第六章 人类对自然生态系统的干扰和生态恢复
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环境生态学导论
第一节 干扰与干扰生态学
自然干扰和人为干扰在生态系统动态的 决定作用为生态学的研究一大进步， 决定作用为生态学的研究一大进步 ， 相应产 生干扰生态学和恢复生态学。 生干扰生态学和恢复生态学 。 为生态系统的 科学管理和受损生态系统的修复提供了科学 科学管理和受损生态系统的修复 提供了科学 依据。 依据。
四、 干扰生态学及学科任务 定义： 定义： 干扰生态学是研究各类干扰对生态系统作用规 律的科学。 律的科学。 学科主要任务： 学科主要任务： 通过对干扰特性的研究， 通过对干扰特性的研究 ， 揭示干扰对不同层次 生命系统方式、机制及退化的影响研究； 生命系统方式、机制及退化的影响研究； 对干扰性质及发展趋势作出科学预测， 对干扰性质及发展趋势作出科学预测 ， 为受损 生态系统修复、 生态系统修复 、 重建和科学管理提供理论依 据。
对干扰定义的困难在于许多词义的相近， 对干扰定义的困难在于许多词义的相近 ， 如扰动、 胁迫等， 人们较统一的认识， 如扰动 、 胁迫等 ， 人们较统一的认识 ， 扰动 偏重于过程，胁迫倾向于结果。 偏重于过程，胁迫倾向于结果。 目前， 目前 ， 怎样从正常环境变化中区分出干 扰的存在， 扰的存在 ， 为确切给出干扰的定义带来一些 困难。 困难。
第二节
退化生态系统类型
及其成因
一、 退化生态系统的定义及成因 定义： 定义 ： 退化生态系统是相对健康生态系统而言 一类“ 病态” 生态系统， 的 ， 一类 “ 病态 ” 生态系统 ， 是指在一定的 时空背景下， 生态系统受自然、 时空背景下 ， 生态系统受自然 、 人为因素或 两者共同作用下， 两者共同作用下 ， 使生态系统的某些要素或 系统整体发生不利于生物和人类生存要求的 系统整体 发生不利于生物和人类生存要求的 量变和质变， 量变和质变 ， 系统的结构和功能发生与其原 有平衡状态或进化方向相反的位移 相反的位移） 有平衡状态或进化方向 相反的位移 ） 。 又称 受害或受损（ “受害或受损（damaged ecosystem ）”。
干扰状况常用的概念和术语 1. 分布(distribution) 分布(distribution) 2. 频度(frequency) 频度(frequency) 3. 重发间隔 (return interval cycle or turnover 重发间隔(return time) 4. 周转期限(rotation period) 周转期限(rotation 5. 预测值(predictability) 预测值(predictability) 6. 面积或大小(area or size) 面积或大小(area 7. 强度值(magnitude of intensity) 强度值(magnitude 8. 严重程度(magnitude of severity) 严重程度(magnitude 9. 协同效应(synergism) 协同效应(synergism)
一、干扰及其定义
干扰（ disturbance） 干扰 （ disturbance ） 是自然界一个重要 而广泛存在的现象(west al,1981; white,1979) 而广泛存在的现象(west et al,1981; white,1979)。 Clements(1916) Clements(1916) 把干扰看作演替向平衡发展的 重要调节机制。 重要调节机制。 20世纪70年代开始作为一个有生态学意义 20世纪 年代 世纪70年代开始作为一个有生态学意义 的现象进行研究（ Egler， 1977； Heinselman， 的现象进行研究 （ Egler ， 1977 ； Heinselman ， 1973 等）
3、干扰类型 按动因划分：自然干扰、 按动因划分：自然干扰、人工干扰 按来源划分：内源干扰（林窗形成倒木丘） 按来源划分：内源干扰（林窗形成倒木丘）、 外源干扰（自然和非自然因素） 外源干扰（自然和非自然因素）. 按干扰性质划分：破坏性干扰、 按干扰性质划分：破坏性干扰、增益性干扰 森林、草地） （森林、草地）
1.
2.
3.
Forman 和 Godron （ 1986 ） 定义 ： 显著地 改 Godron（1986）定义：显著地改 系统正常格局的事件。 变系统正常格局的事件。 Sousa认为 Sousa 认为 “ 干扰是一个对个体或个体群产 认为“ 斩杀、 生的不连续的、 简短的斩杀 位移或损害, 生的不连续的 、 简短的 斩杀 、 位移或损害 , 这种作用能直接或间接为新的有机体的定居 创造机会。他认为（1984） 创造机会。他认为（1984），干扰是一种突 发性事件，对个体或群体产生破坏或毁灭性 发性事件，对个体或群体产生破坏或毁灭性 作用。 作用。 Bazzaz定义 景观基本表现单元的突然变化， Bazzaz定义：景观基本表现单元的突然变化， 定义： 这种变化通过种群反映的明显改变 明显改变而表述出 这种变化通过种群反映的明显改变而表述出 来。
生态因子角度考虑， 生态因子角度考虑 ， 干扰较普遍和典型 的定义： 的定义： 群落外部不连续存在、 群落外部不连续存在 、 间断发生的因子 突然作用或连续存在因子超 正常” 范围的 突然作用或连续存在因子 超 “ 正常 ” 范围 的 波动， 这种作用或波动引起有机体、 波动 ， 这种作用或波动引起有机体 、 种群或 群落发生全部或部分明显变化 明显变化， 群落发生全部或部分 明显变化 ， 使其结构和 功能受到损害或发生改变 受到损害或发生改变。 功能受到损害或发生改变。
(1) 干扰范围：干扰体作用的空间范围的分布特点。 干扰范围：干扰体作用的空间范围的分布特点。 (2) 频率和周期：干扰频率为同一空间范围或统一组织 频率和周期： 水平内， 单位时间某一干扰发生的次数。 水平内 ， 单位时间某一干扰发生的次数 。 干扰频 率的倒数为干扰周期。 率的倒数为干扰周期。 (3) 干扰强度：之扰发生时，干扰因素说表达的能力值。 干扰强度：之扰发生时，干扰因素说表达的能力值。 度=KJ/ 其单 位 因干 扰 类型 而 定 。 如 草原 火 烧强 度 =KJ/ 单位面积. 时间） 常分轻度、 中度和重度干扰。 （ 单位面积 . 时间 ） ， 常分轻度 、 中度和重度干扰 。 (4) 时间尺度：干扰的具体时刻和持续的时间跨度。季 时间尺度：干扰的具体时刻和持续的时间跨度。 节和时间在陆地和水生生态系统的差异等。 节和时间在陆地和水生生态系统的差异等。
二、 退化生态系统类型 常见生态系统类型有下列7 常见生态系统类型有下列7种： 1. 裸地，也叫光板地（原生裸地和次生裸地） 裸地，也叫光板地（原生裸地和次生裸地） 2. 森林采伐迹地; 森林采伐迹地; 3. 弃耕地; 弃耕地; 4. 沙漠与荒漠化; 沙漠与荒漠化;
5.
6. 7.
采矿废弃地，包括：废石堆废弃地、 采矿废弃地，包括：废石堆废弃地、开采坑 废弃地、尾矿渣废弃地和采石矿废弃地。 废弃地、尾矿渣废弃地和采石矿废弃地。 垃圾堆放场； 垃圾堆放场； 污染水域。 污染水域。
三、 退化生态系统特征 1. 种类组成变化； 种类组成变化； 2. 结构变化； 结构变化； 3. 生物生产力变化； 生物生产力变化； 4. 土壤和小环境变化； 土壤和小环境变化； 5. 生物之间生态关系变化。 生物之间生态关系变化。
四、中国退化生态系统的现状 中国地处中纬度地区，南北跨纬度49° 中国地处中纬度地区 ， 南北跨纬度 49°东 西跨度62° 地形多样， 气候复杂， 西跨度 62° ， 地形多样 ， 气候复杂 ， 从农业 生产与资源的角度看， 生产与资源的角度看 ， 表现为东部适农西部 宜牧， 南方水丰北方干旱， 宜牧 ， 南方水丰北方干旱 ， 山地平川农林互 补 。 中国各类资源的人均值都低于世界平均 水平， 人均资源短缺的国家之一（ 水平 ， 是 人均资源短缺的国家之一 （ 森林为 世界平均的1 草地、土地和耕地为1 世界平均的1/6，草地、土地和耕地为1/3）
4.
ຫໍສະໝຸດ Baidu5.
Pickett 和 White（1985）定义：相对来说非 White（1985）定义： 连续的事件， 破坏生态系统 生态系统、 连续的事件，它破坏生态系统、群落或种群 结构，改变资源、 结构，改变资源、养分的有效性或改变物理 环境。 环境。 Pykiel 认为，干扰定义的困难还在于不能把 认为， 原因与结果相对区分开。将干扰定义为原因， 原因与结果相对区分开。将干扰定义为原因， 即一种物理作用和因素。 即一种物理作用和因素。很多文献都混淆了 干扰的原因和结果 干扰的 原因和结果 。 原因应属于环境的变 而结果是有机体、种群和群落的反映。 化，而结果是有机体、种群和群落的反映。
二、 人为干扰的主要形式 1. 对森林和草原植被的砍伐与开垦 2. 污染 3. 采集 4. 采樵 5. 狩猎和捕捞
三、 干扰的生态学意义 有利于促进系统演化：干扰引起板块化（ 有利于促进系统演化：干扰引起板块化（空 间异质性） 干扰与多样性有关。 间异质性），干扰与多样性有关。 维持生态系统平衡和稳定的因子： 维持生态系统平衡和稳定的因子：不稳定的 生物群落常常具有较强的恢复力。 生物群落常常具有较强的恢复力。 干扰能调节生态关系： 干扰能调节生态关系：如适度放牧可以促进 群落的生物多样性和生产力。 群落的生物多样性和生产力。
成因：自然或人为干扰，后者与前者相互叠加， 成因 ： 自然或人为干扰 ， 后者与前者相互叠加 ， 表现在生态系统动态的各个方面（ 表现在生态系统动态的各个方面 （ 静态压力 和动态压力， 个体至群体； 生态过程改变） 和动态压力 ， 个体至群体 ； 生态过程改变 ） 。 干扰特性决定很大程度决定退化生态系统方 向与程度。 向与程度。
2、干扰的特征 干扰体(disturbance regime)： 干扰体 (disturbance regime)：每一种干扰都有其 特性，如干扰强度、 作用频率、 特性 ， 如干扰强度 、 作用频率 、 干扰范围和作用时 间等。干扰的这些特性（类型、频率和强度等） 间等。干扰的这些特性（类型、频率和强度等） 在 某一时间过程的总合。 某一时间过程的总合。 不同的自然景观各自的自然特性和干扰体不同。 不同的自然景观各自的自然特性和干扰体不同。
研究主要内容： 研究主要内容：
1. 研究特定生态系统的干扰因子类型、干扰状态 研究特定生态系统的干扰因子类型、
和干扰体系， 和干扰体系，即干扰因子及其存在规律和发生 行为； 行为； 2. 研究生物个体对干扰的适应行为及其机制； 研究生物个体对干扰的适应行为及其机制； 3. 研究生态系统各组分对干扰的反应； 研究生态系统各组分对干扰的反应； 4. 研究干扰与生态系统的发展进化； 研究干扰与生态系统的发展进化； 5. 研究干扰的生态学意义在生态管理中的应用。 研究干扰的生态学意义在生态管理中的应用。
干扰生态学至20世纪 年代后有了长足的进展 干扰生态学至20世纪80年代后有了长足的进展。 世纪80年代后有了长足的进展。 Cairs（1979）主编了《 Cairs（1979）主编了《Recovery and Restoration of Damaged Ecosystem》 ； Mooney 和 Godron Ecosystem》 1980）联合主编了《 disturbance》 （1980）联合主编了《Ecosystem and disturbance》； Pickett （ 1983 ） 主 编 了 《Ecosystem of nature disturbance and Patch dynamics》；Andle（1986） dynamics》 Andle（1986） 主编了《 Grassland》 主编了《Disturbance of Grassland》 ； 我国也开展了相关工作， 我国也开展了相关工作 ， 如 《 岷江上游大沟流 域驱动植被退化的人为干扰体系研究》 域驱动植被退化的人为干扰体系研究 》 ， 其理论和 方法具有理论和现实意义。 方法具有理论和现实意义。
第一节 干扰与干扰生态学
自然干扰和人为干扰在生态系统动态的 决定作用为生态学的研究一大进步， 决定作用为生态学的研究一大进步 ， 相应产 生干扰生态学和恢复生态学。 生干扰生态学和恢复生态学 。 为生态系统的 科学管理和受损生态系统的修复提供了科学 科学管理和受损生态系统的修复 提供了科学 依据。 依据。
四、 干扰生态学及学科任务 定义： 定义： 干扰生态学是研究各类干扰对生态系统作用规 律的科学。 律的科学。 学科主要任务： 学科主要任务： 通过对干扰特性的研究， 通过对干扰特性的研究 ， 揭示干扰对不同层次 生命系统方式、机制及退化的影响研究； 生命系统方式、机制及退化的影响研究； 对干扰性质及发展趋势作出科学预测， 对干扰性质及发展趋势作出科学预测 ， 为受损 生态系统修复、 生态系统修复 、 重建和科学管理提供理论依 据。
对干扰定义的困难在于许多词义的相近， 对干扰定义的困难在于许多词义的相近 ， 如扰动、 胁迫等， 人们较统一的认识， 如扰动 、 胁迫等 ， 人们较统一的认识 ， 扰动 偏重于过程，胁迫倾向于结果。 偏重于过程，胁迫倾向于结果。 目前， 目前 ， 怎样从正常环境变化中区分出干 扰的存在， 扰的存在 ， 为确切给出干扰的定义带来一些 困难。 困难。
第二节
退化生态系统类型
及其成因
一、 退化生态系统的定义及成因 定义： 定义 ： 退化生态系统是相对健康生态系统而言 一类“ 病态” 生态系统， 的 ， 一类 “ 病态 ” 生态系统 ， 是指在一定的 时空背景下， 生态系统受自然、 时空背景下 ， 生态系统受自然 、 人为因素或 两者共同作用下， 两者共同作用下 ， 使生态系统的某些要素或 系统整体发生不利于生物和人类生存要求的 系统整体 发生不利于生物和人类生存要求的 量变和质变， 量变和质变 ， 系统的结构和功能发生与其原 有平衡状态或进化方向相反的位移 相反的位移） 有平衡状态或进化方向 相反的位移 ） 。 又称 受害或受损（ “受害或受损（damaged ecosystem ）”。
干扰状况常用的概念和术语 1. 分布(distribution) 分布(distribution) 2. 频度(frequency) 频度(frequency) 3. 重发间隔 (return interval cycle or turnover 重发间隔(return time) 4. 周转期限(rotation period) 周转期限(rotation 5. 预测值(predictability) 预测值(predictability) 6. 面积或大小(area or size) 面积或大小(area 7. 强度值(magnitude of intensity) 强度值(magnitude 8. 严重程度(magnitude of severity) 严重程度(magnitude 9. 协同效应(synergism) 协同效应(synergism)
一、干扰及其定义
干扰（ disturbance） 干扰 （ disturbance ） 是自然界一个重要 而广泛存在的现象(west al,1981; white,1979) 而广泛存在的现象(west et al,1981; white,1979)。 Clements(1916) Clements(1916) 把干扰看作演替向平衡发展的 重要调节机制。 重要调节机制。 20世纪70年代开始作为一个有生态学意义 20世纪 年代 世纪70年代开始作为一个有生态学意义 的现象进行研究（ Egler， 1977； Heinselman， 的现象进行研究 （ Egler ， 1977 ； Heinselman ， 1973 等）
3、干扰类型 按动因划分：自然干扰、 按动因划分：自然干扰、人工干扰 按来源划分：内源干扰（林窗形成倒木丘） 按来源划分：内源干扰（林窗形成倒木丘）、 外源干扰（自然和非自然因素） 外源干扰（自然和非自然因素）. 按干扰性质划分：破坏性干扰、 按干扰性质划分：破坏性干扰、增益性干扰 森林、草地） （森林、草地）
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Forman 和 Godron （ 1986 ） 定义 ： 显著地 改 Godron（1986）定义：显著地改 系统正常格局的事件。 变系统正常格局的事件。 Sousa认为 Sousa 认为 “ 干扰是一个对个体或个体群产 认为“ 斩杀、 生的不连续的、 简短的斩杀 位移或损害, 生的不连续的 、 简短的 斩杀 、 位移或损害 , 这种作用能直接或间接为新的有机体的定居 创造机会。他认为（1984） 创造机会。他认为（1984），干扰是一种突 发性事件，对个体或群体产生破坏或毁灭性 发性事件，对个体或群体产生破坏或毁灭性 作用。 作用。 Bazzaz定义 景观基本表现单元的突然变化， Bazzaz定义：景观基本表现单元的突然变化， 定义： 这种变化通过种群反映的明显改变 明显改变而表述出 这种变化通过种群反映的明显改变而表述出 来。
生态因子角度考虑， 生态因子角度考虑 ， 干扰较普遍和典型 的定义： 的定义： 群落外部不连续存在、 群落外部不连续存在 、 间断发生的因子 突然作用或连续存在因子超 正常” 范围的 突然作用或连续存在因子 超 “ 正常 ” 范围 的 波动， 这种作用或波动引起有机体、 波动 ， 这种作用或波动引起有机体 、 种群或 群落发生全部或部分明显变化 明显变化， 群落发生全部或部分 明显变化 ， 使其结构和 功能受到损害或发生改变 受到损害或发生改变。 功能受到损害或发生改变。
(1) 干扰范围：干扰体作用的空间范围的分布特点。 干扰范围：干扰体作用的空间范围的分布特点。 (2) 频率和周期：干扰频率为同一空间范围或统一组织 频率和周期： 水平内， 单位时间某一干扰发生的次数。 水平内 ， 单位时间某一干扰发生的次数 。 干扰频 率的倒数为干扰周期。 率的倒数为干扰周期。 (3) 干扰强度：之扰发生时，干扰因素说表达的能力值。 干扰强度：之扰发生时，干扰因素说表达的能力值。 度=KJ/ 其单 位 因干 扰 类型 而 定 。 如 草原 火 烧强 度 =KJ/ 单位面积. 时间） 常分轻度、 中度和重度干扰。 （ 单位面积 . 时间 ） ， 常分轻度 、 中度和重度干扰 。 (4) 时间尺度：干扰的具体时刻和持续的时间跨度。季 时间尺度：干扰的具体时刻和持续的时间跨度。 节和时间在陆地和水生生态系统的差异等。 节和时间在陆地和水生生态系统的差异等。
二、 退化生态系统类型 常见生态系统类型有下列7 常见生态系统类型有下列7种： 1. 裸地，也叫光板地（原生裸地和次生裸地） 裸地，也叫光板地（原生裸地和次生裸地） 2. 森林采伐迹地; 森林采伐迹地; 3. 弃耕地; 弃耕地; 4. 沙漠与荒漠化; 沙漠与荒漠化;
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采矿废弃地，包括：废石堆废弃地、 采矿废弃地，包括：废石堆废弃地、开采坑 废弃地、尾矿渣废弃地和采石矿废弃地。 废弃地、尾矿渣废弃地和采石矿废弃地。 垃圾堆放场； 垃圾堆放场； 污染水域。 污染水域。
三、 退化生态系统特征 1. 种类组成变化； 种类组成变化； 2. 结构变化； 结构变化； 3. 生物生产力变化； 生物生产力变化； 4. 土壤和小环境变化； 土壤和小环境变化； 5. 生物之间生态关系变化。 生物之间生态关系变化。
四、中国退化生态系统的现状 中国地处中纬度地区，南北跨纬度49° 中国地处中纬度地区 ， 南北跨纬度 49°东 西跨度62° 地形多样， 气候复杂， 西跨度 62° ， 地形多样 ， 气候复杂 ， 从农业 生产与资源的角度看， 生产与资源的角度看 ， 表现为东部适农西部 宜牧， 南方水丰北方干旱， 宜牧 ， 南方水丰北方干旱 ， 山地平川农林互 补 。 中国各类资源的人均值都低于世界平均 水平， 人均资源短缺的国家之一（ 水平 ， 是 人均资源短缺的国家之一 （ 森林为 世界平均的1 草地、土地和耕地为1 世界平均的1/6，草地、土地和耕地为1/3）
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ຫໍສະໝຸດ Baidu5.
Pickett 和 White（1985）定义：相对来说非 White（1985）定义： 连续的事件， 破坏生态系统 生态系统、 连续的事件，它破坏生态系统、群落或种群 结构，改变资源、 结构，改变资源、养分的有效性或改变物理 环境。 环境。 Pykiel 认为，干扰定义的困难还在于不能把 认为， 原因与结果相对区分开。将干扰定义为原因， 原因与结果相对区分开。将干扰定义为原因， 即一种物理作用和因素。 即一种物理作用和因素。很多文献都混淆了 干扰的原因和结果 干扰的 原因和结果 。 原因应属于环境的变 而结果是有机体、种群和群落的反映。 化，而结果是有机体、种群和群落的反映。
二、 人为干扰的主要形式 1. 对森林和草原植被的砍伐与开垦 2. 污染 3. 采集 4. 采樵 5. 狩猎和捕捞
三、 干扰的生态学意义 有利于促进系统演化：干扰引起板块化（ 有利于促进系统演化：干扰引起板块化（空 间异质性） 干扰与多样性有关。 间异质性），干扰与多样性有关。 维持生态系统平衡和稳定的因子： 维持生态系统平衡和稳定的因子：不稳定的 生物群落常常具有较强的恢复力。 生物群落常常具有较强的恢复力。 干扰能调节生态关系： 干扰能调节生态关系：如适度放牧可以促进 群落的生物多样性和生产力。 群落的生物多样性和生产力。
成因：自然或人为干扰，后者与前者相互叠加， 成因 ： 自然或人为干扰 ， 后者与前者相互叠加 ， 表现在生态系统动态的各个方面（ 表现在生态系统动态的各个方面 （ 静态压力 和动态压力， 个体至群体； 生态过程改变） 和动态压力 ， 个体至群体 ； 生态过程改变 ） 。 干扰特性决定很大程度决定退化生态系统方 向与程度。 向与程度。
2、干扰的特征 干扰体(disturbance regime)： 干扰体 (disturbance regime)：每一种干扰都有其 特性，如干扰强度、 作用频率、 特性 ， 如干扰强度 、 作用频率 、 干扰范围和作用时 间等。干扰的这些特性（类型、频率和强度等） 间等。干扰的这些特性（类型、频率和强度等） 在 某一时间过程的总合。 某一时间过程的总合。 不同的自然景观各自的自然特性和干扰体不同。 不同的自然景观各自的自然特性和干扰体不同。
研究主要内容： 研究主要内容：
1. 研究特定生态系统的干扰因子类型、干扰状态 研究特定生态系统的干扰因子类型、
和干扰体系， 和干扰体系，即干扰因子及其存在规律和发生 行为； 行为； 2. 研究生物个体对干扰的适应行为及其机制； 研究生物个体对干扰的适应行为及其机制； 3. 研究生态系统各组分对干扰的反应； 研究生态系统各组分对干扰的反应； 4. 研究干扰与生态系统的发展进化； 研究干扰与生态系统的发展进化； 5. 研究干扰的生态学意义在生态管理中的应用。 研究干扰的生态学意义在生态管理中的应用。
干扰生态学至20世纪 年代后有了长足的进展 干扰生态学至20世纪80年代后有了长足的进展。 世纪80年代后有了长足的进展。 Cairs（1979）主编了《 Cairs（1979）主编了《Recovery and Restoration of Damaged Ecosystem》 ； Mooney 和 Godron Ecosystem》 1980）联合主编了《 disturbance》 （1980）联合主编了《Ecosystem and disturbance》； Pickett （ 1983 ） 主 编 了 《Ecosystem of nature disturbance and Patch dynamics》；Andle（1986） dynamics》 Andle（1986） 主编了《 Grassland》 主编了《Disturbance of Grassland》 ； 我国也开展了相关工作， 我国也开展了相关工作 ， 如 《 岷江上游大沟流 域驱动植被退化的人为干扰体系研究》 域驱动植被退化的人为干扰体系研究 》 ， 其理论和 方法具有理论和现实意义。 方法具有理论和现实意义。