生态系统管理与可持续发展课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 生态系统健康与生态恢复,7.1生态系统管理,7.1 生态系统管理,（一）、生态系统管理的概念,利用生态学、经济学、社会学和管理学的原理仔细地和专业地管理生态系统的生产或恢复，或长期维持生态系统的整体性和理想的条件、利用、产品、价值和服务（,Overbay,1992,）。,生态系统管理有明确的管理目标，并执行一定的政策和规划，基于实践和研究并根据实际情况作调整，基于对生态系统作用和过程的最佳理解，管理过程必须维持生态系统组成、结构和功能的可持续性（美国生态学会，,1996,）。,生态系统管理是考虑了组成生态系统的所有生物体及生态过程，并基于对生态系统的最佳理解的土地利用决策和土地管理实践过程。生态系统管理包括维持生态系统结构、功能的可持续性，认识生态系统的时空动态，生态系统功能依赖于生态系统的结构和多样性，土地利用决策必须考虑整个生态系统（,Dale et al., 1997,）。,生态系统管理是实现生态系统与社会经济系统间的可持续性的平衡及生态系统功能的发挥。,上述这些定义在许多方面有重复，大多数定义强调在生态系统与社会经济系统间的可持续性的平衡，部分定义强调生态系统的功能特征。,我们认为所有这些定义并没有矛盾，生态系统管理要求我们越过生态系统中什么是有价值的和什么是没价值的问题，而主要集中在自然系统与社会经济系统重叠区的问题上。,主要包括以下几个方面：,（二）、生态系统管理的内涵,生态系统管理要求融合生态学的知识和社会科学技术，并把人类、社会价值整合进生态系统；,生态系统管理的对象包括自然和人类干扰的系统；,生态系统功能可用生物多样性和生产力来衡量；,生态系统管理要求科学家与管理者定义生态系统退化的阈值；,生态系统管理要求人类利用和对生态系统的影响方面的系统的科学的研究结果作指导；,生态系统管理要求人们理解和接受生态功能的部分损失，并利用科学知识做出最小损害生态系统整体性的管理选择；,态系统管理的时间和空间尺度应与管理目标相适应；,生态系统管理要求发现生态系统退化的根源，并在其退化前采取措施。,（三） 生态系统管理的发展进程,时间,生态学理论,管理措施与社会环境,法律政策,1860年以前,措施：资源开发与利用,社会环境：资源开发与利用,公有土地变为私有土地,1870-1890年,1866年Heckel定义生态学,措施：资源开发与利用,社会环境：保持,仍以资源过度利用的旧法律为主,1891-1894年,以个体研究、自然历史方法为主,措施：保护性管理,社会环境：保持,强制性保护联邦土地；制定森林法(1891),表7-1 美国生态系统管理的历史发展过程,1905-二战期间,托管森林及生态学研究开始,措施：保护性管理,社会环境：依据科学原理“明智利用”,建立国家林务局(1905)、公园服务局(1916)等管理机构；出台可持续生产法,二战后1960s,形成生态学原理(Odum)、开展生态学研究,措施：各种措施并存,社会环境：多元利用与可持续生产,管理与立法基础结构的建立：土地管理据(1946)；多元利用法、环境政策法,20世纪80年代,出版大量生态学著作，科学家、政策人员提倡生态系统方法,措施：多元利用,社会环境：可持续性,污染控制法、审查各种环境法；NFMA计划完成,20世纪90年代,学术界普遍赞同生态系统管理,措施：多元利用,社会环境：生态系统管理,多元利用的生态系统管理政策(1992),（四）、生态系统管理的内容,植物个体及种群尺度上：气候与微气候、地形与微地形、土壤的理化特征、消费者的层次、植物的生理生态特征、植物固定碳的格局、植物遗传、共生、营养和水分条件。,群落及生态系统尺度上：气候与微气候、地形与微地形、种类组成与多度、土壤的理化特征、消费者的层次、植物组织的流通率及分解、活体与死的有机质空间分布、植物对水分和营养利用的形态适应、共生、营养和水分条件。,景观尺度上：气候、地形、群落与生态系统类型、土壤物理特征、生态类型的空间分布。景观尺度是评价动物生境的最佳尺度。,生物圈尺度上：气候、地形和植被类型。由于空间尺度太大，一些生态学过程的速率较慢。气候是植被分布的决定因子，时间尺度不重要，海拔对种类的影响可以忽略。,（五）、生态系统管理的原则,管理目标是社会的抉择,指导性原则,生态系统的管理必须考虑人的因素,生态系统必须在自然的分界内管理,管理必须认识到变化是必然的,生态系统的管理必须在适当的尺度内进行，保护必须利用各级保护区,生态系统管理需要从全球考虑，从局部着手,操作性原则,生态系统必须维持或加强生态系统结构与功能,决策者应当以源于科学的适当工具为指导,生态系统管理者必须谨慎行事,多学科交叉的途径是必要的,（六）、案例：美国太平洋西北部成过熟林管理计划,背景介绍：,19,世纪中叶移民到达之前，大面积的森林覆盖了卡斯凯德山脉,(Cascade Mountain),两侧的大面积地区。在这种景观内，自然干扰和土著人的火烧干扰维持着林地演替系列阶段的多样性，大约,60%-70%,的森林面积是由针叶树种混交的成过熟林（林分年龄在,150,年以上）。,19,世纪末、,20,世纪初的采伐运输业以及,20,世纪,70,年代的短期轮伐使成过熟林持续下降和破碎化，北部斑纹猫头鹰数量减少。科学家、政策制定者和活动家为保护残存的成过熟林生态系统的遗迹寻求必要的依据。,1993,年，克林顿总统发起了“国家森林最高级会议”，商讨解决在大西洋西北部联邦森林资源管理和利用上僵局的方案。为此，林务局建立了森林生态系统管理评估组,(FEMAT),，要求,FEMAT,提出太平洋西北部成过熟林的具有不同管理需求的（生态学和社会学上的）可供选择的办法和后果预测 。,FEMAT,的报告作为开展生态系统管理和有关方法论的范例。该报告概括美国林务局和土地管理局实现计划的四个方面：,1.,新管理体制的形成和执照的发放；,2.10,个适应性管理区域计划过程的发起；,3.,对关键流域、河岸保护区的项目进行流域分析；,4.,对演替后期的管理进行评价。,1993,年，克林顿总统发起了“国家森林最高级会议”，商讨解决在大西洋西北部联邦森林资源管理和利用上僵局的方案。为此，林务局建立了森林生态系统管理评估组,(FEMAT),，要求,FEMAT,提出太平洋西北部成过熟林的具有不同管理需求的（生态学和社会学上的）可供选择的办法和后果预测 。,FEMAT,的报告作为开展生态系统管理和有关方法论的范例。该报告概括美国林务局和土地管理局实现计划的四个方面：,1.,新管理体制的形成和执照的发放；,2.10,个适应性管理区域计划过程的发起；,3.,对关键流域、河岸保护区的项目进行流域分析；,4.,对演替后期的管理进行评价。,7.3 生态系统的,服务功能,7.3.1 生态系统服务功能的概念,定义： 生态系统的服务功能是指人类直接或间接地从生态系统结构功能（即生态系统中的生境、生物或系统性质及过程）中获取的利益，生态系统不仅为人类提供了食品、医药及其他生活原料，更重要的是维持人类赖以生存的生命支持系统，维持生命物质的生物地化循环及水文循环，维持生物物种与遗传多样性，净化环境，维持大气化学的平衡与稳定，为人类生存与现代文明提供重要作用（,Daily,1995,1997;,Costanza, 1997,任海等，,2001,）。,特点：生态系统产品和生态系统功能的统一，具有生产和生态双重属性；生态系统服务的基础和前提是生态系统的开放性。,退化生态系统的恢复目标：恢复并维持生态系统的服务功能，包括生态系统的产品、生物多样性、土壤形成、种子传播、废物的去毒和分解、保护海岸带、防止紫外线辐射、净化空气和水体、调节气候等。,表7-2 生态系统的服务功能(Costanza,1997),序号,生态系统效益,生态系统功能,举例,1,气体调节,调节大气化学成分,CO,2,/O,2,平衡、O,3,防护UV-B、SOx水平,2,气候调节,对气温、降水的调节以及其它气候过程的生物调节,温室气体调节以及影响云形成的DMS（硫化二甲酯）生成,3,干扰调节,对环境波动的生态系统容纳、延迟和整合能力,防止风暴、控制洪水、干旱恢复以及其它由植被结构控制的生境对环境变化的反应,4,水分调节,调节水文循环过程,农业、工业或交通的水分供给,5,水分供给,水分的保持与贮存,集水区、水库和含水层的水分供给,6,侵蚀控制和沉积物保持,生态系统内的土壤保持,风、径流和其它运移过程中的土壤侵蚀和在湖泊、湿地的累积,7,土壤形成,成土过程,岩石风化和有机物的积累,8,养分循环,养分获取、形成、循环和贮存,固氮和N、P等元素的循环,9,废弃物处理,流失养分的恢复和过剩养分有毒物质的分解与转移,废弃物处理、污染控制和毒物降解,7.3.2 生态系统服务功能的内容,序号,生态系统效益,生态系统功能,举例,10,传花授粉,植物配子的转移,植物种群繁殖授粉者的供给,11,生物控制,对种群的营养级动态调控,关键种捕食者对猎物种类的控制、顶级捕食者对食草动物的控制,12,庇护,为定居和临时种群提供栖息地,迁徙种的繁育和栖息地、本地种区域栖息地或越冬场所,13,食物生产,总初级生产力中可提取的食物,鱼、猎物、作物、果实等农渔业生产,14,原材料,总初级生产力中可提取的原料,木材、燃料和饲料的生产,15,遗传资源,特有的生物材料和产品来源,药物、抗病虫物种基因和观赏物种基因,16,休闲,提供休闲娱乐,生态旅游、体育、垂钓和其它户外娱乐活动,17,文化,提供非商业用途,美学、艺术、教育、精神或科学的价值,生产生态系统产品：生态系统可以为人类提供动植物产品。据统计，每年各类生态系统为人类提供粮食,1.8X10,8,t,，肉类产品约,6.0X10,8,t,，海洋提供鱼类产品约,1.0X10,8,t,。,提供栖息休憩场所：陆地和水生生态系统为野生鸟、兽、虫、鱼提供必要的栖息环境，为人们提供狩猎、垂钓、休闲等活动提供场所。,产生和维持生物多样性：生态系统通过生物群落的整体创造了适宜于生物生存；不同种群对外来扰动与环境变化具有不同的抵抗能力；不同生态系统为不同种群的生存提供了场所。从而可以避免某一因子的变动而导致物种的灭绝，保存了丰富的遗传基因信息。,调节气候：生态系统在全球、区域、小流域和小生境等不通的空间尺度上影响着气候。如温室气体排放、降水调节。,减缓旱涝灾害：涵养水源、拦截雨水、减少径流、固持土壤。,维持土壤功能：维持土壤的生产能力、维持土壤的生物功能、维持碳源、减少温室气体的排放、土壤污染的修复与改良、地下水的净化与保存。,传播花粉种子：维持动物传播花粉、种子的功能，提高物种和生态系统的多样性，促进退化种群的恢复。,有害生物的控制：自然生态系统的生态过程维持供养了有害生物的天地或竞争者，限制了有害生物的数量。各种生态系统过程结合起来，保障和提高了生态系统的稳定性，保证了生态系统的服务功能。,净化环境：植物对大气污染的净化作用、土壤植物系统对土壤污染的净化作用、藻类对水体污染的控制和净化作用、肉食或腐食动物对有机体的净化作用等，通过摄取、吸收和分解的自然生物学过程保证了物质在自然生态系统中的有效循环利用，防止了物质的过分积累所形成的污染。,景观学与精神文化功能：自然生态系统对人类的情感活动有重要影响作用。洁净空气和水，相对和谐的景观，有利于人的身心健康。自然生态环境深刻地影响着人们的美学倾向、艺术创造、宗教信仰。各地独特的动植物区系和生态环境在漫长的文化发展过程中塑造了当地人们的特定行为习俗和性格特征，决定了当地的生产生活方式，孕育了各具特色的地方文化。,7.3.3 生态系统服务功能价值的评估,生态系统服务功能的价值分类：直接利用价值、间接利用价值、选择价值和存在价值。, 直接利用价值：食品、医药及其它工农业生产原料、旅游和娱乐等带来的直接价值。直接使用价值可以用产品的市场价格来估计。, 间接利用价值：生物地球化学循环与水文循环、维持生物多样性、保持土壤肥力等。间接利用价值的评估根据生态系统功能的类型来折算，通常有防护费用法、恢复费用法、替代市场法等。, 选择价值：为了将来能直接或间接利用某种生态服务功能的支付意愿。如人们为将来能利用森林涵养水源、净化大气以及休憩娱乐等功能而愿意支付的费用。比较典型的例子是退耕还林还草工程的生态补偿。, 存在价值：生态系统本身具有的内在价值，是人们为确保生态系统服务功能能继续存在的支付意愿。例如，森林调节气候的作用是不以人的意志为转移的。存在价值介于经济价值与生态价值之间，它为经济学家和生态学家提供共同的价值观。,生态系统服务功能价值的评估方法：替代市场技术、模拟市场技术。, 替代市场技术：以“影子价格”和消费者剩余价值来表达生态系统服务功能的经济价值。评价方法主要有费用支出法、市场价值法、机会成本法、旅行费用法和享乐价格法。, 模拟市场技术：以支付意愿和净支付意愿来表达生态系统服务功能的经济价值，评价方法只有条件价值法一种。它是生态系统服务价值评估中应用最广泛的评估方法之一。,条件价值法：也称调查法和假设评价法。其核心是直接咨询（调查、问卷、投标等）人们对生态系统服务功能的支付意愿，并以支付意愿和净支付意愿来表达生态系统服务功能的经济价值。, 优点：适用于缺乏实际市场和替代市场交换商品的价值评估，是“公共商品”价值评估的一种特有的重要方法，它能评估各种生态系统服务功能的经济价值，包括直接利用价值、间接利用价值、存在价值和选择价值。, 缺点：费工、费时，操作难度大。,费用支出法：从消费者的角度来评价生态系统服务功能的价值。它以人们对某种生态系统服务功能的支出费用来表示其经济价值。例如：森林公园的生态系统服务功能可以用游客的消费支出作为其价值。, 优点：直观、简捷、容易操作。, 缺点：适用范围较小，无法估测自然生态系统或非盈利为目的生态系统的服务功能价值。准确性不高，容易低估生态系统服务功能的经济价值。,市场价值法：与费用支出法类似，但它可适合于没有费用支出的但有市场价格的生态系统服务功能的价值评估。例如，评价保护土壤的经济价值时，可用生态系统破坏造成的土壤侵蚀量、土地退化、生产力下降的损失来估计。, 优点：适用范围较广、内容较为全面。, 缺点：操作难度大，无法实现所有服务功能的定量化；误判率较高，容易过高或过低的估计某一生态系统的服务功能价值。,*,R.Costanza,et al. The value of the worlds ecosystem services and natural capital. Nature, 1997, 386: 253-260.,表7-3 中国生态系统的服务功能价值及其与全球比较,生态系统效益,生态系统价值（10,8,USD/a）,中国,全球,中国/全球（）,气体调节,237.18,13410,1.77,气候调节,224.54,6840,3.28,干扰调节,1184.05,17790,6.66,水分调节,297.40,11150,2.67,水分供给,1319.54,16920,7.80,侵蚀控制和沉积物保持,324.44,5760,5.63,土壤形成,18.13,530,3.42,养分循环,2561.30,170750,1.50,废弃物处理,791.54,22770,3.48,传花授粉,133.99,1170,11.45,生物控制,178.65,4170,4.28,庇护,72.52,1240,5.85,食物生产,503.12,13860,3.63,原材料,279.81,7210,3.88,遗传资源,33.69,790,4.26,休闲,234.53,8150,2.88,文化,636.45,30150,2.11,总计,9030.88,332680,2.71,表7-4 中国各类生态系统的服务功能价值,生态系统类型,面积(km,2,),单位价值(USD/km,2,),总价值(10,8,USD/a),总价值(10,8,RMB/a),陆地,678,6508.92,56098.46,森林,1387,1790.75,15433.98,热带亚热带森林,821595,2007,1648.94,14211.73,温带森林/泰加林,469582,302,141.81,1222.25,草地,232,1009.16,8697.68,红树林,575,9990,5.74,49.51,沼泽湿地,158597,19580,3105.33,26763.90,河流/湖泊,50843,8498,432.06,3723.83,荒漠,冻原,4120,冰川/裸岩,442461,耕地,92,165.87,1429.56,海洋,533,2521.96,21736.02,开阔海面,252,1103.76,9512.98,海岸带,350000,4052,1418.20,12223.04,全国,630,9030.88,77834.48,表7-5 中国各省区生态系统的服务价值分析与排序,省区,单位效益(RMB/hm,2,.a),总效益,(10,8,RMB/a),总效益排序,省区,单位效益(RMB/hm,2,.a),总效益,(10,8,RMB/a),总效益排序,黑龙江,17399,7867.002,2,广西,4499,1063.525,11,台湾,10349,357.971,21,安徽,4153,595.982,18,云南,8766,3364.312,7,甘肃,3665,1526.187,9,海南,8484,265.155,24,贵州,3619,652.144,16,湖南,8167,1739.548,8,西藏,3602,4424.567,4,江西,8105,1358.573,10,北京,2251,37.158,29,福建,7668,950.572,14,宁夏,2239,118.298,28,四川,7286,4217.448,5,陕西,2105,443.782,20,新疆,6773,11154.950,1,山东,1840,290.900,22,内蒙古,6262,7225.534,3,山西,1717,275.353,23,浙江,6079,605.206,17,河南,1535,261.363,25,广东,5437,959.755,13,天津,1509,17.759,30,吉林,5195,1007.943,12,辽宁,1456,214.972,27,江苏,4766,466.441,19,河北,1356,256.035,26,湖北,4733,887.207,15,上海,793,4.348,31,青海,4730,3456.403,6,中国天然草地生态服务价值：,* 单价订正：,P,ij,= (,b,j,/B)P,i,式中，,P,ij,:,单位面积草地的生态服务价值；,b,j,: j,类草地的生物量；,B:,单位面积草地的平均生物量；,P,i,:,生态系统各类服务功能参考基准单价,i = 1,2,3,17,代表生态系统各类生态服,务功能；,j = 1,2,3,18,代表草地类型,* j类草地生态系统服务总价值：,V,j,= A,j,P,ij,式中，V,j,: j类草地的生态服务总价值；,A,j,: j类草地的面积；,P,ij,: j类草地的i类服务功能(i =,1,2,3,17),* 区域草地生态系统服务总价值：,V = A,j,P,ij,式中，V: 区域草地的生态服务总价值,(i = 1,2,3,17； j = 1,2,3,18),表7-6 中国各类生态系统的服务功能价值,草地类型,单位价值(USD/hm,2,.a),总价值(10,8,USD/a),服务价值构成（),温性草甸草原,302.2,43.9,2.93,温性草原,183.4,75.4,5.03,温性荒漠草原,93.8,17.8,1.19,高寒草甸草原,63.3,4.3,0.29,高寒草原,58.6,24.4,1.63,高寒荒漠草原,40.2,3.8,0.26,温性草原化荒漠,95.9,10.2,0.68,温性荒漠,67.9,30.6,2.04,高寒荒漠,24.1,1.8,0.12,暖性草丛,338.9,22.6,1.51,暖性灌草丛,364.9,42.4,2.83,热性草丛,545.1,77.6,5.18,热性灌草丛,521.1,91.5,6.11,干热稀疏灌草丛,560.8,4.8,0.32,低地草甸,356.8,90,6.01,山地草甸,339.9,56.8,3.79,高寒草甸,181.9,115.9,7.74,沼泽,27282.9,784.1,52.34,合计,1497.9,100.00,表7-7 不同区域草地生态系统服务价值（,10,8,USD/a,）,生态系统效益,东北温带半湿润区,蒙宁甘温带半干旱区,西北温带暖温带干旱区,华北暖温带半湿润半干旱区,东南热带亚热带湿润区,西南亚热带湿润区,青藏高原高寒区,合计,气体调节,6.98,2.53,4.09,1.05,2.44,3.68,5.73,27.5,气候调节,0,0,0,0,0,0,0,0,干扰调节,138.93,5.36,22.28,2.59,0.59,7.20,31.16,240.7,水分调节,1.7,1.03,1.55,0.43,1.04,1.51,2.17,9.6,水分供给,116.32,4.49,18.65,2.17,0.49,6.03,26.09,201.5,侵蚀控制和沉积物保持,12.04,9.83,14.24,4.04,10.04,14.37,19.94,84.4,土壤形成,0.41,0.34,0.49,0.14,0.35,0.49,0.69,2.9,养分循环,0,0,0,0,0,0,0,0.0,废弃物处理,163.98,34.42,63.21,14.52,30.67,49.76,88.50,476.0,传花授粉,10.38,8.47,12.27,3.48,8.66,12.39,17.19,73.1,生物控制,9.55,7.79,11.29,3.21,7.97,11.40,15.82,67.3,庇护、栖息地,9.31,0.36,1.49,0.17,0.04,0.48,2.09,16.1,食物生产,35.66,23.01,34.15,9.49,23.24,33.62,47.83,209.6,原材料,3.24,0.13,0.52,0.06,0.01,0.17,0.73,5.6,遗传资源,0,0,0,0,0,0,0,0,娱乐,18.40,1.36,3.79,0.61,0.77,1.90,5.32,36.3,文化,26.97,1.04,4.32,0.50,0.11,1.39,6.05,46.7,合计,533.88,100.15,192.36,42.47,86.41,144.42,269.29,1497.9,7.3.4 人工生态系统的服务功能,人工生态系统的作用：代替自然生态系统，通过人工管理，实现退化生态系统的恢复。,人工生态系统与自然生态系统服务功能的区别：在小尺度和有限时段内有效低提供某一种服务，而自然生态系统可以同时提供多项服务。,人工生态系统替代自然生态系统的可行性：“生物圈,2,号”试验。,7.3.5 生态系统服务功能的保护途径,加强科学研究：充分理解生态系统服务与人类生活质量之间的关系。,增加经济投入：生态系统服务价值的恢复需要一定的经济代价。“退耕还林（草）”工程就是以粮食换生态的一项生态建设措施。,加强政府管理：生态系统的保护和管理中，政府的作用是巨大的，很多国家建立环境管理机构，以统筹、规划、协调有关环境保护的方针、政策和立法。,保护人民的参与：只有把全社会力量动员起来，才能保证生态建设的成功与持续发展。,加强环保教育：在资源管理、分配和适用过程中，除了需要科学知识和工程体系外，还要求人们具有环保意识，环保教育是提高全民环保素质的基础。,加强经济管理：将环境问题纳入市场体系和经济体制，为生态服务划价，将生态系统服务功能的丧失考虑进去，达到保护的目的,第二节 生态系统的保育,生态系统保育,(,护,),是指协调、控制生态系统发展的方向或人类活动，平衡长期和短期目标，并获得最大的利益。,原理：平衡长期和短期的人类需求和生态系统的长期完整性。完整性是指在没有功能损失的条件下，生态系统得以容忍并调节外界压力和胁迫的能力。,一、概念与原理,目的：,支撑人类的生产与生活；,维持生物多样性的水平；,维持遗传特征；,维持生态特征和生物地球化学循环；,保持未来选择的机会；,保持美学价值。,二、生态保育的内容与原则,保护生命支持系统：即保护地球适合于生命的生态学过程，包括气候形成、水源涵养、空气净化、水量调节、元素循环、土壤形成等。,保护生物多样性：即保护植物、动物和其它生物的所有种类，每个物种贮藏的遗传信息、生境、生态系统和景观。,保护可再生资源：保护野生和家养生物资源以及产生这些资源的海洋和陆地生态系统，包括森林、草原、农田等。,原则：可持续社会的原则,尊重和关心生命群落；,改善人类的生活质量；,保护地球的生命力和多样性；,尽量降低非再生资源的消耗；,维持地球的承载力；,改变个人的态度和行为；,使社区能够关心自身的环境；,为国家提供发展与保护的综合方案；,创造一个全球性联盟。,农业、林业或渔业的合理实践；,陆地或海洋野生物种的适度采获；,调节废物和潜在污染物的释放；,保护土壤免于侵蚀以及水资源的管理（工程措施）；,建立自然保护区。,三、生态保育的方法,7.4 生态系统健康的定义与标准,7.4.1、生态系统健康的概念,定义：是指生态系统没有病痛反应、稳定且可持续发展，即生态系统随着时间的进程有活力并且能维持其组织及自主性。,内容：包括从短期到长期的时间尺度、从地方到区域的空间尺度的社会、生态、经济功能及从地方、区域到全球胁迫下的生态环境问题。,目标：保护和增强区域环境容量的恢复力，维持生产力并保持自然界为人类服务的功能。,7.4.2、生态系统对胁迫的反应,胁迫因子：过度开发利用（对陆地、水体生态系统的过度收获）、物理重建（土地利用,/,土地覆盖变化）、外来种的引入（外来种对乡土种的竞争与排斥）、自然干扰（火灾、地震等）。,胁迫类型：单因子胁迫和多因子胁迫。多因子胁迫会产生累积效应，增加生态系统的变异程度。,胁迫反应：死亡（消亡）；退化（偏离轨道）；恢复（恢复或接近原状）；健康。,表7-7 不同生态系统对同一胁迫的反应(Rapport, 1998),指标,湖泊,河流,山地,系统性质,初级生产力,+,+,0/-,水平营养运移,+,+,+,物种多样性,-,-,-/+,疾病普遍性,+,+,+,种群调控,-,-,-,演替的逆转,+,+,+,复合稳定性,-,-,-,群落结构,R-对策种,+,+,+,短命种,+,+,+,更小的生物群,+,+,？,外来种,+,+,+,种间相互作用,-,-,-,边界线,+,+,+,乡土种的消失,？,+,+,人类对生态系统,的胁迫,收获,废弃物,物理重建,外来种入侵,极端事件,生态系统结构与,功能的改变,生物多样性降低,恢复力下降,疾病增加,r-对策种增加,富营养化,生态系统服务,价值降低,洪水增加,水质变差,空气质量下降,野生生物减少,旅游质量下降,人类健康风险,人类社会反应,改进环境管理,减少对环境的压力,增进生态系统健康,图7-1 人类活动与生态系统健康的关系,7.4.3 生态系统健康的标准,活力：生态系统的能量输入和营养循环量。在一定范围内生态系统的能量输入越多，物质循环越快，活力就越高。,恢复力,(,弹性,),：,系统克服压力及反弹恢复的容量。一般而言，受胁迫生态系统比不受胁迫生态系统的恢复力小。,组织：即系统的复杂性。一般认为，生态系统的组织越复杂就越健康。,生态系统服务功能的维持：健康的生态系统服务功能较强。,管理选择：健康的生态系统具有多种用途和管理，不健康的生态系统不再具有多种用途和管理选择。,外部输入：健康的生态系统对外部输入的依赖程度降低。,对相邻生态系统的破坏：健康的生态系统对临近生态系统几乎没有破坏。,对人类健康的影响：健康的生态系统对人类的健康没有影响或影响较小。,*,其中，,活力、恢复力和组织,是最重要的,3,个指标。,7.4.4 生态系统健康的评估与预测,（一）、生态系统健康的评估指标,生态风险评价：评估人类活动或自然灾害对生态系统组分的伤害概率。评价的主要步骤包括调查研究、风险评估、风险定性和定量化、风险管理等。但可操作性不强，无法直接用于生态系统健康评价。,生态健康评价：为了更方便实现生态系统健康研究的最终目的,有效管理，,Ulanowicz,和,Rapport,提出用活力（,V,）、,组织,(O),和恢复力,(R),三项指标来评判生态系统的健康程度。,生态系统健康指数（,HI,）,的测定公式为：,HI = V, O R,式中，,V,是系统活力、新陈代谢和初级生产力的主要标准；,O,为系统组织指数（,01,），是系统组织的相对程度，包括多样性和相关性；,R,为系统弹性指数（,01,），是系统弹性的相对程度。,（二）、评估指标的度量,活力的测量：,Ulanowicz,提出用网络分析法计算系统的总产量（,TST,）,和净输入（,NI,）。,TST,就是在单位时间内沿着各个体的交换途径的物质转移量的简单相加（,TST=.,Tij,），而,NI,则可直接从,TST,中分离出来。,组织的测量：,Ulanowicz,提出用网络分析法建立了组织的测量与预测方程。,恢复力的测量：生态系统的最大胁迫（,MS,）,与恢复时间（,RT,）,与的比值（,MS/RT,）。,7.4.5、生态系统健康的等级理论,基因库,基因流,基因结构,遗传表达,珍稀物种保护,种生活史、种群动态,物种、种群结构,种群生存力,商品生产与环境保护,群落、生态系统结构,群落、生态系统动态,能流与物流,土地利用规划,景观过程、土地利用动态,景观类型格局,服务,功能,景观与生态功能,结构,动态,图36 生态系统健康评估的等级概念,7.4.6 生态系统稳定性与生态系统健康,(一)、干扰的概念与类型,干扰是,导致群落或生态系统特征（诸如种类多样性、营养输出、生物量、垂直与水平结构等）超出正常的波动范围。超出其波动的“正常”范围。,指由于在外力作用下，系统无法通过自身的调节能力恢复到稳定状态，从而偏离稳定轨道发生的长期紊乱过程。,干扰体系的组成要素有类型、频次、强度和时间。,类型：干扰类型可以归结自然干扰（非生物因素干扰）和生物干扰（包括人为干扰）两大类。,非生物因素影响（火、风等）,植被的斑块状镶嵌,物候、结构、多样性,气候影响,动物影响,喜食情况,种子散布,食物贮藏,排泄物,践踏,植被影响,异种抑制现象,遮荫作用,繁殖特点,土壤影响,营养物质,土壤质地,地形特点,图7-2 陆地生态系统的主要干扰因素,干扰对生态系统的影响作用复杂，与干扰的性质有关，,干扰的性质主要包括：干扰类型、干扰频率、干扰强度和干扰尺度（或幅度）。,干扰度是指干扰后的状态与先前稳定状态间的差异。,干扰频率主要是指在单位时间内干扰事件发生的次数，这个概念虽然简单，但非常重要，干扰频率大小对生态系统的影响程度不同，如：时间间隔较远的、较近的和持续的干扰活动对生态系统的破坏程度具有显著差异。,干扰尺度是指干扰的时间和空间格局，以及在不同生态组织等级上的影响格局，例如：生态系统、群落、种群和个体。,稳定性一般是指生态系统长期处于一个稳定状态，如何选择度量生态系统稳定性的参数相当重要。,长期以来，对生态系统稳定性的度量主要依赖于系统内的植被生物量和物种组成特征这两项指标。,采用这两项指标的主要原因是与其在度量生态系统稳定性方面的可靠程度有关，其可靠性来源于英国科学家在Rothamsted Park开展的植被长期观测样地，即：著名的Park Grass Experiment (PGE)。在这个实验中，英国科学家在100余年前就建立了永久固定样地，然后定期观察自然状况下植被的变化过程。经过长期的观测，Collins (1995)发现，尽管植被生物量在年际间会发生波动，物种组成也发生了显著变化，但总体生物量生产力在过去100年间未发生显著变化。这个研究结果的发表，在很大程度上确定了生物量变化与否可以作为生态系统稳定性的测量和评估参数,。,(二)、生态系统的稳定性,那么，到底生态系统稳定性的定义是什么？,在不同的文献中，大概有160多种相关的概念，这里，我们采用更具普遍性的稳定性定义，以及与此相关的抗性和弹性概念。,稳定性：生态系统在环境条件改变而发生波动后返回到开始状态的能力，这个状态一般是一个稳定且动态的平衡状态，而不是静态，它的边界介于其抗性和弹性之内。,抗性：是指生态系统在突发性环境条件改变后只产生轻微响应的现象，即：虽然产生波动，但仍能维持其原有结构和功能特征。通常情况下，在外界干扰较大的情况下，具有抗性的生态系统返回到原来需要较长时间。,弹性：是指生态系统具有较强的可自我调节性，即：外界干扰较容易改变其状态，但能很快返回原有状态。在弹性范围内，生态系统能够重新修复由于环境改变而造成的结构和功能受损。系统返回到稳定状态的时间长度与弹性大小显著负相关，即：生态系统回到稳定状态越快，则弹性越大。,生态系统的稳定性至少包含两方面的涵义,抵抗力,系统抵御外界干扰使自身不致受到伤害的缓冲能力,抵抗力越强则系统越不容易出现伤害或崩溃现象,恢复力,系统遭外界干扰致使系统受损后迅速修复还原自己的能力,恢复力越强则系统恢复到正常的时间越短。,两者难以兼得,恢复力强则抵抗力弱,反之亦然,。,图7-3 生态系统总稳定性(抵抗力与恢复力)关系,生态系统功能,时 间,抵抗力的量度：当一次干扰的强度和作用时间一定时，此区域的面积越大(轨迹偏离正常范围越晚和幅度越小)，生态系统的抵抗力越强,功能轨迹曲线,正常作用范围,干扰,图7-4 生态系统总稳定性(抵抗力与恢复力)关系,生态系统功能,时 间,恢复力的量度：当一次干扰结束后，若恢复的时间一定时，此区域的面积越大(轨迹回复到正常范围越早越快)，生态系统的恢复力越强,功能轨迹曲线,正常作用范围,干扰,抗性和弹性表明生态系统可恢复到先前的稳定状态，非稳定状态的响应表明在长期干扰下，生态系统借助恢复措施也无法恢复到先前状态，达到新的稳定状态。在生态恢复实践中，首要的任务是判断退化生态系统的状态。,干扰事件,稳定状态（steady state）,新稳定状态,非稳定状态,弹性,resilience,抗性(resistance),干扰和生态系统稳定性之间的联系,(三)、干扰与生态系统稳定性的关系,从上图可以看出，在干扰发生后，即使生态系统没有进入持续退化轨道，但在短期内，生态系统是不可能回到先前状态，自我调节需要一定的过程，即：生态系统的抗性和弹性具有一定限度。,干扰与生态系统健康和生态系统的稳定性具有密切的关系。一般而言，健康的生态系统是稳定的，但稳定的生态系统不一定是健康的。干扰作用于稳定的生态系统或健康的生态系统会导致不稳定或不健康，在一定强度范围下，干扰可能生态系统不健康，但仍是稳定的；健康的生态系统是未受到干扰的生态系统，但稳定的生态系统可能受到干扰。,(四)、干扰与生态系统的健康,干扰,不稳定的,生态系统,不健康的,生态系统,图7-5 干扰与生态系统健康、稳定性的关系,7.4.7 生态系统管理、生态系统可持续发展与生态系统健康,20世纪90年代兴起了生态系统管理,(ecosystem managent,)，生态系统管理是指在某一限定的生态系统内协调、控制方向或人类活动，平衡长期和短期日标，并获取最大利益的行为(woody，1993;Boyce,1994)。,其基本思路就是了解生态系统结构、功能与动态，并用生态学原理和生态风险评价进行管理，其目标包括维持生态过程及其进化历程，按照生态学思想和进化论进行管理，维持乡土种和需要的非乡土种群，促进社会和经济的恢复，用有限价值理论进行管理，维持生态系统产品、功能和社会需求的多样性等(Simon，1998)。,可持续发展(sustainable development)是指既满足当代需求，又不影响后代需求的发展模式，它包括了生态环境、经济和社会的可持续发展(Goodland，1995)。,生态系统健康、生态系统管理与可持续发展三者间的关系也很紧密：,生态系统健康与可持续发展是生态系统的状态，而生态系统管理则是维持这些状态的重要手段；,在胁迫下，生态系统会不健康或不持续，就需要相应的管理来回到健康与可持续方向上来；,在没有胁迫的情况下，一个生态系统在发育(生长)过程中，每个时间段均有一个健康状态，这些均为健康的生态系统，而仅仅处干发育中期(壮年期)的生态系统是可持续的，在早期和晚期均是不持续的；在生态系统壮年阶段，受到外界胁迫时，先要进行生态系统健康评价，再进行管理，以实现生态系统的可持续发展。,生态系统健康的兴起只是10年的事，还存在不少问题有待解决，这主要体现在：,生态系统健康的不可确定性，虽然生态系统健康的标准已提出许多，但对生态系统健康状态的确定仍有许多不确定性，尤其是生态系统在什么状态下才是没有干扰，才是健康的?这可能要从各种其他生物如何面对个可确定性的反应中寻找答案；,生态系统健康要求综合考虑生态、经济和社会出于，但对各种时间、空间和异质的生态系统而言实在太难，尤其是人类影响与自然干扰对生态系统影响有何不同难以确定，个态系统改变到什么程度下其为人类服务的功能仍能维持；,由于生态系统的复杂性，生态系统健康很难简单概括到一些易测定的具体指标，评估人法还有待改进，督则个态学家和政策制定音找不到推确参考点来评估生态系统健康受害程度；,生态系统是一个动态的过程，有一个产生、成长到死亡的过程，很难判断哪些是演替过程中的症状，哪些是干扰或不健康的症状，尤其是幼年的和老年的生态系统；,健康的生态系统具吸收、化解外来胁迫的能力，但这种能力还很难测定，尤其足适应在中态系统健康中的角色如何?,生态系统的健康到底能持续多长时间？,生态系统保持健康的策略是什么?虽然生态系统健康为我们解决环境问题提供厂新的概念构架和一系列研究手段，但这些问题尚有待于进一步的深入研究。,7.4.8 生态系统健康存在的问题,7.5恢复生态学中的人文观,7.6国际生态学会的环境政策,7.7 生态系统的可持续发展,一、可持续发展的概念,自然属性：在其再生能力（速度）的范围内使用一种有机生态系统或其它可再生资源,(IUCN,1993,年,).,社会属性：生存不超出维持生态系统承载能力的情况下，提高人类的生活质量,(INCN,UNEP,WWF,1991).,经济属性：在保护自然资源的质量和其所提供服务的前提下，使经济发展的净利益增加到最大限度,(,巴比尔，,Peace,1990),。,科技属性：可持续发展就是转向更清洁、更有效的技术，尽可能接近“零排放”或“密闭式”工艺方法，尽可能减少能源和其它自然资源的消耗。,二、可持续发展的原则,公平性原则：一是代内之间的横向公平；二是代际间的公平即世代的纵向公平；三是公平分配有限资源。,持续性原则：自然资源的永续利用和生态环境的可持续性是可持续发展的重要保障。,共同性原则：可持续发展就是人类共同促进自身之间、自身与自然之间的协调。,需求性原则：可持续发展则坚持公平性和长期的可持续性，满足所有人的基本需求，向所有的人提供实现美好生活的机会。,三、可持续发展的战略目标,改变单纯追求经济增长，忽略生态环境保护的传统发展模式，由资源型经济过渡到技术型经济，综合考虑经济、社会、资源、生态和环境效益；通过产业结构的调整和合理布局，开发和应用高新技术，实现清洁生产和文明消费；提高资源和能源使用率，减少废物排放等措施，协调生态环境与发展之间的关系，使社会经济发展既满足当代人的需求，又不至于对后代人的需求构成危害，最终达到社会、经济、生态的持续稳定协调发展。,表23 我国的可持续发展现状及预测(牛文远,1997),项目,1990年,2000年,2010年,2020年,2030年,人均GDP (1990年美元不变价格）,443,764,1175,1724,2500,年平均增长速率 (%),10.0,8.6,6.9,4.8,4.2,总能源需求 (亿吨标准煤),10.4,13.8,15.9,18.5,20.0,人口净增长率 (%),1.44,1.22,1.00,0.72,0.45,人口数量 (亿),11.43,13.0,13.92,14.50,15.20,老年人口数量 (亿),1.002,1.287,1.588,2.089,2.646,劳动人口数量 (亿),7.15,8.03,9.08,9.41,9.28,人均生物量 (公斤),3050,2971,2850,2742,2660,人均粮食 (公斤),375,372,375,378,380,人均耕地 (公顷),0.13,0.11,0.10,0.095,0.090,人均林地 (公顷),0.115,0.120,0.128,0.135,0.145,人均草地 (公顷),0.285,0.242,0.230,0.225,0.223,人均肉禽量 (公斤),20.6,28.1,34.5,40.3,45.0,单位GNP的能量消耗 (1900为100),100,93.3,75.8,52.4,25.5,废气排放 (亿立方米),85380,144500,154000,105000,80000,废水排放 (亿吨),354,285,240,200,140,废渣排放 (亿吨),5.8,6.5,6.3,6.0,5.5,CO2排放 (亿吨),6.7,7.5,8.0,8.3,8.5,SO2排放 (亿万吨),15.5,17.5,18.0,15.5,12.1,CFC排放 (吨),32000,35000,28000,11000,5000,土壤侵蚀 (百万平方公里),1.53,1.55,1.50,1.48,1.40,森林覆盖率 (%),12.9,13.3,14.5,17.5,22.0,沙漠化 (百万平方公里),0.176,0.191,0.220,0.245,0.250,工业耗水量 (亿吨),355,670,783,831,850,四、可持续发展的行动纲领,转变发展模式；,坚持,3R,原则,:,即坚持减量化,(Reduce),、再利用,(Reuse),、再循环,(Recycle),的原则；,实施,21,世纪议程,：限制人口增长、鼓励自然保护、改善生态环境、保护生物多样性、探求资源的永续利用、提高资源利用率、推行清洁生产、推行环境标志、采取源头控制、采取经济手段、增加环保投入、控制城市化进程；,建立全球伙伴关系。,五、可持续发展的体系建设,管理体系建设：综合决策与协调管理；,法制体制建设：实现资源的合理利用，确保社会、经济的持续发展；,科技体系建设：提高资源的利用效率和经济效益，确保社会、经济持续发展；,教育体系建设：提高专业技术能力及可持续发展的道德水平；,公众参与：保障决策的实施与监督管理；,国际合作：增强国力，促进全球可持续发展。,六、可持续发展的理论框架,经济系统,社会系统,生态系统,可持续增长,效益(资源使用与投资),资金,生态系统的整体性,自然资源,生物多样性,承载能力,社会均等,社会流动性,公众参与,机构与发展,图39 可持续发展的框架：社会、经济、生态子系统之间相互联系、协调发展,草地生态系统可持续发展,植被,动物,土壤,社区,可持续发展,