第八章受损生态系统的修复课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,,*,第八章 受损生态系统的修复,《,环境生态学导论,》,（第二版）,盛连喜　主编,,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第八章 受损生态系统的修复《环境生态学导论》（第二版）普通高,1,内 容,内 容,2,第一节,第一节,3,一、受损生态系统的涵义,对受损生态系统的理解：,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，即改变、打破了生态系统原有的平衡状态，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，并出现逆向演替生态系统的受损还可以理解为生态系统完整性受到损伤生态系统的完整性是从“生命系统与非生命系统的完整”角度来考虑的，包括三个层次：,一是组成系统的成分是否完整，即系统是否具有土著的全部物种；,二是系统的组织结构是否完整；,三是系统的功能是否健康前两个层次是对系统组成完整的要求，第三个层次则是对系统成分间的作用和过程完整的要求生态系统的完整性可以理解为系统结构的完整和功能的健康而生物多样性是生态系统完整性量度的重要指标一、受损生态系统的涵义对受损生态系统的理解：生态系统的完整性,4,二、受损生态系统的基本特征,（一） 物种多样性减少,关键种类消失，进而引起与之共生种类和从属性物种的相继消失,适应生境变化的某些种类会迅速发展，数量增加,,（二） 系统结构简单化,在种群水平上，表现为种类组成发生变化，优势种群结构异常；,在群落层次上，则是群落结构的矮化，整体景观的破碎。

二、受损生态系统的基本特征（一） 物种多样性减少,5,二、受损生态系统的基本特征,（三） 食物网破裂,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、附生关系减弱,生态系统中各物种的自我调节能力下降，极易受外来物种的影响，进而使整个生态系统的营养关系紊乱四） 能量流动效率降低,由于受损生态系统食物关系的破坏，能量的转化及传递效率会随之降低，主要表现为对光能固定作用的减弱，能量流的规模缩小或过程发生变化；,系统中的捕食过程和腐化过程弱化，因而能量流损失增多，能量利用和转化效率降低二、受损生态系统的基本特征（三） 食物网破裂,6,二、受损生态系统的基本特征,（五） 物质循环不畅或受阻,层次性简化及食物网破裂，使营养物质和元素在生态系统中的周转渠道减少、时间缩短，周转率降低，生物的生态学功能减弱生物多样性及其组成结构的变化，使系统中物质循环的途径不畅或受阻，包括系统中的水循环、氮循环和磷循环等会发生改变六） 生产力下降,①光能利用率减弱②由于竞争和对资源利用的不充分，光效率降低，而植物为正常生长消耗在克服不利影响上的能量（以呼吸作用的形式释放）增多，净初级生产力下降③初级生产者结构和数量的改变又常导致次级生产力的降低。

二、受损生态系统的基本特征（五） 物质循环不畅或受阻,7,二、受损生态系统的基本特征,（七） 系统稳定性降低,正常生态系统总是在某一平衡点附近摆动，轻度干扰所引起的偏离将被系统的负反馈作用调节，使系统逐步恢复到原来的状态并维持相对的稳定状态对于某些生态系统而言，轻度的干扰甚至有利于稳定性的发展结构的不正常，系统的稳定性明显降低，系统在正反馈机制驱动下更远离平衡二、受损生态系统的基本特征（七） 系统稳定性降低,8,三、受损伤生态系统功能衰退的变化机制和基本规律,受损生态系统功能变化的主要机制,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,胁迫类型,胁迫方式,胁迫程度,3.,干扰强度和频率是制约系统恢复能力的重要因素,系统本身的组成结构是否完善,干扰强度和干扰频率,,三、受损伤生态系统功能衰退的变化机制和基本规律受损生态系统功,9,三、受损生态系统功能衰退的变化机制和基本规律,受损生态系统的演变规律：,1.,生态系统受损伤的各种变化都始于结构的改变,生态系统的内部结构破坏：垂直结构、水平格局和营养结构,表现为生态系统组分的减少或消失：特有种或关键物种的缺失,2.,生态系统过程受阻和功能衰退是受损伤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,一个具有自我维持能力的生态系统才是真正健康的生命系统。

具有这种能力的关键是生态系统的完整性，它强调的是生态系统的整体特性和健康状态三、受损生态系统功能衰退的变化机制和基本规律受损生态系统的演,10,第二节,第二节,11,一、恢复生态学及其学科任务,（一）恢复生态学的定义,诞生于,20,世纪,70,年代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基于这种恢复和重建在相当程度上离不开人的参与，所以一些生态学家曾根据其方法学和工艺特点又将其称为合成生态学恢复生态学理论的产生与发展为生态修复提供了科学依据生态修复的技术与方法已成为应对全球环境变化的重要手段一、恢复生态学及其学科任务（一）恢复生态学的定义恢复生态学理,12,一、恢复生态学及其学科任务,（一）恢复生态学的定义,理论研究主要包括：,①生态系统结构（包括生物空间组成结构、不同地理单元与要素的空间组成结构及营养结构等）、功能（包括生物功能，地理单元与要素的组成结构对生态系统的影响与作用，能流、物流与信息流的动态过程及平衡机制等），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、发展机制与演替规律研究。

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、预警及预测研究一、恢复生态学及其学科任务（一）恢复生态学的定义,13,一、恢复生态学及其学科任务,（一）恢复生态学的定义,应用技术主要包括：,①退化生态系统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,（马世骏，,1990,；章家恩，等，,1999,）一、恢复生态学及其学科任务（一）恢复生态学的定义,14,一、恢复生态学及其学科任务,恢复生态学又可概括为生态系统的恢复（,restoration,）与重建（,reconstruction,）恢复是指原貌或原先功能的再现,重建则可以包括在不可能或不需要再现原貌的情况下，重新营造一个不完全雷同于过去的甚至是全新的自然生态系统将一个受损的生态系统恢复到原貌，在实践中往往是困难甚至是不可能的，所以有的学者认为，应把“,Restoration,”译为“修复”可能更确切。

一、恢复生态学及其学科任务恢复生态学又可概括为生态系统的恢复,15,一、恢复生态学及其学科任务,（二）恢复生态学的研究进展,,一、恢复生态学及其学科任务（二）恢复生态学的研究进展,16,一、恢复生态学及其学科任务,（二）恢复生态学的研究进展,国际大型计划也都包含恢复生态学的内容：,联合国教科文组织人与生物圈计划（,MAB,）国际地球生物圈计划（,IGBP,）,全球变化的人类因素研究计划（,IHDP,）,全球环境监测系统（,GEMS,）,国家层面开展生态恢复：,英国、德国、荷兰、澳大利亚、中国等,恢复生态学的研究和实践已步入了新的阶段中国开展生态恢复：,农牧交错区、风蚀水蚀交错带、干旱荒漠地区、丘陵山地、干热河谷、湿地、城市等退化或脆弱生态环境,一、恢复生态学及其学科任务（二）恢复生态学的研究进展,17,二、生态修复及其理论基础,（一） 概念,生态修复的概念应包括生态恢复、重建和改建，其内涵可以理解为通过外界力量使受损生态系统得到恢复、重建或改建，即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理解：,第一是污染环境的修复，即传统环境问题的生态修复工程；,第二是大规模人为扰动和被破坏生态系统的修复，即开发建设项目的生态恢复；,第三是大规模农林牧业生产活动破坏的森林和草地生态系统的修复，即人口密集农牧业区的生态修复或生态建设，相当于生态建设工程或区域生态工程；,第四是小规模人类活动或自然原因（森林火灾、雪线下降等）退化生态系统的修复，即人口分布稀少地区的生态自我修复。

二、生态修复及其理论基础（一） 概念,18,二、生态修复及其理论基础,处于稳定状态时的生态系统抵抗干扰与自我调节能力的限度称为生态阈值只有确定生态阈值，才能确定修复生态系统的类型、区域、难易程度、时间周期，并确定合理的修复指标生态阈值有两种类型：,阈值点：在阈值点前后，生态系统的特性、功能或过程发生迅速的改变；,阈值带：生态阈值带暗含生态系统从一种稳定状态到另一稳定状态逐渐转换的过程，在自然界中更为普遍生态系统功能变化的阈值带（,Muradian,，,2001,）,二、生态修复及其理论基础处于稳定状态时的生态系统抵抗干扰与自,19,二、生态修复及其理论基础,（二）生态修复的理论基础,1.,自我设计与设计理论,自我设计理论认为，只要有足够的时间，随着时间的推移，退化生态系统将根据环境条件合理地实现自我组织并会最终改变其组分；,设计理论则认为，通过工程方法和植物重建，可直接恢复受损生态系统，但恢复的类型可能是多样的这一理论把物种的生活史作为植被恢复的重要因子，并认为通过调整物种生活史的方法可加快植被的恢复自我设计理论是在生态系统层次上考虑的，未考虑到缺乏种子库的情况，其恢复的只能是靠环境条件来决定的生物群落；而设计理论是在个体或种群层次上考虑，修复后结果和方向可能是多种的。

二、生态修复及其理论基础（二）生态修复的理论基础自我设计理论,20,二、生态修复及其理论基础,2.,生态学理论,限制性因子原理（确定生态系统恢复的关键因子）；,热力学定律（确定生态系统能量流动特征）；,种群密度制约及分布格局原理（确定物种的空间配置）；,生态适应性理论（尽量采用土著种进行生态恢复）；,生态位原理（合理安排生态系统中物种组成及其功能）；,演替理论（缩短恢复时间，极度退化的生态系统的恢复，演替理论可能不适用，但仍具指导作用）；,植物入侵理论；,生物多样性理论（引进物种时注重生物的多样性，而生物多样性有利于恢复生态系统的稳定）以及缀块－廊道－基底理论（从景观层次考虑生境破碎化和整体土地利用方式）；,……,二、生态修复及其理论基础2. 生态学理论,21,二、生态修复及其理论基础,（三） 生态修复的原则,二、生态修复及其理论基础（三） 生态修复的原则,22,二、生态修复及其理论基础,（三） 生态修复的原则,,二、生态修复及其理论基础（三） 生态修复的原则,23,二、生态修复及其理论基础,（四）生态修复的判定准则,Bradsaw,（,1987,）提出了五项标准来判断生态修复的成功与否。

二、生态修复及其理论基础（四）生态修复的判定准则,24,三、生态修复的常用技术和方法,（一）针对污染环境的植物修复技术,植物修复技术是以植物能忍耐和超量积累某种或某些污染物为理论基础，利用植物及其共存微生物体系清除环境中污染物的一种环境污染治理技术（唐世荣，等，,1999,）植物修复技术包括：,利用植物固定或修复重金属污染土壤,净化水体和空气,清除放射性元素,利用植物及其根际微生物共存体系净化环境中有机污染物,……,三、生态修复的常用技术和方法（一）针对污染环境的植物修复技术,25,三、生态修复的常用技术和方法,（一）针对污染环境的植物修复技术,1.,植物萃取,植物萃取法是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植物萃取技术的关键是筛选超积累植物适合于植物“萃取”的理想植物应该具有如下特点：,三、生态修复的常用技术和方法（一）针对污染环境的植物修复技术,26,三、生态修复的常用技术和方法,（一）针对污染环境的植物修复技术,2.,根际过滤,根际过滤法是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。

适用于根系过滤技术的植物，必须有较大的根系生物量，最好是须根植物目前，常用的植物有各种耐盐的野草如弗吉尼亚盐角草、牙买加克拉莎草、盐地鼠尾粟、杂交杨树、印度芥菜、向日葵以及各种水生植物如宽叶香蒲等根际过滤技术主要用来处理石油天然气生产过程中产生的废水、含放射性污染物质的废水、含重金属的各种废水以及富含其他污染物（如氮、磷、钾）的废水三、生态修复的常用技术和方法（一）针对污染环境的植物修复技术,27,三、生态修复的常用技术和方法,（一）针对污染环境的植物修复技术,3.,植物固化,植物固化法是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适用于固化污染土壤的理想植物，应是一种能忍耐高含量污染物、根系发达的多年生绿叶植物这些植物通过根系吸收、沉淀或还原作用可使污染物（如金属）惰性化植物固化技术对废弃场地重金属污染物和放射性核素污染物固定尤为重要，原地固定这两类污染物可显著降低其风险性三、生态修复的常用技术和方法（一）针对污染环境的植物修复技术,28,三、生态修复的常用技术和方法,（一）针对污染环境的植物修复技术,4.,植物辅助,生物修复植物辅助生物修复是通过根系范围内植物的活动刺激微生物，促进污染物的生物降解。

根圈的植物修复可增加土壤有机质含量、细菌数量和菌根真菌数量反过来，这些因素又有利于土壤中有机化合物的降解有的植物还能够向土壤环境释放出一种有助于刺激有机物降解的根际分泌物Fletcher,等（,1995,）报导，桑树等植物的根际产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,）的微生物的生长三、生态修复的常用技术和方法（一）针对污染环境的植物修复技术,29,三、生态修复的常用技术和方法,（一）针对污染环境的植物修复技术,5.,植物转化,植物转化是指通过植物新陈代谢作用降解环境污染物的过程植物转化取决于污染物从土壤或水体中的直接吸收和植物器官中新陈代谢物的积累从环境治理的角度考虑，植物中积累的新陈代谢产物必须是非毒性的，或者至少与其母体成分相比较毒性明显降低有机化合物进入植物体内，植物便会将这些化学物及分解的中间产物，通过木质化作用贮藏在新的植物组织中，或者使化合物完全蒸发、代谢或矿质化为二氧化碳和水三、生态修复的常用技术和方法（一）针对污染环境的植物修复技术,30,三、生态修复的常用技术和方法,（二） 针对非污染环境的生态修复技术,1.,潜力评价法,潜力评价法就是利用遥感信息系统、全球定位系统和地理信息系统等先进的技术手段，对某一修复区域进行调查监测和评估。

主要是对当地的自然资源、土壤侵蚀模数、植物演替变化情况等进行调查评价潜力评价法就是利用各种技术找出对当地生态自我修复影响的主要因素，以便采取相应的改良措施和保护措施三、生态修复的常用技术和方法（二） 针对非污染环境的生态修复,31,三、生态修复的常用技术和方法,（二） 针对非污染环境的生态修复技术,2.,自然恢复法,对某些受损生态系统的恢复，首先是要停止对其施加干扰，让其休养生息例如，水土流失主要是因为人类向大自然过度索取所造成的，导致植被逆向演替，其退化过程是由乔木林地变成灌木林地，再由灌木林地变成荒草地，乃至荒地；,草地的退化则是由高草地退化成低草地，再由低草地退化成裸地要达到恢复植被，控制水土流失的目的，应有相应的措施，但最主要的是停止人为干扰，为生态系统提供一个休养生息的机会例如，采取围栏圈养的方式或轮牧的管理方式，草地生态系统就能通过自身的恢复能力实现修复目的三、生态修复的常用技术和方法（二） 针对非污染环境的生态修复,32,三、生态修复的常用技术和方法,（二） 针对非污染环境的生态修复技术,3.,限量控制法,限量控制法是一种不改变原有经营目的而采取人为控制的方法，促使部分逐渐恶化的区域恢复生态的良性循环。

林区采取采伐量的限制，以实现生长量大于采伐量，使蓄积量大于采伐量；,草地采取载畜量的限制，以实现产草量大于畜禽消耗量，使植被得到适度保护；,农业生产实现精耕细作，提高农田基础建设标准，保证粮食稳产高产，在保证国家粮食安全的基础上维护现有耕地与林地、草场的合理比例等做法三、生态修复的常用技术和方法（二） 针对非污染环境的生态修复,33,三、生态修复的常用技术和方法,（二） 针对非污染环境的生态修复技术,4.,协调促进法,协调促进法即采取其他辅助措施，减缓人、畜对天然植被的破坏，促进生态条件的自然修复在山区或草原区，通过以生物质能的利用来减少对木材和自然植被的利用，并以此促进受损生态系统的恢复大力推广可更新能源的利用和积极开发各类新型能源，是解决环境问题的重要途径三、生态修复的常用技术和方法（二） 针对非污染环境的生态修复,34,第三节,第三节,35,一、受损森林生态系统的修复,（一）森林生态系统受损的原因及特点,自然原因：,病虫害,干旱,洪涝,风灾,地震,……,人为原因：,刀耕火种,采伐木材,矿山开采,……,一、受损森林生态系统的修复（一）森林生态系统受损的原因及特点,36,一、受损森林生态系统的修复,（二） 受损森林生态系统的修复方法,1.,物种框架法,物种框架法就是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的物种优点：,只涉及一个（或少数几个）物种的种植，生态系统演替或维持依赖于当地种源（或称“基因池”）增加物种，实现生物多样性标准：,①抗逆性强,②能够吸引野生动物,③再生能力强,④能够提供快速和稳定的野生动物食物,物种框架法的关键是演替初期物种的选择其条件不仅是抗逆性和再生能力强的种类，并具有吸引野生动物或为其提供稳定食物的植物一、受损森林生态系统的修复（二） 受损森林生态系统的修复方法,37,一、受损森林生态系统的修复,（二） 受损森林生态系统的修复方法,2.,最大多样性法,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而不必考虑先锋物种适用于距人们居住比较近的地段一、受损森林生态系统的修复（二） 受损森林生态系统的修复方法,38,一、受损森林生态系统的修复,（三） 受损森林生态系统修复中应注意的几个问题,要综合考虑群落发育过程中的主要因子：,种子传播,竞争,捕食,随机事件,环境变化胁迫,遗传资源退化,外来种入侵,……,一、受损森林生态系统的修复（三） 受损森林生态系统修复中应注,39,一、受损森林生态系统的修复,（三） 受损森林生态系统修复中应注意的几个问题,充分利用现有资源,分发挥土壤种子库的作用；,充分利用残存的次生林、风水林、自然保护区或未被采伐的斑块，在它们之间营造物种流动的廊道，利用动物传播现存土著种种源，以促进整个区域内生物群落的恢复。

修复参考指标,有具备一定的面积要求，达到当地原有植物群落物种数,80,％以上，并能够维持其自我更新和演替的森林才是符合标准的恢复互惠共生,物种间是否存在互惠共生的生态关系，这是生态修复中需要特别关注的问题斑块－廊道－基底原理在森林生态系统恢复中的应用,一、受损森林生态系统的修复（三） 受损森林生态系统修复中应注,40,二、受损草地生态系统的修复,（一） 草地生态系统受损原因及特点,自然因素,春季干旱，夏季少雨、冬季严寒,自然灾害频繁,人为因素,过度放牧,垦殖,污染,地下水位变化,农牧民的割刈、搂草,……,二、受损草地生态系统的修复（一） 草地生态系统受损原因及特点,41,二、受损草地生态系统的修复,（一） 草地生态系统受损原因及特点,人类活动、滥垦、滥伐、资源不合理经营,植被衰退,系统生物量减少,食物链缩短,营养级降低,土壤肥力下降,生态系统退化,干旱,盐碱化,沙漠化,草原退化,有害动物、植物增加,野生动物减少,系统自我调节能力下降,能量利用率下降,草原荒漠化过程（李述刚等，,1995,）,二、受损草地生态系统的修复（一） 草地生态系统受损原因及特点,42,二、受损草地生态系统的修复,（一） 草地生态系统受损原因及特点,主要特征：,植被退化,指草地被破坏后，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,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，使其不能再支持生态系统的高生产力，干旱气候会加剧这些过程二、受损草地生态系统的修复（一） 草地生态系统受损原因及特点,43,二、受损草地生态系统的修复,（二） 受损草地生态系统的修复技术,1.,改进现存草地，实施围栏养护或轮牧,消除或减轻外来干扰，让系统休养生息，依靠生态系统具有的自我恢复能力，适当辅之以人工措施来加快恢复松土、浅耕翻或适时火烧,播种群落优势牧草草种，人工增施肥料和合理放牧,,二、受损草地生态系统的修复（二） 受损草地生态系统的修复技术,44,二、受损草地生态系统的修复,（二） 受损草地生态系统的修复技术,2.,重建人工草地,由经过选择的优良牧草为优势种的单一物种所构成的群落常用于已完全荒弃的退化草,使荒废的草地很快产出大量牧草，获得经济效益；同时又能够使生态环境得到改善二、受损草地生态系统的修复（二） 受损草地生态系统的修复技术,45,三、受损河流生态系统的修复,河流生态系统的点：,①具纵向成带现象，但物种的纵向替换并不是均匀的连续变化，特殊种群可以在整个河流中再现②大多数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三、受损河流生态系统的修复河流生态系统的点：,46,三、受损河流生态系统的修复,（一） 河流生态系统受损的原因,1.,水利工程建设对河流生态系统的影响,拦河筑坝,——,对河流影响最显著，基本控制了下游河段的生态功能及其发挥程度：,影响河岸侵蚀导致岸边生境的丧失；,阻碍或减缓了水生生物迁移过程，影响河流生态系统的食物链结构；,水的流速、水的温度发生改变，影响某些依靠流速、温度变化来繁殖和成熟的生物物种的生存和繁衍；,导致泥沙在水库中的沉积和滞留，泥沙颗粒常常为下游生物输送所需的营养物质；,泥沙沉积后，会导致河床、河岸带和河心岛生活的物种因生境的改变而消失分水工程,截弯取直,三、受损河流生态系统的修复（一） 河流生态系统受损的原因,47,三、受损河流生态系统的修复,（一） 河流生态系统受损的原因,2.,农业活动对河流生态系统的影响,一是对河岸带和河流阶地上天然植被的开采，将其变为可耕地；,整个流域对水分的涵养能力下降，枯水位期延长；,一些水生生物失去了栖息和繁衍场所；,上游区域会加重土壤侵蚀，导致水土流失等二是使用的化肥和农药等有毒有害物质对河流水质的面源污染。

对水域中生命系统的损害；,通过生态关系而波及河流以外的其他生态系统，包括对人的健康造成的直接危害三、受损河流生态系统的修复（一） 河流生态系统受损的原因,48,三、受损河流生态系统的修复,（一） 河流生态系统受损的原因,3.,城市化对河流生态系统的损害,水资源需求量的剧增与河流供给能力的矛盾；,城市污水排放与河流自净能力的矛盾；,流经城市内河段水环境的彻底改变等三、受损河流生态系统的修复（一） 河流生态系统受损的原因,49,三、受损河流生态系统的修复,（二） 受损河流生态系统的修复技术,水文条件的改善包括：,通过水资源的合理配置维持最小生态需水量；,通过污水处理，控制污水排放以及提倡清洁生产改善河流水质；,水库的调度除了满足社会需求外，尽可能接近自然河流的脉冲式的水文周期等河流地貌学特征的改善包括：,尽可能恢复河流的纵向连续性和横向连通性；,尽可能保持河流纵向和横向形态的多样性；,防止河床材料的硬质化三、受损河流生态系统的修复（二） 受损河流生态系统的修复技术,50,三、受损河流生态系统的修复,（二） 受损河流生态系统的修复技术,近自然修复在受损河流生态系统的治理中得到了广泛的认可和运用。

这种理念的核心思想有三点：,,①尊重自然环境原有的多样性②依照现存的自然条件，构建良好的水循环及安全的溪流环境③积极地使自然环境再生，创造出水与绿化相关联的生态网近自然修复强调尊重人与自然的和谐，重视恢复自然环境原有的多样性，着力构建正常的水循环过程等理念三、受损河流生态系统的修复（二） 受损河流生态系统的修复技术,51,三、受损河流生态系统的修复,（二） 受损河流生态系统的修复技术,1.,改进的标准河流断面设计法,,标准化混凝土河道设计断面,自然河流断面,理想的河道设计,三、受损河流生态系统的修复（二） 受损河流生态系统的修复技术,52,三、受损河流生态系统的修复,（二） 受损河流生态系统的修复技术,2.,浅滩和深潭河流结构的构建,浅滩－深潭结构的恢复是河流生态系统修复的重要内容采用人工措施使单调的水流发生变化，创造有利于底栖动物生存的泥沙堆积层，适于城市中小河流的修复治理主要方法为深挖河床,30,～,40cm,，将挖出的土方平均分填在枯水河床两侧，同时不采用混凝土硬化河床，而在河边设置木桩、铺设块石等，形成多孔隙河岸空间浅滩－深潭的构建（林山惠一，,1992,）,三、受损河流生态系统的修复（二） 受损河流生态系统的修复技术,53,三、受损河流生态系统的修复,（二） 受损河流生态系统的修复技术,3.,构建有利于生物生存的多孔隙河岸,在满足工程安全的前提下，采用多种材料组合的护岸结构形式，构建适于生物栖息与繁衍的环境。

将生态学原理融入工程结构设计中，可将护岸工程设计为多孔隙结构，以保证生物的生育环境植物护岸法,——,目前应用最广泛,植物＋木料和石料组合护岸法,植物袋和混凝土块体组合护岸法,石笼＋植物组合护岸法,……,三、受损河流生态系统的修复（二） 受损河流生态系统的修复技术,54,四、受损湖泊生态系统的修复,（一） 湖泊生态系统的受损原因,1.,环境污染环境,污染主要是大量的生产或生活污水排入湖泊水体，且超过了湖泊的自净能力，使水体和水体底泥的物理、化学性质等发生变化，既降低了水体的使用价值，又危及水生生物的生存，使系统的结构和功能改变如酸雨造成的湖泊酸化，工业污染物排放，农药中有机或无机（如重金属、,DDT,）等面源污染物的进入等四、受损湖泊生态系统的修复（一） 湖泊生态系统的受损原因,55,四、受损湖泊生态系统的修复,（一） 湖泊生态系统的受损原因,2.,水利建设,水利工程建设常造成江湖的阻隔，这不仅使湖泊失去了与河流干流、支流、浅水湖泊相互连通的网络关系，而且阻碍了一些鱼类和水生生物的生态“通道”，使湖泊鱼类无法从江河中得到补充和更新这种阻隔使湖泊的水文条件和物理状况发生了变化，如水位的改变会直接影响湖泊中许多鱼类的性成熟和生殖。

四、受损湖泊生态系统的修复（一） 湖泊生态系统的受损原因,56,四、受损湖泊生态系统的修复,（一） 湖泊生态系统的受损原因,3.,过度放养,人工养殖因过度追求高产而造成的人工放养密度过大，引发了大型植物特别是沉水植物群落衰退、水质恶化等问题沉水植物的生态功能是吸收大量的营养物质，抑制浮游藻类大量繁殖和生长，保持水质清澈，被称之为“水草净化功能”沉水植物生物量的下降，常使浮游藻类的繁殖加快，从而降低了湖水的透明度，而这又将进一步减少沉水植物的生存范围四、受损湖泊生态系统的修复（一） 湖泊生态系统的受损原因,57,四、受损湖泊生态系统的修复,（一） 湖泊生态系统的受损原因,4.,湖泊的富营养化,许多城郊湖泊，由于周围人口密度大，加之工业废水和生活污水以及农田化肥等营养物质的进入，常使湖泊生态系统的自净功能受损湖泊富营养化的严重后果是导致水体资源功能和价值的丧失开垦农田，开采矿产，采伐水源林等所导致的水土流失，也是造成湖泊富营养化的原因四、受损湖泊生态系统的修复（一） 湖泊生态系统的受损原因,58,四、受损湖泊生态系统的修复,（一） 湖泊生态系统的受损原因,5.,外来种的侵入,湖泊生态系统中的外来种，会引起生物群落结构的重大变化。

例如，原产南美的凤眼莲四、受损湖泊生态系统的修复（一） 湖泊生态系统的受损原因,59,四、受损湖泊生态系统的修复,（二） 受损湖泊生态系统的修复,,①严禁围湖造田，有效实施退田还湖政策②营造林地，提高湖泊周围及整个流域的植被覆盖率，减少面源污染的危害，增强涵养水分的能力③加大人为调控湖泊水位的力度，尽量防止水位频繁和剧烈变化，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，采取清淤的措施，实现既可恢复水体空间，又能使水质得以更换的目的四、受损湖泊生态系统的修复（二） 受损湖泊生态系统的修复,60,四、受损湖泊生态系统的修复,（二） 受损湖泊生态系统的修复,富营养化湖泊的修复：,工程措施：,用工程技术分流或切断进入湖泊的点源污染，以减少向湖泊中输入污染物和过多营养物质；,改进农业耕作方式，减少化肥和农药施用量的面源量，减少湖泊营养物质的进入生物学和生态学措施：,调整生物群落结构（主要是鱼类种群组成）的方法，来调节浮游植物群落结构，以改善水质由下而上的方法,是指从食物链的最底层即营养物的输入开始控制，进而实现整个生态系统的恢复；,由上而下的方法,是指从水生生物层次开始控制，进而净化整个系统，这种方法适于清除水体中的外来种。

四、受损湖泊生态系统的修复（二） 受损湖泊生态系统的修复由下,61,五、受损海岸带生态系统的修复,（一） 湖泊生态系统的受损原因,1.,海岸侵蚀,外流河的三角洲不断向海岸推进,海岸带的陆源物质供应不断减少，海岸不断受到侵蚀,,,2.,海岸湿地被围垦及占用,大片沿海滩涂、湿地被围垦作为城市建设用地、养殖区或工业开发区，部分城市的海岸线被用于房地产开发、旅游事业等五、受损海岸带生态系统的修复（一） 湖泊生态系统的受损原因,62,五、受损海岸带生态系统的修复,（一） 湖泊生态系统的受损原因,3.,过度捕捞,过度的捕捞使沿岸的生物种类减少，生产力下降，经济鱼类资源已全面衰退4.,污染,大量工业和生活污水,不合理的海水养殖正促进沿海区的富营养化程度,海上油田漏油,五、受损海岸带生态系统的修复（一） 湖泊生态系统的受损原因,63,五、受损海岸带生态系统的修复,（二） 受损海岸带生态系统的修复技术与策略,1.,防治水体污染,陆源污染物达标排放，并实行总量控制,实施环境影响评价制度、“三同时”制度、排污收费和许可证制度，环保目标责任制等制度；,对水体进行承载力分析，控制养殖密度和养殖量；,要严格控制含油污染源：港口、船舶、石油平台,减少化肥使用量，积极推广有机复合肥的使用；,高效、低毒、低残留农药尤其是生物制剂的使用,无公害环保型渔用药物和经济鱼类免疫疫苗,五、受损海岸带生态系统的修复（二） 受损海岸带生态系统的修复,64,五、受损海岸带生态系统的修复,（二） 受损海岸带生态系统的修复技术与策略,2.,控制生态破坏,严格控制海岸线的使用，保护原生海岸生态系统。

不得开发利用不可再生海岸带资源，不得破坏不可恢复的海岸带原生生境；,禁止破坏沿海滩涂湿地，建立湿地保护区；,依法严格保护自然岸线，禁止在自然岸线填海造地、开发建设项目；,禁止破坏红树林以及海洋生物种苗场、产卵场和洄游通道，清理不符合规划的围垦工程，严格控制岛屿采沙活动等五、受损海岸带生态系统的修复（二） 受损海岸带生态系统的修复,65,五、受损海岸带生态系统的修复,（二） 受损海岸带生态系统的修复技术与策略,3.,建立海岸带自然保护区,海岸带保护区的建设，不仅能在维护生物多样性安全方面起重要的作用，而且可以为社会提供丰富的自然产品和生态效益五、受损海岸带生态系统的修复（二） 受损海岸带生态系统的修复,66,五、受损海岸带生态系统的修复,（二） 受损海岸带生态系统的修复技术与策略,4.,海岸带生物多样性修复,投放以原位修复品种为主和异位修复品种的贝类、多毛类，使之建立起稳定的种群，形成规模资源，不但达到恢复生物多样性的作用，同时能修复和改善浮游生物群落和底质生物群落受损状况，并具备浮游生物－底栖生物耦合功能，恢复生态系统营养循环的渠道，改变底质生物化学特性，从而起到修复的作用五、受损海岸带生态系统的修复（二） 受损海岸带生态系统的修复,67,六、工业废弃地的修复,（一） 工业废弃地及危害,工业废弃地是指曾为工业生产用地和与工业生产相关的交通、运输、仓储用地而后来被废置不用的地段，如废弃的矿山、采石场、工厂、铁路站场、码头、工业废料倾倒场等。

六、工业废弃地的修复（一） 工业废弃地及危害,68,六、工业废弃地的修复,（二） 工业废弃地修复方法,1.,景观再利用法,整体保留,部分保留,构件保留,2.,废弃物再利用法,对环境没有污染，可以就地使用或加工，如砖、石等；,在废料和污染处理过程中，原则是就地取材、就地消化，污染严重的要对污染源进行清理3.,生态技术法,在污染得到控制的情况下，可采用生态技术，进行河流的自然再生，提高抗洪能力和补充地下水源，为野生生物创造栖息地和活动廊道,采用生物修复技术处理污染土壤，种植能吸收有毒物质的植被,六、工业废弃地的修复（二） 工业废弃地修复方法,69,第四节,第四节,70,一、生态工程的定义,Odum H T,,,,,,一、生态工程的定义Odum H T,71,一、生态工程的定义,Mitsch W J,,一、生态工程的定义Mitsch W J,72,一、生态工程的定义,马世骏,一、生态工程的定义马世骏,73,二、生态工程设计的生态学理论,（一） 物种共生原理,自然界中任何一种生物都不能离开其他生物而单独生存和繁衍，这种关系是自然界生物之间长期进化的结果，包括互惠共生与竞争抗生两大类，亦称为“相生相克”关系。

在功能正常的生态系统，这种关系构成了生态系统的自我调节和负反馈机制生态学的这一原理，是进行生态工程设计的基本理论依据之一二、生态工程设计的生态学理论（一） 物种共生原理,74,二、生态工程设计的生态学理论,（二） 生态位原理,生态位（,niche,）或译为“生态龛”，是指某一生物在生态系统中的地位和作用它是指“生态系统中各种生态因子都具有明显的变化梯度，这种变化梯度中能被某种生物占据利用或适应的部分称为其生态位”在生态工程设计和调控中，合理运用生态位原理，可以构成一个具有多种群的稳定而高效的生态系统二、生态工程设计的生态学理论（二） 生态位原理,75,二、生态工程设计的生态学理论,（三） 食物链原理,食物链和食物网是生态系统中物种关系的另一种表现形式，也是重要的生态学原理在自然界中食物链关系是极其复杂的，而且正是这种复杂的食物关系使生态系统维持着动态平衡，实现着生态系统的功能，即物质的循环和能量的转化与传递生态工程设计中所利用的物种共生原理，基础就是食物链和食物网理论所以，生态工程设计的合理性，首先应体现在系统内物种的食物关系上二、生态工程设计的生态学理论（三） 食物链原理,76,二、生态工程设计的生态学理论,（四） 物种多样性原理,基于“生态系统中生物多样性越高，生态系统就越稳定”理论。

实现对资源充分利用,增加系统的稳定性,二、生态工程设计的生态学理论（四） 物种多样性原理,77,二、生态工程设计的生态学理论,（五） 物种耐性原理,每种生物都有一个生态需求上的最大量和最小量，两者之间的幅度，就是该种生物的耐性限度由于环境因子的相互补偿作用，一个种的耐性限度是变动的，当一个环境因子处于适宜范围时，物种对其他因子的耐性限度将会增大，反之，则会下降二、生态工程设计的生态学理论（五） 物种耐性原理,78,二、生态工程设计的生态学理论,（六） 景观生态学原理,景观，是指由相互作用的斑块或生态系统组成的，并以相似形式重复出现的，具有高度空间异质性的区域景观结构与功能,,景观异质性,,生物多样性,物种流动,,养分再分布,,能量流动,景观变化,,景观稳定性,意义,考虑具体设计方案时，要有区域尺度的概念，尤其是环境保护生态工程、污染治理生态工程等，在设计时，必须从区域的尺度考虑其合理性，要有意识地把工程本身及其与整个区域布局的合理性相结合二、生态工程设计的生态学理论（六） 景观生态学原理,79,二、生态工程设计的生态学理论,（七） 耗散结构原理,耗散结构原理是指一个开放系统的有序性来自非平衡态，也就是说，系统的有序性因系统向外界输出熵值（如呼吸作用等）的增加而趋于无序，要维持系统的有序性，必须有来自于系统之外的负熵流的输入，即有来自于外界的能量补充和物质输入。

注重系统内部的设计，即系统自身熵输出的功能潜力；,注意系统外的输入能力，即可提供的能量和物质的成本意义：,提醒和指导设计者，以此理论来考虑工程设计的效益平衡，清楚系统的熵增加与系统的输入实际效益比二、生态工程设计的生态学理论（七） 耗散结构原理,80,二、生态工程设计的生态学理论,（八） 限制因子原理,生态因子中使生物的耐受性接近或达到极限，生物的生长发育、生殖、活动以及分布等受到其直接限制、甚至造成死亡的因子称为限制因子一是若能正确运用生态因子规律，可建立系统的反馈调节，使某些不希望出现的生态现象得到抑制；,二是消除控制限制因子的作用，因为限制因子的限制作用是有条件的，是相对的限制因子的作用可以通过提高或改变其他因子的强度而增强或削弱二、生态工程设计的生态学理论（八） 限制因子原理,81,二、生态工程设计的生态学理论,（九） 生态因子综合性原理,在生态工程的设计中，要充分注意生态因子对生物的综合作用，尤其是主要（或关键）因子的动态变化对其他因子的影响整体性、协调性、再生循环与高效益,二、生态工程设计的生态学理论（九） 生态因子综合性原理整体性,82,三、生态工程设计的基本流程,（一）拟定目标,生态工程的对象是自然－社会－经济复合生态系统，是由相互促进而又相互制约的三个系统组成。

生态工程设计必须强调复合生态系统的整体协调的目标，即自然生态系统是否合理，经济系统是否有利，社会系统是否有效根据当地的条件，强化某个系统的目标自然－社会－经济,三、生态工程设计的基本流程（一）拟定目标自然－社会－经济,83,三、生态工程设计的基本流程,（二） 背景调查,1.,自然资源条件,生物资源,土地资源,矿产资源,水资源,……,2.,社会经济条件,市场状况,劳动力及其知识水平,经济实力,……,3.,生态和环境条件,气候条件,土壤条件,污染状况,……,三、生态工程设计的基本流程（二） 背景调查,84,三、生态工程设计的基本流程,调查资料和数据主要包括：,外界的输入状况,系统的组成及其状态,组分之间的物质、能量和信息的流动,系统的输出以及与外界的货币、物质等因子的交换,……,三、生态工程设计的基本流程调查资料和数据主要包括：,85,三、生态工程设计的基本流程,（三） 模型分析与模拟,根据拟定的目标和收集的数据，构建合适的数学模型通过模型的运算，评价所选的模型类型和数据集是否合适，在模型和数据集合适的基础上，通过运算，找出关键组分和关键因子、系统各组分间的物质和能量的流通规律、流通率变化对系统的潜在压力和影响效应、组分的灵敏性和系统平衡及稳定能力，以及反馈作用的强度和效应等。

三、生态工程设计的基本流程（三） 模型分析与模拟,86,三、生态工程设计的基本流程,（四）工程可行性评价,生态系统模型提供了复合生态系统的静态特征和动态变化性质，是生态工程可行性分析或决策分析的基础通过可行性评价和决策分析，可以为管理部门提供在不同社会、经济和自然资源条件下，生态工程实施的多条途径或多方案的选择经济效益、生态效益和社会效益达到优化和协调，系统稳定性和存活进化的机会最大，系统恶化的风险最小三、生态工程设计的基本流程（四）工程可行性评价,87,四、湿地生态工程与水质净化,湿地是自然环境中自净能力很强的区域之一，它利用生态系统中物理、化学、生物的三重协调作用，通过过滤吸附、沉淀、植物吸收、微生物降解等来实现对水环境污染物质的高效分解与净化，达到水生环境修复的目的湿地生态系统净化水质的基本原理,四、湿地生态工程与水质净化湿地是自然环境中自净能力很强的区域,88,四、湿地生态工程与水质净化,利用天然芦苇湿地再辅以工程措施，污水经苇地处理床土层的介质渗滤，由地下流出再流入集水区来实现污水净化预处理,苇地处理床,布水工程,集排水工程,回水利用系统,……,芦苇湿地渗滤处理与利用污水工艺流程示意图（,A,）,芦苇湿地渗滤处理系统横切面图（,B,）,（一） 芦苇湿地水污染治理生态工程,四、湿地生态工程与水质净化利用天然芦苇湿地再辅以工程措施，污,89,四、湿地生态工程与水质净化,（二） 湖泊治理生态工程,——,太湖水环境的修复,太湖是我国的第三大淡水湖泊，位于长江三角洲南缘。

城市和工农业供水,发展渔业,航运,旅游,……,主要问题：,水体富营养,四、湿地生态工程与水质净化（二） 湖泊治理生态工程——太湖水,90,四、湿地生态工程与水质净化,（二） 湖泊治理生态工程,——,太湖水环境的修复,1.,底泥疏浚湖泊,底泥是太湖水生态系统的重要组成部分，是湖泊内营养物质循环的库，也是水土界面物质（物理的、化学的、生物的）交换的活跃带由于多年的积淀，底泥中富含的营养物已成为水体富营养化的重要原因，是藻类爆发的营养盐的重要来源之一据太湖水污染防治规划资料显示，底泥释放的总氮占总污染量的,18.5,％，总磷占,29.4,％，即使将外部入湖污染全部控制，仅湖内底泥释放的营养盐就足以引起藻类的爆发式生长因此，太湖污染的生态治理工程中，将底泥疏浚作为重点先行解决四、湿地生态工程与水质净化（二） 湖泊治理生态工程——太湖水,91,四、湿地生态工程与水质净化,（二） 湖泊治理生态工程,——,太湖水环境的修复,2.,种植植物，实现治理与环境美化的统一,采用生物调控法，利用水上种植技术，在以富营养化污染为主的水区水面种植粮食、蔬菜、花卉等各种适宜的绿色植物，通过根系的吸收和吸附作用，富集氮、磷等元素，降解、富集其他有害有毒物质，并以收获植物体的形式将其移出水体，从而达到净化水质的目的。

它类似于陆域植物的栽培种植，开拓了水面经济作物种植的广阔前景在收获农产品的同时，植物治理工程还能达到美化、绿化水域景观的良好效果，提高了对游客的吸引度，现已被环保、园林和旅游部门认可、采纳并予以推广四、湿地生态工程与水质净化（二） 湖泊治理生态工程——太湖水,92,四、湿地生态工程与水质净化,（二） 湖泊治理生态工程,——,太湖水环境的修复,3.,建立渔业生态工程，控制过度养殖，适度利用水体,过度放养草食性鱼类，会引起水草的消耗而使水质恶化或加剧富营养化，并影响渔业生产太湖湖湾区湖水深,1.5,～,2.0m,，水生植物丰富，水文学动力条件稳定，适宜于鱼类和水生动物繁衍和养殖在治理过程中，建立了渔业生态工程，实施网围养殖的总量控制和结构配置，减少了污染总量、提高了经济效益实现了既开发利用水体，又维护水生生态系统自身功能的目的四、湿地生态工程与水质净化（二） 湖泊治理生态工程——太湖水,93,四、湿地生态工程与水质净化,（二） 湖泊治理生态工程,——,太湖水环境的修复,4.,建立环湖湿地保护带，实现持久的生态管理,主要实施了湖岸湿地保护带和滨岸带高等水生植物恢复与调控工程湿地和水生高等植物能起到物理阻滞作用，具有促使沉积、降低沉积物的再悬浮、吸收水体和沉积物中的营养盐、改变水生生态系统网络结构和增加资源利用价值等功能。

该工程在沿湖岸水陆界面两侧分别建立起生态保护带，改善滨岸带特有的自然景观四、湿地生态工程与水质净化（二） 湖泊治理生态工程——太湖水,94,五、生态工程与农业生产环境的保护,（一） 农业环境污染现状及特点,面源污染,化肥和农药施用量的增加,地表水和地下水受到污染，人畜饮用水质量降低,土壤板结，导致易溶化学物质渗入地表水和地下水中,蔬菜、粮食、牲畜体内亚硝基含量增加,产品质量下降，危害人体健康,……,畜禽养殖业产生的大量粪便，危害包括：,恶臭气对空气的污染,有害病原微生物污染,抗菌素污染,氮磷污染,重金属污染,……,五、生态工程与农业生产环境的保护（一） 农业环境污染现状及特,95,五、生态工程与农业生产环境的保护,（一） 农业环境污染现状及特点,点源污染,乡镇企业的排污,技术起点低，工艺落后，设备简陋，原材料浪费严重,缺乏治污能力,垃圾场,直接露天堆放在农田，占用土地,垃圾露天堆放，腐烂发臭，灰尘、病虫卵随风传播,微生物和有害化学物质渗入地下，污染地下水,未经处理的垃圾施入农田，造成农田土壤肥力下降,五、生态工程与农业生产环境的保护（一） 农业环境污染现状及特,96,五、生态工程与农业生产环境的保护,（二） 沼气生态工程技术与畜禽养殖粪便处理,处理畜禽养殖业中畜禽粪便的一种有效方式（技术成熟）。

这项技术能产生多种效益，既能解决污染问题，又可产生能源以及提供有机肥料或饲料等以沼气为纽带的“四结合”生态工程模式,五、生态工程与农业生产环境的保护（二） 沼气生态工程技术与畜,97,五、生态工程与农业生产环境的保护,（三） 植被缓冲带与面源污染的控制,所谓植被缓冲带，是指在农田与邻近受纳水体之间设置的一定宽度、具有阻滞消减污染物功能的植被带它能通过自身的物理和生物地球化学特性，实现对陆地与水体之间水量、养分运动的调节建立植被缓冲带时，必须科学设计，防止沟蚀、绕流等不利情况出现植被缓冲带在控制面源污染的同时，还有改善区域环境，增加生物多样性，提高抗灾能力等功能植被缓冲带技术不仅可有效减缓农业活动对水体的污染,,,还兼具其他许多生态功能五、生态工程与农业生产环境的保护（三） 植被缓冲带与面源污染,98,,,第八章受损生态系统的修复课件,99,。