环境生态学_受损生态系统的修复

第七章受损生态系统的修复受损生态系统指生态系统的结构和功能在自然干扰、人为干扰或两者的共同作用下，发生了位移（改变），打破了生态系统原有的平衡状态，使系统的结构和功能发生变化和障碍，并发生了生态系统的逆向演替。第一节受损生态系统的特征一、受损生态系统的定义1、突发性受损时间短、速度快，局部受损严重。2、跃变式受损生态系统受到持续干扰，最初不表现明显损伤，破坏性积累到一定程度后突然剧烈变化的一种形式。二、生态系统受损的主要形式3、渐变式受损在强度均衡的干扰下，缓慢的、不断加重的受损。例如：使用化肥引起的土壤退化。4、间断式受损生态系统因周期性的干扰而受到损害的一种形式。5、复合式受损生态系统在受损过程中，经历了两种以上的受损形式。1.物种多样性的变化2.系统结构简单化3.食物网破裂4.能量流动效率降低5.物质循环不畅或受阻6.生产力下降7.弱系统稳定性降低8.其他服务功能减弱三、受损生态系统的基本特征受损生态系统功能衰退的变化机制1.结构损伤是导致功能衰退的基本原因2.胁迫方式是影响生态过程变化的决定因素3.干扰强度和频率是制约系统恢复能力的重要因素受损生态系统功能衰退的基本规律1.生态系统受损的各种变化都始于结构的改变2.生态系统过程受阻和功能衰退是受损生态系统的主要特征3.关键组分和过程的状态决定着生态系统的恢复进程学科任务是：致力于研究自然灾变和人类活动压力条件下，受到破坏的自然生态景观的恢复和重建问题。恢复生态学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与方法及其生态学过程和机理的学科。第二节恢复生态学与生态修复1.恢复生态学及其学科任务（一）恢复生态学的定义①生态系统的结构、功能以及生态系统内在的生态学过程与相互作用机制②生态系统的稳定性、多样性、抗逆力、生产力、恢复力与可持续性研究③先锋群落与顶极群落的发生、发展机理与演替规律研究④不同干扰条件下生态系统的受损过程及其响应机制研究⑤生态系统退化的诊断及其评价指标体系研究⑥生态系统退化过程的动态监测、模拟、预警及预测研究恢复生态学的理论研究内容1.退化生态系统的恢复与重建的关键技术体系研究2.生态系统结构与功能的优化配置及其调控技术研究3.物种与生物多样性的恢复与维持技术4.生态工程设计与实施技术5.环境规划与景观生态规划技术6.典型退化生态系统恢复的优化模式试验示范与推广研究恢复生态学的应用技术研究内容1.始于20世纪20年代2.1973年3月，在美国弗吉尼亚召开题为“受损生态系统的恢复”的国际会议3.1985年，AberandJordan首次提出了“恢复生态学”的科学概念4.1996年在美国召开了恢复生态学国际会议，标志着恢复生态学的研究和实践已步入新的阶段（二）恢复生态学的研究进展生态修复：研究生态系统退化的原因、退化生态系统恢复与重建（或改建）的技术与方法、生态学过程与机理的科学。重建：即去除干扰并使生态系统恢复原有的利用方式；改良：即改善环境条件以便使原有的生物生存，一般指原有景观彻底破坏后的恢复。恢复生态学中涉及的几个重要概念改进：即对原有的受损系统进行重新修复，以使系统某些结构与功能得以提高。修补：即修复部分受损的结构。更新：指生态系统发育即向新的水平或层次的演替。再植：即恢复生态系统的部分结构和功能，或恢复当地先前土地利用方式。1.自我设计与设计理论2.生态学理论3.生态恢复理论（二）生态修复的基本理论1.地域性原则2.生态学与系统学原则3.最小风险原则与效益最大原则（三）生态修复的原则1.可持续性（可自然更新）2.不可入侵性（象自然群落一样能抵制入侵）3.生产力（与自然群落一样高）4.营养保持力5.具有生物间的相互作用（四）生态修复的标准三、生态修复的方法（一）针对污染环境的植物修复技术1.植物萃取2.根际过滤3.植物固化4.植物辅助生物修复5.植物转化⑴植物萃取技术指金属积累植物或超积累植物将土壤中的金属萃取出来，富集并搬运到植物根部可收割部分和植物地上枝条部位的技术。⑵根际过滤技术指利用超积累植物或耐重金属植物从污水中吸收、沉淀和富集有毒金属的技术。⑶植物固定技术指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的可能性的技术。1、植物修复技术的类型⑷植物刺激技术，也称为植物辅助生物修复技术指通过根圈范围内植物的活动刺激微生物的生物降解的植物修复过程。⑸植物转化技术指通过植物新陈代谢作用降解环境污染物的过程。（二）针对非污染环境的植物修复技术1.潜力评价法2.自然恢复法3.限量控制法4.协调促进法第三节受损生态系统的修复一、受损森林生态系统的修复森林生态系统受损原因，包括病虫害、干旱、洪涝和地震等自然灾害，但最主要的是由于人类的活动所导致。受损的森林生态系统，其变化的特点通常都是生产力减低，生物多样性减少，调节气候、涵养水分、保育土壤、贮存营养元素能力等生态功能明显降低。1、森林生态系统受损的原因及特点物种框架方法是指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中的演替早期阶段（或称先锋）物种或演替中期阶段物种。2、受损森林生态系统的修复方法应用物种框架方法的物种选择标准①抗逆性强：这些物种能够适应退化环境的恶劣条件。②能够吸引野生动物：这些物种的叶、花或种子能够吸引多种无脊椎动物（传粉者、分解者）和脊椎动物（消费者、传播者）。③再生能力强：这些物种具有“强大”的繁殖能力，能够帮助生态系统通过动物（特别是鸟类）的传播，扩展到更大的区域。④能够提供快速和稳定的野生动物食物：这些物种能够在生长早期（2-5年）为野生动物提供花或果实作为食物，而且这种食物资源是比较稳定的和经常性的。最大多样性方法是尽可能地按照该生态系统退化以前的物种组成及多样性水平种植物种进行恢复，需要大量种植演替成熟阶段的物种，先锋物种被忽略。这种方法适合于小区域高强度人工管理的地区，例如城市地区和农业区的人口聚集区。采用最大多样性方法，一般生长快的物种会形成树冠层，生长慢的耐荫物种则会等待树冠层出现缺口，有大量光线透射时，迅速生长达到树冠层。可以配种10%左右的先锋树种，这些树种会很快生长，为怕光直射的物种遮挡过强的阳光。等到成熟阶段的物种开始成长，需要阳光的时候，选择性地砍掉一些先锋树，砍掉的这些树需要保留在原地，为地表提供另一种覆盖。留出来的空间，下层的树木会很快补充上去，过大的空地还可以补种一些成熟阶段的物种。最大多样性方法是尽可能地按照该生态系统退化以前的物种组成及多样性水平种植多样物种进行恢复。二、受损草地生态系统的修复人类干扰的原因中，主要是过度放牧、垦殖和污染。另一方面是自然因素：我国草原区所处的自然条件都比较恶劣，春季干旱，夏季少雨，冬季严寒，自然灾害频繁，这是造成草原退化的自然因素。1、草地生态系统受损原因及特点受损草地生态系统的主要特征包括植被退化和土壤退化。植被退化是指草地破坏后，植被的密度和生物多样性的下降，这种结构的改变还导致了群落的矮化。土壤退化是由于风蚀、水蚀、土壤板结和盐碱化等造成的土壤物理和化学性质的变化，不能再支持生态系统的高生产力。①围栏养护，轮草轮牧②重建人工草地③实施合理的牲畜育肥生产模式2、受损草地生态系统的修复方法与技术三、受损河流生态系统的修复①水利工程建设对河流生态系统的影响②农业活动对河流生态系统的影响③城市化对河流生态系统的影响1、河流生态系统受损的主要原因及特点原因：特点：①纵向成带现象；②大多说生物都具有适应急流生境的特殊形态结构；③与其他生态系统相互制约、关系复杂；④自净能力强，受干扰后恢复速度较快。2、受损河流生态系统的修复①水资源的合理配置；②污水处理；③水库的调度。A:水文条件的修复①改进的标准河流断面的设计法；②浅滩喝深潭河流结构的构建；③构建有利于生物生存的多空隙河流。B：河流地貌学特征的修复四、受损湖泊生态系统的修复①环境污染②水利建设③过度放养④湖泊的富营养化⑤外来种的侵入1、湖泊生态系统的受损及原因①严禁围湖造田②营造林地③加大人为调节湖泊水位的力度，尽量防止水位频繁地剧烈变化，维持湖泊的最低水位，防止湖泊的干枯④对于已有大量淤积的湖泊，清淤是十分有效的修复措施，这样既可恢复水体空间，又能使水质得以改善。2、受损湖泊生态系统的修复五、矿区废弃地的修复1、尾矿的综合利用①从废弃物中进一步回收有价元素②作为二次资源制取新形态物质③用作井下采空区的填充材料2、污染土壤的修复3、植被修复4、微生物修复法5、矿区废弃地综合利用第四节生态工程与修复工程一、生态工程的内涵1、生态工程的定义生态工程是应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理、结构与功能协调原则，综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。①物种共生原理②生态位原理③食物链原理④物种多样性原理⑤物种耐性原理⑥景观生态学原理⑦耗散结构原理⑧限制因子原理⑨生态因子综合性原理2、生态工程设计的生态学理论依据思考题1、简述受损生态系统的主要特征。2、论述森林、河流生态系统受损的原因及修复方法。3、植物修复技术有哪几种？如何利用植物修复技术去除环境中的污染物？4、生态工程的内涵是什么？生态工程设计的生态学理论有哪些？