為生，亞洲地區(qū)約有20億人從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

（二）承載人口數(shù)量三、全球農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的概況1966-1996年:全世界的耕地總量增加了約8%；與1961年相比，目前的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)對每個人平均多提供了24%的食物。承載壓力加大;目前，集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也使農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性顯著減少，用現(xiàn)代高產(chǎn)的單一作物類型代替?zhèn)鹘y(tǒng)的多樣化作物類型，嚴(yán)重威脅到農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

（三）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)退化三、全球農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的概況城市化和工業(yè)化的發(fā)展，耕地面積減少；土壤退化－土壤質(zhì)量，退化速度加快，退化原因多樣土壤污染－農(nóng)藥，重金屬水土流失土壤荒漠化四、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)特點：可持續(xù)農(nóng)業(yè)：發(fā)達(dá)國家:食物生產(chǎn)以質(zhì)量目標(biāo)為主，是一種農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化后的思路。發(fā)展中國家:更多地集中于數(shù)量增長，希望提高發(fā)展，以求解決溫飽，所追求的是以發(fā)展為主要目標(biāo)，同時兼顧環(huán)境保護(hù)的策略。共同點：合理開發(fā)資源和保護(hù)環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。（一）發(fā)達(dá)國家的可持續(xù)農(nóng)業(yè)有機(jī)農(nóng)業(yè):強(qiáng)調(diào)盡量減少食用農(nóng)場以外的物質(zhì)投入，并完全停用各種化學(xué)合成物，通過生物手段提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。產(chǎn)量低，需投入，30年代持久農(nóng)業(yè):對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)有意識的設(shè)計和維持，建設(shè)包括灌木、草場、森林、農(nóng)作物、散養(yǎng)家禽等多種成分的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)效益好！70年代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè):利用現(xiàn)代信息技術(shù)、生物技術(shù)、工程技術(shù)等一系列高新技術(shù)發(fā)展起來的綜合性生態(tài)復(fù)雜系統(tǒng)。90年代四、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展中國的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式（引自李文華院士報告，2004）

（二）中國的生態(tài)農(nóng)業(yè)中國生態(tài)農(nóng)業(yè)的基本理念重視系統(tǒng)整體的功能；強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)效益；較為完整的生態(tài)過程（副產(chǎn)品，廢棄物）四、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展大氣魚塘塘基桑樹蠶蠶繭蠶沙桑葉剿絲廠廢水蠶蛹無機(jī)養(yǎng)分浮游植物浮游動物廢屑溶解有機(jī)物養(yǎng)分沉積養(yǎng)分中國生態(tài)農(nóng)業(yè)的類型立體復(fù)合型生態(tài)農(nóng)業(yè)物質(zhì)循環(huán)型生態(tài)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境綜合治理型生態(tài)農(nóng)業(yè)病蟲害防治型生態(tài)農(nóng)業(yè)立體復(fù)合型生態(tài)農(nóng)業(yè)——?；~塘（引自李文華院士報告，2004）

微觀水平生態(tài)系統(tǒng)水平景觀水平區(qū)域水平三合一生態(tài)溫室，庭院生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)農(nóng)田、森林、草地、湖泊、濕地生態(tài)系統(tǒng)小流域景觀系統(tǒng)生態(tài)村、生態(tài)縣、區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)建設(shè)中國生態(tài)農(nóng)業(yè)按空間尺度分類的生態(tài)農(nóng)業(yè)（引自李文華院士報告，2004）中國生態(tài)農(nóng)業(yè)的技術(shù)支撐體系高效耕作栽培技術(shù)體系（輪作，間作，免耕，水土保持耕作）土壤管理技術(shù)體系（有機(jī)肥、生物固氮）水管理技術(shù)體系（滴灌、滲灌）病蟲害綜合技術(shù)體系（生物防治）改善作物栽培環(huán)境的技術(shù)體系(農(nóng)林復(fù)合種植，立體種植，保護(hù)種植，設(shè)施農(nóng)業(yè))提高光合作用效率的技術(shù)體系（高光效育種，二氧化碳補給，C4植物）生態(tài)林營造技術(shù)和觀光林建設(shè)技術(shù)體系

中國生態(tài)農(nóng)業(yè)的技術(shù)支撐體系畜禽優(yōu)良品種的繁育、原有品種的改良和提純復(fù)壯技術(shù)體系（標(biāo)準(zhǔn)化）畜牧、水產(chǎn)、食用菌的廢棄物綜合利用污染控制技術(shù)體系（循環(huán)利用）健康食品生產(chǎn)技術(shù)體系（非激素類添加劑）

農(nóng)產(chǎn)品保鮮、加工技術(shù)體系（果蔬，水產(chǎn)）

生態(tài)環(huán)境保護(hù)和資源高效利用技術(shù)體系（水土流失，多樣性保護(hù)，污染治理等）農(nóng)業(yè)信息化技術(shù)體系－作物的生長模擬與可視化技術(shù)，信息網(wǎng)絡(luò)，專家系統(tǒng)，3S技術(shù)第二節(jié)草地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)重建一、草地生態(tài)系統(tǒng)的定義在一定草地空間范圍內(nèi)共同生存于其中的所有生物(即生物群落)與其環(huán)境之間不斷進(jìn)行著物質(zhì)循環(huán)、能量流動和信息傳遞的綜合自然整體。動植物產(chǎn)品生產(chǎn)為主的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。狹義上講，草地生態(tài)系統(tǒng)是草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，是地球生物圈主要陸地生態(tài)系統(tǒng)之一的草地與農(nóng)業(yè)相結(jié)合的生態(tài)系統(tǒng)，包括3個界面、4個生產(chǎn)層：（一）草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的3個基本界面草叢-地境草地-動物草畜生產(chǎn)-經(jīng)營管理界面（二）草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的4個生產(chǎn)層前植物（前初級）生產(chǎn)層植物（初級）生產(chǎn)層動物（次級）生產(chǎn)層外生物（后次級）生產(chǎn)層

全球草地生態(tài)系統(tǒng)類型(改自WRI，2007)歐亞大陸的斯太普草原（steppe）、北美普列里草原（prairie）、南美的潘帕斯草原（pampas）、非洲弗爾德草原（velds）和薩王納稀樹草原（savana）。/fotolog/photo/308098草地生態(tài)系統(tǒng)景觀/kk0711/album/item//fotolog/photo/308101溫帶典型草原高寒草甸人工草地草地民居草地放牧二、草地生態(tài)系統(tǒng)的功能

（一）產(chǎn)品生產(chǎn)家畜重要的飼料資源；綠色食用植物及菌類的重要產(chǎn)地；許多經(jīng)濟(jì)動植物的生產(chǎn)基地。

（二）水土保持固結(jié)土壤、防止侵蝕；減少降雨對地表的沖刷。種草的坡地在大雨狀態(tài)下可減少地面涇流47％，減少沖刷量77％。

（三）土壤形成改善土壤理化性狀，促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)；豆科植物提供大量的氮肥；植物根系中的礦質(zhì)元素，對鈣積層及黏土礦物形成都有一定的作用。

（四）凈化空氣吸收空氣中的二氧化碳并放出氧氣；吸收、固定大氣中的某些有毒、有害氣體；接受、吸附空氣中的塵埃，起到降塵作用。1m2草地每小時可吸收二氧化碳1.5g，每人平均有50m2的草地就可以把呼出的二氧化碳全部還原氧氣

（五）調(diào)節(jié)氣候截留降水、涵養(yǎng)土壤的水分；蒸騰作用具有調(diào)節(jié)氣溫和空氣濕度的作用；草地可以吸收輻射外地表的熱量。

（六）防風(fēng)固沙

（七）維持碳氧平衡（八）美化環(huán)境三、全球草地生態(tài)系統(tǒng)概況全球草地面積約為4.1-5.6千萬km2，覆蓋地球表面的31%-43%，承載了近8億人。從承載的人口數(shù)量來看，非洲地區(qū)最高，約為3.2億人；亞洲次之，約為2.5億人；北美洲和大洋州最少，分別約為1千萬和8百萬人。非洲地區(qū)的草地面積最廣闊，約為1.5千萬km2中美洲和加勒比海地區(qū)最少，約為0.1千萬km2亞洲次之，約為0.95千萬km2四、草地退化與恢復(fù)（一）草地生態(tài)平衡草地生態(tài)平衡是指草地生態(tài)系統(tǒng)中生物系統(tǒng)的相對平衡；如果草地生態(tài)系統(tǒng)成分多樣，能量流動和物質(zhì)循環(huán)復(fù)雜，則較易保持穩(wěn)定；如果干擾過大，超過了生態(tài)系統(tǒng)本身調(diào)節(jié)能力的限度，草地生態(tài)平衡就會被破壞；目前許多草地退化問題都是由于草地的不合理開發(fā)和使用，打破了草地的生態(tài)平衡而引起的。生態(tài)閾限（二）草地退化草地退化是草地生態(tài)系統(tǒng)在其演化過程中，結(jié)構(gòu)特征和能流與物質(zhì)循環(huán)等功能過程的惡化，即草地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)與生態(tài)功能衰退的現(xiàn)象。草地退化表現(xiàn)在兩個方面：非生物因素的退化如土壤退化、生物因素的退化如植被退化。草地退化的原因主要有自然原因和人為原因。自然原因包括長期干旱、風(fēng)蝕、水蝕、沙塵暴等。人為原因包括過牧、重刈、濫墾、樵采、開礦等。四、草地退化與恢復(fù)草地退化的類型可按成因及表現(xiàn)等特點分為：荒漠型退化（薩赫勒熱帶荒漠草原荒漠化；農(nóng)牧交錯帶典型草原

）生境破壞型退化雜草（灌木）入侵型退化（棘豆、醉馬草、狼毒

）水土流失型退化(如中國黃土高原區(qū))鼠害型退化(如中國青藏高原區(qū))石漠型退化(如中國西南石灰?guī)r山區(qū))四、草地退化與恢復(fù)（三）退化草地的恢復(fù)生態(tài)恢復(fù)是促進(jìn)草地生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑；恢復(fù)的方式取決于草地退化的程度（輕度，重度）；對于不同類型的草地，其恢復(fù)方式也不盡相同。四、草地退化與恢復(fù)四、草地退化與恢復(fù)（四）草地恢復(fù)重建后的持續(xù)管理

合理規(guī)劃，科學(xué)利用草地資源；建立國家公園或自然草地保護(hù)區(qū)；加強(qiáng)對草地旅游等非農(nóng)業(yè)開發(fā)的科學(xué)管理；加強(qiáng)草地生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測管理，適時評估生態(tài)系統(tǒng)健康狀況。四、草地退化與恢復(fù)第三節(jié)森林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)重建一、森林生態(tài)系統(tǒng)的概念森林生態(tài)系統(tǒng)（forestecosystem）主要以喬木為建群種或優(yōu)勢種的生物群落與其所在生態(tài)系統(tǒng)相互作用，形成一個相對穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。森林生態(tài)系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)圖全球森林生態(tài)系統(tǒng)類型(改自WRI，2007)針葉林生態(tài)系統(tǒng)：針葉林幾乎全部分布于北半球高緯地區(qū)，占據(jù)溫帶到寒帶廣大的面積。落葉闊葉林生態(tài)系統(tǒng)：分布于北緯30-50°的溫帶地區(qū)。由于在該區(qū)域內(nèi)冬季落葉、夏季生長，又稱夏綠林。硬葉常綠闊葉林生態(tài)系統(tǒng)：主要分布亞熱帶夏季干燥炎熱、冬季溫和多雨的氣候區(qū)域內(nèi)。亞熱帶常綠闊葉林生態(tài)系統(tǒng)：主要分布與南北緯25-40°之間的亞熱帶地區(qū)。季雨林生態(tài)系統(tǒng)：分布于東南亞地區(qū)，以印度、緬甸中部及他群島的東南部島嶼為典型。我國云南南部也有零星分布。熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)：主要分布于南美洲、亞洲、亞洲熱帶和澳大利亞東北部的潮濕熱帶地區(qū)。西雙版納熱帶森林/album/item/569842a608b5018cd0435839.html喇叭溝門原始森林/Lines/Sce360.aspx?lid=&sceneryid=1250神農(nóng)架原始森林/Travel/Tra_JingDian/2007-8-25/035225.html森林生態(tài)系統(tǒng)景觀二、森林生態(tài)系統(tǒng)的功能（一）直接生態(tài)服務(wù)功能能量轉(zhuǎn)化；有機(jī)物質(zhì)5.3×1010t，2.83×1010t

促進(jìn)全球生物地球化學(xué)循環(huán)；釋放礦質(zhì)元素信息傳遞。森林生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)/czsw/jshzhx/bnshc/tpsc/200407/t20040707_101014.htm（二）間接的生態(tài)服務(wù)功能產(chǎn)品生產(chǎn)（木材，肉類，皮毛，藥材）涵養(yǎng)水源（蓄水、凈水、減洪和保持水土）調(diào)節(jié)氣候凈化空氣－氧氣制造廠，天然的防役員，天然的吸塵器保障農(nóng)作物穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)保護(hù)生物多樣性二、森林生態(tài)系統(tǒng)的功能三、全球森林生態(tài)系統(tǒng)概況森林生態(tài)系統(tǒng)覆蓋了地球陸地表面積的25%總面積占世界森林總面積的2/3

亞洲地區(qū)的人口數(shù)量近2.5億左右，是世界其他地區(qū)林業(yè)人口的總和四、森林生態(tài)系統(tǒng)的退化與恢復(fù)（一）森林生態(tài)系統(tǒng)退化的原因人類活動自然因素（二）森林生態(tài)系統(tǒng)退化的現(xiàn)狀森林面積減少林分結(jié)構(gòu)單一林地土壤質(zhì)量變差初級生產(chǎn)力降低生物多樣性減少生態(tài)服務(wù)功能下降（三）退化森林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)管理次生林的恢復(fù)封山育林:對于生境條件良好、種子庫豐富的次生裸地，通過封山育林，促使被破壞林地順向演替為地帶性森林植被；人工造林：對于生境破壞嚴(yán)重、自然恢復(fù)困難的次生裸地，通過人工改良立地條件、補種鄉(xiāng)土樹種來促進(jìn)植被恢復(fù)；撫育間伐：在幼林郁閉后到林分成熟前，在未成熟林分中按一定比例采伐部分林木，為保留林木生長創(chuàng)造良好生存環(huán)境，促進(jìn)植被恢復(fù)。四、森林生態(tài)系統(tǒng)的退化與恢復(fù)天然林的保護(hù)

天然林的保護(hù)具有重要作用，一方面它是地帶性物種的基因庫，另一方面它為森林人工恢復(fù)提供樣板。天然林的保護(hù)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能保持森林生態(tài)系統(tǒng)的健康和生命力http:///showxl.asp?id=533森林生態(tài)系統(tǒng)中的人文景觀恢復(fù)四、森林生態(tài)系統(tǒng)的退化與恢復(fù)

（四）森林恢復(fù)重建后的持續(xù)管理在退化森林生態(tài)恢復(fù)的重建過程中，社會人文、經(jīng)濟(jì)因素往往是森林恢復(fù)的首要限制因子，因此必須要加以重視。

第四節(jié)工礦廢棄地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)重建一、廢棄地生態(tài)系統(tǒng)的定義與類型（一）定義廢棄地生態(tài)系統(tǒng)是由于人類干擾和自然災(zāi)害導(dǎo)致的一種極度退化的生態(tài)系統(tǒng)。礦業(yè)廢棄地廢棄地滑坡地退耕地垃圾填埋場（二）類型（按成因分）礦業(yè)廢棄地工程廢棄地垃圾填埋場棄耕與退耕地泥石流與滑坡地火燒與砍伐跡地一、廢棄地生態(tài)系統(tǒng)的定義與類型無環(huán)境污染類型退化產(chǎn)生的原因土壤與基質(zhì)植被特征對環(huán)境的影響工程廢棄地道路、城鎮(zhèn)、水電工程建設(shè)建筑垃圾無植被水土流失礦業(yè)廢棄地礦藏開采廢礦渣無植被化學(xué)污染、水土流失垃圾填埋場工業(yè)、生活垃圾傾倒生活與工業(yè)垃圾無植被化學(xué)與生物污染泥石流、滑坡地暴雨沖刷退化土壤草、灌叢水土流失火燒、砍伐跡地林業(yè)采伐、火災(zāi)原土壤草、灌叢水土流失棄耕、退耕地移民、生態(tài)工程退化土壤草地水土流失棄地的類型與特點二、工礦廢棄地對生態(tài)環(huán)境的危害工程建設(shè)，工業(yè)生產(chǎn)，開礦植被破壞（覆蓋和剝離）水土流失（植被破化，裸地）環(huán)境污染（有毒物質(zhì)；風(fēng)蝕水蝕，揚塵；氰化物）微生物破壞野生動植物群落的破壞地表景觀改變?nèi)⒐さV廢棄地生態(tài)恢復(fù)（土壤，立地條件）（一）工礦廢棄地土壤整治物理措施工程建設(shè)區(qū)和露天采礦廢棄地物理復(fù)墾措施①露天采場的復(fù)墾：回填，覆土；②棄土場復(fù)墾：排棄物料的分采、分堆和土場的整治；③廢棄礦坑的復(fù)墾：采用粉煤灰充填復(fù)墾；④尾渣堆的復(fù)墾主要采用覆土方法。

井下采礦廢棄地物理復(fù)墾技術(shù)（塌陷地）

疏干法：挖深墊淺法：將塌陷深的區(qū)域再挖深－(魚)塘；取出的土方充填塌陷坑淺的區(qū)域－耕地充填復(fù)墾：采用粉煤灰進(jìn)行充填。廢棄地的動電修復(fù)方法－重金屬離子化學(xué)措施目標(biāo)：降低酸性，提高肥力施用易溶性磷酸鹽－可促使土壤中重金屬形成難溶性鹽，可以