生态恢复的基本原理

恢复生态学Restorationecology第二章生态恢复的基本原理•2.1生态恢复概述•恢复restoration：是指受损状态恢复到未被损害前的完善状态的行为，是完全意义上的恢复，包括“完美”和“健康”的含义。恢复restoration•修复rehabilitation：把一个事物恢复到先前的状态的行为，主要指退化状态的改良，包括完美状态。Replaceadegradedecosystemwithanotherproductivetypeusingafewormanyspecies•改造reclamation：产生一种稳定的、自我持续的生态系统。没有回到原始状态的含义，而是强调达到有用状态。生态恢复的三层次•物种层次的恢复–恢复物种聚集地和种群，保持遗传多样性–需选取用乡土种并达到一定个体数量。–Frankel&Soule(1981)提出了保持物种的“50/500规则”•种群层次的恢复–恢复最终的产物必须是能自我维持的种群或群落。–栖息地的损失与破碎影响种群（斑块的数量和规模）–小种群问题：容易失绝–物种对栖息地毁坏的反应–恢复地点的确定：边缘与中心种群、地形•景观层次上恢复–目前绝大多数生态恢复都集中在个别区域(如采矿点)，而一些利用过度、管理不当等原因造成的景观功能削弱、景观结构改变需要在更广的尺度上研究，即景观层次上。–景观层次的恢复通常要考虑多种问题，如具体的生物物理、社会和经济现状等，同时要平衡保护和生产。生态恢复的意义•资源的需要：增加作物产量以满足人类需求•环境变化的需要：人类活动已对地球和大气循环和能量流动产生了严重影响。•维持地球景观及物种多样性的需要•经济发展的需要：土地退化限制了国民经济的发展。2.2生态恢复的理论基础自我设计与人为设计理论–是惟一从恢复生态学中产生的理论，也在生态恢复实践中得到了广泛应用。–自我设计理论：只要有足够时间，退化生态系统将根据环境条件、合理地组织自己并最终改变其组分。–人为设计理论：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性。限制因子原理–任何一种生态因子只要接近或超过生物的耐受范围，它就会成为这种生物的限制因子。–德国利比希1840年提出了“最小因子定律”，即作物产量受最小养分支配。–生态恢复时必须找出该系统的关键因子。2.2生态恢复的理论基础生态系统的结构理论–物种结构、时空结构、营养结构–合理生态系统结构•从时空结构角度，应充分利用光、热、水、土资源，提高光能利用率•从营养结构角度，应实现生物物质和能量的多级利用与转化，形成一个高效的，无“废物”的系统。•从物种结构上，提倡物种多样性，以利于系统的稳定和持续发展。2.2生态恢复的理论基础生态适宜性原理–生物由于长期与环境的协同进化，对生态环境产生了生态上的依赖。•喜光植物、喜阴植物•喜酸性土壤植物•水中生长植物–生态恢复时要让最适应的植物或动物生长在最适宜的环境中。2.2生态恢复的理论基础•生态位理论–Niche：指在自然生态系统中一个种群在时间空间上的位置及其与相关种群之间的功能关系–有竞争关系的种群的生态位是分离的。–在生态恢复时，要避免引进生态位相同的物种，要尽量使各物种生态位错开。2.2生态恢复的理论基础NichemetricsHowcanmorespeciesbeaddedtoacommunity?•Increasetotalnichespace•Increasenicheoverlap•Decreasenichebreadth生物群落演替理论–群落由一种表现形式转化为另一种表现形的过程，称为演替。–火烧迹地-杂草-桦树期-山杨期-云杉期（需几十年）。–弃耕地-杂草期-优势草期-灌木期-乔木期。–群落演替可通过人为手段调控，改变演替速度或演替方向。2.2生态恢复的理论基础杞木云杉水杨紫苑•生物多样性原理–是指生命有机体及其赖以生存的生态综合体的多样化（Variety)和变异性(Variability)。–遗传多样性、物种多样性、生态系统与景观多样性–生物多样性高的生态系统的优势•具有高生产力的种类出现的机会增加•营养的相互关系更加多样化，能量流动可选择的途径多，各营养水平间的能量流动趋于稳定。•被干扰后对来自系统外种类入侵的抵抗能力增强。•某一个种所有个体间的距离增加，植物病体的扩散降低。•各个种类充分占据已分化的生态位，系统对资源利用的效率有所提高。2.2生态恢复的理论基础•景观生态学原理–景观生态学是研究景观单元的类型组成、空间格局及其与生态过程相互作用的综合性学科。–生态恢复是以生态系统为基点，而在景观尺度上来进行实践、设计与表达。–许多土地利用和自然保护问题只在在景观尺度下才能有效解决。2.2生态恢复的理论基础2.3生态恢复的目标总目标：–保护自然的生态系统–恢复现有的退化生态系统，尤其是与人类关系密切的生态系统–对现有的生态系统进行合理管理，避免其退化–保持区域文化的可持续发展退化生态系统的基本恢复目标与要求•实现生态系统的地表基底稳定性•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2.4退化生态系统恢复与重建的基本原则自然法则社会经济技术原则美学原则自然法则生态恢复与重建的基本原则包括地理学原则(区域性、差异性、地带性原则）生态学原则主导生态因子原理限制性与耐性定律能量流动与物质循环原则种群密度制约与物种相互作用原则生态位与生物互补原则边缘效应与干扰原理生态演替原则生物多样性原则食物链与食物网原则缀块-廊道-基底的景观格局原则空间异质性原理时间尺度与等级理论系统学原则整体原则协同恢复重建原则耗散结构与开放性原则可控性原则社会经济技术原则社会经济技术条件是生态恢复重建的后盾和支柱，在一定程度上制约着恢复重建的可能性、水平与尺度。包括经济可行性与可承受性原则技术可操作性原则社会可接受性原则无害化原则最小风险原则生物、生态与工程技术相结合原则效益原则可持续发展原则美学原则指退化生态系统的恢复重建应给人以美的享受包括景观美学原则健康原则精神文化愉悦原则2.5生态恢复途径•自然恢复–生态系统受损不超负荷并在可逆的情况下，压力和干扰被去除后，恢复可以在自然过程中发生。–例，退化草场进行围栏封育恢复。•人为干扰恢复–生态系统受损已超负荷，发生了不可逆的变化时。–例，已退化为流动沙丘的沙质草地的恢复。2.5生态恢复途径2.6生态恢复的基本技术•水体恢复技术–控制污染–去除富营养化–换水–积水–排涝和灌溉•土壤恢复技术–耕作制度和方式的改变–施肥、土壤改良–表土稳定–控制水土侵蚀–换土–分解污染物2.6生态恢复的基本技术•空气恢复技术–烟尘吸附–生物吸附–化学吸附2.6生态恢复的基本技术•生物系统恢复技术–植被、消费者和分解者的重建技术•物种引进、品种改良、植物快速繁殖、植物搭配、植物的种植、林分改造等•捕食者的引进、病虫害控制•微生物的引种和控制–生态规划技术•GIS、GPS、RS2.6生态恢复的基本技术2.7生态恢复与重建的程序•确定恢复对象的时空范围•评价样点并鉴定导致生态系统退化的原因及过程（尤其是关键因子）•找出控制和减缓退化的方法•根据生态、社会、经济和文化条件决定恢复与重建的生态系统的结构功能目标•制定易于测量的成功标准•发展在大尺度情况下完成有关目标的实践技术并推广•恢复实践•与土地规划、管理部门交流有关理论和方法•监测恢复中的关键变量与过程，并根据出现的新情况做出适当的调整。2.7生态恢复与重建的程序上述程序可列成如下操作过程：接受恢复项目→明确被恢复对象、确定系统边界（生态系统层次与级别、时空尺度与规模、结构与功能）→生态系统退化的诊断（退化原因、退化类型、退化过程、退化阶段、退化强度）→退化生态系统的健康评估（历史上原生类型与现状评估）→结合恢复目标和原则进行决策（是恢复、重建或改建，可行性分析，生态经济风险评估，优化方案）→生态恢复与重建的实地实验、示范与推广→生态恢复与重建过程中的调整与改进→生态恢复与重建的后续监测、预测与评价。2.7生态恢复与重建的程序2.8生态恢复的时间与生态恢复时间有关的因素生态系统类型退化程度恢复方向人为促进程度等弃耕地恢复需40年，弃牧草地要4-8年，改良退化土地需5-100年，火山爆发后土壤要恢复到具有生产力的土地需3000-12000年，湿热区耕作转换后恢复需20年左右。退化程度恢复时间轻度退化3-10年中度退化10-20年严重退化50-100年极度退化200年19941998海啸火山爆发2.9恢复成功的判断标准•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•组分之间相互关系是否协调•所建造的群落是否能够抵抗新种的侵入2.10生物多样性在生态恢复中的作用生态恢复中的一个关键成分是生物体,故生物多样性在生态恢复计划、项目实施和评估过程中具有重要作用在生态恢复的计划阶段在遗传层次上：考虑温度适应型、土壤适应型和抗干扰适应型品种在物种层次上：根据退化程度选择阳生性、中生性或阴生性种类并合理搭配，同时考虑物种与生境的复杂关系，预测自然变化，种群的遗传特性，影响种群存活、繁殖和更新的因素，种的生态生物学特性，足够的生境大小在生态系统水平层次上：尽可能恢复生态系统的结构和功能（如植物、动物和微生物及其之间的联系），尤其是其时空变化在恢复项目的管理过程中首先要考虑生物控制A、对极度退化的生态系统，主要是抚育和管理，B、对中度退化的生态系统和部分恢复的生态系统则要加强病虫害控制然后考虑建立共生关系及生态系统演替过程中物种替代问题在恢复项目评估过程中可与自然生态系统相对照，从遗传、物种和生态系统水平进行评估，最好是同时考虑景观层次的问题2.10生物多样性在生态恢复中的作用在生态系统恢复中采用乡土种具有更大的优势更适于当地的生境,其繁殖和传播潜力更大更易于与当地残存的天然群落结合成更大的景观单位,从而实现各类生物的协调发展外来种可能在一定的时间内为当地带来好的生态和经济效益,但外来种入侵会造成很多当地植被取代、消失，从而改变原有生态系统，恢复生态学的目标是要用本地种，排除外来种，不能“引狼入室”2.10生物多样性在生态恢复中的作用Thankyoueveryone!