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1、生物多样性保护导论解 焱中国科学院动物研究所生物多样性保护导论9：生态系统恢复原理和基础解 焱中国科学院动物研究所中国的植被恢复中国的植被恢复z中国森林覆盖率已由50年前的8.6%上升到16.55%。z大部分恢复林区由人工林组成人工林的普遍问题人工林的普遍问题绿色沙漠绿色沙漠四川植树造林的得失四川植树造林的得失zz四四四四 川川川川 西西西西 南南南南 地地地地 区区区区 森森森森 林林林林 的的的的 主主主主 要要要要 树树树树 种种种种 是是是是 枥枥枥枥QuercusQuercus、青青青青冈冈冈冈FagusFagus、云云云云南南南南松松松松Pinus Pinus yunnanensi
2、syunnanensis以及铁杉以及铁杉以及铁杉以及铁杉TsugaTsuga。zz2020世世世世纪纪纪纪4040年年年年代代代代末末末末，生生生生境境境境严严严严重重重重退退退退化化化化。5050年年年年代代代代后后后后期期期期，飞飞飞飞播播播播云云云云南南南南松松松松种种种种子子子子和和和和封封封封山山山山育育育育林林林林取得成功取得成功取得成功取得成功。绿色沙漠的表现绿色沙漠的表现z种植的树种种植的树种密度过高，遮挡了阳光，抑制了其他植物物种的密度过高，遮挡了阳光，抑制了其他植物物种的生长生长z灌木、草本和枯枝落叶层是水土保持的关键。灌木、草本和枯枝落叶层是水土保持的关键。地表地表植被覆
3、盖植被覆盖差，保持水土和过滤水的能力差差，保持水土和过滤水的能力差z旱季干燥，火灾危险大旱季干燥，火灾危险大z由于植物种类缺乏，环境恶劣，其他动物也很难生存，因此由于植物种类缺乏，环境恶劣，其他动物也很难生存，因此生物多样性水平极低生物多样性水平极低z营养循环过程被阻断，土壤营养日益匮乏。针叶树的普遍问营养循环过程被阻断，土壤营养日益匮乏。针叶树的普遍问题是落叶较难腐烂，营养难以回归土壤，加上对改善土壤质题是落叶较难腐烂，营养难以回归土壤，加上对改善土壤质量和促进营养循环十分重要的土壤无脊椎动物，以及其他动量和促进营养循环十分重要的土壤无脊椎动物，以及其他动植物均难以生存。植物均难以生存。 由
4、于天然林下降，人工林增加，森林树种趋于单一化，由于天然林下降，人工林增加，森林树种趋于单一化，森林生态系统调节能力下降，森林病虫害加剧。森林生态系统调节能力下降，森林病虫害加剧。 西部地区森林病虫害面积变化西部地区森林病虫害面积变化天然植被恢复z基本概念z恢复措施生态系统的组分z建群种constructive species：y生态系统结构特征的建造者。一般为优势层的优势种植物，如云杉林z优势种dominant species:y生态系统中个体数目多、盖度大、生活能力强的植物种z关键种keystone species:y生态系统中对于生物多样性和生态系统稳定性起重要作用的种类。如果它们消失或者
5、削弱，整个生态系统就可能发生根本性的变化高原鼠兔属于关键种它所挖掘的洞穴可以为许多小型鸟类和蜥蜴提供赖以生存的巢穴；对微生境造成干扰，从而引起植物多样性的增加；是草原上大多数中小型肉食动物和几乎所有猛禽的主要捕食对象；通过加速土壤循环过程对生态系统产生正效应；增加地表及地下（根部）生物量。Pika片段关键种z北美洲的狼z太平洋岛屿上的果蝠群落演替successionz定义：某一地段上一种生物群落被另一种生物群落所取代的过程。z按演替发生的起始条件y原生演替primary succession开始于原生裸地上的群落演替y次生演替secondary succession开始于次生裸地上的群落演替z
6、按演替起始的基质性质y水生演替hydrorarch succession开始于水体的演替，一般都发展到陆地群落y旱生演替xerarch succession从干旱基质上开始的演替，一般能够发展成水分适中的群落类型从干旱环境开始的原生演替系列z裸岩表现的生态环境异常恶劣：没有土壤，光照强，温差大，十分干燥z地衣植物阶段：y壳状地衣叶状地衣枝状地衣苔藓y微生物微小动物（螨）z苔藓植物阶段：y苔藓 积累土壤y螨等腐食性或植食性无脊椎动物极少的大型动物（驯鹿）从干旱环境开始的原生演替系列z草本植物阶段：y苔藓蕨类植物一年或二年生草本植物多年生草本植物y土壤微生物小型土壤动物植食性昆虫肉食性昆虫、蜘蛛大
7、型食草动物z灌木阶段y喜光阳性灌木吃浆果、栖灌木的鸟类中小型哺乳动物数量增多z乔木阶段y阳性乔木耐荫种类阳性灌木和草本植物消失大型动物定居从水体开始的原生演替系列z淡水湖泊只有在水深少于5-7米的湖底才开始有较大型的水生植物生长。z自由漂浮植物阶段：漂浮植物残体及矿质颗粒沉积z沉水植物阶段：5-7米水深处先锋植物群落轮藻属植物进一步抬升湖底，2-4米时，金鱼藻、狐尾藻、眼子菜、黑藻、茨藻等出现，湖底抬升速度加快z浮叶根生植物阶段：睡莲科和水鳖科出现，将沉水植物向水深处排挤，湖底抬升速度更快从水体开始的原生演替系列z直立水生植物阶段：芦苇、香蒲等。茂密的根茎使湖底迅速抬升出水面，开始表现陆生环境
8、特点z湿生草本植物阶段：在有机质丰富的潮湿环境中沼泽植物莎草科和禾本科中湿生种类开始生长。但水位的降低和地面蒸发，土壤很快干燥，湿生的草类亦很快地为旱生草类所代替z木本植物阶段：喜湿的灌木树木森林。由于树木的“水泵”作用，地下水位进一步降低。森林地被物（枯枝落叶、地表植被等改变土壤条件）演替顶级climaxz任何一类演替系列，虽然发展速度不同，最终结果是达到一个相对稳定的状态，这个终点被称为演替顶级或顶级群落。即生态系统在气候条件不变的情况下（排除季节性波动）趋向于达到的长期保持恒定的成熟状态。z恒定状态有两种y群落恒定性演替y周期性演替周期性演替z石楠群落石蕊（一种地衣）熊果石楠z斯匹次俾尔
9、根群岛的驯鹿波动周期为50-100年。y驯鹿种群密度过高（15-20头平方公里）冬季食物地衣被全部吃光驯鹿种群下降地衣恢复驯鹿种群恢复y驯鹿降低地衣数量永冻层土壤融化土壤矿物质增加维管植物生长z北美旅鼠数量顶峰植被破坏永冻层土壤融化土壤矿物质增加（磷）植物生长火生态学fire ecologyz火是自然界的一部分，就像风、雨和其他自然力量。野火wildfire是生态系统的特征之一，植物和动物都很好地适应和得宜于火。z火生态学是生态学的一个分枝，主要研究野火的产生、周期和发展。它探究火与活体生物及其环境之间的关系。火生态学fire ecologyz经过过去几十年的研究，生态学家总结了关于火的三个结
10、论：z森林和其他天火对于许多生态系统是常规的事件z火对这些生态系统基本上不会或不会长期造成破坏z火是必然的它们可以被延迟，但不会被消灭一些相关概念z火依赖fire dependence：一些植物种依赖于火来创造更适合其更新和生长的环境y短叶松 Jack Pine：球果并不释放成熟的种子，火发生时，球果保护种子不被破坏。当大部分植被被烧掉，使地面适于幼苗生长后，热量使球果暴开，种子被释放到地面。y一种甲虫能发现80公里以外的森林大火。雌甲虫将卵产在烧过的树上。它们侦探大火并用一个专门的器官，调到特别频率后才能探测到红外光。 南非的特有植被Fynbos南非的Fynbos特有植被中的Protea属植
11、物一些相关概念z火历史fire history：一个地理环境中火发生的频率。火伤疤fire scar可以作为火发生频率的证据z火特征fire regime：火强度、严重程度、频率、类型和植被群落z火适应fire adaptation：植物种类进化产生的在其生活史的各种阶段成功度过火期生存下来的能力。如抗火的树皮，球果晚熟，抗火的树叶，或快速生长，以及在易产生火的环境中发育出能够生存或兴旺的各种植物。火的影响z改变土壤营养和土壤温度z植物再生几乎在火发生后立即就开始z北方森林（加拿大）y火发生后的土地：火树（狭叶柳叶菜）fireweed, 棉花草cottongrass, bluejoint gr
12、assy几年后：灌木，小树如蓝梅blueberry, 白杨、柳树y10-30年后：树木，白桦、白杨、柳树、云杉y70-100年：云杉顶级群落y积累枯枝落叶，干燥，引发火灾火的影响z火对动物栖息地的影响要比对动物本身的影响大。z森林不同阶段养育着不同种类的野生动物y不同类型的鸟类和哺乳类需要不同类型的森林来提供食物和藏身处，这些地方通常可以在两种或更多种植物群落交接处找到，如云杉林/白桦林交界处y这些边缘可以通过火或其他的干扰来创造y小火比大火创造更多的这种边缘地带y大部分物种会在有多种栖息类型的森林中生存最好火的影响z许多野生动物在火发生后开始兴旺y在火发生地重新生长的植被为许多小型食种子类的
13、鸟类和哺乳类（如鼠和麻雀等）y这些动物的增加吸引捕食性的动物如狐狸、鹰和鼬类y被烧过的树为洞穴繁殖鸟类如隼、山雀提供繁殖地，啄木鸟以死树上生活的昆虫为生z自然生态系统从矮小的植物和灌木变成小或大一点的灌木时，森林中的野生动物也发生相应改变y鸟类有更多的繁殖地点y地面繁殖鸟和小型哺乳动物增多y有更多的捕食动物y浆果类植物兴旺为野生动物提供更多的食物火的影响z森林成熟为白桦、杨树和云杉时y草、小树和灌木消失，依赖这些物种的动物也转移到其他地方y出现一些新的动物类型z到完全成熟为云杉林时y针叶树能够养育动物的数量大大减少z自然火创造的各种森林类型的镶嵌植被，提供了植被多样性，因而也产生野生动物种类的
14、多样性黄石公园1988年的大火有控制的人工火prescribed firez精心规划的人工火，可 以达到同样的效果y增加植被多样性y增加动物物种多样性y控制虫灾y促进营养循环y控制外来入侵种z但是违背生态规律的 人工火，会导致许多负面效果y北方森林中人工火应该符合Jack Pine的生命周期，y选择适当的季节，如Jack Pine是秋季通过封山育林育草扩展天然生态系统z封闭退化森林有以下优点：缩短实现森林覆盖所需的时间，保护珍稀物种和增加森林的稳定性，投资小、效益高 。z在封闭条件下，中国南部森林可在810年后恢复，中国北部和西南高山区要1015年。z保持水土、控制和改善微气候、保护生物多样性
15、和维持大气平衡方面，人工林要比封闭森林逊色得多 通过封山育林育草扩展天然生态系统z内蒙古典型草原区，以冷蒿、针茅、羊草、冰草为主的退化草原，经过7年的自然恢复，生物量增加73%，禾草类和豆科植物比例明显增加，菊科类植物比例明显降低，草地质量明显提高z退化至冷蒿+小禾草阶段的草原生态系统经过约10年可以恢复到退化以前以针茅和羊草为主的草原群落生态恢复ecological restorationz通过人工方法，按照自然规律，恢复天然的生态系统。z“生态恢复生态恢复”的含义远远超出以稳定水土流失地的含义远远超出以稳定水土流失地域为目的种树，也不仅仅是种植多样的当地植物，域为目的种树，也不仅仅是种植多
16、样的当地植物，“生态恢复生态恢复”是试图重新创造、引导或加速自然是试图重新创造、引导或加速自然演化过程。演化过程。z生态恢复的目标不是要种植尽可能多的物种，而生态恢复的目标不是要种植尽可能多的物种，而是创造良好的条件，促进一个群落发展成为由当是创造良好的条件，促进一个群落发展成为由当地物种组成的完整生态系统。地物种组成的完整生态系统。或者说目标是为当地的各种动物提供相应的栖息环境。框架物种方法framework species methodz建立一个或一群物种，作为恢复生态系统的基本框架。z这些物种通常是植物群落中的演替早期阶段（或称先锋）物种或演替中期阶段物种。这个方法的优点是只涉及一个（或少数几个）物种的种植，生态系统的演替和维持依赖于当地的种源（或称“基因池”）来增加物种和生命，并实现生物多样性。z这种方法最好是在距离现存天然生态系统不远的地方使用，例如保护区的局部退化地区恢复，或在现存天然斑块之间建立联系和通道的时候。应用物种框架方法的物种选择标准应用物种框架方法的物种选择标准z抗逆性强：抗逆性强：能够适应退化环境的恶劣条件。z能能够够吸吸引引野野生生动动物物：叶、花或种子能够
