森林生态系统的恢复.ppt
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1、生態恢復的生態恢復的生態恢復的生態恢復的原原原原理與實踐理與實踐理與實踐理與實踐Principles and Practice of Ecological Principles and Practice of Ecological RestorationRestorationChapter-4 Chapter-4 森林生态系统的恢复森林生态系统的恢复森林生态系统v森林是生物种类最多,生物生产量最高的一个陆地生态森林是生物种类最多,生物生产量最高的一个陆地生态系统,它以巨大的生产力维持着各种类型的消费者。系统,它以巨大的生产力维持着各种类型的消费者。因因降雨和温度(纬度和高度)不同,而形成了不同
2、的森林降雨和温度(纬度和高度)不同,而形成了不同的森林群落和沿着南北梯度方向上的不同森林类型等级。群落和沿着南北梯度方向上的不同森林类型等级。v但随着但随着工业化工业化的兴起,大片的森林被破坏,这是导致森的兴起,大片的森林被破坏,这是导致森林生态系统退化的主要原因。林生态系统退化的主要原因。病虫害、干旱、洪涝、地病虫害、干旱、洪涝、地震震等自然灾害也会导致森林的退化。退化后的森林生态等自然灾害也会导致森林的退化。退化后的森林生态系统生产力下降,生物多样性减少,调节气候的能力减系统生产力下降,生物多样性减少,调节气候的能力减弱,涵养水分、防风固沙的作用减弱,贮存生态系统营弱,涵养水分、防风固沙的
3、作用减弱,贮存生态系统营养元素的能力降低,野生动物的栖息地减少。引起水土养元素的能力降低,野生动物的栖息地减少。引起水土流失,沙漠化等严重的生态问题。森林生态系统的恢复流失,沙漠化等严重的生态问题。森林生态系统的恢复具有特殊的意义。具有特殊的意义。温带森林的恢复温带森林的恢复热带雨林的恢复热带雨林的恢复热带干旱林的恢复热带干旱林的恢复 4.1温带森林的恢复温带森林的恢复v阔叶林和阔叶针叶混交林阔叶林和阔叶针叶混交林分布在温带地区,包括分布在温带地区,包括北美洲东部北美洲东部的大部分地区的大部分地区,欧洲的北部和西部,欧洲的北部和西部,中国的东部中国的东部和和日本,日本,同时在同时在南美洲、澳大
4、利亚的南美洲、澳大利亚的东南部东南部和和新西兰新西兰也有分布。在比较温暖和干旱的也有分布。在比较温暖和干旱的气候下,这些林地会演变成耐旱的气候下,这些林地会演变成耐旱的常绿灌丛常绿灌丛。在。在较高纬度或高海拔的地区,会演变成以较高纬度或高海拔的地区,会演变成以针叶林针叶林为为主的林地。在原始森林退化过程不同的国家情况主的林地。在原始森林退化过程不同的国家情况相差很大,欧洲和亚洲的大部分以及北美洲约相差很大,欧洲和亚洲的大部分以及北美洲约5555的原始林(的原始林(Bryant Bryant et al.et al.,19971997)都已经退)都已经退化了。化了。4.1.1 天然林的特征天然林
5、的特征v成熟的成熟的温带天然林温带天然林的一般性的一般性特征特征包括:不规则的树冠层包括:不规则的树冠层结构、存在天然树种、古老的树种保存完好、大量的枯结构、存在天然树种、古老的树种保存完好、大量的枯木和相对未受人类活动干扰的土壤等。木和相对未受人类活动干扰的土壤等。v在北美东部和欧洲大陆,受人类活动干扰比较小的情况在北美东部和欧洲大陆,受人类活动干扰比较小的情况下,高大乔木存活下,高大乔木存活200200500500年年甚至更长不足为奇,有报甚至更长不足为奇,有报导称太平洋西北部的花旗松(导称太平洋西北部的花旗松(PseudotsugaPseudotsuga menziesiimenzies
6、ii)已经存活了已经存活了80080012001200年。在适宜的地区,乔木能长到年。在适宜的地区,乔木能长到35m35m高,直径达高,直径达100cm100cm(Franklin Franklin et alet al.,1981.,1981)。)。v人工林不具备天然林具有的多层次结构,不同的尺寸,人工林不具备天然林具有的多层次结构,不同的尺寸,优势种及其分布等。优势种及其分布等。v枯木(枯木(Dead WoodDead Wood)v枯木是天然林的一个重要组成部分,也是真菌、无脊椎枯木是天然林的一个重要组成部分,也是真菌、无脊椎动物、穴居的鸟类、蝙蝠等重要的避难所。动物、穴居的鸟类、蝙蝠等重
7、要的避难所。v枯木占据了森林枯木占据了森林5 51010的部分空间,影响着生态系统的的部分空间,影响着生态系统的营养级和植物区系分布。营养级和植物区系分布。v枯木与河道两旁林地间的综合作用对水域生态系统具有枯木与河道两旁林地间的综合作用对水域生态系统具有重要意义:减少河道侵蚀,将水域分成一系列的池塘或重要意义:减少河道侵蚀,将水域分成一系列的池塘或浅滩,静水为鱼类栖息提供了适宜的条件。浅滩,静水为鱼类栖息提供了适宜的条件。v在成熟林中,大的树木残骸(直径超过在成熟林中,大的树木残骸(直径超过15cm15cm)如断枝、)如断枝、枯枝和树枝等能积累达到枯枝和树枝等能积累达到5050150m3/hm
8、2150m3/hm2。大的树枝残骸。大的树枝残骸经过长期积累慢慢的腐烂,为动物提供了长期而稳定可经过长期积累慢慢的腐烂,为动物提供了长期而稳定可靠的栖息地,而在传统管理下,枯枝数量不到靠的栖息地,而在传统管理下,枯枝数量不到5m3/hm25m3/hm2。v朽木与枯枝落叶对森林的功能与恢复非常重要。森林中的朽木与枯枝落叶对森林的功能与恢复非常重要。森林中的营养循环与能量流动主要依赖于朽木与枯枝落叶。营养循环与能量流动主要依赖于朽木与枯枝落叶。v倒木通常含有高比例的碳、氮与磷和矿质元素,如钾、钙、倒木通常含有高比例的碳、氮与磷和矿质元素,如钾、钙、镁与钠。镁与钠。v倒木上的菌类可固氮。倒木上的菌类
9、可固氮。v树木的种子(例如冷杉树木的种子(例如冷杉AbiesAbies和铁杉和铁杉TsugaTsuga)以及蕨类和苔以及蕨类和苔藓的孢子在腐烂的倒木上得以发芽,倒木也可以为幼苗提藓的孢子在腐烂的倒木上得以发芽,倒木也可以为幼苗提供营养和水分,倒木上存在的不利于苗木存活的病原菌要供营养和水分,倒木上存在的不利于苗木存活的病原菌要比林地少。比林地少。v许多微生物、无脊椎动物、爬行类、两栖类、鸟类和哺乳许多微生物、无脊椎动物、爬行类、两栖类、鸟类和哺乳类要靠倒木提供隐避处和食物。这将有助于控制森林害虫,类要靠倒木提供隐避处和食物。这将有助于控制森林害虫,并进一步促进生态系统的恢复。并进一步促进生态系
10、统的恢复。v人工清除倒木将降低森林的土壤肥力和生态功能。人工清除倒木将降低森林的土壤肥力和生态功能。枯木的作用枯木的作用关键种(关键种(Key Species)v原始林地中经常分布有一些次生林地或密灌丛中没有的原始林地中经常分布有一些次生林地或密灌丛中没有的物种。由于现存的区域太小而不能使原来的物种存活,物种。由于现存的区域太小而不能使原来的物种存活,或由于边缘效应变得越来越不适于生存。一些具有有限或由于边缘效应变得越来越不适于生存。一些具有有限扩散能力的物种,就被限制在具有连续性森林覆盖的地扩散能力的物种,就被限制在具有连续性森林覆盖的地区或成熟林的区或成熟林的“小岛小岛”内。内。v这些物种
11、经常被看作是成熟生境的标志,由于其相对稀这些物种经常被看作是成熟生境的标志,由于其相对稀缺性及属性特点,它们对于森林生态系统的形成至关重缺性及属性特点,它们对于森林生态系统的形成至关重要。要。v一些种类还可以作为生态系统恢复的指示器,大型物种一些种类还可以作为生态系统恢复的指示器,大型物种能够反映生境整体特征的变化(如狼能够反映生境整体特征的变化(如狼CanisCanis lupus lupus),而),而栖息地小的小型物种可以反映森林环境的细微变化。栖息地小的小型物种可以反映森林环境的细微变化。大生境要求的物种大生境要求的物种(Species requiring large forest a
12、reas)v一些物种需要大面积的森林区域作为其领地,尤一些物种需要大面积的森林区域作为其领地,尤其是哺乳动物如其是哺乳动物如狼狼和一些大型食草动物。和一些大型食草动物。v最典型的例子是最典型的例子是美洲狮美洲狮(FelisFelis concolorconcolor),需),需要最少要最少12900hm212900hm2的森林面积;的森林面积;美洲驯鹿美洲驯鹿,最少是,最少是几千平方公里的森林面积。几千平方公里的森林面积。v森林的破碎化使这些物种变得很脆弱,在较小的森林的破碎化使这些物种变得很脆弱,在较小的森林斑块内很可能会灭绝。森林斑块内很可能会灭绝。森林森林“内部内部”的物种的物种(Int
13、eriorforest species)v一些物种利用森林的封闭型条件抵御外敌。一些物种利用森林的封闭型条件抵御外敌。北方斑点猫头鹰北方斑点猫头鹰,是美国西北部成熟针叶,是美国西北部成熟针叶林中主要的物种。林中主要的物种。v同样,许多植物由于其较强的耐阴性和不同样,许多植物由于其较强的耐阴性和不良环境适应能力如良环境适应能力如地衣、真菌、甲虫和软地衣、真菌、甲虫和软体动物体动物等一起作为成熟林的指示生物。等一起作为成熟林的指示生物。v这些生物可以作为森林生态系统恢复的这些生物可以作为森林生态系统恢复的指指示生物示生物,也是恢复性管理的天然目标。,也是恢复性管理的天然目标。4.1.2 林地的干扰
14、过程v在多种形式自然的干扰下,局地气候和土壤条件的相互在多种形式自然的干扰下,局地气候和土壤条件的相互作用决定了天然林的形态。风、火、干旱或洪水周期性作用决定了天然林的形态。风、火、干旱或洪水周期性的破坏导致了森林结构的异质性,大大影响了森林更新的破坏导致了森林结构的异质性,大大影响了森林更新和演替的进程。和演替的进程。v这些影响在短时间内是看不到的,这就增加了实现恢复这些影响在短时间内是看不到的,这就增加了实现恢复目标的难度。因此,管理者应该抓住自然干扰的根本特目标的难度。因此,管理者应该抓住自然干扰的根本特征,了解这些自然干扰的规模、频率和强度是如何相互征,了解这些自然干扰的规模、频率和强
15、度是如何相互作用,促生不同类型特征的森林的作用,促生不同类型特征的森林的 。v干扰的物理强度影响森林的恢复速率。自然灾害不仅会干扰的物理强度影响森林的恢复速率。自然灾害不仅会毁坏树木,如山体滑坡、火山爆发、洪涝灾害、严重的毁坏树木,如山体滑坡、火山爆发、洪涝灾害、严重的火烧等甚至会破坏土壤;火烧等甚至会破坏土壤;v次严重的干扰如风暴、低强度的火烧、干旱等只对树冠次严重的干扰如风暴、低强度的火烧、干旱等只对树冠层有影响,而使乔木、灌木、埋藏的种子等保持原样,层有影响,而使乔木、灌木、埋藏的种子等保持原样,这些都有利于林地的恢复。这些都有利于林地的恢复。自然干扰自然干扰对植被变化的影响对植被变化的
16、影响物种特征物种特征干扰事件干扰事件山体滑坡山体滑坡 火烧火烧洪水洪水 干旱干旱 火山爆发火山爆发生物因素生物因素破坏的物理强度:破坏的物理强度:新物种的存活新物种的存活距种子源的距离距种子源的距离生境的变化:生境的变化:光、土壤湿度、营养光、土壤湿度、营养物质物质次生干扰:次生干扰:表层土壤的稳定性表层土壤的稳定性边界树木的稳定性边界树木的稳定性种子扩散类型种子扩散类型耐阴性耐阴性水和营养物质需求量水和营养物质需求量植被植被/种子的繁殖种子的繁殖耐水性耐水性不同的森林结构不同的森林结构强强 度度频频 率率规规 模模图4.1 干扰方式对森林结构的影响仿Peter Buckley,Satoshi
17、ito,20024.1.2 林地的干扰过程v在在湿湿度度适适中中的的温温带带森森林林中中,风风干干扰扰会会导导致致较较小小的的林间空地。林间空地。vRunkleRunkle 对对北北美美洲洲东东部部落落叶叶林林研研究究表表明明,林林间间空空地地的的面面积积一一般般小小于于0.1hm20.1hm2,面面积积较较大大的的只只占占总总面面积的不到积的不到10%10%。v美美国国和和加加拿拿大大东东部部海海岸岸的的历历史史记记载载和和植植被被研研究究表表明明:小小规规模模风风暴暴每每隔隔20204040年年发发生生一一次次,灾灾难难性性风暴每隔风暴每隔100100150150年出现一次。年出现一次。v
18、风风暴暴的的风风险险分分析析可可以以为为林林地地恢恢复复管管理理者者确确定定最最小小的天然林结构奠定基础。的天然林结构奠定基础。风干扰风干扰(Windthrow)4.1.2 林地的干扰过程v火火烧烧是是森森林林生生态态系系统统中中一一个个不不可可忽忽视视的的因因素素,它它一一方方面面对对森森林林造造成成严严重重危危害害,因因为为大大面面积积的的森森林林火火烧烧后后森森林林环环境境发发生生急急剧剧变变化化,主主要要是是大大气气、水水域域和和土土壤壤等等领领域域内内的的森森林林生生态态因因子子之之间间的的生生态态平平衡衡受受到到干干扰扰,各各种种物物质质循循环环、能能量量流流动动和和信信息息传传递
19、递遭遭到到破破坏坏,导导致致森森林林生生态态平平衡衡的的破破坏;坏;v另另一一方方面面,它它又又是是自自然然界界不不可可缺缺少少的的生生态态因因素素,一一定定频频率率、一一定定强强度度的的火火烧烧能能维维护护森森林林生生态态平平衡衡,在在维维持持生生物物多样性方面起着重要作用。多样性方面起着重要作用。v但但不不管管林林火火对对森森林林生生态态环环境境产产生生的的是是正正面面还还是是负负面面的的作作用用,火火烧烧之之后后林林火火迹迹地地的的植植被被恢恢复复,是是火火烧烧后后人人们们面面临临的一个重要问题。的一个重要问题。火烧火烧(Burning)4.1.3 制定恢复计划制定恢复计划v在设计一个森
20、林恢复方案时要充分考虑目标的可行性,如目前天然林的状态,实现目标的技术难度等。v一些管理措施的直接效果是可以看到的,如种植经济林、原地造林、疏伐、种植观赏性树木等。v但一些间接影响是无法预测的,包括林地分割(导致孤立和边缘效应)、物种灭绝、外来种入侵、大气污染和气候变化等(图4.2)。高水平高水平低低 水水平平1.重新引进优势物种重新引进优势物种2.林地的自然恢复林地的自然恢复降降低低人人类类影影响响,控控制制非非本本地地物物种种,控控制制过过度度放牧放牧考虑重新引进丢失的物种考虑重新引进丢失的物种估估计计最最小小的的动动力力学学区区域域和和核核心心物物种种的的活动范围活动范围恢恢复复区区域域
21、是是否否足足够够大大以以支支持持“核核心心”物种或保持天然林地动力学变化物种或保持天然林地动力学变化充充分分考考虑虑干干扰扰的的方方式、规模和频率式、规模和频率是是否否有有目目前前潜潜在在的的干干扰扰因因子子:人人类类影影响响,非非本本地地物物种种,过过度度放放牧牧?考考虑虑:1.控控制制干干扰扰方方式式2.扩大森林面积扩大森林面积选择恢复目标:森林类型或要恢复的环境条件选择恢复目标:森林类型或要恢复的环境条件是否是天然的成熟林碎片和与之有关的是否是天然的成熟林碎片和与之有关的“指示物种指示物种”以以半半天天然然林林地地(传传统统管管理理)或创新为基础选择恢复目标或创新为基础选择恢复目标进进一
22、一步步确确定定起起源源:古古生生态态的,考古的,历史的证据的,考古的,历史的证据是是否否是是否否图图 4.2 林林地地恢恢复复路路线线仿仿:Parviainen et al.4.1.3 制定恢复计划制定恢复计划v恢复计划的实施首先需要了解恢复以前的生境状况。缺乏基础数据会妨碍具体恢复目标的确定,但即使有综合数据,也不一定满足恢复计划的要求。vPeterken(1996)列出了5种天然状态以便于规划森林的保护目标(表4.1)。恢复的最高目标是恢复到原始状态,这就需要引进丢失的本地物种,需要在维护上大量投资。v但是,这种“真正”的野生林地的观点忽略了森林状态的不可逆变化,包括分化、气候变化、外来种
23、入侵等。恢复的控制点恢复的控制点表表4.1 森林恢复中的天然状态森林恢复中的天然状态天然的状态天然的状态森林的起源和影响森林的起源和影响需采取的行动需采取的行动原始天然状态原始天然状态未被人类严重影响的原始林,未被人类严重影响的原始林,基于古生态学方法如花粉分析、基于古生态学方法如花粉分析、图表和现代残余林地分析图表和现代残余林地分析尽可能在原地重建,在可能的地方尽可能在原地重建,在可能的地方重新引进丢失物种,控制食草动物重新引进丢失物种,控制食草动物促进自然状态的更新(只是一种假促进自然状态的更新(只是一种假设)设)现在天然状态现在天然状态未受人类影响的现存森林,但未受人类影响的现存森林,但
24、是受到干扰(非人类影响的)是受到干扰(非人类影响的)如气候变化,自然的物种迁移如气候变化,自然的物种迁移后天然状态或继后天然状态或继承的天然状态承的天然状态原始林遗留下来的树木形成的原始林遗留下来的树木形成的森林,但是接受干扰性的改造森林,但是接受干扰性的改造和变化,包括过去的树种丢失和变化,包括过去的树种丢失允许当地物种自由发展,但是排除允许当地物种自由发展,但是排除外来物种。要控制食草动物以促进外来物种。要控制食草动物以促进林地的自然更新(只是一种假设)林地的自然更新(只是一种假设)潜在的天然状态潜在的天然状态人类影响全部去除后发展的类人类影响全部去除后发展的类型,是自发的演替型,是自发的
25、演替允许本地种和外来种的自由发展允许本地种和外来种的自由发展 未来的天然状态未来的天然状态 人类影响去除后现存森林经几人类影响去除后现存森林经几个世纪发展后的森林,包括天个世纪发展后的森林,包括天然、非天然因素然、非天然因素 4.1.3 制定恢复计划制定恢复计划v如果附近地区有残留林地存在并且有准确的历史记录时,就可以比较容易地确定将要恢复的森林类型。v优先需要恢复的林地可以通过自然保护政策确定,再结合范围大小、天然性、代表性和历史记载等准则来选择优先恢复区域。v但是,对于非指定地点的选择除了考虑恢复的潜力外,还有以下的几个标准:林地的选择林地的选择和适合性和适合性 v具有成熟林特征,如有成熟
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