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1、第五章 生态系统服务,一、定义由自然生态系统的生境、物种、生物学状态、性质和生态过程所产生的物质及其所维持的良好生活环境对人类的服务性能。Ecosystem service通常所指生态系统服务为生态系统的生命支持功能，不包括生态系统功能和生态系统提供的产品。生态系统功能是构建生物有机体生理功能的过程，是生态系统提供产品和服务的基础。产品在市场上可以货币的形式表现，而服务是无法买卖的，但是具有重要价值。有人主张把产品和服务统称为生态系统服务。生态系统服务的项目包括：气体调节气候调节干扰调节,第一节 定义与研究进展,水调节水供应控制侵蚀和保持沉积物土壤形成养分循环废物处理传粉生物防治避难所食物生产
2、原材料基因资源休闲娱乐文化 等,生态系统服务是1974年由Holdren和Ehrlich提出的。以Daily主编的生态系统服务：人类社会对自然生态系统的依赖性为标志，近年来兴起了一个生态系统服务研究的热潮。二、自然生态系统服务的基本原则（1）服务性能是客观存在的。不依赖于评价的主体。（2）服务性能和生态过程密切结合。（3）自然是生产服务性功益的源泉，自然在进化中产生了许多功益性能，并维护它的这种性能。（4）自然生态系统是多种性能的转换器。自然生态系统中生命的消亡形式是其中物质和能量转入其他生物体内或进入土壤，正是由于这样的来回转运使地球成为一个整体，生态系统是其中的转换器。,一、生产生态系统的
3、初级生产和次级生产为人类提供了几乎全部食品、工农业生产原料。二、生物多样性维护三、传粉和传播植物种子四、生物防治五、保护和改善环境质量六、土壤形成及其改良七、减缓干旱和洪涝灾害八、净化空气和调节气候九、休闲、娱乐十、文化、艺术修养生态美的感受,第二节 生态系统服务的主要内容（内涵）,在经济学中的含义，商品计入国民生产总值（GNP）中的价值为市场价格和商品数量的乘积。即 价值pq为图中pbqc的面积。图中，qbc为成本，pbc为纯租金，abp为消费者盈余。,第二节 生态系统服务的价值评估,数 量,a,b,c,q,p,需求,价格,供给,消费者盈余,纯租金,一种市场商品的供应需求曲线：,对于生态系统
4、服务，是没有成本的，即pbqc均为纯租金。,数 量,a,b,q,c,p,供给,需求,纯租金,价格,Costanza（1997）提出评估全球各类生态系统服务总价值的方法。直接或间接地估计人类对生态系统的支付意愿。包括，生态系统服务向产品支付一定价值，提供非市场性的美学价值、存在价值和保护价值。,因此，可以按照以下方法来估计生态系统服务的价值：（1）估算消费者盈余之和（或称生产盈余）。（2）估算纯租金（或称生产者盈余）。（3）价值乘以数量，得到生态系统服务的单价。（4）单价乘以每类生态系统的面积，得到该类生态系统的价值。（5）求各类生态系统价值的总和，算出全球生态系统服务的总价值。按照1994年的
5、价格，全球生态系统服务的总价值为33万亿美元。其他评估方法：1市场价格法对一些可以进行市场贸易的生态系统服务的评估。如，野生动物、植物产品和生境区旅游服务等。,可以采取的方法有：(1)市场价值法，以生态系统提供的商品价值为依据进行估算。(2)费用支出法：用于评价环境或生态系统的服务价值。用人为某环境效益的支出费用表示该效益的经济价值。(3)总支出法：以游客的总支出费用来估算。(4)区内支出法：以游览区内的支出费用估算。(5)部分费用法：以旅游区的部分费用估算，一般采用交通费、门票费、餐饮费、住宿费等四项费用计算。2替代花费法生态系统的某项服务，用人工技术替代需要的费用来估算。但生态系统的有些服
6、务是无法用人工替代的。,一、生态系统服务的内容很多，许多服务是无法替代的。如果这些服务失去，需要利用很大的精力去处理，许多方面是现代技术无法办到的。二、评估反映了生态系统自然资本的价值，将有利于为一个国家、地区的决策者们在政策、法规等的制定中提供背景值。三、在建设项目的评估中有意义。建设项目的公益性要和形成的生态系统服务价值的损失进行比较。关于生态系统服务的研究是一个正在探索中的问题，有许多基础工作和补充性工作急待完成。如，荒漠生态系统、冻原、城市生态系统服务的研究和价值的评估。,第四节 生态系统服务估价的意义,已有的许多研究成果实际大多是探索性的，存在很大的局限性。如：（1）服务项目考虑是否
7、全面；（2）在评估中一般是带有主观性的，缺乏公正性和可持续性。（3）由局部推断总体会带来较大误差。（4）评估中选择的样本只是一个瞬时状态（快照，snap shot）,以其代表一个动态的系统显然是不够准确的。,第六章 人类对自然生态系统的干扰与生态恢复,一、干扰及其定义1定义关于干扰（disturbance）的定义很多，原因在于难于把干扰从正常的环境变化中区分出来，难于把原因和结果相对地区分。此外，许多词与干扰在词义上是相近的，如扰动（perturbation）、胁迫（stress）。从生态因子的角度考虑，干扰的定义是：群落外部不连续存在的、间断发生的因子的突然作用或连续存在的因子超过“正常”范
8、围的波动，这种作用或波动能引起有机体、种群、群落发生全部或部分明显变化，使其结构和功能受到损害或发生变化。2干扰的特性干扰的特性可以体现在干扰强度、作用频率、干扰范围、时间等方面。它们在某一时间过程的总和称干扰体（disturbance regime）,第一节 干扰与干扰生态学,（1）干扰范围干扰作用的空间范围的分布特点。（2）频率和周期同一空间范围内或同一组织水平内，单位时间某一干扰发生的次数即干扰的频率。频率的倒数即周期。（3）干扰强度干扰发生时，所表现出的能力值。不同干扰的衡量单位不同，常相对地区分为轻度、中度、和重度干扰等不同等级。（4）时间尺度干扰发生的具体时刻和持续的时间跨度。干扰
9、发生的时间、时间跨度对干扰效果的影响很大。3干扰的类型按照干扰的动因：自然干扰、人为干扰。按照干扰的来源划分：内源干扰、外源干扰。按照干扰的性质：破坏性干扰、增益性干扰。,二、人为干扰的主要形式（1）砍伐和开垦（2）污染（3）采集（4）樵采（5）狩猎和捕捞三、干扰的生态学意义干扰无时不有，无处不在，对生命的每个层次都有重要影响。干扰具有破坏性和增益性双重意义。其积极的生态学意义表现在：（1）促进生态系统的演化可以提高生态系统的空间异质性降低某种群的优势度，改变系统的物种组成及结构，增加系统的多样性。（2）有利于维持生态系统的稳定和平衡干扰使生态系统处于一种明显的动态之中，动态变化中的生物群落耐
10、受环境变化的能力是较强的，受干扰影响后的恢复能力也强。,在干扰的影响下，生态系统中的物种能承受较高的死亡率。（3）调节系统内部的生态关系干扰作用下，生态系统内部物种之间的生态关系会发生变化。四、干扰生态学研究各类干扰对生命系统作用规律的科学。任务：通过对干扰类型、方式、强度、频率、时间等特性的研究，揭示不同干扰对生物个体、群体、群落和生态系统的作用方式、机制、及其退化的影响和原因。研究内容：,一、定义三个概念：健康生态系统 health ecosystem、退化生态系统 degraded ecosystem、受损或受害生态系统 damaged ecosystem。在一定时空背景下，生态系统受自
11、然和人为因素或两者的共同干扰，使系统的某些要素或系统整体发生不利于生物和人类生存要求的量变和质变，系统的结构和功能发生与其原有的平衡状态或进化方向相反的位移（displacement），称生态系统退化。自然干扰和人为干扰是生态系统退化的两大动因。人为干扰叠加在自然干扰之上，往往加速了生态系统的退化。干扰的类型、强度和频度在很大程度上决定着生态系统退化的程度和方向。,第二节 退化生态系统的类型及成因,自然干扰总使生态系统返回到其早期状态。人为干扰可以使生态系统演化的方向和过程发生变化。二、退化生态系统的类型余作岳的分法：裸地、森林采伐迹地、弃耕地、采矿废弃地、垃圾堆放场、沙漠化地。根据生态系统层
12、次和尺度分为：局部退化生态系统、中尺度退化生态系统、全球退化生态系统。常用的分法：裸地、森林采伐迹地、弃耕地、沙漠及荒漠化土地、采矿废弃地、垃圾堆放场、污染土域。三、退化生态系统的特征（1）物种组成发生变化。（2）植物群落结构发生变化。（3）系统生产力发生变化。（4）土壤和小环境（特别是群落环境）发生变化。（5）物种内、间的生态关系发生变化。,四、中国生态系统退化现状（见教材）五、中国的脆弱生态系统自身稳定性差、对外界干扰的抵抗力弱是脆弱生态系统的重要特点。在干扰的作用下，脆弱生态系统极易成为退化生态系统。脆弱生态系统的内涵：（1）正常功能一旦被打乱，系统常发生不可逆转的变化而失去恢复能力。（
13、2）其变化常会影响一个地区近期和未来的生产结构和生活方式。（3）退化后难以恢复。形成原因：自然因素：地质、地貌、生物群落、气候等较为特殊的地区可以是脆弱生态系统容易形成的地区。,人为因素：人为垦殖、过度放牧、樵采采集、不合理灌溉、矿山开发、工农业污染等。中国脆弱生态系统的分布状况：分布范围广、面积大。1999年赵跃龙的统计，194万km2，超过国土面积的1/5。在不同地区，脆弱生态系统的成因和特点不同。北方半干旱半湿润区，土壤风蚀沙化、盐渍化、水土流失、频发的自然灾害是导致脆弱生态系统形成的主要因素。西北干旱区，则主要由干旱缺水、风沙、土壤盐碱化。华北平原区，冬春干旱、盐碱内涝、风沙、自然灾害
14、。南方丘陵区，水土流失。西南石灰岩山地，土层薄、肥力低、保水性能差。西南山地和青藏高原区，气候条件特殊。,一、恢复生态学（restoration ecology）（一）概念受损生态系统的恢复与重建，称恢复生态学。（二）研究进展恢复生态学是在由于人为活动导致大规模自然生态系统受损或破坏的背景下兴起的。最早的工作是20世纪20年代关于采矿和地下水开采造成的受损环境的生态恢复。之后，许多重要的国际组织和计划将恢复生态学列为其重要或中心的研究课题。中国七五和八五期间开始做了大量的有关研究工作。建立北方草地主要类型优化生态模式研究、内蒙古草原草地退化原因、过程、防治途径及优化模式、沙漠化机理研究是其中较
15、大的课题。,第三节 恢复生态学及其基本理论,生态系统的恢复与重建是一个远没有解决的问题。在理论和应用技术上极不成熟，其中，重要的难点在于：（1）生态系统恢复的不可确定性。（2）生态系统恢复要求综合考虑生态、经济和社会因素，但对时间、空间上存在异质性的生态系统，很难恢复到理想状态，有持续干扰时更是如此。（3）由于生态系统的复杂性，对生态系统退化程度和干扰因子很难概括出一些容易测定、又能反映实质的具体指标。（4）生态系统恢复和群落的自然演替是一个动态过程，在研究实践中，对两者的区分常常是很困难的。（5）生态系统恢复的时间需要多长，需要可重复的、长期试验及观测，短时间的研究不能回答这样的问题。（6）
16、生态系统恢复的机理还不清楚，尤其是重新引进当地消失的物种的作用还很难判断。,与恢复生态学有关的几个重要概念：生态恢复、重建、改良、改进、修补、更新、再植。二、恢复生态学的基本理论1自我与人为设计理论自我设计：在时间充足时，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。人为设计：2生态学理论在生态恢复中，应用最多的是生态学理论。如，限制因子理论、能量流动的热力学定律、种群的密度制约、种群的分布格局、生态适应性等。,3生态恢复理论（1）生态恢复的原则地域性原则，生态恢复要考虑当地的气候、地貌、水温等条件。生态学与系统学原则最小风险与效益最大原则（2）生态恢复的机理退化生态系统恢
17、复与重建的本质在于依据生态学原理：通过生物、生态、工程技术手段改变或消除引起退化的主导因子或过程。调整、配置和优化系统内部及其与外界物质、能量、信息的流动过程、时空秩序。使生态系统结构、功能和生态学潜力或功能恢复或提高。（3）生态恢复的标准生态恢复和重建是否成功的判断，是恢复生态学中重要的理论和实践问题。,Cairns（1977）认为，成功的生态恢复至少是被社会和公众感受到的，并确认是被恢复到了可利用的程度，恢复到初始的结构和功能条件。Bradsaw（1987）提出判断生态恢复的五个标准为：（1）可持续性。有自然更新能力。（2）不可入侵性。能抵制外来生物的入侵。（3）生产力。适合的生产力是群落
18、稳定、健康、成熟的标志。（4）营养保持力。营养物质在群落内部的保持是群落内物质良性循环的标志。（5）物种间的相互作用。适合的、正常的生物间关系是生物群落整体功能完善的表现。,第七章 环境污染与生态环境,一、污染物与毒物1污染物 pollutant定义：进入环境后直接或间接危害人类的物质。或，进入环境后使环境的正常组成发生变化，直接或间接有害于人类的物质。一般的定义：进入环境后使还宁的正常组成和性质发生改变，直接或间接有害于生物和人类的物质。环境污染物指由于人类活动进入环境，使环境正常组成和性质发生改变，直接或间接有害于生物和人类的物质。污染物的作用对象是人类和生物。2毒物 toxicant对有
19、机体有毒害作用的物质。涉及范围更大，环境污染物属于毒物。外来化合物（xenobiotics），非有机体合成或形成的化合物。包括环境污染物。,第一节 环境污染物与毒物,毒物的危害性有相对意义，视环境状况、有机体状况、物质剂量而不同，明显的例子是很多物质在剂量适中时是有益的，剂量大时是有害。毒物的分类：污染物的分类：中国大百科全书的分法：（一）来源分为自然来源和人为来源的污染物。（二）接受污染物的环境要素分为大气、水体、土壤污染物。,（三）污染物的形态分为气体、固体、液体污染物。（四）污染物的性质分为化学、物理、生物污染物。其中，化学污染物包括有机和无机污染物；物理污染物包括噪声、微波辐射、放射性
20、污染物等；生物污染物有病原体、变应原污染物等。（五）污染物在环境中的物理、化学性状的变化分为一次污染物、二次污染物。此外，强调某些物质对人体的渡海作用划分出，致畸物、致突变物、致癌物、可吸入颗粒、恶臭物质等。,二、主要的环境污染物及其毒理学效应（一）重金属D区元素，除钪Se外，全为重金属，密度大，熔点、沸点高，强度大。1汞汞在生态系统中的储库为岩石、土壤、大气、水。正常情况下，其循环方式为，汞污染主要表现为大气、土壤和水体中的浓度的异常升高。环境中汞污染咯来源于：含汞金属矿物的冶炼，以汞为原料的工业生产的废气排放，施用含汞的农药、肥料、污水灌溉，含汞废水的排放（氯碱工业，汞电池）。汞的毒理学效
21、应：进入环境的汞有无机汞和有机汞。无机汞包括单质汞和汞盐（HgCl2、HgS）,有机汞有：烷基汞（RHg），如CH3Hg。芳基汞（ArHg），Ar为苯环。烷氧基烷基汞（RORHg）。无机汞中，HgCl2为剧毒物质，有些无机汞化合物难于被生物吸收，对生物不构成危害。但汞与人体内的巯基（SH）有强亲和力，与含巯基的蛋白质结合使其失去活性而危害人体健康。有机汞中，危害最大的是甲基汞，环境中的汞，特别是水体底泥中的汞，无论何种形态，在微生物的作用下，可转变为甲基汞或二甲基汞，这称为汞的生物甲基化作用。甲基汞脂溶性，有较高的神经毒性，在人体的消化道内，形成氯化甲基汞被吸收。汞污染最著名的例子是日本的水俣
22、病。2镉在社会中，镉主要用于电镀、汽车、航空、化工、电器制造、印刷等行业。镉污染可以源于矿石开采、冶金、化石燃料的燃烧等活动。,镉的毒理学作用：慢性镉中毒是镉在人体内的蓄积引起的，主要对肺和肾造成伤害，机理在于与一些蛋白质（酶）结合而影响其生物活性。镉中毒时，可影响VD3的活性导致骨质疏松。日本的骨痛病：患者大多为老年妇女，主要的临床症状是，腰痛，下肢肌肉痛，骨节痛，易骨折，骨骼变形。急性镉中毒可引起呕吐、肠胃痉挛、腹泻等，严重时引起肝肾综合症而死亡。镉引起温血动物、人染色体畸变，干扰铁代谢，引起贫血。（二）大气污染物大气污染（atmospheric pollution）大气污染物或由它转变成
23、的二次污染物的含量远远超过正常本底含量，对人体和生物体产生不良影响的大气状况。大气污染的类型：物理性质：气态污染物颗粒污染物,化学性质：含硫化合物、含氮化合物、碳氢化合物、碳氧化合物、卤素化合物、颗粒物质、放射性物质。大气污染的来源：工业企业、生活炉灶、采暖锅炉、交通工具。火山爆发、森林大火。重要的大气污染物：SO2、NH3、N2O。（三）农药的毒理学作用三、影响污染物毒性作用的主要因素（一）环境因素1温度可以改变生物的生理状况从而改变对毒性的抗性，及改变毒性活性。2湿度改变生物对毒物的吸收。3大范围气压变化改变毒物的浓度。,4生物的生理状况对毒物的活性有重要影响。（二）污染物间的相互作用多种
24、物质共同或先后作用的效果与单种物质单独作用的效果不同。在现实环境中，单种污染物对生物孤立作用的情况是少见的，大多数情况下，是多种污染物对生物体产生复合污染，联合作用。联合作用的类型：1独立作用 independent effect 或independent joint action彼此互不影响。但往往是一种物质作用后，使机体抵抗力下降，另一种物质的作用增强。可以如下公式表示：M=M1+M2（1M1）或 M=1（1M1）（1M2）其中，M为总死亡率；M1、M2为第一、二种物质分别单独作用的死亡率。,2相加作用（additive effect）总作用为单独作用之和。即 MM1M23协同作用（syn
25、ergistic effect）总作用大于单独作用之和。即 MM1M24拮抗作用联合作用毒性减弱。即 M金属铅硫化铅（与毒性大小一致）,（2）挥发性易挥发物常通过呼吸道起到毒性作用。（3）分散度颗粒越小，越易被吸收。2化学结构毒物的化学结构决定其能够参与或干扰的生物体的生化过程，从而影响其毒性。QSAR法（定量结构与活性关系法）quantitative structure activity relationship3个体因素生物的种属、品系、个体年龄、发育、性别、遗传因素，健康状况有影响。,一、在生物体内的吸收、分布、排泄1 吸收 absorption污染物可经由生物（动物）胃肠道、呼吸道和皮
26、肤被吸收进入生物体内。吸收的方式可以是被动的简单扩散，或与营养物竞争而被主动吸收。取决于污染物的性质、生物体机能状况。2 分布 distribution被吸收的污染物经体液循环而分布至全身。污染物在身体内分布不均匀。与生物膜的选择透性特征、污染物性质，如水溶性、脂溶性、荷电性有关。3排泄 excretion排泄指代谢终产物、化学物质排出体外的过程。有毒物质可以其本身结构、代谢产物或结合物等形式排出。,第二节 环境污染物在生态环境中的迁移转化,排出的途径包括：尿、唾液、汗液、泪液、消化道分泌物、呼吸道等。肾脏排尿是最重要的排泄途径。肝对有毒物质的解毒作用是最强的。二、污染物在生物体内的转化称污染
27、物的生物转化（biotransformation），或称生物代谢转化（metabolic transformation）。经转化，有毒可以变无毒，称生物灭活（biodetoxication）；或无毒变有毒，称生物活化作用（bioactivation）、生物增毒作用（toxication）。污染物在生物体内的转化过程一般由降解和结合两步反应组成。1降解降解的方式可以是氧化、还原、水解。（1）氧化反应由微粒体中的氧化酶催化完成，该酶是位于内质网膜上的一组酶，可以对污染物进行脂肪族羟化、芳香族羟化、环氧化、氧化脱氨、N脱烷基、N羟化、金属烷脱烷基、S氧化等反应。,在微粒体外，如肝组织胞液、血浆、线粒
28、体中，有催化外来物质氧化的酶。如醇脱氢酶、醛脱氢酶、过氧化氢酶等。（2）还原反应（3）水解反应二、结合反应污染物经降解的代谢产物可与体内某些化合物、基团产生生物合成反应。污染物在生物体内可以直接被结合，或先降解再结合，经过转化的污染物一般会增加水溶性、降低脂溶性，并在一定程度上失活，降低毒性，而排出体外。三、污染物在食物链中的传递与放大生物富集作用富集系数重金属农药多氯联苯,一、环境污染物的毒作用和毒性1污染物的毒作用有机体从接触污染物到产生毒效应可分为三个阶段：（1）暴露相（exposure phase）在此阶段内，机体接触毒物的途径，有效浓度和剂量，将决定吸收的有效性。（2）毒物动力相（t
29、oxicokinetic phase）进入机体的毒物，在体内的迁移、分布、代谢、排泄过程。在此过程中，毒物及代谢产物将影响有机体，有机体也将影响毒物。（3）毒效相（toxic effect phase）毒物或其代谢产物与作用部位分子相互作用，产生一系列化学或生物物理改变，导致可观察的毒效应。毒物进入机体，一般只对相应的靶器官（target organ）产生效应，在不同器官毒物的积累量不同。,第三节 环境污染物的毒理学评价,2毒物的剂量与毒性（1）毒性 toxicity毒物对有机体造成伤害的能力称毒性。毒物毒性的大小取决于毒物性质、剂量、有机体的生理状况等。（2）剂量 dose一般指给予生物体的
30、毒物的数量或生物体接触的毒物的数量。以相当于单位体重的数量表示，如mg/kg、cm3/kg，经呼吸道吸入的毒物以mg/m3、mg/dm3。以单位体表面积的毒物接触数量表示，即mg/m2。常用的剂量指标：致死剂量（LD）、半数致死剂量（LD50）、绝对致死剂量（LD100）最大致死剂量最小作用剂量（浓度）效应剂量（浓度）,二、环境污染物毒性评价方法1一般毒性评价通过观察或试验对毒物的急性毒性和蓄积毒性、慢性和亚慢性毒性给出评价。急性毒性可分为五级：剧毒、高毒、中等毒、低毒、微毒。以LD50为指标。2特殊毒性评价毒物在遗传或一些特殊病形成中的毒性作用评价。如致突变、致癌等。一般有相应的特殊方法进行
31、评价。如，细菌回复突变试验：利用微生物进行体外基因突变检测。原理是，利用一种突变型微生物菌株，与被检测的化学物质接触，如该化学物有致突变性，则可以使突变型微生物发生回复突变，重新成为野生型微生物。,染色体畸变分析法：属于体外基因突变试验。以试验的方法观察在致突变物的作用下生物染色体结构、数目发生的变化。微核试验：属于体外基因突变试验。外源物质可以导致生物细胞染色体的断裂，形成断裂碎片，并不能进入、整合到子细胞的核上，形成微核。污染物与微核率有较好的剂量效应关系。可以用测定微核率的方法监测污染物对生物DNA的损伤作用。显性致死突变试验：属于体内基因突变试验。哺乳动物生殖细胞发生突变时，可以使两性
32、生殖细胞不能结合、受精卵着床前死亡、胚胎早期死亡。利用检查活胎数、早期胚胎死亡率、晚期胚胎死亡率等获得。,三、污染物的毒理学安全评价程序评价包括7个方面：急性毒性试验，亚急性毒性试验，慢性毒性试验，致畸、致癌、致突变试验，中性作用机理及动物体内代谢的研究，生产和使用现场劳动卫生学与人群流行病调查，确定农药的急性毒性分级标准。,一、生态监测的概念和理论依据1概念生态监测和生物监测利用生命系统的各个层次作为指标来反映环境质量，称生态监测。2理论依据生命与环境具有统一性和协同进化的特征。生物适应具有相对性。环境污染物的生物富集。生态结果的可比性。二、生态环境影响评价的程序和方法1评价程序目的是定量地
33、评价人类活动对生态、环境的影响。对于复合生态系统，这样的评价是较难的。,第四节 生态监测与生态环境影响评价,基本程序：（1）影响识别，（2）现状调查与评价，（3）影响预测与评价，（4）减缓措施和替代方案。工作流程：P228 图712评价方法在评价中涉及到的方法包括：生态图法列表清单法生态机理分析法类比法综合指数法系统分析法生产力评价法生物多样性的定量评价景观生态学方法,三、生态风险评价（评估）是环境影响评价的一种有用方法。可以针对已有的效果或针对未来可能的结果。（一）评价（评估）的程序（步骤）（1）了解环境特征和污染源情况，判断是否需要评价。（2）选定评价的终点，进行暴露评价和效应评价。（3）
34、风险表征和评价风险产生的可能性与影响程度。（4）提供管理和开发依据。或（1）问题的形成，选择评估结点（endpoint，指风险源引起的非愿望效应），结点可以是一个或几个，结点的选择应该满足的条件有，受社会关注，有生物学重要性，实际测定的可行性。（2）分析过程，确定分析方法，收集数据，主要针对两方面，风险源和生态效应。（3）风险特征化，包括总结对风险源评估的结果，对风险定量化，评估的不确定性。考虑已有研究，为风险管理提供建议。,（4）风险管理,危险性的界定,环境特征,污染源,终点选择,风险表征,风险管理,暴露评价,效应评价,（二）评价方法1建模可以建立的模型包括，物理模型、统计学模型、数学模型。
35、2模型的证实3不确定性的定量分析不确定性是生态风险评价的主要特点。原因在于：（1）自然界固有的随机性，（2）现有知识的不完整性，（3）评估过程的误差。关于原因（2），是无法定量分析的。因此，分析主要针对原因（1）和（3），即随机误差和评估误差。有一些数学方法可以对它们进行定量的分析。如，敏感性分析（sensitivity analysis），反应表面分析（response surface analysis），误差分析（error uncertainty analysis），Mont Carlo法等。,关于模型的检验方法：（1）以实测数据检验模型，大多数情况下是行不通的。（2）可行的方法是利用其
36、他可替代模型处理数据，比较它们相互之间的评估结果，以检验模型的好坏。,第八章 受损生态系统的修复,一、生态系统受损的主要形式在干扰下，结构和功能发生了位移的生态系统称受损生态系统。进展演替、逆向演替。主要形式：突发性受损 跃变式受损 渐变式受损 间断式受损 复合性受损二、受损生态系统的基本特征总体上表现为系统结构、组分、功能的变化。可以表现为系统的稳定性减弱、生产力降低、服务功能弱化等。,第一节 受损生态系统的特征,可有八个方面的特征：（1）物种多样性发生变化（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）服务功能减弱（8）系统稳定性降低
37、,与此相关的几个术语：恢复 restoration 改建 rehabilitation 重建 enhancement 恶化 degradation相互关系：,第二节 受损生态系统的修复,初始状态,现状态,改建,恢复,重建,恶化,修复的基本原则：根据生态学规律，有目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、完善，实现生产力高、生物多样性丰富、系统趋于稳定的目的。在生态系统的修复中，采取那种措施（恢复、改建或重建），视生态系统的受损程度而不同。一、受损森林生态系统的修复1受损原因和特点受损原因：虫害、干旱、洪涝、地震等自然灾害。人类活动。受损后：生产力减低，生物多样性减少，调节气候
38、、涵养水源、保育土壤、储存营养元素等功能明显减退。2修复受损严重时，先用工程技术措施修复土地基质等条件，再考虑生物群落的修复。常用的修复方法：林分改造、透光抚育、遮光抚育、林业生态工程技术。,林业生态工程的设计有四个方面：（1）区域总体方案设计（2）时空结构设计（3）食物链设计（4）特殊生态工程设计3应注意的几个问题（1）考虑当地群落发育的主要影响因子。（2）充分利用残存的次生林、风水林、自然保护区、未采伐缀块。（3）一步到位或两步到位。（4）考虑修复后的生物群落中的互惠共生种之间的关系。二、受损草地生态系统的修复1受损原因和特点受损原因：放牧，开荒，割草等。干旱、其他自然灾害。特点：草地受损
39、后，一般会导致荒漠化发生，包括植被、动物、微生物和土壤等方面的协同变化。,2受损草地生态系统的评估（1）主要评价标准受损的阈值：当仅含有当地顶级群落种类数的2650、表土损失、生产力下降1050时，认为是受损后需要修复的。（2）生态指标可以从以下方面衡量：地面反射率土壤侵蚀率盐碱化率群落的种类组成关键种个体数量、生物量营养质量人类干扰程度土壤有机质含量地下水位变化家畜产量 等,3修复方法与技术围栏养护，轮草轮牧。重建人工草地。合理的牲畜育肥生产模式。三、受损河流生态系统的修复1受损原因及影响（1）原因水利工程、水资源的过度利用、各种污染。（2）影响建设大坝可以改变下泄水流量，影响河岸侵蚀，改变
40、河岸生境。改变流速，使水温相对恒定。下游泥沙减少。分水工程的建设可破坏浅滩和水塘生境，使河道断面生境单一化。农业活动（如将河岸和河流阶地开垦为耕地）可破坏原有生境，农药和化肥会污染水质。城市化对河流生态系统也会产生影响，改变流经城市河段的生境。城市用水量和生活污水排放同样影响河流生态系统。,2修复建立河岸绿化带，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。四、受损湖泊生态系统的修复1受损原因环境污染、水利建设、过度放养、富营养化、外来种入侵。2修复严禁围湖造田、营造林地、人工调控湖泊水位、防止干枯、清淤、防止富营养化。五、矿区废弃地的修复矿产开采中垃圾、尾矿
41、、废渣形成的破坏，露天开采的破坏。修复：尾矿的综合利用、治理污染土壤、恢复植被、以微生物消除污染、综合的方法。,一、生态工程的内涵1定义：应用生态系统中物种共生和物质循环再生原理，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。目标是经济效益、生态效益同步发展。2生态工程设计的生态学理论依据物种共生原理 生态位原理食物链原理 物种多样性原理物种耐性原理 景观生态学原理耗散结构 生态因子的综合性原理,第三节 生态工程与修复技术,二、生态工程的设计与应用1设计步骤（1）拟定目标（2）背景调查（3）模型分析与模拟（4）可行性评价2技术路线（1）建立互利共生网
42、络（2）延长食物链3生态工程设计的应用实例（1）太湖渔业生态工程疏浚，水面种植植物，合理放养，环湖湿地保护。（2）黄河皇甫川流域土壤侵蚀系统治理模式主要问题：土壤侵蚀工程设计：合理种养农田、草地、林地，打坝拦沙淤地，建立蓄水工程等。,三、植物修复技术利用植物清除污染物。1类型植物萃取技术（有些植物可以超量积累重金属）根际过滤技术（利用植物根对水中污染物的特殊吸收性能）植物固定技术（植物使污染物活性降低）植物刺激技术（植物可刺激微生物的降解活动，根际效应）植物转化技术（植物新陈代谢对污染物的降解转化）2应用例证重金属的去除有机污染物的去除放射性核素的去除,第九章 生态系统管理,一、生态系统的发育
43、特点各类生态系统是长期发展、进化形成的。生态系统的发育是一个动态过程，其动态性包括演替和进化两个方面。短期的生物群落演替将集合成为长时间的系统进化。在这一过程中，主要的系统变化表现为：（1）群落结构的变化。包括多样性、组成、空间结构、时间结构、营养结构等的变化。（2）系统能量动力学的变化。主要为呼吸量（R，respiration）和积累量（P，production）的相对变化。如P/R1，为自养演替；自身光合作用产物足够维持系统运转。P/R1，为异养演替；有外源物质的输入。P/R1，相对稳定。,（3）营养物质的循环特征物质循环趋于封闭，系统独立性增强，输入和输出接近平衡。（4）稳定性特征量的生
44、产是系统幼期的特征，质的改善和提高是成熟期的对策。组分间联系密切，对营养物保持力强，抗外界干扰能力强。为一个自我维持的稳定状态。,二、生态系统的演替生态系统的演替以群落演替为基础，但与群落演替有本质的区别。生态系统的演替包括了生命系统和非生命系统的演替。许多试验证明，自然生态系统在自然状态下的演替方向是由优势种向多样性发展。人为干扰可以导致自然演替逆向发展。与生物群落演替一样的是，生态系统演替也可分为旱生演替和水生演替，在两类演替中，生物群落的定向替代包含着周围环境的顺序变化。,三、生态系统的形成生命是生态系统的核心，是生态系统形成的关键和前提。生物圈早期进化的八个主要阶段：（1）大约38亿年
45、前，生命起源开始。（2）几亿年后，叠层石出现。（3）再过8亿年，放氧的光合作用出现。（4）20亿年前，氧化代谢作用出现，氧在水中聚集。（5）2014亿年前，真核细胞出现。（6）6亿5千万年5亿5千万年之间，多细胞动物出现，显宇宙开始。（7）5亿5千万年前，寒武纪动物群。（8）1亿5千万年之后，动物群接近现代水平。,四、生态系统的进化1原始生态系统太古代开始到太古代中期，距今45亿年到30亿年左右。由原始的异养生物、原始海洋、原始大气圈、太阳辐射构成。为还原性自然生态系统。2初级生态系统太古代中期到元古代大冰期以后，距今30亿年到20亿年左右。异养型到自养型和异养型。氧量增加。海水温度升高，无机
46、盐增多。以光合作用和固氮利用太阳能。系统由生产者、消费者、分解者组成。系统结构复杂化，功能趋于完善，稳定性增强。,3次级生态系统以上各方面功能的更进一步完善和提高。4人工（模拟）生态系统人类参与下改变了的生态系统。生态系统的进化趋势：（1）复杂性逐步提高。（2）初级生产力、能量、物质利用效率提高。（3）占据空间的扩展，由深海到浅沟、陆地、陆地水体、空间。（4）空间利用逐步充分，物种间竞争加剧。（5）物种的扩散、迁移在更大空间进行。,五、生态系统健康生态系统健康是一个综合特征，表现在活力、稳定性、自调节能力等方面。一个健康的生态系统应该与理论上描述的相近。健康的生态系统具有弹性（resilien
47、ce）和内稳定性（homeostasis）。保持生态系统的健康是生态系统管理的主要目标。首要的问题是如何评估生态系统的健康（生态系统健康评价）。理想的方法是参照人类疾病的诊治程序，但关键是没有关于生态系统疾病史和造成疾病的胁迫因素的有关资料。有一些衡量评估体系被提出。公认的生态系统敏感性指标有：（1）生态系统中某些绿色植物防御性次生代谢物的减少，处于患病和虫害严重、光合作用受阻、生长速率下降的濒危境地。,（2）物种生态对策改变和多样性的下降。生物多样性贫乏，极端的例子是转变成单一优势物种或物种组分向具有忍受更多压力的，或向r对策转变。（3）生态系统净初级生产量和生物量下降。（4）植物根系互惠共
48、生微生物的减少，对生物生长不利的微生物增多。（5）外来种的入侵，造成系统波动及稳定性的变化。（6）污染物排放，导致湖泊的富营养化，海洋赤潮，大气和固体废弃物的负效应。（7）生态系统中限制植物生长的营养物的流失量增加，因此，系统无法利用和保护。（8）植物或生物群落的呼吸量有明显增加。（9）系统内产品的转化率低和分解速率增加，枯枝落叶层 的积累明显下降。（10）系统中水和营养物质的瓶颈效应，土壤的物理化学条件变劣、生态平衡失调，以非良性循环为主。,一般的量化度量：HIVOP其中，HI 生态系统健康指数 V 活力 O 组织指数 R 弹性指数该指数从组织结构、功能、适应力三个方面综合衡量了生态系统健康
49、。理论上是可以确定生态系统的健康状况的，但实际操作中很复杂。因为，三个方面涉及巨大量的指标，相互间很难匹配；系统是动态的；指标的测定会因人而异。生态系统健康的原理包括：（1）动态性原理 axiom of dynamic（2）层级性原理 axiom of hierarchy（3）创造性原理 axiom of creativity（4）有限性原理 axiom of limitation（5）多样性原理 axiom of diversity（6）人类是系统的组分 axiom of human,生态系统管理的内容：（1）整体性管理（2）加强生态恢复与重建（3）实行清洁生产（4）资源化管理（5）少量化、
50、循环利用型管理（6）绿色工程,六、环境保护和可持续发展可持续发展思想在1992年联合国环境与发展大会提出。可持续发展的内涵：（1）是一种新的发展模式，是持久、永续的进步与增长。（2）包涵自然、人、社会统一的物质过程，是生态、可持续经济和可持续社会等三方面的统一体。（3）是现代社会文明的发展观。在时空上实现人的全面发展，保护地球，维护自然价值，高效利用资源，以适宜的政策和法律为条件。,七、生态规划对于复合生态系统，生态评价、生态规划、生态建设、生态管理是最基本的。生态规划的原则：整体优化原则、人地系统协调共生原则、生态功能分区原则、高效和谐原则、相互制约原则、最小风险原则、可持续发展原则。生态规
