生态恢复的基础理论 第一页，共三十二页，2022年，8月28日 目录 生态恢复的基本要素 1 生态系统演替理论 2 退化生态系统的脆弱理论 3 生态系统管理理论 4 第二页，共三十二页，2022年，8月28日 1. 物质相关的生态学原理的应用 ①主导因子作用 生态因子是指环境要素中对生物起作用的因子，如温度、光照、水分、氧气、二氧化碳、食物及其他生物等。 对生物起作用众多因子并非等价的，其中有一个是起决定作用的，它的改变将会引起其他生态因子发生变化，这个因子称为主导因子。 第三页，共三十二页，2022年，8月28日 ②元素的生理生态原理 耐性定律：每种生物有生态需求的最大量和最小量任何因子不足或过多，接近或超过了某种生物的忍受限度，该种生物的生存就会受到影响，甚至灭绝，这就是耐性定律。 最小因子定律 ：只有在所有关键元素都达到足够的量时，植物才可能正常生长；植物的生长速度受浓度最低的关键元素的限制。 上述两个定律对退化生态系统重建物种的选定以及生境的改良有重要的指导意义。通常在极度退化的生态系统进行植被恢复时所采用的早期先锋种，均是对营养有很大忍耐幅度的种类。 第四页，共三十二页，2022年，8月28日 2. 能量有关的生态学原理的应用 热力学三大基本定律也适用于生命的能量转换(energy transform)过程。退化生态系统恢复的各种功能过程，也受能量定律(1aw of energy)的支配。 能量在生态系统中流经食物链各营养级时，逐渐耗散，以作功或以热的形式降解，而不可能逆向进行。 在同一生物体内，能量以不同的形式耗散或被生物体利用，而不能逆向进行运转。 第五页，共三十二页，2022年，8月28日 群落的第一性生产力（初级生产力）取决于整个群落和生态系统对资源的利用效率。 一个恢复的群落和生态系统是否达到了原来的生产能力，净初级生产力是最有效的测定指标。 群落的基础理论包括： 恢复的重点是结构域功能的和谐恢复； 恢复群落中可以容纳多少特征与原群落不同； 生物多样性理论与恢复； 生境异质性与生态系统功能恢复的过程； 岩体和干扰理论与恢复过程； 胁迫性条件下植物成簇性易于恢复； 如果群落的岩体可预测，则同多认为干预可以加快恢复速率。 第六页，共三十二页，2022年，8月28日 3. 空间有关的生态学原理的应用 种群密度制约 种群密度的上限由种群所处生态系统的能量流动决定，下限不好确定，生态系统的稳态调节可以使优势生物的种群密度保持在一个有限的范围内。 种群空间分布格局 种群空间格局是指组成种群的个体在其生活空间中的位置状态或布局。 大致可分为3类：①均匀型②随机型③成群型 第七页，共三十二页，2022年，8月28日 生态位原理 生态位是指一个种群在生态系统中，在时间、空间上所占据的位置及其与相关种群之间的功能关系与作用。 生态位原理指不同的物种若具有相同的生态位并处于同一生态系统，则必然会造成剧烈的竞争而不利于各自群体的发展，甚至造成其中之一的群体消亡。 退化生态系统的恢复与重建，特别是构建高物种多样性的复合生态系统(如复合农林生态系统)，均应考虑各物种的生态位。 根据生态位理论，在进行生态恢复时要避免引进生态位相同的物种，尽可能使各物种的生态位错开，避免种群之间的竞争，保证群落的稳定性。 第八页，共三十二页，2022年，8月28日 4. 时间有关的生态学原理的应用 生态系统的动态发展表现在其结构的演替变化上，如物种数量随时间的变化、种类间的更替、复杂程度的改变和生态系统组分的变化等。是否能以最高的效率改造和重建植被或生态系统，取决于对动态原则理解的程度。在改造和重建植被或生态系统的过程中，应该顺应植被或生态系统随时间的演替规律；成功的人工植被或生态系统都是在深入认识生态原则和动态原则的基础上，模拟天然植被或生态系统的产物。 因此，对于退化生态系统的恢复与重建来说，最有效和最省力的途径是顺应生态系统的演替和发展规律来进行。在这方面，生态系统演替理论是指导退化生态系统重建的重要基础理论。 第九页，共三十二页，2022年，8月28日 5. 生物多样性有关的生态学原理的应用 生物多样性是指生命有机体及其赖以生存的生态综合体的多样化和变异性，生物多样性是生命形式的多样化(从类病毒、病毒、细菌、支原体、真菌到动物界和植物界)，各种生命形式之间及其与环境之间的多种相互作用，以及各种生物群落、生态系统及其生境与生态过程的复杂性。 生物多样性包括遗传多样性、物种多样性、生态系统及景观多样性。 第十页，共三十二页，2022年，8月28日 生物多样性高的生态系统所具有的优势： 多样性高的生态系统内高生产力种类出现的机会增加； 多样性高的生态系统内能量和营养关系多样化且稳定； 多样性高的生态系统抗干扰和入侵能力强； 多样性高的生态系统内资源利用效率高等。 第十一页，共三十二页，2022年，8月28日 第二节 生态系统演替理论 演替理论概述 演替是指一个先锋植物群落在裸地形成后，植物群落一个接一个相继不断地为另一个植物群落所代替，直到形成顶级群落的过程。 沿着顺序阶段向顶级群落的演替成为顺行演替；反之，由顶级群落向先锋群落的退化演变称为逆行演替。逆行演替的结果是产生退化的生态系统。而退化生态系统恢复的基本点是促使退化生态系统的演替方向发生转变，即变逆行演替为顺行演替。 第十二页，共三十二页，2022年，8月28日 原生演替是指从原生裸地开始的群落演替。通常，根据原生质地的不同可分为水生演替和旱生演替。原生演替过程的物种变化规律常用来作为植被生态恢复过程中物种构建与物种调控的参照系。 水生演替系列： 自由漂浮 植物阶段 沉水植物 群落阶段 浮叶根生植 物群落阶段 挺水植物 群落阶段 湿生草木植 物群落阶段 木本植物 群落阶段 旱生演替系列 ： 地衣植 物群落 苔藓植 物群落 草本植 物群落 木本植物 群落阶段 次生演替是发生在次生裸地上的群落演替。人为或自然的强度干扰使原生态系统造成灾难性后果而产生次生裸地，但通常它并未使全部原有植被灭绝。次生演替形成的群落称为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。 第十三页，共三十二页，2022年，8月28日 演替理论内容 演替理论认为，在自然条件下，如果群落或生态系统遭到干扰和破坏，它还是能够恢复的；首先是先锋种定居到遭破坏的地方，改变退化生境的自然环境，使得更适宜的物种生存并未取代先锋种，如此渐进到群落或生态系统恢复到原来的外貌和物种成分为止。但通过人为手段对恢复过程加以调控，可以改变演替速率或演替方向。 第十四页，共三十二页，2022年，8月28日 群落演替理论是退化生态系统恢复重建最重要的理论基础，生态系统的退化实质上是一个系统在超载干扰下逆向演替的动态过程，主要表现为生物多样性下降、生物生产力降低、系统结构和功能退化、稳定性下降及生态效益降低。演替是生物群落与环境相互作用导致生境变化的结果，群落演替是渐进有序进行的，这就要求我们在进行退化生态系统恢复和重建过程中也要循序渐进，依据退化阶段，按照生态演替规律分阶段、分步骤地促进顺行演替，而不能急于求成、拔苗助长。 第十五页，共三十二页，2022年，8月28日 演替理论的意义 能够提供发展恢复计划的依据 这是因为物种在群落中的自然周转给恢复生态实践提供了很好的参照模式，可以有效指导生态恢复计划的顺利实施 演替理论衍生的促进和抑制理论为生态修复的对立统一关系提供了非常有益的理论框架，可以全面指导生态恢复项目的成功实施 演替理论强调的偶然性对生态恢复目标的顺利实现至关重要，通过研究微生境、定居者的行为、演替发展过程，才能更好地利用生态学理论设计或改进恢复计划 第十六页，共三十二页，2022年，8月28日 第三节 退化生态系统的脆弱理论 脆弱性的概念 脆弱性定义可归纳为被研究的生态系统或区域在干扰的压力下，其结构组成和功能发生变化，并向不利于自身的方向发展，而在这种发展过程的每一个阶段，该系统或区域都呈现出更易向下一阶段过渡、对干扰的响应更具脆弱性的趋势。 第十七页，共三十二页，2022年，8月28日 生态系统脆弱性的特点 脆弱性是生态系统固有的特性，其存在并不取决于生态系统是否暴露于干扰之下； 与稳定性相似，脆弱性与种的丰度和种类组成的变化有关，种类更换率高和种群波动或变迁频繁，是脆弱生态系统的明显特征； 脆弱性是生态系统多方面性质的综合体现，但不具有量化的特征，而且只有在人为或自然干扰的情况下才显露出来。 第十八页，共三十二页，2022年，8月28日 研究退化生态系统的意义 退化生态系统处于演替的初始阶段，稳定性差，系统结构简单，功能衰退，生产力低下，自身恢复速度非常缓慢。 导致生态系统退化的因素 环境背景脆弱，生态条件区域恶化，自然灾害增加等。 环境背景是指生态系统存在的大环境，或特定地区生态系统水、土、气和生物等各项环境条件的综合背景。 生态系统脆弱性的虽然还没有发展成恢复生态学的一个分支学科，但生态系统的脆弱性与退化生态系统的特征关系密切，把脆弱性与退化生态系统的各因子的关系应用到生态恢复的研究中，具有明显的指导意义。 第十九页，共三十二页，2022年，8月28日 脆弱性与其他因素的关系 脆弱性与稳定性 脆弱性的量化 脆弱性的各个方面不可能绝对地量化，脆弱性的整体亦然 脆弱性的尺度 取决于研究主体所考虑的时间和空间尺度以及系统内生物类群的大小 脆弱性不同方面的相关性 脆弱性的不同方面并不一定密切相关 第二十页，共三十二页，2022年，8月28日 2. 脆弱性与多样性 生物多样性是生态系统稳定的基础，生物多样性高，系统的脆弱性就低。生态系统种的丰度和种类组成是多样性最基本和最重要的两个量度因子，这两个因子变化的程度不受时间的影响，因而也是研究脆弱性最合适的两个参数。 种类单一的森林群落往往极易受到外界因素的干扰，其抗干扰能力低于种类组成较丰富、结构较复杂的森林群落。 第二十一页，共三十二页，2022年，8月28日 3. 脆弱性与物种的入侵与消亡 入侵 物种能否成功地加入一个生态系统(入侵)，受4个方面的因素所影响： 物种与该系统内原有本地种不产生竞争关系； 该系统具有传粉(指植物)、种源散布的媒介或互利者； 没有共同的天敌； 入侵种不具备产生于自身不利的低密度效应 第二十二页，共三十二页，2022年，8月28日 消亡 物种的消亡有自然原因和人为原因两种。 自然条件下，富营养化、区域流行病、物种的传播和群集能力低下、大规模迁移、火山爆发、气候变化、地磁逆转、陨石下落、捕食特性和竞争等一系列因素都会造成物种的消亡。 最常见的与人类有关的物种消亡原因有过度捕杀、生境被毁、病原的引入、捕食者和竞争者的引入，以及化学污染等，除此之外，人类的大规模迁移和新的定居也会产生同样的问题。 第二十三页，共三十二页，2022年，8月28日
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