第四章 退化生态系统的恢复l恢复生态学的研究对象是退化生态系统， 退化生态系统的恢复涉及到许多方面，有 恢复的目标、原则、方法、过程、机理等 等。 l生态恢复的最本质问题是恢复生态系统的 必要功能并使之具有系统自我维持能力。生态恢复的主要目标是恢复生态系统 的结构和功能l 生态恢复重点强调生态系统结构和功能的恢复，也同时强 调生态系统组分的所有生物因素。l 在生态系统中，生物有机体的配置既能从物种组成的格局 和结构上加以确认，也能从生态系统的功能特征上加以识 别，如：初级生产者、食草动物、食肉动物、分解者、固 氮者、传粉者等。 l 生物组分往往指食物网或营养级结构，食物网结构与生态 系统稳定性的关系是决定生态系统是否稳定和平衡的基础 ，是生态系统研究中最核心的问题，也是恢复生态学需要 了解的基本问题。l 这是一只在黄河口地区极为少见的国家二级保护动物，学名为白 腹山雕，双翼展开后约1米。该鸟在黄河口出现，说明湿地生态 的恢复和猛禽食物链的形成已呈良好状态。内蒙古野生动物生态链逐渐恢复l 近年来，内蒙古实施围封转移、封山育林、禁牧还草等多项大型 生态工程，随着生态状况日益好转，大批狼、鹿、狐狸、鹰等野 生动物又出现在草原山地，野生动物自然形态的生态链逐渐开始 恢复。在内蒙古西部阿拉善盟草原上生活的的野生跳鼠 内蒙古呼伦贝尔草原上翩翩起舞的野鹤 l蒙古锡林郭 勒草原上的 野鹰在捕捉 老鼠(2004)内蒙古锡林郭勒草原上的野生狐狸 内蒙古锡林郭勒草原上的野生 蜥蜴（2004年9月） 内蒙古西部阿拉善盟贺兰山下的野生马鹿内蒙古呼伦贝尔草原上生活的野狼杭州湿地保护显效“一曲溪流一 曲烟”重现4.1 生态恢复的目标与模式n广义的恢复目标是通过修复生态系统功能并补充生物组分 ，而使受损生态系统回到一个更自然的条件下，理想的恢 复应同时满足区域和地方的目标。l Hobbs和Norton(1996)认为恢复退化生态系统的目标包括 ：建立合理的内容组成(种类丰富度及多度)、结构(植被和 土壤的垂直结构)、格局(生态系统成分的水平安排)、异质 性(各组分由多个变量组成)、功能(诸如水、能量、物质流 动等基本生态过程的表现)。4.1.1 生态恢复的目标n开展生态恢复工程的目标（章家恩和徐琪，1999 ）：n恢复诸如废弃矿地等极度退化的生境；n提高退化土地的生产力；n在被保护的景观内去除干扰以加强保护；n对现有生态系统进行合理利用和保护，维护其 服务功能。4.1.1 生态恢复的目标n由于生态系统具有复杂性和动态性，虽然恢复 生态学强调对受损生态系统进行恢复，但恢复 生态学：n首要目标：保护自然生态系统，发挥其在生态 恢复中具有重要的参考价值；n2.恢复现有的退化生态系统，尤其是与人类关 系密切的生态系统；n3.对现有的生态系统进行合理管理，避免退化 ；保持区域文化的可持续发展；n4.实现景观层次的整合性，保持生物多样性及 良好的生态环境。总之，根据不同的社会、经济、文化与生活需要，人们往 往会对不同的退化生态系统制定不同水平的恢复目标。n无论对什么类型的退化生态系统，都存在一些基本的 恢复目标或要求：n实现生态系统的地表基底稳定性，保证生态系统的持 续演替与发展；n恢复植被和土壤，保证一定的植被覆盖率和土壤肥力 ；n增加种类组成和生物多样性；n实现生物群落的恢复，提高生态系统的生产力和自我 维持力；n减少或控制环境污染；n增加视觉和美学效果。l 一般情况下，对于一个特殊的生态恢复项目来说，其目标 包含两层含义，一是将其恢复到接近于受损前的结构和功 能，另外，也可以重建一个在相应恢复地点以前没有存在 过的生态系统。 l 显然，由于人类干扰的极度破坏，目前的绝大多数恢复项 目在制定目标时，要恢复当地原生的生态系统已经难上加 难，且不现实，而重建接近于或类似于地带性的生态系统 则更具有可操作性。例如：对于废弃的耕作地，在漫长的人类开发历史中，大 量的施肥措施已经导致土壤养分含量大大升高，而如果要将其 恢复为野生自然条件下的原生生态系统几乎是难以完成的。在 目前的地球上，由于农业活动导致的土壤养分含量增加，大气 中不断增加的氮沉降等影响，即使由于水土流失等原因而使地 表土壤大量流失，但仍然导致了越来越多的高生产力生态系统 ，如富营养化的水体、氮沉降（氮施肥）的森林等。 l 因此，恢复生态学在考虑生态恢复的概念、方法和恢复目标时 ，必须考虑当代的时代和环境背景。Higgs (1997)强调，好的 生态恢复应该扩大视野，要将历史、社会、文化、政治、美学 和道德等因素都纳入生态恢复的考虑范围内。 l 实际上，在确定生态恢复目标时，我们往往会利用历史资料来 判断生态系统以前的状态(例如：历史记录、书籍、图片甚至古 地质资料等)，但这种代价一般都非常大，体现在两个方面，第 一，我们的祖先也和我们大多数一样，没有给我们留下比较完 整的自然历史档案，我们要么只能从零散的文献片断中寻找到 蛛丝马迹，要么只能借用先进的科学技术通过考古来获取信息 ；第二，即使我们找到了资料，确定了当地原生生态系统的类 型和特征，但历史的长河早已将其面貌荡涤的无影无踪，虽然 恢复其本来面目价值极高，但代价是巨大的。 l 由此可见，生态恢复科学家在研究生态恢复过程中，应该尽可 能收集所研究景观内的历史、社会和人类的发展过程资料，这 些资料对制定恰当合理的恢复目标，以及制定合理有效的恢复 路径，以及相应的技术措施等均是必要的。l Ehrenfeld (2000)从物种、生态系统功能和生态系统服务三个方面对 生态恢复目标的相对优缺点进行了归纳整理，这三个方面的主要内容 如下： （1）物种当利用物种水平作为恢复目标来设计恢复方案时，通常会运用以下几 个指标： l 关键种(keystone species)：这些种类往往与生态系统的特殊功能有 关，如光合能力，提供土壤动物和相关植物的栖息地； l 濒危种(endangered species)：虽然对这些种类的功能有些泛化，但 最为恢复目标仍然是必要的； l 功能团(assemblages)：与生态系统的总体功能相联系。以物种作为恢复目标的优点在于，能够在当地或全球尺度上挽救那些 特殊的濒临灭绝的物种，但其缺点也显而易见，即：由于忽视了景观 和生态系统总体，因此会产生长期的不利后果，如过分强调某一个物 种或某一组物种，从而对其他物种产生不可逆转的环境压力，并最终 导致那些物种种群的消退（引入外来种，桉树）。（2）生态系统功能利用生态系统功能作为恢复目标来设计恢复方案，可 以具体设计生态系统的不同结构组分，并将其有效联系起 来而更有效的运转。在设计时，主要考虑以下组分和过程 ： l 物质和能量流动：例如系统内各组分内和各组分间，以及 系统间的物质能量转化率和库动态等； l 生物组分：生物量，物种组成，营养级，养分库等； l 非生物因素：例如养分库和养分循环中的活性等； l 生态系统架构：如物质要素的发展和系统各组分的分布格 局等。这个方法在制定生态系统恢复目标是被鼓励的。其缺 点主要有：第一，生态系统稳定性和生物多样性的关系仍 然不明确；第二，生态系统边界通常难以界定，但通常可 以通过小流域的方法解决此问题。（3）生态系统服务生态系统服务其实与上面所列举的四项生态 系统功能，以及物种水平的恢复目标是密切联系 的。由于生物多样性在评价生态恢复方面的局限 性，因此，随之产生了生态系统服务评价方法。 生态系统评价是社会（政府、公众和研究者）需 要对生态恢复的效果进行评估的背景下产生的， 最重要的目的是对全球的生态系统服务功能进行 评估，主要包括经济评价和生态评价两方面。（3）生态系统服务评价A.经济评价 经济评价的前提是能够用货币衡量生态系统功能、提供商品和服务的 价值，从而能够用成本-效益理论分析生态系统的收支状况。因而， Dabbert et al. (1998) 提出了以下四种生态系统所能提供的价值： a. 直接价值：例如提供地下饮用水等； b. 间接价值：如净化空气，降解污染物等； c. 选择价值：如提供娱乐等； d. 非使用价值：是指生态系统的固有的存在价值，如物种的生存，种群 的维持等。 在利用经典经济术语评价以上四种价值时，其困难程度从上到下依次 增大，直接价值比较容易能够通过经济价值进行衡量，而非使用价值 则很难用货币来度量。为了解决这一问题，经济学家们一般采取所谓 的“支付意愿”(willingness-to-pay)的方法来度量这些难以直接用货币定 量的这些指标，如：环境条件优越地点的房价高于环境差的地方。（3）生态系统评价B.生态评价近年来，对生态系统性质和功能的生态评价有多种形式，最典型的有 生态足迹(ecological footprint)和生态系统健康等。 u 生态足迹 产生于上世纪末，或称生态空间占用，最早是由加拿大生态经济学家 William Rees等在1992年提出，并在1996年完善的一种衡量人类对自然 资源利用程度以及自然界为人类提供的生命支持服务功能的方法。 该方法通过估算维持人类的自然资源消费量和同化人类产生的废弃物 所需要的生态生产性空间面积大小，并与给定人口区域的生态承载力 进行比较，来衡量区域的可持续发展状况。 该方法自提出以来在世界各国引起了强烈反响，并在短时期内就不同的地域 空间尺度、不同的社会领域进行了模型方法的运用和实践，其理论方法和计 算模型在迅速地发展和完善。生态足迹是一种可以将人口、收入、资源应用 和资源有效性汇总为一个简单、通用的进行比较的便利手段。生态足迹是指 能够持续地提供资源或消纳废物的、具有生物生产力的地域空间，它 从具体的生物物理量角度研究自然资本消费的空间。（3）生态系统评价u 生态系统健康 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，在外界胁迫下容易恢复 (Rapport，1998,1999)。 其目标是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。 生态系统健康只是一种隐喻，它是评价生态系统最佳状态的一种方式 。可通过全面研究生态系统在胁迫下的特征，根据生态系统条件进行 系统诊断，找出生态系统退化或不健康的预警指标，进而防止其退化 (Rapport，1998)。 生态系统健康的标准有活力、恢复力、组织、生态系统服务功能的维 持、管理选择、外部输入减少、对邻近系统的影响及人类健康影响等 8个方面，它们分属于生物物理范畴、社会经济范畴、人类健康范畴 以及一定的时间、空间范畴。这8个标准中最重要的是前3个方面 (Rapport，1998)。 （3）生态系统评价 活力(vigour)：即生态系统的能量输入和营养循环容量，具体指 标为生态系统的初级生产力和物质循环。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，但这并不意 味着能量输入高和物质循环快生态系统就更健康。 恢复力(resilience)：即胁迫消失时，系统克服压力及反弹回复 的能力。具体指标为自然干扰的恢复速率和生态系统对自然干 扰的抵抗力。一般认为受胁迫生态系统比不受胁迫生态系统的 恢复力更小。 组织(organization)：即系统的复杂性，这一特征会随生态系统 的次生演替而发生变化。具体指标为生态系统中r-对策种与k-对 策种的比率，短命种与长命种的比率，外来种与乡土种的比率 ，共生程度，乡土种的消亡等。一般认为，生态系统的组织越 复杂就越健康。l 在我们设计生态恢复目标时，理想情况是应涉及 到以上三种目标，使得公众和管理者也能参与， 并能被公众和管理者所能接受，这样才能恢复一 个能够自我维持的生态系统。 l 就像Cairns (2000)所言：“大型的生态恢复项目是 无法展开的，除非公众社会认可其目的和目标； 另外，生态恢复项目是无法持久的，除非公众社 会对其具有足够的尊重从而保护其完整性”。 l 但是，在一个生态恢复项目中要包含如此众多的 目标