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第三节
生态系统恢复

一、恢复生态学的产生与研究现状

人类在改造和利用自然的过程中,伴随着对自然环境产生的负面影响,长期的工业污染、大规模的森林砍伐以及将大范围的自然生境逐渐转变成农业和工业景观,形成了以生物多样性低、功能下降为特征的各式各样的退化生态系统。生态恢复是保证经济可持续发展的需要,更是人类生存的需要由此,恢复生态学应运而生,并成为生态学界乃至政府部门关注的焦点。

恢复生态学是Aber和Jordan两位英国学者于1985年提出的。按照美国生态恢复学会(Society for Ecological Restoration)的详细定义,生态恢复是帮助生态整体(Ecological Integrity)恢复和管理的过程,生态整体包括生物多样性、生态过程和结构、区域、历史的环境以及可持续的耕作实践等的临界变异范围。国际权威杂志Science曾设专栏讨论生态恢复在当今生态学研究领域的发展、作用和前景,肯定了恢复生态学理论和实践在停止和恢复退化土地的出现而伴随的生物多样性急剧下降的作用,认为生态恢复必将为人们提供如何组建生态群落和认识生态系统功能动态的途径。美国恢复生态学会在1998年召开的年会中安排了三个报告:生态恢复的教育、牧场的生态恢复和跨越边界的生态恢复。第一次把生态恢复教育摆在非常重要的位置,强调在大众中进行恢复生态学教育的重要性和紧迫性。许多恢复生态学工作者越来越认识到,恢复生态学的研究工作不但有助于生态学家认识生态系统的基本结构和功能,而且还能有效地改变普通公民的生态意识和对环境的态度,并了解人类应如何与自然界建立良好的互惠关系。环境生态恢复的实践是教育和学习最有效的工具。恢复生态学的迅速发展及该学科与人类经济、社会及文化活动密切相关的特点,吸引了越来越多其他学科的学者加入该领域,从而推动了该学科的更快发展。恢复生态学在不同的生命系统层次上的研究,除发展了该学科的理论外,还突出了其显著的应用特征退化生态系统的恢复无论对改善区域环境,还是对生态系统生产力的提高均有极其重大的意义。

二、生态系统恢复与重建的原则与途径

外国学者对生态恢复的解释主要有3种观点。

一是强调受损的生态系统要恢复到理想的状态,美国自然资源委员会的观点具有代表性,他们认为使一个生态系统回复到较接近其受干扰前的状态,即为生态恢复。

二是强调其应用生态学过程,如Bradshaw认为生态恢复是有关理论的一种“酸性试验(acid test或译为严密验证)”,它研究生态系统自身的性质、受损机理及修复过程。

三是生态整合性恢复。

国际恢复生态学会(Society for Ecological Restoration)提出,生态恢复是帮助研究生态整合性的恢复和管理过程的科学,生态整合性包括生物多样性以及生态过程、结构、区域及其历史情况,可持续的社会实践等广泛的范围”。

在国内,章家恩等认为所谓生态恢复与重建是指根据生态学原理,通过一定的生物、生态以及工程的技术与方法,人为地改变和切断生态系统退化的主导因子或过程,调整、配置和优化系统内部及其与外界的物质、能量和信息的流动过程及其时空秩序,使生态系统的结构、功能和生态学潜力尽快地成功地恢复到一定的或原有的乃至更高的水平。许木启等则认为恢复被损害生态系统到接近于干扰前的自然状况的管理与操作过程,即重建该系统干扰前的结构与功能及有关的物理、化学和生物学特征。

退化生态系统恢复与重建的须有明确的思路,应当包括恢复与重建的目标、原则和方法几个步骤:

1.退化生态系统恢复与重建的基本目标和要求

1)实现生态系统的地表基底稳定性,因为地表基底(地质地貌)是生态系统发育与存在的载体,基底不稳定(如滑坡),就不可能保证生态系统的持续演替与发展;

2)恢复植被和土壤,保证一定的植被覆盖率和土壤肥力;

3)增加种类组成和生物多样性;

4)实现生物群落的恢复,提高生态系统的生产力和自我维持能力;

5)减少或控制环境污染;

6)增加视觉和美学享受。

2.生态系统的恢复与重建

退化生态系统的恢复与重建要求在遵循自然规律的基础上,通过人类的作用,根据技术上适当、经济上可行、社会能够接受的原则,使退化生态系统向有益于人类生存与生活的方向演变。生态恢复与重建的原则一般包括:

生态学原则:

(1)生态演替原理。演替指植物群落更替的有序变化发展过程。演替的过程和方向决定于外界因子对植物群落的作用、植物群落自身对环境作用的响应变化、群落中的植物组成、植物繁殖体的散布和群落中植物之间的相互作用等因素。演替按发展方向可分为 进展演替 逆行演替 两类,简单而稀疏的植被发展到森林群落称为 进展演替 ;当受到干扰和破坏后,森林群落又发展到稀疏植被、灌丛,甚至裸地,称 逆行演替 。逆行演替导致植被结构破坏,引起功能退化和环境退化。因而,恢复和重建植被必须遵循生态演替规律,促进进展演替,重建其结构,恢复其功能。在选择物种时,考虑选择处于进展演替前一阶段的某些物种,加快演替进程。消除干扰和破坏,将植被恢复和重建的人工植物群落建立在进展演替的基础上。

(2)共生原理。共生是指不同物种的有机体或系统合作共存。 共生结果 是使所有共生者都大大节约了物质能量,减少了浪费和损失,使系统获得多重效益,共生者之间差异越大,系统多样性越高,共生效益也越大。另一种 共生方式 是附生。第三种 共生关系 是双方适应性增强的附着关系,彼此间不存在接触,其结果表现为双方共益或群体增益。

在对退化生态系统进行恢复和重建时,应充分利用共生原理进行物种选择、群落模式配置及种间关系的协调等。同时根据共生原理,应重视边缘交叉地带,积极创造具有共生关系的正边缘效应,尽可能避免他感作用(异株克生)等负的边缘效应。

(3)生态适应性和适宜性原理。物种的选择是植被恢复和重建的基础,也是人工植物群落结构调控的手段。物种的生态学特性决定他正常生长发育要求具备一定的生态条件,仅能分布在一定的区域范围内,即具有生态适应性。同时,物种需具有一定的功能价值,或有突出的经济功能,或有突出的生态功能,或二者兼备,即具有适宜性。因此,选择物种时既必须遵循生态适应性原理,作到适地适树;又必须遵从适宜性原理,引入符合人们特定重建愿望的物种,这是植被恢复和重建的关键。生态位原理,生态位是指某一种群存在的条件。一定的种群要求一定的生态位,反过来,一个生态位只能容纳一个特定规模的生物种群。群落越复杂,其生态位数目增多,物种多样性也增多,相应的空白生态位数目减少。应用生态位原理,引入适宜的物种,不但可填补空白生态位,而且可增强群落的稳定性和生物多样性,提高群落的生产力。系统整体功能最优原理自然生态系统是一个不断与外界进行物质和能量交换的自组织系统,系统论原理表明,系统的整体功能效益远远大于各要素的功能效益之和。因此,在恢复与重建退化生态系统时,要通过各种措施调整系统内各要素,协调种内、种间以及植物与环境之间的关系,加快植被恢复与重建的步伐。

社会经济技术原则:

社会经济技术条件是生态恢复重建的后盾和支柱,在一定尺度上制约着恢复重建的可能恢复程度与恢复水平。因此,恢复重建计划的制定必须充分考虑经济条件、技术上是否简便实用,以及能否最大限度的满足当地人民群众的需要。

(1)经济可行性原则。退化生态系统的恢复与重建是生态环境建设的重要组成部分,需要大量的资金投入,因此,应考虑当前经济的承受能力及生态恢复的经济收益和收益周期,这是生态恢复与重建工作中十分现实而又为人们所关心的问题,毕竟获取最大的经济效益是生态恢复的重要目标之一。

(2)技术可操作性原则。由于退化生态系统的类型、退化阶段、退化过程及其退化机理的差异性和复杂性,其恢复重建的技术措施也将不同。应因地制宜,具体问题具体分析,在长期定位试验研究的基础上,总结经验,组装出具有可操作性的技术体系和恢复重建模式。社会可接受原则根据不同的社会、经济、文化与生活需要,人们往往会对不同退化生态系统的恢复目标有不同的要求。同时,由于对某些生态系统的退化机理和生态过程还缺乏系统研究,对其能够恢复的水平、程度难以预估。所以,在制定恢复重建目标时,应实事求是,综合分析,以满足人民群众的基本需求为目标。

(3)可持续发展原则。退化生态系统的恢复与重建是一项长期的工作,必须坚持可持续发展的原则,既要有短期安排,又要有长期打算;既要通过长期定位观测试验寻求在理论和实践中具有可操作性的恢复重建模式,又要加强其示范与推广和后续的动态监测与评价。同时,要把恢复与重建工作纳入当地社会经济可持续发展规划,促进社会、经济和生态环境的协调发展。生物、生态与工程技术相结合原则,恢复生态学就是一门多学科交叉的综合应用学科,因此,在恢复重建退化生态系统时,必须坚持生物、生态与工程技术相结合的原则,充分利用各自的优点,进行组装配套,使恢复重建的整体效益达到最佳。

3.不同类型、不同程度的退化生态系统

不同类型不同程度的退化生态系统,对其恢复方法亦不同。从生态系统的组成成分角度看,主要包括 生物 非生物系统 的恢复。 生物系统 的恢复技术包括植被、消费者和分解者的重建技术和生态规划技术的应用。 非生物系统 的恢复技术包括水体恢复技术、土壤恢复技术和空气恢复技术。在生态恢复实践中,同一项目可能会应用上述多种技术。

很显然,无能采用哪些生态系统修复的理论指导和技术应用,最为关键的是要对生态系统修复设置合适的目标体系。即作为生态系统管理的一种特殊情形,退化生态系统修复的过程是通过特定的技术措施和政策保障,实现其生态系统恢复的目标。根据生态系统演替理论,生态系统退化,即生态系统进入了一个逆向的演替过程。而生态系统修复的目标就是要引导逆向演替的生态系统,改变其演替方向,向气候顶级群落方向演替。但是,生产实践已经证明,气候的顶级群落不一定是最大满足人类需求的生态系统状态。所以在设置生态系统修复的目标制定中,往往除考虑生态系统自然属性,特别是其生态平衡和稳定性方面外,还要考虑到社会经济发展对生态系统服务能力的需求,在不破坏生态系统平衡的前提下,能够最大限度地满足社会经济发展的需要。而这种满足社会发展需要的稳定的生态系统状态,即生态系统的“社会发展顶级群落”,是制定生态修复目标的目标标准。

以上提出的退化生态系统修复的原则主要侧重于该问题的技术层面,能够应用于局部退化生态系统修复,且这些类型的退化生态系统往往有清晰地责任主体,导因和结果之间的关系明确,容易界定责任和利益关系。所以,这些技术在如采矿迹地等工业生产造成的退化生态系统修复能够起到很大作用。而现实生活中,生态系统退化的成因复杂,规模和深度差异很大。大规模退化生态系统的修复问题远比上面讨论的技术原则复杂。关于大规模退化生态系统修复问题,将在下章详细讨论。 HC4NK3acaLW3HL0cJmwLzuDMnVPHGLhlDO78KfQOltj7L50zs4ziteTOU3wZJWqf

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