第二章 理论生态学基础

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
• 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
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。
2.10生物多样性在生态恢复中的作用
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
• 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。
Niche metrics
How can more species be added to a community?
• 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。
– 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。
2.3 生态恢复的目标
总目标：
• 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
轻度退化 中度退化
3-10年 10-20年
1994
严重退化 极度退化
50-100 年 >200年
1998Βιβλιοθήκη 火山爆发海啸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
2.2 生态恢复的理论基础
• 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。
• GIS、GPS、RS
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
2.7 生态恢复与重建的程序
– 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。
2.6 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
2.6 生态恢复的基本技术
• 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
2.10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
2.2 生态恢复的理论基础
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。
水杨
杞木
云杉
紫苑
2.2 生态恢复的理论基础
第二章 理论生态学基础
• 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。Replace a degraded ecosystem with another productive type using a few or many species • 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。
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
– 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。
2.6 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
• Increase total niche space • Increase niche overlap • Decrease niche breadth
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
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。
2.5 生态恢复途径
• 人为干扰恢复
– 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