第六章-土木工程与生态环境..ppt

第六章土木工程与生态环境,生态环境：以人类为中心进行考察，由各种生物构成的生物圈。生物圈是人类环境的一个组成部分，而且是与人类生存和发展关系极其密切的环境。人的衣食住行以及生存环境都与生物圈有密切的关系。生物圈由各种生态系统构成。一个生物物种在一定范围内所有个体的总和称为种群（population）。在一定的自然区域中许多不同种的生物总和则称为群落（community）。,在生物群落的基础上加上非生物成分（如阳光、土壤、各种有机或无机物质等），就构成了生态系统。第一节生态系统概述一、生态系统的组成1、生态系统的基本概念生态系统是一定空间内由生物成分和非生物成分组成的一个生态学功能单位。自然界中生态系统多种多样，大小不一。小至一滴湖水、大至森林、草原、湖泊、海洋都是一个生态系统。除了自然生态系统以外，还存在许多人工生态系统，例如，农田、果园、城市。,2、生态系统的组成1）非生物成分非生物环境，即无机环境。主要包括：（1）驱动整个生态系统运转的能源和热量等气候因子，主要是太阳能，气候因子包括风、温度和湿度等。气候条件，荒漠、森林。（2）生长的基质和媒介它们构成生物生长和活动的空间，包括土壤、空气和水等。如土壤动物要有一定的空气，水溶解氧（3）生物生长代谢的材料包括氧、二氧化碳、水、无机盐以及非生命的有机物质等。,2）生物成分生物成分是生态系统中的重要组成部分，依据其在生态系统中的作用、地位，生物成分可以分为生产者、消费者、和分解者三部分。（1）生产者生产者也称作初级生产者，主要指绿色植物，绿色植物能在阳光作用下吸收空气中的二氧化碳和水分，通过光合作用将二者转变为碳水化合物，并释放出氧气，即绿色植物能把光能以化学键能的形式贮存下来。太阳能只有通过生产者，才能源源不断地输入到生态系统，成为消费者和分解者的唯一能量来源。,各种藻类是水生生态系统中最重要的生产者；陆地生态系统的生产者有乔木、灌木、草本植物和苔藓和地衣等。保护生态系统的关键是保护绿色植物。（2）消费者消费者指那些以其他生命体或者它们的产物为食物以获得能量的生命体。消费者是不能用无机物质制造有机物质（生命体的组成部分）的一类生物，也不能从阳光中直接获得能量，它们只能以其他生物为食，直接或间接地从植物获得能量。根据食性的不同消费者可以分为：,草食动物，它们直接以绿色植物为食。如反刍动物中的牛、羊、骆驼，啮齿类中的田鼠，昆虫类中的菜青虫、蝉等。肉食动物，它们以草食动物或其它弱小动物为食，包括次级消费者和三级消费者。次级消费者以初级消费者为食，三级消费者又以次级消费者为食。如：“杨树蝉螳螂黄雀猫头鹰”寄生动物：寄生于其它动植物体内，靠吸取宿主营养为生。腐食动物：以腐烂的动植物残体为食，如蛆和秃鹰。,杂食动物：它们的食物多种多样，既吃动物，也吃植物，如麻雀、熊、鲤鱼等。（3）分解者分解者以动植物的残体和排泄物中的有机物质作为维持生命活动的食物能源，并把复杂的有机物分解为简单的无机物归还环境，共生产者再度吸收利用。最主要的分解者是真菌和细菌，此外，分解者还包括某些原生动物和小型土壤动物。如果没有分解者的分解作用，生态系统中的物质循环就会停止，所以分解者是生态系统中不可缺少的重要部分。,二、生态系统的结构生态系统中各种生物之间的关系。1、食物链和食物网食物链是指在生态系统中，生物通过吃与被吃关系联结起来的链索结构。依据各种生物之间的食性关系，可以将食物链分成四种类型：1）草牧食物链或称活食食物链和捕食食物链。以活有机体为食，通过绿色植物、草食动物、肉食动物组成的食物链，其特点是从小到大、从弱到强、弱肉强食，存在明显的捕食关系。,如杨树蝉螳螂黄雀猫头鹰组成的食物链。2）碎食食物链这种食物链以碎食食物为基础（碎食是指高等植物的枯枝落叶等被其他生物利用，分解成碎屑，然后再被多种动物吃掉）。如：枯枝落叶真菌红松鼠、花鼠大型肉食动物。3）腐食食物链食物链以动物和植物的遗体为基础，腐烂的动物和植物遗体被土壤或水体中的微生物分解利用，后者与前者是腐生性关系。如：动物、植物遗体细菌和真菌微生物。,4）寄生食物链以活的动植物有机体为营养源，以寄生方式存在的食物链。它以大型动物为基础，继之则是小型动物、微型动物，然后是细菌和病毒，后面一级生物寄生在前面一级生物身上，后者与前者构成寄生关系。例如：哺乳动物或鸟类跳蚤原生动物细菌病毒。5）混合食物链在构成食物链的各环节中，既有活食性生物成员，又有腐食性生物成员。稻草牛蚯蚓鸡猪鱼,6）特殊食物链世界上约有500种能捕食动物的植物，如瓶子草、猪笼草、捕蛇草等。它们能捕捉小甲虫、娥、蜂、甚至青蛙。被诱捕的动物被植物分泌物分解，供植物吸收，这是一种特殊的食物链。一般说，食物链的环节不多于5个，生命所需能量在沿着食物链流动时，是不断减少的。2、食物网食物链表示生物间的关系都是单向的，自然界中实际存在的取食关系要复杂得多。许多食物链经常互相交叉，形成张无形的网络，这种复杂的捕食关系就是食物网。,12,3、营养级食物链和食物网在理论上反映生态系统中物种和物种间的营养关系，但这种关系很复杂，迄今尚未有一种食物网能如实地反映出自然界食物网的复杂性。为研究的方便和更真实地描述生态系统中的能量流动和物质循环，生态学中提出营养级的概念。营养级是食物链上的一个环节，一个营养级指的是处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。营养级之间的关系不是指一种生物同另一种生物之间的关系，而是指某一层次上的生物和另一层次上生物之间的关系。例如：下面就是一个陆地生态系统的营养级，分为四个层次。,14,4、生态金字塔反映营养级之间生物数量、重量、能量比例关系的一个图解模型，以初级生产者为底层。1）能量金字塔生态系统中的能量是沿营养级逐步递减的。出现能量金字塔的原因：（1）生态系统中后一营养级上的生物不可能百分之百地利用前一营养级上的生物量；（2）前一营养级上的生物总有一部分会自然死亡并被分解者利用；（3）各营养级的同化率也不完全，总会有一部分变成排泄物而留于环境中；,（4）各营养级生物总要维持自身的生命活动，会消耗一部分能量，这部分能量转化成热能而耗散掉。由于以上原因，能量是通过营养级逐渐减少的，如果把通过各营养级的能量由低到高画成一幅图，,就形成一个金字塔形状，称为能量锥体或者能量金字塔。2）数量金字塔能量沿营养级顺序向上逐级递减，因而有机体数量沿营养级顺序向上呈越来越少的现象。如一块草地上可能有草数百万株，有蚱蜢、蚜虫数十万个，蜘蛛数千个，有鹰数只。以数量金字塔表示生物间的关系，有时草食动物比生产者的数量还多，如森林中昆虫数量常常大于树木数量。3）生物量金字塔描述的是某一时刻生态系统中各营养级的重量关系，,该方法克服了数量金字塔中因个体差异造成的塔形颠倒现象。生物量金字塔也可能会出现倒置的现象，当下一个营养级比上一个营养级的生物个体小、寿命短、代谢旺盛时，也会出现下一个营养级的生物量少于上一营养级的现象，生物量金字塔就会颠倒。例如，水生生态系统中，生产者（浮游植物）个体很小，寿命短暂，根据某一时刻调查，其生物量常常低于浮游动物的生物数量，这样一来，金字塔的形状就要倒过来。但是这并不是说生物量在生产者的环节低于消费者的环节，而是因为浮游植物个体小、代谢快、,生命短，某一时刻的现存量反向要比浮游动物少，但是浮游植物一年中总的生物量比浮游动物要多得多。三、生态系统的运转生物种类协调，生态功能正常。能量流动、物质循环和信息传递。（一）生态系统的能量流动1、能量的含义能量，在经典物理学中的定义为“物体做功能力的量度”。物体对外界作功，物体的能量减少，如动物的捕食、搬运等行为均是对外界作功，导致体内化学能消耗。,生态系统中各种形式的有机体，除少数几种化学合成细菌外，其生存所需的能量都是由太阳辐射的能量供应的。植物通过光合作用贮存化学能；植物呼吸产生热能；动物呼吸产生热能、动物运动产生动能、动物登高产生势能、动物发声产生声能、动物放电产生电能、动物发光产生光能。各种形式的能量均来源于光能。2、能量流动生态系统的能量流动是指能量通过食物网络在系统内传递的耗散过程，能量流动起始于生态系统中的初级生产者，终止于还原者。不同形式、不同状态的能量可以贮存或相互转化，,光能可以转化为化学能，化学能可以转化为动能或势能。1）生物生产生物生产是生态系统的基本功能之一，它指的是太阳能通过绿色植物的光合作用转换为化学能，再经过动物生命活动利用转变为动物能的过程。生物生产包括初级生产和次级生产。（1）初级生产初级生产是生产者（主要是绿色植物）通过光合作用源源不断地把太阳能转变为化学能的过程，故又称之为植物性生产。光合作用是植物固定太阳能的唯一有效途径，也是,生态系统唯一的能量来源，其全过程很复杂，包括100多步化学反应，但其总反应式却非常简明：6CO2+12H2OC6H12O66O26H2O（2）次级生产次级生产是消费者（主要是动物）的生命活动将初级产品转化为动物能的过程，故又称之为动物性生产。能够通过光合作用制造有机物质的植物被称为“自养生物”，主要是绿色植物，其他生物靠自养生物取得其生存所必须的食物分子，这些生物称为“异养生物”。2）热力学定律与能量流动,生态系统中的能量流动都是按照热力学第一定律和第二定律进行的。（1）热力学第一定律与能量流动根据热力学第一定律：“能量既不能创造，也不会消灭，只能以从一种形式转化成另外一种形式”，即能量转化与守恒定律。在生态系统中，生产者通过光合作用把光能转变成化学能贮存起来，初级消费者摄食植物，把生产者积累的能量转移给动物利用做功（生长、运动、繁殖），在此过程中能量发生了转变或转移，但总能量是守恒的。生态系统中的能量流动是借助于食物链和食物网实现的，食物链是生态系统能量流动的渠道。,（2）热力学第二定律与能量流动热力学第二定律可以表述为：“在一个封闭的系统中，在能量的传递过程中，除一部分可以继续传递和做功的能量外，总有一部分能量不能继续做功和传递，而以热的形式散失到周围环境中，与此同时，系统的无序性（即嫡）增加”。生态系统中，从太阳能到植物的化学能，然后通过食物链的联系使能量在各级消费者之间流动，这就构成了能流。能流是单向性的，能量在生态系统中的流动是单向衰变的，不能返回。每经过食物链的一个环节，能流就有不同程度的散失，食物链越长，散失的热量就必然越多。,这是食物链的环节和营养级的级数不会超过五到六个和能量表示为金字塔形的原因。随着能量的传递，系统的无序性增加。普利高津认为：一个远离平衡态的开放系统，通过不断与外界环境进行物质、能量的交换，就能克服混乱状态，维持系统的稳定状态。3）生态系统中能量流动的特点（1）生产者即绿色植物对太阳能的利用率很低，只有1.2%左右；（2）能量只朝一个方向流动。能流的单一方向性主要表现在以下二个方面：太阳的辐射能以光能的形式输入生态系统后，,被植物所固定不能再以光能的形式返回；自养生物被异养生物摄食后，能量就从自养生物转到异养生物体内，也不可能再返还给自养生物；（3）能量流动过程中能量逐渐减少，每经过一个营养级都有能量以热的形式散失掉。各营养层次自身呼吸所消耗用的能量都在其总产量的一半以上，净生产量不及总产量的一半。（4）各级消费之间能量利用率也不高，平均约10。因此，营养层次变多或食物链的层次增加时，净产量就会急剧下降。（5）只有当生态系统生产的能量与消耗的能量平衡时，生态系统的结构和功能才能保持动态平衡。,生态环境保护：环境保护法中的环境包括生活环境和生态环境，生态环境包括各种生态系统，也称生物圈，环境保护实际工作中经常采用生态环境的概念代替环境，因为生态系统由生物及它的无机环境构成，这样就包括了以人为主体的全部环境要素。环境问题包括：环境污染与生态破坏，环境保护包括了污染防治及生态保护。生态保护的对象是生态系统，其核心是生态系统的完整性和生物多样性保护。生态环境保护的关键是保护自然生态环境，其次是农业环境的保护，另外城市的生态环境也包括在内。生态系统类型按空间环境性质：海洋生态系统、淡水生态系统、陆地生态系统。,（二）生态系统的物质循环物质做为能量的载体使能量沿着食物链(网)流动；能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返，能量流动和物质循环同时进行，相互依存。1、生态系统的物质循环过程物质从大气、水域或土壤中，通过以绿色植物为代表的生产者吸收进入生物链，然后转移到草食动物和肉食动物等消费者，最后被以微生物为代表的分解者分解转化回到环境中，这些释放的物质再一次被植物利用，重新进入食物链，参加生态系统的物质循环，这个过程就是物质循环。各种生物维持生命所必需的化学元素虽然很多，,但是生物97以上的物质由碳、氧、氢、氮和磷五种元素组成。1）碳循环碳是构成生物体的基本元素，占生物总质量约25%。在无机环境中，以二氧化碳和碳酸盐的形式存在。绿色植物借助光合作用吸收空气中的水和二氧化碳转换成有机物质，动物通过取食植物得到碳；同时，植物和动物又通过呼吸作用放出二氧化碳到空气中；动植物死亡的遗体经微生物分解破坏，最后被氧化变成二氧化碳、水和其他无机盐类；土壤中的无机盐可以被植物吸收。,生物残体埋藏在地层中，经漫长的地质作用形成煤、石油和天然气等化石燃料它们通过燃烧和火山活动放出大量二氧化碳进入生态系统。CO2的大量排放产生温室效应。2）氮循环氮是形成蛋白质、氨基酸和核酸的主要成分，是生命的基本元素。大气中氮的含量占大气总体积的79%，大气中的分子态氮是一种惰性气体，所以大气中含量丰富的氮不能被绿色植物或动物直接利用。生物圈中的氮循环：首先开始于土壤中的硝酸盐、铵盐被植物吸收利用，与植物体中的碳素结合,形成氨基酸，进而合成蛋白质、核酸，成为植物体的重要组成部分。动物直接或间接以植物为食，从植物体中摄取蛋白质，作为自己蛋白质组成的来源。氮随之转入并结合在动物体中。这些含氮排泄物及动植物尸体经微生物分解又转变成氨（氨的水溶性很高），氨经过亚硝化细菌作用形成亚硝酸盐，再经过硝化细菌作用形成硝酸盐。尿素、铵态氮及硝酸盐均可再被植物利用。人工固氮对养活世界人口做出重大贡献，但也带来严重的生态问题。流入池塘、湖泊、河流、海湾的化肥氮造成富营养,化，藻类和蓝细菌种群大爆发，其死体分解过程中大量掠夺其他生物必需的氧，造成鱼虾贝类大量死亡。过多使用化肥不仅污染土壤和水体，并能将过量一氧化二氮送入大气，产生温室效应与臭氧层破坏。水土流失也会导致进入水体的氮元素增加。3）硫循环硫是蛋白质和氨基酸的基本成分，对于大多数生物的生命至关重要。地球中的硫大部分储存在岩石、矿物和海底沉积物中，以黄铁矿、石膏和水合硫酸钙形式存在。在自然界中的硫主要是元素硫、亚硫酸盐、硫酸盐。硫的循环既有风化和分解而释放，以盐溶液的形式进入生态系统，植物土壤吸收，,微生物分解。还有的硫以气态参加循环，例如：H2S来自火山活动、沼泽、稻田和潮滩中有机物的嫌气（缺氧）分解等途径。大气圈中硫的1/3来自人类活动，其中的2/3来自含硫化石燃料（煤和石油）的燃烧。含硫化石燃料（煤和石油）的大量燃烧，是产生酸雨重要原因，特别是我国。4）磷循环生态系统中磷是生物的重要营养成分，主要以磷酸盐的形式存在。磷是携带遗传信息DNA的组成元素，是动物骨骼、牙齿和贝壳的重要组分。磷循环的途径是从岩石圈开始的。磷酸盐岩石被风,化侵蚀后，将磷释放出来成为可溶性无机磷酸盐，并随水的流动从岩石圈转移到土壤圈、水圈、被植物吸收利用。植物吸收可溶性的磷酸盐后，经过一系列的生化反应转化成有机磷酸盐。动植物残体和动物的排泄物经微生物分解转化为可溶性磷酸盐，可再度被植物吸收利用。磷肥的大量使用也是水体富营养化的主要原因。5、水循环水是地球上所有生命有机体的最主要的组成成分，水还是生态系统中能量流动和物质循环的主要介质。照射到地球表面的太阳能除了很少一部分供植物,光合作用外，约有四分之一用于蒸发水分。水的主要循环路线是从地球表面通过蒸发进入大气圈，同时又不断从大气圈通过降水而回到地球表面。陆地的降水量大于蒸发量，而海洋的蒸发量大于降水量，因此，陆地每年都把多余的水通过江河源源不断输送给大海。以弥补海洋因蒸发量大于降水量而产生的亏损。（三）生态系统的信息传递信息一词，源于通讯工程科学，是指包含在情报、信号、消息、指令、数据、图像等传播形式中新的知识内容。,辞海定义为：“信息是指对消息接受者来说预先不知道的报道”。生态系统中各生命成分之间存在的信息传递称为“信息流”。信息传递把生态系统各组成成分联系成一个整体，并具有调节系统稳定性的作用。生态系统的信息可以分为物理信息、化学信息、营养信息。1、物理信息生态系统中以物理过程为传递形式的信息称为物理信息，如光、声音、颜色等。高空的鹰通过视觉发现地面上奔跑的兔子，就是一个光信息传递过程；,萤火虫的闪光信号：雄虫在空中飞行发出闪光信号，根据回应闪光持续的时间，辨认是否为同一种雌虫。鸟的鸣叫、狮子的咆哮就是声音信号；声信息对于动物来说具有更大的意义，它们更多地是依靠声信息确定事物的位置或发现敌害的存在。花朵艳丽的色彩和诱人的芳香等都是物理信息。蜜蜂、蝴蝶的飞舞。磁信息：生物对磁场有不同的感受能力，常称为生物的第六感觉。许多鱼能遨游几千海里，来回迁徙于河海之间；候鸟南北长途往返飞行都能准确到达目的地；动物主要依靠自己身上的电磁场，与地球磁场相互作用确定方向和方位。,2、化学信息化学信息由生物代谢作用产物（尤其是分泌物）组成的化学物质，同种动物间释放的化学物质能传递求偶、行踪和划定活动范围等信息。植物的气味是化合物散发的，不同动物对气味有不同的反应，如蜜蜂的取食和传粉等。3、营养信息在生态系统中，各种生物通过营养信息关系组成一个相互依存和相互制约的整体。食物网中各营养级上的生物有一定的比例关系，即前营养级上的生物数量反映出后一营养级上的生物数量。食物链中的各级生物要求一定的比例关系，即生态金字塔规律。,第二节生态系统的服务功能（陆地生态系统）生态系统服务是指对人类生存和生活质量有贡献的生态系统产品和服务。产品是指在市场上用货币表现的商品，服务是不能在市场上买卖的，但具有重要价值。离开了生态系统的服务，人类的生存就要受到威胁，全球经济的运行也会停止。1、生产生物资源包括食物生产和原材料生产。生物资源都依赖于一定的生态系统生存和发展，如木材、薪材、建材、药材、饲料、野物肉类、鱼贝类、毛皮、水果、树胶、树脂、蜂蜜、纤维、香料等。2、水源涵养和水文调蓄,1）增加降雨生态系统中植物发达的根系从地下吸收水分，然后蒸腾扩散，使水分返回大气，高强度大面积的蒸腾蒸散可以导致区域降雨，使系统水分得到有效利用。如：特别是森林的作用，森林减少，年降雨量减少。有植被的地方，降雨量是较多的，特别是森林植被降雨量与植被是互相依存的，荒漠的降雨稀少，植被稀疏。2）涵养水源生态系统复杂的结构能涵养水源，在降雨中覆盖于地表的植被与枯枝落叶能减缓地表径流。由于植被根系的穿插及土壤动物的活动，土壤疏松,多孔，植被和其附着的土壤都会截留一部分水并减缓流速，防止大量降水集中汇入下游。雨季过后，植被与土壤中保持的水分又缓缓流出在旱季为下游地区蓄水供水，形成常流的河溪。例如：林地的土壤疏松，孔隙多，对雨水的渗透性强，降雨的5080%可以渗入地下，成为地下水库。每一公顷森林所含蓄的水分至少比无林地多300立米。3、保护土壤，防止水土流失（包括水蚀和风蚀）土壤是建造生态系统的物质基础，土壤与地上植被有不可分割的相互依存关系，自然界每生成1cm厚的土壤大约要几百年以上的时间。水土流失是我们国家的头号生态问题。,生态系统保护土壤的功能主要由植物承担。植物的冠盖拦截雨水，削弱雨滴对土壤的直接溅蚀力，地被植物阻截径流和蓄积水分，使水分下渗而减少径流冲刷；植物根系具有机械固土作用；根系分泌的有机物胶结土壤，使其坚固而耐受冲刷；根系发达使土壤疏松，增加雨水下渗能力而减少流失等。绿色植物也可以减少风蚀，树木、草、灌木植物能够降低风速，从而大大削弱风的携沙能力，防止风吹沙动，土壤干旱；植物的根系均能固沙紧土，植被的凋落物为土壤带来有机质，可以培肥贫瘠的土壤，增加更多植物生存的可能性。在坡地要保持土壤就必须保护植被，工程开挖应注意保护植被、恢复植被。,4、吸收二氧化碳，制造氧气生态系统中的绿色植物能够进行光合作用，吸收二氧化碳释放出氧气，植物每年向大气中释放的氧气有271027吨，保证了生命活动的需要。生态系统中的绿色植物通过固定二氧化碳减缓地球的温室效应。5、保护和维持生物多样性生态系统的建造依靠生物多样性，而生物多样性的维持又依靠生态系统的存在与正常运行。生态环境保护与生物多样性保护密不可分，有时几近为同义词。6、防灾减灾,泥石流，山体崩塌，风沙灾害，与森林砍伐、农业开垦、过度樵采有一定的关系。恢复植被，减少植被破坏能起到防灾、减灾的作用。如：沿海的防护林、陡坡地带的森林均具有减灾的功能。7、休闲娱乐和文化价值生态系统多样性提供的美丽景观提供休闲旅游活动的机会；生态系统多样性还对人类智慧的启迪，提供科学研究的对象和文学、美学创作的源泉有重要意义。8、改善小气候：绿色植物，特别是高大林木能够防风、植物蒸腾可保持空气的湿度、从而改善局部地区的小气候。如城市绿地的作用。,第三节生态平衡与生态保护原理一、生态平衡的定义在自然界中，一个正常运转的生态系统，其能量和物质的输入和输出总是自动趋于平衡，这时动植物的种类和数量保持相对恒定。物种组成及数量比例持久地没有明显变动，这种状态就称为生态平衡。二、生态破坏在自然界，虽然生物之间的竞争是普遍存在的，但任何一种生物都不可能把竞争者完全排除到系统之外去，不同的小生境会为不同生物提供适宜的生境，使其得以生存发展下去。人类干预的突然性和强度过大，完全可以把某些生,物排除出去，从而迅速打破生态系统的平衡状态。当外部干扰巨大时，可造成生态系统一个或几个组分的缺损，而出现结构的不完整。如：大面积的森林消失，生产者的主要种类消失，包括树木、灌木、植物，各级消费者也因栖息地的破坏而消失。生态系统平衡失调的功能标志就是能量流动在系统内的某一个营养层次上受阻或物质循环的正常途径中断。如绿色植物的消失，系统的能量流动就会受阻，物质循环也会中断，草食动物的减少影响到肉食动物。,三、生态环境保护原理1、保护物种的多样性“铆钉”去除理论可作出形象的说明，当从飞机的机翼上选择适当位置拔掉一个或几个铆钉时，造成的影响是微不足道的，当铆钉被一个个拔去时，危险就逼近，当铆钉被拔到一定程度，飞机必然突然解体。在生态系统中，每一个物种的灭绝就犹如飞机损失了一个铆钉，虽然一个物种的损失可能微不足道，却增加了其余物种灭绝的危险；当物种损失到一定的程度，生态系统就会被彻底破坏。,生态系统结构愈复杂，物种愈多，食物链和食物网的结构也愈复杂多样，能量流动与物质循环就可以通过多渠道进行。有些渠道之间可以起相互补偿的作用。一旦某个渠道受阻，其他渠道有可能替代其功能，起着自动调节作用。自然形成的物种多样性是生物与其环境长期作用和适应的结果，环境条件越严酷，如干旱、高寒、多风和荒漠地带，物种的多样性越低，生态系统就越脆弱，在这种条件下，破坏一两种物种，就会使生态系统全面瓦解。,52,如胡杨树、红柳的破坏会导致土地沙漠化。脆弱生态环境条件下，修建土木工程构筑物应该考虑环境的脆弱性2、保护生态系统的地域连续性分布地域的连续性是生态系统存在和长久维持的重要条件。被分割的，不连续的生态系统被称为“岛屿生态系统”现代研究表明岛屿生态系统是不稳定和脆弱的。由于岛屿受到阻隔作用，与外界缺乏物质和遗传信息的交流，因而对干扰的抗性低，受影响后恢复能力差。以动物为例缺乏足够的食物，近亲繁殖。在世界上已建立的保护区内，物种仍然在减少，其,原因就是自然保护区大多是岛屿生境，无法维持生物多样性的长期存在。“岛屿生态学理论”认为：假设一个岛屿生态系统中的物种数为S，则：S=f（A，D），f代表函数关系，A为岛屿面积，D为该岛与其他岛屿的距离。物种数与岛屿面积成正比，与该岛屿与其他岛屿的距离成反比。每种生物都有一个能够越过“海洋”到达邻岛的最小距离，尺度因物种而异。每种生物都需要一个求得生存和发育的最小面积英国的研究证明鸟类的最小生存面积是100hm2。城镇化可能会加速产生岛屿生境，“生态红线”,公路工程中的动物廊道，是为了缓解岛屿分割。3、生物组成的协调性植物之间、动物之间以及植物和动物之间长期形成的组成协调性，是生态系统结构整体性和维持系统稳定性的重要条件。生物的组成比例是按照营养级成金字塔分布的。因此，对某种生物资源的过度利用，可能导致生态系统的不稳定。食物链和食物网是生态系统中相互依存与相互制约规律最形象的表现形式。在食物链中，居于相邻环节的两物种的数量比例有保持相对稳定的趋势。,56,捕食者的生存依赖于被捕食者，其数量受到被捕食者的制约；而被捕食者的生存和数量也同样受捕食者的制约。例如：许多猛禽、蛇类、狐狸、黄鼠狼是老鼠的天地，由于天敌被捕杀、或栖息地破坏，导致鼠类增加。绿色植物的生物量必须大于草食动物的生物量。初级消费者的生物量大于次级消费者的生物量。超载放牧就破坏了这种生物间的协调性。工程建设中，要保护树木、植被，昆虫的食物，也是鸟类的食物和栖息场所，所以工程建设中有绿地补偿的措施，就是基于这一考虑。,4、保护生态系统环境条件的匹配性生态系统的非生物环境组成部分主要包括：辐射、气体、水、土壤。生态系统结构的完整性也包括无生命的环境因子在内，土壤、水是构成陆地生态系统的支柱，它们与生物之间的匹配性对生态系统有决定意义。工程活动如果破坏了植被产生了水土流失，如工程活动的取土，就破坏了植物生长的基础。水土流失：水和土的流失。生物是生态系统的核心，绿色植物是核心的核心。,5、保护特殊和重要的生境在地球上，有些生态系统孕育的生物钟特别丰富，这类生态系统的损失会导致较多的生物灭绝；还有一些生境，生存着特别需要保护的濒危物种。1）生物多样性异常丰富的生境，主要包括：（1）热带森林：1公顷林地有胸径10cm以上的树种300种。（2）原始森林（3）湿地有水的陆地，或开放水体与陆地的过渡带，水深不超过6米。包括：近海和海岸湿地、河流、淡、咸水湖、泥炭地、苔原、沼泽、池塘、水库、拦河坝,鱼塘、盐田、水稻田、灌溉地等。湿地是许多喜水植物的生长地，也是很多水鸟、水禽的栖息地，许多鱼虾贝类的产卵地和索饵场，也是一些毛皮动物，如水貂、水獭的生息之地。2）脆弱生态系统干旱区生态系统、高寒带生态系统等，这类生态系统抵抗外界干扰的能力低，其中的物种也很脆弱，在人类活动中应注意减少对该类生态系统的干扰。3）荒野地基本以自然力为主，尚未被人类活动显著改变的土地，即没有永久性居住区或道路。是尚未被人类占领的野生生物生境，是野生生物的“避难所”。,第四节公路工程与生态环境保护一、公路工程占地和植被破坏与保护对策1、公路工程占地和植被破坏土地是陆地生态系统的基础，主要包括：草地、耕地、林地、湿地等，公路设施减少了绿色植被。1）公路永久占地公路建成后，公路及附属设施将永久占地。高速公路（四车道）每公里平均占地8hm2。交通运输部提出：“集约节约利用土地资源，严格落实耕地保护政策，到2020年与2005年相比，公路单位运输周转量用地面积下降25%左右。”2）取土场占地与植被破坏,高填土路基，填土数量巨大，取土场面积大。平原、东南沿海缺乏土源，一般由两侧农田取土，取土深度33.5m，取土后的土地不能复耕。3）施工期临时用地与植被破坏公路施工期间，施工便道、拌和场、料场、施工营地、预制场等都要临时占地，这些用地植被受到破坏，土壤被压实，理化性质受到影响，使耕地丧失了农耕功能，也阻碍了绿色植物的生长。4）弃土场占地与植被破坏公路施工中由于挖方或隧道工程产生大量弃土，这些废弃的土石如不能挖填平衡，则会占用大面积的土地。,公路工程造成植被破坏减少了建设区域的植被面积，造成植物群落盖度、植物物种多样性和生物量的下降。临时占地对植被的影响是短期的，如在施工结束后能及时实施恢复或尽快落实补偿措施，其影响在一定程度上可以得到恢复。2、减少公路工程占地和植被破坏的措施1）公路新线和改扩建，应尽量利用一切可以利用的旧路；2）降低路基高度，减少永久占地和填挖方；3）大量修建旱桥与短隧道；大量修建旱桥与短隧道可以降低公路工程对土地,资源的占用。隧道从山坡中部穿过，对山坡原有的地质、地貌影响不大。隧道对周围地形改变也较小，形成不了新的坡面形式。隧道挖方的弃渣可以堆在弃土场，对其进行合理规划并加以防护，可降低水土流失的程度。4）采用少挖地表面积，深掘土坑的办法取土筑路5）拟建公路在线路选定的过程中，要尽量少占耕地、林地、养殖水面等。6）公路路线设计时，尽量挖、填平衡。7）取土场的场址选择应考虑当地地形和运输条件并充分利用荒山、荒坡地、废弃地。,8）弃土场应选在荒山和深沟处，及时平整，利用路基或取土场取出的表层土，覆盖50cm，辟为农田或公路工程完工后尽快恢复植被。9）减少临时用地，减少生活区占地。（1）合理开辟施工便道。横向施工便道，应尽量采取拉大间距、减少布设的原则；纵向施工便道应充分利用既有公路，因工程需要新建的，施工便道应尽量靠近线路，减轻对沿线生态环境的扰动。施工车辆应按设计便道走。（2）施工营地选择应靠近标段位置并选择植被稀疏的荒地和滩地。,施工营地尽量利用既有公路养路工区的房屋或废弃的既有场地。（3）临时设施应统一部署，保护好施工场地周围的农作物和植物。10）临时用地的恢复公路工程完工后，临时用地（包括施工道路、施工料场、营区等）应整平，覆盖熟土，进行绿化，毁林还林、毁田还田。11）绿地的补偿。,二、公路工程对生物多样性的影响与对策1、公路工程对生物多样性的影响1）公路工程的廊道与分割效应公路是人类互相连接的廊道，但对生物来说，尤其是地面动物，却是一道屏障。一些蝴蝶和两栖动物难以穿越高速公路。一条四车道公路对于森林小哺乳动物所起的阻隔作用相当于两倍于这个宽度的河水的分隔。2）公路车流对野生动物的伤害高速公路的隔离网阻断了动物通道，高速车流容易对迁徙的动物构成伤害。如：一些穿越湿地的公路阻隔了鸟类和水禽迁徙的通道。,受道路致死威胁的包括：鸟类、小型啮齿类、爬行类、两栖动物。美国亚利桑那州平均每年每公里道路有22.5条蛇被碾压致死。丹麦有人统计每年有10%的青蛙因道路致死。道路占地的巨大规模必然导致许多野生动物栖息地的丧失，栖息地的品质也会降低，最显著的是那些对道路噪声较为敏感的鸟类。针对青藏公路的野生动物研究，藏羚羊等迁徙性动物会因为道路上的车流改变迁徙规律，迁徙时期被拉长。3）公路产生的迫近效应和诱导效应对生物多样性的影响,公路的开通使人类活动范围增大，原来难以到达和进入的地区，变得易达和易于进入。公路的这种间接效应可能导致一些野生动植物资源被非法采挖和捕猎，特别是对自然保护区的保护产生不利影响。公路工程完工后，由于交通便利，会诱导沿线城镇化的发展。这种诱导效应可能间接造成城镇景观代替农村或自然景观，使原有的生态系统受到破坏。4）公路施工期间对野生动植物的影响施工人员对野生动植物的影响；施工噪声对野生动物的影响，如鸟类。5）产生外来物种的入侵。,道路本身作为人类活动的通道，由于人类交通工具的携带，也成为植物与动物传播、扩散、繁殖的主要通道。在荷兰的一个多车道公路两侧，发现了将近800个植物品种，占全国植物总数的一半。英国的道路路测区域，发现了该国植物区系总数的2000种植物中的871种。2、公路工程保护生物多样性的对策1）设置动物通道在野生动物保护区、自然保护区等，有野生动物特别是濒临灭绝的珍稀野生动物活动的地区，可考虑修建动物通道来保护动物的栖息环境。,为使动物通道发挥其应有的作用，通道两侧及上跨式通道的桥面上要适当绿化，以增加隐蔽感。2）用隧道、桥梁取代大开挖或高路基。用隧道和桥梁取代大开挖或高路基的做法，可以避免破坏野生动物的栖息地或迁徙路径。3）设置动物标识，减速行驶。在野生动物出没的路段设置动物标志，提醒驾驶人员减速行驶，避免动物与车辆相撞引起的伤亡。4）设置灯光反射装置。在路旁设置一些灯光反射装置，以便夜间车辆行驶时吓退公路两侧的动物，使其不敢穿越公路。5）在公路穿越森林时，减小要清除的植被宽度,尤其在热带地区，可以使路两侧的树木在公路上空相接触，为生活在树冠上的动物提供一种过路的途径。6）公路施工中保护生物多样性的措施（1）施工前应进行生态保护培训，制定严格的植物保护制度，并给施工人员发放保护植物图片，以便于施工中正确辨认国家保护植物。（2）严禁在施工区及其周围捕猎野生动物，特别是国家保护动物。采用挂牌等方式，让施工人员了解保护的重要性。在森林分布较多的路段要重点关注保护植物。（3）妥善安排工程施工方式和时段，减少对动物的影响。,项目施工期的噪声会给野生动物带来一定影响，建议在施工期，尽可能选用低噪声施工机械和工艺。由于野生鸟类和兽类大多具有晨、昏或夜间外出觅食的习性，在野生动物活动较为频繁的区段，应做好时间安排。三、公路工程与水土流失的控制公路的主体线路在设计上必须保持小于一定的坡度，而线路所经过的地区往往有较大的起伏，在地表起伏较大的区段，主体线路必须形成高填或深挖路段，才能保证道路的畅通性。公路工程土壤侵蚀主要产生于填方边坡，深挖路段土壤侵蚀主要产生于削坡。,此外，公路施工产生的取土场、弃土场，如不经绿化恢复也会产生较大的水土流失。未完工的路基施工中，由于植被的破坏和松散土体的产生，也容易产生水土流失。1、合理设计，减少填、挖方的数量。在公路平、纵、横设计方面，应尽可能顺应地形，努力避免和减少高填深挖路段长度，以免引发水土流失。当确需高填深挖时，应严格控制工程开挖量并尽量做到挖填平衡。2、路基边坡防护施工完后的路基应采取植被绿化或工程生物措施结合，防止水土流失。,公路边坡生态恢复技术很成熟,概括起来主要有以下几类：1）人工植被靠人力施工，适合于小面积、坡度缓的土质边坡；2）植生带这是一种通过将已成苗草皮直接密贴在边坡表面进行快速绿化的方法，适合于坡度较缓、坡表平整的土质边坡；3）液压喷播通过液压洒布机将植物种子、肥料、木质纤维、稳定剂和水的混合液均匀洒布在边坡上来进行绿化，适合于大面积土质边坡；,4）框格工程这是一种圬工防护措施与生态防护措施相结合的方法,它采取在边坡上砌筑或装配一定形状的混凝土（或其他具有一定强度的工程材料）框格，然后在框格内堆填土体来进行绿化，适合于坡度较陡的土质和易风化的岩质边坡。此外，在路基防护中还可以采用护面墙、浆砌片石护坡、挡土墙等工程措施。3、取弃土场防治水土流失的对策1）取土场的取土面应尽量平缓，坡度应控制在10%以下；2）对于山前缓坡取土场，需在取土场上方汇水面积设浆砌石截水沟；,3）对于开挖边坡高度较大的取土场，应采用浆砌石挡墙措施稳固坡脚；4）弃渣场一般设在河滩荒地、无水流或水流极小且沟底坡度较缓的支沟内。5）取土场和弃土场应及时绿化，恢复植被。在取土场、弃渣场、砂石料场服务期满后，应立即进行绿化或采取工程防护措施。绿化应采用以种植树木和灌木、植草的方式来恢复植被。可采取先植草，并适当加大播种量和种植密度，以促进场面尽快提高植被覆盖。工程措施可采用喷浆护坡等。6）采取必要的工程防护措施防止取土场和弃渣场的水土流失。,4、路基施工中应采取水土流失防护措施1）路基施工应合理安排施工时间，尽量避开雨季和汛期；2）雨季路基施工应注意随挖、随运、随填和随压3）为防止路基边坡受到冲刷引起水土流失，施工中应采取临时性排水和护坡措施，如：设急流槽、临时覆盖等。4）合理选择路基填料，减少水土流失。利用工业固体废弃物做路基填料，可以减少水土流失，如采用煤矸石、工业废渣等，且对含水量的要求较低，有利于施工。,四、公路工程绿化与景观恢复公路绿化包括公路用地范围内的全面绿化，如：路基边坡、中央分隔带、护坡道、边沟、互通立交、收费站等的绿化。公路两侧绿化除考虑路基防护、水土保持外，还应考虑公路景观及降噪、防治空气污染等环保要求，在条件许可时尽量扩大绿化带宽度。道路的路堤边坡、路堑边坡、排水沟及道路用地界外区域的有大量绿色植物，这些绿色植物也是陆地生态系统生产力的重要组成部分。特别是大面积极少扰动的道路用地界外区域，作为重要的生物栖息地，为昆虫、鸟类、两栖类、爬行类和小型哺乳动物提供了良好的栖息环境。,公路主体工程绿化设计应视沿线路基形式、路段所处环境条件、绿化功能、公路路容景观及诱导视线等要求，逐段进行设计。在绿化树种选择中，应以当地适生物种为主，避免外来物种和病害入侵，尽量选择根系发达、易于生长的植物。在绿化布局上，应以连续性和多样性为原则，提高主体绿化的走廊效应。为保证公路工程的绿化效果，应对有肥力的原始表土层进行保留。道路生态系统的绿地还具有环境调节功能，减少水土流失，调节和改善局部气候，如：绿地的蒸腾散热上。,第五节城市建设项目对生态环境的影响城市是一个多功能的综合体，是人类经济、政治