1、第八章受损生态系统的修复*1*2本章目录8.18.28.38.4受损生态系统受损生态系统恢复生态学与生态修复恢复生态学与生态修复生态工程与生态修复生态工程与生态修复受损生态系统修复受损生态系统修复*3 定义：指生态系统的定义：指生态系统的结构结构和和功能功能在在自然自然干扰干扰、人为干扰人为干扰（或二者共同作用）下（或二者共同作用）下发生了位移，即改变、打破了生态系统原有发生了位移，即改变、打破了生态系统原有的的平衡状态平衡状态，使系统的结构、功能发生变，使系统的结构、功能发生变化或出现障碍，改变了生态系统的正常过程，化或出现障碍，改变了生态系统的正常过程，并出现并出现逆向演替逆向演替。*48
2、.1 受损生态系统之定义 物种多样性减少 系统结构简单化食物网破裂能量流动效率降低物质循环不畅或受阻生产力下降 其他服务功能减弱 系统稳定性降低*58.1 受损生态系统之特征系统中的关键种首先消失，从而引起与之系统中的关键种首先消失，从而引起与之共生种类、从属种类相继消失，物种多样共生种类、从属种类相继消失，物种多样性明显减少性明显减少种群水平：种类组成变化，优势种结构异常种群水平：种类组成变化，优势种结构异常群落层次：群落结构矮化和生境破坏群落层次：群落结构矮化和生境破坏主要表现：食物链的缩短或营养链的主要表现：食物链的缩短或营养链的断裂，单链营养关系增多，种间共生、断裂，单链营养关系增多，
3、种间共生、附生关系减弱附生关系减弱对光能固定作用减弱对光能固定作用减弱捕食过程和腐化过程弱化捕食过程和腐化过程弱化营养物质和元素在生态系统中营养物质和元素在生态系统中的周转时间变短的周转时间变短,周转率降低周转率降低,生物的生态学功能减弱生物的生态学功能减弱光能利用率减弱光能利用率减弱竞争和对资源利用的不充分竞争和对资源利用的不充分,光效率降低光效率降低,而植物为正常生长消耗在克服不利影响而植物为正常生长消耗在克服不利影响上能量增多上能量增多,净初级生产力下降净初级生产力下降次级生产力的降低次级生产力的降低调节气候调节气候,减缓旱涝洪灾害减缓旱涝洪灾害,保持保持养分和改良土壤养分和改良土壤,净
4、化环境净化环境,防风防风固沙固沙,为人类提供旅游休闲地等为人类提供旅游休闲地等由于结构的不正常，系统的稳由于结构的不正常，系统的稳定性明显降低，系统在正反馈定性明显降低，系统在正反馈机制驱动下更远离平衡机制驱动下更远离平衡 功能衰退的基本原因是：结构损伤 生态过程变化的决定因素是：胁迫方式 制约恢复制约恢复能力的重要因素是：干扰强度和频率*68.1 系统功能衰退变化机制8.2 恢复生态学与生态修复*9 详情请参见p312 理论研究内容：生态系统结构、功能，以及系统内在生态学过程与相互作用机制生态系统的稳定性、多样性、抗逆性、生产力、恢复力与可持续性研究先锋群落与顶级群落的发生、发展机制与演替规
5、律研究不同干扰条件下系统受损过程及响应机制研究系统退化的诊断及评价指标体系研究系统退化过程的动态监测、模拟及预测研究 应用技术研究内容：退化系统恢复与重建关键技术体系研究系统结构与功能优化配置及调控技术研究物种与生物多样性的恢复与维持技术生态工程设计与实施技术环境规划与景观生态规划技术 生态修复的定义：应用生态系统自组织和自调节能力对环境或生态完整性进行修复，最终恢复生态系统的服务功能。生态阈值生态阈值(P315)：处于稳定状态时的生态系统抗干扰与自我调节能力的限度。*108.2 恢复生态学与生态修复*118.2 恢复生态学与生态修复污染环境修复污染环境修复大规模人为干扰和被破坏系统修复大规模
6、人为干扰和被破坏系统修复大规模农林牧业生产活动破坏森林草地修复大规模农林牧业生产活动破坏森林草地修复小规模人类活动、完全自然原因造成的退化系统修复小规模人类活动、完全自然原因造成的退化系统修复生态修复生态修复之之四个层面四个层面*128.2 恢复生态学与生态修复生态学理论生态学理论限制性因子原理热力学定律种群密度制约及分布格局原理生态适应性理论生态位原理演替理论植物入侵理论生物多样性理论缀块廊道基底论自我设计自我设计认为足够的时间，退化生态系统能够实现自我组织，最终改变其组分设计设计:认为通过工程方法和植物重建，直接恢复系统 8.2 恢复生态学与生态修复*13地域生态环境本底和历史背景物种引进
7、物种群落设计因地制宜由于系统的复杂性和环境要素的突变性加之人们对系统过程的不认识不足，演替方向把握不到位遵循生态演替(succession)食物链（网）生态位(niche)等原理生态修复的三原则生态修复的三原则（P316）8.2 恢复生态学与生态修复*14 生态修复的判定准则可持续性（可自然更新）不可入侵性（像自然群落一样能抵制入侵）生产力营养保持力具有生物间的相互作用*158.2 恢复生态学与生态修复生态修复生态修复常用技术常用技术方法方法植物辅助生物修复根际过滤潜力评价法自然恢复法限量控制法植物固化植物萃取植物转化协调促进法针对污染环境植物修复技术对非污染环境生态修复技术 植物萃取植物萃取
8、(Botanical Extraction)指金属积累植物或超累积植物将土壤中的金属“萃取”出来，富集并运送到植物根部可收割部分或植物地上枝条等部位，然后再对富集部分进行处理。*168.2 恢复生态学与生态修复肾蕨属 蜈蚣草 富集CdPt As有显著效果 适合于植物“萃取”的理想植物之特点：植物可收割部位必能忍耐和积累高浓度污染物 植物在野外条件下生长速度快、周期短、生物量高、个体高大、向上垂直生长 植物对农业措施如施肥等产生积极的反应，利于反复种植和多次收割*178.2 恢复生态学与生态修复8.2 恢复生态学与生态修复印度芥菜天蓝褐蓝菜*18 根际过滤(Rhizosphe Filter)利用
9、超积累植物或耐重金属植物从污水从污水中吸收、沉淀和富集有毒金属。*198.2 恢复生态学与生态修复8.2 恢复生态学与生态修复*20 适于根际过滤技术植物之特点：具有较大的根系生物量，最好是须根植物 常见的有：弗吉尼亚盐角草(Salicornia Virginica)、牙买加克拉莎草(Cladium Jamaicense)、印度芥菜(Indian Mustard)植物固化 利用超积累植物或耐重金属植物降低金属的活性，从而减少或防止重金属被淋洗到地下或通过空气载体扩散进一步污染环境。*218.2 恢复生态学与生态修复8.2 恢复生态学与生态修复*22 适用于固化污染土壤的理想植物之特点：能耐高含
10、量污染物根系发达的多年生绿叶植物 植物辅助生物修复 通过根系范围内植物的活动刺激生物，促进污染物的生物降解。*238.2 恢复生态学与生态修复根系根系植物植物土壤土壤微生微生物物土壤土壤污染污染物物根际分泌物根际分泌物8.2 恢复生态学与生态修复*24 Fletcher等（1995）报导，桑树等植物的根际产生物含有黄酮类化合物和氧杂萘邻酮，可被用来刺激能降解多氯联苯(PCB)和多环芳烃(PAH)的微生物生长8.2 恢复生态学与生态修复*25植物转化植物转化 通过植物新陈代谢作用降解环境污染物的过程。植物中积累新陈代谢产物必须是非毒性或至少与其母体相比毒性明显降低。针对非污染环境的生态修复技术潜
11、力评价法自然恢复法限量控制法促进协调法*268.2 恢复生态学与生态修复利用遥感信息系统利用遥感信息系统(RS)、全球定位系、全球定位系统统(GPS)、地理信息系统、地理信息系统(GIS)等先进等先进技术手段，对某一区域进行调查监测技术手段，对某一区域进行调查监测和评估。主要针对当地和评估。主要针对当地自然资源自然资源、土壤侵蚀模数、土壤侵蚀模数、植物演替变化植物演替变化等。等。恢复过程中，恢复过程中，停止停止对受损生态系统对受损生态系统施加干扰施加干扰，主要是人为干扰。如草，主要是人为干扰。如草地上的轮牧或圈养等。地上的轮牧或圈养等。不改变原有经营目的而采取人为控制，不改变原有经营目的而采取
12、人为控制，促使恶化的区域恢复生态系统良性循促使恶化的区域恢复生态系统良性循环。如环。如林区择伐林区择伐、草地载畜量草地载畜量限制限制等。等。采取其他辅助措施，减缓人畜对天然植被采取其他辅助措施，减缓人畜对天然植被的破坏，促进生态条件的修复。如山区通的破坏，促进生态条件的修复。如山区通过以过以生物质能生物质能的利用来减少对木材和自的利用来减少对木材和自然植被的利用，并促进系统的恢复。然植被的利用，并促进系统的恢复。由于不同区域具有不同的自然环境背景，如地貌、水文条件等，不同类型的系统受到的干扰形式和强度也各有区别，于是针对不同类型的生态系统，修复起来也各有不同。受损森林生态系统受损草地生态系统受
13、损河流生态系统受损湖泊生态系统受损海岸生态系统工业废弃地*278.3 受损生态系统的修复 自然灾害自然灾害:病虫害病虫害,干旱干旱,洪涝和地震等洪涝和地震等 人类活动人类活动:刀耕火种，大量砍伐，矿刀耕火种，大量砍伐，矿 山开采山开采*288.3.1 受损森林生态系统的修复原原因因特特征征生物多样性减少生物多样性减少调节气候、涵养水分等生态调节气候、涵养水分等生态功能明显下降功能明显下降 建立一个或一群物种，作为恢复生态系统的基本框架。这些物种通常是植物群落演替阶段早期（或称先锋）物种或演替中期阶段物种。优势：只涉及一个（或少数几个）物种的种植系统演替或维持依赖于当地种源（基因池）来增加物种，
14、实现多样性适用范围：在距离现存天然生态系统不远的地方采用，如保护区的局部退化地区恢复，或在天然板块之间建立联系通道时采用。*29物种框架法该法该法物种选择标准物种选择标准：抗逆性强抗逆性强能够吸引野生动物能够吸引野生动物再生能力强再生能力强能够提供快色和稳定的野生动物食物能够提供快色和稳定的野生动物食物 尽可能地按照生态系统受损前的物种组成及多样性水平种植物种，需要种植大量演替成熟阶段的物种哦该而不必考虑先锋物种。特点：该法要求高强度的人工管理和维护。适用范围：距离人居环境比较近的地段。*30最大多样性法方法封山育林林分改造透光抚育或遮光抚育林业生态工程封山育林封山育林 可达到最大限度的减少人
15、为干扰可达到最大限度的减少人为干扰,为原生为原生 植物群落的恢复提供了适宜的生态条件植物群落的恢复提供了适宜的生态条件,使使 生物群落由逆向演替向正向演替发展生物群落由逆向演替向正向演替发展,使被使被 破坏的森林生态系统逐渐恢复到顶级状态破坏的森林生态系统逐渐恢复到顶级状态.林分改造林分改造 引进当地植被中的优势种引进当地植被中的优势种,关键种和因关键种和因 受损而消失的重要生物种类受损而消失的重要生物种类,以加速生态系统正向演替以加速生态系统正向演替的速度的速度.林业生态工程技术林业生态工程技术 1.区域的整体方案区域的整体方案 2.时空结构设计时空结构设计 3.食物链设计食物链设计 4.特
16、殊生态工程设计特殊生态工程设计主要是针对特殊环境条件的林业生态工程,如工矿区林业生态工程,严重退化的盐渍地,裸岩和裸土等生态恢复工程.由于环境的特殊性,需要采取特殊的工艺设计和施工技术才能达到目的.修复过程比较缓慢 综合考虑群落发育过程中的主要因子（种子传播、竞争、捕食等）充分利用残存的次生林、风水林、自然保护区等，在它们之间营造物种流动的廊道（斑块-廊道-基底原理）施加人工干预，加快受损系统恢复*35应注意的问题 自然灾害自然灾害 人类活动人类活动:过度放牧、垦殖、污染、过度放牧、垦殖、污染、人类活动引起的地下水位变化人类活动引起的地下水位变化*368.3.2 受损草地生态系统的修复原原因因
17、特特征征植被退化植被退化:指草地破坏后植被的密指草地破坏后植被的密度和生物多样性的下降度和生物多样性的下降,这种结构这种结构的改变还导致了群落的矮化的改变还导致了群落的矮化土壤退化土壤退化:是由于风蚀是由于风蚀,水蚀水蚀,土壤土壤板结和盐碱化等造成的土壤物理板结和盐碱化等造成的土壤物理和化学性质的变化和化学性质的变化,不再支持生态不再支持生态系统的高生产力系统的高生产力.恢恢复复方方法法改进现存草地，实施围栏养护改进现存草地，实施围栏养护或轮牧或轮牧重建人工草地重建人工草地 消除外来干扰,主要依靠生态系统具有的自我修复能力,适当辅之以人工措施来加快其恢复 人工措施人工措施:因地制宜地进行松土因
18、地制宜地进行松土,浅耕翻或适时火烧等措施改善土壤浅耕翻或适时火烧等措施改善土壤结构结构,播种群落优势牧草草种播种群落优势牧草草种,人工增施肥和合理放牧等人工增施肥和合理放牧等.*37围栏养护,轮草轮牧 减缓天然草地的压力,改进畜牧业生产方式,常用于完全荒弃的退化草地 特点特点:既能使荒废的草地很快长出大量牧草既能使荒废的草地很快长出大量牧草,获得经济效益获得经济效益;同同时又能使生态环境得到改善时又能使生态环境得到改善.*38重建人工草地 修复过程中，还应考虑的其他问题，如代表性的草种、外来草种、灌木入侵、动物出入等。利用现代遥感技术进行管理*39草原系统修复过程中需注意问题 河流生态系统受损
19、的主要方式及影响 水利工程建设对河流生态系统的影响 农业活动对河流生态系统的影响 城市化对河流生态系统的影响 改进的标准河流断面设计法浅滩和深潭河流结构的构建构建有利于生物生存的多孔隙河岸*408.3.3 受损河流生态系统的修复修修复复方方法法 拦河大坝修建后,使得河流的许多自然生态功能和过程都发生了改变;大坝阻碍或减缓了水生生物迁徙过程,进而影响了河流生态系统的食物链结构.还导致吸附有营养物质的泥沙在水库中沉积.*41水利工程对河流生态系统的影响水利工程对河流生态系统的影响 中华鲟是国家一级保护水生野生动物，中华鲟是地球上最古老的脊椎动物，是鱼类的共同祖先古棘鱼的后裔，有“活化石”之称，目前
20、黄河、钱塘江、闽江早已绝迹，仅长江现存一定数量。由于水污染、航运业和渔业捕捞，尤其是葛洲坝截流阻断了鲟鱼的洄游路线，中华鲟成为濒危物种。葛洲坝截流前，中华鲟上溯数千公里抵达长江上游，在金沙江公里江段进行自然繁殖，而截流后仅在坝下公里江段繁殖，坝上游约个产卵场全部不复存在。中华鲟抵达葛洲坝后，或继续上溯撞坝死亡，或因坝下条件不能满足其产卵条件而重返海洋。新建产卵场。*42水利工程对河流生态系统的影响 对河岸带和河流阶地上天然植被的开采,将其变为可耕地.现代农业使用的化肥和农药等有毒有害物质对河流水质的污染.*43农业活动对河流生态系统的影响 1.城市化对水资源需求量的剧增与河流供给 能力的矛盾.
21、2.城市污水排放与河流自净能力的矛盾.3.流经城市内河段水环境的彻底改变.*44城市化对河流生态系统的影响受损原因环境污染水利建设过度放养湖泊富营养化外来物种入侵*458.3.4 受损湖泊生态系统的修复 工业废水和生活污水以及农田化肥营养物质的进入，致使目前几乎所有的湖泊都存在着富营养化现象。如云南滇池（1980s开始全面富营养化）*46湖泊的富营养化 据了解，水葫芦原产南美，属多年生草本植物。水葫芦繁殖速度极快，其在生长中消耗大量溶解氧，又会加剧水体富营养化。由于水葫芦采用无性繁殖方式，每株在一个生长周期90天即可繁殖25万株。大量繁殖的水葫芦不仅堵塞河道，破坏水生生态系统。由于水葫芦能吸附
22、重金属等有毒物质，因此其死亡沉下水底后又会构成对水质的二次污染。*47外来物种入侵修复方法和技术：严禁围湖造田，有效实施退田还湖政策营造林地，提高湖泊周围及整个流域的植被覆盖率减少面源污染加大人为调控湖泊水位力度对已大量淤积湖泊采取清淤措施*488.3.4 受损湖泊生态系统的修复 海洋生态系统受损的主要方式及影响 海岸侵蚀 海岸湿地被围垦及占用 过度捕捞 污染 防治水体污染 控制生态破坏 建立海岸带自然保护区控制生态破坏*498.3.5受损海洋生态系统的修复修修复复方方法法 美国路易斯安那州新奥尔良市是一座海边城市，有着十分丰富的沿海湿地资源。通过对于湿地的侵占，该市扩张了自己的地盘，建造了更
23、多的建筑。然，在2005年卡特里娜飓风来临之际，没有了湿地的保护，80%的市区被淹没海水之中。海岸湿地被围垦及占用*50工业废弃地的危害工业废弃地多是由资源粗放型开采方式引发的，造成大量耕地破坏和侵占，土地农业经济支持能力下降草地、森林等生态系统退化，土壤亚系统环境随之恶化形成残破衰败环境 景观，严重影响城市形象对于城镇河流水系、地下水，造成负面影响*518.3.6工业废弃地的修复*528.3.6 废弃地的修复江西德兴铜矿江西德兴铜矿工业废弃地修复方法景观再生利用废弃物再利用生态技术*538.3.5 废弃地的修复 北杜伊斯堡景观公园位于杜伊斯堡，它是一个集采煤、炼焦、钢铁于一 北杜伊斯堡景观公
24、园全景图身的大型工业基地。现在被改造为以煤铁工业背景为主的大型工业旅游主题公园。园内的休闲旅游活动丰富多样，例如，废旧的贮气罐被改造成潜水俱乐部的训练池；用来堆放铁矿砂的混凝土料场，被己经设计成青少年活动场地，墙体被改造成攀岩者乐园；*54景观再生利用 生态工程的定义 生态工程是应用生态系统中的物种共生与物质循环再生原理，结构与功能协调原则，结合系统分析的最优化方法设计的促进分层多级利用物质的生产工艺系统。（马世俊，1984）*558.4 生态工程与生态修复详情请见P338物种共生原理生态位原理食物链原理物种多样性原理物种耐性原理景观生态学原理耗散结构原理限制因子原理生态因子综合性原理*568
25、.4.2 生态工程设计生态学理论拟定目标 背景调查 模型分析与模拟 工程可行性评价*578.4.3 生态工程设计基本流程 湿地地球之肾，具有多种功能的独特生态系统，是自然环境中自净能力很强的区域之一，它利用系统中的物理、化学、生物作用，通过过滤、吸附、植物吸收、微生物降解等来实现对水环境污染物的高效分解，达到水生环境的修复目的。*588.4.4 湿地生态工程与水质净化*598.4.4.2 太湖水环境的修复2007年4月，太湖爆发了蓝藻水华事件，使得太湖水质严重恶化，水源恶臭，水质发黑，溶解氧下降到0mg/L，氨氮指标上升到5mg/L，部分鱼类因缺氧而死亡。太湖生态修复工程：底泥疏浚种植植物，显
26、现治理与环境美化统一建立渔业生态工程，控制过度养殖建立环湖湿地保护带*608.4.4.2 太湖水环境的修复2011年，无锡鼋头渚附近的梅梁湖中犊山水域，出现年，无锡鼋头渚附近的梅梁湖中犊山水域，出现了了500亩菱角。亩菱角。据苏州科技学院的监测报告显示，2010年在渤公岛种植红菱后，试验点藻类密度下降了80%以上，水体透明度由0.05米提高到了1.5米，围栏内水体清澈。当前农业环境污染现状：面源污染与点源污染并存面源污染：化肥、农药用量增加，致使地表水、地下水受到污染，土壤板结，人畜体内富集点源污染：乡镇企业排污和生活垃圾随意堆放。*618.4.5 生态工程与农业生产环境保护 十一五和十二五农业重大专项农村环境连片整治已经在全国各地进行得如火如荼。湖南省作为农业大省，被中央确定为八个农村连片整治示范省之一。中央财政在2010-2012年每年投入湖南2.5亿元、共7.5亿元支持湖南农村环境连片整治工作，重点支持农村集中式饮用水水源地保护、农村生活污水和垃圾处理、畜禽养殖污染治理和历史遗留的农村工矿污染治理等。*628.4.5 生态工程与农业生产环境保护农村环境连片整治*63*64*65举例阐述一种植物修复技术及其原理对于农业面源污染治理的见解*66思考题Hunan Agricultural University*67
