受损生态系统ppt课件

第八章受损生态系统的修复 1 2 本章目录 受损生态系统 8 1 8 2 8 3 8 4 受损生态系统 恢复生态学与生态修复 生态工程与生态修复 受损生态系统修复 3 定义 指生态系统的结构和功能在自然干扰 人为干扰 或二者共同作用 下发生了位移 即改变 打破了生态系统原有的平衡状态 使系统的结构 功能发生变化或出现障碍 改变了生态系统的正常过程 并出现逆向演替 4 8 1受损生态系统之定义 物种多样性减少系统结构简单化食物网破裂能量流动效率降低物质循环不畅或受阻生产力下降其他服务功能减弱系统稳定性降低 5 8 1受损生态系统之特征 系统中的关键种首先消失 从而引起与之共生种类 从属种类相继消失 物种多样性明显减少 种群水平 种类组成变化 优势种结构异常群落层次 群落结构矮化和生境破坏 主要表现 食物链的缩短或营养链的断裂 单链营养关系增多 种间共生 附生关系减弱 对光能固定作用减弱捕食过程和腐化过程弱化 营养物质和元素在生态系统中的周转时间变短 周转率降低 生物的生态学功能减弱 光能利用率减弱竞争和对资源利用的不充分 光效率降低 而植物为正常生长消耗在克服不利影响上能量增多 净初级生产力下降次级生产力的降低 调节气候 减缓旱涝洪灾害 保持养分和改良土壤 净化环境 防风固沙 为人类提供旅游休闲地等 由于结构的不正常 系统的稳定性明显降低 系统在正反馈机制驱动下更远离平衡 功能衰退的基本原因是 结构损伤生态过程变化的决定因素是 胁迫方式制约恢复能力的重要因素是 干扰强度和频率 6 8 1系统功能衰退变化机制 8 2恢复生态学与生态修复 9 详情请参见p312理论研究内容 生态系统结构 功能 以及系统内在生态学过程与相互作用机制 生态系统的稳定性 多样性 抗逆性 生产力 恢复力与可持续性研究 先锋群落与顶级群落的发生 发展机制与演替规律研究 不同干扰条件下系统受损过程及响应机制研究 系统退化的诊断及评价指标体系研究 系统退化过程的动态监测 模拟及预测研究 应用技术研究内容 退化系统恢复与重建关键技术体系研究 系统结构与功能优化配置及调控技术研究 物种与生物多样性的恢复与维持技术 生态工程设计与实施技术 环境规划与景观生态规划技术 生态修复的定义 应用生态系统自组织和自调节能力对环境或生态完整性进行修复 最终恢复生态系统的服务功能 生态阈值 P315 处于稳定状态时的生态系统抗干扰与自我调节能力的限度 10 8 2恢复生态学与生态修复 11 8 2恢复生态学与生态修复 污染环境修复 大规模人为干扰和被破坏系统修复 大规模农林牧业生产活动破坏森林草地修复 D 小规模人类活动 完全自然原因造成的退化系统修复 生态修复之四个层面 12 8 2恢复生态学与生态修复 生态学理论限制性因子原理热力学定律种群密度制约及分布格局原理生态适应性理论生态位原理演替理论植物入侵理论生物多样性理论缀块 廊道 基底论 自我设计认为足够的时间 退化生态系统能够实现自我组织 最终改变其组分设计 认为通过工程方法和植物重建 直接恢复系统 生态修复理论基础 P315 8 2恢复生态学与生态修复 13 生态修复的三原则 P316 8 2恢复生态学与生态修复 14 生态修复的判定准则可持续性 可自然更新 不可入侵性 像自然群落一样能抵制入侵 生产力营养保持力具有生物间的相互作用 15 8 2恢复生态学与生态修复 生态修复常用技术方法 植物辅助生物修复 根际过滤 潜力评价法 自然恢复法 限量控制法 植物固化 植物萃取 植物转化 协调促进法 针对污染环境植物修复技术 对非污染环境生态修复技术 植物萃取 BotanicalExtraction 指金属积累植物或超累积植物将土壤中的金属 萃取 出来 富集并运送到植物根部可收割部分或植物地上枝条等部位 然后再对富集部分进行处理 16 8 2恢复生态学与生态修复 肾蕨属蜈蚣草富集CdPtAs有显著效果 适合于植物 萃取 的理想植物之特点 植物可收割部位必能忍耐和积累高浓度污染物植物在野外条件下生长速度快 周期短 生物量高 个体高大 向上垂直生长植物对农业措施如施肥等产生积极的反应 利于反复种植和多次收割 17 8 2恢复生态学与生态修复 8 2恢复生态学与生态修复 印度芥菜 天蓝褐蓝菜 18 根际过滤 RhizospheFilter 利用超积累植物或耐重金属植物从污水从污水中吸收 沉淀和富集有毒金属 19 8 2恢复生态学与生态修复 8 2恢复生态学与生态修复 20 适于根际过滤技术植物之特点 具有较大的根系生物量 最好是须根植物常见的有 弗吉尼亚盐角草 SalicorniaVirginica 牙买加克拉莎草 CladiumJamaicense 印度芥菜 IndianMustard 植物固化利用超积累植物或耐重金属植物降低金属的活性 从而减少或防止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 21 8 2恢复生态学与生态修复 8 2恢复生态学与生态修复 22 适用于固化污染土壤的理想植物之特点 能耐高含量污染物根系发达的多年生绿叶植物 植物辅助生物修复通过根系范围内植物的活动刺激生物 促进污染物的生物降解 23 8 2恢复生态学与生态修复 根系植物 土壤微生物 土壤污染物 根际分泌物 8 2恢复生态学与生态修复 24 Fletcher等 1995 报导 桑树等植物的根际产生物含有黄酮类化合物和氧杂萘邻酮 可被用来刺激能降解多氯联苯 PCB 和多环芳烃 PAH 的微生物生长 8 2恢复生态学与生态修复 25 植物转化通过植物新陈代谢作用降解环境污染物的过程 植物中积累新陈代谢产物必须是非毒性或至少与其母体相比毒性明显降低 针对非污染环境的生态修复技术潜力评价法自然恢复法限量控制法促进协调法 26 8 2恢复生态学与生态修复 利用遥感信息系统 RS 全球定位系统 GPS 地理信息系统 GIS 等先进技术手段 对某一区域进行调查监测和评估 主要针对当地自然资源 土壤侵蚀模数 植物演替变化等 恢复过程中 停止对受损生态系统施加干扰 主要是人为干扰 如草地上的轮牧或圈养等 不改变原有经营目的而采取人为控制 促使恶化的区域恢复生态系统良性循环 如林区择伐 草地载畜量限制等 采取其他辅助措施 减缓人畜对天然植被的破坏 促进生态条件的修复 如山区通过以生物质能的利用来减少对木材和自然植被的利用 并促进系统的恢复 由于不同区域具有不同的自然环境背景 如地貌 水文条件等 不同类型的系统受到的干扰形式和强度也各有区别 于是针对不同类型的生态系统 修复起来也各有不同 受损森林生态系统受损草地生态系统受损河流生态系统受损湖泊生态系统受损海岸生态系统工业废弃地 27 8 3受损生态系统的修复 自然灾害 病虫害 干旱 洪涝和地震等人类活动 刀耕火种 大量砍伐 矿山开采 28 8 3 1受损森林生态系统的修复 原因 特征 生物多样性减少调节气候 涵养水分等生态功能明显下降 建立一个或一群物种 作为恢复生态系统的基本框架 这些物种通常是植物群落演替阶段早期 或称先锋 物种或演替中期阶段物种 优势 只涉及一个 或少数几个 物种的种植系统演替或维持依赖于当地种源 基因池 来增加物种 实现多样性适用范围 在距离现存天然生态系统不远的地方采用 如保护区的局部退化地区恢复 或在天然板块之间建立联系通道时采用 29 物种框架法 该法物种选择标准 抗逆性强能够吸引野生动物再生能力强能够提供快色和稳定的野生动物食物 尽可能地按照生态系统受损前的物种组成及多样性水平种植物种 需要种植大量演替成熟阶段的物种哦该而不必考虑先锋物种 特点 该法要求高强度的人工管理和维护 适用范围 距离人居环境比较近的地段 30 最大多样性法 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 封山育林 可达到最大限度的减少人为干扰 为原生植物群落的恢复提供了适宜的生态条件 使生物群落由逆向演替向正向演替发展 使被破坏的森林生态系统逐渐恢复到顶级状态 林分改造 引进当地植被中的优势种 关键种和因受损而消失的重要生物种类 以加速生态系统正向演替的速度 林业生态工程技术 1 区域的整体方案2 时空结构设计3 食物链设计4 特殊生态工程设计 主要是针对特殊环境条件的林业生态工程 如工矿区林业生态工程 严重退化的盐渍地 裸岩和裸土等生态恢复工程 由于环境的特殊性 需要采取特殊的工艺设计和施工技术才能达到目的 修复过程比较缓慢综合考虑群落发育过程中的主要因子 种子传播 竞争 捕食等 充分利用残存的次生林 风水林 自然保护区等 在它们之间营造物种流动的廊道 斑块 廊道 基底原理 施加人工干预 加快受损系统恢复 35 应注意的问题 自然灾害人类活动 过度放牧 垦殖 污染 人类活动引起的地下水位变化 36 8 3 2受损草地生态系统的修复 原因 特征 植被退化 指草地破坏后植被的密度和生物多样性的下降 这种结构的改变还导致了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理和化学性质的变化 不再支持生态系统的高生产力 恢复方法 改进现存草地 实施围栏养护或轮牧重建人工草地 消除外来干扰 主要依靠生态系统具有的自我修复能力 适当辅之以人工措施来加快其恢复人工措施 因地制宜地进行松土 浅耕翻或适时火烧等措施改善土壤结构 播种群落优势牧草草种 人工增施肥和合理放牧等 37 围栏养护 轮草轮牧 减缓天然草地的压力 改进畜牧业生产方式 常用于完全荒弃的退化草地特点 既能使荒废的草地很快长出大量牧草 获得经济效益 同时又能使生态环境得到改善 38 重建人工草地 修复过程中 还应考虑的其他问题 如代表性的草种 外来草种 灌木入侵 动物出入等 利用现代遥感技术进行管理 39 草原系统修复过程中需注意问题 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 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 改进的标准河流断面设计法 浅滩和深潭河流结构的构建 构建有利于生物生存的多孔隙河岸 40 8 3 3受损河流生态系统的修复 修复方法 拦河大坝修建后 使得河流的许多自然生态功能和过程都发生了改变 大坝阻碍或减缓了水生生物迁徙过程 进而影响了河流生态系统的食物链结构 还导致吸附有营养物质的泥沙在水库中沉积 41 水利工程对河流生态系统的影响 中华鲟是国家一级保护水生野生动物 中华鲟是地球上最古老的脊椎动物 是鱼类的共同祖先 古棘鱼的后裔 有 活化石 之称 目前黄河 钱塘江 闽江早已绝迹 仅长江现存一定数量 由于水污染 航运业和渔业捕捞 尤其是葛洲坝截流阻断了鲟鱼的洄游路线 中华鲟成为濒危物种 葛洲坝截流前 中华鲟上溯数千公里抵达长江上游 在金沙江 公里江段进行自然繁殖 而截流后仅在坝下 公里江段繁殖 坝上游约 个产卵场全部不复存在 中华鲟抵达葛洲坝后 或继续上溯撞坝死亡 或因坝下条件不能满足其产卵条件而重返海洋 新建产卵场 42 水利工程对河流生态系统的影响 对河岸带和河流阶地上天然植被的开采 将其变为可耕地 现代农业使用的化肥和农药等有毒有害物质对河流水质的污染 43 农业活动对河流生态系统的影响 1 城市化对水资源需求量的剧增与河流供给能力的矛盾 2 城市污水排放与河流自净能力的矛盾 3 流经城市内河段水环境的彻底改变 44 城市化对河流生态系统的影响 受损原因环境污染水利建设过度放养湖泊富营养化外来物种入侵 45 8 3 4受损湖泊生态系统的修复 工业废水和生活污水以及农田化肥营养物质的进入 致使目前几乎所有的湖泊都存在着富营养化现象 如云南滇池 1980s开始全面富营养化 46 湖泊的富营养化 据了解 水葫芦原产南美 属多年生草本植物 水葫芦繁殖速度极快 其在生长中消耗大量溶解氧 又会加剧水体富营养化 由于水葫芦采用无性繁殖方式 每株在一个生长周期90天即可繁殖25万株 大量繁殖的水葫芦不仅堵塞河道 破坏水生生态系统 由于水葫芦能吸附重金属等有毒物质 因此其死亡沉下水底后又会构成对水质的二次污染 47 外来物种入侵 修复方法和技术 严禁围湖造田 有效实施退田还湖政策营造林地 提高湖泊周围及整个流域的植被覆盖率减少面源污染加大人为调控湖泊水位力度对已大量淤积湖泊采取清淤措施 48 8 3 4受损湖泊生态系统的修复 海洋生态系统受损的主要方式及影响 海岸侵蚀 海岸湿地被围垦及占用 过度捕捞 污染 防治水体污染 控制生态破坏 建立海岸带自然保护区 控制生态破坏 49 8 3 5受损海洋生态系统的修复 修复方法 美国路易斯安那州新奥尔良市是一座海边城市 有着十分丰富的沿海湿地资源 通过对于湿地的侵占 该市扩张了自己的地盘 建造了更多的建筑 然 在2005年卡特里娜飓风来临之际 没有了湿地的保护 80 的市区被淹没海水之中 海岸湿地被围垦及占用 50 工业废弃地的危害工业废弃地多是由资源粗放型开采方式引发的 造成大量耕地破坏和侵占 土地农业经济支持能力下降草地 森林等生态系统退化 土壤亚系统环境随之恶化形成残破衰败环境景观 严重影响城市形象对于城镇河流水系 地下水 造成负面影响 51 8 3 6工业废弃地的修复 52 8 3 6废弃地的修复 江西德兴铜矿 工业废弃地修复方法景观再生利用废弃物再利用生态技术 53 8 3 5废弃地的修复 北杜伊斯堡景观公园位于杜伊斯堡 它是一个集采煤 炼焦 钢铁于一北杜伊斯堡景观公园全景图身的大型工业基地 现在被改造为以煤 铁工业背景为主的大型工业旅游主题公园 园内的休闲旅游活动丰富多样 例如 废旧的贮气罐被改造成潜水俱乐部的训练池 用来堆放铁矿砂的混凝土料场 被己经设计成青少年活动场地 墙体被改造成攀岩者乐园 54 景观再生利用 生态工程的定义生态工程是应用生态系统中的物种共生与物质循环再生原理 结构与功能协调原则 结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 马世俊 1984 55 8 4生态工程与生态修复 详情请见P338 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 56 8 4 2生态工程设计生态学理论 拟定目标背景调查模型分析与模拟工程可行性评价 57 8 4 3生态工程设计基本流程 湿地 地球之肾 具有多种功能的独特生态系统 是自然环境中自净能力很强的区域之一 它利用系统中的物理 化学 生物作用 通过过滤 吸附 植物吸收 微生物降解等来实现对水环境污染物的高效分解 达到水生环境的修复目的 58 8 4 4湿地生态工程与