恢复生态学

• 模拟欧洲、美国与加拿大等国的工业污染环境，并 将三组蝌蚪喂养在含雌性激素污染物的环境中，以 研究青蛙性别的改变。在实验前，三组蝌蚪中雌性 的比例都被控制在50%——自然界中，这是一种正 常比例。
• 实验结果令人震惊：其中一组小蝌蚪生活在雌激素 浓度最低的污染物环境下，它们长成雌性青蛙的比 例，是实验前雌性小蝌蚪的两倍。另两组小蝌蚪被 喂养在最高剂量雌激素的污染物环境中：其中一组 有95%的蝌蚪变成雌性，而另一组的性别改变率则 为100%。
3.3生态退化的原因
间接影响
气候变化
人类活动
直接影响
生态系统
图1-2 人类活动对生态系统的干扰：通过全球变化产生的间接影响和生境破坏产 生的直接影响（Urbanska et al. 1997）
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• 退化生态系统的成因
• 引起生态系统结构和功能变化而导致生态系统退 化的原因很多，干扰作用是主要原因。由于干扰 打破了原有生态系统的平衡状态，使生态系统的 结构功能发生变化，造成破坏或恶性循环，从而 导致生态系统的退化。
能固定作用减弱、能流过程发生变化，捕食减弱或消失，能流损失增加； 5物资循环不良变化：系统中水循环、 P循环N循环由生物控制转变为系统控制，
• 人类面临着合理恢复、保护和开发自然 资源的挑战。20世纪80年代，恢复生态学应 运而生。
1-2矿区生态系统退化
矿区生态因矿业活动而失衡 人类的采矿活动形成的各类废弃土地。 也产生了矿业固体废弃物，处理不当就会造成环境危害，对 矿区生态的严重破坏。 露天采矿场、排土场、尾矿场、塌陷区以及受重金属污染的土地 称为矿业废弃地。煤矿的矸石山、电厂粉煤灰、金属矿山尾矿等 矿山固体废弃物是矿区的一大公害，它不仅侵占大量土地，还造 成严重的环境污染 。 空气污染、水体酸化、土壤质量下降、生物多样性丧失、自然景 观破坏等，并威胁到人体健康。长期的生态损失积累、新产生的 毁损与治理恢复数量质量上的差异，以及少有节制的采矿活动， 使得矿区生态问题不再是单纯的环境污染问题，而是关系到一个 国家、民族经济发展和人类生存的根本性问题。
• 干扰能减弱生态系统的功能，使系统功能丧失。 干扰的强度和频度决定生态系统退化的程度，干 扰类型分自然因素和人为因素。
退化生态系统的干扰因素
自然因素： 全球气候变化（如暖干化）、自然灾害（火灾、水灾 等）、外来种入侵（包括人为引种后泛滥成灾的入侵）
人为因素： 过度垦殖、过度放牧、过度樵采、过度采挖、长期不合 理的灌溉、矿山开发、基础设施建设、工农业污染等。 据Daily（1995）对人为因素造成的退化生态系统排序： 过度开发占34%，毁林占30%，农业活动占28%，过度 收获薪材占7%，生物工业占1%。
2、类型
依据成因类型：分为裸地(包括原生裸地或次生裸 地)、森林采伐地、弃耕地、沙化地、采矿废弃地 和垃圾堆放场等6种类型(彭少麟, 2000);
根据尺度大小：分为局部生态系统退化、区域生 态系统退化和全球生态系统退化(章家恩, 1999)；
根据生态系统类型：分为陆地系统退化、水生系 统退化、大气系统退化和人类-自然复合生态系统 退化等4个方面。
中国生态系统退化十分严重，全国水土流失面积356万 km2，占国土面积37.1%。
特点：分布范围广、面积大，侵蚀形式多样，类型复杂， 土壤流失严重[最近出版的《国家环境安全战略报告》 （解振华，2005]
——常见生态系统退化——
• 水土流失 • 森林退化 • 草地退化 • 荒漠化严重 • 湿地退化 • 冰川退化 • 生物多样性锐减
• 我国干旱、半干旱地区，即可能发生沙 漠化的地区的总面积是256.6万km2，占 国土总面积的26.7％
• 90年代后期，我国沙漠化的扩展速度已 达每年3436km2
• 不仅沙漠化面积急剧增加，沙化的强度 也在增强
湿地退化
• 不合理的开发利用导致湿地面积锐减 • 湿地生态环境恶化，生物多样性减少，
种群生殖和繁衍遭破坏，一些物种灭绝， 生物性状和数量发生变化
水质污染，空气污染，酸雨 污染，旅游资源退化
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3.4生态系统退化过程
• 生态系统退化实际上是一个连续变化的过 程，是一个系统的逆向演替过程，由于承 受干扰体的差异使退化的程度，速度及退 化过程的明显差异。
• 正常生态系统退化到荒漠状态大体可分为 以下以个阶段：
生态系统退化与生态恢复
生态系统退化是当前人 类面临的一个全球性生 态问题
全球有近20亿hm2土地（是美国和 加拿大面积的总和），承受着人类 造成的退化，使得近10亿人口的 生活陷入危机。每年还有2000万 hm2耕地不是退化到无法耕种，就 是被城市扩张所侵吞。 非洲和亚 洲60%的面积受到土地退化的影响， 欧洲约为11%，北美洲大约8%(联 合国千年宣言)。
• 1990年统计我国历年采矿占用的土地面积 约为20万公顷，由采矿每年约废弃土地 2000公顷。
• 2000年，我国共有国营矿山企业8000个， 个体矿山达23万多个，破坏的土地面积以 每年约4670公顷速度增长。
1-3生态退化的类型与成因
3.1生态退化的定义及类型
1、定义(degraded ecosystem) 生态系统结构和功能的破坏和丧失、生态系 统的服务功能和能力下降，称之为生态系统 退化(李洪远和鞠美庭, 2005); 从景观或区域尺度看，生态系统退化还包括 景观生态系统、人类-自然复合生态系统结构 和功能的破坏(章家恩, 1999).
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生态系统在一定的时空背景下，由于自然因素、人为因 素或二者的共同干扰，导致生态要素和生态系统整体发 生的不利于生物和人类生存的量变和质变的过程(张金屯， 2003)。
生态系统的结构和功能发生与自然的平衡状态或进化方 向相反的位移(displacement)，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、功能受损(王伯荪 等，1997)。
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水土流失
• 我国是世界上水土流失最严重的国家之一。全国几乎 每个省都有不同程度的水土流失，其分布之广，强度 之大，危害之重，在全球屈指可数。水土流失已成我 国头号生态环境问题。
• 每年流失土壤50亿吨，占世界的19.2%。 黄河流域年土壤流失量22亿吨。
• 大部分地区自然生态平衡遭到严重破坏，森林覆盖率 为12%，有些地区不足2%。到2009年，全国水土流 失总面积达356.92万平方公里，亟待治理的面积近 200万平方公里，全国现有水土流失严重县646个，其 中82.04％处于长江流域和黄河流域。
• 第一章 绪论 • 第二章 生态恢复的理论基础 • 第三章 矿区生态恢复 • 第四章 矿山废弃地的生态恢复技术 • 第五章 退化生态系统的生态恢复 • 第六章 全球变化与生物入侵
第一章绪论
• 1-1全球生态退化问题 • 1-2恢复生态学的定义 • 1-3恢复生态学的研究内容 • 1-4恢复生态学的发展过程
污染日益严重 • 湿地生态系统调蓄洪水、生物多样性维
持、净化污染以及物质产出等各项生态 服务功能日益下降
冰川退缩
• 冰川和冰盖进一步退缩 • 海平面升高0.09-0.88米
加拿大环境学家日前在北
极拍摄到的令人震撼的一幕， 两只北极熊小心翼翼地站在浮 冰上，加拿大野生生物局的伊 恩•斯特灵博士说：“对北极熊 来说，游100多公里不是什么难 事。但是，因为气候变暖，浮 冰离陆地越来越远，游到陆地 需要消耗更多的能量，这样使 它们的生存受到越来越多的威 胁。”不久前，有4只北极熊被 发现淹死在美国阿拉斯加海岸。
水土流失
• 一方治理多方破坏，点上治理面上破坏，部分 地区破坏大于治理。
森林退化
• 森林资源数量型增长，质量型下降；结 构简单，生物多样性低；生态系统服务 功能降低
• 我国林分的每公顷蓄集量仅为78.06m3, 人工林每公顷蓄集量只有35m3，远低于 114m3/hm2的世界平均水平
目前虽然加大护林保林的力度，林 地面积有所增长，但质量却在下降，增 加的主要是经济林和用材林，生态功能 较好的原始天然林面积显著缩小，森林 生态功能降低。
• 杀虫剂也有类似作用
“杀虫剂与其他工业化学制品，都 具有类似雌激素的作用。”
“很明显，如果青蛙种群都变成了 雌性，将对青蛙的繁衍造成有害 影响。” 必须改善影响青蛙生活 的下水道污水处理系统，过滤含 有雌性激素的 避孕药残留物与工 业污染物。
• 综上所述，环境污染、植被破坏、土地 退化、水资源短缺、气候变化、生物多样性 丧失等增加了对自然生态系统的胁迫。
人类对生态系统的干扰方式及效应（李洪远和鞠美庭, 2005）
人为干扰方式
对森林和草原植 被的砍伐与开垦
效应
植被退化，水土流失加剧，区域环境恶化， 生物生境遭破坏，生物多样性丧失
采集 传统劳作方式
采樵
狩猎和捕捞 工业污染 新干扰形式（旅游、探险活动）
生物资源被破坏，一些物种灭绝 生态系统能量和养分减少，生物生存活动 受阻，草原遭破坏
草地退化
• 目前，我国90％的草地存在不同程度的 退化，其中中度退化以上的草地面积将 近一半
• 全国“三化”草地（退化、沙化、盐渍 化 ）面积已达1.35亿hm2，并且每年还在 以200万hm2的速度增加
• 草地超载
中国生态系统退化 十分严重，每年草 原退化面积占总面 积的0.5%。
荒漠化严重
1-1全球生态退化问题
1.1生态退化现状
目前，全球43%的陆地生态系统生产能力下 降，为人类社会提供的生态服务减少。
科技进步？干扰！
生态系统退化与生态恢复
人口增长
工业化
城市化
资源过度利用
生态系统严重退化
生态 恢复
水土流失
土地荒漠化
空气污染
生物多样性锐减
森林减少
水体污染
淡水资源短缺
核心问题是土壤
恢复生态学
Restoration Ecology
教学情况介绍
教学目标 通过该课程的学习，强化生态学基本理论知识，
掌握恢复生态学的重要概念、核心思想、理论框架 和关键技术，并能应用所学的恢复生态学知识进行 生态系统保护和管理。 教学量安排 （共9周） 共18次课，其中17次课堂讲授，1次复习。
内容提要
• 第一阶段：植物种群及其年令结构发生变化更新不成功， 森林结构退化，树，灌木，草本植物。
• 恢复：退化较轻，通过消除干扰因素，自然恢复容易成功 • 第二阶段：在第一阶段的基础上进一步退化，生物多样性，
数量生产力下降（植，动，微，菌）环境退化，但土壤退 化滞后于这些变化，表现不明显 • 恢复：通过人力、物力结合自然条件可以恢复。时间较长 • 第三阶段：植被覆盖度进一步减少，主要是旱地物种，土 壤侵蚀严重，水土流失加剧。 • 恢复：须先改善或重建生物环境，减少水土流失，保护土 壤表层，增加肥力及一些工程措施。 • 第四阶段：植物几乎完全丧失形成沙漠状态，退化的最严 重阶段。 • 恢复：恢复重建困难大，须结合工程措施，坚持长期不懈 的努力和足够的资金，人力，重建土壤环境，不断的物质 和能量的输入维持系统稳定。
3.5生态系统退化的特征
1生物多样性变化：系统特征种类的优势种类（竹子大熊猫）首先消失，与之共 生的种类、依赖其提供环境和食物的物种；
2层次结构简单化：食草动物喜食的草种减少，导致植物群落简单化； 3食物网结构发生变化：生态结构变化导致食物网破裂，食品物网简单化，食物
链缩短，断裂和解环 4能量流动（energy flow）出现危机和障碍：能量通过食物链逐级传递，系统光
如果南极的冰溶化一半，那么地球上大部分海拔低的地区将要消失
冰川退缩
冰川和冰盖进一步退缩 海平面升高0.09-0.88米
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生物多样性锐减
有害物种入侵，约有200余种，全国大多数自然保 护区都有外来物种入侵
联合国《国际濒危物种贸易公约》列出的740中世 界性濒危物种中，我国占189种
我国野生水稻、大豆等遗传资源保护不力，70％ 以上的野生稻已被破坏
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生态系统退化
• 最新报道：环境污染导致青 蛙变性，1/3蛙类面临灭绝
如果所有青蛙都变成雌性， 世界将变成什么样子？
• 法国媒体2月28日报道称，环境污染对生态系统与 动物性别的影响，如今在实验室有了最明显的证据。 瑞典进行的一项新研究表明，雄性蝌蚪在类似自然 界中含雌性激素的污染物环境下，最终会长成雌性 青蛙。