实验室概况

近代工业革命以来,人口急剧增长、社会经济快速发展和自然资源的过度开发利用等人为干扰胁迫给自然生 态系统的稳定性和抗逆能力带来严重挑战,严重影响到生态系统结构的维持和服务功能的发挥,突出表现为生态系统的生物多样性下降、 生产力降低、水土流失加剧、外来物种入侵增加、植被景观格局改变等,在造成巨大经济损失的同时,还严重威胁到人类社会经济的可 持续发展。保护现有自然生态系统,综合整治和修复已退化生态系统,构建和维持可持续发展生态系统,已成为全球性迫切需要解决的 重大问题。因此,只有对受损生态系统进行健康评估并进行生态恢复和优化管理,才能实现生态系统可持续发展的最终目标。

自1959年起,华南植物园余作岳等科学家以集水区为单元、采用时空互代等方法率先在华南地区极度退化的 海岸台地开展生态系统的植被恢复机理研究与方法探索。近50年来,在中国科学院、国家自然科学基金委员会、中德合作计划和广东省 的大力支持下,以科研项目为依托,先后开展了“热带沿海侵蚀地的植被恢复”、“亚热带退化生态系统恢复与重建”、“海岸带和海 涂资源综合调查及开发”等研究,基本摸清了华南退化生态系统的分布格局,初步了解了生态系统的退化原因并摸索出了相应的生态恢 复技术,提出了植被恢复“建立先锋群落-配置阔叶树种-发展经济作物”三步走的思路,论证了热带极度退化的生态系统经过人工启 动,最终恢复到热带季雨林的可行性,发现了退化生态系统恢复过程中结构与功能恢复不同步的规律,阐明了外来种与乡土种在生态系 统恢复中的作用,构建了不同类型退化生态系统的恢复模式。这些新理论、新发现不但质疑甚至否定了国际上流行的“热带地区退化生 态系统不可恢复”的说法,而且提出了此类生态系统稳定和发展的关键是“土壤基质的恢复和植物多样性的恢复”的观点,在此过程中, 华南植物园于1959年建立了我国恢复生态学研究最早的研究基地之一——中国科学院小良热带森林生态系统定位研究站(小良站),并 在此基础上于1984年建立了中国科学院鹤山丘陵综合开放试验站(鹤山站)。鹤山站于2005年成功进入国家站网络。出版的系列专著《热 带亚热带退化生态系统的植被恢复研究》、《恢复生态学导论》和《热带亚热带植被与生态恢复学理论与实践》等,系统阐述了适合中 国国情的恢复生态学研究理论和方法体系。恢复生态学研究成果获得省部委以上各类奖项10余次,包括国家科技进步二等奖1次、中国 科学院科技进步一等奖2次和广东省科学技术奖1次。

生态恢复作为一种思想,最早由Leppold 于1935 年提出。他率先在美国Madison 的废弃地和Wisconsin河沙 滩海岸废弃地上进行生态恢复实验,在此基础上创建了Wisconsin大学种植园景观。20 世纪50 年代,欧洲、北美和澳洲(大洋洲)等地 区都先后开展了一些工程与生物措施相结合的环境恢复和治理工程,并取得了一些成效。其中欧洲侧重矿山废弃地恢复,北美侧重污染 水体和退化林地恢复,澳洲则以退化草原恢复为主。1973年,“受损生态系统的恢复”国际会议在美国召开,专门讨论了受损生态系统 的恢复和重建等许多重要的生态学问题。1980年Cairns 主编的《受损生态系统的恢复过程》一书问世,从不同角度探讨了受损生态系统 恢复过程中的生态学理论和应用问题。1984年在美国Madison举行的植物园年会,出版了《恢复生态学》论文集,从群落和生态系统层次 论述了恢复生态学的内涵。1993年,《恢复生态学》杂志创刊以及国际生态恢复协会成立,标志着恢复生态学的发展进入了一个新阶段。 从此,恢复生态学的研究范围进一步拓展,包括退化森林、草地、湿地和废弃地等各类生态系统的恢复。随着恢复生态学的迅速发展, 它已与生物多样性、全球气候变化并列为生物领域的三大研究热点之一,并成为上世纪90年代西方国家生态学领域的十大基础研究方向之一。

在恢复生态学发展过程中,涌现了许多极具代表性的工作。如英国的Bradshaw 等利用改良废弃地中的土壤基 质,通过筛选、种植豆科固氮植物等方法对废弃地进行了成功的恢复;日本及东南亚国家应用“宫胁生态造林法”,强调了乡土树种在森 林恢复中的重要作用;欧洲、北美国家提出的“近自然林业”和“森林生态系统经营”等各种理论已广泛应用于森林恢复的实践中,并取 得了显著成效。

我国生态恢复研究始于上世纪50年代,最具代表性的工作有华南植物园(前身为华南植物研究所)在华南地区极 度退化的海岸台地开展的生态恢复研究和长期定位观测试验、兰州沙漠研究所开展的抗旱造林、灌木林固沙等研究。但在上世纪60-70年 代,由于特殊历史原因,相关研究进展一度缓慢。进入20世纪80年代后,由于生态退化、环境污染等问题日益突出,生态恢复研究工作开 始得到政府和学术界的重视。重要的研究项目包括 “我国主要类型生态系统的结构、功能及提高生产力途径的研究”、“亚热带退化生态 系统的恢复研究”、“建立北方草地主要优化生态模式的研究”、“内蒙古典型草原草地退化原因、过程、防治途径及优化模式的研究” 等。1988年, “中国生态系统研究网络(CERN)”的建立,为我国生态恢复的研究创造了有利条件。其中,中国科学院鹤山丘陵开放试验 站、内蒙古草原站、海北高寒草甸站、沙坡头沙漠站等都以生态恢复研究为核心,其研究个案所凝练的科学理论对我国相关退化生态系统 的治理起到了科学指导和示范作用。90年代以来,我国在农牧交错区、干旱荒漠地区、丘陵山地、干热河谷、城市等退化生态系统的恢复 和重建工作均取得了很多重要成果,有关恢复生态学的专著陆续出版,如陈灵芝等(1995) 的《中国退化生态系统研究》、余作岳和彭少麟 等(1996)的《热带亚热带退化生态系统植被与生态恢复学的研究》,系统地总结了我国生态系统退化的原因、程度、机理及恢复等方面的 成果,极大地促进了我国恢复生态学的发展。近年来,生态恢复研究与生物多样性、全球变化研究相结合, 退化生态系统恢复机理、优化 模式及其评价体系的研究已逐渐提升到国家层面并受到各级政府和学术界的特别重视,将引领该学科的发展方向。

华南植物园在创建国际一流科学植物园的同时,开展基础性、前瞻性和战略性科学研 究,努力建设成我国科技创新、人才培养与科学知识传播的重要基地,在恢复生态学、系统与进化植物学、保护生物学、重要生物质资源发 掘利用等领域发展为高水平的研究单位。

根据学科发展与国家需求,华南植物园设置了6大领域:1)全球变化与生态系统服务功 能领域;2)环境退化与生态系统恢复领域;3)植物系统与进化生物学领域;4)生物多样性保护与可持续利用领域;5)农业及食品质量安全与植 物化学资源领域;6)植物种质创新与基因发掘利用领域。植被恢复与生态系统管理重点实验室由6大领域中的前2大领域研究团队组成,集中了 华南植物园在恢复生态学、生态系统生态学、植物生理生态学、景观生态学、土壤生态学、生态工程学、环境化学等方面的研究力量,体现了 华南植物园在恢复生态学领域的长期积累和学科优势。通过重点实验室的建设,将促进华南植物园植被恢复和生态系统管理相关领域研究力量 的整合、研究目标的凝练、研究水平的提升、科研成果的转化,进而满足国家在环境退化压力下对自然生态系统服务功能维持和改善的迫切需求。

全球变化背景下退化生态系统的整治和恢复、生态系统结构和服务功能的维持及其过程 研究已成为当前生态学研究的热点。全球性人口压力的持续增大、经济发展对自然资源的过度利用、环境质量的不断降低和自然生态系统退化 态势的不断蔓延,使本学科的研究正受到世界各国政府的高度关注,预期在不远的将来会有突飞猛进的发展。研究成果不仅对我国退化生态系 统的治理、改善和恢复,而且对保护和维持现有自然生态系统健康持续发展均具有十分重要的指导意义。

植被恢复和生态系统管理是一个需要多学科进行综合和交叉研究的领域,目前国内暂时 没有该领域的重点实验室。关于植被恢复的研究主要包含在一些相关领域的实验室,其中有植被与环境变化国家重点实验室、黄土高原土壤侵 蚀与旱地农业国家重点实验室、环境模拟与污染控制国家重点联合实验室。建立这些国家重点实验室主要考虑了西北地区的沙漠治理和退化草 原的恢复与重建、黄土高原水土流失区的治理以及北京地区水污染的监控和治理等。华南地区因为经济活动频繁,自然生态系统遭受人类活动 的剧烈干扰,造成了严重的生态系统退化。因此,在华南地区建立一个专门从事该地区退化生态系统植被恢复与管理的国家或部门重点实验室 十分必要。和以上实验室相比,本实验室的特色在于:立足华南植物园恢复生态学研究的雄厚优势和中国科学院国家植物园创新体系建设,重 点围绕我国热带亚热带地区的各类生态环境开展生态系统结构、功能与过程,生态系统退化机理与健康评价,退化生态系统植被恢复技术集成 与模式优化的整合研究。

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