恢复生态学 第五章 陆域生态系统的恢复重建

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1、第五章 陆域生态系统的恢复重建,第一节 农田生态系统的恢复重建 第二节 草地生态系统的恢复重建 第三节 森林生态系统的恢复重建 第四节 工矿废弃地的恢复重建,第一节 农田生态系统的恢复重建,一、农业生态系统的概念 经人类有计划、有目的的将自然生态系统逐步改造而成的，带有自然生态系统某些调整的半人工生态系统。 以农业生物为主要组分，受人类调控，以农业生产为主要目标的生态系统。 主要农作物：,农业生态系统的能量流动 农业生态系统的物质循环 农业生态系统的信息传递 光作用 ,声波、磁场、辐射 ,性激素,农业生态系统景观,二、农业生态系统的功能 （一）生产功能,（二）生态服务功能,二、农业生态系统的功

2、能,三、全球农业生态系统的概况,全球约为39.2亿hm2,为全世界提供了90%以上的农作物、饲料、食品和棉花、亚麻和黄麻等纤维材料,亚洲：约占全球农业生态系统总面积的28%,欧洲和俄罗斯：约占20%,（一）面积分布,全球约26亿人以农业为生，亚洲地区约有20亿人从事农业生产,（二）承载人口数量,三、全球农业生态系统的概况,1966-1996年: 全世界的耕地总量增加了约8%；与1961年相比，目前的农业生态系统对每个人平均多提供了24%的食物。承载压力加大; 目前，集约化农业生产也使农业生态系统的生物多样性显著减少，用现代高产的单一作物类型代替传统的多样化作物类型，严重威胁到农业生态系统的可持

3、续发展。,（三）农业生态系统退化,三、全球农业生态系统的概况,城市化和工业化的发展，耕地面积减少； 土壤退化土壤质量，退化速度加快，退化原因多样 土壤污染农药，重金属 水土流失 土壤荒漠化,四、农业生态系统的持续发展 农业生态系统特点： 可持续农业： 发达国家:食物生产以质量目标为主，是一种农业现代化后的思路。 发展中国家:更多地集中于数量增长，希望提高发展，以求解决温饱，所追求的是以发展为主要目标，同时兼顾环境保护的策略。 共同点：合理开发资源和保护环境，促进农业可持续发展。,（一）发达国家的可持续农业 有机农业:强调尽量减少食用农场以外的物质投入，并完全停用各种化学合成物，通过生物手段提高

4、农业生产。产量低，需投入，30年代,持久农业:对农业生态系统有意识的设计和维持，建设包括灌木、草场、森林、农作物、散养家禽等多种成分的复合生态系统。生态效益好！70年代 精准农业:利用现代信息技术、生物技术、工程技术等一系列高新技术发展起来的综合性生态复杂系统。90年代,四、农业生态系统的持续发展,中国的生态农业模式（引自李文华院士报告，2004）,（二）中国的生态农业 中国生态农业的基本理念 重视系统整体的功能；强调经济效益；较为完整的生态过程（副产品，废弃物）,四、农业生态系统的持续发展,中国生态农业的类型 立体复合型生态农业 物质循环型生态农业 生态环境综合治理型生态农业 病虫害防治型生

5、态农业,立体复合型生态农业桑基鱼塘（引自李文华院士报告，2004）,按空间尺度分类的生态农业（引自李文华院士报告，2004 ）,中国生态农业的技术支撑体系 高效耕作栽培技术体系（轮作，间作，免耕，水土保持耕作） 土壤管理技术体系（有机肥、生物固氮） 水管理技术体系（滴灌、渗灌） 病虫害综合技术体系（生物防治） 改善作物栽培环境的技术体系(农林复合种植，立体种植，保护种植，设施农业) 提高光合作用效率的技术体系（高光效育种，二氧化碳补给，C4植物） 生态林营造技术和观光林建设技术体系,中国生态农业的技术支撑体系 畜禽优良品种的繁育、原有品种的改良和提纯复壮技术体系（标准化） 畜牧、水产、食用菌的

6、废弃物综合利用污染控制技术体系（循环利用） 健康食品生产技术体系（非激素类添加剂） 农产品保鲜、加工技术体系（果蔬，水产） 生态环境保护和资源高效利用技术体系（水土流失，多样性保护，污染治理等） 农业信息化技术体系作物的生长模拟与可视化技术，信息网络，专家系统，3S技术,第二节 草地生态系统的恢复重建,一、草地生态系统的定义 在一定草地空间范围内共同生存于其中的所有生物(即生物群落)与其环境之间不断进行着物质循环、能量流动和信息传递的综合自然整体。 动植物产品生产为主的农业生态系统。 狭义上讲，草地生态系统是草地农业生态系统，是地球生物圈主要陆地生态系统之一的草地与农业相结合的生态系统，包括3

7、个界面、4个生产层：,（一）草地农业生态系统的3个基本界面 草丛-地境 草地-动物 草畜生产-经营管理界面,（二）草地农业生态系统的4个生产层 前植物（前初级）生产层 植物（初级）生产层 动物（次级）生产层 外生物（后次级）生产层,全球草地生态系统类型 (改自WRI，2007),欧亚大陆的斯太普草原（steppe）、北美普列里草原（prairie）、南美的潘帕斯草原（pampas）、非洲弗尔德草原（velds）和萨王纳稀树草原（savana）。,草地生态系统景观,二、草地生态系统的功能 （一）产品生产 家畜重要的饲料资源； 绿色食用植物及菌类的重要产地； 许多经济动植物的生产基地。,（二）水土

8、保持 固结土壤、防止侵蚀； 减少降雨对地表的冲刷。 种草的坡地在大雨状态下可减少地面泾流47，减少冲刷量77。,（三）土壤形成 改善土壤理化性状，促进土壤团粒结构； 豆科植物提供大量的氮肥； 植物根系中的矿质元素，对钙积层及黏土矿物形成都有一定的作用。,（四）净化空气 吸收空气中的二氧化碳并放出氧气； 吸收、固定大气中的某些有毒、有害气体； 接受、吸附空气中的尘埃，起到降尘作用。,1m2草地每小时可吸收二氧化碳1.5g，每人平均有50m2的草地就可以把呼出的二氧化碳全部还原氧气,（五）调节气候 截留降水、涵养土壤的水分； 蒸腾作用具有调节气温和空气湿度的作用； 草地可以吸收辐射外地表的热量。,

9、（六）防风固沙 （七）维持碳氧平衡 （八）美化环境,三、全球草地生态系统概况,全球草地面积约为4.1-5.6千万km2，覆盖地球表面的31%-43%，承载了近 8亿人。从承载的人口数量来看，非洲地区最高，约为3.2亿人；亚洲次之，约为2.5亿人；北美洲和大洋州最少，分别约为1千万和8百万人。,非洲地区的草地面积最广阔，约为1.5千万km2,中美洲和加勒比海地区最少，约为0.1千万km2,亚洲次之，约为0.95千万km2,四、草地退化与恢复 （一）草地生态平衡 草地生态平衡是指草地生态系统中生物系统的相对平衡； 如果草地生态系统成分多样，能量流动和物质循环复杂，则较易保持稳定；如果干扰过大，超过

10、了生态系统本身调节能力的限度，草地生态平衡就会被破坏； 目前许多草地退化问题都是由于草地的不合理开发和使用，打破了草地的生态平衡而引起的。 生态阈限,（二）草地退化 草地退化是草地生态系统在其演化过程中，结构特征和能流与物质循环等功能过程的恶化，即草地生态系统的生产与生态功能衰退的现象。草地退化表现在两个方面：非生物因素的退化如土壤退化、生物因素的退化如植被退化。,草地退化的原因主要有自然原因和人为原因。自然原因包括长期干旱、风蚀、水蚀、沙尘暴等。人为原因包括过牧、重刈、滥垦、樵采、开矿等。,四、草地退化与恢复,草地退化的类型可按成因及表现等特点分为： 荒漠型退化（萨赫勒热带荒漠草原荒漠化；农

11、牧交错带典型草原 ） 生境破坏型退化 杂草（灌木）入侵型退化（棘豆、醉马草、狼毒 ） 水土流失型退化(如中国黄土高原区) 鼠害型退化(如中国青藏高原区) 石漠型退化(如中国西南石灰岩山区),四、草地退化与恢复,（三）退化草地的恢复 生态恢复是促进草地生态系统可持续发展的重要途径； 恢复的方式取决于草地退化的程度（轻度，重度）； 对于不同类型的草地，其恢复方式也不尽相同。,四、草地退化与恢复,四、草地退化与恢复,（四）草地恢复重建后的持续管理 合理规划，科学利用草地资源； 建立国家公园或自然草地保护区； 加强对草地旅游等非农业开发的科学管理； 加强草地生态系统动态监测管理，适时评估生态系统健康状

12、况。,四、草地退化与恢复,第三节 森林生态系统的恢复重建,一、森林生态系统的概念 森林生态系统（forest ecosystem）主要以乔木为建群种或优势种的生物群落与其所在生态系统相互作用，形成一个相对稳定的生态系统。,森林生态系统组成与结构图,全球森林生态系统类型 (改自WRI，2007),针叶林生态系统：针叶林几乎全部分布于北半球高纬地区，占据温带到寒带广大的面积。 落叶阔叶林生态系统：分布于北纬30-50的温带地区。由于在该区域内冬季落叶、夏季生长，又称夏绿林。 硬叶常绿阔叶林生态系统：主要分布亚热带夏季干燥炎热、冬季温和多雨的气候区域内。 亚热带常绿阔叶林生态系统：主要分布与南北纬2

13、5-40之间的亚热带地区。 季雨林生态系统：分布于东南亚地区，以印度、缅甸中部及他群岛的东南部岛屿为典型。我国云南南部也有零星分布。 热带雨林生态系统：主要分布于南美洲、亚洲、亚洲热带和澳大利亚东北部的潮湿热带地区。,森林生态系统景观,二、森林生态系统的功能 （一）直接生态服务功能 能量转化；有机物质 5.31010t，2.831010t 促进全球生物地球化学循环； 释放矿质元素 信息传递。,森林生态系统的碳循环,（二）间接的生态服务功能 产品生产（木材，肉类，皮毛，药材） 涵养水源（蓄水、净水、减洪和保持水土 ） 调节气候 净化空气氧气制造厂，天然的防役员，天然的吸尘器 保障农作物稳产、高产

14、 保护生物多样性,二、森林生态系统的功能,三、全球森林生态系统概况,森林生态系统覆盖了地球陆地表面积的25%,总面积占世界 森林总面积的2/3,亚洲地区的人口数量近2.5亿左右，是世界其他地区林业人口的总和,四、森林生态系统的退化与恢复 （一）森林生态系统退化的原因 人类活动 自然因素 （二）森林生态系统退化的现状 森林面积减少 林分结构单一 林地土壤质量变差 初级生产力降低,生物多样性减少 生态服务功能下降,（三）退化森林生态系统的恢复管理 次生林的恢复 封山育林: 对于生境条件良好、种子库丰富的次生裸地，通过封山育林，促使被破坏林地顺向演替为地带性森林植被； 人工造林：对于生境破坏严重、自

15、然恢复困难的次生裸地，通过人工改良立地条件、补种乡土树种来促进植被恢复； 抚育间伐：在幼林郁闭后到林分成熟前，在未成熟林分中按一定比例采伐部分林木，为保留林木生长创造良好生存环境，促进植被恢复。,四、森林生态系统的退化与恢复,天然林的保护 天然林的保护具有重要作用，一方面它是地带性物种的基因库，另一方面它为森林人工恢复提供样板。天然林的保护主要体现在以下几个方面： 保护生态系统的生物多样性 保护生态系统的结构和功能 保持森林生态系统的健康和生命力,森林生态系统中的人文景观恢复,四、森林生态系统的退化与恢复,（四）森林恢复重建后的持续管理 在退化森林生态恢复的重建过程中，社会人文、经济因素往往是

16、森林恢复的首要限制因子，因此必须要加以重视。,第四节 工矿废弃地生态系统的恢复重建,一、废弃地生态系统的定义与类型 （一）定义 废弃地生态系统是由于人类干扰和自然灾害导致的一种极度退化的生态系统。,（二）类型（按成因分） 矿业废弃地 工程废弃地 垃圾填埋场 弃耕与退耕地 泥石流与滑坡地 火烧与砍伐迹地,一、废弃地生态系统的定义与类型,无环境污染,弃地的类型与特点,二、工矿废弃地对生态环境的危害 工程建设，工业生产，开矿 植被破坏（覆盖和剥离） 水土流失（植被破化，裸地） 环境污染（有毒物质；风蚀水蚀，扬尘；氰化物） 微生物破坏 野生动植物群落的破坏 地表景观改变,三、工矿废弃地生态恢复 （土壤，立地条件） （一） 工矿废弃地土壤整治 物理措施 工程建设区和露天采矿废弃地物理复垦措施 露天采场的复垦：回填，覆土； 弃土场复垦：排弃物料的分采、分堆和土场的整治； 废弃矿坑的复垦：采用粉煤灰充填复垦； 尾渣堆的复垦主要采用覆土方法。,井下采矿废弃地物理复垦技术（塌陷地） 疏干法： 挖深垫浅法：将塌陷深的区域再挖深 (鱼)塘；取出的土方充填塌陷坑浅的区域耕地 充填复垦：采