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1、第八章第八章 受损生态系统的受损生态系统的修复修复第1页，本讲稿共45页n n第一节 受损生态系统的主要形式n n第二节 受损生态系统的修复n n第三节 生态工程与修复技术第2页，本讲稿共45页第一节第一节 受损生态系统受损生态系统的主要形式的主要形式第3页，本讲稿共45页一、生态系统受损的主要形式一、生态系统受损的主要形式n n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：群落与环境能实现动态平衡的自我维持系统。n n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，即进展演替或替或正向演替正向演替。n n受损生态系统：生态
2、系统的结构和功能在自然干扰、人为干扰、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生态系统的逆向演替逆向演替。第4页，本讲稿共45页n n生态系统的受损形式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：过程不同，因此受损形式：n n1 1、突发性受
3、损、突发性受损 时间短、速度快，局部受损严重。泥石流、火山爆发时间短、速度快，局部受损严重。泥石流、火山爆发n n2 2、跃变式受损、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。定程度后突然剧烈变化的一种形式。第5页，本讲稿共45页n n3 3、渐变式受损、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：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。使用化肥引起的土壤退化。n n4 4、间断式受损、间断式受损 生态系统因周期性的干扰而受到损害
4、的一种形式。生态系统因周期性的干扰而受到损害的一种形式。n n5 5、复合式受损、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。生态系统在受损过程中，经历了两种以上的受损形式。第6页，本讲稿共45页n na an nb bn nc cn nd d正常生态系统正常生态系统受受损损过过程程时间时间a a 突变过程突变过程 b.b.跃变过程跃变过程 c.c.渐变过程渐变过程 d.d.间断不连续过程间断不连续过程图图 生态系统受损过程生态系统受损过程第7页，本讲稿共45页二、受损生态系统的基本特征二、受损生态系统的基本特征n n1 1、物种多样性的变化、物种多样性的变化n n2 2、系统
5、结构简单化、系统结构简单化（简单化、矮小化）（简单化、矮小化）n n3 3、食物网破裂、食物网破裂（单链增多、缩短）（单链增多、缩短）n n4 4、能量流动效率降低、能量流动效率降低（同上）（同上）n n5 5、物质循环不畅或受阻、物质循环不畅或受阻（水土流失（水土流失-营养物质流失）营养物质流失）n n6 6、生产力下降、生产力下降（光能利用率降低（光能利用率降低-初级生产量低初级生产量低-次级生次级生 产量降低）产量降低）n n7 7、其他服务功能减弱、其他服务功能减弱n n8 8、系统稳定性降低、系统稳定性降低（不能自我调节）（不能自我调节）第8页，本讲稿共45页n n 受损生态系统首先
6、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9页，本讲稿共45页第二节第二节 受损生态系统的受损生态系统的修复修复第10页，本讲稿共45页n n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的修复，然后再进一步完善物种组成及结构。因此，及结构。因此，“优先性优先性”是受损生态系统修复是应该考虑是受损生态系统修复是应该考虑的重要
7、问题。（举例的重要问题。（举例p238p238）n n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，这个过程被称之为多样性丰富、系统趋于稳定的目的，这个过程被称之为“受损受损生态系统的修复生态系统的修复”。第11页，本讲稿共45页一、受损森林生态系统的修复一、受损森林生态系统的修复n n1 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及特点n n原因原因 包括病虫害、干旱、洪
8、涝和地震等自然灾害，但包括病虫害、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。最主要的是由于人类的活动所导致。n n特点特点 生产力减低，生物多样性减少，调节气候、涵生产力减低，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养水分、保育土壤、贮存营养元素能力等生态功能明显降低。明显降低。第12页，本讲稿共45页n n2、受损森林生态系统的修复方法n n封山育林n n林分改造n n透光抚育或遮光抚育n n林业生态工程第13页，本讲稿共45页二、受损草地生态系统的修复二、受损草地生态系统的修复n n 世界草地资源面积约占陆地总面积的38%。我国有392万
9、km2 的草地，约占国土面积的41%。第14页，本讲稿共45页n n1 1、草地生态系统受损原因及特点、草地生态系统受损原因及特点n n原因原因 过度放牧、垦殖和污染。春季干旱，夏季少雨，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。然因素与人为因素的结合。n n特征特征 植被退化和土壤退化。植被退化是指草地破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、土壤板落的矮化。土壤退
10、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。再支持生态系统的高生产力。第15页，本讲稿共45页n n2 2、受损草地生态系统的修复方法与技术、受损草地生态系统的修复方法与技术n n围栏养护，轮草轮牧围栏养护，轮草轮牧n n重建人工草地重建人工草地n n实施合理的牲畜育肥生产模式实施合理的牲畜育肥生产模式第16页，本讲稿共45页三、受损河流生态系统的修复三、受损河流生态系统的修复n n1、河流生态系统受损的主要方式及影响n n水利工程建设对河流生态系统的影响拦河大坝拦河大坝n n农业活动对河流生态系统的影
11、响n n城市化对河流生态系统的影响第17页，本讲稿共45页拦河大坝对河流生态系统的影响拦河大坝对河流生态系统的影响n nA.A.大坝控制下游水流量，下泄流量变化导致岸边生境丧大坝控制下游水流量，下泄流量变化导致岸边生境丧失；失；n nB.B.大坝阻碍或减缓了水生生物迁徙过程，影响食物大坝阻碍或减缓了水生生物迁徙过程，影响食物链结构；链结构；n nC.C.大坝建设使激流消失，流速稳定，造成温度相对稳定，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；影响某些依靠温度变化来繁殖或成熟的生物物种；n nD.D.大量吸附有机物的泥沙在水库沉积，阻断了为下游输
12、送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营养物质，同时因无充足泥沙来源，河床和河心岛生物消失。失。第18页，本讲稿共45页农业活动对河流生态系统的影响农业活动对河流生态系统的影响n n对河流两岸天然植被的开采，变为耕地；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（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。）去栖息和繁殖场所；导致水土流失。）n n使用化肥、农药污染水质。使用化肥、农药污染水质。第19页，本讲稿共45页城市化对河流生态系统的影响
13、城市化对河流生态系统的影响n n随着城市规模扩大，水资源需求量激增，跨流域引水随着城市规模扩大，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；势在必行，对引入、调出河流均有影响；n n城市污水与河流自净能力的矛盾；城市污水与河流自净能力的矛盾；n n城市河流的河床不透水层面积的增大，导致城市河流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，河流基流量洪峰流量增大，地下水资源减少，旱季，河流基流量剧减。剧减。美国研究表明，当不透水层达到美国研究表明，当不透水层达到10%10%，河流生态恶化，随，河流生态恶化，随着比例增大恶化加深。着比例增大恶
14、化加深。第20页，本讲稿共45页n n2、受损河流生态系统的修复n n建立沿岸绿化带，加强植被的生态功能建立沿岸绿化带，加强植被的生态功能n n人工清淤（恢复空间、改善水质）人工清淤（恢复空间、改善水质）n n控制污染源控制污染源n n科学调控河水流量和流速科学调控河水流量和流速n n加强渔业管理加强渔业管理n n注意：因为人类对河流流域的影响空间尺度大，应注意：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。从整个区域层次上进行规划和治理。第21页，本讲稿共45页四、受损湖泊生态系统的修复四、受损湖泊生态系统的修复n n1、湖泊生态系统的受损及原因n n环境污染环境污染
15、n n水利建设水利建设n n过度放养过度放养n n湖泊的富营养化湖泊的富营养化n n外来种的侵入外来种的侵入第22页，本讲稿共45页n n2、受损湖泊生态系统的修复n n严禁围湖造田严禁围湖造田n n营造林地营造林地n n加大人为调节湖泊水位的力度，尽量防止水位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，防止湖频繁地剧烈变化，维持湖泊的最低水位，防止湖泊的干枯泊的干枯n n对于已有大量淤积的湖泊，清淤是十分有效的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，又能使水质修复措施，这样既可恢复水体空间，又能使水质得以改善得以改善。（续）。（
16、续）第23页，本讲稿共45页n n生物学措施：生物操纵，即通过调整生物群落结生物学措施：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。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浮游植物浮游动物鱼类水质恶化水质恶化 多多 少少 多多水质变清水质变清 少少 多多 少少 凶猛鱼类凶猛鱼类第24页，本讲稿共45页五、矿区废弃地的修复五、矿区废弃地的修复n n矿产的开采，无论是表层或深层开采均会造成矿产的开采，无论是表层或深层开采均会造成土壤和植土壤和植被被的破坏，因为土壤被大量迁移或被矿物垃圾堆埋，使生的破坏，因为土壤被大量迁移或被矿物垃圾堆埋，使
17、生态系统破坏。态系统破坏。第25页，本讲稿共45页n n土壤土壤破坏阻止植物生长，主要表现在物理条件、营养破坏阻止植物生长，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。须减轻或消除这些影响，才能保证恢复的有效进行。n n植被植被发展提供有机质、较低的土壤密度；根系将矿质元发展提供有机质、较低的土壤密度；根系将矿质元素吸收到地面并富集。素吸收到地面并富集。n n然后易被微生物分解。营养循环过程得到发展。然后易被微生物分解。营养循环过程得到发展。第26页，本讲稿共45页n n1 1
18、、尾矿的综合利用、尾矿的综合利用n n从废弃物中进一步回收有价元素从废弃物中进一步回收有价元素（铜矿含（铜矿含S S）n n作为二次资源制取新形态物质作为二次资源制取新形态物质（矿渣；铬渣中含（矿渣；铬渣中含CrCr6+6+）n n用作井下采空区的填充材料用作井下采空区的填充材料修复方法修复方法：第27页，本讲稿共45页n n2 2、污染土壤的修复、污染土壤的修复n n对于重金属污染大多数集中于地表或浅层，挖去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；污染层，用无污染的客土覆盖；n n尾矿中缺少植被生长的有机物和尾矿中缺少植被生长的有机物和NN、P P、K K，进行
19、化，进行化学改良，如有机肥。学改良，如有机肥。第28页，本讲稿共45页n n3、植被修复n n首先对污染元素进行分析，再对土壤物化、生化性质进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，查明土壤行分析，查明土壤pHpH、地表水、通气性、土壤、地表水、通气性、土壤NN素等，素等，选择树种。选择树种。n n选择树种是修复中最关键的一环。原则：选择树种是修复中最关键的一环。原则：生长快、适应性强；优选固生长快、适应性强；优选固NN种；土著种；考虑经济种；土著种；考虑经济价值高和多功能效益。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。不同植物对不同污染物有一定的适应性。第29页
20、，本讲稿共45页n n4、微生物修复法n n不同微生物对不同污染物有一定的适应，适当选择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，泥中，存在抗汞微生物，能将甲基汞还原为元素汞，降低毒性。降低毒性。n n5、矿区废弃地综合利用第30页，本讲稿共45页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31页，本讲稿共45页第三节第三节 生态工程与修复生态工程与修复技术技术第32页，本讲稿共45页一、生态工程的内涵
21、一、生态工程的内涵n n1、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，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。设计的促进分层多级利用物质的生产工艺系统。第33页，本讲稿共45页n n2 2、生态工程设计的生态学理论依据、生态工程设计的生态学理论依据n n物种共生原理物种共生原理n n生态位原理生态位原理n n食物链原理食物链原理n n物种多样性原理物种多样性原理n n物种耐性原理物种耐性原理n n景观生态学原理景观生态学原理
22、n n耗散结构原理耗散结构原理n n限制因子原理限制因子原理n n生态因子综合性原理生态因子综合性原理第34页，本讲稿共45页二、生态工程的设计与应用二、生态工程的设计与应用n n1、生态工程设计的具体步骤n n拟定目标拟定目标（自然（自然 生活经济复合系统，整体协调）生活经济复合系统，整体协调）n n背景调查背景调查（自然资源、社会经济条件、生态环境条件）（自然资源、社会经济条件、生态环境条件）n n构建数学模型，并综合评价构建数学模型，并综合评价（提供复合系统的静态特征和动态变化性质）（提供复合系统的静态特征和动态变化性质）n n工程可行性评价工程可行性评价（通过提供信息，实施多条途径）（
23、通过提供信息，实施多条途径）第35页，本讲稿共45页n n2、技术路线n n 建立互利共生网络（优化系统结构和功能，提高综合效（优化系统结构和功能，提高综合效益）益）n n 延长食物链（提高物质、能量的利用率）（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。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，：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。净化的水用于养殖。第36页，本讲稿共45页n n3、生态工程设计的应用n n以太湖为例以太湖为例n n太湖底泥生态疏浚太湖底泥生态疏浚n n种植植物，达到美化环境
24、，治理富营养化种植植物，达到美化环境，治理富营养化n n建立渔业生态工程，控制过度养殖，过度利用建立渔业生态工程，控制过度养殖，过度利用水体水体n n建立环湖湿地保护带，实现持久的生态管理建立环湖湿地保护带，实现持久的生态管理第37页，本讲稿共45页三、植物修复技术三、植物修复技术n n植物修复技术是以植物忍耐和超量积累某种或某些污染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。境中的污染物的一门环境污染治理技术。n n植物修复技术包括利用植物固定或修复重金属污
25、染土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。有机污染物等方面。第38页，本讲稿共45页n n1 1、植物修复技术的类型、植物修复技术的类型n n植物萃取技术植物萃取技术 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
26、业用大麻，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。可超量富集砷。第39页，本讲稿共45页n n根际过滤技术根际过滤技术 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。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。染物的废水、含重金属的各种废水以及富营养废水。第40页，本讲稿共45页n n植物固定技术植物固定技术 指
27、利用超积累植物或耐重金属植物降低金属的活性，从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。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。作用，原地固定该类污染物是上策。第41页，本讲稿共45页n n植物刺激技术（植物辅助生物修复技术）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
28、树、桑橙树和苹果树被人们解的植物修复过程。桑树、桑橙树和苹果树被人们用来刺激能降解多氯联苯（用来刺激能降解多氯联苯（PCBPCB）和多环芬烃（）和多环芬烃（PAHPAH）的微生物生长。）的微生物生长。第42页，本讲稿共45页n n植物转化技术植物转化技术 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、垃圾藏地、武器弹药废弃物、燃料溢出物、氯化溶剂、垃圾掩埋中的淋滤物和农用化合物（杀虫剂和化肥）等。掩埋中的淋
29、滤物和农用化合物（杀虫剂和化肥）等。第43页，本讲稿共45页n n2植物修复技术的应用n n环境中重金属的去除环境中重金属的去除 植物固定、植物转化、萃取等是去除环境中金属离植物固定、植物转化、萃取等是去除环境中金属离子的有效技术。子的有效技术。n n环境中有机物的去除环境中有机物的去除 通过植物萃取、转化和辅助修复等技术，可去除通过植物萃取、转化和辅助修复等技术，可去除环境中的有机污染物。环境中的有机污染物。n n环境中放射性核素的去除环境中放射性核素的去除第44页，本讲稿共45页思考题思考题n n1 1、简述受损生态系统的主要特征。、简述受损生态系统的主要特征。n n2 2、简述受损生态系统的主要形式。、简述受损生态系统的主要形式。n n2 2、论述河流生态系统受损的原因及修复方法。、论述河流生态系统受损的原因及修复方法。n n3 3、论述矿区放弃地的修复方法。、论述矿区放弃地的修复方法。n n4 4、植物修复技术有哪几种？、植物修复技术有哪几种？第45页，本讲稿共45页