第七章 人类干扰与生态恢复

第七章人类对生态系统的干扰与生态恢复p253第一节干扰与干扰生态学第二节退化生态系统的类型及其成因第三节恢复生态学及其基本理论第一节干扰与干扰生态学1、干扰的定义干扰是自然界一个重要而又广泛存在的现象。指群落外部不连续存在、间断发生的因子的突然作用或连续存在因子超“正常”范围的波动，这种作用或波动能引起有机体、种群或群落发生全部或部分明显变化，使其结构和功能受到损害或发生改变。2、干扰的类型按干扰动因分为：自然干扰和人为干扰按干扰产生的来源分为：内部干扰和外部干扰按干扰性质分为：破坏性和增益性干扰自然干扰的作用总是使生态系统返回到演替的早期阶段。人为干扰可以使演替加速、减缓、改变方向以致向相反的方向进行。人为干扰的特点：从伤害强度、作用范围、持续时间、发生频率、潜在危害、诱发性等方面，常高于自然干扰。人为干扰的主要形式1.对森林和对草原植被的砍伐与开垦2.污染3.采集4.采樵5.狩猎和捕捞新的形式——旅游、探险等内源干扰是指由内源因子对系统发生的作用。如森林生态系统中，树木的倾倒、种间竞争等。外源干扰的动因源于系统外部。干扰具有破坏性和增益性两重性。关键取决于干扰的强度和时间。（1）干扰并不总是对生态系统的一种破坏。如合理的人为采伐、修枝等能促进森林的发育和繁殖，提高森林生态系统服务功能的效率。（2）从生物意义上讲，有些干扰是积极的甚至是必要的。如根据中等干扰理论，适度干扰可以增加生态系统的多样性，从而提高系统稳定性。(结论）因此，许多干扰都具有破坏作用和增益作用两重性，关键取决于干扰的强度。3、干扰生态学及学科任务是研究各类干扰对生命系统作用规律的科学。任务一：通过对干扰类型、方式、强度、频率、时间等特性的研究，揭示不同干扰对生物个体、种群、群落和生态系统方式、机制及其退化的影响原因。任务二：对干扰的性质及发展趋势做出科学的预测，为受损生态系统修复、重建和科学管理提供理论依据。4、干扰生态学的基本研究内容（1）研究特定生态系统的干扰因子类型、干扰状况和干扰体系，即干扰因子及其存在规律和发生行为；（2）研究生物个体对干扰的适应行为及其机制；（3）研究生态系统各组分对干扰的反应；（4）研究干扰与生态系统的发展进化；（5）研究干扰的生态学意义在生态管理中的应用。第二节退化生态系统的类型及其成因1、定义：相对于健康生态系统而言，它是一类“病态”生态系统，是指在一定的时空背景下，生态系统受自然因素、人为因素或二者的共同干扰下，使生态系统的某些要素或系统整体发生不利于生物和人类生存要求的量变和质变，系统的结构和功能发生与其原有的平衡状态或进化方向相反的位移。又称为“受损或受害”生态系统。原因：多方面，自然和人为干扰是两大触发因子2、退化生态系统的类型1.裸地(barren)：分为原生和次生两种2.森林采伐迹地(loggingslash)3.弃耕地(abandonedtill,sidcardcultivated)4.沙漠及荒漠化(desert)5.采矿废弃地(minederelict)1）由剥离表土、开采的废石及低品位矿石堆积所形成的废石堆废弃地2）随着矿物的开采而形成的大量采空区域，即开采坑形式的废弃地3）由各种分选方法选出精矿后的剩余物的排放而形成的尾矿渣废弃地4）开采石料而形成的采石矿废弃地6.垃圾堆放场(wastesstackbank)7.污染的水域4、中国的脆弱生态系统脆弱生态系统是指自身稳定性差、对外界干扰抵抗能力低的生态系统。内涵：1.这类系统的正常功能一旦被打乱，系统常发生不可逆变化而失去恢复的能力2.系统发生的变化不仅能影响当前或近期人类的社会生产、生活和对自然资源的利用，甚至能长期改变一个地区的生产结构、生产和生活方式；3.系统退化后的恢复是比较困难的。脆弱生态系统受到干扰后极易成为退化的生态系统。但二者不是一个概念。脆弱生态系统的形成原因自然因素——如地质脆弱因子、地貌脆弱因子、生物群体结构、气候脆弱因子人为因素——如过度垦殖土地、过度放牧、长期不合理灌溉、工农业污染等第三节恢复生态学及其基本理论1、恢复生态学（restorationecology）诞生于20世纪70年代。是研究生态系统退化的原因、退化生态系统恢复与重建的技术与方法、生态学过程与机理的科学。学科任务是：致力于研究自然灾变和人类活动压力条件下，受到破坏的自然生态景观的恢复和重建问题。（研究的具体内容）2、理论研究内容生态系统的结构、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、抗逆力、生产力、恢复力与可持续性研究先锋群落与顶极群落的发生、发展机理与演替规律研究不同干扰条件下生态系统的受损过程及其响应机制研究生态系统退化的诊断及其评价指标体系研究生态系统退化过程的动态监测、模拟、预警及预测研究问题：既然是应用生态学，理论指导具备了，如何实现？3、应用技术研究内容1.退化生态系统的恢复与重建的关键技术体系研究2.生态系统结构与功能的优化配置及其调控技术研究3.物种与生物多样性的恢复与维持技术4.生态工程设计与实施技术5.环境规划与景观生态规划技术6.典型退化生态系统恢复的优化模式试验示范与推广研究问题：经过多年发展，理论和技术是否日趋成熟？面对各种退化问题均可迎刃而解？4、制约学科发展的理论和实践问题生态系统恢复和重建的不可确定性HobbsandMooney指出，退化生态系统恢复和重建的可能发展方向一般要包括：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的状态或恢复到理想状态等几个阶段和过程。生态系统恢复要求综合考虑生态、经济和社会因素，但对时间、空间上存在异质性的生态系统而言，很难恢复到理想状态，在有持续干扰情况下尤其如此。由于生态系统的复杂性，对生态系统退化程度和干扰因子很难概括出一些易测定、又能反映实质的具体指标。（续）生态系统恢复和群落的自然演替是一个动态的过程，在研究实践中，对两者的区分常常很困难生态系统恢复的时间到底要持续多长，这需要进行可重复和长期的试验及观测，短时间尺度的研究不能准确回答这个问题生态系统恢复的机理还不清楚，尤其是重新引进当地消失的物种在恢复中的作用与角色还难以正确判断5、恢复生态学的理论基础p315自我与人为设计理论生态学理论自我与人为设计理论是恢复生态学自身产生的理论自我设计理论认为，只要有足够的时间，退化生态系统将根据环境条件合理地实现自我组织并会最终改变其组分。人为设计理论认为，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的。生态学理论恢复生态学应用的最主要的理论是生态学理论。主要有:p315-316限制性因子理论（寻找恢复的关键因子）热力学定律（确定生态系统能量流动特征）种群密度制约及分布格局原理（确定物种空间配置）生态适应性理论（采用土著种进行恢复）生态位理论（合理配置物种及其位置）演替理论（缩短恢复时间）植物入侵理论（物种配置越合理，不可入侵性越强）生物多样性理论（物种配置的多样性，提高稳定性）斑块-廊道-基底理论（从景观层次即大尺度考虑问题）6、生态恢复原则自然法则是生态修复必须遵循的原则，只有遵循自然规律的修复和重建才能获得成功，才是真正意义上的生态修复。退化生态系统恢复和重建主要原则p316地域性原则不同区域的生态环境不同，物种的引进、生物群落的设计都要因地制宜。生态学与系统学原则恢复和重建过程中要遵循生态学原理，分阶段分步骤循序渐进；要从生态系统层次构建群落。使系统持续发展。最小风险原则与效益最大原则。7生态恢复机理(1)退化生态系统恢复重建的顺序：首先是建立和完善生产者亚系统（主要指植被），这是恢复的必要条件和基础。同时或稍后，设计和建立消费者亚系统、分解者亚系统，再考虑生境的多样性。(2)临界阈值理论p314-315临界阈值:处于稳定状态时的生态系统抵抗干扰与自我调节能力的限度称为临界阈值。只有确定了临界阈值，才能确定修复生态系统的类型、难易程度、时间周期，确定合理的修复指标。（举例）次生演替亚热带东部常绿阔叶林被砍伐后的次生演替：①次生灌草丛→②针叶林（耐旱）→③以针叶为主的针阔（喜光）叶混交林→④以阳性阔叶林为主的针阔叶混交林→⑤以阳性植物为主的常绿阔叶林→⑥以中生植物（耐阴）为主的常绿阔叶林→⑦中生群落（顶级）该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3是部分退化的，状态4是高度退化的。8、生态恢复成功与否的标准：p3171）可持续性（可自然更新）2）不可入侵性（稳定的标志）3）生产力（等同自然群落、健康标志）4）营养保持力（结构功能的自维持能力）5）具有生物间的相互作用（竞争、依存）思考题比较自然干扰和人为干扰的作用及特点。认识干扰的双重性。退化生态系统的恢复和重建主要应用了哪些生态学原理？退化生态系统的恢复和重建的主要原则是什么？退化生态系统恢复重建的顺序是什么？理解生态恢复的临界阈值理论。