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1、恢复生态学,第四章 生态恢复,生态恢复的目标与生态恢复的基本原则生态恢复的临界阈值理论生态恢复的过程生态恢复的技术问题生态恢复成功的标准生态恢复的时间生态恢复的价值,内 容,一、改善退化生态系统的不同方案,复垦（替代）,修复,Restoration（恢复）Rehabilitation（修复）Remediation（整治）Reclamation（复垦）,Hobbs和Norton（1996）认为恢复退化生态系统的目标包括：建立合理的内容组成(种类丰富度及多度)结构(植被和土壤的垂直结构)格局(生态系统成分的水平安排)异质性(各组分由多个变量组成)功能(诸如水、能量、物质流动等基本生态 过程的表现)
2、,Parker（1997）认为，恢复的长期目标应是生态系统自身可持续性的恢复。但由于这个目标的时间尺度太大，加上生态系统是开放的，可能会导致恢复后的系统状态与原状态不同。,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。,生态恢复的目标,生态恢复与重建的原则一般包括自然法则、社会经济原则和美学原则等3个方面。,生态恢复的基本原则,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
3、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。,生态恢复的基本原则,生态恢复通过排除干扰、加速生物组分变化和启动演替进程退化生态系统恢复到某种理想的状态。首先需要建立生产者亚系统（植被）由生产者进行光合作用固定能量驱动水分循环带动营养物质循环。,二、生态恢复的临界阈值理论,（余作岳等，1996）,退化生态系统恢复的方向,Hobbs和Mooney（1993）指出退化生态系统可能的发展方向包括：,持续退化；保持原状；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之间 的替代状态；恢复到理想状态。,持续退化,中途退化,替代状态,可接受状态,理想状态,退化状
4、态,极度退化状态,时间,复杂性与功能水平,也有学者认为：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（meta-stable states）。Hobbs&Norton（1996）提出了临界阈值理论假设生态系统有4种可选择的状态：,生态恢复的每一个阶段都有一个阈值越过的阶段越多（包含的阈值越多）恢复的投入就要越大。临界阈值理论是生态恢复的机理性问题。有关临界阈值的精确计算问题还不完善，仍需进一步研究。,生态恢复的临界阈值理论,生态恢复临界阈值理论实例,例如在亚热带区域顶级植被常绿阔叶林干扰逐渐发生退化：落叶阔叶林针阔混交林针叶林灌草丛。退化特点：每一个阶段都
5、有一个阈值每越过一个阈值恢复时的投入就要加大特别是从灌草丛开始恢复投入更大（彭少麟，1996）。,在生态恢复实践中，确定一些重要的程序能更好地指导生态恢复实践和生态系统管理。生态恢复中的关键过程包括：（1）明确恢复对象的时空范围；（2）确定引起生态系统退化的原因和机制；,三、生态恢复的过程,（3）找出控制或减缓生态退化的方法；（4）确定恢复与重建生态系统的结构和功能目 标认识恢复的生态学局限性，以及实施 恢复的社会、经济和其它障碍因素；（5）制定简单易行的测量标准观测生态系统 之演替进程；,（6）提出相应尺度上实施恢复目标的可行技术；（7）具体的恢复实践；（8）与土地规划和管理部门交流有关理论
6、和方 法；（9）监测生态恢复中的关键变量与过程评价恢复 进程必要时可对恢复方案进行适当调整。,需要根据评价问题的角度、可接受的时间期限、能够承受的经济代价以及需要解决的社会问题等诸多方面的条件和要求进行生态恢复。技术生态恢复所必须依赖的基础条件之一恢复与重建技术恢复生态学研究的重点领域。,四、生态恢复技术,有关生态恢复的2种极端观点,就对技术的依赖和科技进步对生态恢复的作用而言目前存在两种观点：一种极端的观点认为：生态恢复工程学的一个分支。基本思路按照固定的计划和高准确度建立生态系统的结构但不考虑恢复进程中生态系统的动态变化。,另一种极端的观点：出自野生生物保护者试图只通过手工工具和一些志愿者
7、的参与恢复生态系统这种方法进展极为缓慢只能在小范围、短时间内进行。恢复生态学必须改善科学技术的应用在这两种极端观点中寻求统一。,生态恢复技术的开发特点,（1）生态恢复必须开发各种低价位的、可大规模应用的技术并且在比较贫困的国家和地区具有经济上的可行性和社会上的可接受性。（2）生态恢复重视一系列技术所组成的体系而不是某项技术的单独应用。,生态恢复技术的开发特点,不同退化生态系统存在地域差异性外部干扰类型和强度也存在差异生态系统所表现的退化类型、阶段、过程及响应机理各不相同。（3）在生态恢复过程中应针对不同的恢复目标和侧重点开发和选用适当的技术进行合理的组装配套。,生态恢复的技术体系,就技术体系而
8、言，生态恢复的技术可归纳为：,工程技术农业技术生物技术,（一）工程技术,工程技术：主要针对自然干扰和土壤恢复在极度退化生态系统的恢复与重建方面非常重要。,1、退化土地与土壤恢复方面的 工程技术2、水分利用与节水工程技术3、生态工程,1、退化土地及土壤恢复方面的主要工程技术,（1）土壤风蚀及沙漠化土地的恢复技术（2）水土流失治理技术（3）采矿废弃地恢复工程技术（4）水体恢复工程技术,土壤风蚀及沙漠化土地的恢复技术,“输”利用自然力把流沙输送到人们期望的地方去。例如：水力拉沙造田等。“导”通过人工措施使流沙按照人们规定的方向移动实现对某些特殊区域的保护。,（2）水土流失治理技术,解除土壤侵蚀干扰的
9、一整套工程措施。目的：减轻水力侵蚀保护生草层为生物生存提供稳定生长发育的基质。目前常用的工程技术包括截流沟，鱼鳞坑，梯田，沟边防护、谷坊、淤地坝等。,（3）采矿废弃地恢复工程技术,a.复垦土壤侵蚀控制技术。b.人造表土工程技术。c.多层覆盖技术。d.特殊隔离技术。e.垃圾填埋场气体排除技术。,a.针对复垦土壤容易被风力或雨水侵蚀专门研究的一些治理措施，包括 侵蚀被、沉积控制、侵蚀控制构筑物。,b.人造表土工程技术目前多采用“生物土”和无毒土改造地表土壤或直接作为表土使用。c.多层覆盖技术稻草、枯枝落叶、有机肥及疏松土壤颗粒覆盖有效提高种子萌发率和幼苗成活率。,d.特殊隔离技术采用粘土或高密度聚
10、乙烯膜将有害废物及重金属元素与生物生长基质完全隔离。e.垃圾填埋场气体和渗滤液排除技术采用竖管与横管等工程措施排除填埋气体和高浓度渗滤液。,2、水分利用与节水工程技术,目前广泛应用的水分利用与节水工程技术主要有覆盖技术；集流技术；防渗技术；节水灌溉技术。,覆盖技术,覆盖技术在地表覆盖一层隔离层减少土壤水分蒸发，常用方法砾石覆盖；秸秆覆盖；塑料薄膜覆盖（地膜技术）；抗蒸腾技术渠道加盖，管道输水，使用抗蒸腾剂（例如黄腐酸）。,集流技术,集流技术把降水通过一定的措施接纳、保存到土壤中，常用方法集流面集流；钻孔集流；柱穴集流（如黄土高原的水窖）。,防渗技术,防渗技术在植物生长的土壤层下铺垫一层防渗物质
11、减少土壤水分下渗流失，常用方法薄膜防渗；粘土防渗；渠道衬砌有效地防治土地盐碱化。,节水灌溉技术,在保障植物根际水分基本需求的前提下尽可能减少土壤水分的无效蒸发和向下渗漏提高土壤水分的利用率喷灌技术；滴灌技术；微渗技术。,3、生态工程,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（马世骏，1984，1987，1989）。,生态工程,生态工程之目标在促进自然界良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜力，防治环境污染，达到经济效益与生态效益同步协调发展它既可以是纵向的层次结构，也可以发展为几个纵向工艺链索横向联系而成的
12、网状工程系统。,需要根据评价问题的角度、可接受的时间期限、能够承受的经济代价以及需要解决的社会问题等诸多方面的条件和要求进行生态恢复。技术生态恢复所必须依赖的基础条件之一恢复与重建技术恢复生态学研究的重点领域。,四、生态恢复技术,生态恢复的技术体系,就技术体系而言，生态恢复的技术可归纳为：,工程技术农业技术生物技术,（二）农业技术,农业技术在生态恢复工作中所需要的一系列耕作、栽培和管理技术涉及到常规农业、生态农业、畜牧养殖业、林果业、渔业和产品加工业等多个领域。在生态恢复过程中把这些技术集成之后适宜的农业综合技术体系产品增值。,（三）生物技术,生物技术转基因育种、克隆技术、细胞工程等生物工程技
13、术。在生态恢复过程中需要运用生物技术，提供新的生态幅更宽、抗逆性更强的生物物种并大量、快速地提供恢复所需的植物繁殖体或幼苗。,生态恢复技术体系的另一种分类,1、环境要素（土壤、水体、大气）的恢复技术；2、生物要素（物种、种群、群落）的恢复技术；3、生态系统与景观（结构、功能）的总体规划、设计与组装技术；,生物系统,非生物系统,生态系统,消费者（各级动物）,生产者（主指植物）,分解者（土壤动物、微生物、菌类）,岩石土壤水体气体,水体恢复技术（如控制污染、去除富营养化、换水、排涝、灌溉技术等）；土壤恢复技术（如耕作制度和方式的改变、测土施肥、土壤改良、表土稳定、控制水土流失、换土及分解污染物等）；
14、大气环境改善技术（如除尘、烟尘吸收吸附、生物和化学吸附等）。,无机环境的恢复技术,生物系统的恢复技术,植被的恢复与重建（物种引入、品种改良、植物快速繁育、物种选择及空间配置、种植养护技术和草地、林分的改造技术等）。消费者与分解者的重建技术（捕食者的引进、病虫害的控制和微生物的引种及控制等）。,景观的总体规划、设计,3S技术（RS、GIS、GPS）支持生态规划技术。社会学、经济学、物流理论等学科原理的应用。,北方草原的主体位于内蒙古自治区，它的北面与蒙古国的草原相连接，东面是黑龙江省和吉林省西部的松嫩平原草原，南面与冀北、晋北、陕北、宁夏和甘肃东部的草原相连，西边以贺兰山为界。草原区的北部是蒙古
15、族为主的草原牧区，东部和南部是多民族聚居的农牧交错区。北方草原的总面积约为97万km2，约占中国国土（陆地）面积的10,北方农牧交错带各自然单元土地利用变化方向,中温带半干旱地区、暖温带亚湿润地区、中温带干旱地区的土地利用变化方向以耕地转为草地为主；暖温带半干旱地区和中温带亚湿润地区的土地利用变化方向则以草地转化为耕地为主；高原亚寒带半干旱地区的土地利用变化方向为草地转为林地。,森林公园现状分析,自然保护区现状分析,生态承载力分析,发展协调度分析,珠三角城镇群协调发展规划案例,从技术层面上考虑生态恢复,在技术层面上生态恢复最主要的问题综合考虑实际情况。充分发挥多种技术的优势通过研究与实践，尽快
16、地恢复生态系统的结构进而恢复其功能，实现生态、经济、社会效益和美学效果的统一。,恢复生态学家、资源管理者、政策制定者及公众都希望知道恢复成功的标准何在？生态系统的复杂性及动态特征复杂化。SER建议比较恢复系统与参照系统 生物多样性、群落结构、生态系统功能、干扰体系以及非生物的生态服务功能。,五、生态恢复成功的标准,外国学者们的生态恢复成功标准,Cairns（1977）认为恢复至少要包括被公众社会感觉到的，并被确认恢复到可用的程度，恢复到初始的结构与功能条件（尽管组成这个结构的元素可能与初始状态明显不同）。,Bradshaw（1987）提出了5个生态恢复的判断标准：（1）可持续性，能自然更新；（
17、2）不可入侵性，像自然群落一样，能抵制入侵；（3）生产力与自然群落一样高；（4）营养保持力；（5）生物（植物、动物、微生物）之间具有一定的相互作用。,著名林学家Lamd（1994）认为生态恢复的指标体系应该包括造林产量指标、生态学指标和社会经济指标3个方面：（1）造林产量指标幼苗成活率、幼苗生长高度、基径与蓄积增长速率、种植密度和病虫害控制情况等方面的指标；,（2）生态学指标包括期望物种的出现情况、适当的植物和动物多样性、自然更新能否发生、适当数量的固氮树种、目标种是否出现、适当的植被覆盖、土壤表面的稳定性、土壤有机质含量、地面水与地下水的保持状况等方面的指标；,（3）社会经济指标包括当地人口
18、稳定情况、商品价格稳定情况、食物和能源供应是否充足、农林牧各业的协调发展情况、恢复的经济效益与支出是否达到平衡、对肥料和除草剂的需求情况等方面的指标。,David（1996）&Margaret（1997）认为：恢复使生态系统的结构和功能恢复到接近其受干扰以前的程度。包括,1、结构恢复指标乡土物种的丰富度；,2、功能恢复指标包括初级生产力水平、次级生产力水平、食物网结构的复杂程度、在物种组成与生态系统过程中存在反馈机制群落结构与功能间的联结已经形成。,Constanza 等（1998）认为评价生态系统健康的指标如活力、恢复力和组织性等完全可以用于生态恢复的评价。景观生态学中的一些方法可以为生态恢
19、复的评价提供参考。,我国学者的生态恢复成功标准,任海和彭少麟（1998）根据热带人工林恢复的长期定位研究指出：森林恢复的标准结构（物种的数量、密度和生物量）、功能（植物、动物和微生物之间形成食物网、生产力和土壤肥力水平）和动态（可自然更新并自行演替）。,Careher 和Knapp（1995）采用记分卡的方法评价生态恢复的程度。假设生态系统中有5个重要的参数种类、空间层次、生产力、传粉或播种者、种子产量及种子库时空动态；,定量评价生态恢复的方法案例,每个参数都有一定的波动幅度。比较退化生态系统在生态恢复过程中每个参数的值观察其是否已经达到正常的波动范围或者与该范围相比存在的差距评价恢复的进展情
20、况。,恢复成功阈值,种类,空间层次,生产力,播种者,种子库动态,而恢复退化生态系统的最终目标恢复并维持生态系统的服务功能。提出一个不完善的生态系统的服务功能框架：,生态系统的产品、生物多样性、为人类创造和丰富精神生活和文化生活、自然杀虫、传播种子、营养循环、保护海岸带、防止紫外线的辐射、帮助调节气候等（董全，1999；Constanza，1997；Daily，1997）。,与自然生物群落的形成或演替时间相比较退化生态系统的恢复时间相对要短一些。恢复时间的长短（取决于什么？）与退化生态系统的类型、退化程度、恢复方向和人为促进程度等因素密切相关。,六、生态恢复的时间,生态恢复的时间规律,一般，退化
21、程度轻的生态系统恢复时间要短些；,湿热地带的恢复,干冷地带的恢复,农田和草地的恢复,森林的恢复,生物群落的恢复,土壤的恢复,快,慢,Daily（1995）估测的生态系统恢复时间,火山爆发后的土壤恢复具有生产力的土地300012000年；弃耕农田的恢复20年；弃牧草地的恢复48年；改良退化土地5100年（依据人类的影响程度而定）。,Daily（1995）估测的生态系统恢复时间,轻度退化生态系统的恢复310年；中度退化生态系统的恢复1020年；严重退化生态系统的恢复50100年；极度退化生态系统的恢复200年以上。,我国学者估测的生态系统恢复时间,余作岳、彭少麟通过试验和模拟认为热带极度退化生态系
22、统（没有A层土壤、面积大、缺乏种源）不能自然恢复在一定人工启动下：40年恢复森林生态系统的结构；100年恢复其生物量；140年恢复土壤肥力及大部分功能。,七、生态恢复的价值,问题：生态恢复合算吗？,（成本和收益的问题）,生态恢复不仅具有实际上的经济利益，同时它还有广泛不为大众所充分认识的利益。,诸如生态系统的物质和营养循环净化环境、碳的吸收与固定,生态恢复的成本变化范围很大主要取决于恢复区的大小、退化程度、恢复目标、整治行为的范围、原材料的可利用性以及技术实施的难度等。最高的恢复成本（截止2000年）对California 污染湿地的恢复超过5105$/hm2。,我国的生态恢复成本,低肥力农田
23、的恢复4060$/hm2湿地恢复9501900$/hm2废弃露天矿19002600$/hm2废弃井下开采矿场的恢复7800$/hm2 说明恢复成本往往高于恢复区土地的潜在经济价值。,恢复成本和土地价值（1000$/hm2）,土地类型 自然保护区/林地 农业用地 城镇建设 未指定最终用途污染的土地 925 38 135湿地 4 1027697采矿地 525土地价值*12 25 1002000*上述土地价值系根据欧洲工业化国家和蒙古国，针对不同类型废弃土地或被损坏土地，按照其未来的用途而总结的恢复成本。,恢复成本超过潜在土地价值的直接后果,恢复成本超过潜在的土地价值一个严重问题。陆地表面需要大面积
24、、大规模的生态恢复或修复，但在纯经济领域这样的工作又是不合理的。意味着该生态恢复项目依赖于不正常的经济环境运行。,高收益项目与生态恢复成本,恢复的如果是，具有高土地价值或高额投资回报的项目如住宅区、公路建设、输油管线、矿物开采等恢复成本与经济价值相吻合成本就显得并不重要即任何的恢复成本都是合理的因为这些经济活动通常都具有非常高的经济收益。,对于生态恢复价值的全面理解,显然，如果恢复仅仅是在这种特殊的成本与价值关系的背景下进行对于生态恢复工作灾难和否定。因为，不能只以土地本身的经济价值衡量恢复的经济价值必须在充分了解生态经济学原理的基础上对生态恢复的完全价值进行全面的认识。,1、生态恢复的生态经
25、济价值,首先，从生态经济学的角度一般土地的价值主要来自于生态系统服务的利益如果在持续的人为干扰下，生态破坏不断加深，极度退化失去相应的生态服务功能也就失去了相应的生态价值。,生态恢复的生态经济价值,生态退化作为一种实际发生的成本（除去直接产品的价值外）耗费人类健康的损失+公众防治环境污染的投入+恢复与保护自然生态系统的投入。而生态恢复则可以使退化生态系统的部分价值再现。,2、恢复所具有的社会经济利益,生态恢复的全部收益不但包括项目实施者的直接经济利益也包括对于社会整体的一些其它利益尽管开发商没有在金融方面反映这部分收益开发商可能只看到简单的增加土地价值的恢复收益（如生产应用的森林或建筑地等）。
26、,生态恢复的社会经济利益,但是，对于生态系统服务的收益如降低洪涝风险或增加生物多样性，可能不会给土地拥有者带来实际的利益。然而，对于全社会而言，它们的价值是显而易见的因此，应该从整体利益上体现生态恢复的价值。,3、利益的持续性与成本折扣,利益的持续性与成本折扣来自于生态恢复的环境收益是往往随时间的推移而逐渐产生例如土壤发育和动物、植物定居这样的过程非常缓慢最初的恢复，会明显地改善了以前的状况，而等它们全部价值的体现也要经过几十年乃至几百年。,前人栽树，后人乘凉,利益的持续性与成本折扣,而大多数项目的经济框架受到生态恢复眼前利益的强烈制约因为未来的利益在实践中打折扣（开发商主要感兴趣的是一个回报
27、比率）。然而，考虑到后代的生存利益在评价一个项目的价值时选择一个较低的打折率而这是社会需要的。,4、未知的和不可能知道的利益,资源与环境经济学通过确定自然资源的多种不同利益给定它们一个具体的价值帮助人们了解了自然资源的重要性。然而，在多大程度上能够进行这样的分析受到很大限制其中最重要的一个限制我们现有知识的不足。,未知的和不可能知道的利益,例如，我们还不能完满地掌握一个特定的物种在生态系统功能上的重要性。因此，很难给生物多样性赋予一个精确的价值。更重要的问题有些事情我们永远也不会知道。,未知的和不可能知道的利益,例如：一定的种类在未来不可知的条件下对于生态系统的稳定性有何重要性？因此，在估价自
28、然资源时，预防原理告诉我们：它们的全部价值肯定要比我们目前通过简单的知识总结所确定的已知利益的评价要高得多。,政府介入与生态恢复,综上所述，生态恢复不是放置在自由市场内的物品，因为大多数的生态恢复利益，散布于整个社会之中。因此，一些形式的政府介入是必须的直接投资、财政补贴、税率鼓励、计划鼓励等措施保证整个社会获得恢复的全部利益。,最小成本与最大收益,当然，在具体的生态恢复过程中应该尽可能地降低生态恢复的成本即以最小的人力、物力和资本投入获得生态恢复的成功和最大的经济效益、生态效益和社会效益。,期中论文,论述恢复生态学的理论基础有哪些，并分析恢复生态学的发展趋势和存在的问题？,（不少于1200字）（年级、专业、姓名、学号）,
