受损生态系统的修复课件

第八章受损生态系统的修复 第一节受损生态系统的特征 第二节受损生态系统的修复 第三节生态工程与修复技术 第八章受损生态系统的修复 第一节受损生态系统的特征 一 生态系统受损的主要形式 指生态系统的结构和功能在自然干扰 人为干扰下发生了位移 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 受损生态系统 生态系统受到特别强烈的干扰 受害时间短 速度快 局部受损程度严重 受损后系统恢复能力弱 系统靠自然恢复的时间长 根据生态系统受损过程中发生的变化 可以划分为 1 突发性受损 2 跃变式受损 是指生态系统在受到持续干扰作用下 最初并未表现出明显的损伤 随着干扰的持续 破坏性进一步累积 达到一定程度后突然剧烈变化的一种形式 指生态系统受到干扰的强度较均衡 变化的速度较缓慢 受损程度呈逐渐加重趋势 但系统本身的恢复基础较好 3 渐变式受损 4 间断式受损 5 复合式受损 指生态系统因周期性的干扰而受到损害的一种形式 当干扰存在时 系统受损 而干扰停止时 生态系统就开始逐步恢复 指生态系统在受损过程中 经历了两种以上受损形式 第二节受损生态系统的修复 一 受损森林生态系统的修复 森林生态系统变化的特点通常都是生产力减低 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 1 森林生态系统受损的原因及特点 森林生态系统受损的原因 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 2 受损森林生态系统的修复方法 1 封山育林 最简便易行 经济有效的方法 可达到最大限度地减少人为干扰 为原生植物群落的恢复提供了适宜的生态条件 2 林分改造 3 透光抚育或遮光抚育 通过改善林地环境条件来促进群落正向演替 对受损后处于演替早期阶段的群落进行林分改造 促进森林的快速演替 生态工程的分支 是根据生态学 林学及生态控制论原理 设计 建造与调控以木本植物为主的人工复合生态系统的工程技术 其目的在于保护 改善与持续利用自然资源与环境 4 林业生态工程技术 受损森林生态系统的修复和重建对策 王治国等 2001 综合考虑群落发育过程中的主要因子 包括种子传播 竞争 捕食和随机事件 环境变化的胁迫 遗传资源的退化以及外来种入侵问题 3 受损森林生态系统修复中应注意的几个问题 判定一个森林生态系统的修复程度 主要是结构 功能和动态等方面的多种指标 但森林恢复要求有最低数量的成分和最小面积 修复受损生态系统的优势种或关键种的同时 还要注意互惠共生种 互惠共生关系越复杂 表明系统也就越稳定 二 受损草地生态系统的修复 主要是过度放牧 垦殖和污染等 以及农牧民为获得生活所需能源 对草原植被的割刈 搂草等干扰 1 草地生态系统受损的原因及特点 受损草地生态系统的主要特征包括植被退化和土壤退化 自然条件都比较恶劣 春季干旱 夏季少雨 冬季严寒 自然灾害频繁 这是造成草原退化的自然因素 人为原因 自然原因 人类活动 滥垦 滥伐 资源不合理经营 植被衰退 系统生物量减少 食物链缩短 营养级降低 土壤肥力下降 生态系统退化 干旱 盐碱化 沙漠化 草原退化 有害动物 植物增加 野生动物减少 系统自我调节能力下降 能量利用率下降 草原荒漠化过程 李述刚等 1995 草原植被种类有26 50 是顶极群落的种类 草原表土开始损失和植被生产力下降 草原植被种类有10 50 时 可视为草原达到了退化的阈值 2 受损草地生态系统的评估指标 地表反射率 土壤侵蚀率 盐碱化率 群落种类 关键种数量 生物量 营养质量 人类干扰 土壤有机质含量和地下水位变化以及家畜产量等 主要评价指标 生态指标 消除外来干扰 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 3 受损草地生态系统的修复方法与技术 1 围栏养护 轮草轮牧 2 重建人工草地 使荒废的草地很快产出大量牧草 获得经济效益 同时又能够使生态环境得到改善 3 实施合理的牲畜育肥生产模式 合理利用多年生草地每年中的不同生长期 进行幼畜放牧育肥的方式 即在青草期利用牧草 加快幼畜的生长 而在冬季来临前便将家畜出售 草地修复中还应考虑的其它问题包括 代表性的草种 外来草种 灌木的入侵 动物的出入 草地的长期动态变化等 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 人类对河流生态系统的影响 对沿岸植被的破坏 点源和非点源的各种污染物对水域的污染 对水域中生物资源的过度利用 各种水利建设对河流自然生态功能和生态过程的改变等 1 水利工程建设 各种水利工程中 对河流影响最显著的是拦河大坝 大坝修建后 河流的许多自然生态功能和过程都发生了改变 2 农业活动 农业活动对河流的损伤的两个方面 对河岸带和河流阶地上天然植被的开采 化肥和农药等有毒有害物质对河流水质污染 水资源需求量的剧增与河流供给能力的矛盾 城市污水排放与河流自净能力的矛盾 流经城市内河段水环境的彻底改变等 3 城市化 建立沿岸绿化带 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 2 受损河流生态系统的修复 四 受损湖泊生态系统的修复 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 1 湖泊生态系统的受损及原因 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控人工清淤 五 矿区废弃地的修复 从废弃物中进一步回收有价元素作为二次资源制取新形态物质井下采空区的充填材料 矿山周围地区土壤质量的改善 覆盖在土壤上的尾矿及废弃矿石堆性能的改良 尾矿的综合利用 污染土壤的修复 众多的微生物种在矿山生态系统的恢复中起着至关重要的作用 不同的微生物对不同的污染物也有一定的适应性 首先对污染元素进行分析 再对土壤的物化 生化性质进行分析 查明土壤的pH 地表水 通气性 土壤氮素及土壤温度等 进而选择树种 植被的修复 微生物的修复 矿区废弃地综合修复 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 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 马世俊 1984 1 生态工程的定义 生态工程与环境工程 生物工程和遗传工程的比较 2 生态工程设计的生态学理论依据 自然界中任何一种生物都不能离开其他生物而单独生存和繁衍 这种关系是自然界生物之间长期进化的结果 包括互惠共生与竞争抗生两大类 亦称为 相生相克 关系 在生态工程设计和调控中 合理运用生态位原理 可以构成一个具有多种群的稳定而高效的生态系统 物种共生原理 生态位原理 环境因子相互补偿作用使物种的耐性限度是可变的 当一个环境因子处于适宜范围时 物种对其他因子耐性限度增大 反之下降 生态系统中生物多样性越高 生态系统越稳定 物种多样性原理 物种耐性原理 自然界中 食物链里复杂的食物关系使得生态系统维持着动态平衡 实现着生态系统的功能 即物质的循环和能量的转化与传递 食物链原理 所谓景观 是指由相互作用的斑块或生态系统组成的 并以相似形式重复出现的 具有高度空间异质性的区域 景观生态学原理在生态工程设计中的意义 在于考虑具体设计方案时 要有区域尺度的概念 尤其是环境保护生态工程 污染治理生态工程等 在设计时 必须从区域的尺度考虑其合理性 要有意识地把工程本身及其与整个区域布局的合理相结合 景观生态学原理 一个开放系统的有序性来自非平衡态 也就是说 系统的有序性因系统向外界输出熵值的增加而趋于无序 要维持系统的有序性 必须有来自于系统之外的负熵流的输入 即有来自于外界的能量补充和物质输入 耗散结构原理 在生态工程中注意限制因子原理的意义 一是 若能正确运用生态因子规律 可建立生态系统的反馈调节 使某些不希望出现的生态现象得到抑制 二是 消除控制限制因子的作用 因为限制因子的限制作用是有条件的 是相对的 限制因子原理 生态因子综合性原理 自然界中众多生态因子会对生物产生重要影响 它们也都有自己的特殊作用 而且环境中每个生态因子的作用又不是孤立的 而是相互联系 相互促进和相互制约的 任何一个因子的变化都能引起其他因子作用强度甚至作用性质的改变 二 生态工程的设计与应用 1 生态工程设计的具体步骤 1 拟定目标 2 背景调查 自然资源条件 社会经济条件 生态环境条件 生物资源 土地资源 矿产资源 水资源等 市场状况 劳动力及其知识水平 经济实力等 气候条件 土壤条件 污染状况等 生态系统模型提供了复合生态系统的静态特征和动态变化性质 是生态工程可行性分析或决策分析的基础 3 模型分析与模拟 根据拟定的目标和收集的数据 构建合适的数学模型 4 工程可行性评价 外界的输入状况 系统的组成及其状态 组分之间的物质 能量和信息的流动 系统的输出以及与外界的货币 物质等因子的交换等 调查资料和数据 拟定目标 社会目标经济目标生态目标科技 文教 管理和道德水平生产 消费 积累和流通水平结构和功能的和谐稳定 满意决策集 生态工程实施依据 生态工程设计程序框图 引自马世骏 2 技术路线 技术路线是着重调控系统内部结构和功能 进行优化组合 提高系统本身的迁移 转化 再生一些物质和能量的能力 以及对太阳能的利用率及自净作用与环境容量 充分发挥物质生产潜力 尽量充分利用原料 产品 副产品 废物及时间 空间 营养生态位 提高整体的综合效益 1 建立互利共生网络 在一个生态系统或复合生态系统中的食物链网或生产流程中 增加一些环节 改变食物链或生产流程结构 扩大与增加系统的生态环境及经济效益 以发挥物质生产潜力 更充分利用原先尚未利用的那部分物质和能量 促使物质流程与能量流的途径畅通 此即称之为加环 2 延长食物链 加环分为 生产环 增益环 减耗环 复合环 1 底泥生态疏浚 3 生态工程设计的应用 2 种植植物 达到美化环境 治理富营养化 3 建立渔业生态工程 控制过度养殖 适度利用水体 4 建立环湖湿地保护带 实现持久的生态管理 一是湖岸湿地保护带工程 一是滨岸带高等水生植物恢复和调控工程 三 植物修复技术 植物修复技术是以植物忍耐和超累积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 1 植物修复技术的类型 指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 植物萃取技术 可收割部位必须能忍耐和积累高浓度的污染物 在野外条件下生长速度快 生长周期短 生物量高 个体高大 向上垂直生长以利于机械化作业等 对农业措施如施肥等能产生积极的反应 利于反复种植 多次收割 植物萃取技术特点 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 根际过滤技术 根际过滤技术主要用来处理石油天然气生产过程中产生的废水 含放射性污染物质的废水 含重金属的各种废水以及富含其它污染物 如氮 磷 钾 的废水 适用范围 植物刺激技术 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 根圈的植物修复可增加土壤有机质含量 细菌数量和菌根真菌数量 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 植物固定技术 植物转化技术 通过植物新陈代谢作用降解环境污染物的过程 植物转化取决于污染物从土壤和水体中的直接吸收和在植物器官中新陈代谢的积累 2 植物修复技术的应用 1 环境中重金属的去除 利用植物对金属污染位点进行修复是解决环境中重金属污染问题的一个很有前景的选择 植物固定 植物转化 萃取等是去除环境中金属离子的有效技术 传统的有机污染物的生物修复是用微生物来完成的 与微生物修复相比 植物修复更适用于现场修复 通过植物萃取 转化和辅助修复等技术 可去除环境中的有机污染物 2 环境中有机物的去除 用生长很快的多年生植物与特殊的菌根真菌或其他根区微生