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1、第八章 受损生态系统的修复,第一节 受损生态系统的特征,一、生态系统受损的主要形式突发性受损跃变式受损渐变式受损间断式受损复合式受损一生态系统受损的主要形式,a.突变过程 b.跃变过程c.渐变过程 d.间断不连续过程,二、受损生态系统的基本特征物种多样性的变化：关键种系统结构简单化：种群特征、景观食物网破裂能量流动效率降低：光能固定降低物质循环不畅或受阻生产力下降：初级生产力其他服务功能减弱：调节气候（新疆胡杨树）系统稳定性降低,第二节 受损生态系统的修复,受损生态系统修复的优先性：首先要考虑对生态系统最基本功能的修复，然后进一步完善物种组成及结构。受损生态系统修复的定义：根据生态学原理，有目
2、的地采取某些措施，使受到损害的生态系统的结构和功能得以恢复和完善，实现生产力高、生物多样性丰富、系统趋于稳定的目的，这个过程被称之为受损生态系统的修复。,1.森林退化的原因、特点,原因：过度砍伐、毁林开荒、病虫害、旱涝灾害、矿山开采等会导致森林的退化，与森林生态系统的逆行演替相似。问题：面积锐减、森林质量下降（森林生态系统生产力下降）、森林生物多样性减少、森林生态环境功能减退（调节气候作用减弱、调节和涵养水分的作用减低、贮存生态系统营养物质的能力下降、土地沙漠化（石漠化）加剧）。,一、受损森林生态系统的修复,森林严重破坏,2.退化森林的恢复方法,次生林的恢复：封山育林，为乡土树种创造适宜的生态
3、条件，促进林地植被的顺向演替；林分改造，引种地带植被中的优势种、关键种，加速顺向演替；透光或遮光抚育，改善林地生态条件，促进演替的顺利实现；林业生态工程技术。天然林的保护：主要包括保护生态系统的生物多样性、生产力、健康和生命力、森林的功能，使森林生态系统有较高的郁闭度、较好的林分结构、较大的生产率和最大生产力、较高的水源涵养量、土壤肥力增加量和水土保持效益、较高的稳定性、抵抗力和承载力。,受损森林生态系统的修复和重建对策,天然林保护工程,效果评估：判断森林生态系统的恢复程度，可以从结构、功能和动态等方面的指标进行评判。,3.林地恢复效果评估,要综合考虑群落发育过程中的主要因子。可以适当增进人为
4、干预要求有最低数量的成分和最小面积要注意互惠共生种增加乡土物种,4.林地恢复中应注意的几个问题,二、受损草地生态系统的修复,1.草地退化的原因与机理,原因：不合理放牧是导致大尺度范围内草地退化的首要原因，盲目垦荒是导致部分草地退化和沙化的主要原因，樵采、狩猎、开矿和旅游等也是导致局部草地退化的主要原因。此外，草地雪灾（白灾）、沙尘暴（黑灾）、火灾、鼠虫害等自然灾害与人工因素的结合极易造成草地生态系统的退化。,图 草地生态系统的退化机理,高寒草原退化演替,2.草地恢复效果评估,效果评估：草地生态系统的恢复程度，可以从植被、土壤和环境等方面的特征进行评判。,图 草地生态系统恢复的评估指标,3.退化
5、草地的恢复方法,轻度退化草地：草地改良，即在认识草地发生与发展的基础上，控制草地的发展方向和速度，防止草地退化、改良已退化的草地，保持其良好的生产力。中度退化草地：草地封育，即将退化植被及其生境保护起来，禁止人为开垦、樵采、放牧等活动，并采取不同的人工辅助措施（植被培育、生物危害防止等措施），促进退化植被及生境土壤的恢复和发展。重度退化草地：人工草地建植，即以牧草（尤其是多年生牧草）为先锋植被，建植集约化人工草地，通过高效管理、利用，促进草地的恢复演替，同时缓解天然草地的载畜压力，提高天然草地的生态保育功能。,三、退化湿地生态系统的恢复,1.湿地的功能及其退化原因,湿地生态系统的功能：调节区域
6、内的水分循环及洪水、暴雨的影响；调节区域乃至全球C、N等元素的生物化学地球循环；过滤和分解污染物，改善水质；防止土壤侵蚀；提供食物、商品和旅游点；生物的栖息地及生物多样性的生境。,湿地退化的原因湿地围垦切断或改变湿地的水分循环过程淹没湿地过度砍伐、燃烧或啃食湿地植物过度开发水生生物资源废弃物的堆放排放污染物,2.湿地恢复的理论,自我设计和设计理论演替理论入侵理论河流理论洪水脉冲理论边缘效应理论中度干扰理论,3.湿地恢复的机理与方法,图 退化湿地生态系统的恢复机理,湿地恢复技术：废水处理技术，包括物理处理技术、化学处理技术、氧化塘技术；点源、非点源控制技术；土地处理（包括湿地处理）技术；沉淀物抽
7、取技术；先锋种引入技术；土壤种子库引入技术；生物技术，包括生物操纵、生物控制和生物收获等技术；种群动态调控与行为控制技术；物种保护技术等。湿地恢复方法：工程与生物措施相结合；恢复湿地供水；停止洪水干扰；利用水文过程加快恢复速率；停止从湿地抽水；控制污染物的流入；修饰湿地的地形或景观；改良湿地土壤；重建湿地生物群落；减少人类干扰；建立缓冲带以保护自然或恢复的湿地。,4.湿地恢复的合理性评价,生态合理性：恢复退化的湿地到接近于受干扰前的自然状态，即重现系统干扰前的结构和共能及有关的物理、化学和生物学特征，直到发挥其应有的功效并健康发展。社会合理性：加强湿地保护宣传力度，尽快出台湿地立法，增强公众的
8、参与意识，是社会合理性的具体体现。经济合理性：一方面指恢复项目的资金保障；另一方面指恢复后的经济效益，即遵循最小风险与效益最大原则。,5.湿地恢复的原则,可行性原则：可行性是许多计划项目实施时首先必须考虑的。湿地恢复的可行性主要包括两个方面，即环境的可行性和技术的可操作性。稀缺性和优先性原则 计划一个湿地恢复项目必须从当前最紧迫的任务出发，应该具有针对性。为充分保护区域湿地的生物多样性及湿地功能，在制定恢复计划时应全面了解区域或计划区湿地的广泛信息，了解该区域湿地的保护价值，了解它是否是高价值的保护区，是否是湿地的典型代表。美学原则 湿地具有多种功能和价值，不但表现在生态环境功能和湿地产品的用
9、途上而且具有美学、旅游和科研价值。因此在许多湿地恢复研究中，特别注重对美学的追求。美学原则主要包括最大绿色原则和健康原则，体现在湿地的清洁性、独特性、愉悦性、可观赏性等许多方面。美学是湿地价值的重要体现。,四、退化水生生态系统的恢复,1.水生生态系统退化的原因,湖泊和水库退化的主要原因：点源污染和非点源污染。具体表现在：过多的有机质等营养输入与养殖导致水体富营养化；工程措施改变水体的水文及相关的物理条件，影响水生生物的生长发育；农业、采矿、水源林破坏导致水土流失加剧，进而引起水体的沉积和淤塞；外来种的引入引起水体生物群落的退化；过度放养；酸性物质的排放导致水体酸化，进而导致水生生物群落结构简化
10、和有机质分解率下降；有毒物质污染水体。,河流退化的主要原因：筑路和建坝、疏浚、水土侵蚀、充填、河岸放牧、农业开发、工业点源污染、伐木、采矿、过度捕鱼、城市化对河流生态系统的受损和生活污水的排放。产生的影响：河流坡、坝、堤的侵蚀；河道填塞，淤泥沉积，洪水泛滥，断流；水流速度和流量下降，水资源短缺；水中溶解氧浓度下降，浑浊度加大，悬浮质数量增加，营养（N和P）富集，水质变差；水体生境质量变差，生境异质性、河流与外界的通道、生境面积及河滨河道植物均减少，水温变幅加大；水生生物种类减少，死亡率增加，初级和次级生产力下降，群落结构和功能改变，物种多样性和丰富度下降。,2.退化水生生态系统的恢复机理,图
11、水生生态系统的恢复过程,3.水生生态系统的恢复方法,控制富营养化：分流点源污染，对点源污染进行过滤，用工程方法移走水体中的营养物质；改进农业耕作方式，减少化肥、农药的施用量；减少生活用品（如洗衣粉）中的含P量。清除水体污染：采用沉淀剂净化水体，用活性炭吸附污染物质，用微生物降解水中有机质，种植各种水生植物吸附营养物质。Carpenter(1999)等根据减少磷的输入后湖泊的反应提出富营养化的湖泊可分为三类：第一类是可逆转型（减少磷的输入后湖泊可立即恢复）；第二类是滞后型（在一定时间内大量减少磷的输入才可恢复）；第三类是不可逆转型（减少磷的输入是不可能恢复的）。,受损河流生态系统的修复：建立沿岸
12、绿化带，加强植被的生态功能人工清淤控制污染源科学调控河水流量和流速加强渔业管理,受损湖泊生态系统的修复：严禁围湖造田营造林地，提高湖泊周围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加大人为调控湖泊水位的力度，尽量防止水位频繁地剧烈变化，维持湖泊的最低水位，防止湖泊的干枯对于已有大量淤积的湖泊，清淤是十分有效的修复措施。,4.水生生态系统恢复的效果评估,水生生态系统恢复效果的评估标准主要包括生态系统结构、功能和整体特征的评估。,水生生态系统恢复的评估指标,五、矿业废弃地的生态恢复,1.矿业废弃地的类型与生态影响,矿业废弃地的主要类型-剥离表土堆积而成的排土场废弃地；-开采低品位
13、矿石堆积形成的废石堆废弃地；-矿体采完后留下的采空区和塌陷区而形成的采矿坑废弃地；尾矿堆积形成的尾矿废弃地；-采矿作业、机械设备、辅助建筑物和道路等占用后废弃的土地；-受采矿影响而无法利用开发的土地。,矿业废弃地退化的生态影响-破坏和占用大量土地资源，加剧人-地矛盾；-重金属污染、极端pH和有害的选矿料等通过大气和水体等途径广为扩散，严重污染矿山周边地区；-作物质量下降、严重减产甚至绝收；-重金属或煤渣污染直接或间接通过食物链最终影响人体健康；-未经处理的废石堆和尾堆矿，因其结构不稳定极易导致严重的水土流失；-引起库塘淤积、河床抬高、农田被毁、环境污染扩大，并可能导致一系列地质灾害。,塌方,滑
14、坡,废料堆积,2.矿业废弃地生态恢复的定义与目标,定义：矿业废弃地的生态恢复，又称生态重建或土地复垦。是指对采矿区引发的结构缺损、功能失调的极度退化的生态系统，借助人工支持和诱导，对其组成、结构和功能进行超前性的计划、规划、安排和调控，同时对逐渐逼近最终目标这一逆向演替过程中可能出现的各种问题，进行跟踪评估并匹配相应的技术经济措施，最终重建一个符合代际（间）需求和价值的可持续的生态系统。,目标-环境污染控制，降低危害程度；-改善景观，增加环境价值；-改造为农林用地，创造经济效益；-改造为旅游修闲用地；-发展工业生产；-开发房地产业；-保护种质资源，维系生物多样性；-生态系统复原，建立自维持的生
15、态系统。,3.矿业废弃地生态恢复的过程与措施,生态恢复的过程,主要修复方法：尾矿的综合利用：从废弃物中进一步回收有价元素作为二次资源制取新形态物质用作井下采矿空区的填充材料污染土壤的修复：挖去污染土壤；土壤的化学改良植被修复：选择树种微生物修复：选择合适的微生物矿区废弃地综合修复（下图）,生态恢复的措施-尾矿的处理：地面堆存；地下填充；再利用；作为建材；湖底、海底和河流排放。废弃物的资源化：物理处理；化学处理和生物处理。废弃物酸化的控制：物理隔离；人工中和；植被作用；其他措施（磷酸盐、净化剂与杀菌剂、湿地）。基质改良：表土转换（表土的剥离、保存和复原）；污水污泥与生活垃圾的应用；填土造田；生物
16、改良；灌溉与施肥。物种选择：豆科植物的应用；经济植物的选择与搭配。土壤种子库：土壤种子库的保存；土壤种子库的活化。,护坡,复垦,种植作物,种植观赏植物,4.矿业废弃地生态恢复的效果评估,图 矿业废弃地生态恢复的评估指标,六、退化海岛生态系统的恢复,1.海岛退化的原因影响海岛退化的干扰很多，大致可分为毁林、引种不当和自然干扰三类。,1.海岛退化的原因Lugo(1988)根据干扰对海岛能量流动的影响程度将海岛的干扰现象分为五类。第一类干扰是其能量被海岛利用前能改变海岛能量的性质及量，例如厄尔尼诺现象导致的干旱或强降水。第二类是海岛自身的生物地球化学途径，例如地震导致的变化。第三类是能改变海岛生态系
17、统的结构但不改变其基本能量特征，例如飓风的影响，这些干扰过后较易恢复。第四类是改变海岛与大气或海洋间的正常物质交换率，例如大气压改变后影响季风的活动。第五类是破坏消费者系统的事件，例如人类战争对海岛的影响。,2.海岛恢复的利益与过程 海岛恢复的短期利益包括重建生产、生活、生态系统，保护稀有种，避免物种的消失。恢复的长期利益包括重建海岛的生物群落，再现海岛生态系统的营养循环，恢复海岛的进化过程。下表为海岛的功能分类。,3.海岛恢复中的注意事项 在恢复被外来种占据的海岛的乡土种时，种的生活史特征研究非常重要，因为海岛上的引进种缺乏植物、动物和微生物间的协同进化，很难成活；恢复和维持退化海岛的水分循
18、环与平衡过程较大陆退化生态系统更重要；引种不当时，新人侵的外来种由于缺乏病虫害和捕食者，会很容易地控制全岛，形成生态灾难。出于隔离性，海岛的遗传多样性一般较少，恢复时可尽量增加海岛物种的遗传多样性，以增加海岛生物抗逆性的潜力；严格控制动物引进。防止动物失控；如果可能的话，尽量选择附近无人干扰的岛屿作参考，而且最好是将这些无人干扰的海岛设立为自然保护区。此外，最关键的是要选择好话生的关因种，因为关键种数量大，控制了群落的能流，会改变整个海岛生态系统的结构、功能和动态，是组成新的生境的重要成分，而且会修饰现存的生境。,七、垃圾填埋场的生态恢复,1.垃圾填埋场的生态环境问题垃圾填埋场在其漫长的稳定化
19、过程中产生大量的填埋气体及垃圾渗滤液，能在几十年甚至上百年内持续地对附近的公众健康构成威胁。垃圾填埋场还对周边地区的生态环境造成广泛的负面影响，包括导致空气污染和温室效应、释放难闻的气味、破坏周围的自然植被和庄稼、污染地表水和地下水，以及填埋场本身的沉降或引发火灾或爆炸等等。此外，垃圾填埋场通常还占用大面积的土地而且在良好的植被重建和生态恢复完成之前会对当地的自然景观造成很大的破坏。为减少运输费用，垃圾填埋场常常选址在离收集垃圾的城市不远的地方，未来当市区向四周扩张时，这些垃圾填埋场常常被新建的城区所包围，从而给有关城市的发展带来更多的问题。,垃圾场与水厂仅一墙之隔，成堆的垃圾覆盖了水厂电缆长廊,由于没有垃圾转运站，一些村民就把垃圾堆到闽江边上,2.影响植物在垃圾填埋场上定居和生长的主要因素填埋气体填埋气体各组分对植物的影响甲烷二氧化碳其他气体成分垃圾填埋场上的植被覆盖与填埋气体之间的关系垃圾渗滤液其它因素,3.植被重建最终开发用途的选择最终覆盖层及其基质改良耐性树种的选择：衡量一个植物种是否适合用于垃圾填埋场的植被重建的两个基本原则是：能够忍耐填埋气体或垃圾渗滤液的污染；对干旱具有较强的抗性。垃圾渗滤液的灌溉：两种结果填埋气体和垃圾渗滤液抽排系统的建造种植植物,
