生態(tài)恢復的基礎(chǔ)理論

生態(tài)恢復的基礎(chǔ)理論第1頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一目錄生態(tài)恢復的基本要素

1生態(tài)系統(tǒng)演替理論

2退化生態(tài)系統(tǒng)的脆弱理論

3生態(tài)系統(tǒng)管理理論4第2頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一1.物質(zhì)相關(guān)的生態(tài)學原理的應(yīng)用①主導因子作用生態(tài)因子是指環(huán)境要素中對生物起作用的因子，如溫度、光照、水分、氧氣、二氧化碳、食物及其他生物等。對生物起作用眾多因子并非等價的，其中有一個是起決定作用的，它的改變將會引起其他生態(tài)因子發(fā)生變化，這個因子稱為主導因子。第3頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一②元素的生理生態(tài)原理

耐性定律：每種生物有生態(tài)需求的最大量和最小量任何因子不足或過多，接近或超過了某種生物的忍受限度，該種生物的生存就會受到影響，甚至滅絕，這就是耐性定律。最小因子定律：只有在所有關(guān)鍵元素都達到足夠的量時，植物才可能正常生長；植物的生長速度受濃度最低的關(guān)鍵元素的限制。上述兩個定律對退化生態(tài)系統(tǒng)重建物種的選定以及生境的改良有重要的指導意義。通常在極度退化的生態(tài)系統(tǒng)進行植被恢復時所采用的早期先鋒種，均是對營養(yǎng)有很大忍耐幅度的種類。第4頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2.能量有關(guān)的生態(tài)學原理的應(yīng)用熱力學三大基本定律也適用于生命的能量轉(zhuǎn)換(energytransform)過程。退化生態(tài)系統(tǒng)恢復的各種功能過程，也受能量定律(1awofenergy)的支配。能量在生態(tài)系統(tǒng)中流經(jīng)食物鏈各營養(yǎng)級時，逐漸耗散，以作功或以熱的形式降解，而不可能逆向進行。在同一生物體內(nèi)，能量以不同的形式耗散或被生物體利用，而不能逆向進行運轉(zhuǎn)。第5頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一群落的第一性生產(chǎn)力（初級生產(chǎn)力）取決于整個群落和生態(tài)系統(tǒng)對資源的利用效率。一個恢復的群落和生態(tài)系統(tǒng)是否達到了原來的生產(chǎn)能力，凈初級生產(chǎn)力是最有效的測定指標。群落的基礎(chǔ)理論包括：恢復的重點是結(jié)構(gòu)域功能的和諧恢復；恢復群落中可以容納多少特征與原群落不同；生物多樣性理論與恢復；生境異質(zhì)性與生態(tài)系統(tǒng)功能恢復的過程；巖體和干擾理論與恢復過程；脅迫性條件下植物成簇性易于恢復；如果群落的巖體可預測，則同多認為干預可以加快恢復速率。第6頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一3.空間有關(guān)的生態(tài)學原理的應(yīng)用種群密度制約種群密度的上限由種群所處生態(tài)系統(tǒng)的能量流動決定，下限不好確定，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)可以使優(yōu)勢生物的種群密度保持在一個有限的范圍內(nèi)。種群空間分布格局種群空間格局是指組成種群的個體在其生活空間中的位置狀態(tài)或布局。大致可分為3類：①均勻型②隨機型③成群型第7頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一生態(tài)位原理生態(tài)位是指一個種群在生態(tài)系統(tǒng)中，在時間、空間上所占據(jù)的位置及其與相關(guān)種群之間的功能關(guān)系與作用。生態(tài)位原理指不同的物種若具有相同的生態(tài)位并處于同一生態(tài)系統(tǒng)，則必然會造成劇烈的競爭而不利于各自群體的發(fā)展，甚至造成其中之一的群體消亡。退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復與重建，特別是構(gòu)建高物種多樣性的復合生態(tài)系統(tǒng)(如復合農(nóng)林生態(tài)系統(tǒng))，均應(yīng)考慮各物種的生態(tài)位。

根據(jù)生態(tài)位理論，在進行生態(tài)恢復時要避免引進生態(tài)位相同的物種，盡可能使各物種的生態(tài)位錯開，避免種群之間的競爭，保證群落的穩(wěn)定性。第8頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一4.時間有關(guān)的生態(tài)學原理的應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)發(fā)展表現(xiàn)在其結(jié)構(gòu)的演替變化上，如物種數(shù)量隨時間的變化、種類間的更替、復雜程度的改變和生態(tài)系統(tǒng)組分的變化等。是否能以最高的效率改造和重建植被或生態(tài)系統(tǒng)，取決于對動態(tài)原則理解的程度。在改造和重建植被或生態(tài)系統(tǒng)的過程中，應(yīng)該順應(yīng)植被或生態(tài)系統(tǒng)隨時間的演替規(guī)律；成功的人工植被或生態(tài)系統(tǒng)都是在深入認識生態(tài)原則和動態(tài)原則的基礎(chǔ)上，模擬天然植被或生態(tài)系統(tǒng)的產(chǎn)物。因此，對于退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復與重建來說，最有效和最省力的途徑是順應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)的演替和發(fā)展規(guī)律來進行。在這方面，生態(tài)系統(tǒng)演替理論是指導退化生態(tài)系統(tǒng)重建的重要基礎(chǔ)理論。第9頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一5.生物多樣性有關(guān)的生態(tài)學原理的應(yīng)用生物多樣性是指生命有機體及其賴以生存的生態(tài)綜合體的多樣化和變異性，生物多樣性是生命形式的多樣化(從類病毒、病毒、細菌、支原體、真菌到動物界和植物界)，各種生命形式之間及其與環(huán)境之間的多種相互作用，以及各種生物群落、生態(tài)系統(tǒng)及其生境與生態(tài)過程的復雜性。生物多樣性包括遺傳多樣性、物種多樣性、生態(tài)系統(tǒng)及景觀多樣性。第10頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一生物多樣性高的生態(tài)系統(tǒng)所具有的優(yōu)勢：多樣性高的生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)高生產(chǎn)力種類出現(xiàn)的機會增加；多樣性高的生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)能量和營養(yǎng)關(guān)系多樣化且穩(wěn)定；多樣性高的生態(tài)系統(tǒng)抗干擾和入侵能力強；多樣性高的生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)資源利用效率高等。第11頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)演替理論演替理論概述演替是指一個先鋒植物群落在裸地形成后，植物群落一個接一個相繼不斷地為另一個植物群落所代替，直到形成頂級群落的過程。沿著順序階段向頂級群落的演替成為順行演替；反之，由頂級群落向先鋒群落的退化演變稱為逆行演替。逆行演替的結(jié)果是產(chǎn)生退化的生態(tài)系統(tǒng)。而退化生態(tài)系統(tǒng)恢復的基本點是促使退化生態(tài)系統(tǒng)的演替方向發(fā)生轉(zhuǎn)變，即變逆行演替為順行演替。第12頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一原生演替是指從原生裸地開始的群落演替。通常，根據(jù)原生質(zhì)地的不同可分為水生演替和旱生演替。原生演替過程的物種變化規(guī)律常用來作為植被生態(tài)恢復過程中物種構(gòu)建與物種調(diào)控的參照系。水生演替系列：自由漂浮植物階段沉水植物群落階段浮葉根生植物群落階段挺水植物群落階段濕生草木植物群落階段木本植物群落階段旱生演替系列

：地衣植物群落

苔蘚植物群落

草本植物群落

木本植物群落階段

次生演替是發(fā)生在次生裸地上的群落演替。人為或自然的強度干擾使原生態(tài)系統(tǒng)造成災(zāi)難性后果而產(chǎn)生次生裸地，但通常它并未使全部原有植被滅絕。次生演替形成的群落稱為次生群落或次生植被。典型的次生演替有森林的砍伐演替和草原的放牧演替等。第13頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一演替理論內(nèi)容演替理論認為，在自然條件下，如果群落或生態(tài)系統(tǒng)遭到干擾和破壞，它還是能夠恢復的；首先是先鋒種定居到遭破壞的地方，改變退化生境的自然環(huán)境，使得更適宜的物種生存并未取代先鋒種，如此漸進到群落或生態(tài)系統(tǒng)恢復到原來的外貌和物種成分為止。但通過人為手段對恢復過程加以調(diào)控，可以改變演替速率或演替方向。第14頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一群落演替理論是退化生態(tài)系統(tǒng)恢復重建最重要的理論基礎(chǔ)，生態(tài)系統(tǒng)的退化實質(zhì)上是一個系統(tǒng)在超載干擾下逆向演替的動態(tài)過程，主要表現(xiàn)為生物多樣性下降、生物生產(chǎn)力降低、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能退化、穩(wěn)定性下降及生態(tài)效益降低。演替是生物群落與環(huán)境相互作用導致生境變化的結(jié)果，群落演替是漸進有序進行的，這就要求我們在進行退化生態(tài)系統(tǒng)恢復和重建過程中也要循序漸進，依據(jù)退化階段，按照生態(tài)演替規(guī)律分階段、分步驟地促進順行演替，而不能急于求成、拔苗助長。第15頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一演替理論的意義能夠提供發(fā)展恢復計劃的依據(jù)這是因為物種在群落中的自然周轉(zhuǎn)給恢復生態(tài)實踐提供了很好的參照模式，可以有效指導生態(tài)恢復計劃的順利實施演替理論衍生的促進和抑制理論為生態(tài)修復的對立統(tǒng)一關(guān)系提供了非常有益的理論框架，可以全面指導生態(tài)恢復項目的成功實施演替理論強調(diào)的偶然性對生態(tài)恢復目標的順利實現(xiàn)至關(guān)重要，通過研究微生境、定居者的行為、演替發(fā)展過程，才能更好地利用生態(tài)學理論設(shè)計或改進恢復計劃第16頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)退化生態(tài)系統(tǒng)的脆弱理論脆弱性的概念 脆弱性定義可歸納為被研究的生態(tài)系統(tǒng)或區(qū)域在干擾的壓力下，其結(jié)構(gòu)組成和功能發(fā)生變化，并向不利于自身的方向發(fā)展，而在這種發(fā)展過程的每一個階段，該系統(tǒng)或區(qū)域都呈現(xiàn)出更易向下一階段過渡、對干擾的響應(yīng)更具脆弱性的趨勢。第17頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一生態(tài)系統(tǒng)脆弱性的特點

脆弱性是生態(tài)系統(tǒng)固有的特性，其存在并不取決于生態(tài)系統(tǒng)是否暴露于干擾之下；與穩(wěn)定性相似，脆弱性與種的豐度和種類組成的變化有關(guān)，種類更換率高和種群波動或變遷頻繁，是脆弱生態(tài)系統(tǒng)的明顯特征；脆弱性是生態(tài)系統(tǒng)多方面性質(zhì)的綜合體現(xiàn)，但不具有量化的特征，而且只有在人為或自然干擾的情況下才顯露出來。第18頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一研究退化生態(tài)系統(tǒng)的意義退化生態(tài)系統(tǒng)處于演替的初始階段，穩(wěn)定性差，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，功能衰退，生產(chǎn)力低下，自身恢復速度非常緩慢。導致生態(tài)系統(tǒng)退化的因素環(huán)境背景脆弱，生態(tài)條件區(qū)域惡化，自然災(zāi)害增加等。環(huán)境背景是指生態(tài)系統(tǒng)存在的大環(huán)境，或特定地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)水、土、氣和生物等各項環(huán)境條件的綜合背景。生態(tài)系統(tǒng)脆弱性的雖然還沒有發(fā)展成恢復生態(tài)學的一個分支學科，但生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性與退化生態(tài)系統(tǒng)的特征關(guān)系密切，把脆弱性與退化生態(tài)系統(tǒng)的各因子的關(guān)系應(yīng)用到生態(tài)恢復的研究中，具有明顯的指導意義。第19頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一脆弱性與其他因素的關(guān)系脆弱性與穩(wěn)定性脆弱性的量化 脆弱性的各個方面不可能絕對地量化，脆弱性的整體亦然脆弱性的尺度 取決于研究主體所考慮的時間和空間尺度以及系統(tǒng)內(nèi)生物類群的大小脆弱性不同方面的相關(guān)性 脆弱性的不同方面并不一定密切相關(guān)第20頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一2.脆弱性與多樣性生物多樣性是生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)，生物多樣性高，系統(tǒng)的脆弱性就低。生態(tài)系統(tǒng)種的豐度和種類組成是多樣性最基本和最重要的兩個量度因子，這兩個因子變化的程度不受時間的影響，因而也是研究脆弱性最合適的兩個參數(shù)。種類單一的森林群落往往極易受到外界因素的干擾，其抗干擾能力低于種類組成較豐富、結(jié)構(gòu)較復雜的森林群落。第21頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一3.脆弱性與物種的入侵與消亡入侵物種能否成功地加入一個生態(tài)系統(tǒng)(入侵)，受4個方面的因素所影響：物種與該系統(tǒng)內(nèi)原有本地種不產(chǎn)生競爭關(guān)系；該系統(tǒng)具有傳粉(指植物)、種源散布的媒介或互利者；沒有共同的天敵；入侵種不具備產(chǎn)生于自身不利的低密度效應(yīng)第22頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一消亡物種的消亡有自然原因和人為原因兩種。自然條件下，富營養(yǎng)化、區(qū)域流行病、物種的傳播和群集能力低下、大規(guī)模遷移、火山爆發(fā)、氣候變化、地磁逆轉(zhuǎn)、隕石下落、捕食特性和競爭等一系列因素都會造成物種的消亡。最常見的與人類有關(guān)的物種消亡原因有過度捕殺、生境被毀、病原的引入、捕食者和競爭者的引入，以及化學污染等，除此之外，人類的大規(guī)模遷移和新的定居也會產(chǎn)生同樣的問題。第23頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一4.脆弱性與生態(tài)位生態(tài)位是指每個物種在群落中的時間和空間位置與其機能的關(guān)系，或者說生態(tài)位就是群落內(nèi)一個種與其他種的相關(guān)位置。它是用于概括說明某物種究竟是怎樣生活在地球生態(tài)系統(tǒng)的；生活在一起的種，每一個必須具有它們自己獨特的生態(tài)位，物種生態(tài)位的大小反映了種群的遺傳學、生物學和生態(tài)學特征。生態(tài)位分化程度高的生態(tài)系統(tǒng)其中的生物種類也非常豐富，從而系統(tǒng)的脆弱性低，抗干擾能力強。第24頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一5.脆弱性與環(huán)境因子生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性與環(huán)境因子并不存在必然的因果關(guān)系，但環(huán)境變化，尤其是群落內(nèi)小氣候的變化能反映生態(tài)系統(tǒng)的脆弱程度。利用這種關(guān)系，把環(huán)境因子作為生態(tài)系統(tǒng)脆弱性評價的基礎(chǔ)，通過預測環(huán)境因子，特別是那些對種類動力機制起關(guān)鍵性作用的環(huán)境因子的變化，可判斷生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第25頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)生態(tài)系統(tǒng)管理理論生態(tài)系統(tǒng)管理的含義

(1)強調(diào)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能過程管理的含義包括那些調(diào)控生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能、輸入和輸出，并獲得社會上所渴望的產(chǎn)品。主要目標是維持土壤生產(chǎn)力、遺傳特性、生物多樣性、景觀格局和生態(tài)過程。(2)強調(diào)生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)、經(jīng)濟和社會學管理的含義生態(tài)系統(tǒng)管理是一種基于生態(tài)系統(tǒng)知識的管理和評價方法，這種方法將生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和過程，社會和經(jīng)濟目標的可持續(xù)性融合在一起，利用生態(tài)學、社會學和管理學原理來管理生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)、恢復或維持生態(tài)系統(tǒng)整體性和長期的公益和價值。(3)強調(diào)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展管理的含義生態(tài)系統(tǒng)管理應(yīng)該考慮可持續(xù)發(fā)展，尤其是要考慮生態(tài)系統(tǒng)與經(jīng)濟社會系統(tǒng)間的可持續(xù)性的平衡；對生態(tài)系統(tǒng)合理經(jīng)營管理以確保其持續(xù)性，生態(tài)持續(xù)性是指維持生態(tài)系統(tǒng)的長期發(fā)展趨勢或過程，并避免損害或衰退。第26頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一生態(tài)系統(tǒng)管理是指具有明確和可適應(yīng)的目標，通過政策、協(xié)議和實踐活動而實施的對生態(tài)系統(tǒng)的管理。生態(tài)系統(tǒng)管理是合理利用和保護生態(tài)系統(tǒng)健康最有效的途徑。這個概念包含兩個要點：第一，生態(tài)系統(tǒng)管理必須要有明確的目標，它是由決策者最后確定的，但同時它又具可適應(yīng)性，即可以根據(jù)實際情、況進行修改；第二，生態(tài)系統(tǒng)管理是通過制定政策、簽訂協(xié)議和具體的實踐活動而實施的。第27頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一生態(tài)系統(tǒng)變化的度量（1）生態(tài)系統(tǒng)管理的基礎(chǔ)資料

包括：①植物個體及種群尺度的資料；②群落及生態(tài)系統(tǒng)尺度的資料；③景觀尺度的資料；④生物圈尺度的資料。（2）生態(tài)系統(tǒng)變化的測度生態(tài)系統(tǒng)的變化可通過一些參數(shù)來描述。這些通常要求可量化測度，以便進行變化程度的比較。常用的有直接的生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)指標測度、綜合變化指標測度和社會需求指標測度等三種。第28頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一生態(tài)系統(tǒng)最顯著的特征之一是具有很高的生產(chǎn)能力和再生功能整體性原則

動態(tài)性原則循環(huán)利用性原則

再生性原則生態(tài)系統(tǒng)中有些資源是有限的，而非“