1、湿地生态与湿地恢复,2,第一节 湿地生态学概述,一、湿地的定义与类型 1.湿地的定义： 简明定义：水位经常接近地表或为浅水覆盖的土地。 世界湿地公约对湿地的定义：不论其为天然或人工、永久或暂时，静止或流动、咸水或淡水，由沼泽、泥沼、泥炭地或水域地带所构成的地区，包括低潮时水深6米以内的海域。,3,我国对湿地的定义,湿地以季节或长年积水为特征； 湿地的土壤条件通常不同于邻近的高地； 湿地植被由适合于湿润环境的植物组成，但缺乏耐受洪水威胁的植物。,湿地,水,土,植被,4,2.湿地的类型：,根据湿地的 形成原因分类,天然湿地：,人工湿地：,沼泽、湖泊、河流、滩涂、低潮时水深不超过6米浅海区等,水库、
2、稻田、池塘等,5,湿地的类型,6,湿地,7,河流湿地,8,3.湿地的分布：,湿地分布很广泛，从寒温带到热带，从沿海到内陆，从平原到高山都有分布。,我国湿地分布总的状况是：,东部多，西部湿地少，湿地的地区分布不均匀,9,东北地区湿地,镜泊湖,长白山天池,10,内蒙古湿地,草原上的珍珠呼伦湖,科尔沁湿地,呼伦贝尔草原,11,西北地区湿地,月牙泉,喀纳斯湖,12,青藏地区湿地,纳木错,羊卓雍湖,13,4.湿地的特点：,中国湿地特点是：类型多、面积大、分布广、区域差异显著、生物多样性丰富。,14,二、湿地生态学的产生与发展,1.资源阶段：19世纪以前,2.湖沼理论阶段：19世纪末20世纪中叶,3.全面
3、研究阶段：20世纪中期80年代,4.系统综合阶段：1982年至今,15,三、湿地生态学的研内容、任务和展望,1.主要研究内容湿地中生物个体；种群及群落与环境的相互关系；湿地生态系统的结构和功能；湿地生态系统的类型和演替；湿地的评价与管理,16,2.主要任务：,（1）主要自然湿地的空间格局与生态过程 （2）湿地的滤过作用与区域水资源管理 （3）湿地的保护、利用与恢复重建的生态工程 （4）中国湿地对全球变化的响应与影响研究 （5）人工湿地的生态管理,17,3.湿地生态学的研究态势与展望,目前，国际湿地生态研究的热点和前沿问题主要有： 湿地形成、演化的自然过程及动力学机制； 不同类型湿地的功能与动态
4、； 土地利用与湿地平衡的关系； 湿地保护与管理； 湿地生态系统健康与评价； 湿地、泥炭地、泥炭开发与合理利用； 人工湿地构建和退化湿地生态系统恢复。,18,第二节、湿地生态系统结构与生态服务功能,一、湿地生态系统的结构湿地生态系统（wetland ecosystem）是湿生、中生和水生植物、动物、微生物和环境要素之间密切联系、相互作用，通过物质交换、能量转换和信息传递所构成的占据一定空间、具有一定结构、执行一定功能的动态平衡整体。,19,1.淡水沼泽湿地,（1）淡水草本沼泽生态系统 其剖面结构自上而下分为：草根层、腐殖质层（泥炭层）、潜育层、母质层。,淡水草本沼泽中优势植被类型有：芦苇、香蒲、
5、黑三棱等挺水植物；水葫芦等浮水植物；马尾藻等沉水植物。,淡水草本沼泽生态系统是以碎屑食物链为主要能量通道的生态系统，低等生物在该生态系统的能量流通与物质转化过程中起着非常关键的作用。,20,淡水草本植物的梯度分布,21,（2）泥炭湿地生态系统,泥炭湿地通常具有酸性环境和有限的可用养分，是贫营养和低生产力的生态系统。 主要特征：多余的水分和泥炭积累；初级生产力很低。 发育的基本条件：潮湿、寒冷的气候。,植被组成：泥炭藓、越桔、莎草、石楠、柳树等嗜酸植物。,22,（3）淡水木本沼泽生态系统,淡水木本沼泽：在整个生长季或生长季的大部分时间内滞留有较深地表淡水的木本群落。,主要包括：池柏沼泽、落羽松沼
6、泽、白蜡树沼泽、白雪松沼泽、红栎沼泽及多种水生木本植物的混生群落。,在所有森林生态系统中，淡水木本沼泽生态系统的土壤环境和水环境及其参与的生物地球化学循环是最为复杂的。,23,（4）河漫滩湿地生态系统,河漫滩湿地生态系统：介于河流和丘陵之间、地下水位较高，其土壤至少在生长季期间时而被泛滥的河水所覆盖。,主要特征： 沿河流分布，呈带状或线形； 功能上既与丘陵陆地和河流水体生态系统侧向相连，又与上游和下游的生态系统相协调； 开放的生态系统，能量与物质输入远大于输出，初级生产力相对较高。,24,河漫滩湿地生态系统景观结构,25,2、滨海湿地,（1）盐沼生态系统,盐沼：是发育于淤泥滩地的自然和半自然盐
7、生草地与低矮灌从，周围被潮汐或非潮汐水位变化的盐水所包围。,盐沼含有复杂的动植物和微生物区系；盐沼内大量的潮汐沟，是生物迁徙、营养交换、能量和物质转换的通道。,盐沼植被由海向陆具有明显的梯度分布规律，包括裸滩、碱蓬植被、芦苇或白矛植被。,盐沼生态系统的初级生产是全球最高者之一。,26,（2）潮汐淡水沼泽生态系统,分布于盐沼和内陆淡水沼泽之间，生态系统具有盐沼生态环境特征的同时具有淡水沼泽的生物群落。,潮汐淡水沼泽浮游植物和表生藻类非常丰富（硅藻、绿藻和蓝藻）；初级生产力很高。,27,（3）红树林生态系统,红树林是分布于热带、亚热带海岸的木本沼泽，包含盐生乔木、灌木和一些草本、藤本植物，植物具有
8、气生支柱根、胎生现象、呼吸根等特征。,红树植物全球有50多种，中国有30多种。红树林中几乎没有地被植物或下层植物。,螃蟹是红树林生态系统的关键种；此外，红树林还是许多鱼类繁育的场所，以及大量水禽的栖息、越冬地。,28,（4）河口湾生态系统,河口湾是一个与外海直接相连的半封闭的沿海水体，受潮汐和河水的强烈影响形成半咸水或咸淡水环境。,河口湾是高生产力的生态系统之一，生物多样性较低。,河口湾的自我富营养作用和经常接受河流污水的输入，使其易受污染破坏，金属污染物富集、有机污染导致“赤潮”发生。,29,3.湖泊湿地,典型的水体生态系统，从湖岸到深水，分为三个主要的植被带： 沿岸带：有阳光，有根植物可生
9、长； 湖沼带：有一定阳光，浮游植物可生长； 深底带：没有光线，自养生物不能生存。,30,4.人工湿地,泛指以人为利用为目的而建成或改造的湿地，包括：稻田、盐田、水产养殖场、污水湿地处理系统、水库及沟渠等。,以稻田湿地为例： 生物产量高于相似的自然湿地和旱地农田生态系统。 生物种类繁多：按生物学特性和人类关系不同可分为农作物、杂草类、浮游植物类，此外还有浮游动物、底栖动物、微生物等。,31,人造湿地净化水质,32,二、湿地生态水文特征,水文是影响湿地生态系统形成、发育和维持的首要环境因子，是湿地类型和湿地过程的控制者。 湿地水文包括降水、地表流、地下水、蒸散、潮汐和洪水等类型以及水深、水流格局、
10、洪水周期和频率等特征。,洪水是影响湿地的主要水文特征；潮汐是滨海湿地的主要水文特征。,33,三.湿地生态系统的主要功能,湿地的作用 湿地的美称,提供水资源，保护生物多样性 “生命的摇篮”,涵养水源，调蓄洪水 “天然水库”,净化水中污染物质 “地球之肾”,众多鸟类的栖息地 “鸟类的乐园”,产生粮食、工业原料等 “资源的宝库”,调节气候，美化环境 “天然空调机”,34,第三节、湿地生态过程,一、湿地演化过程：产生发展消亡 湿地的形成、发育受到自然和人为因素的综合影响。 湿地植被的演化是湿地演化过程关系最为密切的生态过程，其形成过程可分为：水体沼泽化和陆地沼泽化,湿地生态系统的生态过程包括：演化过程
11、（产生、发展、消亡）、生物过程（有机物的生产）、化学过程（营养物质循环）和物理过程（能量流动）。,35,二、生物过程 （有机物生产过程）,36,三、化学过程桑基鱼塘系统物质、能量流动示意图,37,四、物理过程（湿地水文及能量流动过程）,湿地植物通过光合作用固定太阳能，是湿地生态系统能量的主要来源。 湿地水文过程研究是以湿地概念模型为基础的，按功能可分：系统水文模型、区域水文模型、水动力模型、泥沙模型,38,第四节、湿地生态功能的应用,一、湿地植物产品的可利用类型,食品蔬菜类、药品类、轻工业类、手工业类、花卉类、饲料类、外贸商品类、环保类绿肥类、种质资源类,39,二、湿地种植模式与技术原理,湿地
12、种植应按照水生经济植物的生态习性与湿地环境相一致的原则，从恢复和改善湿地生态环境、拓宽生态位、发挥湿地生态系统整体功能等方面去提高湿地生态系统生产力。,40,1.传统湿地农业模式,位于长江中下游平原湖区盆碟式地貌的湿地区域，确定藕稻、鱼菱、鱼藕、鱼莲共生的开发模式。 湿地秧藕稻种植模式 湿地生态系统鱼-藕、鱼-莲共生模式 湿地农业生态莲园模式,41,2、集约化湿地生态农业生产基地模式,3、湿地蔬菜与作物种植模式 莼菜种植、莲的种植、芡实种植、菱和菰的种植,以观光及产业化为核心，以芦苇、莲、芡实、慈姑等水生经济植物为主体的综合开发利用模式。如：太湖、洪湖、江苏高邮湖等。,42,4.水生/湿生净污
13、植物种植模式,睡莲的种植、芦苇的种植,5.水生/湿生植物系统恢复模式,为充分发挥湿地生态系统的功能和效益，需要恢复或重建一个完整的湿地水域景观。,43,三、利用湿地降解污染物,1.人工湿地处理系统的类型 按照系统布水方式的不同或水在系统中流动方式不同可分为： 自由表面流人工湿地、水平潜流人工湿地 垂直潜流人工湿地、潮汐潜流人工湿地,44,2.人工湿地对各种污染物的去除机理,（1）人工湿地对有机物的去除机理 废水中的不溶性有机物经过湿地的沉淀、过滤，可被微生物利用；可溶性有机物则通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程而被分解除去。,（2）人工湿地对氮的去除机理 对氮的去除主要靠微生物的
14、氨化、硝化和反硝化作用。,45,（3）人工湿地对磷的去除机理,对磷的去除是通过植物的吸收、微生物的积累及湿地床的物理化学等多方面共同完成的。,（4）人工湿地对硫的去除机理 对硫的去除主要靠微生物的分解及植物的吸收。,（5）人工湿地对重金属的去除机理 重金属在湿地系统流动过程中，产生深沉截取、过滤、络合、吸附作用而去除。,46,3、污水处理系统的构成,污水湿地处理系统：将污水有控制地投配到土壤经常处于饱和状态，生长有芦苇、香蒲、灯芯草等水生植物的土地上，污水在耐水植物和土壤的联合作用下得到净化的一种污水土地处理系统。 以净化水质为目的的人工湿地系统主要由以下部分组成： 具有透水性的基质、好氧和厌
15、氧微生物、水生植物、无脊椎或脊椎动物、水体,47,4、污染物湿地处理技术研究和应用示例,活水公园人工湿地污水处理系统,48,活水公园人工湿地污水处理系统净水工艺流程图,49,府南河环境教育馆,府南河是长江上游重要支流岷江的一段，属于长江水系。上游治污是下游治污的前提。府南河公园的污水处理系统呈现在人们眼前，并在此地设环教馆，让感性认识向理性认识升华。,(1),50,鱼眼厌氧沉淀池,A、沉淀池让污水中较重悬浮物沉积池底，从排泥馆排出； B、较轻悬浮物浮于水面，由人工收集处理 C、池中厌氧微生物分解污水部分有机物成不溶于水的甲烷、二氧化碳等气体，排入大气 D、池水经配水装置，通过导虹吸管，分两股注
16、入净水塘,(2),51,鱼眼厌氧沉淀池,52,植物净水塘,植物净水系统由六十个植物糖及十二个植物床组成。来水经过沉淀吸附、微生物分解及氧化还原作用，成为促进植物生长的水源与养分，使污水无害化；,(3),53,植物净水塘示意图,54,鱼塘,污水经过净化，曝氧，达到国家GB3838-88III类水质标准，流进卵石围砌的680平方米鱼塘。中国金鱼与日本锦鲤嬉游其中，供游人观赏，流水雕塑成为两套曝气充氧回流设施，既增加流水活力，又富观赏性；,(4),55,阶梯式河堤,阶梯式河堤，可使游人直接亲近母亲河，又可使河中的两栖动物往返于河、岸之间,儿童戏水池：鱼类监测，确保水质的前提下，儿童可戏水亲水。,(5
17、),(6),56,第五节 退化湿地生态系统恢复 与湿地生态保护工程,一、湿地生态系统退化的类型、原因与过程,57,人类活动直接,农林业、蚊虫控制 修沟渠，洪水控制 固体垃圾处理，道路，开发 水产养殖/海洋养殖,堤坝、防洪堤 水污染-城市，农业 开采泥炭等 地下水位下降,1、世界湿地退化的原因：,58,全球湿地消失和退化的原因,人类活动间接,泥沙沉积，大坝和其他建筑引起 水文变化，道路水渠引起 土地下陷，抽取地下水等引起,自然原因,下陷、 海平面上升、干旱、风暴侵蚀、生物影响,59,2、我国湿地生态系统退化的原因与特点,60,我国湿地退化的影响因素与发展趋势,61,3、我国内陆湿地退化典型案例,
18、（1）洞庭湖湿地的退化 生态现状： 泥沙淤积，严重影响洞庭湖泄洪和航运； 围湖造田，生物资源遭到破坏； 污染加剧，生态环境破坏，危及野生动物生存； 滥捕乱猎，掠夺式经营，人为破坏十分严重； 日本血吸虫病的威胁。,62,（2）滇池水生生态系统的退化,主要变化特征： 植被面积大大缩小； 群丛多样性降低； 物种多样性下降； 浮游植物异常增殖； 耐污能力强的植物得到大发展。,63,（3）拉鲁湿地的退化,1959湿地面积10平方千米 1975年面积大大缩小 1992年修建贯通“拉鲁湿地”的中干渠，渠底标高低于湿地正常蓄水水位标高,1995年湿地大面积干涸，水生植物死亡 1996年形成沙化和部分荒漠化的自
19、然景观 拉鲁湿地的载畜量过重 地下水位下降，草场退化和沙化形成草原鼠害，破坏草场植被,64,拉鲁湿地拉萨之肺,65,（4）扎龙湿地的萎缩,扎龙湿地的萎缩主要来源于两方面的因素： 1）缺水干旱A、湿地上游用水量增加B、连年干旱，芦苇植株矮小退化，湿地生态环境严重恶化C、形成扎龙湿地的主水源径流季节分配不平衡且有较大的年际变化 2）污染严重A、生活污水和工业废水排放增加B、农业发展各灌溉面积大量使用农药，化肥和各种除草剂C、大量畜牧粪便随降水形成地表径流进入水体,66,扎龙湿地,67,（5）红树林湿地的退化,我国目前滨海湿地存在如下主要问题： 1）人为干扰A、围垦过量排放污染物，无节制捕捞作业B、
20、水体不断的富营养化C、生境的破坏使湿地动植物资源急剧减少 2）海岸侵蚀使潮滩不断变窄 3）海平面上升淹没部分海岸湿地,68,二、湿地恢复,1.湿地恢复的概念与恢复策略概念：通过生态技术或生态工程对退化或消失的湿地进行修复或重建，再现干扰前的结构和功能，以及相关的物理、化学和生物学特性，使其发挥应有的作用,69,2.湿地恢复与重建的原则,（1）尊重湿地生态过程 （2）充分利用自然能源 （3）生态系统能够抵御自然灾害的干扰，并从中迅速恢复 （4）湿地生态系统具有多重功能，提供多种效益 （5）湿地是介于高地和水体的过渡带，要考虑它的生态交错带,70,2.湿地恢复与重建的原则,（6）注重生态系统的功能
21、，而不是形式的恢复与重建 （7）外来种入侵和生物的死亡是恢复与重建常见的症状。 （8）需要足够的时间 （9）模拟自然系统的形状和生物系统的分布格局。 （10）遵循生态工程学的原理和设计原则及要求。,71,3、湿地类型及其恢复策略,72,3、湿地类型及其恢复策略,73,4.湿地生态恢复案例,74,（1）三江平原湿地的恢复与保护,1）建立完善整个三江平原保护网络，有计划、有步骤地，统一、科学地开发利用三江平原的各种资源，保持整个生态系统的平衡。 2）切实加强对已建保护区机构能力建设，逐步扩大保护面积，强化保护区的建设与管理。A、恢复保护区湿地的水分供应。B、退耕还草，禁止在保护区内开荒，同时将保护
22、区缓冲区和实验区内原有的农田弃耕，恢复它原来的自然状态。,75,（1）三江平原湿地的恢复与保护,C、扩大保护区面积，把整个浓江沃绿蓝河流域的沼泽都包括进去，以制止浓江上游大面积开发洪河自然保区湿地的负面影响。D、把保护区湿地与邻近的湿地连接在一起3）在科学的旅游规划基础上，在保护区内试验区的局部地区开展以欣赏沼泽原始风貌、观赏大型珍稀鸟类为主的旅游活动。,76,（1）三江平原湿地的恢复与保护,4）正确处理除害与兴利、洪与涝、内水与外水、排涝与灌溉、高地与低地等关系，达到洪涝分治、内外分流、分割水势、高水高排、低水低 排，形成防、截、蓄排相结合的防洪排涝体系。5）加强巡逻和检查，特别是在防火期、
23、防汛期 、生态旅游过程中的安全与保护，确保生物多样性不遭受破坏。,77,三、湿地生态系统设计,1、湿地生态设计的原则 （1）适用性和多用性原则 （2）综合性原则 （3）地域性原则 （4）生态关系协调原则 （5）生态美学原则,78,2.湿地生态设计中的主要指标,（1）水文指标：水深、水周期、入流负荷等 （2）化学指标：化学去除率 （3）基质指标：化学负荷率、有机质质量 （4）生物指标：土壤结构、植被组成、最大生物量、溶解氧,79,四、可持续性湿地资源利用模式,80,1、桑基鱼塘模式,模式结构：该系统由个或个子系统组成，即基面子系统，鱼塘子系统和联系子系统 桑基鱼塘是由基面种桑，桑叶喂蚕，蚕沙养鱼
24、，鱼粪肥塘，塘泥为桑施肥等各个生物链所构成在这个系统中通过水陆物质交换使资源得到充分利用和保护，创造一个良性循环的模式。,81,桑基鱼塘模式,82,2、江苏里下河湿地的综合利用模式,（1）由林、农、渔、及畜禽等几部分组成的一个完整的系统，使系统的稳定性增强，反馈能力相应的提高；,（2）采用空间上的多层次、时间序列的复合经营方式 在空间结构上，上层为乔木层，中间为作物层，下层为畜牧层，水面为水生作物层，水下为鱼虾层，以利用不同的空间资源 时间序列上，根据植物生长特性，按不同季节，采用多熟制，充分利用土地和光能资源。,83,2、江苏里下河湿地的综合利用模式,（3）按物质转换和能量循环原理，在系统内形成物质的多级利用，林间地中种作物既能提高光合利用率，又可以为为社会提供大量粮、油、豆等产品。,84,The end, thanks!,
