应用生态学基础课件

第三章第三章 应用生态学基础应用生态学基础第一节第一节 自然资源生态学基础自然资源生态学基础第二节第二节 污染生态学基础污染生态学基础第三节第三节 可持续发展生态学基础可持续发展生态学基础第一节第一节 自然资源生态学基础自然资源生态学基础一、农业生态学的基本原理一、农业生态学的基本原理（一）生态学原理 生克与互补原理；循环与再生原理；平衡与互补原理生克与互补原理 生态系统中各个要素间的相互依赖为生，相互制约为克，构成一个有机整体即为生克；互补是相互补充，使系统的组成部分及数量趋于合理，优化，更加完善。循环与再生原理“四位一体四位一体”模式模式农业生态系统与自然生态系统有一个明显区别生物组分多数具有人类循化成高产、优质的特点，现代农业生态系统中优势种的可食部分或可用部分进一步提高。大量农、林、牧、副、渔产品作为商品输出，导致很多养分物质脱离系统物质脱离系统，这与可持续发展的观点相悖。而生态农业则强调尽可能减少外部投入，通过选择归还率较高的作物，以及增施有机肥、合理轮作、立体种植等方式，建立良性物质循环体系，尤其注重再生利用注重再生利用，变废为宝，化害为利。物质循环再生原理用于生态农业从经济角度经济角度 看，节约了原料、时间、空间；从环保观点环保观点看，减少了污染物。如：大豆、油菜、芝麻就地榨油后，油饼还田，降低了运输成本，减少了化肥使用量。再如利用秸秆、人畜粪便经生物发酵生成沼气，作为生活燃料，促进秸秆还田，参与生态农业的物质循环再生。平衡与互补原理桑基鱼塘 是根据人类需要建立新的生态平衡。因为物质循环是指在生态系统或一个相对密闭的环境中而言。珠江三角洲珠江三角洲“桑基鱼塘桑基鱼塘”模式模式（二）生态经济学原理 生态经济结构合理性原理；农业系统的功能原理；农业系统的综合效益原理生态经济结构合理性原理 结构的是否合理取决于人类能否遵循生态学原理和经济规律去合理调整组合生态农业系统的各要素间的相互关系。生态经济规律+系统工程方法+优化组合二、草地生态学基础二、草地生态学基础 1、草地环境的研究 2、草地生态系统能量流动的研究 3、草地生态系统物质循环的研究 4、草地生态系统管理研究 5、草地生态工程及优化生产体系的建立盐渍化弃耕地盐渍化弃耕地芨芨草地芨芨草地毛乌素沙化草地恢复重建的毛乌素沙化草地恢复重建的“三圈三圈”优化生态优化生态-生产范式生产范式 案例分析：案例分析：背景背景优化生态优化生态-生产范式生产范式 荒漠化防治遵循的生态学原理及对策荒漠化防治遵循的生态学原理及对策 l我国沙尘暴主要起源于北方，绿洲与沙漠交错带植被退化、草我国沙尘暴主要起源于北方，绿洲与沙漠交错带植被退化、草地开垦及草地过度放牧为沙尘天气的产生提供了丰富的物质来地开垦及草地过度放牧为沙尘天气的产生提供了丰富的物质来源。因而有效治理北方沙尘源区的土地荒漠化就成为防止沙尘源。因而有效治理北方沙尘源区的土地荒漠化就成为防止沙尘天气的关键。天气的关键。l导致土地荒漠化的因素包括过度放牧、草地开垦等因素。导致土地荒漠化的因素包括过度放牧、草地开垦等因素。l内蒙古自治区内蒙古自治区1947、1965年放牧密度分别为年放牧密度分别为0.24、1.03只绵羊只绵羊单位单位/公顷。目前全区平均放牧密度为公顷。目前全区平均放牧密度为1.32只牲畜只牲畜/公顷，如换公顷，如换算成羊单位则更高。算成羊单位则更高。l毛乌素沙地草地的合理载畜量仅为毛乌素沙地草地的合理载畜量仅为0.8-1.2只绵羊单位只绵羊单位/公顷公顷 加加上草地严重沙化，理论载畜量大幅度降低，超载放牧的程度十上草地严重沙化，理论载畜量大幅度降低，超载放牧的程度十分严重。分严重。背景背景l我国北方绝大部分荒漠化地区年均降雨少于400 mm，天然植被应为典型草原、荒漠化草原、草原化荒漠、荒漠乃至戈壁。因此，植被恢复必须以地带性植被为主，否则将事倍功半，得不偿失。l黄土高原以乔木为主的水土流失治理区，“远看绿油油，近看黄水流”，表明尽管有树木覆盖，但由于地表缺乏草本植物的有效保护，强降雨仍然造成很大的地表径流，水土流失不能得到有效控制。背景背景l杨树很高的耗水导致下层草本与灌木难以生长，地表裸露，大风来临时沙尘飞扬。背景背景毛乌素沙地毛乌素沙地l当地天然半灌木油蒿群落为主的恢复植被则能有效地抑制沙土的吹扬。背景背景l毛乌素沙化草地严重退化的油蒿群落l围封后15年左右恢复为地带性的本氏针茅群落。对于我国北方年均降水少于400 mm的广大退化草地，植被恢复的基本思路应是“以草为主，辅以灌木，慎用乔木以草为主，辅以灌木，慎用乔木。”毛乌素沙地毛乌素沙地位于暖温带半干旱区，面积约4万km2年降水由东部的300-400 mm降低至西部的200-250 mm年均温为5-10 背景：背景：毛乌素沙地毛乌素沙地固定沙地:7.2%半固定沙地:21.4%流动沙地:44.5%背景：背景：毛乌素沙地毛乌素沙地使用草方格、粘土等覆盖沙丘 飞播背景：背景：毛乌素沙地毛乌素沙地围封过牧草地合理轮牧 建立人工饲料基地 背景：背景：毛乌素沙地毛乌素沙地复合农林业农田防护林体系 地膜覆盖 盐碱化草地治理 背景：背景：毛乌素沙地毛乌素沙地节水灌溉引洪灌溉收集地表径流 背景：背景：毛乌素沙地毛乌素沙地经过近40多年的治理，毛乌素沙地的荒漠化形势仍很严峻。成功的关键是如何以最小面积的土地高质量的养育最大量的人口，从而使人类在最小面积的土地上即可维持高质量的生活，使大量的土地得以解放出来，在自然或少量辅以人为干预的情况下使大量荒漠化土地得以恢复。问题与思路问题与思路毛乌素沙地荒漠化土地综合治理的毛乌素沙地荒漠化土地综合治理的“三圈三圈”模式模式实际模式实际模式 通过第一、二圈生产力的大幅度提高，降低人类活动对第三圈的影响，使其在适当人为促进下尽快恢复理论模式理论模式 n生物多样性n水分平衡n沙丘半固定n景观决定原则毛乌素沙地荒漠化土地综合治理的毛乌素沙地荒漠化土地综合治理的“三圈三圈”模式模式1.生态保护为主，工程治理为辅生态保护为主，工程治理为辅 荒漠化土地的治理必须以有效保护现有未退化土地为前提。鄂尔多斯高原从“风吹草低见牛羊”的大草原变成风沙漫天的沙化土地。经过近40年的治理，鄂尔多斯高原依然风沙肆虐，保护与保护与治理治理的关系可见一斑。荒漠化防治应遵循的生态学原理及应采取的对策荒漠化防治应遵循的生态学原理及应采取的对策 2.充分考虑植被分布的地带性和恢复植被的渐近配置充分考虑植被分布的地带性和恢复植被的渐近配置 植被恢复时一定要充分重视植被分布的自然规律，如果单从生态效益来考虑一定注意恢复原生植被，同时应注意植被恢复的阶段性。总的原则在此区域内的植被恢复应坚持“以草为主，辅以以草为主，辅以灌木，慎用乔木灌木，慎用乔木”的原则，正确认识植被恢复的地带性与隐域性规律。3.在不同的荒漠化区域采取不同的恢复植被密度在不同的荒漠化区域采取不同的恢复植被密度 过大的植被密度，导致地下水过快消耗，在植被重建初期还能较好生长，几十年以后由于水分缺乏植被开始衰退，甚至大面积枯死。正确处理荒漠化防治与合理的植被密度是成败的关键，而不是植被密度越大越好。荒漠化防治应遵循的生态学原理及应采取的对策荒漠化防治应遵循的生态学原理及应采取的对策 4.注意多物种合理配置，增强恢复植被的稳定性注意多物种合理配置，增强恢复植被的稳定性 由于种种原因却盲目追求造林，追求快速生长，致使植被品种单一，一是不能在不同时期形成有效的防护，二是生物多样性低下，生态系统极不稳定。生态建设中的“北方杨家将，南方马尾松”现象，应该是造成生态环境建设成效偏低的重要原因之一，必须引起足够重视，充分理解单打一与多样性的辩证关系。5.合理配置速生种与乡土种，增强恢复植被的可持续性合理配置速生种与乡土种，增强恢复植被的可持续性 目前我国荒漠化防治中的短期效应很明显，忽视长远发展，从而易在各种环境建设工程中采用见效快、生长迅速的物种，但后果之一就是物种单一，或过分强调造林的作用，而忽视植被分布的地带性规律。要很好协调长与短长与短的关系，充分结合乡土物种与速生物种的优点，兼顾眼前及长期效益。荒漠化防治应遵循的生态学原理及应采取的对策荒漠化防治应遵循的生态学原理及应采取的对策 6.扶持技术与产业创新，培育荒漠化防治产业体系扶持技术与产业创新，培育荒漠化防治产业体系 充分利用现有高新技术，结合地方资源特色，加速培育荒漠化防治产业体系。利用滴灌、喷灌等节水灌溉措施、注重保水材料开发，重视干旱区资源的科学开发利用，如旅游资源、植被资源、土地资源、水资源和气候资源(太阳能和风能)等。7.研究、示范、教育研究、示范、教育 建立具有国际水平的荒漠化长期研究基地及试验示范推广基地，建立具有国际水平的荒漠化长期研究基地及试验示范推广基地，建立相应的研究激励政策。建立相应的研究激励政策。土地荒漠化是一个非常复杂的过程，涉及到多个学科，需要加强各学科间的协作，共同开展研究，建立国际水平的研究基地，给后来者留下可以长期使用的显示度较高的试验基地与设施。荒漠化地区往往远离高新技术。因此，在执行国家行动方案时，必须进行强有力的示范与技术推广工作。使荒漠化防治的研究工作更多地与实际示范紧密结合，更多的研究成果直接报务于生产需求，国家应制定相应的激励政策，鼓励研究人员致力于对荒漠化研究的长期投入。荒漠化防治应遵循的生态学原理及应采取的对策荒漠化防治应遵循的生态学原理及应采取的对策 8.采取群防群治的治理思路，做好自上而下与自下而上防治的采取群防群治的治理思路，做好自上而下与自下而上防治的协调配合协调配合 我国的荒漠化防治工作基本上是自上而下的方式。其优点是可以集中全社会的力量在重点区域加强防治，缺点则主要是荒漠化防治工程可能与地方社会经济发展相脱节。建议我国逐步建立自下而上的协调机制，也即鼓励农牧民小规模的荒漠化防治，逐渐发展为一定数量农牧民参加的农牧民组织，到一定规模后也可得到国家的资助和指导。实践证明自上而下的高效组织与自下而上的自觉行为相结合应该是荒漠化防治的有效方式。荒漠化防治应遵循的生态学原理及应采取的对策荒漠化防治应遵循的生态学原理及应采取的对策 案案 例例 结结 束束三、森林生态学基础三、森林生态学基础 1、森林生态系统的组成部分 2、生物组分与环境之间的定量关系 3、森林生态系统能量流动的研究 4、森林生态系统物质循环的研究 5、森林生态系统管理研究 低产田的退耕还林模式下林低产田的退耕还林模式下林-粮粮-经种植模式经种植模式林带 南瓜 林带 南瓜（1+8+1）m 配置森林生态系统能量流动森林生态系统的能流分析森林生态系统的能流分析 19621962年，英国学者研究了一个人工松林年，英国学者研究了一个人工松林年，英国学者研究了一个人工松林年，英国学者研究了一个人工松林(树种是苏格兰松树种是苏格兰松树种是苏格兰松树种是苏格兰松)从栽培后的第从栽培后的第从栽培后的第从栽培后的第17173535年这年这年这年这18 a18 a间的能流情况间的能流情况间的能流情况间的能流情况(图图图图96)96)。这个森林所固定的能量有相当大的部分是沿着碎屑食物这个森林所固定的能量有相当大的部分是沿着碎屑食物这个森林所固定的能量有相当大的部分是沿着碎屑食物这个森林所固定的能量有相当大的部分是沿着碎屑食物链流动的，表现为枯枝落叶和倒木被分解者所分解链流动的，表现为枯枝落叶和倒木被分解者所分解链流动的，表现为枯枝落叶和倒木被分解者所分解链流动的，表现为枯枝落叶和倒木被分解者所分解(占净占净占净占净初级生产量的初级生产量的初级生产量的初级生产量的3838)；还有一部分是砍伐后以木材的形式移出了松林还有一部分是砍伐后以木材的形式移出了松林还有一部分是砍伐后以木材的形式移出了松林还有一部分是砍伐后以木材的形式移出了松林(占净初级占净初级占净初级占净初级生产量的生产量的生产量的生产量的2424)；而沿着捕食食物链流动的能量微乎其微。而沿着捕食食物链流动的能量微乎其微。而沿着捕食食物链流动的能量微乎其微。而沿着捕食食物链流动的能量微乎其微。可见，动物在森林生态系统能流过程中所起的可见，动物在森林生态系统能流过程中所起的可见，动物在森林生态系统能流过程中所起的可见，动物在森林生态系统能流过程中所起的作用是很小的。作用是很小的。作用是很小的。作用是很小的。砍伐的木材占净生产量的砍伐的木材占净生产量的砍伐的木材占净生产量的砍伐的木材占净生产量的7070，另占，另占，另占，另占3030净生净生净生净生产量的树根实际上没有被利用，而是又还给了产量的树根实际上没有被利用，而是又还给了产量的树根实际上没有被利用，而是又还给了产量的树根实际上没有被利用，而是又还给了森林。森林。森林。森林。四、湿地生态学基础四、湿地生态学基础 1、湿地生态系统的组分要素研究 2、湿地生态系统组分要素的相互作用研究 3、湿地生态系统能量流动的研究 4、湿地生态系统物质循环的研究 5、湿地生态系统管理研究五、海洋生态学基础五、海洋生态学基础 1、海洋生态系统的生物成分研究 2、生物组分与环境的相互作用研究 3、海洋生态系统能量流动的研究 4、海洋生态系统物质循环的研究 5、海洋生态系统管理研究一、概念一、概念 污染生态学：研究生物与受污染的环境之间相互作用的机理和规律的学科，它是环境生态学的一个分支。第二节第二节 污染生态学基础污染生态学基础二、污染生态学的主要内容二、污染生态学的主要内容 1、污染物在生物体内的积累、富集、放大、协同和拮抗等作用，以及污染物在生态系统中迁移、转化、积累及其规律；2、污染物对生态系统结构与功能的影响；3、环境污染物的生物净化 4、受污染环境质量的生物监测、生态监测和生物学评价。三、污染效应的发生机制三、污染效应的发生机制 1、物理机制 2、化学机制 3、生物学机制 4、综合机制四、生态系统的污染效应四、生态系统的污染效应 1、农田 重金属；农药 2、草地 3、森林 4、淡水/湿地汞循环(mercury cycle)火山活动火山活动化石化石燃烧燃烧 降水降水挥发挥发挥发挥发沉积物沉积物农田风农田风化和淋化和淋溶作用溶作用农药喷洒农药喷洒径流径流(CH3)2HgHg2CH3Hg鱼鱼水生植物水生植物水鸟水鸟工厂工厂汞的废物汞的废物捕鱼捕鱼由河水带走由河水带走(中性中性pH)(酸性酸性pH)第三节第三节 可持续发展生态学基础可持续发展生态学基础可持续发展生态学的基本规律可持续生态系统的评价可持续生态系统的规划可持续生态系统的建设一、可持续发展生态学的基本规律相互依存与相互制约相互依存与相互制约物质循环与再生物质循环与再生物质输入与输出动态平衡物质输入与输出动态平衡协同进化协同进化最大阈值规律最大阈值规律生态承载力 生态系统对所承载对象的支持能力。二、可持续生态系统的评价三、可持续生态系统的规划生态规划生态规划 指运用生态学原理，综合地、长远地评价、规划和协调人与自然资源开发、利用和转化的关系，提高生态经济效率，促进社会经济可持续发展的一种区域发展规划方法。（以人为本，以资源环境承载力为前提）（以人为本，以资源环境承载力为前提）三、可持续生态系统的规划生态要素的调查与评价环境容量和生态适宜度分析评价指标体系的建立与规划目标的设定四、可持续生态系统的建设生态建设 对受人为活动干扰和破坏的生态系统进行生态恢复和重建，是根据生态学原理进行的人工设计，充分利用现代科学技术，充分利用生态系统的自然规律，是自然和人工的结合，达到高效和谐，实现环境，经济、社会效益的统一。生态建设主要内容自然资源的可持续利用 （资源开发与保护的关系；自然资源管理；自然保护区）生态工程建设 （退耕还林工程；天然林保护工程；退牧还草工程；退田还湖工程等）生态示范区建设 （生态示范区；综合示范区；生态恢复示范区等）