生态系统退化的成因资料课件

高克昌恢复生态学RestorationEcology山东科技大学环境科学与工程系专业必修课高克昌生态系统退化的诊断：生态恢复的基础和前提第三章退化生态系统的成因、诊断方法及退化特征高克昌主要内容1.退化生态系统的定义退化生态系统的定义 2.生态退化的含义生态退化的含义3.生态退化的成因生态退化的成因与类型与类型4.生态系统退化过程生态系统退化过程 5.生态系统的退化程度诊断生态系统的退化程度诊断 6.退化生态系统的特征退化生态系统的特征 高克昌引言生态退化和生态恢复是相反的两个过程，要进行生态恢复，首先需要了解生态系统退化的动因，区别不同的退化类型，并对其退化状况进行诊断，因此，对于退化程度的诊断是进行生态恢复与重建的基础和前提。退化生态系统实际上是生态系统演替的一个类型，即：逆向演替形式。退化生态系统形成既可能是自然的，也可能是人为的，我们主要限于人类干扰形成的退化生态系统。人类由于各种限制或认识不足而使生态系统受害或受损，在恢复时所付出的努力要比利用或破坏时要大得多。而且从目前的研究和实践结果看，复制型的生态系统恢复似乎是不可能的。高克昌1.退化生态系统的定义退化生态系统的定义关于退化生态系统的定义有很多：关于退化生态系统的定义有很多：生态系统的结构和功能发生与自然的平衡状态或生态系统的结构和功能发生与自然的平衡状态或进化方向相反的位移进化方向相反的位移(displacement)，位移的结，位移的结果打破了原有生态系统的平衡状态，使系统的结果打破了原有生态系统的平衡状态，使系统的结构、功能受损构、功能受损(王伯荪等，王伯荪等，1997)。生态系统在一定的时空背景下，由于自然因素、生态系统在一定的时空背景下，由于自然因素、人为因素或二者的共同干扰，导致生态要素和生人为因素或二者的共同干扰，导致生态要素和生态系统整体发生的不利于生物和人类生存的量变态系统整体发生的不利于生物和人类生存的量变和质变的过程和质变的过程(张金屯，张金屯，2003)。高克昌目前主要采用下面的定义：目前主要采用下面的定义：退化生态系统是指生态系统在自然或人为干扰退化生态系统是指生态系统在自然或人为干扰下形成的偏离自然状态的系统，其基本特征是生下形成的偏离自然状态的系统，其基本特征是生态系统结构和功能的衰退。与自然系统相比，一态系统结构和功能的衰退。与自然系统相比，一般地，退化的生态系统种类组成、群落或系统结般地，退化的生态系统种类组成、群落或系统结构改变，生物多样性减少，生物生产力降低，土构改变，生物多样性减少，生物生产力降低，土壤和微环境恶化，生物间相互关系改变壤和微环境恶化，生物间相互关系改变。当然，对不同的生态系统类型，其退化的表现是不一当然，对不同的生态系统类型，其退化的表现是不一样的。例如，湖泊由于富营养化会退化，外来种入侵、在样的。例如，湖泊由于富营养化会退化，外来种入侵、在人为干扰下本地非优势种取代历史上的优势种等引起生态人为干扰下本地非优势种取代历史上的优势种等引起生态系统的退化等，往往这种情况下会改变生态系统的生物多系统的退化等，往往这种情况下会改变生态系统的生物多样性，但生物生产力不一定下降，有的反而会上升样性，但生物生产力不一定下降，有的反而会上升(Berger，1993)。高克昌1.退化生态系统的定义退化生态系统的定义根据受损特征可将生态系统退化分为结构受损类型和景观受损类型。前者主要表现为：生物多样性减少、群落结构简化、食物网简化、总生物量减少、生产力下降、矿质循环开放、生境恶化，以及系统稳定性减弱、抗干扰能力和自我维持能力下降等；后者主要是群落遭到成片的彻底清除，连续的景观发生片断化，从而导致边缘效应的增强、岛屿效应产生以及小种群效应增强等，加剧了生物多样性丧失、种群繁殖力减弱，以及生境条件恶化等。高克昌结构受损到一定程度必然会导致景观格局的变化，同样，景观受损生态系统也会导致生态系统内部结构的变化，这两种退化类型可以同时发生，相互复合。人为干扰下的生态系统自然退化常常表现为一个连续变化的过程，亦即“逆行演替”中的演替阶段，对于结构受损类型退化程度的判断标准是其对顶极生态系统的偏离。高克昌图3-1常绿阔叶林退化图式（陈小勇等，2004）高克昌2.生态退化的含义(1)生态退化具有一定的基点和地域性，不同的地理位置、地质结构和地貌形态决定着物质和能量的输人途径、数量和速率，形成不同的生物地球化学循环类型，进而决定着基本的生态发育过程、生态演替方向及景观生态类型。当系统受到干扰后，不同的生态景观就成为生态退化的基点。(2)生态退化具有阶段性，在不同时间阶段具有不同的发展过程、特点、退化速率、强度及恢复过程和恢复时间。(3)自然因素和人为因素是生态退化的两大触发因子，一般而言，自然要素的干扰是潜在的、缓慢的、低频的，而人为干扰则是显著的、高频的、持续的，起着主要贡献作用。高克昌(4)生态退化和物体运动一样，也需要有一定的参照系。我们平常所说的“退化”实际暗含着“是否有利于人类和生物生存和发展”这个参照标准。(5)生态退化既是一种过程，又是一种结果。(6)生态退化具有相对性，即具有自己的基点和发展历史，只有在环境和时空背景相同或类似的情况下，生态退化才具有可比性。(7)生态退化在某些情况下是一个动态平衡，但对于某些“位移”较大的生态退化往往是一个不可逆过程，很难或不可能自然地或人为地恢复到原在状态，这种生态退化就不能用一个动态平衡来表示。高克昌(8)生态退化包括生态要素退化和生态系统退化。(9)荒漠化、沙漠化、石质化是生态退化的顶极形式。(10)生态退化最基本的诊断特征是生态系统的固有功能的破坏或丧失，稳定性和生产力降低，抗逆能力减弱。(11)生态退化是超过或低于“生态阈值”的量变，不利的量变引起质变，不能盲目地认为凡是“数量的减少就是退化，数量的增大就是进化”。高克昌3.生态退化的成因生态退化的成因退化生态系统形成的直接原因是人类活动，部分来自自然灾害，有时两者叠加发生作用。生态系统退化的过程由干扰的强度、持续时间和规模所决定。生态系统退化总是和干扰相联系，干扰按其性质可分为自然干扰和人为干扰。自然因素：全球气候变化（如暖干化）、自然灾害（火灾、水自然因素：全球气候变化（如暖干化）、自然灾害（火灾、水灾等）、外来种入侵（包括人为引种后泛滥成灾的入侵）。灾等）、外来种入侵（包括人为引种后泛滥成灾的入侵）。自然因素中外来种入侵(包括因人为引种后泛滥成灾的入侵)、火灾及水灾是最重要的因素。人为因素：过度垦殖、过度放牧、过度樵采、过度采挖、长期人为因素：过度垦殖、过度放牧、过度樵采、过度采挖、长期不合理的灌溉、矿山开发、基础设施建设、工农业污染等。据不合理的灌溉、矿山开发、基础设施建设、工农业污染等。据DailyDaily（19951995）对人为因素造成的退化生态系统排序：过度开发）对人为因素造成的退化生态系统排序：过度开发占占34%34%，毁林占，毁林占30%30%，农业活动占，农业活动占28%28%，过度收获薪材占，过度收获薪材占7%7%，生物，生物工业占工业占1%1%。高克昌Daily(1995)进一步指出，基于以下四个原因人类进行生态恢复是非常必要的和重要的：需要增加作物产量满足人类需求；人类活动己对地球的大气循环和能量流动产生了严重的影响；生物多样性依赖于人类保护和恢复生境。土地退化限制了国民经济的发展。高克昌从自然的角度来讲，在全球变化的大背景下，从自然的角度来讲，在全球变化的大背景下，区域地质、地貌、气候和水文等异常变化，区域地质、地貌、气候和水文等异常变化，生态系统不可避免地发生波动，从而引发生态系统不可避免地发生波动，从而引发生态系统的退化；生态系统的退化；但更为突出的是随着人口增长、经济发展和但更为突出的是随着人口增长、经济发展和城市化进程，加大了对自然生态系统的干城市化进程，加大了对自然生态系统的干扰，促进了生态系统的退化。扰，促进了生态系统的退化。高克昌3.生态退化的成因生态退化的成因如果说在人类出现以前，地球上生态系统的变化主要由自然条件所决定，那么在人类出现以后，特别是在使用工具以后，生态系统的变化相当大的程度上受到了人类的干扰。人为干扰是驱动种群、群落和生态系统退化的主要动力，人类社会的经济发展史，特别是土地利用方式变迁史，映射出人类活动在退化生态系统形成中的决定作用。人类对生态系统干扰的形式和途径很多，它们产生的效应和表现形式也多种多样（见表3-1）。高克昌表3-1 人类对生态系统干扰的方式与效应人为干扰方式效应传统劳作方式和战争等森林砍伐植被退化，水土流失加剧，环境恶化，生境破坏，生物多样性丧失土地开垦等战争采集生物资源被破坏，一些物种灭绝采樵系统能量和养分减少，生物活动扰乱；草原破坏等狩猎捕捞种群繁衍破坏，一些物种灭绝，生物性状和数量发生变化工农业污染水质污染，空气污染，土壤污染等新干扰形式（旅游、探险等）污染，资源破坏等高克昌（1）森林砍伐大约始于一万年前的早期农业并持续到现在。这种干扰导致一系列生态环境问题的发生，如森林大量被砍伐后，不仅导致植被的退化，加剧水土流失以及区域环境的恶化，而且还会造成生物生境的破坏，导致生物多样性的丧失。高克昌以我国木材生产基地亚热带地区为例：历代封建王朝都要大兴土木修建宫殿，消耗大量木材秦朝开始，历经汉唐两代因建设规模宏大的都城，黄河流域的森林遭到毁灭性的砍伐，到宋朝修建都城开封时，黄河流域的木材已不敷用，伐木伸展到长江流域，明朝开国后，皇帝们不仅大兴土木建造宫室，还要为死后修建规模宏大的陵寝，北京明十三陵棱恩殿内的60根浑圆通直的大立柱，就是常绿阔叶林中的楠木。清代为了整修北京紫金城及营造三山五园，所需木料皆自闽浙湘蜀等省常绿阔叶林区采办，使森林遭到大量砍伐。明代航海事业的发展及为抵御倭寇从海上入侵，木材消耗量很大多需建造海船、战舰，当时造船皆以木材为原料，一千棵树建造海船一只。新中国建立后，大面积砍伐常绿阔叶林，种植速生人工林有鉴于连年战乱造成的大面积荒山秃岭，曾立即制定“普遍护林，重点造林”的方针，提出“绿化祖国”、“实现大地园林化”的号召，本区森林一度得到恢复。但是由于各项建设需要大量木材，当时林业政策是强调木材生产，为求速生，多种松、杉，致使大面积常绿阔叶林遭到砍伐。全国近22%的杉木林分布在这一地区，生态效益低下，急需改造。五十年代末的“全民大炼钢铁”即使地处偏远山区的常绿阔叶林也难幸免，再一次遭到严重的破坏。高克昌以我国最重要的天然林区东北地区为例。06年有林地面积3500多万公顷，森林总蓄积量为29亿立方米，占全国总蓄积量的45.8%。森林覆盖率36%，是全国平均森林覆盖率的3倍。古代东北先民以游牧渔猎民族为主这些民族长期处于“无市井城廓，逐水为居，以射猎为业”的状态，对于农田的垦殖或森林的开采，规模比较狭小，对森林生态破坏不大。而且游牧渔猎民族由于对自然依赖性较强，因而比较注重对环境的保护。因此东北地区丰富的森林资源一直延续到近代大开发前。例如，清朝在东北实行的封禁政策，既有满族封建统治者垄断森林特产和保护皇陵风水等政治经济目的，也是维护东北游牧渔猎民族固有的生产习俗和生活方式的客观要求，虽然有利于当时统治阶级，但是对于原始森林的保护，客观上也起到了一定的作用。因此，清初康熙年间的白山黑水之域，仍然“树木参天”，“绵绵延，横亘千里，不知纪极”的原始森林景观。这种天然森林景观一直延续到清末弛禁开放前。东北近代林业的兴起和林产品的商品化1898年，在齐齐哈尔设立了黑龙江木植总局，国有林地的陆续发放，私人林业经营日益发展.高克昌俄、日两国对东北森林资源的掠夺性开发1858中俄瑷珲条约，割去了黑龙江以北，外兴安岭以南的60多万平方公里土地，这里是我国重要森林地带。1860年签定中俄北京条约,40多万平方公里。1905年，日俄两国背着中国签订朴茨茅斯条约，东北南部成为日本的势力范围。“九一八”事变后，东北全境的森林资源被攫入日本人手中。解放后东北地区林业的发展1958年起，由于三年自然灾害和在“大跃进”左倾思想指导下，东北林业遭到严重挫折，处于停滞不前的状态。1966-1976年，全国进入“文化大革命”的非常历史时期，由于对森林资源缺乏有效的管理，导致森林资源遭到极大的破坏，采育比例严重失调，林区经济日趋危困。特别是在工艺、设备、设计都不具备的条件下，一哄而起上了20套小纸浆厂，除桦南外，因碱回收达不到国家规定的标准，其余19套小纸浆厂最后又以一哄而下告终。在十年动乱期间，东北森林面积减少667万亩，蓄积量损失1600万立方米。现存一般为次生林，林木径级小，材质差。由于针叶树生长约50年以上才能成林，所以红松等针叶林可采资源日趋枯竭。高克昌（2）土地开垦随着农业和畜牧业的发展，毁林种粮和盲目开垦土地造成森林面积锐减，景观片断化，又因经营管理不善，或者根本不适于耕种，垦殖后产量逐年降低，以至于不得不弃耕撩荒，导致生态系统处于严重退化状态。淘金导致青藏高原水土流失抗日战争期间，八路军359旅在南泥湾开荒生产高克昌以我国亚热带东部为例远在七、八千年前这一地区就有了一定水平的原始农业和畜牧业。农耕扩展始于东汉，宋室南迁，使得这一地区农业获得进一步发展，明代以来由于人口迅速增长，人们千方百计地扩大耕地面积，除与水争田外，就是变山为田。十六世纪初玉米、甘薯和烟草的相继引入，由于它们适生于山区坡地上，故在福建、浙江、江西一带大都利用山地种植，出现了“垦山为垅，列植相望”的景象，由此带来了大面积的毁林种粮。清初又有大批流民迁至江西、浙江、福建等山区，为生计所迫，以伐木、造纸、制菇、制香、烧碳为生，使山区植被受到极大的破坏。康熙以后一百年内全国人口约增加了3倍，首次突破四亿，为了取得足够的粮食，不仅开垦了平地和丘陵，而且深入到高山林区，采用刀耕火种的方法垦种山坡，结果由于水土流失严重造成大片面积的荒山。上一世纪，六十年代，在“以粮为纲”的口号下，不仅没有抑制过度开垦，反而加剧了毁林种粮的趋势。开垦方式原始，不仅对地上部分进行砍伐和火烧，而且反复刨根、挖掘对地下残留根系进行清理，这种斩草除根的方式，使得一些萌枝力强的种类完全失去了更新的机会。高克昌（3）战争战争不仅导致人口的减少，在调解人类种群方面发挥了积极和消极的两方面作用；对环境和生态系统的消极影响是毋庸置疑的，那就是惊人的破坏力和摧毁力。人类历史伴随着战争走过了漫长的路，就拿中国亚热带地区来说，鸦片战争以后，历经太平天国，军阀混战以及抗日战争、解放战争，战火不熄，大量的常绿阔叶林遭受摧残破坏。在第二次国内革命战争期间(19281937年)，江西革命老区经过了五次大规模的“围剿”，对森林进行了焚烧破坏，致使赣南的井冈山区、永新、宁冈、遂川、瑞金、兴国等地数百里葱翠林区变成秃岭焦山(江西森林编委会，1986)。19371945年抗日战争期间，中国东部的森林又一次遭受到严重的破坏。因修筑工事和战火毁坏了大批森林，在沦陷区则因日军掠夺林木资源而遭到大批的砍伐。如南京紫金山除南坡中下部外，其余均被战火烧劫，山北的山林甚至连根被控掉；杭州灵隐寺韬光路旁巨大的钩栗以及上天竺枫树岭的枫香均被砍伐运往日本。理安寺著名的楠木林也在抗日初期被盗，义乌县塘季乡的安山有古松近万株也在日伪期间不到一年砍得一株不留。及至抗战胜利，仅就浙江一省估计，全省的森林蓄积量已不到战前的一半（浙江森林编委会，1986）。解放战争期间各地山区森林再次遭到破坏，有林地面积进一步缩小，只是在人迹罕至的深山区，如浙南、闽北、闽中等地还保存有茂密的森林。高克昌工业革命以后，战争更以疯狂的力量将科学技术迅猛推进，当人类热衷于战争武器的革新时，地球环境遭受到了前所未有的摧毁和破坏。如：1937-1945年，日本仅在中国就投掷过2000余枚被当地居民称作为“坏水”的毒气导弹。1948-1989年，美英法等国在太平洋一些岛国上爆炸过1800颗核弹。海洋在很大范围内被军事化了，事故和战争导致50多颗核弹头沉没在海底。更为恶劣的是，很多战争把破坏对方的生态环境作为主要目的，如：美国在越南战场上使用大量的落叶剂，对当地的森林、土地、河流和野生动植物造成了毁灭性的破毁。海湾战争中，美国将大量的原由泄露甚至故意倾倒在海里，以破坏海湾地区的生态环境。1999年，美国在巴尔干半岛的科索沃战争中，投掷了大量的贫铀弹和集束炸弹，大火和浓烟破坏了大片的原始森林，野生动植物不仅失去了繁衍生息的家园，还由于受到强烈刺激以及毒性作用，而表现出恐慌、焦躁不安等症状，甚至出现异常行为，如老虎食仔，很多大型兽类狂奔而死。核武器掠夺资源以资助战争高克昌（4）采集据统计，全球80%的人口依赖于传统医药，而传统医药85%与野生动植物有关。如：美国用途最广泛的150种医药中有118种源于自然，其中74%源于植物，18%源于真菌。我国对野生动植物的利用更是举世闻名。因此，一些经济、药用及珍稀野生生物资源自古以来就被大肆掠夺采集，甚至造成一些物种的灭绝。所以，采集是人类对自然生态系统长期施加的一种直接干扰。例如：西北荒漠中甘草的采集加剧了沙尘暴的发生，青藏高原冬虫夏草的采集破坏了草场和植被。Wild plants need mycorrhizas 高克昌（5）采樵薪炭在这种干扰中，人类的主要目的是满足自身对能源的需求，对生态系统造成的影响是破坏了物质循环的正常进行。人类以采樵为目的而对草原枯落物的反复掠夺，是造成草原退化的重要原因。如对林下枯落物的利用，不单单意味着生态系统能量和物质的减少，而且破坏了地被层及其土壤动物、土壤微生物等的栖息地。比如：中国东部煤炭蕴藏量少，早期的陶瓷、冶炼、煮盐等手工业所需的能源，大都来源于木材，日常生活的燃料也主要由木材供应，因燃料之需树林经不断采樵成为次生灌丛，且随人口增加，从居民点附近不断向远处扩展，成为本区分布最广的退化类型。高克昌（6）狩猎和捕捞狩猎是一种特殊的干扰形式，在历史上，人类曾以此作为谋生的手段之一。人类以经济和食用为目的的非计划狩猎，对野生动物中种群数量很少的濒危物种的捕杀，会严重破坏这些种群的结构特征和繁衍，造成其灭绝。如在近期的报道中，我国长江中的扬子鳄已经消失，是否灭绝有待进一步确认。再如：对臧羚羊的滥捕滥杀。人类对水生生物资源的适度捕捞，可保持水产品的持续利用，但是，在种群繁殖前的大量捕捞，则会使种群繁殖年龄提前，个体小型化，种群数量急剧下降。尽管现在采取了“禁渔”等措施，但偷捕的情况仍然存在。高克昌高克昌3.生态退化的成因生态退化的成因工农业污染人类在不断发展工农业的同时，也向自然环境排放了大量的生活垃圾、工业垃圾、农药以及各种对环境有毒害性的污染物。这是人类社会不断发展后，对自然生态系统的另一种最主要的直接干扰方式。工业废水的直接排放使许多水域被污染，水质下降，丧失了饮用水的价值；大量化石燃料的使用以及向大气排放的各种污染物，不仅使空气受到污染，酸雨，温室效应的影响越来越是地球生态系统不能安宁。新干扰形式随着人类社会发展，人为干扰也不断出现新形式，如旅游、探险活动等。这些干扰都对生态系统造成了不同程度的破坏，如随意丢弃垃圾，破坏环境等。高克昌过度的干扰导致生态系统退化。但是，生态系统仍需要适度的干扰。只有过度的干扰才会导致生态系统的崩溃。高克昌少量砍伐森林中的树木，森林的少量砍伐森林中的树木，森林的结构功能不会破坏。结构功能不会破坏。高克昌草原上适量放养牲畜，草原不至草原上适量放养牲畜，草原不至于破坏。于破坏。高克昌适度捕捉生态系统中的适度捕捉生态系统中的动物，也不会导致种群严重动物，也不会导致种群严重减小，更不会灭绝。减小，更不会灭绝。高克昌反馈调节高克昌4.生态系统退化过程生态系统退化过程生态退化可以是在人为干扰或自然干扰下生态系统的“逆行演替”，也可以是复合生态系统的失调和失衡，它既可以是连续过程，也可以是不连续过程，其基本特征是生态系统合理结构的解体、服务功能的衰退。Brown和Lugo(1994)指出，生态系统的退化过程或程度取决于生态系统的结构或过程受干扰的程度。生态系统退化的判断标准是其对顶极生态系统，或初始生态系统状态的偏离，以及生态景观格局的受损。高克昌人类对植物获取资源过程的干扰(如：过度灌溉影响植物的水分循环，超量施肥影响植物的物质循环)要比对生产者或消费者的直接干扰(如：砍伐或猎取)产生的负效应要大。一般来说，如果在生态系统组成成分尚未完全破坏前排除干扰，生态系统的退化会停止并开始恢复(例如少量砍伐后森林的恢复)，但在生态系统的功能过程被破坏后排除干扰，生态系统的退化很难停止，而且有可能会加剧(例如炼山后的林地恢复)。高克昌4.生态系统退化过程生态系统退化过程在生态系统退化过程中，由于所受干扰体的差异而使退化表现出退化程度、退化速度和退化过程的明显差异。据此可以把退化生态系统的退化过程归纳为以下几种退化过程：突变过程、渐变过程、跃变过程、间断不联续过程及复合退化过程。ABCD退化过程正常的生态系统A.突变过程；B.跃变过程；C.渐变过程；D.间断不连续过程高克昌4.生态系统退化过程生态系统退化过程突变过程指在受到特别强烈的干扰下，生态系统表现出强烈的退化过程。突变过程的主要特点是，驱动系统退化的干扰力远远大于系统自身的抵抗力，退化所经历的时间短，退化迅速，退化程度较为严重。最典型的例子有大型采矿导致生态系统迅速转变为废坑地的过程，泥石流导致的植被及土壤生态系统的退化过程，以及火山爆发导致的生态系统退化过程。高克昌跃变过程在受到持续干扰的情况下，生态系统最初并未表现出十分明显的退化或并未退化，但干扰的持续、破坏性积累到一定程度后，生态系统突然剧烈退化的过程即为跃变过程。基本特点是，干扰是持续的，作用时间较长，退化速度前期慢，而后期退化加快，系统自身抵抗力逐渐消失。如：大气胁迫下的森林生态系统退化过程，水污染胁迫下的湖泊生态系统退化过程，草地持续超载放牧干扰下的草地生态系统退化过程。高克昌4.生态系统退化过程生态系统退化过程渐变过程渐变过程是指干扰后，退化程度逐渐加剧的过程。如：陡坡开垦耕地连续种植作物，以及土壤生态系统的逐渐退化过程。间断不连续过程指周期性干扰作用下，生态系统表现出的退化过程。干扰存在时，系统退化，而在两次干扰的间隙，生态系统有一定程度的恢复。如热带森林的轮伐，土地轮作等。高克昌4.生态系统退化过程生态系统退化过程复合退化过程除上述典型的退化过程外，也有上述几种退化类型的组合变化，即复合退化过程。如中国西南的亚高山暗针叶林大面积被砍伐的过程，为突变过程，若得不到及时恢复，就进一步退化为红白刺灌丛或箭竹灌丛，这个过程就是渐变退化过程。显然，退化过程不仅决定于干扰作用的强度、干扰时间、干扰频率和干扰规模等，也受制于系统本身的自然特性，表现出明显的退化过程多元化。高克昌4.生态系统退化过程生态系统退化过程生态退化是基于生态系统的功能和结构以及与生态系统相联系的生境退化，以退化生态系统、脆弱生态系统为研究对象。一般认为生态系统的退化首先是系统组分表现出衰退，如草地生态系统的退化首先是植物变矮，植被变稀疏、盖度减小，这些是量的变化。其次是作为草地生态系统功能的降低，如产草量、载畜量下降，可食性牧草减少，生产力降低，这是量变引起质变的第一步。植被的变化引起土壤、草食动物及微生物的变化。由于覆被的变化，引起土壤水分、矿物营养、有机养分等一系列生物地球化学变化，继而影响到大气循环的变化，这时草地生态系统的退化不仅影响到生物部分的退化，也引起环境退化。因而作为生态退化，不仅包括生态系统、生态因子的退化，而且生物与生境的退化相互影响、协同变化，是一个更加复杂的过程，这种退化包括生物群落退化、土地与土壤退化、荒漠化、沙漠化等一系列的退化概念，因而生态退化的涵义非常广泛。高克昌5.生态系统的退化程度诊断生态系统的退化程度诊断在生态系统退化和恢复研究中，对于退化程度的诊断是首先遇到和必须解决的问题。生态系统退化程度的诊断涉及到退化类型、参照系统、诊断指标、诊断方法等一系列问题。生态系统退化评价方法由于研究对象和目的不同而不同。在区域范围研究中，常利用遥感分析结合环境地理指标、社会经济指标、专家评分等进行评价；在特定生态系统研究中，多通过建立样地进行长期的观测和实验，分析评价退化。有的研究者以生态学指标的变化来分析退化状况；也有研究者采用遥感分析和实测数据相结合建立退化评价模型进行退化评价。高克昌5.生态系统的退化程度诊断生态系统的退化程度诊断主要内容：(1)退化评价指标选择的原则(2)退化程度的诊断途径与可能指标(3)退化程度的诊断方法(4)生态阈值高克昌5.生态系统的退化程度诊断生态系统的退化程度诊断(1)退化评价指标选择的原则指标体系的建立是评价工作首要的和关键的一步，建立的好坏直接关系到评价的准确性和科学性。基于生态恢复的原因，必须建立一个生态系统退化的指标体系，这个指标体系不仅是生态系统退化的诊断与评价，也是生态恢复一系列工作和过程的基础，因而，指标体系的合适与否直接关系到生态退化评价的精确性和科学性，也关系到生态恢复的成效。高克昌(1)退化评价指标选择的原则生态系统的退化是一个复杂的过程，涉及的因素很多，它既可在物种、种群、群落以及景观水平上有所表现，也可在系统组成、结构、功能、动态、生境条件等方面有所表现，这些方面都可作为评价指标，因而可以有单途经单因子诊断法、单途经多因子诊断法和多途经综合诊断法。但是构建一个评价指标体系，它不应该仅是一维简单的物理量，而应是由多属性组成的多维多层的向量。对于如何建立生态系统退化评价指标，一些学者也曾进行过讨论，认为生态系统退化评价指标应遵循的原则为：生态系统整体性原则、地带性或区域性原则、指标概括性原则、主要关系原则、动态性原则、定性指标与定量指标结合原则、评价指标体系层次性原则、代表性原则和实用型原则等等。高克昌(2)退化程度的诊断途径与可能指标理论上讲，生态系统发生了退化，将会在组成、结构、功能等方面均有表现。因而，诊断途径一般有生物途径、生境途径、生态系统功能/服务途径、景观途径、生态过程途径等。详细情况如下：生物途径生物指标一般比较直观，因而一般被当作最主要的诊断途径。主要有：生物组成和数量：植物、动物、微生物、生物多样性（指数）、盖度、密度、分布格局、年龄结构等。生物生产能力：生物量、生产力、光合作用大小等。高克昌生境途径主要指小气候和土壤。小气候指标包括：降水量、气温、光照、湿度等。土壤理化性质中的绝大多数可以被用来作为诊断指标，尤其对退化生态系统来说，土壤养分、有机质含量，以及温湿度的敏感性更高，是作为诊断指标的优先考虑对象。生态系统服务功能途径生态系统服务功能是指：生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用；它不仅为人类提供食品、医药及其他生产生活资料，还创造与维持地球生命系统，形成了人类生存所必需的环境条件。生态系统退化的最终表现往往有生态功能与服务价值所体现。这些功能主要包括：气候调节、水调控、水土流失、物质循环、污染净化、文化娱乐价值等。也可以通过一般的生态功能所体现，如：物种迁移、能量流动、物质循环、信息流、生物生产等等。高克昌景观途径生态系统退化一般会在大尺度上得到体现，景观途径判断退化的指标如下；景观组成：镶嵌体（大小、形状和数量等），廊道（结构、类型）、基质与网络等。景观结构：异质性、景观对比度等。生态过程途径生态系统发生退化，其生态过程特别是关键生态过程必然发生变化，也可以被作为退化程度的诊断指标。但由于，这类指标的结果难以获得，且耗时耗力，不适于退化程度的快速诊断，适合于生态系统退化的长期跟踪研究，但对建立生态系统退化模型具有重要价值。高克昌(3)退化程度的诊断方法上述指标间既相互独立，又相互联系，相互补充，因而诊断途径的划分不是绝对的。由于结构受损生态系统退化常常表现为一个连续变化的过程，在退化程度、退化速度以及退化过程中的阶段性，因此可以比拟为“逆行演替”，退化程度的判断标准则是其对顶极生态系统的偏离。基于这一认识，退化诊断指标需要包括生态系统的结构、功能、和生境条件三方面的因素，而这三方面涉及的参数很多，不可能都用来作为评价指标，在进行指标选择时我们提出要考虑指标的综合性、代表性、灵敏性、层次性和实用性的原则。高克昌(4)生态阈值阈值是指物质或系统发生急剧变化的某一点或区间,是物理学中常用的概念，对于生态学领域却是一个相对较新的概念。生态阈值是指导致生态系统发生急剧变化的生物（结构、功能等）和/或非生物（环境要素、景观的空间结构等）变量的临界值。生态阈值的本质表现在自变量（如生境）的微小变化就会导致因变量（如物种丰富度）的急剧改变。高克昌近年来生态阈值在生态学中，尤其在保护生物学和恢复生态学中得到了广泛重视和应用。生态阈值概念不仅是个科学问题，由于它能够确定一个系统可接受改变的幅度，而又不打破系统的临界值，故在自然资源管理和政策制定中具有很大的应用潜力。Whisenant(1999)认为生态系统的退化存在两个阈限，分别是由生物因子的相互作用和非生物因子的限制作用控制的。Hobbs和Harris(2001)认为景观水平的退化也存在两个阈限，分别由生物联结作用的丧失，和物理景观功能的丧失所控制，并进一步指出，退化生态系统的恢复阈值及选择的手段取决于系统当前的状态，建议建立一套有效的、参数容易获取和测量的评价指标，用于评价生态恢复成功与否的标准。高克昌阈值在森林片断化研究中应用较多，在森林片断化的生态学效应研究中，绝大多数研究集中在把森林作为一种生境，主要研究生境丧失和生境片断化在生物多样性保护中的作用。有关森林片断化对其自身的影响，从片断化森林的斑块面积、斑块形状和隔离度等方面研究较多,得出森林的面积、形状和隔离对森林本身的有较大的影响。Andrn（1994）指出生境的比例在低于10%-30%的临界区间时，鸟类和哺乳动物的丰富度就会显著下降。Hill等人（Hill&Curran,2003）对加纳的热带雨林的森林片断化的研究表明：森林的面积、形状和隔离导致了树种多样性变化比率的急剧下降，大的森林片段拥有最多的树种数量和最高的稀有树种的比例，形状不规则的森林片段具有高的可更新阳性的先锋种和成熟的依赖动物传播的树种比例。高克昌6.退化生态系统的特征退化生态系统的特征退化生态系统的特征可归纳为以下几方面：（1）生物多样性变化系统的特征种(指示种)首先消失，与之共生和伴生的种类也逐渐消失。系统内的K-对策种减少，r-对策种增加，例如草本种类。喜阳、耐旱种类增加，耐阴、湿生和中生性种类消失。物种多样性的数量比例会发生变化，既可能增加，也可能下降，但多样性性质会发生质变，由于物种特性的不同，系统功能会相对原系统发生衰退。（2）层次结构简单化生态系统的退化，在种类组成上的变化会导致优势种群结构的波动乃至消退。在群落层次上表现为高度降低，层次性下降，群落内景观破碎化。如砍伐森林导致的群落层次变化。（3）食物网结构变化由于生态系统结构受到损害，导致层次结构简单化，以及食物网的复杂性下降，使有利于生态系统的食物网简单化，食物链缩短，部分链断裂甚至解环，单链营养级的比例逐渐增多，种间共生、附生关系减弱，甚至消失。如随着森林的消失，鸟类、兽类等动物和微生物也由于失去了栖息地和食源而随之消失。高克昌（4）能量流动出现障碍由于退化生态系统食物网的破坏，能量转化及传递效率会随之降低。主要表现为：系统总光能固定效率的下降，能流规模减小，能流格局减少；能流过程发生阻滞（捕食过程减弱或消失，腐化过程弱化，矿化过程加强而吸贮过程减弱；能流损失增大等)。（5）物质循环开放度增加退化生态系统的生物循环减弱而地球化学循环过程增强。物质循环过程一般有两个途径组成，即：生物学的闭路（或称生物循环）和地球化学的开放循环。生物循环主要在生命系统与活动库中运行，由于系统退化，生物组分减少，层次简化，食物网解链、解环或链条缩短、断裂，使得生物循环的周转时间缩短，周转率降低，因而系统的生物循环途径减弱，活动库容量变小，流量变小，生态学过程减弱，并最终导致地球化学循环主要在环境库中运行（如大气、水体、土壤），相对于正常生态系统而言，地球化学循环增强，整个系统的物质循环路线的闭合度减小，开放度增加。这些变化中最敏感的变化当属水循环、氮、碳、磷循环，由生物控制转变为物质控制，系统有闭合转为开放。如森林的退化，导致其系统内土壤和养分被输送到比邻的水生生态系统，碳和水分释放到大气，导致水体的富营养化和大气的温室效应。高克昌（6）系统生产力下降光能利用减弱，净初级生产力下降；第一性生产者结构和数量的变化也导致次级生产力的下降。（7）生物利用和改造环境的能力弱化，功能衰退固定、保护、改良土壤及其养分能力弱化；调解气候能力削弱；水分维持能力减弱，地表径流增加，引起土壤退化；防风固沙能力减弱；净化空气、降低噪声能力弱化；美化环境等文化价值降低或丧失。（8）系统稳定性下降稳定性是系统的最基本特征，正常系统中，生物相互作用占主导地位，环境的随机干扰较小，系统在某一平衡位置波动，优先的干扰所引起的偏离将被系统固有的生物相互作用进行自我调节（反馈），系统会自动回到原来的状态。但在退化系统中，由于其结构的破坏，系统内的正负反馈机制被扰乱，正反馈增强，驱使系统偏离平衡状态。综上所述，退化生态系统首先是组成和结构发生变化，导致其功能退化和生态过程弱化，引起系统自我维持能力减弱且不稳定。但系统成分和结构的改变是系统退化的外在表现，功能退化才是其受损本质。高克昌据估计，由于人类对土地的开发(主要指生境转换)导致了全球50 x108hm2以上土地的退化，使全球43的陆地植被生态系统的服务功能受到了影响。联合国环境署的调查表明(Daily1995)：全球有20 xl08hm2土地退化(占全球有植被分布土地面积的17)，其中轻度退化的(农业生产力稍微下降，恢复潜力很大)有7.5xl08hm2，中度退化的(农业生产力下降更多，要通过一定的经济和技术投资才能恢复)有9.1x108hm2，严重退化的(没有进行农业生产，要依靠国际援助才能进行改良的)有30 x108hm2，极度退化的(不能进行农业生产和改良)有0.09x108hm2；全球荒漠化土地有36x108hm2以上(占全球干旱地面积的70)，其中轻微退化的12.23x108hm2，中度退化的12.67x108hm2，严重退化的有10 x108hm2以上，极度退化的有0.72x108hm2，此外，弃耕的旱地每年还以0.09x108hm2的速度在递增；全球退化的热带雨林面积有4.27x108hm2，而且还在以0.154公顷/年的速度递增。联合国环境署还估计，19781991年问全球土地荒漠化造成的损失达30006000亿美元，现在每年高达423亿美元，而全球每年进行生态恢复而投入的经费达100亿一224亿美元。7、退化生态系统的类型与面积、退化生态系统的类型与面积高克昌“20002001：人与生态系统，正遭磨损的生命之网”由175位科学家共同完成的世界资源报告。报告指出，世界上的草原和其他生态系统正以更快的速度退化。这份报告是联合国开发计划署、联合国环境规划署、世界银行和世界资源研究所共同合作的结果。报告对沿海、森林、草地、淡水和农业等生态系统进行了考察和分析，并以它们向人类提供产品和服务的能力为基础，对各项生态系统的健康水平予以评估：其中包括生产粮食的能力，提供纯净和充足水的能力，维持生物多样性和提供娱乐旅游的能力。世界资源报告的统计数据和报告卡向人们展示了一幅当今全球生态系统的黯淡画面：海洋被过分捕捞；荒漠化不断延伸；为满足农业需求而过度抽取地下水；珊瑚礁和森林遭到严重破坏等等。报告认为，人口的快速增长和不断增加的消费是造成世界生态系统不断退化的两个最主要的原因。高克昌7.1退化生态系统的类型常见的退化生态系统类型有以下七种：1）、裸地2）、森林采伐迹地七个森林大国中，巴西、中国、印尼和刚果（金）的森林面积每年以0.1%1%的速度递减。俄罗斯、加拿大和美国以每年0.1%0.3%递增。中国现有林用地2.6亿hm2，森林覆盖率仅为13.92%，在十大自然资源中，森林资源最为短缺，人均占有森林面积仅相当于世界平均水平的11.7%。20世纪50年代初期，海南岛森林面积为25.7%，现在只有7.25%；西双版纳为55.5%，现在只有28%。50年来，长江上游的森林已损毁过半。高克昌3）、弃耕地弃耕地是人类原始农耕方式而造成的一种退化类型。4）、沙漠及荒漠化沙漠可由自然干扰或人为干扰而形成。这里讲的沙漠，是指在人为干扰下，原来非沙漠的土地沙漠化的现象，主要是指一些干旱地区，由于人为干扰所出现的沙漠化或原沙漠区向非沙漠区的推进。所谓荒漠化，则是指在干旱、半干旱地区和一些半湿润地区，生态环境遭到破坏，造成土地生产力衰退或丧失而形成荒漠的过程。我国已成为世界荒漠化面积最大、分布最广、受害最严重的国家之一。荒漠化土地面积超过10亿hm2，占国土地总面积近1/3。高克昌5）、采矿废弃地采矿废弃地是指因采矿活动被破坏、不经治理而无法使用的土地。主要分为四种类型：（1）由剥离表土、开采的废石及低品位矿石堆积所形成的废石堆废弃地；（2）随着矿物的开采而形成的大量采空区域，即开采坑形式的废弃地；（3）由各种分选方法选出精矿后的剩余物的排放而形成的尾矿渣废弃地；（4）开采石料而形成的采石矿废弃地。高克昌6）、垃圾堆放场垃圾堆放场或堆埋场，主要是家庭、城市、工业等垃圾或遗弃废物堆积的地方，对生态环境的影响不仅仅是对耕地的占用，更为严重的是对生活环境的污染，包括对大气、地下水等的污染。7）、污染的水域主要是来自未经处理的生活和工业污水，直接排放到自然水域的人为干扰。其结果是使水源的质量下降，水域的功能降低，包括对水中生物生长、发育和繁殖的危害，甚至使水域丧失饮用水的功能。高克昌表表3-2 3-2 全球陆地范围内人为引起的土地退化（全球陆地范围内人为引起的土地退化（10106 6hmhm2 2）退化类型退化类型非洲非洲亚洲亚洲拉丁美洲拉丁美洲北美洲北美洲欧洲欧洲大洋洲大洋洲全世界全世界水蚀水蚀22744016960114831093风蚀风蚀18722247354216549养分衰退养分衰退 451472-3+134盐渍化盐渍化15534+4177污染污染+2+-19-22酸化酸化24-+-7压实压实18104133268水涝水涝+9-1-11有机质降低有机质降低-2-2-4总计总计495748305972181021965受影响的土地）受影响的土地）17%18%15%5%23%12%15%7.2 全球退化生态系统全球退化生态系统高克昌中国陆地总面积约960万km2，居世界第三位，南北长5500km，跨49个纬度，包括9个热量带；东西宽5200km，跨62个经度。境内有46种土壤类型，29种植被型和48种土地利用类型。中国大陆海岸线长1.8*104km，海域面积4.73*109hm2。7.3 中国退化生态系统的现状中国退化生态系统的现状高克昌表表3-3 19953-3 1995年中国主要生态系统及其退化生态系统面积年中国主要生态系统及其退化生态系统面积(10106 6hmhm2 2)生态系统类型生态系统类型总面积总面积退化面积退化面积比例比例(%)农田生态系统农田生态系统14028 20草地生态系统草地生态系统40013233森林生态系统森林生态系统16531.225荒漠生态系统荒漠生态系统0.13-淡水生态系统淡水生态系统0.740.25 32废弃矿地废弃矿地2-高克昌中国从农业生产和资源的角度看，表现为东部适农西部宜牧，南方水丰北方干旱，山地平川农林互补。据1995年统计，在全国960万km2土地中，农用占14.6%，果园占0.5%，草地占41.6%，林地占17.2%，工业交通和城镇用地占2.6%，水体占3.5%，荒漠和永久雪地占27.2%。中国各类资源的人均值都低于世界平均水平，如人均土地面积为世界的1/3，森林资源为1/6，草地资源为1/3，特别是耕地资源中有世界人均的1/3。高克昌如我国水土流失面积约180万km2，占国土总面积的18.8%，其中黄土高原地区约有80%地区有水土流失问题；北方沙漠、戈壁、沙漠化土地面积为149万km2，占国土总面积的15.5%。1987年我国已沙漠化的土地面积为20.12万km2，潜在沙漠化土地13.28万km2。目前，尚有393万hm2农田和493万hm2草场受到沙漠化威胁。草原退化面积0.87亿hm2。每年还以133万hm2的速度在增加。每年使用农药防治面积为1.53亿hm2次，劣质化肥污染农田167万hm2。高克昌脆弱生态系统极易沦为退化生态系统。脆弱生态系统就是抵抗外界干扰能力低、自身的稳定性差的生态系统。我国脆弱生态系统的面积为194万km2，超过国土总面积的1/5。可分为北方半干旱半湿润区、西北干旱脆弱区、华北平原区、南方丘陵区、西南石灰岩山地、西南山地和青藏高原区。高克昌本章总结1.退化生态系统的定义退化生态系统的定义是指生态系统在自然或人为干扰下形成的偏离自然状态的系统，其基本特征是生态系统结构和功能的衰退。与自然系统相比，一般地，退化的生态系统种类组成、群落或系统结构改变，生物多样性减少，生物生产力降低，土壤和微环境恶化，生物间相互关系改变。分为结构受损类型和景观受损类型。2.生态退化的含义生态退化的含义3.生态退化的成因生态退化的成因 森林砍伐、土地开垦、战争、采集、采樵薪炭、狩猎和捕捞、工农业污染、新干扰形式4.生态系统退化过程生态系统退化过程 A.突变过程；B.跃变过程；C.渐变过程；D.间断不连续过程；E.复合退化过程5.生态系统的退化程度诊断生态系统的退化程度诊断(1)退化评价指标选择的原则；(2)退化程度的诊断途径与可能指标；(3)退化程度的诊断方法；(4)生态阈值6.退化生态系统的特征退化生态系统的特征高克昌课后作业：课后作业：结合此文，运用所学的生态学知识，诊断退化生结合此文，运用所学的生态学知识，诊断退化生态系统特征时，应从哪几方面入手？怎样识别一个生态系统态系统特征时，应从哪几方面入手？怎样识别一个生态系统是否退化？是否退化？2000-30002000-3000字。字。高克昌作业运用所学的生态学知识，谈谈诊断退化生态系统特征时，应从哪几方面入手？怎样识别一个生态系统是否退化？1、为什么要诊断退化生态系统的特征（意义）2、目前研究现状如何？（了解同行的工作，并指出长处与不足，明确未来应该加强的方向）3、有哪些途径？有哪些指标体系？哪些指标可以反映一个生态系统的结构和功能发生了退化？最好联系实际举例说明。4、这些指标如何变化表示生态系统退化了？5、展望该方法在生态恢复中的可能意义？高克昌Thank you!