恢复生态学课件

恢復生態學

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森林退化森林資源數量型增長，品質型下降；結構簡單，生物多樣性低；生態系統服務功能降低我國林分的每公頃蓄集量僅為78.06m3,人工林每公頃蓄集量只有35m3，遠低於114m3/hm2的世界平均水準**草地退化目前，我國90％的草地存在不同程度的退化，其中中度退化以上的草地面積將近一半全國“三化”草地面積已達1.35億hm2，並且每年還在以200萬hm2的速度增加**荒漠化嚴重我國乾旱、半乾旱地區，即可能發生沙漠化的地區的總面積是256.6萬km2，占國土總面積的26.7％90年代後期，我國沙漠化的擴展速度已達每年3436km2不僅沙漠化面積急劇增加，沙化的強度也在增強**水土流失一方治理多方破壞，點上治理面上破壞，部分地區破壞大於治理90年代末全國水土流失面積165萬km2**濕地退化不合理的開發利用導致濕地面積銳減濕地生態環境惡化，生物多樣性減少，污染日益嚴重濕地生態系統調蓄洪水、生物多樣性維持、淨化污染以及物質產出等各項生態服務功能日益下降**冰川退縮冰川和冰蓋進一步退縮海平面升高0.09-0.88米**生物多樣性銳減有害物種入侵，約有200餘種，全國大多數自然保護區都有外來物種入侵聯合國《國際瀕危物種貿易公約》列出的740中世界性瀕危物種中，我國占189種我國野生水稻、大豆等遺傳資源保護不力，70％以上的野生稻已被破壞**森林破壞**草地超載**土地濫墾**工程干擾**環境污染**內容提要第一章恢復生態學的概念與原理第二章生態恢復的方法與應用第三章退化生態系統的生態恢復第四章生態恢復的生態工程技術第五章環境污染與生態恢復第六章全球變化與生態恢復第七章生態系統健康與生態恢復第八章生態系統的保育與管理第九章恢復生態學的案例分析**第一章恢復生態學的

概念與原理

第一節恢復生態學的定義與內容**一、恢復生態學研究生態系統自身的性質、受損機理及修復過程的科學（Jordanetal.,1987）。研究生態整合性的恢復和管理過程的科學。生態整合性包括生物多樣性、生態過程和結構、區域及歷史情況、可持續的社會實踐等廣泛的範圍（國際恢復生態學會，1995）。研究生態系統退化的原因、退化生態系統恢復與重建的技術與方法、生態學過程與機理的科學（餘作嶽，1996）。**

二、生態恢復(狹義概念）再造一個自然群落或再造一個自我維持並保持後代具有持續性的群落(Diamond,1987)。組裝並試驗群落和生態系統如何工作的過程(Jordanetal.1987)。使受損生態系統的結構和功能恢復到受干擾前的過程(Cairns,1987)。修復被人類損害的原生生態系統的多樣性及動態的過程(國際恢復生態學會，1994)。**維持生態系統健康及更新的過程(國際恢復生態學會，1995)。使一個（受損/退化）生態系統回復到較接近其受干擾前的狀態的過程(美國自然資源委員會，1995)。使（受損/退化）生態系統回復到先前或歷史上（自然的或非自然的）的狀態的過程(Jordan,1995)。重建某區域歷史上有的植物和動物群落，而且保持生態系統和人類的傳統文化功能的持續性的過程(Hobbs&Norton,1996)。**重建(Rehabilitation):去除干擾並使生態系統回復原有的利用方式。改良(Reclamation):改良立地條件以便使原有生物生存，一般指原有景觀破壞後的恢復。修補(Remedy):修復部分受損的結構。更新(Renewal):生態系統維育與更新。再植(Revegetation):恢復生態系統的部分結構與功能，或恢復當地先前的土地利用方式。

三、相關概念（廣義的生態恢復）**四、恢復生態學的研究內容基礎理論研究：生態系統結構以及內在的生態學過程與相互作用機制生態系統的穩定性、多樣性、抗逆性、生產力、恢復力與可持續性先鋒與定級生態系統發生、發展機理與演替規律**不同干擾條件下生態系統的受損過程及其影響機制生態系統退化的景觀診斷及其評價指標體系生態系統退化過程的動態監測、模擬、預警及預測生態系統健康的維育機理、保護對策及持續管理**應用技術研究：退化生態系統的恢復與重建的關鍵技術體系生態系統結構與功能的優化配置與重構及其調控技術物種、生態系統與景觀多樣性的恢復與維持技術生態工程設計與實施技術環境規劃與景觀生態規劃技術典型退化生態系統恢復的優化模式試驗示範與推廣**第二節恢復生態學的發展過程一、恢復生態學的起源100年前：山地、草原等自然資源管理20世紀初：水土保持、森林砍伐後的恢復20世紀30年代：乾旱農業生態系統的恢復20世紀50、60年代：礦山、水土流失治理20世紀70年代：水體恢復研究**1975年：在美國召開了“受損生態系統的恢復”國際研討會，首次探討了受損生態系統恢復的機理與方法。1980年：Cairns主編了《受損生態系統的恢復過程》一書，8位科學家共同探討了受損生態系統恢復過程中重要生態學理論和應用問題。1984年：美國威斯康星大學召開了恢復生態學研討會，強調了恢復生態學中理論與實踐的統一。二、恢復生態學的發展**1985年：Aber和Jordan提出了恢復生態學的術語，並出版“恢復生態學”研究專集。1985年：國際恢復生態學會成立。1996年：在瑞士召開了第一屆世界恢復生態學大會，強調恢復生態學在生態學中的地位，恢復技術與生態學的連結，恢復過程中經濟與社會內容的重要性。目前：國際恢復生態學會每年召開一次國際研討會；世界各國均有的恢復生態學文獻，登載恢復生態學方面的文章，開展恢復生態學研究的學術交流。**三、我國恢復生態學研究進展1959年：餘作嶽等人在廣東開展熱帶沿海臺地退化生態系統的植被恢復技術與機理研究。20世紀60年代：仲崇信等人開展沿海灘塗種植大米草控制河岸帶侵蝕研究。20世紀80年代：中科院蘭州沙漠所開展沙漠治理與固沙研究；中科院水保所開展黃土高原水土流失區的治理與綜合利用；中科院水生所開展湖泊生態系統恢復研究；中科院西北高生所開展高寒退化草甸生態系統的恢復與重建研究；中科院成都生物所開展岷江上游植被恢復研究；**

中科院南京土壤所開展紅壤恢復與綜合利用研究；廣西科學院和中山大學開展紅樹林恢復重建研究；中科院植物所（內蒙古草原站）開展不同退化程度羊草草原恢復研究。20世紀90年代：東北林業大學開展黑龍江退化森林生態系統的恢復與重建研究；中國林業科學院開展海南熱帶林地的植被恢復研究；中國環科院、中山大學、中國礦業大學開展廢棄礦地和垃圾場的恢復對策研究。20世紀90年代中期：先後出版《熱帶亞熱帶退化生態系統的植被恢復生態學研究》和《中國退化生態系統研究》等專著，提出了適合中國國情的恢復生態學研究理論和方法體系。**黃土高原自然恢復生長的草被黃土高原人工恢復林草植被人工種植的檸條護坡灌木林黃土高原水準溝隔坡造林**岷江上游水源涵養林的生態恢復**第三節恢復生態學的理論與原則一、恢復生態學的主要原理自我設計理論（Self-designtheory）：在足夠的時間內，隨著時間進程，退化生態系統將根據環境條件合理地組織並會最終改變其組分（自然恢復演替）。人為設計理論(Designtheory):通過工程和植被重建恢復退化生態系統，但恢復類型可能是多樣的（人為恢復演替）。**二、恢復生態學的理論基礎限制性因數理論：尋找生態恢復的關鍵因數。熱力學定律:確定生態系統能量流動特徵。種群密度制約及分佈格局原理：確定物種的空間配置。生態適應性理論：儘量使用鄉土種進行生態恢復。生態位理論：合理安排生態系統中物種及其位置。**演替理論：縮短恢復時間；極端退化的生態系統恢復時，演替理論不實用，但有指導作用。生物入侵理論：恢復退化生態系統時，應考慮引進物種對原有物種的競爭與干擾、進化與適應等問題。生物多樣性理論:引進物種時應強調生物多樣性，生物多樣性可能導致恢復生態系統的穩定性。綴塊-廊道-基底的景觀格局理論：從景觀層次考慮生境破碎化程度和整體土地利用/土地覆蓋變化。**三、恢復生態學的基本原則地理學原則區域性原則差異性原則地帶性原則自然法則生態學原則主導生態因數原則限制性與耐性定律能量流動與物質迴圈原則種群密度制約與物種相互作用原則生態位與生物互補原則邊緣效應與干擾原則生態演替原則生物多樣性原則食物鏈與食物網原則綴塊-廊道-基底的景觀格局原則空間異質性原則時空尺度與等級理論原則生態恢復與重建的原則一般包括自然法則、社會經濟原則和美學原則等3個方面（見框圖）。**自然法則系統學原則整體原則協同恢復重建原則耗散結構與開放性原則可控性原則社會經濟技術原則經濟可行性與可承受性原則技術可操作性原則社會可接受性原則無害化原則最小風險原則生物、生態與工程技術相結合原則效益原則可持續發展原則美學原則景觀美學原則健康原則精神文化娛悅原則圖1

恢復生態學的基本原則**第四節退化生態系統的恢復重建一、生態恢復的主要目標恢復生態學的目標：保護自然生態系統，發揮其在生態恢復中具有重要的參考價值；恢復現有的退化生態系統，尤其是與人類關係密切的生態系統；對現有的生態系統進行合理管理，避免退化；保持區域文化的可持續發展；實現景觀層次的整合性，保持生物多樣性及良好的生態環境。**開展生態恢復工程的目標：恢復諸如廢棄礦地等極度退化的生境；提高退化土地的生產力；在被保護的景觀內去除干擾以加強保護；對現有生態系統進行合理利用和保護，維護其服務功能。生態恢復的主要目標：實現生態系統的地表基底穩定性，保證生態系統的持續演替與發展；恢復植被和土壤，保證一定的植被覆蓋率和土壤肥力；增加種類組成和生物多樣性；實現生物群落的恢復，提高生態系統的生產力和自我維持力；減少或控制環境污染；增加視覺和美學效果。**二、生態恢復的機理持續退化中途退化替代狀態可接受狀態理想狀態退化狀態極度退化狀態時間複雜性與功能水準圖2

退化生態系統恢復的方向通過排除干擾、加速生物組分變化和啟動演替過程使退化生態系統恢復到某種理想的狀態。**狀態1狀態2狀態3狀態4閾值1234退化1234恢復圖3

退化生態系統恢復的臨界閾值**三、生態恢復與重建的程式確定恢復對象的時空範圍；評價樣點並鑒定導致生態系統退化的原因及過程；找出控制和緩解退化的方法；根據生態、社會、經濟和文化條件決定恢復與重建的生態系統的結構、功能目標；制定易於測量的成功標準；發展在大尺度下完成有關目標的實踐技術並進行推廣實踐；與土地規劃、管理策略部門交流有關理論和方法；檢測恢復過程中的關鍵變數，並根據實際情況作出適當調整。**生態恢復程式的操作過程（圖4）：接受恢復目標明確恢復對象確定系統邊界退化生態系統的診斷退化生態系統的健康評估生態恢復方案的決策恢復方案的可行性分析生態經濟風險評估優化恢復方案實地示範推廣恢復重建過程的調整與改進恢復重建專案的後續監測恢復重建效果的預測與評價圖4

生態恢復程式的操作過程**四、恢復成功的標準Bradsaw提出的五個判斷標準：可持續性（可自然更新）、不可侵入性（象自然群落一樣能抵禦入侵）、生產力（與自然群落一樣高）、營養保持力（與自然群落相近）、生物間具有相互作用。Davis等認為：系統的結構與功能恢復到接近受干擾前的水準；結構恢復指標是鄉土種的豐富度，功能恢復的指標包括初級和次級生產力、食物網結構、及其在物種組成與生態系統過程中的回饋。即能夠獲得所期望的物種豐富度，確認群落結構與功能間的聯結已形成。**Bradsaw提出的五個判斷標準：可持續性（可自然更新）、不可侵入性（象自然群落一樣能抵禦入侵）、生產力（與自然群落一樣高）、營養保持力（與自然群落相近）、生物間具有相互作用。Davis等提出：系統的結構與功能恢復到接近受干擾前的水準；結構恢復指標是鄉土種的豐富度，功能恢復的指標包括初級和次級生產力、食物網結構、及其在物種組成與生態系統過程中的回饋。恢復標準是能夠獲得所期望的物種豐富度，確認群落結構與功能間的聯結已形成。**Careher和Knapp採用記分卡方法評價恢復度：選擇生態系統中具有一定波動幅度的重要參數（如種類、空間層次、生產力等），分析生態恢復過程中各參數是否已達到正常波動範圍。Constanza等認為：生態恢復的終極目標是恢復並維持生態系統的服務價值（Ecosystemservice）。包括產品生產，生物多樣性，景觀功能，花粉、種子傳播，殺蟲，淨化水、空氣，緩解旱澇災害，土壤形成、保護與更新，廢物的去毒和分解，營養迴圈和轉移，保護海岸帶，防止紫外線，調節氣候等。**第二章生態恢復的方法與應用第一節生態恢復的技術體系**一、技術體系分類非生物或環境要素的恢復技術：包括土壤恢復技術、水體恢復技術和空氣恢復技術。生物因素的恢復技術：包括物種、種群和群落的恢復技術。生態系統的恢復技術：包括生態系統結構與功能的總體規劃、設計與組裝技術。生態景觀的恢復技術：包括生態系統鏈接與集成技術。**恢復類型恢復對象技術體系技術類型非生物因素土壤土壤肥力恢復技術少耕免耕、綠肥有機肥施用、生物培肥、化學改良、聚土改土、土壤結構熟化等技術水土流失控制與保持技術坡面水土保持林草、生物籬笆、土石工程、等高耕作、複合農林牧等技術土壤污染控制與恢復技術土壤生物自淨、施加抑制劑、移土客土、深翻埋藏、廢氣場的資源化利用等技術大氣大氣污染控制與恢復技術新興能源替代、生物吸附、煙塵控制等技術全球變化控制技術可再生能源、溫室氣體的固定轉換、無公害產品生產開發、土地優化利用與覆蓋等技術水體水體污染控制技術物理處理（如過濾、沉澱）、化學處理、生物處理、氧化塘、水體富營養化控制等技術節水技術地膜覆蓋技術；集水技術；節水灌溉（滴灌）二、技術體系類型簡介表1生態恢復的技術體系**恢復類型恢復對象技術體系技術類型生物因素物種物種選育與繁殖技術基因工程、種子庫、野生物種的馴化等技術物種引入與恢復技術先鋒種引入、土壤種子庫引入、鄉土種種苗庫重建、天敵引入、林草植被再生等技術種群物種保護技術就地保護、遷地保護、自然保護區分類管理等技術種群動態調控技術種群規模、年齡結構、密度、性比等調控技術種群行為控制技術種群競爭、他感、捕食、寄生、共生、遷移等行為調控技術群落群落結構優化配置組建技術林灌草搭配、群落組建、生態位優化配置、林分改造、擇伐、透光撫育等技術群落演替控制與恢復技術原生與次生快速演替、封山育林、水生與旱生演替、內生與外生演替等技術**恢復類型恢復對象技術體系技術類型生態系統結構功能生態評價與規劃技術土地資源評價與規劃、環境評價與規劃、景觀生態評價與規劃、4S輔助技術(RS、GIS、GPS、ES)生態系統組裝與集成技術生態工程設計、景觀設計、生態系統構建與集成等技術景觀結構功能生態系統鏈接技術生物保護區網路、城市農村規劃、流域綜合治理等技術**第二節生態恢復技術的選擇原則一、因地因類制宜原則根據恢復類型即非生物因素（如大氣、土壤、水體）、生物因素（物種、種群、群落）、生態系統、景觀等選擇相應的生態恢復技術。根據當地自然環境條件（溫度、營養、土壤、光照、水分等）和社會經濟條件（如管理水準、社會需求、資金狀況、風險承受能力、經濟效益等）選用合適的生態恢復技術。**二、生態學原則適當輸入輔助能的原則：適當輸入輔助能，可以改變生態系統的網路結構，提高生態系統能流途徑的效率，加快生態恢復的進程。再生迴圈與商品生產原則：生態恢復的目標是同步取得生態、經濟和社會三方面效益，通過再生迴圈，高效、低耗、高產地生產優質產品。生物多樣性原則：生態恢復技術要求充分利用各生態位和多層次分級利用物質，因此在選擇過程中要注重生物多樣性的增加與保護。時間節律原則：生態技術的選擇必須遵循環境因數和生物機能的週期性節律。**生物種群選擇原則：根據生態恢復的目的和自然環境條件選擇適生種群。種群匹配原則：根據生物互生共生、生態位等原理，選擇匹配次要種群，建造複合群體。人工壓縮演替週期原則：生態恢復技術的選擇應儘量模擬自然生態系統形成演替規律，人工壓縮更替週期，縮短生態系統恢復演替的時間。種群置換原則：採用人工種群代替自然種群的生態恢復技術時，應遵循環種群置換原則，選擇習性相近的種群。經濟效益原則：生態恢復技術的選擇應儘量使其經濟效益最大化。**第三節生態恢復技術的應用實踐一、太行山林業生態工程工程背景：太行山地是一個經過多次連續的植被與生態環境破壞的山地，這一地區的生態系統嚴重退化。為使這一地區的植物群落和生態環境向良性轉化，只能採取人工壓縮植被更替（正向演替）的辦法，逐步提高生態品質水準。植被恢復應通過建造人工群落來保證人工植被的高效與穩定。因此，提出了林業工程為主的綜合生態恢復措施。**圖5

太行山林業生態工程體系歷史變遷驗證、社會經濟調查、國內外進展調查物種選擇工程品種比較試驗水土多梯度富集與保水工程高度水準溝梯田、臺地穴狀魚鱗溝

樹木

牧草、果樹

牧草、果樹

作物、植物

動物生物種群選擇立地類型調查氣象觀測、地形地貌調查、動植物區系調查樹木選擇、果樹經濟植物選擇、牧草引種選擇品種改良試驗、良種引種試驗、生態果園建設、系列化造林技術環境辯識評價工程動物昆蟲引種選擇系列化造林技術研究種群匹配工程時間節律工程人工食物鏈工程生態綜合防治生態綜合防治林地養蜂、林地養雞、林草-肉兔**二、農牧交錯帶林草植被重建工程背景介紹：北方農牧交錯帶是分隔我國東部農區與西北草地牧區的生態過渡帶。它不僅是東部農區的自然生態屏障和水源涵養地，而且是東部農區所需畜產品原料的供應地和西北草地牧區所需農副產品及其他商品的銷售市場，發揮東西部相互聯繫的橋樑與紐帶作用。以往的土地過度利用（過伐、過墾、過牧、過采），致使本已脆弱的生態環境急劇惡化。農牧交錯帶的植被恢復與重建，不僅直接關係到區域內生態狀況的逐步改善和當地百姓的脫貧致富；而且也有助於加強其作為東部的生態屏障，促進下游區域可持續發展的作用。因此，提出了林草植被恢復與重建工程。**物種選擇的原則：生態保育優先的原則；有利於生產發展的原則；“適地適樹”、“適地適草”的生態適宜性原則；參考行政區劃確定區域界線的原則。物種選擇的具體依據（重要生態因數）：溫度條件（極端低溫、

0C

年積溫）、水分條件（降水量、降水變率——

濕潤度）、土壤條件（地形特徵、地表物質組成——

土壤類型的多樣性）。物種選擇的生態區劃：生態區域劃分；生態問題辯識；適生林草種甄別；林草種的生產—生態分析；植被組合方案選擇。**圖7農牧交錯帶適宜喬灌草種生態區劃圖恢復與重建生態分區主要特徵一覽表恢復與重建生態分區主要特徵一覽表第三章退化生態系統

的生態恢復

第一節退化生態系統的成因與類型**

一、退化生態系統(degraded

ecosystem)的概念生態系統在一定的時空背景下，由於自然因素、人為因素或二者的共同干擾，導致生態要素和生態系統整體發生的不利於生物和人類生存的量變和質變的過程(張金屯，2003)。生態系統的結構和功能發生與自然的平衡狀態或進化方向相反的位移(displacement)，位移的結果打破了原有生態系統的平衡狀態，使系統的結構、功能受損(王伯蓀等，1997)。**自然因素：全球氣候變化（如暖幹化）、自然災害（火災、水災等）、外來種入侵（包括人為引種後氾濫成災的入侵）。人為因素：過度墾殖、過度放牧、過度樵采、過度采挖、長期不合理的灌溉、礦山開發、基礎設施建設、工農業污染等。據Daily（1995）對人為因素造成的退化生態系統排序：過度開發占34%，毀林占30%，農業活動占28%，過度收穫薪材占7%，生物工業占1%。

二、退化生態系統的成因**

三、退化生態系統的類型與面積表5全球陸地範圍內人為引起的土地退化（106hm2）退化類型非洲亞洲拉丁美洲北美洲歐洲大洋洲全世界水蝕22744016960114831093風蝕18722247354216549養分衰退451472-3+134鹽漬化15534+4177污染+2+-19-22酸化24-++-7壓澇++9-1-11有機質降低-2--2-4總計495748305972181021965受影響的土地）17%18%15%5%23%12%15%**表61995年中國主要生態系統及其退化生態系統面積(106hm2)生態系統類型總面積退化面積比例(%)農田生態系統1402820草地生態系統40013233森林生態系統16531.225荒漠生態系統0.13--淡水生態系統0.740.2532廢棄礦地2--退化程度：取決於生態系統的結構或受干擾的程度。一般分為輕度退化、中度退化、重度退化和極度退化。**第二節退化農田生態系統的恢復

一、農田退化的原因與類型原因：表土的損失是農田功能退化的主要原因。類型：侵蝕化、沙化、石質化、土壤貧瘠化、污染化等。問題：耕地面積銳減、土壤肥力下降、土壤次生鹽漬化、易澇地面積增加、土地沙漠化、水稻土次生潛育化、土地污染。**

二、恢復措施與效果評估恢復措施：模仿自然生態系統，降低化肥投入；混種，間種，套種，增加固氮品種；深耕，使用農家肥，種植綠肥作物，改良土壤質地；輪作與休耕，增加地力；利用生物防治病蟲害，建立農田防護林體系，降低自然災害的危害程度；利用廊道、梯田等工程，控制水土流失；實行秸杆（過腹）還田，提高土地和作物的利用效率；採用滴灌、滲灌等技術，提高乾旱農田的水分利用率。**效果評估：採用資源特徵、水文地理特徵、生物特徵、生態系統層次特徵、生態經濟特徵和社會文化特徵進行評判。長期特徵資源特徵短期特徵土壤深度（表層土及有機質層深度）表層土有機質含量與品質水分過濾及滲透率礦質營養水準及c:N比離子交換水準土壤鹽度年侵蝕率營養吸收率作物必需營養的可獲性作物所需養分的庫源**水文地理特徵農業水分利用率灌溉水和降雨的滲透率土壤持水量根系層含水量土壤濕度分佈與植物需水的配合度地表水流水的持留農業化學水準運輸表面侵蝕率農田保護系統的有效性地下水質水在土壤中的運移營養成分的淋溶殺蟲劑及污染物的淋溶生物特徵土壤生物土壤微生物灌總生物量土壤微生物生物多樣性土壤生物量的流通率土壤微生物活動與營養迴圈生物營養量致病微生物的控制固氮根瘤的結構與功能地表生物害蟲的多樣性與多度抵禦殺蟲劑的能力天敵與益蟲的多樣性與多度植物生態位的多樣性與重疊程度鄉土動植物的多樣性與多度病蟲害及雜草控制的持續性**生態系統特徵生產力、年產量生態系統組分生態系統多樣性（結構、功能、垂直、水準、時間）生態系統穩定性生態系統抗逆性生態系統恢復力外部輸入的強度及來源能源及利用效率營養迴圈效率種群生長力群落複雜性群落間相互作用生態經濟特徵單位農田產值投資效率盈利率社會文化環境特徵農場主勞動力和消費者的平衡性自主性社會公平性生態倫理圖8農業生態系統恢復的參考指標**

三、農田退化的防止：可持續農業光、熱、水、氣、土、肥、種農林植物林業產品農作產品有機物（秸杆、枝、葉、根、農林副產品）飼料畜禽沼氣糞便魚蝦水生作物食用菌類沼氣池塘泥肥料圖9複合農業生態系統生產結構圖**生態農業按空間尺度的分類系統微觀水準生態系統水準景觀水準區域水準三合一生態溫室，庭院生態農業系統農田、森林、草地、湖泊、濕地生態系統小流域景觀系統生態村、生態縣、區域農業生態建設中國生態農業**複合農業系統的結構框圖管理系統能量供應系統加工業系統農業牧業林業園藝漁業土地利用系統自然系統氣候地理土壤水地形生物因數社會-經濟系統人口文化教育市場政策**桑基魚塘生態系統模式圖大氣魚塘塘基桑樹蠶蠶繭蠶沙桑葉剿絲廠廢水蠶蛹無機養分浮游植物浮游動物廢屑溶解有機物養分沉積養分**作物-養殖-加工庭院複合系統

作物魚驢蠶土壤豬麵粉車間雞蠶沙莖稈桑葉糞便下腳料塘泥糞便糞便蠶豆下腳料糞便糞便**農業-工業複合系統模型農田果園林網魚池農村土地居民點加工廠再生副產品車間沼氣池混合肥料場畜禽飼養場釋放太陽能物質沼氣產品殘渣飼料（加工）產品輸出產品輸出排泄物**第三節退化森林生態系統的恢復

一、森林退化的原因與恢復機理原因：過度砍伐、毀林開荒、病蟲害、旱澇災害等會導致森林的退化。問題：森林生態系統生產力下降、生物多樣性減少、調節氣候作用減弱、調節和涵養水分的作用減低、貯存生態系統營養物質的能力下降、土地沙漠化（石漠化）加劇。**森林嚴重破壞**常綠闊葉林（氣候頂極）叢林針闊混交林選擇灌草叢針葉林跡地退化恢復圖10

熱帶森林生態系統的恢復機理**

二、退化森林的恢復方法次生林的恢復：封山育林，為鄉土樹種創造適宜的生態條件，促進林地植被的順向演替；林分改造，引種地帶植被中的優勢種、關鍵種，加速順向演替；透光或遮光撫育，改善林地生態條件，促進演替的順利實現。天然林的保護：主要包括保護生態系統的生物多樣性、生產力、健康和生命力、森林的功能，使森林生態系統有較高的鬱閉度、較好的林分結構、較大的生產率和最大生產力、較高的水源涵養量、土壤肥力增加量和水土保持效益、較高的穩定性、抵抗力和承載力。**天然林保護工程**效果評估：判斷森林生態系統的恢復程度，可以從結構、功能和動態等方面的指標進行評判。種類組成數量種類組成特徵種類數量草本植物灌木植物喬木植物林間植物陽生性種類中生性種類耐陰性種類先鋒種類建群種類頂極種類種類發展速度種類組成穩定態

三、林地恢復效果評估**群落結構特徵水準空間結構密度發展相對多度（喬木、灌木、草本）層片分化垂直空間結構冠層分化徑級分化高度級分化林間層分化生態優勢度

組織結構物種多樣性群落均勻度組織結構穩態種群特徵分佈格局群落發生種頂極先鋒種頂極先鋒種頂極一般種生態位寬度群落發生種頂極先鋒種頂極先鋒種頂極一般種數量動態群落發生種頂極先鋒種頂極先鋒種頂極一般種**種間關係特徵內部共生種間關係的穩態食物鏈長度食物網結構種間關聯陽生性—中生性種群陽生性—耐陰性種群中生性—耐陰性種群生態位重疊陽生性—中生性種群陽生性—耐陰性種群中生性—耐陰性種群生物量及生產力特徵生物量各組分生物量總生物量根生物量莖生物量葉生物量葉面積指數空間分佈喬木層灌木層草本層生產力總第一性生產力淨第一性生產力生物量增量光能利用效率**環境特徵環境效應徑流量侵蝕臨界雨量水土流失量地下水位土壤物理形狀養分狀況含水量pH小氣候年均氣溫溫度日較差極端溫度溫度年較差年均土溫（日較差、年較差）林內濕度光輻射與總輻射比散射反射林內透光其他生物群落特徵土壤動物發展趨勢小型濕生動物生物量物種多樣性昆蟲、鳥類生物量物種多樣性土壤微生物類群數生物量物種多樣性（細菌、放線菌、真菌）呼吸強度、酶活性**穩定性綜合特徵熵資訊景觀結構景觀特徵景觀斑塊景觀功能景觀穩態經歷時間時間特徵演替速率線性程度演替方向圖11森林生態系統恢復的評估指標**陽坡陰坡的立地差別**立地條件的空間分佈格式及演變規律空間變化高度水準樣線調查時間變化自然人為**第四節退化草地生態系統的恢復

一、草地退化的原因與機理原因：不合理放牧是導致大尺度範圍內草地退化的首要原因，盲目墾荒是導致部分草地退化和沙化的主要原因，樵采、狩獵、開礦和旅遊等也是導致局部草地退化的主要原因。此外，草地雪災（白災）、沙塵暴（黑災）、火災、鼠蟲害等自然災害與人工因素的結合極易造成草地生態系統的退化。**圖12草地生態系統的退化機理草地資源不合理的經營管理草地沙漠化草地自然災害植被衰退草地鹽鹼化草地退化系統生物量減少食物鏈縮短營養級降低土壤肥力下降生態系統退化野生動物減少能量利用率下降有毒有害動植物增加系統自我調節能力下降**高寒草甸退化演替過度放牧+鼠害未退化輕度中度重度極度>3700m2800-3700m毒草<15年>45年雜草**高寒草原退化演替過度放牧輕度中度重度極度<8年>12年沙化**

二、退化草地的恢復方法輕度退化草地：草地改良,即在認識草地發生與發展的基礎上，控制草地的發展方向和速度，防止草地退化、改良已退化的草地，保持其良好的生產力。中度退化草地：草地封育，即將退化植被及其生境保護起來，禁止人為開墾、樵采、放牧等活動，並採取不同的人工輔助措施（植被培育、生物危害防止等措施），促進退化植被及生境土壤的恢復和發展。重度退化草地：人工草地建植，即以牧草（尤其是多年生牧草）為先鋒植被，建植集約化人工草地，通過高效管理、利用，促進草地的恢復演替，同時緩解天然草地的載畜壓力，提高天然草地的生態保育功能。****

表7草地改良措施對高寒草地產草量的影響(單位：g/m2)年份產量松耙灌溉松耙+灌溉松耙+灌溉+施肥松耙+灌溉+施肥+補播封育對照1962幹重170.35-155.25218.99216.53149.67100.20為對照的%170.01-154.96218.55216.09149.37100.001963幹重125.37135.52163.65139.77166.1984.8346.60為對照的%270.11290.81351.18299.94356.63181.18100.00表8高寒地區多年生禾草人工草地與天然草地植被狀況比較草地類別草群蓋度(%)草群高度(cm)草群產量(t/hm2)可食牧草比例粗蛋白產量(kg/hm2)混播草地95以上87.69.1499%1184.5封育天然草地9627.73.9376.7462.6放牧草地6914.42.9174.1342.5

三、恢復措施的作用效果**

四、草地恢復效果評估效果評估：草地生態系統的恢復程度，可以從植被、土壤和環境等方面的特徵進行評判。種群特徵分佈格局群落發生種頂極先鋒種頂極一般種生態位寬度群落發生種頂極先鋒種頂極一般種數量動態群落發生種頂極先鋒種頂極一般種群落特徵數量特徵多度蓋度密度生物量組織結構生態優勢度物種多樣性群落均勻度組織結構穩態**土壤特徵土壤動物發展趨勢生物量物種多樣性土壤微生物類群數生物量物種多樣性（細菌、放線菌、真菌）呼吸強度、酶活性土壤理化性狀物理性狀養分狀況含水量pH環境特徵小氣候年均氣溫年均土溫土壤濕度地表反射率環境效應地表徑流量侵蝕臨界雨量水土流失量地下水位土壤侵蝕量土壤鹽鹼化率圖13草地生態系統恢復的評估指標**第五節退化濕地生態系統的恢復

一、濕地的功能及其退化原因濕地生態系統的功能：調節區域內的水分迴圈及洪水、暴雨的影響；調節區域乃至全球C、N等元素的生物化學地球迴圈；過濾和分解污染物，改善水質；防止土壤侵蝕；提供食物、商品和旅遊點；生物的棲息地及生物多樣性的生境。**濕地退化的原因：濕地圍墾；切斷或改變濕地的水分迴圈過程；淹沒濕地；過度砍伐、燃燒或啃食濕地植物；過度開發水生生物資源；廢棄物的堆放；排放污染物。

二、濕地恢復的理論濕地恢復的理論：自我設計和設計理論；演替理論；入侵理論；河流理論；洪水脈衝理論；邊緣效應理論和中度干擾理論。**種子幼苗成年植株種子散佈演替生長f(E)f(G)f(A),f(D),f(H),f(P)凋落f(C),f(D),f(H),f(P)f(A),f(C),f(D),f(H),f(P)種子幼苗成年植株

播種演替生長f(E)f(G)f(A),f(D),f(H),f(P)凋落f(C),f(D),f(H),f(P)f(A),f(C),f(D),f(H),f(P)種植幼苗種子散佈A年齡C競爭D干擾E環境條件G生長H啃食P疾病圖14濕地恢復的自我設計理論和設計理論**

三、濕地恢復的機理與方法自然動態的濕地改變前的生態系統與結構退化的濕地鄉土種減少、生產力降低、功能改變潛在的天然濕地生態系統類似於改變前的類型部分恢復持續表現出生態系統功能限制新的生態系統平衡生態系統的組成、結構、功能被持續的干擾人類干擾生態系統過程失敗自然干擾（洪水、啃食、火、暴風）改變水文過程（洪水、水位、通道、築壩、城市化、農業、火災、放牧）積極恢復（通過調整設計）失敗停止人類干擾重建成非原始濕地失敗失敗積極恢復通過再次工程恢復生態系統過程消極的恢復消極的恢復圖15退化濕地生態系統的恢復機理**濕地恢復技術：廢水處理技術，包括物理處理技術、化學處理技術、氧化糖技術；點源、非點源控制技術；土地處理（包括濕地處理）技術；沉澱物抽取技術；先鋒種引入技術；土壤種子庫引入技術；生物技術，包括生物操縱、生物控制和生物收穫等技術；種群動態調控與行為控制技術；物種保護技術等。濕地恢復方法：工程與生物措施相結合；恢復濕地供水；停止洪水干擾；利用水文過程加快恢復速率；停止從濕地抽水；控制污染物的流入；修飾濕地的地形或景觀；改良濕地土壤；重建濕地生物群落；減少人類干擾；建立緩衝帶以保護自然或恢復的濕地。**

四、濕地恢復的合理性評價生態合理性：恢復退化的濕地到接近於受干擾前的自然狀態，即重現系統干擾前的結構和共能及有關的物理、化學和生物學特徵，直到發揮其應有的功效並健康發展。社會合理性：加強濕地保護宣傳力度，儘快出臺濕地立法，增強公眾的參與意識，是社會合理性的具體體現。經濟合理性：一方面指恢復專案的資金保障；另一方面指恢復後的經濟效益，即遵循最小風險與效益最大原則。**第六節退化水生生態系統的恢復

一、水生生態系統退化的原因湖泊和水庫退化的主要原因：點源污染和非點源污染。具體表現在：過多的有機質等營養輸入與養殖導致水體富營養化；工程措施改變水體的水文及相關的物理條件，影響水生生物的生長發育；農業、採礦、水源林破壞導致水土流失加劇，進而引起水體的沉積和淤塞；外來種的引入引起水體生物群落的退化；酸性物質的排放導致水體酸化，進而導致水生生物群落結構簡化和有機質分解率下降；有毒物質污染水體。**河流退化的主要原因：築路和建壩、疏浚、水土侵蝕、充填、河岸放牧、農業開發、工業點源污染、伐木、採礦、過度捕魚和生活污水的排放。產生的影響：河流坡、壩、堤的侵蝕；河道填塞，淤泥沉積，洪水氾濫，斷流；水流速度和流量下降，水資源短缺；水中溶解氧濃度下降，渾濁度加大，懸浮質數量增加，營養（N和P）富集，水質變差；水體生境品質變差，生境異質性、河流與外界的通道、生境面積及河濱河道植物均減少，水溫變幅加大；水生生物種類減少，死亡率增加，初級和次級生產力下降，群落結構和功能改變，物種多樣性和豐富度下降。**

二、退化水生生態系統的恢復機理ABULt-t0t+理想狀態狀態變數（例如水溫、魚種類等）

1記錄的趨勢恢復專案持續時間e各種不同恢復方法產生的可能後果不採取恢復措施的預測趨勢過去人類干擾開始時間現在將來時間

圖16水生生態系統的恢復過程**

三、水生生態系統的恢復方法控制富營養化：分流點源污染，對點源污染進行過濾，用工程方法移走水體中的營養物質；改進農業耕作方式，減少化肥、農藥的施用量；減少生活用品（如洗衣粉）中的含P量。清除水體污染：採用沉澱劑淨化水體，用活性炭吸附污染物質，用微生物降解水中有機質，種植各種水生植物吸附營養物質。河流的恢復：除水質、水生生物的恢復外，還要實現河岸帶的恢復。主要在於重建林草植被，恢復濕地景觀和生境。**

四、水生生態系統恢復的效果評估水生生態系統恢復效果的評估標準主要包括生態系統結構、功能和整體特徵的評估。結構特徵水文特徵水分迴圈過程水溫水流速度水流流量、深度水質溶解氮鹽分有毒物污染物懸浮物pH氣味透明度**結構特徵地形特徵地形位置地理條件地表特徵景觀組成群落特徵種類密度生長量群落穩定性生態系統特徵形狀承載量生產力指示種營養量食物網土壤條件物理性質化學性質侵蝕率有機碳穩定性**整體標準恢復力：生態系統受干擾後的可恢復能力持久力：生態系統維持演替狀態或頂級的能力相似性：生態系統與未干擾的自然生態系統的相似程度圖17水生生態系統恢復的評估指標功能特徵排淤瀉洪能力地表、地下水的貯存、補充與供應營養物質的沉積、運移及迴圈生態系統能量流動情況大氣濕度和溶解氧的調節能力生物的正常活動、生產力、食物網的維持生態系統獲取水、熱、光的能力水的淨化能力侵蝕的控制力**第七節礦業廢棄地的生態恢復

一、礦業廢棄地的類型與生態影響礦業廢棄地的主要類型

-剝離表土堆積而成的排土場廢棄地；

-開採低品位礦石堆積形成的廢石堆廢棄地；

-礦體采完後留下的采空區和塌陷區而形成的採礦坑廢棄地；尾礦堆積形成的尾礦廢棄地；

-採礦作業、機械設備、輔助建築物和道路等佔用後廢棄的土地；

-受採礦影響而無法利用開發的土地。**礦業廢棄地退化的生態影響

-破壞和佔用大量土地資源，加劇人-地矛盾；

-重金屬污染、極端pH和有害的選礦料等通過大氣和水體等途徑廣為擴散，嚴重污染礦山周邊地區；

-作物品質下降、嚴重減產甚至絕收；

-重金屬或煤渣污染直接或間接通過食物鏈最終影響人體健康；

-未經處理的廢石堆和尾堆礦，因其結構不穩定極易導致嚴重的水土流失，

-引起庫塘淤積、河床抬高、農田被毀、環境污染擴大，並可能導致一系列地質災害。**塌方滑坡廢料堆積**

二、礦業廢棄地生態恢復

的定義與目標定義：礦業廢棄地的生態恢復，又稱生態重建或土地複墾。是指對採礦區引發的結構缺損、功能失調的極度退化的生態系統，借助人工支持和誘導，對其組成、結構和功能進行超前性的計畫、規劃、安排和調控，同時對逐漸逼近最終目標這一逆向演替過程中可能出現的各種問題，進行跟蹤評估並匹配相應的技術經濟措施，最終重建一個符合代際（間）需求和價值的可持續的生態系統。

**目標

-環境污染控制，降低危害程度；

-改善景觀，增加環境價值；

-改造為農林用地，創造經濟效益；

-改造為旅遊修閑用地；

-發展工業生產；

-開發房地產業；

-保護種質資源，維繫生物多樣性；

-生態系統復原，建立自維持的生態系統。

**

三、礦業廢棄地生態恢復

的過程與措施生態恢復的過程確立恢復目標明確恢復對象礦業廢棄物的資源化尾礦的處理監測與評價植被重建技術選擇基質改良與物種選擇種植與管理圖18礦業廢棄地的生態恢復過程**生態恢復的措施

-尾礦的處理：地面堆存；地下填充；再利用；作為建材；湖底、海底和河流排放。-廢棄物的資源化：物理處理；化學處理和生物處理。-廢棄物酸化的控制：物理隔離；人工中和；植被作用；其他措施（磷酸鹽、淨化劑與殺菌劑、濕地）。-基質改良：表土轉換（表土的剝離、保存和復原）；污水污泥與生活垃圾的應用；填土造田；生物改良；灌溉與施肥。-物種選擇：豆科植物的應用；經濟植物的選擇與搭配。-土壤種子庫：土壤種子庫的保存；土壤種子庫的活化。

**護坡複墾種植作物種植觀賞植物**

四、礦業廢棄地生態恢復

的效果評估基質特徵廢棄物的特徵質地大小重金屬毒性酸性廢棄地的特徵肥力結構有害物質含量水分狀況侵蝕率穩定性景觀結構**植被特徵數量特徵多度蓋度密度生物量組織結構生態優勢度物種多樣性群落均勻度組織結構穩態環境特徵小氣候年均氣溫年均土溫土壤濕度地表反射率環境效應地表徑流量侵蝕臨界雨量水土流失量地下水位土壤侵蝕量土壤鹽鹼化率合理性評估生態合理性經濟合理性社會合理性圖19礦業廢棄地生態恢復的評估指標**第四章生態恢復的生態工程技術第一節生態工程的概念與類型**

一、概念為了人類社會及其自然環境二者的利益，而對人類社會及其自然環境加以綜合的而且能持續的生態系統設計。它包括開發、設計、建立和維持新的生態系統，以期達到諸如污水處理（水質改善）、地面礦渣及廢棄物的回收、海岸帶保護等。同時還包括生態恢復、生態更新、生物控制等目的（聯合國，1993年）。**生態工程是利用生態系統中物種共生與物質迴圈再生原理及結構與功能協調原則，結合結構最優化方法設計的分層多級利用物質的生產工藝系統。生態工程的目標就是在促進自然界良性迴圈的前提下，充分發揮物質的生產潛力，防止環境污染，達到經濟效益與生態效益的同步發展（馬世駿，1987）應用生態學、經濟學的有關理論和系統論的方法，以生態環境保護與社會經濟協同發展為目的，對人工生態系統、人類社會生態環境和資源進行保護、改造、治理、調控、建設的綜合工藝技術體系或綜合工藝過程（雲正明等，1998）**

二、類型種植業（農業）生態工程林業生態工程養殖業生態工程污染生態工程城市生態工程**圖19間作、套作農業生態工程**圖20林業－養殖業複合生態工程**圖21人工濕地生態工程地表徑流配水池浮游植物池閘門進水渠沉水植物池草濾帶出水池排水灌溉回歸水**第二節生態工程技術及其在生態恢復中的應用一、生態工程護坡技術

利用土工材料與植物的結合，在坡面構築一個具有自生長能力的功能系統，在土工材料的輔助下，通過植物的根系固土，植物的葉莖和表皮蒸騰排水、防沖蝕和入滲，控制雨水和風對邊坡的侵蝕，增加土體的抗剪強度，減小孔隙水壓力和土體自重力，提高邊坡的穩定性和抗沖刷能力，達到護坡的目的。**二、剛性護坡技術－工程技術剛性護坡也稱為礦料防護或無機物防護，它採用砂石、水泥、石灰等礦質材料進行坡面防護，主要用於易風化的軟質岩石或破碎岩石的路塹邊坡防護。優點：具有較強的抗沖刷、抗風化能力，施工受季節限制小。缺點：防護層有時會坍塌；缺少綠色，在景觀上顯得單調。**框格防護－水泥骨架**護面牆－漿砌片石**柔性護坡也稱植物防護或生物防護，它通過在坡面上種植的植物的根、莖、葉來保護坡面。柔性護坡主要適用於土質邊坡，石質土邊坡在進行土壤改良的基礎上，配合一些工程上的措施，也可以開展植物護坡。三、柔性護坡技術－傳統植被護坡技術**主要優點：施工簡單經濟、有綠化、美化、景觀效果，容易與道路周邊的生態環境相融合。缺點：養護工作量大，植被受外界環境變化影響大，一旦植被恢復沒能達到要求，邊坡防護效果要受到影響。要求：只適用於適宜植物生長的土質邊坡；邊坡的坡度要比較緩，直接種草或鋪草皮的適用坡度要緩於或等於1:1.0，植樹的適用坡度為1:1.5或更緩的坡度；樹種應選擇低矮灌木類，高速公路或一級公路的邊坡嚴禁種植高大喬木。**圖22傳統植物護坡技術－種草**圖23傳統植物護坡技術－植樹**四、生態工程護坡技術主要優點：吸取了剛性防護技術的抗沖刷、抗風化、防護效果直接的長處，和柔性防護技術綠化、美化效果好、容易與道路周邊的生態環境相融合的長處，既有較好的防護效應，又有較好的生態效應；既解決了剛性防護沒有綠色和防護體與下層坡體易分離的問題，又解決了傳統植物防護在植被層沒形成之前沒有防護能力的問題。**混凝土網格+植草**水泥方磚+植草**植被+掛網+客土：在石質土或風化岩石的坡面上，鋪設有一定硬度、強度和韌性的金屬網或熱塑性樹脂（聚乙烯）網，然後再將經過改良的土壤（客土）噴射在網的表面（厚度在15～30cm），最後在客土的表面播撒植物種子。岩石邊坡一般是掛金屬網，土質邊坡或石質土邊坡一般是掛聚乙烯網。**掛金屬網（三峽工地）**客土技術**掛網+客土**掛聚乙烯網**植被網護坡效果**噴播技術－液壓噴播（濕法噴播）：濕法噴播是將植物種子（草種）、有機肥料（N、P、K）、土壤改良劑（腐殖質）、纖維（紙漿）、著色劑（綠色、分辨材料）、保水劑、粘合劑和水按一定比例用攪拌機混合到一起，再用高壓泵將泥漿噴射到坡面上。－優點：施工簡便，作業迅速、發芽均勻、造價低。－缺點：噴播的基質容易流失。－主要適用於坡度較緩的土質邊坡，耐降雨強度為10mm/h。**液壓噴播（濕法噴播）**

－客土噴播（幹法噴播）：用高壓泵將客土（礫石含量在5％以下，最大粒徑在6mm以下的含有豐富有機質的土壤）噴射到坡面上，然後再在客土表面栽植植物；形成的土層要比濕法噴播為厚，一般要1～3cm，最厚可達10cm，甚至15cm。與掛網相結合。－優點：具有濕法噴播的優點，除此之外其長處還包括適用的坡面多（石質土邊坡、岩石邊坡），坡面陡（坡度不陡於1:0.8）－缺點：工序複雜，造價較高。－採用水泥作為粘結劑的客土噴播也稱為生態水泥。**客土噴播（幹法噴播）**紙質植生帶技術紙質植生帶是在將種子均勻地撒在兩層紙之間，並用粘合劑將兩層紙粘在一起，形成一種含有種子的帶狀物，也稱其為種子帶。優點：省去傳統的播種工序，便於操作，容易運輸。缺點：只能用於非常平緩的土質邊坡，植生帶在施工時容易扯壞。**紙質植生帶**北京安定垃圾填埋場植生帶護坡效果**植生袋技術帶有網眼的、內部裝有土壤和植物種子的袋子，其材料可以是麻袋、塑膠編織袋、或無紡布袋。植生袋內裝入的土壤要有一定的肥力，要具有一定的沙質。植生袋可用於種子直播，也可用於樹苗移栽。適用於各種質地的邊坡和較陡的坡度（1:0.8）**植生袋**植生袋效果***課堂討論分組：按專業（研究方向）自由組合，分成不同的小組。任務：各組選擇一個熟悉的生態退化案例（範圍可小可大），描述案例點的背景，剖析生態問題和受損因數（退化的原因），提出可能的恢復措施及恢復技術，遴選恢復效果評價指標。結果展示：各組選一名代表，報告案例分析結果。**第五章環境污染與

生態恢復

第一節環境污染環境污染：由於人類活動特別是工農業生產和軍事活動所引起，包括有毒物質的釋放和廢棄物的排放對生態系統的不良作用。污染源：對環境產生污染的物質即為污染物或污染因數，污染環境的物質發生源則成為污染源。按污染造成的原因，可以將污染源分為天然污染源和人為污染源。一、污染的概念與類型環境污染源自然污染源人為污染源生物污染源生活污染源非生物污染源生產性污染源鼠、蚊、蠅菌、病原體火山噴發地震泥石流有毒礦泉其他工業農業交通科研其他居住飲食醫院商業其他圖24主要環境污染源污染的類型

-

按污染原因分：天然污染、人為污染。

-按環境要素分：大氣污染、水體污染、土壤污染、生物污染。

-污染物的形態：氣態污染、液態污染、固態污染。

-按污染物的性質分：化學污染（有機、無機污染）、物理污染（雜訊污染、微波輻射污染、放射性污染、熱污染）、生物污染（病原體污染、變應原污染）。二、污染的成因及生態過程成因

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人為污染主要是由於大規模工業生產造成的，資源開發消耗大量原料和能源，破壞資源和生態的自然狀況，原料、能源的不完全轉化最終形成廢氣、廢水、灰塵和各種廢棄物，進入環境，造成污染。

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自然污染主要是由於自然環境狀況的變異引發的污染。如由火山噴發釋放的SO2、塵埃等污染。生態過程

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污染物的擴散-混合過程：大氣湍流擴散過程、海洋湍流擴散過程、河流湍流-混合過程和土壤污染及擴散過程。

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污染物的吸附-解吸過程：包括靜電吸附、化學吸附、分配、沉澱、絡合及共沉澱等反應。

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污染物的溶解-沉澱過程：在生態介質、生態組分的作用下，會發生溶解-沉澱過程。

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污染物的生物降解-合成過程：包括生物的降解過程、共代謝過程和生物的合成過程。

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污染物的動植物吸收-攝取過程：

-植物的吸收過程污染物從土壤及土壤水沿根系吸收進入植物體；植物還可以通過呼吸作用過程經由植物葉、莖、果實等吸收。

-動物的吸收-攝取過程主要通過表皮吸收、呼吸作用及攝食過程等途徑發生。

-污染物的生物積累-放大過程浮游植物吸收-浮游動物吸收-魚類吸收–

食魚動物吸收–

頂極肉食動物吸收。第二節污染的生態效應一、污染的生態效應組織器官污染效應植物根、莖、葉等器官形態變異，功能減弱；動物肝臟、腎臟等器官受損，功能變差。生物個體污染效應植物株高、產量、生活力降低；動物體長、體重下降，體格畸形，壽命縮短等。生態系統污染效應污染對生態系統結構與功能的影響，包括組成成分、結構、物質迴圈、資訊傳遞和系統動態進化的影響。生物群體污染效應對植物的分佈、物種的形成、生態型的分化、植被的組成、結構的變化與植被的演替等產生影響。二、污染生態效應的生態類型組成變化類型

-非生物環境組分的變化：與非生物組分的化學反應；生物的新陳代謝產物發生改變。

-生物組成的變化：物種多樣性變化。

-生物體內成分的變化：組織器官、營養物質變化。結構變化類型物種結構、營養結構和空間結構（垂直結構、水準結構）發生變化。功能變化類型污染物直接或間接（通過改變生態系統結構）改變生態系統的能流、物流和資訊流。基因突變類型污染導致染色體數目的增加或減少，DNA分子中堿基對的增加、缺失或錯配。個體毒害類型污染物與生物個體某些作用器官的特定部位（即受體）之間相互作用，產生一系列反應，生物體細胞發生變性，甚至壞死，生物個體遭受毒害。生理變化類型污染物對動植物的毒害在未表現出症狀前，引起生理、生化過程的變化，導致生物體對營養元素吸收的異常。綜合變化類型生理生化、個體、群體和生態系統的變化。第三節生態系統的污染效應一、農田生態系統的污染效應重金屬污染：汞、鉻、鎘、鉛和砷（類金屬）進入農田後，對土壤、作物、地下水污染，從而影響生態系統結構和功能的穩定性。農藥污染：農藥的積累和濃縮，影響生態系統的健康，進而影響系統本身的物種組成和數量、結構和功能。二、森林生態系統的污染效應重金屬污染：As、Ni、Cr、Cu、Pb等重金屬對森林植物的生長、發育有重要影響，但不象農田生態系統嚴重。三、草地生態系統的污染效應對草本植物的影響：重金屬對植物的危害順序為根部>葉子>果實>種子。對食草動物的影響：重金屬對肝、腎的影響較大。對食肉動物的影響：腎組織對金屬重度有放大作用。對草地低等動物的影響：如鎘在蚯蚓體內的累積。對鳥類的影響：污染物通過食物鏈從鼠類等小型哺乳動物向鳥類遷移。四、水生生態系統的污染效應富營養化：大量有機物的分解，引起水體生態生態系統發生變化，水生動植物因缺氧死亡，生態系統平衡破壞。重金屬及無機化合物的生態效應：污染物的（微生物）強化和（生物）累積效應。有毒有機污染物的生態效應：酚污染（揮發）、多氯聯苯污染（難以分解）、苯並芘污染（核酸分子結構改變）和農藥污染（富集）。五、海洋生態系統的污染效應石油污染的生態效應：海洋動物窒息、海鳥喪失飛行能力、幼蟲和海藻孢子失去棲息地。重金屬污染的生態效應六、城市生態系統的污染效應空氣污染的生態效應：誘發重病如癌症。飲用水污染的生態效應：人體中毒、誘發病變等。一、污染生態效應的發生機制物理機制:污染物在生態系統中發生滲透、蒸發、凝聚、吸附、解吸、擴散、沉降、放射性蛻變等物理過程，伴隨著這些物理過程，生態系統的某些因數的物理性質發生改變，從而影響到生態系統的穩定性，導致各種生態效應的發生。第四節污染生態效應的發生機制與防治化學機制：化學污染物質與生態系統中的無機環境各要素之間發生化學作用，導致污染物的存在形式不斷發生變化，其對生物的毒性及產生的生態效應也隨之改變。如亞砷酸鹽的毒性明顯高於砷酸鹽。生物學機制：污染物進入生物體後，對生物體的生長、新陳代謝、生理生化過程產生的各種影響。

-生物體的累積、富集機制

-生物吸收、代謝、降解與轉化機制在各種酶的參與下發生氧化、還原、水解、絡合等反應，增加或減少污染物的毒性。綜合機制：綜合多種物理、化學和生物學的過程並且往往是多種污染物共同作用，形成複合污染效應。

-協同效應（+）一種或兩種以上污染物的毒性效應因另一種污染物的存在而增加的現象。

-加和效應（+）兩種或兩種以上的污染物共同作用產生的毒性或危害為其單獨作用時的綜合。

-拮抗效應（-）污染物的毒性或危害因其他污染物的存在而降低。-競爭效應（-）一種污染物與另一種污染物發生競爭，而使另一種污染物的危害或進入生態系統的幾率降低。

-保護效應（-）一種污染物對另一種污染物的掩蓋作用，使其危害或毒性不能表現。

-抑制效應（-）一種污染物對另一種污染物的作用，使其生物活性下降，不易進入生態系統產生毒害作用。

-獨立作用效應（0）各種污染物間不存在相互作用。二、污染生態效應的防治物理方法:減少污染源，阻止污染物在生態系統中滲透、蒸發、凝聚、吸附、解吸、擴散、沉降、放射性蛻變等物理過程。化學方法：用化學方法降低污染物質對生態系統的毒性與危害。生物學方法：利用微生物或生物體的生理生化功能降解或固定污染物，降低其對個體、群體和生態系統的危害程度。污染物調控:減少污染物的協同效應、加和效應和獨立作用效應，合理利用污染物的拮抗效應、競爭效應、保護效應和抑制效應。綜合方法：物理、化學、生物、調控等方法的綜合應用。一、土壤中重金屬存在的方式(形態)土壤中的重金属土壤溶液自由态离子络合物土壤固体可交换态专性吸附态有机态沉淀物次生矿物中原生矿物中第五節土壤重金屬污染及其生態恢復土壤溶液中自由態金屬濃度離子交換和吸附氧化還原反應絡合/螯合反應酸-堿反應沉澱和溶解反應物質轉移(地表/下水,大氣,生物)二土壤中重金屬的多項間的平衡1234561絡合/螯合反應金屬在溶液中的形態:自由態金屬離子(如:Cu2+,Cr3+).同有機或無機配位體結合的金屬離子(如:Fe(H2O)62+,FeCN(H2O)5+). Fe(H2O)62++CN-FeCN(H2O)5++H2O+Ca2+

PPOOOOOOO4-PPOOOOOOO2-Ca無機配位體Cl-,OH-,CO32-,HCO3-,F-,S2-有機螯合劑自然發生的有機物:腐殖質,氨基酸等.合成螯合劑:EDTA,HEEDTA,EGTA,DTPA,CDTA,EDDHA等.絡合/螯合反應對重金屬命運和遷移的影響:絡合/螯合反應能促進金屬碳酸鹽,硫化物,和氫氧化物的溶解.絡合/螯合反應能促進吸附在土壤礦物表面的重金屬離子的解吸.因而,絡合/螯合反應增加了重金屬遷移.絡合/螯合反應一般增加了重金屬的生物可用性.2沉澱/溶解反應控制沉澱發生的主要陰離子:CO32-,HCO3-,Cl-,SO42-,OH-,PO43-H2S,HS-,S2-(還原條件下)主要的沉澱物:金屬硫化物,氫氧化物,碳酸鹽,磷酸鹽,硫酸鹽.3氧化/還原反應重要方面:描述土壤中氧化/還原系統基本的概念和原理:pE,EH.使用pE-pH圖解釋主要成分/污染物(如S,N,Fe,Cr等.)在土壤環境中的化學形態.4吸附/解吸反應a吸附b,c表面沉降d凝聚金屬元素在土壤／沉積物固體中的形態三、土壤污染(原位)修復土壤污染的影响人类和生态系统健康地下水地表水植被破坏原位修复的目标减少淋滤降低生物可用性植被恢复（金属）原位修复技术隔离（Isolation)固体/稳定玻璃化去除(Removal)电动力学修复土壤冲洗植物提取稳定(Stabilization)化学稳定植物稳定1固化/穩定向土壤中加入結合劑，使土壤中的金屬污染物固化和穩定化．其基本原理為使金屬污染物生成氫氧化物、碳酸岩、和矽酸鹽等沉澱。處理深度可達100ft。

缺點：

（1）改變了土壤的物理化學特性。

（2）適用於污染面積較小的範圍。

（3）結合劑需要與土壤充分混合。2污染土壤玻璃化技術

在土壤中插入電極通電，產生

1600-2000oC使土壤變成穩定的、類似玻璃的物質，其中的大部分無機污染空氣被固定，有機污染物揮發或燃燒分解。

缺點：適合於小面積的被無機和有機污染物嚴重

污染的土壤；

处理费用高。

優點：處理深度可達到20ft。3電動修復技術

在土壤中插入電極通電,使帶正電之污染物向陰極移動,使帶負電之污染物向陽極移動而分離污染物.最後用沉澱法或抽水抽氣法將集中於電極附近之污染物全部移除.4土壤淋洗技術使用水或適合的溶液提取土壤中的(金屬)污染物.通常使用的溶液包括:EDTA,DPTA,Citrate,Oxalate5植物提取技術利用植物把土壤中的(金屬)污染物轉移到植物體地上部分,然後融解植物體,使金屬恢復再生.植物修復是一種經濟的土壤污染修復技術,實用於大面積的非嚴重污染的表層土壤,已成為目前研究的熱點.研究主要分為兩類:（1）超富集植物的篩選；（2）高生物量植物結合絡合劑提取土壤中的污染物。

主要缺点：需要很长时间，植物体的再处置等。(Saltetal,1998)(Saltetal,1998)thlaspi-caerulescensZn,Cd98gCd/haybyaharvestof8.7t/ha(Felix,1997)遏藍菜屬AlyssumNi香芥菜屬mustardsCr,Cd,Zn,Se,U芥菜屬6化學穩定技術

化學穩定修復同固化/穩定修復類似，但加入土壤的穩定劑的量較少，因此通常不改變土壤的特性（如土壤結構，滲透性等）。7植物穩定技術

單獨使用植物,或與化學添加劑聯合使用，穩定金屬污染的土壤，限制金屬的移動性和生物可用性。除此之外，植被還能防止土壤侵蝕，減少污染土壤的裸露，減少水的滲透，因而減少金屬的淋溶。修復同固化/穩定修復類似，但加入土壤的穩定劑的量較少，因此通常不改變土壤的特性（如土壤結構，滲透性等）。自由態金屬濃度或活度的測定和計算污染物在礦物表