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生态恢复20世纪60年代以来,全球变化、生物多样性丧失、资源枯竭以及生态破坏和环境污染等已严重威胁人类社会的生存和发展 。因此,如何保护现有的自然生态系统,整治与恢复退化的生态系统,重建可持续的人工生态系统,成为当今人类面临的重要任务 。途径退化生态系统恢复的指标是多方面的,但最主要的是土壤肥力的恢复和物种多样性的恢复 。遵循两个模式途径:(一)当生态系统受害是不超负荷,并且是可逆的情况下,压力和干扰被移去后,恢复可在自然过程中发生 。如在中国科学院海北高寒草甸生态系统开放试验站,对退化草场进行围栏封育,几年之后草场就得到了恢复 。(二)是生态系统的受害是超负荷的,并发生不可逆变化,只依靠自然过程并不能使系统恢复到初始状,必须依靠人的帮助,必要时还须用非常特殊的方法,至少要使受害状态得到控制 。例如在沙化和盐硷化非常严重的地区,依靠自然演替恢复到原始状态是不可能的 。我们可以引进适合当地气候的草种、灌木等,进行人工种植,增加地面的植被覆盖,在此基础上再进行更进一步的改良 。概念说明生态恢复研究的目标是通过人工设计和恢复措施,在受干扰破坏的生态系统的基础上,恢复和重新建立一个具有自我恢复能力的健康的生态系统(包括自然生态系统、人工生态系统和半自然半人工生态系统);同时,重建和恢复的生态系统在合理的人为调控下,既能为自然服务,长期维持在良性状态,又能为人类社会、经济服务,长期提供资源的可持续利用,即服务于包括人在内的整个自然界和人类社会 。生态恢复是恢复生态学研究的基本内容,其概念源于生态工程或生物技术,但由于研究的着眼点、研究角度以及退化生态系统的不同,对生态恢复的理解也有一定的差异,以至出现了多种关于生态恢复的定义和说法 。生态恢复主要研究生态系统退化的原因、退化生态恢复与重建的技术与方法、生态学过程与机理,主要目的是通过改良和重建退化自然生态系统,恢复其生物学潜力 。它主要致力于那些在自然灾变和人类活动压力下受到破坏的自然生态系统的恢复与重建,是最终检验生态学理论的判决性试验 。其研究内容主要涉及两个方面:一是对生态系统退化与恢复的生态学过程,包括各类退化生态系统的成因和驱动力、退化过程、特点等的研究;二是通过生态工程技术对各种退化生态系统恢复与重建模式的试验示範研究,恢复受损生态系统到接近于它受干扰前的自然状态,也即,重建该系统干扰前的结构与功能有关的物理、化学和生物学特徵 。
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生态恢复 实施方法生态恢复的方法有物种框架方法和最大多样性方法 。物种框架方法是指建立一个或一群物种,作为恢复生态系统的基本框架 。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 。因此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繫和通道时採用 。
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生态恢复套用物种框架方法的物种选择标準:抗逆性强:这些物种能够适应退化环境的恶劣条件 。能够吸引野生动物:这些物种的叶、花或种子能够吸引多种无脊椎动物(传粉者、分解者)和脊椎动物(消费者、传播者) 。再生能力强:这些物种具有“强大”的繁殖能力,能够帮助生态系统通过动物(特别是鸟类)的传播,扩展到更大的区域 。能够提供快速和稳定的野生动物食物:这些物种能够在生长早期(2-5年)为野生动物提供花或果实作为食物,而且这种食物资源是比较稳定的和经常性的 。最大多样性方法是儘可能地按照该生态系统退化以前的物种组成及多样性水平种植物种进行恢复,需要大量种植演替成熟阶段的物种,先锋物种被忽略 。这种方法适合于小区域高强度人工管理的地区,例如城市地区和农业区的人口聚集区 。这种方法要求高强度的人工管理和维护,因为很多演替成熟阶段的物种生长慢,而且经常需要补植大量植物,因此需要的人工比较多 。採用最大多样性方法,一般生长快的物种会形成树冠层,生长慢的耐荫物种则会等待树冠层出现缺口,有大量光线透射时,迅速生长达到树冠层 。因此可以配种10%左右的先锋树种,这些树种会很快生长,为怕光直射的物种遮挡过强的阳光,等到成熟阶段的物种开始成长,需要阳光的时候,选择性地砍掉一些先锋树,砍掉的这些树需要保留在原地,为地表提供另一种覆盖 。留出来的空间,下层的树木会很快补充上去,过大的空地还可以补种一些成熟阶段的物种 。最大多样性方法是儘可能地按照该生态系统退化以前的物种组成及多样性水平种植多样物种进行恢复 。例子矿区生态破坏与重建1.矿区生态破坏的类型矿区根据其产品可以分为冶金矿区(黑色金属、有色金属、稀土元素等)和非金属矿区(煤矿、石料、陶土)等 。矿区的开採方式可以分为露天开採和地下开採 。主要通过以下三个方面造成生态破坏:● 开採活动的直接破坏;● 废弃物堆置造成的破坏;● 废弃物中酸性、硷性或重金属成分,通过径流或大气污染造成周围环境污染 。根据所受影响的不同,矿区生态破坏可以分为三种类型,即景观破坏型、环境质量破坏型和生物群落破坏型 。2.矿区废弃地的生态重建矿区废弃地重建的目标有两个,一是建立一个与当地自然界相和谐的人工生态系统,二是原来自然生态系统的恢复与再造 。具体的措施涉及工程措施、植被恢复、生态系统的功能设计等方面 。植被恢复和生态系统的功能设计必须考虑当地的自然条件 。如处于暖温带阔叶林带南部的安徽淮北地区利用塌陷地养鱼、种藕,这些措施在草原区的赤峰一带显然是不能实现的 。露天矿的开垦往往直接剥离土壤层,在开採后再回填,植被的演替规律对于回填区植被恢复和作物配置具有重要的意义 。我国採掘业占用土地3000万亩,排放煤矸石、粉煤灰等固体废弃物74亿吨以上,占压耕地120余万亩 。我国的治理面积只有6%,而美国则达到85%,西欧达到50-60%,矿区废弃地的治理在我国仍有大量工作要做 。沙化的防治在第七章中提到荒漠化是由于自然和人为因素引起的乾旱、半乾旱和半湿润地区的土地退化 。沙化是荒漠化最主要的一种类型 。随着人类的过度放牧,原来被植被覆盖的固定沙丘上植被盖度下降,固定沙丘变成半流动甚至流动沙丘 。此外,在风力作用下,原来没有被沙丘覆盖的区域逐渐被流沙所覆盖,这些都是土地沙化的主要原因 。在内蒙古多伦县南沙梁,过度放牧造成了大面积沙化 。自2000年以来,採用以下手段,使流动沙丘很快受到了遏止:(1)通过围封防止牲畜的进入,有效阻止了植被的进一步退化;(2)通过飞播沙蒿等适应沙地生境的先锋植物的种子,使植被盖度迅速增加,防止了流动沙丘面积的扩大 。在我国西北地区,为了防止流动沙丘面积的扩大,採用乔、灌、草相结合的方法,首先用黏土设定方格,机械固定沙丘,然后栽种草本植物和灌木固沙,栽种乔木防风,有效防止了沙丘的推进 。在这些具体的治沙经验中,充分利用了群落结构和演替的相关知识 。相关案例2000~2005年,为寻找浑善达克沙地退化生态系统恢复的途径,控制沙尘源头,中国科学院植物研究所在正蓝旗巴音胡舒嘎查(村庄),进行退化生态恢複试验与示範工作,取得了明显的生态、社会和经济效益 。该嘎查位于内蒙古正蓝旗内,这个村有72户,人口310人,土地12.6万亩,属典型的浑善达克沙地 。浑善达克沙地是离北京最大的沙尘源,既有裸露的沙丘,又有严重退化的草地 。针对这种生态现状,科学家的主要做法是:第一,减少牲畜压力,释放自然力 。研究人员用围网将4万亩严重退化的草场封育起来,并组织专人每天骑马巡逻,防止牲口进入破坏 。2001年,恢复好的草长到80~140厘米;最高产草量每亩为5300斤(鲜重);2002年,植被总盖度达60%,与当地未封育的草场相比,固定沙丘提高了近3.8倍,沙丘低地的群落生物量分别提高9倍 。2003年,滩地草丛最高达1.85米,生物量超过6500斤/亩(鲜重) 。牧民由每户每年买2万斤乾草,到每户分到7万斤乾草,从此牧草出现了富裕 。野生动物方面,野兔、狐狸、大雁、灰鹤甚至狼又回到了这片久违的土地 。而在没有封育的退化土地上,草的收穫量最低只有50斤/亩(鲜重) 。对于榆树疏林种群,围封保护同样也取得了显着效果 。在围封保护两年后,调查围封保护区与未围封区蓝旗榆种群的种龄结构,发现两个地区种群中1~10年生龄级种群数量呈现出显着差别 。试验区沙地榆幼树丰富,平均达到1.8株/平方米,其中固定沙丘的阴坡的坡基处,聚集着的当年幼苗,可以高达158株/平方米 。只要保护,都可以发育成稀树疏林,因为浑善达克的榆树没有一棵是人栽的 。值得注意的是,研究人员也採取了人工造林阻挡沙尘暴的做法,实践证明这种措施是失败的,投资10万元种植的防护林都死了,变成了牧民的柴火;飞机播种的许多种子最终也没有竞争过本地的植物,造成了很大的浪费 。