受损生态系统的修复

（2）延长食物链 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。
正常的生态系统
时间
受 损 过 程
a：突变过程 b：渐变过程 a b c d
c：跃变过程
d：间断不连续过程
生态系统受损过程（仿包维楷和陈庆恒，1999）
二、受损生态系统的基本特征
1．物种多样性的变化 2．系统结构简单化 3．食物网破裂 4．能量流动效率降低 5．物质循环不畅或受阻 6．生产力下降 7．其他服务功能减弱 8．系统稳定性降低
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
自然系统、社会系统
环境工程
自然系统 环境科学 化石能 大量 人为 污染源 再污染 改变
生态工程
生态系统 生态学 太阳能 合理
生物工程
细胞
遗传学、细胞生物学
工程学 化石能 大量 人为 任意 破坏 减少
耗散结构原理 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。
限制因子原理 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。
（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。
（2）背景调查 ①自然资源条件
生物资源、土地资源、矿产资源、水资源等。 ②社会经济条件 市场状况、劳动力及其知识水平、经济实力等。 ③生态环境条件
气候条件、土壤条件、污染状况等。
调查资料和数据
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。 （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


作为二次资源制取新形态物质
井下采空区的充填材料
污染土壤的修复
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。
植被的修复 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。
微生物的修复 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。
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 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。 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。
矿区废弃地综合修复
矿渣与尾矿 组分分析 有用组分
有害组分
回收利用
易处理组分 化学改良 难处理组分 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
1．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）
第二节
受损生态系统的修复
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
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。 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。
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。
拟定目标
社会目标 经济目标
生产、消费、积累和流通水平 社会经济
生态目标
结构和功能的和谐稳定 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
生 态 工 程 设 计 程 序 框 图 （ 引 自 马 世 骏 ）
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
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。
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
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
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
尾矿的综合利用
从废弃物中进一步回收有价元素
草原植被种类有10%~50%时，可视为草 原达到了退化的阈值。
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。
Байду номын сангаас．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 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。
草原荒漠化过程（李述刚等，1995）
人类活动、滥垦、滥伐、资源不合理经营 干旱 盐碱化 沙漠化 草原退化
植被衰退
有害动物、植物增加 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 生态系统退化
系统生物量减少
野生动物减少 能量利用率下降
2．受损草地生态系统的评估指标
主要评价指标 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。
（4）林业生态工程技术 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。
人为干扰
初始森林生态系统
自然干扰
自然恢复 人为调控
轻微受害 (可逆的)
严重受害 人为干预措施 (不可逆) 自然过程
科技、文教、管理和道德水平 自然本底 生物结构 人口 动植物 微生物 物理结构 气候、土壤 地理、地质 资源结构 水，矿产 能源 来源：已有资料 分析 直观 假设 抽象 约简 分解与合并
次生本底 本地利用 建筑格局 交通网络 物产 景观
本 底 调 查
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
二、受损草地生态系统的修复
1．草地生态系统受损的原因及特点
人为原因 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。
自然原因
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。
受损草地生态系统的主要特征包括植被退化 和土壤退化。
景观生态学原理 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。
林业生态 工程措施 不采取措施
不具备恢复条件
进一步恶化
重建
保持一定时间的受害状态
改建
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
指导
改进的森林生态系统
受损森林生态系统的修复和重建对策
（王治国等，2001）
3．受损森林生态系统修复中应注意的 几个问题
第八章 受损生态系统的修复
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
第一节
受损生态系统的特征
一、生态系统受损的主要形式
受损生态系统 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。
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 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。
（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。
3．渐变式受损 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。 4．间断式受损 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。
5．复合式受损 指生态系统在受损过程中，经历 了两种以上受损形式。
食物链原理 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。 物种多样性原理 生态系统中生物多样性越高，生态系统越稳定。 物种耐性原理 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。
（2）农业活动
农业活动对河流的损伤的两个方面： ①对河岸带和河流阶地上天然植被的开采； ②化肥和农药等有毒有害物质对河流水质污染。
（3）城市化
①水资源需求量的剧增与河流供给能力的矛盾；
②城市污水排放与河流自净能力的矛盾；
③流经城市内河段水环境的彻底改变等。
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；
遥感分析 综合 经验模型 统计模型 解析模型 模拟模型 图解模型
系统调查
民意测验 政策实验
系 统 分 析
系统评价
影响指标 流通量 系统负担 反馈回路 灵敏度
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（生态工程实施依据）
2．技术路线
（1）建立互利共生网络 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。
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
①对沿岸植被的破坏；
②点源和非点源的各种污染物对水域的污染；
③对水域中生物资源的过度利用；
④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。
①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。 ②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。 ③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。
化石能 大量 人为 遗传结构 干扰 改变
人类辅助下的自组织
有机体 协调、无污染 保持或增加
2．生态工程设计的生态学理论依据
物种共生原理 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。 生态位原理 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。