中国农业大学：《草地生态学》课程教学课件（PPT讲稿）第八章 草地恢复生态学

第八章 草地恢复生态学

第八章 草地恢复生态学

第一节恢复生态学的涵义及溯源 (一)历史沿革 恢复生态学(Restoration ecology)研究起源于l00多年前的 山地、草原、森林和野生生物等自然资源的管理研究，Phipps于 1883年出版了森林再造的专著，Leopold(1935)和他的助手在 Wisconsin大学的植物园恢复了一个24hm2的草场，这是生态恢复 较早的、较成功的的一个经典实验；随后他发现了或在维持及管 理草场中的重要性，他认为生态恢复只是恢复的第一步，一个生 态系统应该保持其整体型、完整性和生物群体的每理性就是好的， 据此，它在1943年还提出了土壤健康(Land health)的的概念。 1935年Clements发表了“实验生物学为公共服务”的学术论文， 阐明了生态学可用于包括土地恢复在内的广泛领域

第一节 恢复生态学的涵义及溯源 （一）历史沿革 恢复生态学( Restoration ecology )研究起源于100多年前的 山地、草原、森林和野生生物等自然资源的管理研究，Phipps于 1883年出版了森林再造的专著，Leopold(1935)和他的助手在 Wisconsin大学的植物园恢复了一个24hm2的草场，这是生态恢复 较早的、较成功的的一个经典实验；随后他发现了或在维持及管 理草场中的重要性，他认为生态恢复只是恢复的第一步，一个生 态系统应该保持其整体型、完整性和生物群体的每理性就是好的， 据此，它在1943年还提出了土壤健康（Land health）的的概念。 1935年Clements发表了“实验生物学为公共服务”的学术论文， 阐明了生态学可用于包括土地恢复在内的广泛领域

50≈60年代，欧洲、北美、亚洲一些国家以及中国都注意到了 各自的生态环境间题，开展了一些工程生物措施相结合的矿山、 水体和水土流失等环境恢复和治理工程，并积累了一些相当丰富 的经验和成效。从60年代起，联合国教科文组织“人与生物圈计 划”(MAB),其中心议题与宗旨就是运用生态学的理论和方法， 研究人与环境的相互关系，特别是人类活动对生态系统的影响， 以及在人类影响下资源的管理、利用与恢复。 70年代以后，欧美的一些国家由于工业的发展，水体污染带 来的问题日益严重，寻求这方面的治理方法和技术便成为研究热 点，在此期间，虽然有部分国家开始定位观测和研究，但始终未 能深入到机理层面。Farnworth在多年对热带雨林研究的基础上， 于1973年正式提出了有关该方面的9个方向及研究方法。与此同 时，日本的宫肋照利用植被演替的理论在一些城市开展了建设生 态保护林的研究，人工促进森林的快速恢复。1975年在美国召 开了“受损生态系统的恢复”国际研讨会，与会的几百名专家学 者就受损生态系统恢复的相关机理、方法、管理等进行了探讨这 是一次具有里程碑式的生态恢复会议

50～60年代，欧洲、北美、亚洲一些国家以及中国都注意到了 各自的生态环境问题，开展了一些工程生物措施相结合的矿山、 水体和水土流失等环境恢复和治理工程，并积累了一些相当丰富 的经验和成效。从60年代起，联合国教科文组织“人与生物圈计 划”(M A B)，其中心议题与宗旨就是运用生态学的理论和方法， 研究人与环境的相互关系，特别是人类活动对生态系统的影响， 以及在人类影响下资源的管理、利用与恢复。 70年代以后，欧美的一些国家由于工业的发展，水体污染带 来的问题日益严重，寻求这方面的治理方法和技术便成为研究热 点，在此期间，虽然有部分国家开始定位观测和研究，但始终未 能深入到机理层面。Farnworth在多年对热带雨林研究的基础上， 于1973年正式提出了有关该方面的9个方向及研究方法。与此同 时，日本的宫肋照利用植被演替的理论在一些城市开展了建设生 态保护林的研究，人工促进森林的快速恢复。1975年在美国召 开了“受损生态系统的恢复”国际研讨会，与会的几百名专家学 者就受损生态系统恢复的相关机理、方法、管理等进行了探讨这 是一次具有里程碑式的生态恢复会议

1980年Cairns主编了《受损生态系统的恢复过程》一书，该书 从不同角度探时了不同角度受损生态系统恢复过程中重要的生态学 理论和应用问题。就在这二年，Brandshaw和Chdwick出版了 <Restoration of land,the Ecology and Reclamation of derelict and Degraded land》,l983年在美国召开了“午扰与生态系统” 国际研讨会，探讨了干扰度生态系统各个层次的影响，1984年在美 国威斯康星大学成立了恢复生态学研时会，强调了生态恢复中的理 论与实践统一问题，并提出了恢复生态学在自然资源保护与开发利 用中的桥梁作用。美国于1985年成立“恢复地球组织”，并相继开 展了森林、草地、海岸带、矿迹地、流域、湿地等生态系统的恢复 实践。1991年在澳大利亚举行了“热带退化林地的恢复”国际研讨 会，1993年在香港举行了“华南退化坡地恢复与利用”国际研讨会 1996年，在瑞士召开了第一届世界恢复生态学大会，大会强调了恢 复生态学的学科地位、恢复技术、学科链接以及恢复过程中的经济 与社会内容的重要性等，从此以后，每年召开一次国际恢复生态学 研讨会成为惯例

1980年Cairns主编了《受损生态系统的恢复过程》一书，该书 从不同角度探讨了不同角度受损生态系统恢复过程中重要的生态学 理论和应用问题。就在这一年，Brandshaw 和Chdwick出版了 《Restoration of land, the Ecology and Reclamation of derelict and Degraded land》，1983年在美国召开了“干扰与生态系统” 国际研讨会，探讨了干扰度生态系统各个层次的影响，1984年在美 国威斯康星大学成立了恢复生态学研讨会，强调了生态恢复中的理 论与实践统一问题，并提出了恢复生态学在自然资源保护与开发利 用中的桥梁作用。美国于1985年成立“恢复地球组织”，并相继开 展了森林、草地、海岸带、矿迹地、流域、湿地等生态系统的恢复 实践。1991年在澳大利亚举行了“热带退化林地的恢复”国际研讨 会，1993年在香港举行了“华南退化坡地恢复与利用”国际研讨会。 1996年，在瑞士召开了第一届世界恢复生态学大会，大会强调了恢 复生态学的学科地位、恢复技术、学科链接以及恢复过程中的经济 与社会内容的重要性等，从此以后，每年召开一次国际恢复生态学 研讨会成为惯例

我国的恢复生态学研究始于20世纪50~60年代，代表性的的 工作有广东热带沿海侵蚀台地上开展的退化生态系统的植被恢复技 术与机制研究，沙漠治理与植被固沙研究，南方红壤恢复与综合利 用，湖泊生态系统恢复研究，高寒地区退化草甸的恢复与重 建研究，红树林恢复与重建试验，羊草草原的演替与恢复 重建，海南岛热带林地的植被恢复，废弃矿地和垃圾场的 恢复对策研究等，近年来，在公路、铁路护坡植被恢复重 建研究，特别是青藏高原铁路沿线植被的恢复重建方面进 行了大量研究。20世纪90年代以来国内先后出版了《热 带亚热带退化生态系统的植被恢复生态学研究》、《中国 退化生态系统研究》、《恢复生态学导论》、 《恢复中国 的天然植被》、《恢复生态学》、《退化草地植被的恢复 与重建技术》《热带亚热带恢复生态学研究与实践》等， 初步构筑了适合中国国情的恢复生态学研究的理论框架和 方法体系

我国的恢复生态学研究始于20世纪50～60年代，代表性的的 工作有广东热带沿海侵蚀台地上开展的退化生态系统的植被恢复技 术与机制研究，沙漠治理与植被固沙研究，南方红壤恢复与综合利 用，湖泊生态系统恢复研究，高寒地区退化草甸的恢复与重 建研究，红树林恢复与重建试验，羊草草原的演替与恢复 重建，海南岛热带林地的植被恢复，废弃矿地和垃圾场的 恢复对策研究等，近年来，在公路、铁路护坡植被恢复重 建研究，特别是青藏高原铁路沿线植被的恢复重建方面进 行了大量研究。20世纪90年代以来 国内先后出版了《热 带亚热带退化生态系统的植被恢复生态学研究》、《中国 退化生态系统研究》、《恢复生态学导论》、《恢复中国 的天然植被》、《恢复生态学》、《退化草地植被的恢复 与重建技术》《热带亚热带恢复生态学研究与实践》等， 初步构筑了适合中国国情的恢复生态学研究的理论框架和 方法体系

第二节恢复生态学研究的对象与内容 (一)研究对象 恢复生态学(restoration ecology)是一门关于生态恢复的学科，是 研究生态系统退化的原因、退化生态系统恢复与重建的方法、生态学过程 与机理的科学。而恢复生态学的研究对象，是那些在自然灾变和人类干扰 压力条件下受到破坏的自然生态系统恢复与重建问题。由于这些受损的生 态系统己经或将要影响到人类的生产与生活，因而具有强烈的应用背景和 发展前景。从恢复生态学的研究对象来看，生态恢复的过程更强调的是人 的主观能动性。 (二)主要研究内容 生态恢复是相对于退化生态系统而言的，但涉及的研究较为广泛，主 要研究内容包括退化生态系统的类型与分布，退化的过程与原因，恢复的 步骤与技术方法、结构与功能机制等。通常欲恢复退化的或者受损的生态 系统，最主要的是如何设计或建立合理的生态组分（种类丰富度及多度）、 结构（植被和土壤的垂直结构）、格局（生态系统成分的空间安排）、异 质性（各组分有多个变量组成）和功能（诸如水、能量、物质流动等基本 生态过程的表现)

第二节 恢复生态学研究的对象与内容 （一）研究对象 恢复生态学（restoration ecology）是一门关于生态恢复的学科，是 研究生态系统退化的原因、退化生态系统恢复与重建的方法、生态学过程 与机理的科学。而恢复生态学的研究对象，是那些在自然灾变和人类干扰 压力条件下受到破坏的自然生态系统恢复与重建问题。由于这些受损的生 态系统已经或将要影响到人类的生产与生活，因而具有强烈的应用背景和 发展前景。从恢复生态学的研究对象来看，生态恢复的过程更强调的是人 的主观能动性。 （二）主要研究内容 生态恢复是相对于退化生态系统而言的，但涉及的研究较为广泛，主 要研究内容包括退化生态系统的类型与分布，退化的过程与原因，恢复的 步骤与技术方法、结构与功能机制等。通常欲恢复退化的或者受损的生态 系统，最主要的是如何设计或建立合理的生态组分（种类丰富度及多度）、 结构（植被和土壤的垂直结构）、格局（生态系统成分的空间安排）、异 质性（各组分有多个变量组成）和功能（诸如水、能量、物质流动等基本 生态过程的表现）

恢复生态学涉及的方面较多，是一门整合性较强的学科，也是 个复杂的系统工程，许多生态学理论均可以在这一个过程中得 到检验和完善，因此有人又称其为“综合生态学”。它的学科理 论和研究方法大多来自于生物学、地学、经济学、数学、社会学 等自然科学，以及工程学、林学、农学、草学、环境学、海洋学 等应用学科。生态恢复的过程和机制研究，必须从不同的层次上 来进行，包括宏观的的生物圈、景观水平到微观的分子水平。但 是要有效地进行生态恢复，首先是要保护当前的自然生态系统， 了解其结构、功能与演替的动态过程，因为保护并理解自然生态 系统在生态恢复中具有重要的参考价值；其次是对现有的退化生 态系统进行生态恢复，尤其是那些有人类关系密切的生态系统： 第三是对现有的生态系统进行合理管理，避免出现新的退化；第 四是保持区域文化的可持续发展，以及保持景观层次的整合性、 生物多样性及良好的生态环境等

恢复生态学涉及的方面较多，是一门整合性较强的学科，也是 一个复杂的系统工程，许多生态学理论均可以在这一个过程中得 到检验和完善，因此有人又称其为“综合生态学”。它的学科理 论和研究方法大多来自于生物学、地学、经济学、数学、社会学 等自然科学，以及工程学、林学、农学、草学、环境学、海洋学 等应用学科。生态恢复的过程和机制研究，必须从不同的层次上 来进行，包括宏观的的生物圈、景观水平到微观的分子水平。但 是要有效地进行生态恢复，首先是要保护当前的自然生态系统， 了解其结构、功能与演替的动态过程，因为保护并理解自然生态 系统在生态恢复中具有重要的参考价值；其次是对现有的退化生 态系统进行生态恢复，尤其是那些有人类关系密切的生态系统； 第三是对现有的生态系统进行合理管理，避免出现新的退化；第 四是保持区域文化的可持续发展，以及保持景观层次的整合性、 生物多样性及良好的生态环境等

作为生态学的一个重要分支学科，恢复生态学与生态学之间 既有相同点，也存在着某些方面的差异，是整体与个体、普遍与 般的关系。他们的相同之处都是以生态系统作为基本研究单位 且有许多共同的理论和方法；二者区别在于生态学更强调自然性 和理论性，而恢复生态学则强调人为干扰及其应用性。现代的恢 复生态学研究内容和范围都有了新的拓展，除了传统生态系统的 结构、功能以及生态系统的内在过程与机制研究以外，更加注重 对生态系统的健康诊断及可持续性，生态系统的稳定性、多样性， 元逆性、生产力，干扰响应机制及先锋与顶级生态系统的发生、 发展机理与演替规律的研究，生态系统退化过程的动态监测、模 拟、预警、预测及评价指标体系研究。在应用方面则注重退化生 态系统恢复与重建的关键技术体系研究，生态系统的结构与功能 的优化配置与重构及其调控技术研究，物种与生物多样性的恢复 与维持技术，生态工程设计与实施技术，环境规划与景观生态规 划技术，典型退化生态系统的优化模式试验示范与推广研究等

作为生态学的一个重要分支学科，恢复生态学与生态学之间 既有相同点，也存在着某些方面的差异，是整体与个体、普遍与 一般的关系。他们的相同之处都是以生态系统作为基本研究单位， 且有许多共同的理论和方法；二者区别在于生态学更强调自然性 和理论性，而恢复生态学则强调人为干扰及其应用性。现代的恢 复生态学研究内容和范围都有了新的拓展，除了传统生态系统的 结构、功能以及生态系统的内在过程与机制研究以外，更加注重 对生态系统的健康诊断及可持续性，生态系统的稳定性、多样性、 抗逆性、生产力，干扰响应机制及先锋与顶级生态系统的发生、 发展机理与演替规律的研究，生态系统退化过程的动态监测、模 拟、预警、预测及评价指标体系研究。在应用方面则注重退化生 态系统恢复与重建的关键技术体系研究，生态系统的结构与功能 的优化配置与重构及其调控技术研究，物种与生物多样性的恢复 与维持技术，生态工程设计与实施技术，环境规划与景观生态规 划技术，典型退化生态系统的优化模式试验示范与推广研究等

第三节恢复生态学的基本理论 (一)退化生态系统 生态系统的结构和功能在干扰的作用下发生位移(displacement), 位移的结果打破了原有生态系统的平衡状态，使系统的结构和功能 发生变化或者出现障碍，形成破坏性波动或恶性循环，这样的生态 系统则被称为受害生态系统(damaged ecosystem)或者是退化生 态系统(degraded ecosystem)。实际上，生态系统时刻都在发生 变化，这种变化既有正向的也有负向的，但是其动态发展在与结构 的演替变化，而结构的变化最终引起功能的变化，如物种组成、各 种速率过程、复杂程度和随时间推移而变化的组分变化，相应结构 变化的物质循环和能量流动等功能动态平衡，正常的生态系统是生 物群落与自然环境取得平衡位置作一定范围的波动，或者是围绕某 一阈值振动，而当外界的干扰超过系统的这一阈值，并有一定的时 空特征，就会引起整个生态系统的变化，这也正是我们经常用到的 演替理论。因此从某种意义上讲，退化过程是一种逆行演替过程， 尽管有时这一过程与正向演替并非相悖吻合

第三节 恢复生态学的基本理论 (一)退化生态系统 生态系统的结构和功能在干扰的作用下发生位移（displacement）， 位移的结果打破了原有生态系统的平衡状态，使系统的结构和功能 发生变化或者出现障碍，形成破坏性波动或恶性循环，这样的生态 系统则被称为受害生态系统（damaged ecosystem）或者是退化生 态系统（degraded ecosystem）。实际上，生态系统时刻都在发生 变化，这种变化既有正向的也有负向的，但是其动态发展在与结构 的演替变化，而结构的变化最终引起功能的变化，如物种组成、各 种速率过程、复杂程度和随时间推移而变化的组分变化，相应结构 变化的物质循环和能量流动等功能动态平衡，正常的生态系统是生 物群落与自然环境取得平衡位置作一定范围的波动，或者是围绕某 一阈值振动，而当外界的干扰超过系统的这一阈值，并有一定的时 空特征，就会引起整个生态系统的变化，这也正是我们经常用到的 演替理论。因此从某种意义上讲，退化过程是一种逆行演替过程， 尽管有时这一过程与正向演替并非相悖吻合

退化生态系统形成的原因极为复杂，既有人为因素也 有自然因素，因此，退化生态系统的类型繁多，主要有以 下几种类型：(1)森林采伐迹地，这是由于人为于扰所 造成的退化类型，其退化状态岁采伐强度和频度而已： (2)退化草地，由于过度放牧、盲目开垦、滥挖滥搂及 其它一些不合理利用方式所导致；(3)弃耕地，是人类 对自然植被的破坏性干扰类型，其退化状态随弃耕的时间 面异；(4)采矿废弃地，是指为采矿活动所破坏的、非 经治理而无法使用的土地；(5)沙漠化土地，也是由于 人类的不合理利用或者气候变化所引起的；(6)裸地， 有原生裸地和次生裸地，通常是由潮湿、干旱、盐渍化、 有机质缺乏、基质强度移动等极端条件所造成的。此外， 还有一些其他退化生态系统类型，如退化湿地、湖泊、江 河及城市垃圾堆放场等

退化生态系统形成的原因极为复杂，既有人为因素也 有自然因素，因此，退化生态系统的类型繁多，主要有以 下几种类型：（1）森林采伐迹地，这是由于人为干扰所 造成的退化类型，其退化状态岁采伐强度和频度而已； （2）退化草地，由于过度放牧、盲目开垦、滥挖滥搂及 其它一些不合理利用方式所导致；（3）弃耕地，是人类 对自然植被的破坏性干扰类型，其退化状态随弃耕的时间 而异；（4）采矿废弃地，是指为采矿活动所破坏的、非 经治理而无法使用的土地；（5）沙漠化土地，也是由于 人类的不合理利用或者气候变化所引起的；（6）裸地， 有原生裸地和次生裸地，通常是由潮湿、干旱、盐渍化、 有机质缺乏、基质强度移动等极端条件所造成的。此外， 还有一些其他退化生态系统类型，如退化湿地、湖泊、江 河及城市垃圾堆放场等