1、恢复生态学 恢复生态学相关的基本概念恢复生态学相关的基本概念 生态恢复的基本理论与基本方法生态恢复的基本理论与基本方法 不同退化生态系统的生态恢复技术与方法不同退化生态系统的生态恢复技术与方法第一节第一节 恢复生态学的基本概念恢复生态学的基本概念 什么是生态退化？什么是生态退化？什么是退化生态系统？什么是退化生态系统？什么是生态恢复？什么是生态恢复？什么是恢复生态学？什么是恢复生态学？生态系统是由生物有机体和无机环境组成的物质实体，它也具有一般物体的特征，也靠外部的各种力或能维持其正常运转和发展。也就是说，生态系统具有物体运动的特性，也会发生“位移”(displacement)，不同的是生态系
2、统的位移不是空间位置的改变，而是系统状态或性质的变化。生态系统是在不断地演替和发展的。生态退化只是生态系统运动的一种形式，是生态系统由平衡状态向失衡状态的转化过程。生态系统的任意时刻或时段的状态S可以表述为气候(cl)、地形地貌(r)、母质(p)、土壤(s)、植被(v)、动物(a)等的函数，即：由于生态系统是处于动态的平衡和演化过程中，因此，生态系统的演替和发展过程实质上是生态系统在时间序列上的所有状态的集合。换言之，生态系统的运动是时间的函数，可用下列数学关系表述出来：所谓力就是物体与物体之间的相互作用。生态系统作为一个整体，可抽象为一个具有三维结构的“生态胞体”，它也不断受到外界的各种力的
3、作用，这些力包括由于地球吸引而形成的重力、以及地表对生态系统向上的支持力，热力、火力、风力、雨水的冲刷力等外营力，地壳活动的内营力，以及人类对生态系统的各种作用力。生态系统的运动就是由这些力的合力的大小和作用效应方向而决定的。施加于生态系统的各种作用力往往具有不同的作用效应方向。这里所谓的“作用效应方向”是指自然的和人为干扰力使生态系统发生变化的方向，而不是各种作用力本身的方向，这跟物理学上的力有所区别的。我们规定，凡是促进生态系统向进化我们规定，凡是促进生态系统向进化方向运动的，该力的作用效应方向就为正方向，凡是推动生态方向运动的，该力的作用效应方向就为正方向，凡是推动生态系统向退化方向演替
4、的，该力的作用效应方向就为负方向。系统向退化方向演替的，该力的作用效应方向就为负方向。一般而言，生态系统受到的重力总是垂直向下的，受到地表的支持力总是垂直于地表方向的。其中重力和支撑力是地球上任何生态系统均要受到的两个力；其它的各种力对不同的生态系统可能存在，可能不存在，而且，其作用效应方向通常也不固定，它们对生态系统作用效应方向随时间和空间位置的变化而变化。生态系统是由生命系统和环境系统复合而成的统一整体。任何生态系统在进化过程中都具有自我调节的能力。这种能力又称为自组织能力。也就是说，对于某一生态系统而言，它本身具有一种抵抗着外界干扰对其产生的各种力的作用。“生态阻抗”表现在其反馈机制可以
5、使系统内部各生物种群之间，生物种群与无机环境之间保持比较稳定的比例关系；并且，当来自系统外部的干扰时，生态系统可以自我调节并作出积极的反应，如果外部的干扰力小于生态系统的自我调节能力，那么，生态系统通过自我调节可以恢复和保持自身较稳定的状态。生态阻抗是生态系统在运动过程中的抵抗力，是生态系统发生运动或变化的临界值。而且，同一生态系统在其发展的不同阶段，其生态惯性也在不断的发生变化。对于一个发育成熟的稳定的生态系统以及退化到极点的生态系统而言，它们通常具有较大的生态惯性，也就是说，外部的干扰作用不易使生态系统发生状态上的“位移”。例如，在相同外力作用下，草原生态系统的破坏往往要比森林生态系统容易
6、得多。但另一方面，具有较高生态惯性的生态系统往往表现出较低的可恢复性（resilience），退化森林的恢复往往比草原、农田的恢复要困难得多。荒漠要恢复成绿洲，往往要花费相当高的物质和能量投入，用以抵销其内在的水分限制、土壤限制、生物学限制等，超越其内在的“生态阻抗”，方能实现。生态（系统）质量是用以描述一个生态系统的物质实体大小（PM）、生产力大小(BP)、生物多样性大小(BI)、生态活力(EV)及其生态系统内部的自组织能力(IO)的一个综合度量指标。生态质量越大，生态系统越稳定，生态惯性也越大。只有当自然因素发生较高强度的不稳定的波动或无规则的异常变化时，才会打断生态系统正常的运行过程或节
7、律，导致生态退化的发生，此时，自然因素就扮演着“干扰因子”的作用。因此，可以用地质地貌因素、气候因素和水文因素的异常变化特征等来表征自然环境因素对生态系统的扰动。即自然干扰指数（NDI）可用地质灾害指数（Gi）、风力灾害指数（Wi）、干旱灾害指数（Dri）、洪涝灾害指数（Fi）、低温冻害指数（TFi）等之和来表示，即：其中，Gi、Wi、Dri、Fi、Tfi分别用相应的灾害强度（Ii）乘以相应的灾害发生频率（fi）来表示。其通式为：Si=Ii fi(式中Si科可相应代表Gi、Wi、Dri、Fi、Tfi几个指数)。某一区域生态质量的好坏往往决定着该区域生态系统的潜在稳定性或脆弱性。而人类活动的干扰
8、则往往加速着生态环境退化，使潜在的生态退化转变成为现实的生态退化，也就是说，实际的生态退化通常是自然环境因素与人为干扰叠加作用的结果。因此除了考虑对某一区域的自然生态环境背景（即生态质量）外，还应考察人为活动对生态系统的作用。采用人类活动强度指数来度量人为活动对生态环境的干扰程度。人为活动强度指数包括人口密度指数（Di）、工业与城市化发展水平（Ui）、环境污染综合指数（Pi）、农业土地利用强度（Ai）和区域旅游活动强度（Ti）五个方面的内容。人类活动强度指数（HAI）可用上述四者之和来表示，即：生态退化潜势指数（EDPI）用以说明生态系统退化的潜在趋势的大小因此，它可用下式加以描述（类似物理学
9、中的加速度公式：a=F/M）：根据上式，可得如下几个推论：（1）人类活动强度指数（HAI）和自然干扰指数（NDI）越大或其之和越大，对生态系统的干扰也就越大，就越易导致生态系统退化，在这种情景下，生态系统具有越高的退化潜势与退化加速度，此时，EDPI就越大。（2）当生态质量指数（EMI）越大时，EDPI就越小，也就是说，生态系统具有较强的稳定性和抗逆能力，并阻止着生态系统的逆向演替或退化，此时生态系统具有较小的退化潜势和加速度。（3）在相同的生态质量下，生态退化的方向和潜势取决于人类活动强度和自然干扰强度的大小。一般而言，人类活动的强烈干扰往往会加速生态退化的进程，它可将潜在的生态退化转化为现
10、实的生态退化。人为活动对生态系统的影响往往是不断累加的，它可直接和间接地破坏生态系统。与自然因素相比，人为因素对生态系统作用的方向通常是不确定的，它既可加速生态退化，又可阻止逆向的生态演替。（4）在相同的人类活动强度条件下，生态质量指数小的生态系统越易发生退化。生态质量指数大的生态系统具有较强的生态阻抗及生态惯性，因而在一定限度内可以抵消人类活动和自然因素异常变化的干扰。与健康生态系统（与健康生态系统（healthy ecosystemhealthy ecosystem）相比，退）相比，退化生态系统（化生态系统（degraded ecosystemdegraded ecosystem）是一类病
11、态的生）是一类病态的生态系统，其运动状态发生与其原有的平衡状态或进化态系统，其运动状态发生与其原有的平衡状态或进化方向相反的位移（方向相反的位移（DisplacementDisplacement），系统结构和功能），系统结构和功能异化并劣化的一类生态系统。异化并劣化的一类生态系统。具体表现为：具体表现为：生态系统的基本结构和固有功能的生态系统的基本结构和固有功能的破坏或丧失，生物多样性下降，稳定性和抗逆能力减破坏或丧失，生物多样性下降，稳定性和抗逆能力减弱，系统生产力下降这类系统也被称之为弱，系统生产力下降这类系统也被称之为“受害或受害或受损生态系统受损生态系统（damaged ecosyst
12、emdamaged ecosystem）”。空间代时间的方法 退化标准剖面（参照系）综合评价（相关数学方法）单要素评价（诊断特征评价）生态恢复（生态恢复（ecological restoration）使一个退化生态系统回复到或者接近其受干扰前的状态的过程。恢复已被用作一个概括性的术语，包含重建（reconstruction）、修复（rehabilitation,remediation）、改造（reclamation）、再植（revegetation）等含义，一般泛指改良和重建退化的自然生态系统，使其重新有益于利用，并恢复其生物学潜力，也称为生态恢复。生态恢复最关键的是系统功能的恢复和合理结构的
13、构建。“生态恢复”是指生态系统原貌或其原先功能的再现，“生态重建”则指在不可能或不需要再现生态系统原貌的情况下营造一个不完全雷同于过去的甚至是全新的生态系统。是研究生态系统退化的原因、退化生态系统恢复与重建的技术和方法及其生态学过程和机理的学科。恢复生态学是20世纪80年代迅速发展起来的现代应用生态学的一个分支，它主要致力于那些在自然灾变和人类活动压力下受到破坏的自然生态系统的恢复与重建，它是最终检验生态学理论的判决性试验。它所应用的是生态学的基本原理，尤其是生态系尤其是生态系统演替理论。统演替理论。恢复生态学在加强生态系统建设和优化管理以及生物多样性的保护具有重要的理论和实践意义。理论理论研
14、究研究应用应用研究研究 第二节第二节 生态恢复的基本理论生态恢复的基本理论 生态恢复的基本层次生态恢复的基本层次 生态恢复的基本目标生态恢复的基本目标 生态恢复的基本原则生态恢复的基本原则 生态恢复的基本程序生态恢复的基本程序 生态恢复的基本理论生态恢复的基本理论 生态恢复的基本技术方法生态恢复的基本技术方法 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但是无论对什么类型的退化生态系统，应该存在一些基本的恢复目标或要求。（1）实现生态系统的地表基底稳定性。（2）恢复植被和土壤，保证一定的植被覆盖率和土壤肥力。（3）增加种类组成和生物多样性。（4）实
15、现生物群落的恢复，提高生态系统的生产力和自我维持能力。（5）减少或控制环境污染。（6）增加视觉和美学享受。退化生态系统的恢复与重建要求在遵循自然规律的基础上，退化生态系统的恢复与重建要求在遵循自然规律的基础上，通过人类的作用，根据通过人类的作用，根据技术上适当，经济上可行，社会能技术上适当，经济上可行，社会能够接受的原则够接受的原则，使受害或退化生态系统重新获得健康并有，使受害或退化生态系统重新获得健康并有益于人类生存与生活的生态系统重构或再生过程益于人类生存与生活的生态系统重构或再生过程 生态恢复与重建的原则一般包括：自然法则、社会经济技生态恢复与重建的原则一般包括：自然法则、社会经济技术原
16、则、美学原则三个方面。术原则、美学原则三个方面。自然法则自然法则是生态恢复与重建的基本原则，也就是说，是生态恢复与重建的基本原则，也就是说，只有遵循自然规律的恢复重建才是真正意义上的恢复与重只有遵循自然规律的恢复重建才是真正意义上的恢复与重建，否则只能是背道而驰，事倍功半建，否则只能是背道而驰，事倍功半 社会经济技术条件社会经济技术条件是生态恢复重建的后盾和支柱，它是生态恢复重建的后盾和支柱，它在一定尺度上制约着恢复重建的可能性、水平与深度在一定尺度上制约着恢复重建的可能性、水平与深度 美学原则美学原则是指退化生态系统的恢复重建应给人以美的是指退化生态系统的恢复重建应给人以美的享受享受 限制因
17、子理论 生态系统的结构理论 生态适宜性原理与生态位理论 生物群落演替理论 生物多样性理论 景观生态学理论（格局与过程、异质性理论、干扰理论、尺度理论）非生物环境因素（土壤、大气、水）的恢复技术 生物因素（包括物种、种群、群落）的恢复技术 生态系统（包括结构、功能）的设计、组装与集成恢复技术 退化森林生态系统的恢复退化森林生态系统的恢复 退化草地生态系统的恢复退化草地生态系统的恢复 退化水域生态系统的恢复退化水域生态系统的恢复 废弃地的生态恢复废弃地的生态恢复资料：各大洲土壤退化面积（资料：各大洲土壤退化面积（kmkm2 2）及百分比）及百分比 封山育林封山育林（简便（简便易行、经济省事）易行、
18、经济省事）林分改造林分改造 透光抚育透光抚育（择伐（择伐先锋树种）先锋树种）森林管理森林管理（禁止（禁止乱砍滥伐）乱砍滥伐）扩大现存林地面积扩大现存林地面积 效应带、效应岛造林方法效应带、效应岛造林方法 火烧迹地火烧迹地（择时火烧地被（择时火烧地被植物，改善立地条件）植物，改善立地条件）种植本地种树苗种植本地种树苗（恢复地带性植物群落）（恢复地带性植物群落）种植非本地种树苗作为保护树种植非本地种树苗作为保护树（先锋物种、改善立地）（先锋物种、改善立地）残存树的作用和小面积植树残存树的作用和小面积植树（低成本、快速蔓延）（低成本、快速蔓延）种植灌木种植灌木（先锋群落、改善立地环境）（先锋群落、改
19、善立地环境）建造人工鸟栖结构建造人工鸟栖结构（增加种子的扩散）（增加种子的扩散）适当去除现存植被适当去除现存植被（减少地被植物覆盖密度）（减少地被植物覆盖密度）石灰质草地的恢复 温带草原牧场的恢复 通过移除生物量降低土壤营养水平 平衡施肥（增加生产力）火烧和表土剥离（改变立地条件、降低种子密度）择时适度放牧 收获（放牧替代法）播种混合种子 空位播种 控制杂草和优势草类 使用看护植物 搬迁整块草皮 改善土壤结构 控制一年生杂草和多年生外来种植物 浅翻耕、免耕 火烧 补播牧草 草地围栏封育与畜群调控 退化湖泊的生态恢复 退化湿地的生态恢复 物理化学措施 水位调控措施 水流的调控措施 生物操纵与鱼类
20、管理 大型水生植物的保护和移植 适当控制大型沉水植物的生长 蚌类的引入 湿地补水增湿措施 控制湿地营养物 改善湿地酸化环境 控制木本植物入侵和湿地演替 恢复湿地乡土植被（三）（三）水体污染的植物修复技术水体污染的植物修复技术 人工湿地技术人工湿地技术 土地垂直渗滤技术土地垂直渗滤技术 漂浮栽培技术漂浮栽培技术 1 1、人工湿地技术、人工湿地技术日本渡良濑蓄水池的人工湿地韩国良才川水质生物生态修复设施平面图 2 2、人工湿地修复水体污染的机制、人工湿地修复水体污染的机制污水在流经人工湿地生态系统时，通过物理、化学及生化反应的三重作用得以净化。(1)(1)物理作用物理作用污水进入湿地，经过基质层及
21、密集的植物茎叶和根系，使污水中的悬浮物颗粒得到过滤，并沉积在基质层中，这一过程也称作物理沉积。(2)(2)化学作用化学作用污水流经人工湿地时，经化学反应(化学沉淀、离子交换、氧化还原等)将水中污染物质得到削减、去除。化学反应取决于所选择的基质类型，例如：含3较多的石灰石有助于磷的去除；含有机物丰富的土壤有助于吸附各种污染物。(3)(3)生化作用生化作用生化反应是去除有机污染物的主要作用过程。空气中的2经过大型植物的叶、茎的传输到达根部，扩散到周围缺氧的底质中，形成了氧化的微环境，刺激好氧微生物，加快对有机物质的分解；有助于硝化细菌的生长，可降低废水中的，并将3-转化为2-、3-。在缺氧的环境中
22、，经过扩散和渗滤作用，受到反硝化茵的转化之后，以2 和2 0的形式从系统中消失。3、漂浮栽培技术、漂浮栽培技术 水面漂浮栽培是一种充分利用水平，采用浮床等水面漂浮栽培是一种充分利用水平，采用浮床等漂浮设施进行作物生产的一种无土栽培形式。漂浮设施进行作物生产的一种无土栽培形式。漂浮栽培法能有效利用河沟、水塘、江河的自然漂浮栽培法能有效利用河沟、水塘、江河的自然水面，在水面上种植作物，能解决水质污染，扩水面，在水面上种植作物，能解决水质污染，扩大种植面积，增产增收，净化环境。大种植面积，增产增收，净化环境。广州市流花湖上的漂浮栽培广州市流花湖上的漂浮栽培热处理技术、淋滤法热处理技术、淋滤法和洗土法
23、和洗土法 酸化（添加炼铁矿渣或有机质）酸化（添加炼铁矿渣或有机质）碱化（添加碱石灰）碱化（添加碱石灰）去除盐分（添加石膏）去除盐分（添加石膏）去除毒物（去除毒物（EDTAEDTA配合剂）配合剂）营养添加物（合适化肥、有机质等）营养添加物（合适化肥、有机质等）基本做法：向土壤投入改良剂，通过对重金属的吸附、氧基本做法：向土壤投入改良剂，通过对重金属的吸附、氧化还原、沉淀作用，以降低重金属的生物有效性。化还原、沉淀作用，以降低重金属的生物有效性。资料：耐性植物与超积累植物资料：耐性植物与超积累植物 耐性植物耐性植物是指能够适应高含量的重金属土壤环境而生长的一类特殊植物。人们很早就发现某些植物能够生
24、长在重金属含量异常高的土壤上，这些植物无一例外地对重金属具有一定的耐性。大量研究发现,很多耐性植物仅分布于某些重金属含量较高的土壤上，为地方性的物种。超富集植物超富集植物（HyperaccumulatorHyperaccumulator）指对重金属元素的积累量超过一般植物100倍以上的植物，即为超富集植物。超富集植物积累的、和的含量一般在1mg/kg()以上，而积累的和含量一般在 10mg/kg()以上。十字花科植物天蓝褐蓝菜（Thlaspi caerulescens）As超积累植物蜈蚣草（Pteris vittata Linn.）Zn超积累植物东南景天（Sedum alfredii H）宝山
25、堇菜（Viola baoshanensis）镉案例：红树林对重金属的修复作用案例：红树林对重金属的修复作用I-C不灌污水不灌污水I-SW 正常浓度正常浓度I-FW 5倍浓度倍浓度I-TW 10倍浓度倍浓度钾超累积植物山芋（高）与东南景天在污泥上套种实钾超累积植物山芋（高）与东南景天在污泥上套种实现现K K和和ZnZn的植物分离的植物分离资料来源：吴启堂资料来源：吴启堂重金属超富集植物对重金属离子的抗性机理重金属超富集植物对重金属离子的抗性机理(1)离子区隔化作用（ioncompartmentalization）植物能够将进入其细胞内的重金属离子屏蔽进入液泡内。在这一过程中液泡膜上的重金属离子/
26、氢离子反向转运蛋白(antiportor)和依赖于ATP的质子泵起着主要的作用。(2)螯合作用(chelation)是指植物体内的重金属离子配体(蛋白)对其具有高度特异性的亲和作用以形成复合体，从而减少自由重金属离子在植物体内的浓度和降低其毒性。(3)生物转化作用(biotransformation)进入植物体内的重金属离子由于被还原或被整合到有机物质中去,从而大大的降低其毒性和活动能力。(4)细胞修复机制(cellular repair mechanisms)即植物细胞能够修复其被重金属离子破坏的细胞膜而维持其正常的生物学功能。六、大气污染的植物修复技术六、大气污染的植物修复技术（一）植物的
27、吸附修复（一）植物的吸附修复（二）植物的降解吸附（二）植物的降解吸附（三）植物的转化修复（三）植物的转化修复（四）植物的同化修复（四）植物的同化修复七、边坡的复绿技术七、边坡的复绿技术 1.液压喷播植草护坡 2.客土植生植物护坡 3.厚层基材植物护坡 4.土工网垫植草护坡 5.土工格室植草护坡 6.蜂巢式网格植草护坡 7.框格内填土植草护坡 8.石笼护坡 9.植生带（袋）护坡 10.香根草技术植被护坡 11.植生纤维毯植被护坡 非生物固沙沙丘栅栏、泥土固定器（浆粉、水泥、沥青、橡胶、人造乳胶、树脂、塑料等）生物固沙沙生植物的种植、沙生、速生农业生物工程 使用植物繁殖体种子、无性繁殖后代地球人迟到的忏悔地球人迟到的忏悔恢复生态学恢复生态学解铃还须系铃人！解铃还须系铃人！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢
