受损生态系统的修复

生物多样性变化 1. 系统结构简单化 2. 食物网破裂 3. 能量流动效率降低 4. 物质循环不畅或受阻 5. 生产力降低 6. 其他服务功能减弱 7. 系统稳定性降低
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第二节 受损生态系统的修复
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人类可以根据生态学原理，有目的地采取某 些措施，使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、生物多样性丰富、 系统趋于稳定的目的，这个过程被称之为“受损 生态系统的修复”。
生态工程
环境辨识与评价
生物群落的选择
生物群落结构配置
自然环境 社会经济环境
平面结构 垂直结构
非
地理环境
生 物
气象环境
环 境
水文环境
生 物 环 境
土壤环境
数学模型法 专家评价法 其他 人工环境调控与构建
水环境 土壤环境 光热环境 大气环境 营养环境
人 工 食 物 链 设 计
生产环 增益环 减耗环 复合环
优先性：Cairns（1980）提出根据对生态系 统的功能需要，根据生物演替的基本规律进行生 态系统基本功能的修复，然后进一步完善物种组 成与结构。
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一、 受损森林生态系统的修复 1、森林生态系统受损的原因及特点 受损原因包括：病虫害、干旱、洪涝和地
震等自然灾害，但最主要是人类活动所致。 如毁林耕作，然后弃耕；大面积皆伐；开 采矿藏等。
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西双版纳被烧荒
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受损特点：生产力低；生物多样性减少； 调节气候、涵养水源、保育土壤、贮存营 养元素能力等生态功能明显降低，受损较 轻，呈逐步退化形式，受损较重退化为裸 地。
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2、受损生态系统的修复方法 常用的修复方法： 封山育林 林分改造 透光扶育或遮光抚育 林业生态工程技术（区域的总体方案、时
严寒、自然灾害等。 造成草地生态系统的退化是人为和自然原因的
综合的结果。
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受损生态系统的主要特征：植被退化 （植被覆盖度、生物多样性下降，导致群 落结构矮化）和土壤退化（风蚀、水蚀、 土壤板结和盐碱化等造成土壤理化性质改 变，干旱气候加剧这一过程。）
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人类活动、滥垦、滥伐、资源不合理经营
干旱
（1）物种共生原理 （2）生态位原理 （3）食物链原理
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（4）物种多样性原理 （5）物种耐性原理 （6）景观生态学原理 （7）耗散结构原理 （8）限制因子原理 （9）生态因子综合性原理
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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
1）自然资源条件 2）社会经济条件 3）生态环境条件 （3）模型分析与模拟 （4）工程可行性评价
修复措施
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富营养化的修复： 通过工程分流或切断点源污染控制污染物
或过多营养物质； 合理利用农用化肥和农药等 20世纪70年代，美国SHapiro提出生物操
操纵的概念。 即通过调整生物群落结构（主要是鱼
类种群组成）的方法，来调节浮游植物群 落的结构，以改善水质。
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五、 矿区废弃地的修复
人 工 食 物 解 链 设 计
生态 工程 目标
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3、太湖生态工程设计的应用 （1）太湖底泥生态疏浚 （2）种植植物，达到美化环境，治理富营养化 （3）建立渔业工程，控制过渡养殖，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
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生态工程主要研究成果
水土保持生态工程 湿地保护生态工程 防沙治沙生态工程 特殊困难立地植被恢复生态工程 矿区复垦生态工程 农业生态工程 城市生态工程
研究目标： 促进自然良性循环的前提下，充分发挥
资源的生产潜力，防治环境污染，达到经济 效益与生态效益同步发展。
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生态工程与环境工程、生物工程和遗传工程的比较
工程类型 基本单元
基本理论
基本能源 基本费用 设计特点
控制结构 与自然关系 生物多样性
传统工程 环境工程
自然系统、 社会系统
工程学
自然系统 环境科学
化石能 大量 人为
化石能 大量 人为
任意
破坏 减少
污染源
再污染 改变
生态工程 生态系统
生物工程 细胞
生态学 太阳能
遗传学、细 胞生物学
化石能
合理
大量
人类辅助下的 人为 自组织
有机体
遗传结构
协调、无污染 干扰
保持或增加 改变
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2、生态工程设计的生态学理论依据 生态工程设计涉及的主要理论系统论理
论、工程学理论和生态学的基本理论。 生态学理论涉及的生态学原理：
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人为干扰
初始森林生态系统
自然干扰
人为调控
自然恢复
轻微受害 （可逆的）
严重受害 人为干预措施 （不可逆的） 加自然过程
保持一 不具备恢复条件
定时间
的受害
状态
改建
林业 生态 工程 措施
不采取措施 进一步 退化
重建
改进的森林生态系统 再造的森林生态系统
反馈
科学研究+对策研究+生态社会影响研究+技术经济研究后评价
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还应考虑的其他问题： 代表性的草种、外来草种、灌木的入侵、
动物的出入、草地的生长期动态变化等。 根据草原面积大的特点可进行遥感技术的 监测。
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三、 受损河流生态系统的修复 河流生态系统为陆地和海洋生态系统
的纽带，借此可反映陆地情况及影响河口 和海湾生态系统的变化。
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1、河流生态系统受损的主要方式及影响 人类在流域进行开发活动对河流产生的
环境生态学导论
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第一节 受损生态系统特征
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一、生态系统受损的主要形式
受损生态系统：生态系统的结构和功能在自 然和人为干扰下，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，并发生了生态系统的逆向演替 的生态系统。
物种增加，生
正向演替
产力不断提高，
物种减少，生 产力不断下降，
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它应该遵循下列原则： 生长快、适应性强、抗性良好 优先选择固氮树种 尽量选择乡土树种、先锋树种，也可引进外来速
生树种 选择耐性植物 对不同矿区进行植被修复时应考虑：污染物、矿
区地域、耐性植物等。特别考虑树种间进行间作， 避免栽植纯林
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（4）微生物修复法 微生物的生物多样性是矿区修复起重要
一是对水资源的需求量急剧增加，二是污水 排放与水体自净的矛盾，三是流经城市的河段水 环境被彻底改变。
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第七章
25
环境生态学导论
第七章
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环境生态学导论
第七章
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环境生态学导论
2、受损河流生态系统的修复 （1）建立沿岸绿化带，加强植被的生态功能 （2）人工清淤 （3）控制污染源 （4）科学调控河水流量和流速 （5）加强渔业管理
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三、 植物修复技术
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境中污染 物的一门环境污染治理技术。
利用植物对环境进行修复，是一个更经 济更适合于现场操作的、效率较高的去除 环境污染物的技术。
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植物修复的优势、局限性和特点
植物修复的优势
系统稳定性增 强等。
Байду номын сангаас
系统稳定性减 逆向演替
弱等。
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根据生态系统受损过程发生的变化， 可划分为以下几种类型：
正常的生态系统
时间
1. 突变性受损
2. 跃变式受损 受
3. 渐变式受损 损
4. 间断式受损
程 度
5. 复合式受损
4 3
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生态系统受损过程类型（仿包
维楷和陈庆恒，1999）
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二、受损生态系统主要特征
透的新的分支学科。20世纪60年代诞生以 来得到迅速发展，在环境保护、解决环境 问题和废弃物资源化中发挥了重要的作用。
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马世骏将生态工程定义为“应用生态 系统中物种共生、物质循环再生以及结构 与功能协调原则，结合系统工程的最优化 方法设计的分层多级利用物质的生产工艺 系统（马世骏 1984）。
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系统调查
环境质量
污染程度
治理水平 环境负荷 多样性 生态调节 自然保护
民意测验
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分析 直观 假设 抽象 约简 分析与合并
综合 经济模型 统计模型 解析模型 模拟模型 图解模型
系
系统评价
统
影响指标
流通量
分
系统负担
析
反馈回路
灵敏度
政策实验
风险
满意度
后悔值
工具：数量化方法、多元分析、数学规划、多目标决策、模糊数学、系统软件等 满意决策集（生态工程实施的依据）
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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
自然本底
次生本底
本
生物结构
土地利用
人口
建筑格局
地
动植物
交通网络
微生物 物理结构
物产 景观
调
气候，土
查
壤，地理，
地质
资源结构 水，矿产， 能源
来源：已有资料
遥感分析
社会经济 经济水平 服务水平 生活水平 科技水平 文教水平 管理水平 运输网络 社会风尚
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四、受损湖泊生态系统的修复
1、湖泊生态系统的受损及原因 （1）环境污染 （2）水利建设 （3）过度放养 （4）湖泊的富营养化 （5）外来种的侵入
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2、受损湖泊生态系统的修复 修复方法和技术： 严禁围湖造田 营造林地、提高植被覆盖率，减少面源污
染的危害，增加涵养水分的能力 加大人为调控湖泊水位的力度 对有大量淤积的湖泊，清淤是十分有效的
作用。选择适当的微生物进行接种。 （5）矿区废弃地的综合修复
以上各方法中和作用是矿区废弃地修复 成功的关键。
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矿渣与尾矿
矿
区
组分分析
废
弃 地
有害组分
有用组分
综
回收利用
合
修
复
易处理组分
难处理组分
流
程
化学改良
图
容土、排土
植被恢复并接种微生物
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第三节 生态工程及修复技术
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一、 生态工程的内涵
1、生态工程的定义 生态工程是生态学中的一门多学科渗
生态工程设计程序框图（引自马世骏，1984）
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2、技术路线 （1）建立互惠共生网络
着重调控系统内部结构和功能，进行 优化组合。使各组分结构协调、组分间比 量合适 整体功能将大于各组分的行为、功 能的简单加和。 （2）延长食物链
加环的类别： 生产环、增益环、减耗环、复合环
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生态工程设计与构建的技术路线
盐碱化
沙漠化
草原退化
植被衰退
系统生物量减少
有毒植物、有 害动物增加
系统自我调节 能力下降
食物链缩短 营养级降低 土壤肥力下降
野生动物减少 能量利用率下降
生态系统退化
草原荒漠化过程（李述刚，1995） 17
2、受损草地生态系统的评估指标 包括主要评级指标和相关生态指标。 主要评价指标：植被种类仅有
26~50%是顶级群落的种类、草原表土开 始损失和植被生产力下降10~50%时，可 视为草原达到退化的阈值，若不修复任其 退化，则向荒漠化演替
指导
林业生态工程的规划设计
受损森林生态系统的修复和重建对策（王治国等，2001）14
二、受损草原生态系统的修复
1、草地生态系统受损原因及特点 我国为草地受损严重的国家之一。 受损原因： 人为干扰原因：主要是不合理放牧、垦殖和
污染等，还有为获取能源对植被产生影响。 自然原因：自然条件较差，如干旱、少雨、
技术简单、费用低，可以大面积实施； 利用植物的提取作用或降解作用可以永久性地解决
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生态指标：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。
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3、受损生态系统的修复方法与技术 修复受损生态系统首先要了解原因，如
自然还是人为，生物还是非生物，或几种 原因联合作业。
国外和我国的研究结果表明，一是围 栏养护现有的受损草地，轮草轮牧，使其 自然恢复；二是重建人工草地；三是实施 合理的牧畜育肥方式。
土壤的生物发展过程包括： 有机质、含氮量、其他有利营养元素、
营养循环过程的发展。 1、尾矿的综合利用 （1）从废弃地中进一步回收有价值的元素 （2）作为二次资源制取新形态物质 （3）用作井下采空区的充填材料
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2、 矿区污染土壤的修复 （1）客土改良 （2）化学改良：有机肥的施用 （3）植被修复
根据环境因子和土壤理化特性及污染物 进行植被修复，植树是关键的一环。
空设计、食物链设计、特殊生态工程设计）
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修复中应注意的几个问题： 主导因子、局部群落干预构成大的森林景
观、人为干扰、森林恢复的最低物种数量 （80%）和最小面积，且能自然更新和演 替、注意关键种或优势种的同时，还要注 意互惠共生种、条件允许结合当地环境和 经济条件进行林分设计改造，提高抗逆性 和生态经济效益。
影响主要有：对沿岸植被的破坏；点源和 非点源对水域的污染；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。
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（1）水利工程建设对河流生态系统的影响 在各种水利工程中，对河流影响最显著的是
拦河大坝。 （2）农业活动对河流生态系统的影响
一是在河堤上开垦农田，二是使用的化肥和 农药等有毒物质污染河流。 （3）城市化对河流生态系统的损害