受损生态系统的修复.ppt

第八章受损生态系统的修复 第一节受损生态系统的主要形式第二节受损生态系统的修复第三节生态工程与修复技术 第一节受损生态系统的主要形式 一 生态系统受损的主要形式 正常生态系统 群落与环境能实现动态平衡的自我维持系统 正常生态系统在无强干扰条件下能不断自我完善 即进展演替或正向演替 受损生态系统 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 改变 打破了生态系统原有的平衡状态 使系统的结构和功能发生变化和障碍 并发生了生态系统的逆向演替 生态系统的受损形式由于受到的干扰不同 生态系统受损的过程 退化速度 变化过程不同 因此受损形式 1 突发性受损时间短 速度快 局部受损严重 泥石流 火山爆发2 跃变式受损生态系统受到持续干扰 最初不表现明显损伤 破坏性积累到一定程度后突然剧烈变化的一种形式 3 渐变式受损在强度均衡的干扰下 缓慢的 不断加重的受损 例如 使用化肥引起的土壤退化 4 间断式受损生态系统因周期性的干扰而受到损害的一种形式 5 复合式受损生态系统在受损过程中 经历了两种以上的受损形式 a突变过程b 跃变过程c 渐变过程d 间断不连续过程图生态系统受损过程 二 受损生态系统的基本特征 1 物种多样性的变化2 系统结构简单化 简单化 矮小化 3 食物网破裂 单链增多 缩短 4 能量流动效率降低 同上 5 物质循环不畅或受阻 水土流失 营养物质流失 6 生产力下降 光能利用率降低 初级生产量低 次级生产量降低 7 其他服务功能减弱8 系统稳定性降低 不能自我调节 受损生态系统首先是其组成和结构发生了退化 导致其功能受损和生态学过程的弱化 引起系统自我维持能力减弱且不稳定 但系统成分与其结构的改变 是系统受损的外在表现 功能衰退才是受损的本质 第二节受损生态系统的修复 根据生物群落演替的基本规律 首先要考虑对生态系统最基本功能 保持水土 防水土流失 的修复 然后再进一步完善物种组成及结构 因此 优先性 是受损生态系统修复是应该考虑的重要问题 举例p238 人类可以根据生态学原理 有目的地采取某些措施 是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 一 受损森林生态系统的修复 1 森林生态系统受损的原因及特点原因包括病虫害 干旱 洪涝和地震等自然灾害 但最主要的是由于人类的活动所导致 特点生产力减低 生物多样性减少 调节气候 涵养水分 保育土壤 贮存营养元素能力等生态功能明显降低 2 受损森林生态系统的修复方法 封山育林 林分改造 透光抚育或遮光抚育 林业生态工程 二 受损草地生态系统的修复 世界草地资源面积约占陆地总面积的38 我国有392万km2的草地 约占国土面积的41 1 草地生态系统受损原因及特点原因过度放牧 垦殖和污染 春季干旱 夏季少雨 冬季严寒 自然灾害频繁 所以 受损和退化是自然因素与人为因素的结合 特征植被退化和土壤退化 植被退化是指草地破坏后 植被的密度和生物多样性的下降 导致群落的矮化 土壤退化是由于风蚀 水蚀 土壤板结和盐碱化等造成的土壤物化性质的变化 不能再支持生态系统的高生产力 2 受损草地生态系统的修复方法与技术 围栏养护 轮草轮牧 重建人工草地 实施合理的牲畜育肥生产模式 三 受损河流生态系统的修复 1 河流生态系统受损的主要方式及影响 水利工程建设对河流生态系统的影响拦河大坝 农业活动对河流生态系统的影响 城市化对河流生态系统的影响 拦河大坝对河流生态系统的影响 A 大坝控制下游水流量 下泄流量变化导致岸边生境丧失 B 大坝阻碍或减缓了水生生物迁徙过程 影响食物链结构 C 大坝建设使激流消失 流速稳定 造成温度相对稳定 影响某些依靠温度变化来繁殖或成熟的生物物种 D 大量吸附有机物的泥沙在水库沉积 阻断了为下游输送营养物质 同时因无充足泥沙来源 河床和河心岛生物消失 农业活动对河流生态系统的影响 对河流两岸天然植被的开采 变为耕地 涵养水分能力下降 枯水期延长 沿岸生境改变 水生生物失去栖息和繁殖场所 导致水土流失 使用化肥 农药污染水质 城市化对河流生态系统的影响 随着城市规模扩大 水资源需求量激增 跨流域引水势在必行 对引入 调出河流均有影响 城市污水与河流自净能力的矛盾 城市河流的河床不透水层面积的增大 导致城市河流洪峰流量增大 地下水资源减少 旱季 河流基流量剧减 美国研究表明 当不透水层达到10 河流生态恶化 随着比例增大恶化加深 2 受损河流生态系统的修复 建立沿岸绿化带 加强植被的生态功能 人工清淤 恢复空间 改善水质 控制污染源 科学调控河水流量和流速 加强渔业管理注意 因为人类对河流流域的影响空间尺度大 应从整个区域层次上进行规划和治理 四 受损湖泊生态系统的修复 1 湖泊生态系统的受损及原因 环境污染 水利建设 过度放养 湖泊的富营养化 外来种的侵入 2 受损湖泊生态系统的修复 严禁围湖造田 营造林地 加大人为调节湖泊水位的力度 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 这样既可恢复水体空间 又能使水质得以改善 续 生物学措施 生物操纵 即通过调整生物群落结构的方法 来调节浮游植物的群落结构以改善水质 浮游植物 浮游动物 鱼类水质恶化多少多水质变清少多少凶猛鱼类 五 矿区废弃地的修复 矿产的开采 无论是表层或深层开采均会造成土壤和植被的破坏 因为土壤被大量迁移或被矿物垃圾堆埋 使生态系统破坏 土壤破坏阻止植物生长 主要表现在物理条件 营养的缺乏及其酸度和重金属等造成的毒性作用 因此必须减轻或消除这些影响 才能保证恢复的有效进行 植被发展提供有机质 较低的土壤密度 根系将矿质元素吸收到地面并富集 然后易被微生物分解 营养循环过程得到发展 1 尾矿的综合利用 从废弃物中进一步回收有价元素 铜矿含S 作为二次资源制取新形态物质 矿渣 铬渣中含Cr6 用作井下采空区的填充材料 修复方法 2 污染土壤的修复 对于重金属污染大多数集中于地表或浅层 挖去污染层 用无污染的客土覆盖 尾矿中缺少植被生长的有机物和N P K 进行化学改良 如有机肥 3 植被修复首先对污染元素进行分析 再对土壤物化 生化性质进行分析 查明土壤pH 地表水 通气性 土壤N素等 选择树种 选择树种是修复中最关键的一环 原则 生长快 适应性强 优选固N种 土著种 考虑经济价值高和多功能效益 不同植物对不同污染物有一定的适应性 4 微生物修复法不同微生物对不同污染物有一定的适应 适当选择微生物进行接种 以减少污染物 如在汞污染的河泥中 存在抗汞微生物 能将甲基汞还原为元素汞 降低毒性 5 矿区废弃地综合利用 矿渣与尾矿 组分分析 有害组分 有用组分 回收利用 易处理组分 难处理组分 化学改良 容土 排土 植被恢复并接种微生物 第三节生态工程与修复技术 一 生态工程的内涵 1 生态工程的定义生态工程是应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理 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 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 耗散结构原理 限制因子原理 生态因子综合性原理 二 生态工程的设计与应用 1 生态工程设计的具体步骤拟定目标 自然 生活 经济复合系统 整体协调 背景调查 自然资源 社会经济条件 生态环境条件 构建数学模型 并综合评价 提供复合系统的静态特征和动态变化性质 工程可行性评价 通过提供信息 实施多条途径 2 技术路线 建立互利共生网络 优化系统结构和功能 提高综合效益 延长食物链 提高物质 能量的利用率 如 经济林中养土鸡 鸡粪喂猪 猪粪制沼 利用无毒的有机废水进行无土栽培 生产蔬菜 花卉等 净化的水用于养殖 3 生态工程设计的应用以太湖为例 太湖底泥生态疏浚 种植植物 达到美化环境 治理富营养化 建立渔业生态工程 控制过度养殖 过度利用水体 建立环湖湿地保护带 实现持久的生态管理 三 植物修复技术 植物修复技术是以植物忍耐和超量积累某种或某些污染物的理论为基础 利用植物及其共存微生物体系清除环境中的污染物的一门环境污染治理技术 植物修复技术包括利用植物固定或修复重金属污染土壤 利用植物净化水体和空气 利用植物清除放射性核素和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等方面 1 植物修复技术的类型 植物萃取技术指金属积累植物或超积累植物将土壤中的金属萃取出来 富集并搬运到植物根部可收割部分和植物地上枝条部位的技术 如 芸苔属植物 油菜 工业用大麻 可超量富集砷 根际过滤技术指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的技术 该类植物必须有较大的根系 最好是须根 主要处理石油天然气生产中产生的废水 含放射性污染物的废水 含重金属的各种废水以及富营养废水 植物固定技术指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的可能性的技术 该技术对废弃地重金属污染物和放射性核素有固定作用 原地固定该类污染物是上策 植物刺激技术 植物辅助生物修复技术 指通过根圈范围内植物的活动刺激微生物的生物降解的植物修复过程 桑树 桑橙树和苹果树被人们用来刺激能降解多氯联苯 PCB 和多环芬烃 PAH 的微生物生长 植物转化技术指通过植物新陈代谢作用降解环境污染物的过程 植物转化技术目前主要的应用领域包括石化产品污染地和贮藏地 武器弹药废弃物 燃料溢出物 氯化溶剂