环境生物学 生态退化及其对生物的影响

第五章生态退化及其对生物的影响,生态退化（ecologicaldegradation）定义：由于自然环境发生变迁，或人为对资源的过渡或者不合理的利用而造成生态系统功能衰退的现象。,主要表现：环境因子数量和质量的配置劣变，不适于生物的生存，生态系统的结构恶化，功能降低，使生态系统处于一种不稳定或失衡状态。后果：退化的生态系统对自然或人为干扰的抵抗力较低，缓冲能力较弱，并有较强的敏感性和脆弱性，生态系统朝着低生产力、不稳定的方向发展。生态退化是生态系统的一种逆向演替过程。,生态退化,水土流失,土壤退化,生物多样性丧失,1水土流失及其生态效应,我国水土流失的现状,黄土高原,长江中上游丘陵,东北平原,水土流失重灾区,水土流失面积43万平方公里,南方12省水土流失面积达150万平方公里,发展速度快，30-50万平方公里。,全国总水土流失面积约300万平方公里。,（一）定义水土流失（soilandwaterloss或soilerosion）：在水力、重力、风力等外营力作用下，水土资源和土地生产力的破坏和损失，包括土地表层侵蚀和水的损失。,一、水土流失的概念,（二）分类,面蚀：由于分散的地表径流冲走地面表层物的一种侵蚀现象，是土壤侵蚀中最常见的一种形式。沟蚀：即线状侵蚀，是指由汇集在一起的地表径流冲刷，破坏土壤及母质，形成切入地表及以下的一种水土流失形式。崩塌、滑坡和泥石流：是水土流失和流失物的重力因素共同作用形成的破坏更大的一种水土流失。,1、根据侵蚀形式划分,浅沟、切沟、冲沟,2、根据侵蚀营力划分,水蚀由大气降水，尤其是降雨所导致的侵蚀过程。细沟、浅沟、冲沟等侵蚀形式山洪沙坝石海,风蚀空气受力而冲击地下土粒、砂砾使其脱离地表，被搬运和堆积的过程。土地沙漠化沙尘暴,重力侵蚀在水力侵蚀及下渗水分的共同作用下，以重力为其直接原因所导致的地表物质移动。,冻融侵蚀热融滑塌、冻融泥流、冻融坍塌,二、水土流失的成因,自然原因：气候；土壤；地形；植被对水土流失的保持（对雨水的截流、吸收；对风的抵抗；对土壤的保持）人为原因：植被的破坏；土地不合理利用；过渡放牧；工业交通城市建设的影响。,1、气候降水和风,降雨暴雨是主要影响因素，降雨强度与侵蚀量呈正相关。降雪冬季经过雪的作用，土壤将会改变物理性质和机械组成；春季来临时，由雪融化成的雨水产生径流不能随土壤下渗，造成大量的水土流失。风风速的大小决定侵蚀的程度。,2、土壤,土壤抗蚀性土壤抗冲性土壤透水性,土壤抵抗径流对土壤中土粒的分散和悬浮的能力,土壤抵抗各种侵蚀营力的机械破坏和推移的能力,土壤质地、土壤的膨胀系数、土壤孔隙、土壤硬度、土壤疏松度、土壤有机质含量、土壤结构体、土壤中植物根的数量、土壤利用方式等等。,3、地形,坡度坡度能直接影响径流的冲刷能力。一般来讲，坡度越陡，径流越大，越容易发生水土流失；临界坡度,坡长一般来讲，当其他条件相同时，坡面越长，径流速度越大，会集的流量越多，其侵蚀就越强。坡形,4、植被,植被对雨水截留、吸收植被对风的抵抗植被对土壤的保持,乔木层,灌木层,草本,凋落物,减小雨滴的动能，降低对地表的侵蚀能力,截留雨水，减缓径流，增加土壤蓄水能力和下渗能力,植被对雨水截留、吸收,植被对土壤的保持,植被的固土作用植物对土壤的涵养，改良土壤物理、化学性质植被增加土壤的蓄水能力和下渗能力,（二）人类成因,1、植被破坏直接砍伐、毁坏森林植被对森林凋落物的破坏过度挖掘,火红郁金香,2、不合理的土地利用及耕作方式陡坡开荒不合理的耕作方式3、过度放牧4、工业交通建设工程的影响5、现代城市的发展6、城市水土流失,昙花,三、水土流失的生态效应,1、对农业生态系统的影响对土地资源的影响对土壤性质的影响对农业生态系统生产潜力的影响,绿色玫瑰,2、对水域生态系统的影响污染水体，影响水生生态系统的稳定泥沙淤积，加剧洪涝灾害，降低水利设施综合利用,豹皮花,3、对森林生态系统的影响对森林中树木的影响；对森林中种子库的影响；对森林的生物多样性的影响,淡烟色郁金香,4、对城市生态系统的影响城市水土流失导致了城市生态系统的不稳定5、各种灾害的产生6、对自然经济社会复合生态系统的影响,2土壤退化及其生态效应,全国总水土流失面积：1.5亿公顷，几乎1/6国土；荒漠化面积：262万平方公里，占国土27.3%草地退化面积：8700万公顷，占全部草地30%；,西部荒漠化,东部肥力退化,西南石质化,华北、东北盐碱化,黄土高原水土流失,长江第二黄河,1971年，联合国粮农组织出版土壤退化一书。土壤退化包括类：侵蚀、盐碱、有机废料、传染性生物、工业无机废料、农药、放射性、重金属、肥料和洗涤剂、旱涝障碍、养分亏缺、非农占用,我国对土壤退化的分类：1级6类（A、B、C、D、E、F）2级18种,（一）概述1、土壤退化（soildegradation）：即土壤贫瘠化，是指土壤在遭受干扰时，物理、化学和生物性质的恶化，引起生产力、调节能力及可持续利用性下降的过程。,物理退化：侵蚀；荒漠化；沙漠化化学退化：次生盐碱化；污染；酸化生物退化,蝴蝶兰,（二）土壤退化的形式,荒漠化,荒漠化：是指由于自然和人类活动的影响，出现植被减少，表土裸露等造成土壤生产力下降的土壤退化形式,荒漠化的发展现状,世界荒漠化,我国干旱、半干旱和亚湿润干旱地区的主体界线大体在大兴安岭以西,锡林郭勒高原、黄土高原北部,祁连山以北,柴达木盆地、青藏高原西北部,至国界环绕成一个干燥而寒冷的荒漠化气候区域。,我国荒漠化土壤的分布,沙漠化,沙化：指土壤在风蚀作用下，表层土壤细颗粒减少而粗质砂粒增多的过程。沙漠化：是土壤在风蚀作用下，向沙漠生境演化的过程。沙漠是沙漠化的顶极状态。,风啸啸沙龙舞！大漠漫漫归何处？,沙进人退,多么顽强的沙生植物梭梭,毛乌素流动沙丘,盐碱化,土壤盐渍化是指易溶性盐分在土壤表层积累的现象或过程，也称盐碱化。盐渍化分为两种类型：天然的和人为的，后者即所谓的“次生盐渍化”,盐碱土的可溶性盐主要包括钠、钾、钙、镁等的硫酸盐、氯化物、碳酸盐和重碳酸盐。硫酸盐和氯化物一般为中性盐，碳酸盐和重碳酸盐为碱性盐。盐土主要指含氯化物或硫酸盐较高的盐渍化土壤，土壤呈碱性，但pH值不一定很高。碱土是含碳酸盐或重碳酸盐土壤，pH值较高，土壤呈碱性。盐碱土的有机质含量少，土壤肥力低，理化性状差，对作物有害的阴、阳离子多，作物不易促苗。,滨海盐土景观,曲周盐碱土,白碱土危害,由于发展引水自流灌溉，导致地下水位上升超过其临界深度，使地下水和土体中的盐分随土壤毛管水通过地面蒸发耗损而聚于表土。利用地面或地下矿化水（尤其是矿化度大于3g/L时)进行灌溉，而又不采取调节土壤水盐运动的措施，导致灌溉水中的盐分积累于耕层中。在开垦利用心底土积盐层的土壤过程中，过量灌溉的下渗水流溶解活化其中的盐分，随蒸发耗损聚于土壤表层。,次生盐渍化的成因,50年代大搞平原水库导致我国平原地区次生盐碱化面积大增,污染,D1无机物（包括重金属和盐碱类）污染D2农药污染D3有机废物（工业及生产中的生物易降解有机毒物）污染D4化学肥料污染D5污泥、矿渣和粉煤灰污染D6放射性物质污染D7寄生虫、病原菌和病毒污染,酸化,土壤酸化的基本原因是土壤中产生氢离子。酸雨长期过量单纯的使用化肥会使土地酸化。比如硫酸铵（NH4）2SO4土壤中的微生物和植物根系的代谢作用可以产生碳酸。在土壤内也有许多反应可以产生氢离子，例如有机氮的矿化和硝化、有机硫的矿化和氧化、有机磷的矿化、铵离子的硝化以及金属离子的络合作用等。当土壤由还原态转变为氧化态时，还原性物质如硫化氢、硫化铁、亚铁离子等的氧化反应中都产生氢离子。,危害,盐基离子的大量淋失，导致土壤养分贫瘠活性铝的溶出，影响作物生长有毒重金属元素的活化，增加土壤污染程度影响土壤中固氮菌、硝化菌、氨化菌等维生物群落,二、退化原因,自然原因：气候；水文；地形；生物；自然灾害人为原因：人口增加；人类不合理利用资源,1、人口增加,要求土地的产出增加；城镇建设用地增加；土壤污染加重,2、人类不合理的行为,滥垦、滥伐森林和草地滥牧滥采采挖中药材、采矿水资源的不合理利用超采地下水、水源配置不当农业管理不当,城市化和工业化城市化过程导致土壤资源数量缩减城市化加剧土壤侵蚀城市化导致土壤利用格局改变城市化对土壤过程的影响（土壤理化过程、土壤生物过程、对土壤环境的影响）,三、土壤退化的生态效应,（一）对农牧业的影响1、对作物产量的影响退化的土壤中，由于某种元素或物质缺乏而影响生物繁殖、生长；退化的土壤大多缺乏植被的保护，地表温度变幅很大，不利于生物新陈代谢作用的进行，作物的产量受影响；盐碱土中，存在着大量盐类和碱类物质，影响作物的生长；酸化土壤会使大量的盐基离子和微量元素流失，造成土壤盐分失衡，影响土壤生产力；通气不良的土壤中，CO2浓度过高会破坏根系的呼吸作用，对植物产生的毒害作用，导致其死亡。,2、对作物品质的影响,酸化土壤中种植出来的稻谷各种营养成分都相应降低，而酸化土壤中大量积累的AL离子，能使作物对Ca的吸收受阻，导致缺钙，作物品质受到影响。由于土壤污染而导致污染物在生物体内的富集、积累，导致农产品质量严重下降。,3、对牧业的影响,（二）对自然群落的影响影响群落的生产力影响群落的结构影响群落演替,桂花七里香,（三）其他生态效应土壤退化造成地表对阳光反射和吸收性能的变化，影响局部气温、水分和风等因素的变化；土壤退化直接影响植被，当植被被破坏后，死的有机体分解将释放C，增加温室气体的浓度；土壤退化，尤其是侵蚀和荒漠化情况下，将导致水体富营养化。,3生物多样性丧失及其生态效应,一、概念Biodiversity：一般指地球上生命的所有变异。比如：遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性三个层次。,（一）遗传多样性,遗传多样性：即基因多样性，生物物种内基因的变化，包括不同的种群之间以及同一种群内的遗传变异。一个物种由许多具有非常丰富的遗传变异的种群组成，从而使其具有大量的基因型。遗传多样性是物种未来生存机会的多样性,（二）物种多样性,物种多样性：动物、植物及微生物种类的丰富度。物种多样性是基因多样性的现实表现和载体，丰富遗传多样性必须要求一定数量的种群个体承载，并且个体之间有最大的变异度。物种多样性是连接基因多样性和生态系统多样性的纽带,（三）生态系统多样性,生态系统多样性：生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样性。生境多样性是指无机环境多样性，如地形、地貌、气候、水文等的多样性；生物群落多样性是指群落的组成、结构和功能的多样性；生态过程多样性是指生态系统组成、结构和功能在时间、空间上的变化。,森林生态系统,草原生态系统,荒漠生态系统,农田生态系统,海洋生态系统,湿地生态系统,寒温性针叶林生态系统、温带针阔混交林生态系统、暖温带阔叶林和针叶林生态系统、亚热带常绿阔叶林和针叶林生态系统、热带雨林和季雨林生态系统,温带草原高寒草原荒漠区山地草原,小乔木荒漠灌木荒漠半灌木荒漠小灌木荒漠,稻田生态系统麦田生态系统茶园生态系统,浅水湖泊生态系统河流生态