第三章森林生态学与林业生态工程课件.ppt

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1、第三章,森林生态与林业生态工程,本章主要内容,第一节、森林生态学概述,一、森林生态学的内容、任务、发展,森林生态学定义：“研究森林与环境之间相互关系的学科，是造林学、营林学、防护林学和和森林保护学等其它林学分支学科的应用基础。,1、森林生态学研究的内容,主要研究环境条件如何影响森林的组成、结构、地理分布、生长过程、生产力和演替发展等，以及森林对环境的影响和森林内各个成分之间的相互互关系，阐明森林的结构与功能及其调节原理，为造林、营林、不断扩大森林资源和有效地提高生物生产量，充分发探森林生态系统服务功能提供科学依据和途径。,2、森林生态学研究的任务,认识森林与环境的相互作用；认识森林分类、分布、

2、生长发育、发展和演替的规律；认识人类活动对森林及其功能的影响；提出正确经营管理森林的生态学基础和技术途径,3、我国森林生态学研究的内容,森林与环境变化相互系；森林生物多样性保护；森林景观格局与区域生态安全；森林生态系统恢复与重建；森林生态系统健康管理。,4、我国森林资源特点,人均资源占有量少，且分布不均 结构不尽合理，多资源利用程度低 林地利用率低、森林质量较差 人工林和宜林地多，扩大森林资源体力较大,二、我国林业的新定位,定位：林业是生态环境建设的主体，是从事维护国土生态安全、促进经济可持续发展，向社会提供森林生态服务的行业。,六大林业重点工程：天然林保护工程；“三北”和长江中下游地区等重点

3、防护林建设工程；退耕还林还草工程；环北京地区防沙治沙工程；野生动物保护及自然保护区建设工程；重点地区以速生丰产用材林为主的林业产业基地建设工程。,三、森林经营念及理论发展,1、森林可持续经营理论,体现在六大标准森林资源的保持和发展以及对全球碳循环的贡献森林生态系统健康与活力的保持森林生产功能森林生态系统中生物多样性的保持、保护与发展森林经营中保护功能 的维持和发展其它社会经济功能 和条件的保持,2、近自然林业,近自然林业的主要理论：林分的建立、抚育、采伐方式必需同潜在的天然森林植被的关系接近，使林分能进行接近生态上的自发生产，达到森林群落的动态平衡，并在人工辅助下使天然物质得到复苏。,近自然林

4、业的基本原则：实行择伐育林作业，采用天然更新，促进并维持异龄复层混交林，保护生物多样性。,3、新林业,特点：主要理论框架是由林分和景观两个层次组成的，强调保持和改善林分和景观结构的多样性。,在林分层次上:注重保持和创造具有多样化组成、结构和功能的林分。在景观层次上:强调森林景观格局的异质性，也极为关注景观斑块的类型、大小和分布格局。,4、生态林业,主要目标：维持和恢复森林生态系统永久性的完整功能，而又在可持续的基础上收获森林产品。,林业实践：保护和恢复森林作为完整的生态系统；鼓励多用途利用森林；强调基于人类群体的森林管理；承认森林的生态服务价值；保护与促进森林生物多样性与完整性； 促进生态上合

5、埋的设计和林产品的循环利用。,第二节 森林生态系统的结构与功能,一、森林生态系统的结构1、垂直结构概念 指森林生态系统中生物按照高度（或深度）垂直配置所形成的层次结构或成层结构。森林群落：根据生长型划分为四个基本层次：乔木层、灌木层、草本层、地被层。各层中尚可分出亚层，同一层高度不应超过20% 。,垂直结构,2、水平结构,概念：指森林生态系统组分在水平空间上的生态分化、配置状况或水平格局；由于系统中物种生态学特性、种间相互关系及环境条件综合决决定。,主要特征是它的镶嵌性，镶嵌性是在二维空间中的不均匀配置，使群落在外形上表现为斑块相间。,4、层片结构,概念：森林群落中属于同一生活型植物的组合。,

6、类型： 高位芽植物层片地面芽植物层片； 乔木层片灌木层片 落叶树层片长绿树层片。区别：层次是树木在群落中的垂直分布；而层片是群落的三维生态结构。,5、营养结构,概念：以食物为中心和纽带，把生物非生物紧密地结合起来，构成以生产者、消费者、还原者为中心的三大功能群。,生态系统,生产者：包括全部绿色植物和某些能进行光合作用或化能合成作用的细菌，它们都是自养生物，也是其他一切生物赖以生存的食物，是有机物的最初制造者。消费者：以生产者生产的有机物为食物的各种动物，直接或间接地利用植物所制造的现成有机物。根据它们的食性分食草动物和食肉动物。分解者：指细菌、真菌等微生物和某些原生动物，它们是生态系统的“清洁

7、工”，依靠分解动植物的排泄物和尸体取得营养和能量，同时又将动植物残体的复杂有机物分解为简单地无机物，回归环境。非生命物质：各种无机物和自然条件，包括太阳光、热能、水、二氧化碳、氧、氮、矿物、盐等，是生物赖以生存的物质和能量源泉，成为生物活动的场所。,相关概念,食物链：生态系统中不同生物之间通过食物关系而形成的链索式单向联系。,营养级：食物链上能量和物质被暂时贮藏和停留的位置，即食物链上的每一环节称为营养级。,食物网：在一个生态系统内存在多条食物链，这些食物链彼此交错连接，形成网状结构。,北极地区食物网,：,二、影响森林生态系统结构的因素,1、生态系统内部因素生物因素：作用最大的是竞争和捕食环境

8、因素：适宜性和空间异质性,森林生态系统结构变化：生态系统中生物成分与环境相互作用的结果。影响最大的是建群种。,2、生态系统外部环境,主要：指外部的干扰影响，包括自然干扰和人为干扰。,影响：中等干扰假说：生态系统在中等干扰和一定干扰频率条件下，物种丰富度大系统结构也最为复杂（草原恢复）,三、森林生态系统的功能,1、能量流动：能量通过生物成分之间的食物关系，在食物链上从一个营养级到下一个营养级逐渐向前流动,能量流动的基本特点,能量的流动是单向、不可逆的。能量在沿食物链传递过程中，是逐级递减的。生物体对能量的利用率非常低。,生态系统能量流动示意：,生态金字塔类型,概念：用以反映食物链各营养级之间生物

9、个体数量、生物量和能量比例关系的图解模型。,类型：数量金字塔、生物量金字塔、能量金字塔,生态金字塔：,2、生态系统的物质循环,概念：指生态系统中构成生命有机体的物质元素以及构成非生命的物质元素的传递和转化的动态过程。,能量流动与物质循环的区别与联系,区别：物质周而复始循环，能量单向流动联系：能量储藏在物质的分子键中,二者都沿着食物链进行,物质循环示意图：,非生物环境,生产者,消费者,Material cycle,还原者,能量流动与物质循环关系图,3、生态系统的信息传递,概念：指生态系统中各生物成分之间及生物成分与非生物环境之间的信息交流与反馈过程。,特点,生态系统的基本功能之一，在传递的过程中

10、伴随着物质和能量的消耗双向的使生态系统产生自动调节机制,信息的类型,营养信息:以食物链和食物网为代不的一种信息传递化学信息:以生物的代谢产物进行的信息传递,物理信息:以物理过程为传递形式的信息行为信息:通过一定行为方式表现出的某种信息,4、生态系统的物种流,物种流概念：指物种的种群在生态系统内或系统之间时空变化的状态.,含义:,生物有机体与环境之间相互作用所产生的时间、空间的变化过程；物种种群在生态系统内或系统之间格局和数量的动态生物群落中物种组成、配置，营养结构变化,总之：,生态系统中能流、物流、信息流和物种流的传递，使生态系统和非生物成分相互依赖、相互制约、相生相克形成网络复杂关系的统一体

11、，从而使生态系统具有一定适应性相对稳定性。,四、生态平衡与生态稳态,生态平衡是生态系统在一定时间内结构与功能的相对稳定状态，其物质和能量的输入、输出接近相等。,生态稳态是在生态系统发育演变到一定状态后才会出现，它表现为一种振荡的涨落效应，系统以耗散结构维持着振荡，能够使系统从环境中不断吸收能量和物质(负熵流)。,1、生态平衡的调节机制,反馈能力正反馈负反馈 抵抗力恢复力系统调节力,2、生态系统交错带理论,生态系统交错带交错带的脆弱性：,可替代的概率大竞争程度高可以复原的机率小抗干扰能力弱界面变化速度快，空间移动能力强界面是非线性的集中表达区，非连续性的集中显示区，突变产生区。,3、生态系统恢复

12、与重建理论,生态学干扰指发生在一定地理位置上，对生态系统结构造成直接损伤的、非连续性的物理作用或事件。生态学干扰由3个方面构成：系统、事件、尺度域干扰事件的判别：尺度、事件强度、系统本质离散性干扰：明显边界斑块的干扰扩散性干扰：只增加异质性，不产生明显界限,干扰,五、森林生态系统的服务功能,1、概念：指生态系统与生态过程所形成及维持的人类赖以生存的自然环境条件与作用。一般指生命支持功能,2、主要内容：,生产有机物质；调节气候、促进物质循环；涵养水源保持水土；固碳制氧、维持碳平衡，净化环境；生物多样性保护，防风固沙，社会效益等。,第三节、天然林保育,一、天然林保育的内涵,天然林保育是保护与培育并

13、举，以资源的合理经营与科学利用为基础下的保护。,有如下内涵：,保护原始天然林生态系统，保护生物多样性赖以存在的栖息环境;是加速次生天然林向地带性森林植被的恢复;创造良好的生态环境，保障国家建设的需要;建立现代林业体制，满足林业及全社会持续发展的需要;再造山川秀美，满足人民休闲娱乐等文化生活需要；带动国家森林公园建设。,三、天然林保育的理论基础,1、森林生态系统理论2、森林的多功能论：生态服务功能、文化功能及生产等功能3、生物多样性理论：天然林生态系统是多种生物的主要栖息地，保护和维持森林中的生物多样性，是健康森林保育的基础。4、林业可持续发展理论：森林资源、生态环境及林区社会经济的可持续发展。

14、,四、天然林保育的技术支撑,1、原始林经营采育择伐理论2、次生林恢复栽针保阔理论3、天然林的分类经营4、天然林生态系统的管理,四、天然林保护和退化生态系统恢复的措施,1、天然林保护和生态建设规划 2、“阶梯式退耕”模式 3、“辐射式生态重建”模式 4、生态农（林）业产业化经营5、提高土地利用率实现市场化,第四节 人工林可持续经营,人工林是由人工更新和培育形成的森林树种单一，结构简单，多数是同龄林，且是短轮伐期,一、 人工林的结构特征,二、我国人工林发展现状,我国是世界上人工林面积最大的国家,人工林对我国的生态环境建设和经济发展发挥着重大作用。但由于长期沿用传统粗放的管理方式,使得我国人工林质量

15、低下,生态功能较差。,三、人工林的生态学问题,1、生物多样性问题2、人工林的养分循环不能完成或受阻碍3、人工林生产力退化4、人工林对干扰的脆弱性5、人工林的环境成本与生态效益,四、人工林可持续经营,人工林生态学注重通过人工林与天然林结构、功能及生态过程的对比研究，了解森林群落自然分布的规律以及生态系统发生功能的方式，以便指导人们制定合理的经营目标、科学的造林规划，并使人们在经营人工林过程中充分考虑到系统组份之间相互关系，通过经营活动对生态过程实施调控、最终实现人工林的经营目标。人工林生态学同时注重人为经营措施对人工林生态系统结构、功能及生态过程的影响。,1、人工林经营理论,2、人工林经营技术,

16、4）人工林采伐： 林下地带性植被块状保留 延长林分轮伐期 设计分散、丛状或条带状地保留一些大径级、成熟木,1）人工林经营管理的目标：实验包括经济效益、社会效益和生态效益在内的人工林综合效益。2）人工林的景观布局：根据人工林所处的空间基质，确定人工林的景观布局。3）林分结构管理：树种选择、混交林种间关系的调控、林分抚育,3、人工林土壤管理,1）凋落物管理：在选择树种进行混交造林时应考虑对凋落组成的控制或通过林下植被的管理改变凋落物的组成。2）土壤有机质管理：营造混交林或轮栽阔叶树种减轻林地化感自毒作用增加土壤有机质含量，改善土壤有机质组成，同时使土壤有机质人效矿化或转化,3、人工林土壤管理,3）

17、土壤养分管理通过科学的营林措施把养分输出量降低到最低全面理解树种与土壤相互作用关系的基础上，采用有效方法促进养分的生物化学循环。,4）土壤生物管理混交林中增加阔叶树种的比例有助于土壤微生物数量增加。,4）土壤物理性质管理混交林营造有利于土壤的孔隙度增加，土壤疏松通气，土壤结构良好,第五节、林业生态工程,一、概念,林业生态工程是生态工程的一个分支。它是根据生态学、林学及生态控制论原理，设计、建造与调控以木本植物为主体的人工复合生态系统的工程技术，其目的在于保护、改善与持续利用自然资源与环境。,简单说：生态工程的理论、技术在林业上的应用就是林业生态工程,二、林业生态工程规划设计的主要内空,王治国教

18、授认为“林业生态工程”的目标是通过人工设计，在一个区域或流域内，建造以木本植物群落为主体的优质、高效、稳定的多种生态系统复合体，形成区域复合生态系统，以达到自然资源的可持续利用和环境的保护与改良，其内容分为四个部分：区域总体规划：主要指生态工程建设中依据建设类型所采取的区域分局，但必须首先进行调查研究和经济分析，即可行性研究。,时空结构设计：即在物种搭配上采用立体结构设计和时间顺序设计，如混交林、林草组合等。食物链结构设计：主要指系统内部动、植物和微生物及环境间的优化组合，如桑基渔塘，林木病虫害生物防治等。特殊生态系统设计：如：工矿区林业生态系统、城市（镇）林业生态系统、严重退化的劣地林业生态

19、系统，这些都需要特殊的设计工艺,三、林业生态工程工作程序,确定主体：区域、流域、林地、小区明确问题：植被恢复、水土保持、景观等确立目标：建立以木本植物为主体的生态系统或景观，获得良好的生态效益工作程序：调研论证规划设计施工经营管理,四、林业生态工程的基础理论,生态学理论系统科学理论 可持续发展理论防护林学原理水土保持学原理工程学原理,五、效益评价,1、评价的目的,准确评价森林的各种效益，探索森林效益产生、发展的规律，为森林的营造提供可行的依据；准确评估森林生态与环境效益及影响面，为社会公平分担公益林的营林费用提供基础；准确评估森林的经济效益，为林业产业的政策制定与经营活动管理提供基础；对森林的

20、社会效益进行计量，使社会对森林价值有更深刻的认识，更好的保护、培育、利用森林。,（1）森林的林种与效益,2、 综合效益的主体内容,森林的效益主要是指对人类社会有益的森林功能，既包括物质提供与环境维持，又包括文化与精神依存。森林效益的简单划分：生态效益：森林生态系统所产生的对人类社会有益的影响与作用经济效益：人类开发利用森林所产生的经济收益社会效益：森林生态系统所服务于人类社会的各种效能与利益效益评价：森林价值的认识与客观肯定,（2）森林的生态效益,生态平衡的主要调节器控制污染和酸沉降有效的保护和维持生物多样性防止土壤侵蚀与土地退化涵养水源，调节河川径流和水文状况防治土地荒漠化缓解温室效应，维持

21、全球碳循环防灾减灾，保护农牧业的生产稳定,（3）林业生态工程的经济效益,生态脆弱地区的重要经济组成部分生态与产业体系水土资源的保护与合理利用资源保护资源利用效率工程区域生产力变化区域产量、品质改善资源与环境承载力的提高自然灾害损失减小增加经济种类工程的投入与产出比成果的有用性: 满足社会与市场需求成果的收益性: 生产着的利益所得成果的受益性: 社会经济效果,（4）森林的社会效益,为社会提供大量的木材和林产品，满足国民经济和社会可持续发展的需求为粮食的安全提供直接和间接服务是国民经济的重要组成部份保障人类当前和长远的生存生活质量提供劳动就业缓解贫困，实现共同富裕与社会公正活跃世界经济贸易,3、

22、效益的计量方法,1）保护土壤价值减少侵蚀总量侵蚀差异量林地面积年废弃土地面积年土壤侵蚀总量土壤表土平均厚度减少土壤侵蚀价值相当的废弃土地面积林业生产平均效益减少土壤肥力流失的价值年废弃土地面积养分总量养分平均价格土壤保持总价值减少土壤侵蚀价值+减少土壤肥力流失的价值,2）水源涵养价值,年水源涵养总量降水总量森林蒸散总量入渗系数法： P = PRdET 令 H = PRd 则 （HET）/P H= P + ET 1总蓄水量差=森林总蓄水量非森林总蓄水量总价值总蓄水量差单位蓄水量的工程成本,3）削减洪峰价值,削减洪峰价值拦蓄总量相当工程成本,W拦林地的拦洪效益 I林林地的渗蓄雨量与地上植物截留之和

23、 I非非林地的渗蓄雨量与地上植物截留之和,4）农田防护林的增产价值,式中： r相对增产率； S防护农田产量 S0 未防护农田产量增产价值增产总量单位价格,应用生态学森林生态与林业生态工程,66,5）年活立木生长价值,Si各林分的活立木蓄积量 Ni各林分的净生长率 Pi各类林木的活立木林价,i各林分面积 Wi各林分地上部分树干和 枝的干物质生产量 Pi各类林木的活立木林价 Ri各类林木的比重（t/m3）,6）营养循环价值,林分持留养分从土壤中吸收的养分枯落物归还养分雨水淋洗归还养分,式中 A各林分面积 P养分的价值 M单位面积养分持留量,7）年固定co2的价值,固定CO2量=1.62植物生物生产

24、量 固定纯C量0.2729固定CO2量 固定CO2价值固定纯C量碳税 固定CO2价值固定纯C量相当的造林成本,8）污染物降解价值,吸收总量单位面积森林的吸收量（地上吸收量地下吸收量）森林面积降污总价值吸收总量削减单位重量污染物的成本,式中 F污染物吸收通量，mg/m2.s V比例常数或沉降速度，cm/s C污染物浓度，mg/m3,全球和美国森林生态系统每年蓄积强度的粗略估计（kg）,五、国内重大林业生态工程,1、 林业生态建设总体布局,构建“点、线、面”结合的全国森林生态网络体系 以全国城镇绿化区、森林公园和周边自然保护区及典型生态区为“点” 以大江大河、主要山脉、海岸线、主干铁路公路为“线”

25、 以东北内蒙古国有林区，西北、华北北部和东北西部干旱半干旱地区，华北及中原平原地区，南方集体林地区，东南沿海热带林地区，西南高山峡谷地区，青藏高原高寒地区等八大区为“面”,2、林业生态工程区域布局,东北林区：休养生息恢复森林植被 西北、华北北部和东北西部干旱半干旱地区：以保护为前提、全面治理 华北及中原平原地区：适宜发展混农林业或种植林业 南方集体林地区：建设优质高效用材林基地 东南沿海热带林地区：保护好热带雨林和沿海红树林资源 西南高山峡谷地区：建设生态公益林 青藏高原高寒地区：采取全面的严格保护措施，适当辅以治理措施,3、区域林业主导功能区划布局,构建点、线、面相结合的森林生态网络,森林生

26、态网络 森林资源总量 合理布局 提高森林植被的质量 效保护天然森林植被,重点突出环京津生态圈，长江、黄河两大流域，东北、西北和南方三大片,环京津生态圈 长江和黄河两大流域 东北片、西北片和南方片,4、中国六大重点林业生态工程项目,1）天然林保护工程,包括长江上游、黄河上中游地区和内蒙古等重点国有林区以及其他林区的天然林资源保护 17个省(区、市)的734个县(市、区)、167个重点森工局(场) 规划调减木材产量1991万m3，管护0.94亿m3森林。长江上游黄河上中游地区全面停伐天然林，造林0.13亿m3，规划总投入962亿元。,天然林保护工程示意图,2）三北和长江中下游地区等重点防护林体系建

27、设工程,28个省(区、市)1696个县(市、区)，初步规划造林2277.9万hm2，对工程区内的7190.3万hm2森林实行有效保护，总投入806亿元。,3）环北京地区的防沙治沙工程,北京、天津、河北、内蒙古、山西5个省(区、市)的75个县(旗、区)。到2010年新增林草植被500万hm2，林草覆盖率由目前的6.7提高到21.4，增加15个百分点。,主要项目,三北防护林体系建设四期工程 长江流域防护林体系建设二期工程 沿海防护林体系建设二期工程 珠江防护林体系建设二期工程 太行山绿化二期工程 平原绿化二期工程 绿色通道工程,示意 图1,示意 图2,4）退耕还林还草工程,22个省(区、市)，10

28、60个县(市、区、团)。初步规划10年退耕还林还草366,2万hm2，宜林荒山荒地造林种草513.3万hm2。到2010年新增森林面积0.8亿hm2，工程区内的森林覆盖率由29.6提高到31.8。,5) 野生动植物保护及自然保护区建设工程,到2010年，重点实施大熊猫、虎、金丝猴、藏羚羊、大象、长臂猿、麝、野生雉类、兰科植物等10个野生动植物拯救工程和森林、荒漠和湿地等30个重点生态系统保护工程。新建自然保护区524个,使总数达到1800个,其中国家级自然保护区数量达到180个,自然保护区占国土面积的比例达16.14。,6) 重点地区以速生丰产用材林为主的林业产业基地建设工程,18个省(区)的

29、886个县(市、区)。规划15年投入718亿元，新建和改造1333万hm2，其中工业原料林1083万hm2，占81；大径级用材林250万hm2，占19。工程完成后，每年提供木材13337万m，约占国内生产用材需求量的40，加上现有森林资源的利用，国内木材供需基本趋于平衡。,结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best, Failure Is Great, So DonT Give Up, Stick To The End,谢谢大家荣幸这一路，与你同行ItS An Honor To Walk With You All The Way,演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日,