海洋环境生态学课件-第8章-受损海洋生态系统的修复(2)恢复生态学及其基本理论(专业知识模板)ppt.ppt

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1、一、恢复生态学 二、恢复生态学的基本理论 第四节 恢复生态学及其基本理论一、恢复生态学1.恢复生态学的学科任务及与其他学科的关系 2.恢复生态学的研究进展 3.恢复生态学中涉及的几个重要概念 1.恢复生态学的学科任务及与其他学科的关系恢复生态学的学科任务及与其他学科的关系 恢复生态学恢复生态学(Restoration Ecology)研究生态系统研究生态系统退化的原因退化的原因、退化生态系统、退化生态系统恢复与重建的技术恢复与重建的技术和方法和方法及其及其生态学过程和机理生态学过程和机理的学科。的学科。1.恢复生态学的学科任务及与其他学科的关系恢复生态学的学科任务及与其他学科的关系 “恢复恢复

2、”是指生态系统原貌或其原先功能的再现是指生态系统原貌或其原先功能的再现“重建重建”则指在不可能或不需要再现生态系统原貌的情况下则指在不可能或不需要再现生态系统原貌的情况下营造一个不完全雷同于过去的甚至是全新的生态系统。营造一个不完全雷同于过去的甚至是全新的生态系统。1.恢复生态学的学科任务及与其他学科的关系恢复生态学的学科任务及与其他学科的关系 恢复已被用作一个概括性的术语，包含重建、改建、改造、恢复已被用作一个概括性的术语，包含重建、改建、改造、再植等含义，一般泛指改良和重建退化的自然生态系统，使再植等含义，一般泛指改良和重建退化的自然生态系统，使其重新有益于利用，并恢复其生物学潜力，也称为

3、其重新有益于利用，并恢复其生物学潜力，也称为生态恢复生态恢复。生态恢复最关键的是生态恢复最关键的是系统功能的恢复和合理结构的构建系统功能的恢复和合理结构的构建。1.恢复生态学的学科任务及与其他学科的关系恢复生态学的学科任务及与其他学科的关系 （1）学科任务）学科任务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。1.恢复生态学的学科任务及与其他学科的关系恢复生态学的学科任务及与其他学科的关系 （2）理论研究内容）理论研究内容生态系统结构、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、抗逆力、生产力、恢复力与可持续性研究；先锋群落与顶极群落的

4、发生、发展机理与演替规律；1.恢复生态学的学科任务及与其他学科的关系恢复生态学的学科任务及与其他学科的关系 （2）理论研究内容）理论研究内容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（PSR模型）；生态系统退化过程的动态监测、模拟、预警及预测研究。1.恢复生态学的学科任务及与其他学科的关系恢复生态学的学科任务及与其他学科的关系 （3）应用技术研究内容）应用技术研究内容退化生态系统的恢复与重建的关键技术的体系研究；生态系统结构与功能的优化配置及其调控技术研究；物种与生物多样性的恢复与维持技术；1.恢复生态学的学科任务及与其他学科的关系恢复生态学的学科

5、任务及与其他学科的关系 （3）应用技术研究内容）应用技术研究内容生态工程设计与实施技术；环境规划与景观生态规划技术；典型退化生态系统恢复的优化模式试验示范与推广研究。1.恢复生态学的学科任务及与其他学科的关系恢复生态学的学科任务及与其他学科的关系 （4）与其他学科的关系）与其他学科的关系恢复生态学不同于传统的应用生态学；不是基于单一的物种层次和种群层次，而是从群落或更高的生态系统组织层次考虑、设计和解决生态破坏问题。1.恢复生态学的学科任务及与其他学科的关系恢复生态学的学科任务及与其他学科的关系 （4）与其他学科的关系）与其他学科的关系生态系统的恢复（restoration）与重建（recon

6、struction）；恢复：指原貌或原先功能的再现；重建：包括在不可能或不需要再现原貌的情况下营造一个不完全雷同于过去的甚至是全新的生态系统。2.恢复生态学的研究进展恢复生态学的研究进展（1）国际）国际研究早期可追溯到20世纪20年代，当时的研究工作侧重于采矿业和地下水开采所造成的各种受损环境及其生态恢复方面。最初在恢复生态学方面的工作，集中在开矿后废弃地植被的恢复方面，“恢复生态学”一词最初也是源于此。2.恢复生态学的研究进展恢复生态学的研究进展（1）国际）国际20世纪70-80年代1973年3月，召开了“受损生态系统的恢复”的国际会议，第一次专门系统地讨论受损生态系统恢复和重建等许多重要生

7、态学问题。1985年，Aber和Jordan首次提出了“恢复生态学”这个科学概念后，恢复生态学的研究得到迅速发展。 联合国教科文组织人与生物圈计划（MAB）、美国生物圈持续发展计划、国际地圈生物圈计划（IGBP）、全球变化的人类因素研究计划（IHDP）、全球环境监测系统（GEMS）等都包含恢复生态学的内容。英国、德国、荷兰、澳大利亚和中国等国家业都开展了有关恢复生态学的研究。 2.恢复生态学的研究进展恢复生态学的研究进展（1）国际）国际20世纪90年代至今1996年在北京召开的生态恢复国际会议主题之一就是“退化生态系统的生态恢复”。1996年在美国召开了恢复生态学国际会议，标志着恢复生态学的研

8、究和实践已步入了新的阶段。2.恢复生态学的研究进展恢复生态学的研究进展（1）国际）国际20世纪90年代至今2009年7月31日出版的科学杂志刊登专题恢复生态学（Restoration Ecology），专题导言恢复生态学的升起（The Rise of Restoration Ecology）说，在艺术中，恢复包括重新获得某个物体的美学价值。而在生态学中，赌注则要大得多我们星球的未来可能要依赖于生态恢复这门年轻学科的成熟。专题包含1篇导言，5篇新闻和5篇观察（Perspectives）。其中包括一篇由科学驻中国记者Richard Stone撰写的关于中国森林养护的特写文章，文章说，中国推行混交林

9、的努力在使村民和伐木工获得生存机会的同时，也使生态系统恢复了活力。2.恢复生态学的研究进展恢复生态学的研究进展（2）我国）我国20世纪50年代末，我国就已注意到了资源不合理利用及由此产生的生态环境问题；直到70年代末，提出过有关退化生态系统恢复的问题，也进行了零散的小规模的恢复试验研究，但主要工作还多集中资源调查、环境污染危害调查及环境和资源质量评价方面。2.恢复生态学的研究进展恢复生态学的研究进展（2）我国）我国从80年代，生态退化、环境污染等问题日益成为我国可持续发展的重要限制因素，因此从不同角度大力支持恢复生态学的研究，开展了“生态环境综合整治与恢复技术研究”、“亚热带退化生态系统的恢复

10、研究”等课题。2.恢复生态学的研究进展恢复生态学的研究进展（2）我国）我国近年，有关退化生态系统的研究，重点逐渐转移到区域退化生态系统的形成机理、评价指标及恢复重建的研究上，并在生态系统退化的原因、程度、机理、诊断以及退化生态系统恢复重建模式和技术方面做了大量的研究工作。滩涂典型人工湿地生境修复技术与示范、滩涂养殖污染控制与清洁生产技术研究与开发等。2.恢复生态学的研究进展恢复生态学的研究进展（2）我国）我国2.恢复生态学的研究进展恢复生态学的研究进展（3）学科发展的重要理论和实践问题）学科发展的重要理论和实践问题 恢复生态学形成与发展的历史不长，理论和方法上都有待恢复生态学形成与发展的历史不

11、长，理论和方法上都有待于完善和成熟。于完善和成熟。 2.恢复生态学的研究进展恢复生态学的研究进展制约学科发展的重要理论和实践问题，主要有：生态系统恢复的不可确定性；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；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；2.恢复生态学的研究进展恢复生态学的研究进展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，需要进行可重复的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

12、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准确判断。 3. 恢复生态学中涉及的几个重要概念恢复生态学中涉及的几个重要概念（1 1）生态恢复）生态恢复美国自然资源委员会美国自然资源委员会生态恢复是使一个生态系统恢复到较接近其受干扰前的状态（Cairns,1995）；Jordan（1995）生态恢复是使生态系统恢复到先前或历史上（自然的或非自然的）状态；Cairns（1995）生态恢复是使受损生态系统的结构和功能恢复到受干扰前状态的过程；3. 恢复生态学中涉及的几个重要概念恢复生态学中涉及的几个重要概念（1 1）生态恢复）生态恢复Egan（1996）生态恢复是重建某区域历史上

13、曾有的植物和动物群落，而且保持生态系统和人类传统文化功能的持续性的过程（Hobbs & Norton，1996）。余作岳（余作岳（1996）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。3. 恢复生态学中涉及的几个重要概念恢复生态学中涉及的几个重要概念（2 2）与生态恢复相关的术语）与生态恢复相关的术语重建（重建（rehabilitation）：）：去除干扰并使生态系统恢复原有的利用方式。改良（改良（reclamation）：）：改善环境条件以便使原有的生物生存，一般指原有景观彻底破坏后的恢复。改进（改进（enhancement）：）：对原有的受损系统进行

14、重新的修复，以使系统某些结构与功能得以提高。3. 恢复生态学中涉及的几个重要概念恢复生态学中涉及的几个重要概念（2 2）与生态恢复相关的术语）与生态恢复相关的术语修补（修补（remedy）：）：修复部分受损的结构。更新（更新（renewal）：）：生态系统发育，即向新的水平或层次的演替。再植（再植（revegetation）：）：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。二、恢复生态学的基本理论1. 自我设计理论与人为设计理论自我设计理论与人为设计理论2. 生态学理论生态学理论3. 生态恢复理论生态恢复理论1. 自我设计与人为设计理论自我设计与人为设计理论 自我设计理论自我设计

15、理论只要有足够的时间，随着时间的推移，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的。该理论把物种的生活史作为植被恢复的重要因子，并认为通过调整物种生活史的方法可加快植被的恢复。1. 自我与人为设计理论自我与人为设计理论自我设计理论是在生态系统层次来考虑生态恢复，未考虑到缺乏种子库的情况，其恢复只能靠环境条件来决定生物群落。人为设计理论则是在个体或种群层次上考虑生态恢复，这种生态恢复的方向和结果可能是多种的。 2. 生态学理论生态学理论限制性因子原理限制性因子原理热力学定律热力学

16、定律种群密度制约及分布格局原理种群密度制约及分布格局原理生态适应性理论生态适应性理论生态位原理生态位原理演替理论演替理论植物入侵理论植物入侵理论生物多样性原理生物多样性原理缀块缀块-廊道廊道-基底理论基底理论2. 生态学理论生态学理论限制性因子原理：限制性因子原理：寻找生态系统恢复的关键因子热力学定律：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：种群密度制约及分布格局原理：确定物种的空间配置生态适应性理论生态适应性理论：尽量采用土著种进行生态恢复生态位原理：生态位原理：合理安排生态系统中物种组成及其位置2. 生态学理论生态学理论演替理论：演替理论：缩短恢复时间，极度退化的生

17、态系统的恢复，演替理论可能不适用，但仍具有指导作用；植物入侵理论：植物入侵理论：物种种群的繁衍生物多样性原理：生物多样性原理：引进物种时注重生物的多样性，而生物多样性有利于恢复生态系统的稳定；缀块廊道基底理论：缀块廊道基底理论：从景观层次考虑生境破碎化和整体土地利用方式。3. 生态恢复理论生态恢复理论（1 1）生态恢复的原则）生态恢复的原则 退化生态系统的恢复与重建，要在遵循自然规律的基础上，根据“技术上适当、经济上可行、社会能够接受”的原则，使受损或退化生态系统重构或再生。自然法则社会经济技术原则美学原则三个方面空间异质性原理生物多样性原则缀块廊道基底的景观格局原则食物链与食物网原则可控性原

18、则耗散结构与开放性原则协同恢复重建原则整体原则系统学原则时空尺度与等级理论生态演替原则边缘效应与干扰原理生态位与生物互补原则种群密度制约与物种相互作用原则能量流动与物质循环原则限制性与耐性定律主导生态因子原理生态学原则区域性、差异性、地带性原则地理学原则自然法则生态恢复与重建的原则空间异质性原理生物多样性原则缀块廊道基底的景观格局原则食物链与食物网原则可控性原则耗散结构与开放性原则协同恢复重建原则整体原则系统学原则时空尺度与等级理论生态演替原则边缘效应与干扰原理生态位与生物互补原则种群密度制约与物种相互作用原则能量流动与物质循环原则限制性与耐性定律主导生态因子原理生态学原则区域性、差异性、地带

19、性原则地理学原则自然法则生态恢复与重建的原则精神文化愉悦原则健康原则景观美学原则美学原则可持续发展原则效益原则生物、生态与工程技术相结合原则最小风险原则无害化原则社会可接受性原则技术可操作性原则经济可行性与可承受性原则社会技术经济原则生态恢复与重建的原则精神文化愉悦原则健康原则景观美学原则美学原则可持续发展原则效益原则生物、生态与工程技术相结合原则最小风险原则无害化原则社会可接受性原则技术可操作性原则经济可行性与可承受性原则社会技术经济原则生态恢复与重建的原则3. 生态恢复理论生态恢复理论 退化生态系统恢复和重建的原则主要是：地域性原则地域性原则首先需要考虑和遵循地域的生态环境本底和历史背景。

20、3. 生态恢复理论生态恢复理论生态学与系统学原则生态学与系统学原则遵循生态学原则，要根据生态系统自身的演替规律和结构与功能统一规律，在恢复和重建过程中，分步骤分阶段，循序渐进。从生态系统的层次上展开，根据生物间及其与环境间的竞争、互惠等关系以及生态位和生物多样性原理，来构建生物群落，使生态系统的结构能实现物质循环和能量转化处于最大利用和最优循环状态，使恢复和重建的生态系统稳步、和谐和可持续发展。3. 生态恢复理论生态恢复理论最小风险与效益最大原则最小风险与效益最大原则重建工作在进行生态恢复和重建时，要认真研究被恢复对象的各种情况，做综合的分析评价和充分论证，将其风险降到最低限度。生态恢复往往需

21、要高成本投入，在考虑经济承受能力的同时，要特别重视生态恢复的经济效益和收益周期，这是生态恢复十分现实的主要问题。保持最小风险并获得最大效益，是生态系统恢复和重建的重要目标之一，也是实现生态效益、经济效益和社会效益完美统一的必然要求。 3. 生态恢复理论生态恢复理论（2 2）生态恢复的机理）生态恢复的机理依据生态学原理，通过一定的生物、生态及工程的技术和方法，人为地改变和消除生态系统退化的主导因子或过程，调整、配置和优化系统内部及其与外界的物质、能量和信息的流动过程及其时空秩序，使生态系统的结构、功能和生态学潜力成功地恢复乃至得以提高。3. 生态恢复理论生态恢复理论（2 2）生态恢复的机理）生态

22、恢复的机理在恢复和重建过程中，首先是建立和完善生产者亚系统（主要指植被），因为其生态功能是固定能量，驱动水分循环，带动营养物质循环。其次，就应设计和建立消费者亚系统、分解者亚系统，进而考虑小生境的多样性。余作岳等（1996）通过近40年的恢复试验研究，发现在热带季雨林恢复过程中，植物多样性导致了动物和微生物的多样性，多样性导致了群落的稳定性。 3. 生态恢复理论生态恢复理论退化生态系统恢复和重建的可能发展方向（Hobbs & Mooney，1993）：退化前状态退化前状态持续退化持续退化保持原状保持原状恢复到一定状态后退化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恢复到介于退化与人们

23、可接受状态间的替代状态或恢复到理想状态的替代状态或恢复到理想状态（Hobbs & Mooney，1993）3. 生态恢复理论生态恢复理论3. 生态恢复理论生态恢复理论p退化生态系统并不总是沿着一定的方向恢复，也可能在几个方向之间进行转化，达到复合稳定状态。 pHobbs & Norton（1996）提出了一个临界阈值理论。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。p在不同干扰或同种干扰不同强度压力下，生态系统可从状态1退化到2或3；当去除胁迫时，生态系统又可从状态2和3恢复到状态1。但从状态2或3退化到状态4要超过一个临界阈值，反过来，要从状态4恢复到状态2或3时非常难，通常需要大量投入。（Hobbs & Norton，1996）3. 生态恢复理论生态恢复理论（3 3）生态恢复的标准）生态恢复的标准 生态恢复和重建成功与否的判断标准，既是恢复生态学的重要理论问题，也是生态恢复的实践需要。Bradsaw（1987）提出，可用5个标准来判断生态恢复：可持续性（可自然更新）。不可侵入性（像自然群落一样能抵制入侵）。生产力（与自然群落一样高）。营养保持力。具有生物间的相互作用。推荐参考书推荐参考书任海，彭少麟. 恢复生态学导论. 北京：科学出版社，2001.彭少麟. 恢复生态学. 北京：气象出版社，2007.