第5讲-恢复生态学201

第一节 恢复生态学基本概念
一、生态恢复及恢复生态学的基本概念
1. 退化生态系统（degraded ecosystem）
生态系统的结构和功能也可以在一定的时空背景下，在自然干扰和人为干扰 或二者的共同的作用下发生位移（displacement），导致生态要素和生态系统整体 发生不利于生物和人类生存的量变和质变，生态系统的结构和功能发生与其原有的 平衡状态或进化方向相反的位移，位移的结果打破了原有生态系统的平衡状态，使 系统的结构和功能发生变化和障碍，形成破坏性波动或恶性循环。
（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Hale Waihona Puke 组成结构对生态系统的影响，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；
➢ 恢复生态学的出现有着强烈的应用生态学背景，因为它的研究对 象是那些在自然灾变和人类活动压力下受到破坏的自然生态系统的 恢复和重建问题，其恢复过程是由人工设计和完成的，同时其恢复 过程也是相当综合和在生态系统层次上进行的。
因此恢复生态学既是理论科学又是应用科学。 ➢ 恢复生态学在一定意义上它又是一门生态工程学或生物技术学 ➢ 还有的学者根据这一学科的特点，称之为“综合生态学”或生态 综合。 ➢ 它不仅与传统生态学分支密切相关，而且与一些现代生态学分支 学科也有密切联系；同时也交叉与渗透着环境学、土壤学、地理学、 工程学、生物气象学甚至经济学等学科的部分思想精华。
三、恢复生态学研究的对象和主要内容 1. 恢复生态学的研究对象
恢复生态学的研究对象是那些在自然灾害和人类活动压力 条件下受到损害的自然生态系统的恢复与重建问题，涉及到自然 资源的持续利用、社会经济的持续发展和生态环境、生物多样性 的保护等许多研究领域的内容。
2. 恢复生态学主要研究内容 基础理论研究主要包括：
➢ 2000年：以创新理论深入推进恢复生态学的自然和社会实践。
从大会报告、专题报告可以发现恢复生态学的研究已经从静态研究、单一状态研 究、基于结构的方法和集中于某一种类型生态系统的研究等特征转向动态研究、 多状态研究和恢复评价标准等特征。
➢ 到目前为止国内外对生态系统恢复研究主要集中在恢复中的障 碍（如缺乏种源、种子扩散不力、土壤和小气候条件恶劣不宜于植 物定居等）和如何克服这些障碍两个方面。 ➢ 另有一些恢复过程中生态系统结构、功能和动态的研究。
（1）恢复的目标具有不确定性，既将退化生态系统恢复到历史上的 那一个阶段的状态，例如美国明尼苏达州历史上是冰雪覆盖，是否应 恢复为这种状态呢？
（2）“恢复”这个词具有静态的含义，因而恢复不仅要试图重复过 去的环境，而且要通过管理以维持过去的状态，但实际上自然界是动 态的；
（3）由于气候的变化、关键种的缺乏或新种入侵，完全的恢复是不 可能的。
四、恢复生态学的基本研究方法-整合 整合是恢复生态学一个基本的研究方法。整合就是通过设计把系统的
主要组分组合起来，检验它们能否像原生生态系统一样发生功能。 这种方法是建立在传统的还原论方法和已有的生态学理论基础之上 的，是对通过还原论方法获得的研究成果和生态学理论的重新组合 和再检验。
英国生态学家Harper（1984）提出，生态现象的研究和钟表的研究之间存在 着一种类似，钟表的修理只需要一系列相关配套的元件和怎样把这一系列 的元件组装到一起的知识，而不要了解每一个元件的结构。对于一个生态 学家在恢复一个种群或生态系统时，最好的办法是掌握系统知识，所谓的 恢复生态学恰恰是这个装配的过程，恢复生态学的运用就是要测试种群或 系统的工作机理。
第二节 恢复生态学的理论基础
恢复生态学应用了许多学科的理论、目前主要以基础生态学理论为基础 如限制因子理论、群落演替理论、生态位理论、生态系统结构理论、适 应恢复理论以及从恢复生态学中产生的人为设计和自我设计理论等。
1. 基础生态学理论 1.1 限制因子理论--找出限制生物生产力的主导因子，只有找到了切
生态恢复与重建的难度和所需的时间与生态系统的退化程度、自我恢 复能力以及恢复方向密切相关：
一般说来，退化程度较轻的和自我恢复能力较强的生态系统比较容易 恢复，其所需的时间也较短; 生态系统的自我恢复往往较慢，有些极度退化生态系统如流动沙丘没 有人为措施自然恢复则几乎不可能。
与生态恢复有关的几个概念：
2. 恢复生态学理论 2.2 参考生态系统理论
参考系统或参照物是制定生态恢复计划的原型，同时也用来对其进行评估，选 定的参照物可以是生态系统发展过程中的任何状态。
改造(reclamation) 是1977年在对美国露天矿治理和垦复法案进行 立法讨论时被定义的，它比完全的生态恢复目标要低，它是产生 一种稳定的、自我持续的生态系统。被广泛应用于英国和北美地 区，结构上和原始状态相似但不一样，它没有回到原始状态的含 义，但更强调达到有用状态（Jordan, 1987）。
恢复（restoration） 是指受损状态恢复到未被损害前的完美状 态的行为，是完全意义上的恢复，既包括回到起始状态又包括完 美和健康的含义。
修复(rehabilitation) 被定义为把一个事物恢复到先前的状态的行 为，其含义与restoration相似，但不包括达到完美状态的含义。因 为我们在进行恢复工作时不一定要求必须恢复到起始状态的完美 程度，因此这个词被广泛用于指所有退化状态的改良工作。
按 照 国 际 生 态 恢 复 学 会 （ Society for Ecological Restoration ） （1995）的详细定义，生态恢复是帮助研究恢复和管理原生生态系 统的完整性（Ecological Integrity）的过程，这种生态整体包括生物 多样性的临界变化范围、生态系统结构和过程、区域和历史内容以及 可持续的社会实践等。
具体表现在生态系统的基本结构和固有功能的破坏或丧失，生物多样性下降， 稳定性和抗逆能力减弱，系统生产力下降，也就是系统提供生态系统服务的能力下 降或丧失，这样的生态系统被称为退化或受损生态系统（damaged ecosystem）
2. 生态恢复与恢复生态学的定义 ➢生态恢复的定义最重要的一个内容就是恢复的最终对象是什么，即以 什么作为恢复的参照物或对比，评价恢复成功的合适标准是什么。 ➢Bradshaw（1987）认为，生态恢复是生态学有关理论的一种严格检 验，它研究生态系统自身的性质、受损机理及修复过程。 ➢Cairns（1995）等将生态恢复的概念定义为：恢复被损害生态系统 到接近于它受干扰前的自然状况的管理与操作过程，即重建该系统干 扰前的结构与功能及有关的物理、化学和生物学特征。 ➢Jordan (1995)认为，使生态系统恢复到先前或历史上（自然或非自 然的）的状态即为生态恢复。 ➢Egan（1996）认为，生态恢复是重建某区域历史上有的植物和动物 群落，而且保持生态系统和人类的传统文化功能的持续性的过程。
（3）先锋与顶级生态系统发生、发展机理与演替规律； （4）不同干扰条件下生态系统受损过程及其响应机制； （5）生态系统退化的景观诊断及其评价指标体系； （6）生态系统退化过程的动态监测、模拟、预警及预测； （7）生态系统健康等。
应用技术研究主要包括： （1）退化生态系统恢复与重建的关键技术体系； （2）生态系统结构与功能的优化配置及其调控技术； （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）主要生态系统类型区退化生态系统恢复与重建的优化模式试验 示范与推广
二、恢复生态学的发展趋势
国际恢复生态学会基本上每年都召开一次大会近几年的主题分别是：
➢ 2007年：在一个变化的世界中的恢复
➢ 2006年:未召开 ➢ 2005年：生态恢复-全球面临的挑战 ➢ 2004年：边缘的生态恢复 ➢ 2003年：恢复、景观与设计 ➢ 2002年：了解和恢复生态系统 ➢ 2001年：跨越边界的生态恢复
1.6 生态系统的结构理论--结构是否合理体现在生物群体与环境资
源组合能否相互适应，能否充分发挥资源的优势，实现资源的可持续利用。在 物种结构上应提高物种多样性-从而有利于系统的稳定和持续发展。在时空结构 上充分利用光、热、水、土资源-提高资源利用率。在营养结构上应实现生物物
质和能量的多级利用与转化-形成一个高效的、无冗余组分的系统。
但这一定义尚未被大多数生态学家所认同。
Dobson等（1997）认为恢复生态学将继续提供重要的关于表 达生态系统组装和生态功能恢复的方式，正像通过分离组装 汽车来获得对汽车工程更深的了解一样，恢复生态学强调的 是生态系统结构的恢复，其实质就是生态系统功能的恢复。
Kloor（2000）通过对北美森林的恢复研究认为，应该淘汰“恢复 （restoration）”这个词。他认为恢复生态学中存在着三个问题：
1. 基础生态学理论 1.4 物种共生理论 1.5 生态适宜性理论--在对退化生态系统环境有了充分认识后，从物种
自然分布的环境条件、形态解剖学特征与适应性、生长发育比较分析、生理生态学 特征比较分析、抗逆能力分析、生态防护价值、经济价值、物种在群落中的作用以 及物种对其他生物种的影响等方面进行的物种的生态适应性评价。
其它科学术语如：挽救(redemption)、更新(renewal)、再植 (revegetation)、改进（enhancement）、修补（remediation）等 这些概念从不同侧面反映了生态恢复与重建的基本意图。
国际生态恢复学会对恢复生态学定义如下：恢复生态学是研 究如何修复由于人类活动引起的原生生态系统生物多样性和 动态损害的学科。
1.7 生物多样性理论--多样性会导致群落的复杂性，复杂的群落意
味着更多的垂直分层和更多的水平斑块格局生物多样性是生态系统稳定的基础
也会导致生态系统功能的优化。
1.8 景观生态学理论
2. 恢复生态学理论
2.1 人为设计和自我设计理论 ➢ 人为设计理论认为：通过工程方法和植物重建可直接恢复退化生 态系统，但恢复的类型可能是多样的。 ➢ 自我设计理论认为：只要有足够的时间，随着时间的进程退化生 态系统将根据环境条件合理地组织自己并会最终改变其组分。 这两种理论不同点在于： 人为设计理论把恢复放在个体或种群层次上考虑,恢复的结果可 能有多种； 而自我设计理论把恢复放在生态系统层次考虑认为恢复完全由 环境因素所决定。
入点才能有效地进行生态恢复。
1.2 群落演替理论--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。
1.3 生态位理论--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,使个种群在群落中具有各自的生态位避免种群之间的直接竞 争,保证群落的稳定。同时组建由多个种群组成的生物群落，充分利用时间、空间 和资源更有效地利用环境资源维持生态系统的稳定性。
还存在研究时间太短、空间尺度太小、恢复过程不清、结构和 功能恢复机制不清、生物多样性功能群或功能特征研究少、恢复模 型缺乏实验支持等问题。 ➢ 纵观生态系统恢复研究，过去主要关注过程，比较少关注规划、 行动和评价阶段。
最近恢复生态学在如下三个方面比较活跃： ➢ 一是恢复的临界阈值问题； ➢ 二是恢复过程中优势种群的扩散和空间格局的动态变化； ➢ 三是利用景观生态学理论和方法探讨恢复机制问题。
恢复生态学专题
20世纪80年代以后，现代生态学突破了原有的传统生态学的界限， 在研究层次和尺度上由单一生态系统向区域生态系统转变，在研究 对象上由自然生态系统为主向自然、社会、经济复合生态系统转变， 涌现了一批新的研究方向和热点。 恢复生态学应运而生并逐渐成为退化生态系统恢复与重建的指导性 学科。恢复生态学为建立理论和应用生态学新的领域提供了机会。 开展生态恢复工作不仅为解决目前日益严重的生态系统退化受损问 题所需要，而且也是从事生态学基础研究的一项关键技术。