演替理论与植被恢复

《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》提出要高质量保护和恢复各 30%的土地,最大化地实现保护生物多样性和缓解气候变化的目标,而演替理论和植被恢复可以为实现 30%的保护和恢复目标服务.演替理论是植被生态学中的核心理论,演替是指在一个地点上由一群不同物种组成的生命体的结构或组成随时间而变化的过程;植被恢复是以植物种植、配置为主,恢复或重建植物群落或天然更新恢复植物群落的过程,植被恢复是生态系统结构和功能从简单到复杂、从低级向高级变化的过程,最终目的是建立健康稳定的植物群落.演替是植被恢复的基础,植被恢复被视为对演替过程的操纵,以达到恢复受损植被生态系统的目标.演替理论可以指导植被恢复,而植被恢复对演替理论的发展有益.演替按裸地性质可以分为原生演替和次生演替,有研究建议将恢复过程视为第三演替,这将有助于理解通过人为干预促进植被恢复成功的管理选择,特别是通过强调退化生态系统中的环境和生物遗存的管理选择.此外,该文还提出了植被恢复理论和演替理论未来可能重点关注的科学和技术问题.     

内蒙古草原退化群落恢复演替的研究I. 退化草原的基本特征与恢复演替动力

 本项研究自1983年起在锡林河中游对放牧退化的冷蒿(Artemisia frigida)占优势的草原群落变型进行封育恢复实验与长期监测。每年在植物生长季以15天为间隔进行取样测定,即每年测定9期,每期做10或20个1m×1m的样方。测定项目包括：群落中各植物种群的地上现存生物量、密度、高度、花(果)枝数等。还采用改进的样方方差法监测植物种群空间分布格局的动态。并同时在保护良好的羊草+大针茅(Leymus chinensis+Stipa grandis)群落中进行测定取得完全对应的数据,作为对照系列。以上两种群落的土壤水分与养分动态的长期监测由本站土壤组承担。根据连续十二年监测数据的分析,对退化草原群落的性质与特征提出以下的认识,并对退化草原恢复演替的驱动因素进行厂探讨。1．草原退化演替阶段是与一定强度的放牧压力保持平衡而相对稳定的群落变形,退化阶段取决于牧压强度与持续的年代。2．当群落退化到冷蒿为主要优势种的阶段时,与原生群落的种类组成相比,只发生一定的数量消长变化,对群落的物种丰富度影响不大。3．退化群落植物种群空间格局的均匀性较高,随着恢复演替的进展,因一些种群斑块增大而使空间不均匀性增强。4．退化群落与其原生群落的种—生物量关系呈对数正态模式,其演替过渡阶段成为分割线段模式,也反映出群落资源分配格局与群落空间格局的关系。5．退化草原的显著特征是植被生产力下降,冷蒿群落的生物量下降到原生群落的30％～40％,家畜嗜食的植物种减少50％～70％总生产力不足原生群落的30％。6．退化群落在自然封育条件下能够迅速恢复的原因,可归结为植物在削除放牧干扰后的种群拓殖能力与群落资源(水分,矿质养分等)的剩余。群落资源条件是种群拓殖的物质基础,从而成为恢复演替的动力。     

恢复生态学焦点问题

就恢复生态学的概念、近期的发展趋势与前沿命题、传统生态学理论在生态恢复过程中的应用及恢复生态学的社会性等核心问题展开论述。恢复生态学是一门年轻的学科,迄今尚无统一的定义。代表性的有3方面的学术观点。第1种强调受损的生态系统要恢复到理想的状态;第2种强调其应用生态学过程;第3种强调生态整合性恢复。笔者认为,恢复生态学是研究生态系统退化的原因、退化生态系统恢复与重建的技术与方法、过程与机理的科学。从近年的国际恢复生态学大会来看,恢复生态学研究近期主要有3个方面的发展趋势。一是强调自然恢复与社会、人文的耦合。认为恢复生态是全球性的,不只是自然的过程,应有全社会的支持,包括政治、经济和人文的介入。二是强调无论是在地域上还是在理论上都要跨越边界。有效的生态恢复实践在地域上要求多地区甚至是多国家的合作,在理论上要求多学科的交叉与耦合。三是强调以生态系统为基点,在景观尺度表达。随着环境和经济问题的全球化,生态系统和景观尺度的恢复生态学研究引起了越来越多的关注。2004年第15届国际恢复生态学大会的会议主题已定为：恢复、景观与设计。在当前研究趋势的基础上,提出了恢复生态学当前研究的6个前沿命题：恢复生态学的学科理论框架研究、恢复生态系统的功益研究、生物多样性在生态恢复中的作用研究、生态恢复对全球变化的响应研究、生态恢复立法研究和生态恢复与社会、经济的整合性研究。退化生态系统的恢复与重建是一项十分复杂的系统工程,尤其需要生态学理论的指导。多数生态学理论已被应用于恢复生态学的研究与实践。结合实例,着重阐述了生态系统演替理论在生态恢复中的应用。恢复生态与全球变化间的相互作用研究越来越多的引起了人们的关注,但多数研究仍停滞在定性研究阶段。在广东的恢复生态学研究表明,广东省从1986年至1998年,植被覆盖从26％到51％,新造林绿化的植被每年可吸收、固定广东省年排放CO2量的一半。人类社会与自然环境的协调可持续发展,不仅要求实现生态环境的可持续,同时亦要求实现人类社会与经济的可持续发展。这就要求生态系统的恢复与重建必须同时实现生态、经济与社会效率的三重优化。中国科学院华南植物研究所生态中心在中国热带、南亚热带进行的退化生态系统的恢复与重建研究历时30余年,所产生的显著的经济和社会效益,在各个实验站点均已有所反映。     

内蒙古草原退化群落恢复演替的研究II. 恢复演替时间进程的分析

 根据内蒙古典型草原地带的羊草+大针茅草原退化变型一冷蒿群落封育12年(1983—1994)的动态监测数据进行分析,对群落恢复演替轨迹取得以下认识： 1．依据群落优势种的更替及主分量分析结果可将恢复演替过程划分为冷蒿优势阶段、冷蒿+冰草阶段、冰草优势阶段、羊草优势阶段。 2;退化草原群落在恢复演替过程中,群落生产力的变化表现出阶梯式跃变和亚稳态阶面相间的特点。第一次跃变发生在1984年,上升到第二个阶面,第二次跃变发生在1990年,进入了第三个阶面,已接近于原生群落的生产力。 3．群落生产力与水资源量的关系因恢复演替阶段不同而异。第一亚稳态时期,群落地上现存生物量大体处于166g·m-2的水平上,生长季降水量达176mm以上时,增加降水对群落生产力的提高不发生显著影响。第二亚稳态时期,群落生物量与降水量之间的相关性显著。可推算出群落于物质生产用水量介于1.1～1.6mm·g-1之间。此值在1.1mm·g-1时,群落对水资源的利用效率最高,而在1.6mm·g-1时群落生物量达到最大值。 4．在恢复演替进程中,群落密度的位点常数约为271.5株·m-2,循此常数上下波动,表现出拥挤与稀疏交替发生的过程,构成了恢复演替的节奏性变化。群落生物量的跃变与亚稳态的形成,以及群落密度的拥挤与稀疏交替作用是群落恢复演替的内在机制。恢复演替的速度,到第10年发生了1.78个半变的生态距离。5．草原退化群落恢复演替过程中,按照其节奏性及生产力跃变与亚稳态的规律,调控放牧利用强度或采取技术措施,调节群落拥挤和稀疏的交替过程可加速恢复演替进程。     

内蒙古草原退化群落恢复演替的研究—群落演替的数学模型

根据１９８３年至今１２年定位监测的结果,提出了一个描述典型草原在过大的牧压下退化和封育恢复演替的数学模型。建模的生态学公设是：１．植物群落占据的空间范围内环境因素视为均匀一致;２．退化和恢复演替进程中尚未发生植物种的消失和侵入;３．牲畜采食将增大牧草死亡率;４．草原群落内植物种群的竞争存在一个优胜顺序;５．植物种群增长遵循逻辑斯蒂克规律。对这一模型的稳定性分析说明：１．退化草原长期围封后可恢复到顶极状态;２．随着牧压的增强,草原群落将达到一个新的退化状态;３．退化过程和恢复过程的轨迹是不同的;４．草场改良措施改变了草原群落的演替轨迹和速率,使优质牧草在较大的种群尺度下向顶极状态演替。     

科尔沁沙地植被恢复系列上群落演替与物种多样性的恢复动态

通过对科尔沁沙地植被恢复系列上不同阶段的群落取样,研究了植被恢复过程中群落物种组成、物种多样性的变化过程.在演替时间分别为1年、3年、5年、12年、20年和30年的群落中,物种丰富度分别为7、11、17、14、28和30种,而物种多样性指数分别为1.458 8、2.610 0、3.108 4、1.696 8、3.738 6、3.639 6.在生活型结构上,一年生植物的种类数量占绝对优势,但随着演替进展,多年生植物的种类数量增加且单种植物的优势度超过了一年生植物,表明多年生植物在群落功能维持中占据重要地位.随演替进展,来自不同科属的植物增加.藜科植物在演替过程中种类数量较为稳定,特别是在演替早期藜科植物占有很高的优势度.禾本科种类随演替进展不断增加,且在群落中的优势度逐渐上升.总体上,随演替进展群落种类组成与物种多样性增加,群落生态优势度下降,而均匀度增加,群落趋向稳定.     

碱化草地群落恢复演替空间格局动态分析

对松嫩平原碱化草地1989年开始围栏封育的1hm^2样地9a间的空间格局进行了分析,结果表明：（1）不同物种斑块空间格局动态不同,在恢复演替各个阶段中的地位与作用也不同。（2）结论基本上支持了斑块化－稳定性假说。     

中国科学院"生态系统演替理论与生态恢复实践"学术研讨会概述

中国科学院“生态系统演替理论与生态恢复实践”学术研讨会于 2 0 0 2年 1 2月 2 7～ 2 9日在广州举行。会议由中国科学院华南植物研究所和中华海外生态学者协会联合主办。中国科学院、广州市科学技术协会亦对本次大会给予了大力支持。参加本次会议的代表与工作人员近 1 0 0人     

废黄河三角洲生态修复设想

生态系统退化导致生态系统为人类生存和发展提供的物品和服务功能下降,从而阻碍区域经济和社会发展。本文以废黄河三角洲为例,分析了废黄河三角洲生态系统退化的自然和人为应力以及生态系统的退化过程。针对废黄河三角洲生态现状,提出了生态修复的目标及措施,采取自然恢复和人工干预的手段,加强水生生态系统修复和生物多样性的提高,实现区域经济与生态协调发展。     

我国废弃矿山生态修复研究

实施废弃矿山生态修复工程,是适应社会主义生态文明建设的必然要求,是遵循自然规律,破解矿区生态环境保护修复难题的重要举措。矿产资源开发后遗留下来的废弃矿山不可避免地影响和破坏区域生态环境和生态系统,基于我国废弃矿山分布及其主要环境问题现状,结合我国区域生态特征,提出了我国废弃矿山生态修复策略。参考我国生态综合区划,同时结合地形地貌、区域生态系统结构与功能等因素,划定我国废弃矿山生态修复区,明确我国废弃矿山生态修复总体思路与基本原则,提出废弃矿山生态修复的主要模式;在综合分析区域生态系统稳定性、自然地理、气候条件以及废弃矿山特征的基础上,识别各区域内存在的主要环境和生态问题,有针对性地提出控制生态系统退化、修复受损生态功能的主要措施,为我国废弃矿山的生态修复工作提供技术支撑和决策依据。     

矿区废弃地土壤动物研究进展

土壤动物的侵入与定居是矿区废弃地群落结构形成的重要途径.随着矿区废弃地废弃时间的增加,土壤动物群落结构不断改变,这对于矿区废弃地生态系统演替与生态恢复具有重要的作用.本文综述了矿区废弃地土壤动物生态环境、土壤动物迁居与群落演替、土壤动物活动对土壤过程的影响、土壤动物对矿区废弃地环境的响应及其指示意义等方面的研究进展.在对已有成果进行综合分析的基础上,就目前矿区废弃地土壤动物研究中亟待解决的一些问题进行了探讨,并提出今后应加强研究的方向.     

崇明东滩抛荒鱼塘的自然演替过程对水鸟群落的影响

人工湿地抛荒的现象普遍存在,但针对抛荒后的自然演替过程对水鸟群落影响的研究较少.于2007、2008、2011年对崇明东滩自然抛荒的人工鱼塘水鸟群落展开调查,探究抛荒后的自然演替过程对水鸟群落结构及不同水鸟类群的影响.3a累计观察到水鸟59种12819只,隶属6目12科.其中抛荒前最多,共53种11001只;抛荒第1年22种1673只;抛荒第4年最少,9种145只.鱼塘抛荒后水鸟种类和数量下降剧烈,物种多样性先上升再下降,均匀度逐年上升,优势度先下降再上升.方差分析结果表明,5个群落特征都存在极显著年度差异(P1＜0.01;P2＜0.01;P3＜0.01;P4=0.003;P5＜0.01).非参数检验结果表明,不同类群水鸟的种类和数量逐年下降趋势明显,且年际差异极显著.即抛荒后的自然演替过程对水鸟群落产生了不利影响.建议采取人工管理措施防止旱化,增加环境异质性,恢复水鸟群落多样性.     

石羊河下游民勤绿洲退耕地植被自然演替特征及物种多样性分析

采用重要值、Margalef物种丰富度指数、Shannon-wiener和Simpson多样性指数、Pielou和Alatalo均匀度指数对石羊河下游民勤绿洲不同年限退耕地自然恢复的植物群落进行了研究。结果表明:(1)石羊河下游民勤绿洲退耕地在50a自然恢复过程中共出现植物34种,14科,其中灌木6种,草本28种,分别占总物种数的17.65%和82.35%;藜科(8种)、禾本科(6种)、蒺藜科(4种)植物占总物种数的52.94%。(2)研究区退耕后50a植物群落演替经历为:田旋花→藜→苦苣菜→骆驼蒿→骆驼蓬→盐生草→黑果枸杞→红砂→盐爪爪的演替过程。(3)群落物种丰富度和多样性指数均随退耕时间的延长而呈现出波动式下降的变化趋势,而均匀度指数则呈现出在退耕初期(1～5a)先下降然后呈波动式上升的变化趋势。研究表明,随着退耕年限的增加,群落物种组成逐渐减少,植物群落演替向前发展的大致经历分为4个阶段:退耕1～5a为一年生草本和宿根植物迅速恢复阶段,退耕5～15a为一年生草本植物向多年生草本演替阶段,退耕15～30a为多年生草本向多年生灌木演替阶段,退耕30～50a为多年生灌木植物稳定阶段。     

露天煤矿废弃地生态重建智能决策支持系统的系统分析与总体设计

大型露天煤矿开采引发的土地退化问题复杂,其废弃地的生态重建更是涉及采矿学、地貌学、农学、林学、生态学、环境学、经济学和社会科学等理论。因而,很难用传统的思维方法、数量化和数学模型的应用及研究工具来解决。建立废弃地生态重建智能决策支持系统（Ｉｎｔｅｌｉ...     

Theories for ecological restoration in changing environment: Toward ‘futuristic’ restoration

Ecological restoration is one of the fastest growing fields in applied ecology providing new ideas and opportunities for biological conservation and natural resource management. Despite countless attempts in the past, large portions of restoration projects have been considered unsuccessful mainly due to: unrealistic goals; inadequate restoration plans based on an ad-hoc approach; lack of explicit and quantified evaluation criteria for restoration success; lack of ecological understanding; social, economic, and political constraints; or combinations of these factors. Existing ecological theories, particularly succession theories, may provide a conceptual framework for a restoration trajectory. However, projecting a desirable trajectory and outcome is often challenged by the unpredictability of ecological communities in the changing environment. Particularly, the sustainability of reconstructed historic ecosystems appears to be an unlikely goal in the ever-changing and unpredictable future environment. This paper calls for a shift in the restoration paradigm from historic to futuristic. A futuristic restoration is: (i) to set realistic and dynamic (instead of static) goals for future, instead of past, environment; (ii) to assume multiple trajectories acknowledging the unpredictable nature of ecological communities and ecosystems; (iii) to take an ecosystem or landscape approach, instead of ad-hoc gardening, for both function and structure; (iv) to evaluate the restoration progress with explicit criteria, based on quantitative inference; and (v) to maintain long-term monitoring of restoration outcomes. A theoretical framework for futuristic restoration, in terms of goals, trajectories, evaluation criteria, and monitoring, along with a historical perspective is presented in this paper.