恢复生态学 第六章 水域与湿地生态系统的恢复重建

第六章水域与湿地生态系统的恢复与重建第一节海岸带生态系统的恢复与重建第二节河流生态系统的恢复与重建第三节湖泊生态系统的恢复与重建第四节湿地生态系统的恢复与重建第一节海岸带生态系统的恢复重建一、海岸带生态系统的恢复重建（一）海岸生态系统的定义海岸带是海陆之间交互作用的过渡地带，又可称为海陆交界带或水陆交界带，具有复杂多样的环境条件和丰富多彩的自然资源。一般认为它由四个典型的生态子系统组成：海岸生态系统近海海洋生态系统部分陆地生态系统（如森林、草原等）部分湿地生态系统（如滩涂、沼泽等）较高生物多样性，复杂多变的脆弱性（二）全球海岸带生态系统的概况据统计，全球海岸线的总长度为16万km。全球海岸线内的湿地生态系统的面积约为2700万km2，其中欧洲和俄罗斯最高，约为550万km2；北美洲次之，约为500万km2；中美洲和加勒比海最小，约为150万km2。一、海岸带生态系统的恢复重建距海岸距离人口数量(百万)占全球人口相对密度（%）25km以内1,1442050km以内1,64629100km以内2,213391995年居住在海岸边的人口数量（引自WRI，2007）海洋渔业是海岸生态系统中重要的组成部分，约有95%的捕鱼都捕于或生长于海岸生态系统中。提供产品：食品、建筑材料、医药品等。提供生态服务：就业、生物多样性、旅游业等。除此之外，海岸生态系统还是一个天然的过滤系统。红树林、湿地和海草河床等海岸生态系统可以过滤或降解有毒污染物，吸收营养物质，并有助于控制病原体的繁殖。（三）海岸带生态系统的功能一、海岸带生态系统的恢复重建海洋渔业是海岸生态系统中重要的组成部分，约有95%的捕鱼活动在海岸生态系统进行。1997年从海洋和内陆水体中收获的海产品共640万吨，人类消费290万吨，另有290万公吨用于制作动物饲料。（四）海岸带主要的生态环境问题赤潮危害－浮游生物，赤潮藻红树林破坏（4万减少到1.5万km2）渔业资源下降－生物栖息地退化，过度渔业海水养殖过度－饵料、排泄物和病菌化肥农药污染－多氯联苯，有机磷工业和生活污染－印染废水、重金属废水和强酸性废水海岸工程建设、围海造田和海水入侵固体垃圾污染一、海岸带生态系统的恢复重建渤海赤潮我国红树林主要分布在福建、两广及海南等地区，据报道，20世纪80年代初期，我国尚有红树林约40000km2。，而且多变为低矮的次生群落，渐失其经济和生态价值。滨海旅游和海岸周围人类活动造成的污染十分严重海岸带海水养殖是对海洋海产量的重要补充，但是这种高密集度的养殖方式有可能导致增养殖海区水质污染和生态系统失衡，进而产生各种危害增养殖生物的病害，反过来使增养殖业遭受巨大损失。围海造地的确缓解了部分地区耕地缺乏的困难，但围海造地不当，也给海洋经济可持续发展带来了众多的危害。由于超采地下水、海岸沙砾和不合理的海岸建设，已引起海岸带的海水入侵、海岸侵蚀和海岸线后退。迪拜的围海造田（五）海岸带恢复技术一、海岸带生态系统的恢复重建人工河流水系的重新设计人工鱼礁生物恢复和护滩技术海岸带湿地的生物恢复技术美国东海岸Poplar岛人工恢复工程创建湿地条件，梯状湿地技术种植湿地植被。培育移植技术恢复红树林二、河岸带生态系统的恢复重建（一）河岸带生态系统的定义河岸带生态系统位于河水与陆地交界处的两侧，其范围包括河流廊道的高低水位之间以及从河流高水位至被洪水影响的高地区域，是陆地生态系统和水生生态系统的生态过渡区。（二）河岸带生态系统的特征河岸带生态系统是一类具有高地下水位的生态系统，具有独特的植被、土壤、地形地貌和水文特性。这些特性决定了河岸带生态系统的独特性、复杂性和动态性。构成河岸带生态系统的任何一个要素或者生物和物理过程的改变，都会引起其他要素和过程的变化。二、河岸带生态系统的恢复重建生物（植被）河岸带生态系统土壤、地形、地貌水文生物、物理过程生物、物理过程生物、物理过程河流生态系统组成及其联系（黄凯等，2007）（三）河岸带生态系统的功能河岸带的功能可以简化为河岸带的廊道、缓冲带和护岸功能三大类：廊道功能（宽度）增加物种种类的多样性（长期和暂时）；为相邻地区之间物质和能量交换提供场所；为该地区物种提供安全地带或其他资源；为生物提供分散和迁移的路径。二、河岸带生态系统的恢复重建缓冲带功能河岸缓冲带其功能是维持和提高水质，从地表径流中移除杀虫剂和化学物质。护岸功能减小河岸一侧水流流速降低河水的侵蚀速度；通过河岸植物根系增强河岸亚表层的强度以提高河岸的稳定性；作为河岸缓冲带可以防止漂浮物或冰块对河岸的影响从而保护河岸。二、河岸带生态系统的恢复重建河岸带生态系统的结构与功能（四）河岸带生态系统退化机制河流水文特征的改变（水流大小）筑坝、修建水库和引水分洪（沉积物传输，途径阻断，生境破坏）河道沟渠化人类活动外来物种的入侵流域尺度的干扰二、河岸带生态系统的恢复重建筑坝、修建水库使河岸带生态系统破碎化水泥堤岸造成河道沟渠化城市化的加剧会导致岸带生态系统的退化（五）河岸带生态系统的恢复策略和方法退化河岸带生态恢复是指通过生物、生态及工程和管理手段，使河岸带生态系统结构、功能和生态学潜力恢复到一定的或者干扰前的水平。改变河道内部和河岸带结构，植被带构建。退化河岸带恢复过程是人为或自然干扰破坏河岸带生态系统的逆向演替。基于景观生态学从流域尺度上考虑。二、河岸带生态系统的恢复重建第二节河流生态系统的恢复重建河流是流水作用形成的地貌类型，汇集和接纳地面径流和地下径流，沟通内陆和大海，是自然界物质循环和能量流动的一个重要通途。河流看作地球动脉。人类的生存文明和经济发展，总是与和流域有着密不可分的关系。人类对河流的干预，极大地改变了河流自然生态系统。自然力。一、河流系统的功能（一）输水泄洪功能（二）航运功能（三）输沙功能（四）发电功能（五）供水功能（六）自净功能（七）生态功能（八）景观娱乐功能水资源过渡利用，海河90％，40％河流汇水区植被覆盖下降、城市各类污染排放、河流库坝工程建设、水资源过量开采、河流渠化、人工化、截弯取直等。水利工程建设。河流被节点化、台阶化，其自然径流模式和正常的地质作用过程被改变。河水流速降低，自净能力削弱，水质下降，河道内外大量的生物数目就会减少；二、河流生态系统恢复的迫切性江河流域大规模蓄水、引水，改变水量分配和河川径流模式，使水文循环和自然环境劣变。黄河断流大规模的河湖围垦、河网改造、岸边工程等，使天然湿地大量丧失，鱼类洄游通道不畅，各种适生生境、栖息地被大量压缩，有的甚至造成食物链中断，河口和近海地区的自然环境和生态系统破坏，导致生物物种的灭绝和生物多样性的退化；（一）河流生态恢复原则自然循环原则分段细化原则功能性需求原则生物多样性原则主功能优先原则景观美化原则多功能协调原则综合效益最大化原则分时段考虑原则利益相关者有效参与三、河流生态系统恢复重建的原则和方法（二）河流生态恢复的技术方法河道近自然恢复：包括生态调节措施和工程改造措施。生态调节措施是指不拆除原有的破坏河流生态系统的水利工程，而对其进行改造的措施，如碎化混凝土河底，等宽河道中修建河心岛等；工程改造措施则是要拆除原有的水利工程，按照生态原则修建近自然治理的工程措施，如拆除高大、陡峭的护岸而修建长缓护坡，改变原有的堤线，恢复湿地、河岸缓冲带等。三、河流生态系统恢复重建的原则和方法近自然河道形态恢复措施及其生态作用目的措施生态作用河底差异性采用不同颗粒径石块铺设改造完全硬化河床，使水体与河床物质之间交换顺畅在河床上放置大块石提高河底糙率，在最小的范围内形成不同流速，扩大生物生存空间松散的河底物质能为水生动物提供避难所，为鱼类提供丰富的多样性空间横断面差异性创造平缓水区自然形成淤积（心岛、边滩）提高水宽、水深的差异性，创造两栖动物生活区域提高河流自净能力，形成断面流速分布多样化，促进河岸植被生长纵断面差异横向工程（丁坝、固底工程）斜坡固底工程提高水宽、水源的差异性，增加流速的差异性（使水流方向发生改变），河床物质的多样性增加提高纵、横断面流速的差异性，形成急滩－浅滩的模式，在固底工程之间形成河床物质的差异和变化提高河流的通达性拆除影响鱼类洄游的障碍物跌水改造为比降在1:10至1:30的斜坡固底工程提高河底糙率，改善河床光照条件，创造静水区和急滩区，在若干河段设置步行道和自行车道保障鱼类、水生昆虫及其他水生动物迁移的通达性恢复河流的连续性（主流与支流之间的水体交换），为陆生、两栖及水生动物之间的相互交流提供条件，为人类亲近河流提供便利条件近自然河道形态恢复措施（美国马里兰州Towson河生态恢复工程）河道横断面形态单纯梯形断面-----多层台阶状复式断面结构河流横向生态修复缓冲带修复植被恢复工程修复浅滩和深塘构建河流横向的生态修复（改自高阳等，2007）三、河流生态系统恢复重建的原则和方法降低边坡河流纵向生态修复三、河流生态系统恢复重建的原则和方法流量补偿库区自然环境的补偿性恢复重建野生动物栖息地消落带生态系统的恢复重建－植被工程为主，土石工程为铺第三节湖泊生态系统的恢复重建湖泊内的生物群落同其生存环境之间，以及生物群落内不同种群生物之间不断进行着物质交换和能量流动，并处于互相作用和互相影响的动态平衡之中，这种动态平衡系统即湖泊生态系统(Lakeecosystem)。主要湖泊：鄱阳湖、洞庭湖、太湖、洪泽湖、巢湖、南四湖、滇池、洱海、镜泊湖、日月潭、青海湖、纳木错、羊卓雍错、呼伦湖、博斯腾湖湖泊生态系统2600个－1平方公里（一）资源功能（二）净化功能－有毒物质降解和转化（三）防洪排涝功能（四）维持生物多样性的功能一、湖泊的生态系统服务功能聊城东昌湖古时即称为护城河，担负着城市的防御功能，京杭大运河穿其而过，繁荣了沿岸经济，使聊城成为沿岸九大商埠之一。对南京莫愁湖的研究结果表明，水生植物被系统完整的湖区水体中的总氮、总磷比水生植被系统不健全的湖区低43.7％和50.3％。二、外界干扰对湖泊生态系统的影响（一）环境变化对湖泊生态系统的影响气候变暖酸雨臭氧层破坏（二）人类活动对湖泊生态系统的影响入湖污染－点面污染，养殖，旅游围湖垦殖水利工程-江湖，湖泊陆地过度捕捞－鱼类资源的衰竭外来种入侵－水葫芦湖泊面积的萎缩致使洞庭湖90年代调蓄洪水能力仅为1954年调蓄洪水能力的55.4％随着城市发展和市区扩大，人为活动影响加剧，排入吉林省长春市的南湖的污水逐年增加，水质逐渐恶化，1980年和1983年南湖局部水面出现“水华”，湖水水质骤然恶化，溶解氧降至0-1.2mg/L，透明度仅为0.2m。水葫芦等浮水植物的疯长，让滇池内许多水生生物处于灭绝的边缘。上世纪60年代以前滇池主要水生植物有16种，水生动物68种，但到上世纪80年代，大部分水生植物就开始逐渐消亡三、湖泊生态恢复的主要内容在恢复水生生态系统恢复的过程中要求重建干扰前的物理条件，调整水和土壤中的化学条件，再植水体中的植物、动物和微生物群落。生态恢复的基本思路是运用地带性规律、植被演替规律及生态位原理，选择先锋植物，依照乔木