第九讲 恢复生态学

第十章 海洋和海岸带生态系统的恢复海岸带是地球表层岩石圈、水圈、大气圈与生物圈相互交接、物质与能量交换活跃、各种因素影响最为频繁、变化极为敏感的地带，是海岸动力与沿岸陆地相互作用、具有海陆过渡特点的独立的环境体系。 海岸带 陆上部分（海岸）：高潮线至波浪作用上限之间的狭窄陆上地带。 潮间带：介于高潮线与低潮线之间的地带，通常也称为海涂。 水下岸坡：低潮线以下至波浪有效作用于海底的下限地带。 海岸带有丰富的资源，优越的自然条件，良好的地理位置，以及独特的海陆特性，成为人类活动最活跃和最集中的地域。 海岸带是自然界食物链中的重要组成部分。是鱼类、贝类、鸟类和哺乳类动物栖息地。 保护内陆免受风暴、洪水和海浪的侵蚀海洋和海岸带生态系统的恢复？为了减少资源破坏和避免生态进一步恶化，利用生物和工程技术等对已受到破坏和退化的海洋和海岸带进行生态恢复措施的-总称海洋和海岸带生态系统退化原因：随着工业化和城市化的进程，海岸地带正面临着人口增长、废物排放、海洋运输、工业和娱乐活动的重压。海洋是陆上一切污水、废物的主要消纳场所， 内陆和沿海地区有大量工业废水、生活污水以及含有农药、化肥的田间排水汇入江河后流入海洋。此外，在港口停泊或沿海航行的机动船舶、沿海兴建的拆船厂和海上平台等将含油污水及废物直接排放入海。有害有毒物质污染河口、海岸带和海洋的环境资源，破坏生态系统平衡，危害人体健康。人类对海岸带的威胁包括：对近海岸鱼类的过度开发，甲壳类水生生物和饵的采集，包括富营养作用在内的对河口和泻湖的局部污染，密集的水产业，从海滩、离岸的沉积物和珊珊礁上提取建筑材料，海岸防护计划，土地改造和再充填，垃圾倾倒和挖泥造成的损害，大规模的娱乐性活动，引进外来物种等。世界范围的“温室效应”拥到全球气候变化，从而引起海平面上升。所有这一切使海岸带变得极为脆弱并易受到威胁。海洋和海岸带生态系统的恢复的特点综合性复杂性有效干扰难于实现 与淡水和陆地生态系统恢复相比： 海洋和海岸带生态系统恢复大为落后 目前：恢复主要集中在沿海地区开展 如珊瑚礁、海草床、海岸沙丘、红树林和盐沼等 其它地区开展工作较少海洋和海岸带生态系统的恢复珊瑚礁生态系统恢复红树林生态系统恢复海滩生态系统恢复海岸沙丘生态系统恢复10.1 珊瑚礁生态系统的恢复 我国海南沿海一些浅海水域以及南海诸岛分布有珊瑚礁生态系统。 珊瑚礁生态系统是地球上生物种类最多的生态系统之一，其生物数量仅次于热带雨林，被称为“海洋中的热带雨林”和“蓝色沙漠中的绿洲”。 珊瑚礁仅覆盖海洋面积的0.17%，却有1/4的海洋生物在这里栖身。一、珊瑚礁生态系统的结构和功能 珊瑚礁是一个建立在碳酸盐平台上的动物、植物和矿物的集合体。该平台是经过数百万年的造礁作用，由生物作用产生碳酸钙积累和生物骨壳及其碎屑沉积而成的岩石状物。其中， 珊瑚虫（只有与虫黄藻共生并能进行钙化、生长速度快的珊瑚虫才具有造礁功能，它们被称为造礁珊瑚） 少数腔肠类动物 软体动物 某些藻类对石炭岩基质的形成起重要作用。 珊瑚礁的类型 裙礁或岸礁（fringing reefs)：靠近海岸而与海平行的珊瑚礁。与陆地之间局部有一浅窄的礁塘，是最常见的珊珊礁结构。 堤礁（barrier reefs)：狭长的与海岸平行且相对靠近海岸的珊瑚礁或岩石。环绕在离岸更远的外围，与海岸间隔着一个较宽阔的大陆架浅海、海峡、水道或泻湖。 环礁（atolls)：马蹄形或环形的中间围有泻湖的珊瑚礁。 片状礁（patch reefs)：分散的不连续的裙礁。裙礁和片状礁易受沿海活动、富营养化和污染的影响，尤其是离陆地近的珊珊礁。堤礁因为远离陆地，与别的种类的珊湖礁相比不易受到影响，而环礁尤其容易受到天气变化、海平面上升和资源开发的影响。珊瑚礁生态系统的功能 具有很高的生物生产力 对沿海生物群落具有重要作用（自然屏障）例如，它们以自然屏障的形式抵御海风巨浪对海岸的冲击，从而有效地保护海岸地貌、林木和建筑设施，支持珊珊礁渔场，为沿海生物群落提供生境。 观光娱乐场所 医学价值：药物 一种重要的C吸纳物，研究表明二氧化碳在空气中含量日益提高与世界范围内珊瑚礁的破坏有关。 珊瑚岛是鸟类的重要生境之一，一些珊珊岛礁被描述为“丰富的鸟粪资源库”，可见其作为鸟类栖息地的重要性非同一般。 是热带海洋生态系统的生物多样性的主要仓库，珊珊礁的各种生境为许多鱼类和无脊椎动物提供了遮蔽所、食物和繁殖场地。二、珊瑚礁生态系统受损原因 自然威胁 暴风雨、飓风、赤潮、珊瑚捕食者的爆发和某种食草动物的大量死亡。 人为威胁 泥沙堆积珊瑚礁上。人类对珊珊礁的破坏行为首先是把沙在珊珊礁上的堆积。伐木业、农场作业、采矿业、捞泥业和其他人类活动造成大量的沿海泥土流失。沉积在珊珊礁上的泥沙，阻碍了海藻的光合作用，也就减少了供给珊珊的能量；泥沙还妨碍了珊珊上的幼小生物发展新的栖息地。 过度捕捞。加勒比海、东南亚近海和美国大部分珊珊礁受到严重威胁的重要原因就是由于过度捕捞 污染。化学污染、漏油、沿海工程以及杀虫剂等。海上油轮溢出的油能直接杀死浅水中的珊珊，并阻止它们的再生与新陈代谢，高浓度的焦油覆盖珊珊，会使它们窒息而死。另外，用于清除机油的清洁剂也对珊珊有毒害作用。 观光旅游 人类已损害或毁灭了93个国家的数量可观的近海珊瑚礁。 2002年10月止，全球范围内已有400多处珊瑚礁面临消亡的危险。 估计到2030年，目前全球近90%的珊瑚礁将消失。 2006年5月21日中央一套“新闻30分”特别报道了保护珊瑚礁的重要性，并提出有近1/3的受损珊瑚礁无法恢复。三、受损珊瑚礁生态系统恢复方法 珊瑚移植： 对一个健康的珊瑚礁生物群体的整个或片段进行收集，然后将其移植到一个与它环境条件相似的退化珊瑚礁处。 移植成熟群体对来源地的影响：这取决于从该地区移走的生物数量以及被采集的是群体的片段还是整个群体。易发生附着失败：被移植物 ( 即使是已经附着在基底上的如果暴露在暴风雨或较大的海浪中，损失会很大；被移植物附着失败会给附近的生物群体和移植物来源地带来损害。存活率会发生变化：被移植的生物群体比未受干扰的群体有更高的死亡率。生产能力下降l 人造珊瑚礁框架 框架材料：废金属、汽车、橡胶轮胎、竹子、PVC管、混凝土 混凝土是人造珊瑚的理想材料 为鱼类和无脊椎动物提供遮蔽物和避难所 为珊瑚虫及其他附着生物提供合适的栖息地人造珊瑚有其局限性不能自然生长 较为脆弱，易受气候影响 可能会分解，造成污染 安置地可能引起运输问题 保证其成功需付出大量的经费与时间 有人认为该方法不能增加海洋生物量人造珊瑚礁框架产品 珊瑚礁球：混凝土组成，模仿天然珊瑚礁外观和功能 MAT矿物增长技术 Mineral accretion technology 在人造珊瑚礁上通入低压直流电,利用海水电解析出的CaCO3和NaOH等矿物附着在人造珊瑚礁上。 加速石灰石和珊瑚虫骨架的形成和成长 珊瑚养殖 珊瑚季节性产卵的时间可以预测 少数种类珊瑚幼虫可以成功饲养10.2 红树林生态系统的恢复 红树植物 指生长在热带沿海潮间带泥泞及松软土地上的所有植物的总称（USA红树研究者 Davis) 指生长在热带海岸介于最高潮与平均高潮线之间的乔木和灌木（印度洋及西太平洋红树研究者，如Macnae, Walsh) 指热带海岸潮间带的木本植物群落 （中国林鹏等，2001）一、红树林生态系统组成 红树林生态系统 红树林群落中大部分树种属红树科。 富含单宁，其韧皮部和木材显红褐色而得名 动物、微生物 热带海区60-70%的岸滩有红树林分布。二、红树林生态系统功能防风固堤，减缓风灾 “海岸卫士”净化大气环境，保障人类健康抵御温室效应造成的海平面上升 红树林加速了沧海变陆地的进程浓缩放射性物质，净化水质提供重要的渔业基础构成独物的红树林景观 “海底森林”之称 海南东寨港国家级红树林自然保护区三、红树林生态系统退化原因围塘养虾砍伐垃圾及污水建筑用地暴雨危害亚太地区年破坏率约为1%，其中20-50%归于围塘养虾及木材砍伐。四、红树林生态恢复的技术和方法受干扰红树林的自我恢复 水文条件 繁殖体。在水文条件不受破坏且附近的红树林的繁殖体传递不受阻的情况下，红树林能够自我恢复。因为红树林的繁殖体被认为是近距离传播的，所以在种植之前需要评估附近是否有能生育的成熟红树林。然后，减轻人类对红树林的压力，如水文的改变。 受损指示生物：随着损害的增加，微型无脊椎动物的数量和物种丰度下降。但是，蟹是个例外。研究表明：在受到干扰破坏的区域， 蟹的数量反而会增加，它是最先迁移到受损红树林的无脊椎动物，是重要的指示物种。受干扰红树林的人工恢复 红树林造林方法胚轴造林：胚轴造林将胚轴直接栽人土壤基质，插入深度约为胚轴长度的 1/31/2, 过深则胚轴易发霉烂掉，过浅则易被海浪冲走。此法简单易行，适用于大型繁殖体造林，但受胚轴成熟季节性约束较大。容器苗造：容器苗造林是用聚乙烯薄膜袋（育苗袋，装满营养土时直径 7cm, 高 20cm）在海上苗圃进行人工育苗，培育出相应规格的容器苗进行定植造林。此法技术要求较高，但造林质量较有保证，特别适合小型胚轴种类及特殊生境的造林。天然苗造林：天然苗造林是直接从红树林群落中挖取天然苗来造林的方式。由于天然苗根系裸露，在挖苗和植苗时均容易伤根，造林成活率很低。且挖取幼苗对群落发展有负面影响。无瓣海桑较成功地引到深圳、珠海、汕头、福建等地。 低污染滩：无瓣海桑、海桑 中高污染滩：木榄和海漆 退化次生红树林的生态恢复 采用2m宽带状,6m8m块状间伐后,在空隙中栽植乔木幼苗，如红海榄，2-3年后可起防护功能 选用无瓣海桑改造退化灌丛，也可在2-3年内进入有效防护期。10.3 海滩生态系统的恢复海滩是松散的沙子、小卵石、大卵石以及大石头组成的堆积物，它从浅水延伸到水边低沙丘的顶端或风暴潮影响的边界。全世界约40%的海岸存在海滩。海滩有自己的底栖动物，但植物非常稀少，并且寿命相当短。一、海滩生态系统的功能 重要的混凝土原材料和矿物的来源地 海洋防护功能 旅游观光胜地 生物筑巢点：海龟、海豹、海狮、燕鸥、海鸥等 海滩上的底栖动物是滨鸟的重要食物来源二、海滩生境丧失和退化原因 地面沉降 海平面上升 风暴潮增加 陆地和海洋沉积物资源损失 人工构造物及其它人类干扰（沿海防护工程、沿海娱乐场所）三、生态恢复方法 海滩回填养护 将沉积物输入到一个海滩上以阻止进一步的侵蚀，重建海滩。 回填物可来源于近岸区域、相连的沙滩、或内地，并沿着沙滩的外形进行堆积。 注意回填物的粒径，避免使用含细沙和淤泥的填充材料。 养护回填应注意时间，避开动物活动期。一般在冬季。（贝壳岩蛤） 对海滩底栖动物影响远大于植被。 植被恢复 繁殖体来源：有证据表明海滩植物的种子能被海水远距离传播， 重要的是种子或无性繁殖体的片段能够从附近未受到干扰的地区迁移到被恢复的海滩。 打破种子休眠：进行海滩植被的恢复要对种子发芽和解除种子休眠的方法有所了解。有些物种不适于直接播种，需要对种子在适当的条件下进行培养或是进行无性繁殖。一些物种如海洋旋花类的植物和海豌豆类植物，种子外皮需要人为刻伤或软化，然后进行人工培养后种植。 适宜的颗粒大小：在鹅卵石海滩上适当的颗粒物大小对植被的生长非常重要。相对于鹅即石海滩，沙质海滩的颗粒大小对植被建立的重要性要小得多。 植被的结构与组成：滨海植被能够促进沙子和有机物质在海滩上的沉积，因而经常作为先锋沙丘植被来恢复。多年生沙丘草在海滩恢复中被广泛利用，因为它们容易繁殖、收获、运输、储藏和种植。海滩生态系统恢复-小结 补充营养，恢复沙滩原有轮廓 恢复植被 养护工程注意保护海龟和鸟类的栖息地 海滩养护过程中动物多样性和物种密度会有所下降，但养护完成后会在1-2年内恢复 养护工程最好在冬天进行 海滩回填物的粒径要特别注意10.4 海岸沙丘生态系统的恢复 Coastal dune：是由风和风沙流对海岸地表松散物质的吹蚀、搬运和堆积形成的地貌形态。 充沛的沙源和强劲的向岸风是海岸沙丘发育的两个重要条件。 海岸沙丘的沙源主要：(1) 河流沙质沉积物(2) 海