河流生态系统与修复综述.doc

河流生态系统与修复综述 摘要：水是生命之源，河流生态恢复受到越来越广泛的关注。为了治理生态污染的破坏，生态修复应运而生。河流生态修复是指使用综合方法，使河流恢复因人类活动的干扰而丧失或退化的自然功能。简述了生态恢复与恢复生态学的概念以及河流生态恢复的迫切性，河流生态修复应该注意的问题。与所有的工业化国家一样，我国的环境污染问题是与工业化相伴而生的。工业的快速发展必然伴随着资源的开采，环境的破坏以及环境治理的滞后。改革开放以来我国工业化，现代化进程迅猛，我们都知道工业发展必然会有水的参与，而这过程中难免会对水资源进行破坏，造成水体污染。水是生命之源，我们的日常生活离开不水，离不开洁净的水，所以水体污染必然会对人们的生活水平和质量造成前所未有的冲击，实际上也已经造成了不少的生命财产的损害。水体受到污染，首当其冲的便是河流湖泊。引言：我国现在正处于迅速推进工业化和城市化的发展阶段，对自然资源的开发强度不断加大，加之粗放型的经济增长方式，技术水平和管理水平比较落后，污染物排放量不断增加。从全国总的情况来看，我国环境污染仍在加剧，生态恶化积重难返，环境形势不容乐观。与所有的工业化国家一样，我国的环境污染问题是与工业化相伴而生的。工业的快速发展必然伴随着资源的开采，环境的破坏以及环境治理的滞后。改革开放以来我国工业化，现代化进程迅猛，我们都知道工业发展必然会有水的参与，而这过程中难免会对水资源进行破坏，造成水体污染。水是生命之源，我们的日常生活离开不水，离不开洁净的水，所以水体污染必然会对人们的生活水平和质量造成前所未有的冲击，实际上也已经造成了不少的生命财产的损害。水体受到污染，首当其冲的便是河流湖泊。河流湖泊污染是指直接或间接排入河流的污染物造成河水水质恶化的现象。水质恶化所受到的影响不仅仅是我们人类，还有河流湖泊生态系统。其中最为发人深省的例子就是滇池。滇池至今已有约340万年的漫长演化历史，在现代演化过程中，水面不断缩小，目前滇池的水面积仅为古滇池的25%，蓄水量更是仅为古滇池的1.9%。滇池已演化为半封闭性湖泊，年平均流出水量为1.49 x 108 m3，仅占其蓄水量的11%。由于湖水置换周期过长、湖流缓慢，造成物质循环不通畅，出人不平衡，自净功能有限，大量沉淀污染物，从而形成了大量内污染源。工业化、城市化发展过程中也造成了大量的污染物聚集。滇池水污染的现象随处可见，首当其冲的危害就是水体的富营养化。当大量含有氨磷的污水进入湖泊时就大大提高湖水中氮和磷的浓度，而充足的氮、磷供应会造成湖泊中的主要生产者藻类的快速生长，藻类的尸体则为湖泊生物提供了充足的养料，它们也因而大量繁殖并快速消耗水中的溶解氧。由于微生物集中于底泥之中，结果造成水的底泥缺氧。随着这种情况把氧微生物的活动范围更加限制在表层，直到最后，只有水面薄薄的一层还有藻类生长，其中需氧生物则统统死亡。藻类生长进一步限制了阳光的入射深度和氧气补充速度，更加剧了这一过程。最后整个水体系统终于崩溃，藻类也由于缺氧而开始大量死亡，形成“赤潮”。水污染对湖泊的危害就在于使水中的植物营养物过快积累起来，使得湖泊因为藻类的大量繁殖，会释放毒素，使鱼中毒，并且藻类会溶解氧，双管齐下，鱼类必死无疑。由于食物链的关系，低级生物有毒，必定会影响整个食物链，最终影响到人类自己。 实际上，我国河流湖泊受到的破坏远远不止如此。中国拥有50000多条流域面积在100平方公里以上的河流，绝大多数已经遭受到程度不同的水污染侵害，包括长江在内的七大水系无一幸免。 据国家环保总局数据显示，七大水系劣V类水所占比例为27.9%，比2003年下降了1.8个百分点,但这并不意味着水污染得到了有效控制,七大水系I-V类水质类别比例分别为4.6%，20.9%，16.3%，21.6%，8.7%。水资源匮乏的北方河流比水资源丰沛的南方河流污染严重，七大水系按水污染严重程度排序，劣V类水质比例最高者为海河的56.7%，其后是辽河的37.9%、淮河的32.6%、黄河的29.5%、松花江的24.4%、长江的9.6%和珠江的6.1%。大淡水湖泊和城市湖泊均为中度污染。主要大淡水湖泊的污染程度次序为：滇他最重，其次是巢湖（西半湖）、南四湖、洪泽湖、太湖、洞庭湖、镜泊湖、博斯腾湖、兴凯湖和洱海。由此观之，我国的河流湖泊治理已经到了不得不行的地步。 但是我们不的不提出自己的疑问，河流湖泊的污染到底有哪些起源呢？首先是工业废水。工业水污染主要来自造纸业、冶金工业、化学工业以及采矿业等等。而在一些城市和农村水域周围的农产品加工和食品工业，如酿酒、制革、印染等，也往往是水体中化学需氧量和生物需氧量的主要来源。 其次为城市生活污水。尽管工业废水的排放量在过去的十年期间逐年下降，而生活污水的总量却在增加。我国城市污水的集中处理率仅为13.6%。全国各地生活污水对当地水体化学需氧量和生物需氧量的影响不尽相同。例如，山东省生活污水占废水总量的40%，而重庆市生活污水则产生了当地水体中68%的化学耗氧量和85%的生物耗氧量。 最后农业废水。除了农产品加工这一间接水污染行业外，作物种植和家畜饲养等农业生产活动对水环境也产生重要影响。最近的研究结果表明氮肥和农药的大量使用是水污染的重要来源。尽管我国的化肥使用量与国际标准相比并不特别高，但由于大量使用低质化肥以及氮肥与磷肥、钾肥不成比例的施用，其使用效率较低。特别值得注意的是大量廉价低质的氨肥的使用。这种地方生产的氨肥极易溶解而被冲人水体中造成污染。近年来，杀虫剂的使用范围也在扩大，导致物种的损失（鸟类），并造成一些受保护水体的污染。这些对该水域自然生态平衡以及内陆地表水和地下水质量的最大威胁。这些污染源不仅造成水体污染，水质下降，更是使整个水环境的稳定遭到影响，造成生态系统的紊乱。 为了治理生态污染的破坏，生态修复应运而生。河流生态修复是指使用综合方法，使河流恢复因人类活动的干扰而丧失或退化的自然功能。河流生态恢复的任务，一是水文条件的改善，二是河流地貌学特征的改善，目的是改善河流生态系统的结构与功能，标志是生物群落多样性的提高，与水质改善为单一目标相比更具有整体性的特点，其生态效益更高。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。1、生态恢复与恢复生态学的概念 恢复生态学是20世纪80年代迅速发展起来的现代应用生态学的一个分支主要致力于那此在自然突变和人类活动影响下受到破坏的自然生态系统的恢复与重建，恢复生态学是研究生态退化和生态恢复的机理和过程的科学恢复生态学要求整合生态学、环境科学、经济学和政治学的方法简单的讲恢复生态学就是研究生态恢复的科学。 生态恢复就是在遵循自然规律的前提下，通过各种手段，把退化的生态系统恢复重建到既可以最大限度地为人类所利用，又保持系统的必要功能并使系统达到自维持的状态Caifns等将生态恢复的概念定义为:恢复受损害生态系统到近于它受干扰前的自然状况的管理与操作过程，即重建该系统干扰前的结构与功能及有关的物理北学和生物学特征美国恢复生态学会提出了一个非常一般性、包括了多种途径的生态恢复定义，即生态恢复是协助退化的、受损的、被破坏的生态系统恢复的过程。 生态恢复和恢复生态学的区别在于，前者一是实践行动，而后者一是包含了基木理论和研究计划的科学恢复生态学是社会科学和自然科学的桥梁，这个领域包括将所有生态学理论用来降低人类干扰的损害并恢复能自我维持的生态系统的研究。2、河流生态恢复的迫切性 河流与人类进化有着密切的联系，人类的文明多起源于河流江畔在自然界中河流不仅仅是为人类服务的，也应该是其他生命生存和繁衍的地方，同时还应是河流自身生命演化的场所。 河流是各种水生生物生存的自然空间河流给人类提供了宝贵的水资源，同时对全球环境起着重要的调节和改善作用近几十年来，河流们水区植被覆盖下降、城市各类污染排放、河流库坝下程建设、水资源过量开采、河流渠化、人工化、裁弯取自等对河流生态系统的结构、功能与动力学过程造成严重破坏，引发全球范围的河流生态系统退化与服务功能下降。因此，如何对受损河流生态系统进行修复，使河流重新回到健康状态已经成为人类有待解决的环境问题之一，当今河流退化已被公认是全球性的生态环境问题。3、河流生态恢复的研究现状及问题 生态系统是一个复杂的系统，由大量的物种构成，他们自接或间接地连接在一起，形成一个复杂的生态网络其复杂性是指生态系统结构和功能的多样性、自组织性及有序性Dobson认为:生态系统的功能存在于地球表面的每一个部分。 河流生态恢复是指使用综合方法，使河流恢复因人类活动的干扰而丧失或退化的自然功能。 国外对修复受损河流生态系统的研究发展很快世界上一些发达国家都在进行河流回归自然的生态恢复20世纪60年代后期，德国及瑞士等西方发达国家已深刻认识到传统的水利设计及管理思想是导致河流自然生态系统受损的根本原因，开始将生态学原理应用于土木工程，恢复受损河岸生态系统的实验研究。1986年日本开始学习欧洲的河流治理经验，拆除已经修建的混凝土河道，进行生态修复，丰富和发展了“应用生态工学”，全方位变革了传统的土木工学，为人类解决受损生态系统恢复与重建等重人环境问题提供了全新的技术科学视点20世纪90年代以来，德国、美国、口木、法国、瑞士等国家都人规模拆除混凝上河道，对其进行生态恢复但是国外河流生态恢复多以积祟典型成功下程事例为主，缺乏恢复过程中的生态系统是如何自我调节的动态定向化证明研究，没有建立一套评价河流生态系统自我恢复能力的定向化指标体系。 2003年，我国水利专家董析仁等深刻认识到在水利下程设计和施下中对生态环境的影响，开始从理论上探索“生态水下学”的理论框架，努力探索修复受损河流生态系统的技术手段我国河流生态修复的研究与实践多偏重于河流受污染水体的修复，注重水质的改善，而不强调河流生态系统结构、功能的修复近年来我国已经开始研究城市河流的“生态型护岸技术”，但这些技术只是从维持岸坡结构稳定的角度来研究问题的有没有考虑其对环境、生态的影响并非是真正意义上的河道生态护岸2004年，杨海军等开展了城市受损河岸近自然修复过程的自组织机理研究，但仅仅取得了初步成果，还存在许多问题有待进一步深入细致研究比如，受损河岸生态系统在恢复过程中是否能够在维持河岸岸坡结构稳定的同时，保持河岸生态系统的稳定和可持续性等问题目前有关河流生态修复的实验研究尚鲜见报道。因此我国城市受损河流生态系统的生态恢复缺乏理论和技术支撑。4、河流生态恢复中应注意的几个问题 水是生命之源，河流生态恢复受到越来越广泛的关注，故而在河流生态恢复中应注意的问题、遵循的原则较多，在这里提出以下几点。a尊重自然，保护和恢复河流形态多样性 尊重自然是生态恢复的基本原则，河流形态多样性是流域生物群落多样性的基础。 河流的渠道化和裁弯取直工程彻底改变了河流蜿蜒型的基木形态，急流、缓流相间的格局消失，而横断面上的几何规则化，也改变了深潭、浅滩交错的形势，生境的异质性降低，水域生态系统的结构与功能随之发生变化，特别是生物群落多样性将随之降低，可能引起淡水生态系统退化一些不利工程的兴建，在不同程度上降低了河流形态的多样性，生境的变化导致水域生物群落多样性的降低，使生态系统的健康和稳定性都受到不同程度的影响河流进行梯级开发，形成多座水库串连的格局水体在水库中形成相对静水，其流速、水深、水温及水流边界条件都发生了重人变化河流筑坝下程建设导致水流的不连续性、河流形态的均一化和不连续化，将低了生境多样性对河流生态系统形成了一种胁迫，这种胁迫可能引起河流生态系统的退化，随之也会降低河流生态系统的服务功能，最终对人们的利益造成损害。 我国的河流治理一般多采用将自然蛇形河流自线化的设计手法河流的自线化必将导致河流具有的浅滩和深潭交替结构丧失浅滩与深潭能为不同水生生物提供栖急场所，有利于形成净化水质能力强的食物链结构为了恢复河流应具有的浅滩与深潭交替的多样性河流生态环境，在设计上改变传统的河流自线化设计，将河流形态设计为自然蛇形恢复河流生态系统首先需要恢复构成河流生态金子塔底边的底栖动物只有底栖动物开始复活，以其为食物的人型动物才能开始栖急，这样才能修复河流生态系统的健康食物链因此，浅滩一深潭结构的恢复是河流生态修复的原点。 b保护和恢复河流生物多样性 vitollsek指出:目前物种灭绝的速度是人类史前的100- 1 000倍，地球上10%鸟类，18%的哺乳动物，5%的鱼类和8%的植物正面临灭绝的威胁因此，在生物多样性大量减少或生物灭绝之前进行恢复，被认为是当前应对世界环境问题的最为关键的因素。 河流生态系统的好坏与物种多样性的丰富度密切相关河流生态系统的恢复，不仅要注重水质的恢复，更要注重生物多样性的恢复保护河流生态系统生物群落的完整，对于实现水生态良性循环起着关键作用生物多样性研究内容包括基因多样性、物种多样性和生态系统多样性3个层次生物多样性，简单说是生命有机体及其赖以存在的生态复合体的多样性和变异性，确切说是所有生物种类，种内遗传变异和它们的生存环境的总称人类的生存和发展，归根到底都依赖于自然界各种生命资源的总们生物多样性是人类社会赖以生存与发展的基木物质的主要来源，其丧失必然引起人类生存与发展的根木危机因此，生物多样性的保护是保护生态环境的重要因素之一。c景观生态学在河流生态恢复中的应用 现代景观生态学是一门新兴的、正在深入开拓和迅速发展的学科因此，不但欧洲和北美的景观生态学有显著不同，就是在北美景观生态学短暂的发展进程中也逐渐形成了不同的观点概括地说，景观生态学研究的重点主要集中在空间异质性或格局的形成及动态、空间异质性与生态学过程的相互作用、景观的等级结构特征、格局一过程一尺度之间的相互关系、人类活动与景观结构，功能的反馈关系以及景观异质性(或多样性)的维持和管理。 河流治理工程一般都忽视了河流景观的保护、建设和管理河流的生态恢复除了生态效益之外还有视觉和心理上的景观变化，的一方面强调河流的生态功能是不充分的，在进行河流生态功能修复的同时，也应创造出与周围环境相协调的美丽的河流景观，景观空间的质量由人的主观感觉评价所决定，而五官之中视觉上的感觉尤其重要因此，在河流生态恢复设计中必须考虑景观结构要素，通过对原有景观要素的优化组合，新的景观成分的引入，调整或构造新的河流景观格局, 同时，景观生态学的研究方法可以为退化生系统的恢复提供指导N aveh提出在退化生态系统的恢复过程中要考虑到从小尺度到人尺度的景观，并证实了在解决退化生态系统的恢复问题时，景观生态学的方法在理论和实践上是有效的。d可持续发展原则 自然资源的水续利用是保证最佳综合效益和社会经济可持续发展的物质基础河流生态恢复的主要目的是实现整个流域的可持续发展在河流生态恢复规划中要实事求是，从长远的角度来进行规划，不要只注重眼前利益，要看到在河流生态恢复是影响面广、影响深远的一项任务，所以在进行规划中要有详尽的、长远的规划设计,将河流生态恢复规划纳入到整个流域生态规划中去，生态系统达到完整、协调和统一真正改善河流生态环境，达到在经济、社会和环境等多方位的协调、可持续发展。e生态经济学原则 人类活动不仅仅涉及到生态问题，而且也是一个经济问题，生态与经济的协调发展就成为生态经济研究的主题生态经济学是生态学和经济学，相互渗透和有机结合而形成的一门研究“自然一经济”复合生态系统的结构和运行规律的学科，抓此根抓不同情况确立以价值为基础的恢复目标，制定技术路线和生态工程技术，开展对恢复结果的预测和评价。 退化生态系统的恢复和重建是一个系统下程:投资人、收效缓慢山于在恢复过程中涉及环境、经济、社会等因素，同时山于生态系统的复杂性，一些环境因素还具有突发性，有时会发生不可预见的实际问题，城市河流的生态恢复也同样具有以上这些特点，为此需要进行决策系统的研究，构建恢复和重建方案的决策框架，