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1、现代恢复生态学 与生态工程,王海芳 中北大学化工与环境学院 0351-392414213834680610,1 生态现状,人类对水、空气和土地的需求，已经消耗了地球近三分之一的可再生资源能力；人类每年由于过度使用自然资源造成的损失达4-4.5万亿英镑，是全球金融危机造成损失的2倍；中国是一个生态灾难多发的国家，中国感受最早最深的生态灾难是水土流失、土地沙化、气候变坏、洪水泛滥、库坝被淤等；中国水蚀、风蚀和冻融面积达356万平方公里；全国沙化土地174万平方公里，涉及全国30个省(区、市)。黄河流域年入河泥沙16亿吨；长江流域每年土壤流失量24亿吨。,2 生态系统的退化与破坏,2.1 生态系统的
2、退化 退化生态系统指在一定的时空背景下，生态系统受自然因素，人为因素或两者的共同干扰下，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原有的平衡状态或进化方向相反的位移。,2 生态系统的退化与破坏,2.1.1 退化主要因素 植被的破坏与减少 侵蚀 荒漠化 石漠化 土壤贫瘠化 污染,2.1.2 退化系统类型裸地：又称光板地。环境条件极端，分为原生裸地（自然干扰形成）和次生裸地（人为干扰形成）。森林采伐迹地：人为干扰造成，其退化状态因采伐的强度和频度而异。弃耕地：人为干扰形成，退化状态因弃耕时间而定。荒漠化地：自然或人为干扰形成。矿山废弃地：指被采矿
3、活动破坏的、未经治理而无法使用的土地，包括四类：废石堆废弃地；开采坑废弃地；尾矿废弃地；采石矿废弃地。垃圾堆放场：又称垃圾填埋场，是人为干扰形成的堆积来自家庭、城市、工业等的废弃物的地方。,2 生态系统的退化与破坏,2.2 生态系统的破坏 生态系统破坏是指人类不合理地开发、利用造成森林、草原等自然生态环境遭到破坏，从而使人类、动物、植物的生存条件发生恶化的现象。如：水土流失、土地荒漠化、土壤盐碱化、生物多样性减少等等。,2 生态系统的退化与破坏,2.2.1 人与生态系统人类与环境的关系，是相互依存又相互影响相互制约的对立 统一的辩证关系。人类中心论把人 捧到自然系统中至高无上的位置，说人是大自
4、然的主人，可以支配一切，自然界只不过是一 个消极的客体。恩格斯所说：“我们不要过分陶醉于我们对自然界的胜利。对于每一次这样的胜利，自 然界都报复了我们。每一次胜利，在第一步都确实取得了我们预期的结果，但是在第二和第 三步都有了完全不同的、出乎预料的影响。常常把第一个结果取消了。”,2 生态系统的退化与破坏,2 生态系统的退化与破坏,2.2.2 惊人的数字到本世纪中叶，地球表面平均温度将上升1.54.5，从而导致南北极冰雪部分融化。加上海水本身热膨胀，就会使世界海平面上升25100厘米。美国直接受到酸雨危害的居民达3000万以上。由此，美国每年直接损失费用达150亿美元之多。欧洲国家被酸雨损害的
5、森林已超过50%。我国每年有近260多万公顷农田遭受酸雨污染，使粮食作物减产10%左右。仅广东、广西、四川和贵州四省区，因酸雨危害每年直接经济损失24.5亿元。目前全世界每年约有4200亿立方米的污水排入江河湖海，污染了55000亿立方米 的淡水，这相当于全球径流总量的14%以上。,3 生态系统的恢复与重建,恢复生态学(Restoration Ecology)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和方法及其生态学过程和机理的学科。“恢复”是指生态系统原貌或其原先功能的再现，“重建”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。,生态
6、系统恢复与重建是根据生态学原理，通过一定的生物、生态以及工程的技术与方法，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、能量和信息流动过程及其时空秩序，使生态系统地结构、功能和生态学潜力尽快地恢复到正常的、或原有的乃至更高的水平。,3 生态系统的恢复与重建,3 生态系统的恢复与重建,目前国内外关于恢复生态学的定义很多,尚未取得共识,归纳起来主要有三类观点。第一类观点强调恢复的最终状态。第二类观点强调恢复的生态学过程。第三类观点强调恢复的生态整合性。,3.1 生态系统恢复的原理,3 生态系统的恢复与重建,生态系统中的食物链网络,3.2 恢复生态学的发展1
7、973年3月，在美国弗吉尼亚多种技术研究所和州立大学召开了题为“受害生态系统的恢复”国际会议，第一次专门讨论了受害生态系统的恢复和重建等许多重要的生态学问题。1985年，Aber和 Jordan首次提出了恢复生态学这个科学术语。联合国教科文组织人与生物圈计划(MAB)的中心议题，就是运用生态学的方法，研究人与环境的关系，特别是人类活动对生态系统的影响，以及人类参与下的资源管理、利用与恢复。英国、德国、荷兰、澳大利亚、中国等国也都开展了有关恢复生态学的研究。1996年在北京召开的生态恢复国际会议主题之一即为“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。,3 生态系统的恢复
8、与重建,3 生态系统的恢复与重建,3.3 生态恢复的研究内容 恢复生态学包括基础理论和应用技术两大领域的研究工作。基础理论研究包括：(1)生态系统结构(包括生物空间组成结构、不同地理单元与要素的空间组成结构及营养结构等)、功能(包括生物功能；地理单元与要素的组成结构对生态系统的影响与作用；能流、物流与信息流的循环过程与平衡机制等)以及生态系统内在的生态学过程与相互作用机制；(2)生态系统的稳定性、多样性、抗逆性、生产力、恢复力与可持续性研究；(3)先锋与顶级生态系统发生、发展机理与演替规律研究；(4)不同干扰条件下生态系统的受损过程及其响应机制研究；(5)生态系统退化的景观诊断及其评价指标体系
9、研究；(6)生态系统退化过程的动态监测、模拟、预警及预测研究；(7)生态系统健康研究。,3 生态系统的恢复与重建,应用技术研究包括：(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与重构及其调控技术研究；(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。,3.4 我国恢复生态学研究进展我国的恢复生态学研究，最初主要是以土地退化，尤其是土壤退化为主，主要针对水土流失、风蚀沙化、草场退化及盐渍化对农林牧业的危害进行。近期，重点逐渐转移到区域退化生态系统的
10、形成机理、评价指标及恢复重建的研究上。目前，已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的机理、模式和技术方面做了大量的研究。同时，对退化生态系统的定义、内容及恢复理论也有了一定的完善和提高，提出了一些具有指导意义的应用基础理论。,3 生态系统的恢复与重建,3.5 生态恢复的方式 根据生态系统退化的不同程度和类型，可以采取不同的恢复方式：恢复、重建和保护三种形式。恢复在生态系统的结构和功能已受到严重的干扰和破坏，影响经济的发展。采用人为措施恢复。重建在生态系统的结构和功能已受到严重的干扰和破坏，自然恢复有困难，进行人工生态设计，实行生态改建或重建。保护对生态敏感、景观好、有
11、重要生物资源的地区采用保护的方式。,3 生态系统的恢复与重建,3 生态系统的恢复与重建,3.6 恢复的基本目标根据不同的社会、经济、文化与生活需要，人们往往会对不同的退化生态系统制定不同水平的恢复目标。但是无论对什么类型的退化生态系统，应该存在一些基本的恢复目标或要求，主要包括：(1)实现生态系统的地表基底稳定性。因为地表基底(地质地貌)是生态系统发育与存在的载体，基底不稳定(如滑坡)，就不可能保证生态系统的持续演替与发展。(2)恢复植被和土壤，保证一定的植被覆盖率和土壤肥力。(3)增加种类组成和生物多样性。(4)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。(5)减少或控制环境污染
12、。(6)增加视觉和美学享受。,3 生态系统的恢复与重建,3.7恢复和重建的基本原则 退化生态系统的恢复与重建要求在遵循自然规律的基础上，通过人类的作用，根据技术上适当，经济上可行，社会能够接受的原则，使受害或退化生态系统重新获得健康并有益于人类生存与生活的生态系统重构或再生过程。生态恢复与重建的原则一般包括自然法则、社会经济技术原则、美学原则3个方面。自然法则是生态恢复与重建的基本原则，也就是说，只有遵循自然规律的恢复重建才是真正意义上的恢复与重建，否则只能是背道而驰，事倍功半。社会经济技术条件是生态恢复重建的后盾和支柱，在一定尺度上制约着恢复重建的可能性、水平与深度。美学原则是指退化生态系统
13、的恢复重建应给人以美的享受。,3 生态系统的恢复与重建,3.8恢复和重建的一般操作程序 退化生态系统的恢复与重建一般分为下列几个步骤：(1)首先要明确被恢复对象，并确定系统边界；(2)退化生态系统的诊断分析，包括生态系统的物质与能量流动与转化分析，退化主导因子、退化过程、退化类型、退化阶段与强度的诊断与辨识；(3)生态退化的综合评判，确定恢复目标；(4)退化生态系统的恢复与重建的自然、经济、社会、技术可行性分析；(5)恢复与重建的生态规划与风险评价，建立优化模型，提出决策与具体的实施方案。(6)进行实地恢复与重建的优化模式试验与模拟研究，通过长期定位观测试验，获取在理论和实践中具可操作性的恢复
14、重建模式；(7)对一些成功的恢复与重建模式进行示范与推广，同时要加强后续的动态监测与评价。,生态工程是指人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法，通过系统设计、调控和技术组装，对已被破坏的生态环境进行修复、重建，对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力，从而促进人类社会和自然环境的和谐发展。,4 生态工程,4.1生态工程的发展1962年美国的H.T.Odum首先使用了生态工程（Ecological Engineering），提出了生态学应用的新领域：生态工程学。80年代后，生态工程在欧洲及美国逐渐发展起来，并出现了多种认识与解释，并相应提出了生态工程技术。马世骏先
15、生（1984）给生态工程下的定义为：“生态工程是应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理，结构与功能协调原则，结合系统分析的最优化方法，设计的促进分层多级利用物质的生产工艺系统”。,4 生态工程,4.2 生态工程的特点社会经济自然复合生态系统，是以人的行为为主导，自然环境为依托，资源流动为命脉，社会体制为经络的半人工生态系统。其结构可以分成为3个主要集合。核心圈是人类社会，包括组织机构及管理、思想文化，科技教育和政策法令，是核心部分为生态核。另一层次是内部环境圈，包括地理环境、生物环境和人工环境，是内部介质，称为生态基。常具有一定的边界和空间位置；第三圈是外部环境，称为生态库；包括物质、能量和
16、信息以及资金、人力等。,4 生态工程,4 生态工程,4.3 生态工程的原理和方法生态位原理 生态位是生态学研究中广泛使用的名称，又称生态龛或小生境，通常是指生物种群所占据的基本生活单位，对于生物个体与其种群来说，生态位是指其生存所必须的或可被其利用的各种生态因子或关系的集合。限制因子原理 生物的生长发育离不开环境，并适应环境的变化，但生态环境中的生态因子如果超过生物的适应范围时，对生物有一定的限制作用，只有当生物与其居住环境条件高度相适应时，生物才能最大限度地利用环境方面的优越条件，并表现出最大的增产潜力。最小因子定律 耐性定律,4 生态工程,4.3 生态工程的原理和方法食物链原理 在自然生态
17、系统中，由生产者、消费者、分解者所构成的食物链，从生态学原理看，它是一条能量转化链，物质传递链，也是一条价值增值链。整体效应原理 系统是由相互作用和相互联系的若干组成部分结合而成的具有特定功能的整体，其基本的特性就是集合性，表现在系统各组分间相互联系、依赖、作用、制约的不可分割的整体，整体的作用和效应要比各部门之和来的大。,4 生态工程,4.3 生态工程的原理和方法生物与环境相互适应、协同进化原理 生物的生存、繁衍不断从环境中摄取能量、物质和信息，生物的生长发育依赖于环境，并受环境的强烈影响，外界环境中影响生物生命活动的各种能量、物质和信息因素称为生态因子，生态因子既有对生物和生命活动所需的利导因子，也有限制生物生存和生命活动的限制因子。效益协调统一原理 农业生态系统是一个社会经济自然复合生态系统，是由自然再生产和经济再生产交织的复合生产过程，具有多种功能与效益，既有自然的生态效益，又有社会的经济效益，只有生态与经济效益相互协调，才能发挥系统的整体综合效益。,谢 谢！,
