1、第二节 恢复生态学与生态修复,一、恢复生态学及其学科任务二、生态修复及其理论基础三、生态修复的常用技术和方法,一、恢复生态学及其学科任务,（一）恢复生态学的定义恢复生态学诞生于20世纪70年代。学科任务是致力于研究自然灾变和人类活动压力条件下，受到破坏的自然生态景观的恢复和重建问题。基于这种恢复和重建在相当程度上离不开人的参与，所以一些生态学家曾根据其方法学和工艺特点又将其称为合成生态学。,恢复生态学理论的产生与发展为生态修复提供了科学依据。生态修复的技术与方法已成为应对全球环境变化的重要手段。,理论研究主要包括：生态系统结构（包括生物空间组成结构、不同地理单元与要素的空间组成结构及营养结构等
2、）、功能（包括生物功能，地理单元与要素的组成结构对生态系统的影响与作用，能流、物流与信息流的动态过程及平衡机制等），以及生态系统内在的生态学过程与相互作用机制。生态系统的稳定性、多样性、抗逆力、生产力、恢复力与可持续性研究。先锋群落与顶极群落的发生、发展机制与演替规律研究。不同干扰条件下生态系统的受损过程及其响应机制研究。生态系统退化的诊断及其评价指标体系研究。生态系统退化过程的动态监测、模拟、预警及预测研究。,应用技术主要包括：退化生态系统恢复与重建的关键技术体系研究。生态系统结构与功能的优化配置及其调控技术研究。物种与生物多样性的恢复与维持技术。生态工程设计与实施技术。环境规划与景观生态规
3、划技术。典型退化生态系统恢复的优化模式试验示范与推广研究（马世骏，1990；章家恩，等，1999）。,恢复生态学又可概括为生态系统的恢复（restoration）与重建（reconstruction）。恢复是指原貌或原先功能的再现。重建则可以包括在不可能或不需要再现原貌的情况下，重新营造一个不完全雷同于过去的甚至是全新的自然生态系统。将一个受损的生态系统恢复到原貌，在实践中往往是困难甚至是不可能的，所以有的学者认为，应把“restoration”译为“修复” 更确切。,（二）恢复生态学的研究进展,包含恢复生态学内容的国际大型计划联合国教科文组织人与生物圈计划（MAB）；国际地球生物圈计划（IG
4、BP）；全球变化的人类因素研究计划（IHDP）；全球环境监测系统（GEMS）。国家层面开展生态恢复研究 英国、德国、荷兰、澳大利亚、中国等。中国开展生态恢复研究 农牧交错区、风蚀水蚀交错带、干旱荒漠地区、丘陵山地、干热河谷、湿地、城市等退化或脆弱生态环境。,（三）制约学科发展的理论和实践问题（1）,生态系统恢复的不可确定性生态系统恢复要求综合考虑生态、经济和社会因素，但对时间、空间上存在异质性的生态系统而言，很难恢复到理想状态，在有持续干扰情况下尤其如此由于生态系统的复杂性，对生态系统退化程度和干扰因子很难概括出一些易测定、又能反映实质的具体指标,制约学科发展的理论和实践问题（二）,生态系统恢
5、复和群落的自然演替是一个动态的过程，在研究实践中，对两者的区分常常很困难生态系统恢复的时间到底要持续多长，这需要进行可重复和长期的试验及观测，短时间尺度的研究不能准确回答这个问题生态系统恢复的机理还不清楚，尤其是重新引进当地消失的物种在恢复中的作用与角色还难以正确判断,生态学内的分支： 生态遗传学、种群生态学、群落生态学 生态系统生态学、景观生态学等。生态学相关学科： 地理学、地质学、土壤学、环境化学、 工程学、经济学。,（四）相关学科,（五）恢复生态学中涉及的几个重要概念,生态修复：应包括生态恢复、重建和改建，其内涵可以理解为通过外界力量使受损生态系统得到恢复、重建或改建，即应用生态系统自组
6、织和自调节能力对环境或生态完整性进行修复，最终恢复生态系统的服务功能。,重建,重建（rehabilitation），即去除干扰并使生态系统恢复原有的利用方式；改良（reclamation），即改善环境条件以便使原有的生物生存，一般指原有景观彻底破坏后的恢复改进（enhancemen），即对原有的受损系统进行重新修复，以使系统某些结构与功能得以提高,改良,改进,修补,更新,再植,修补（remedy），即修复部分受损的结构更新（renewal），指生态系统发育即向新的水平或层次的演替再植（revegtation），即恢复生态系统的部分结构和功能，或恢复当地先前土地利用方式。,二、生态修复及其理论基
7、础,（一） 概念 生态修复的概念应包括生态恢复、重建和改建，其内涵可以理解为通过外界力量使受损生态系统得到恢复、重建或改建，即应用生态系统自组织和自调节能力对环境或生态完整性进行修复，最终恢复生态系统的服务功能。可从四个方面理解：第一是污染环境的修复，即传统环境问题的生态修复工程；第二是大规模人为扰动和被破坏生态系统的修复，即开发建设项目的生态恢复；第三是大规模农林牧业生产活动破坏的森林和草地生态系统的修复，即人口密集农牧业区的生态修复或生态建设，相当于生态建设工程或区域生态工程；第四是小规模人类活动或自然原因（森林火灾、雪线下降等）退化生态系统的修复，即人口分布稀少地区的生态自我修复。,（二
8、）生态修复机理,依据生态学原理，通过生物、生态以及工程的技术和方法，人为地改变和消除生态系统退化的主导因子或过程，调整、配置和优化系统内部及其与外界的物质、能量和信息的流动过程及其时空秩序，使生态系统的结构、功能和生态学潜力成功地恢复乃至得以提高。,Hobbs and Mooney指出，退化生态系统恢复和重建的可能发展方向一般要包括：退化前状态、持续退化、保持原状、恢复到一定状态后退化、恢复到介于退化与人们可接受状态间的替代的状态或恢复到理想状态等几个阶段和过程。 Hobbst and Norton 的临界阈值理论，该理论假设生态系统有4种可选择的稳定状态，状态1是未退化的，状态2和3是部分退
9、化的，状态4是高度退化的,在不同干扰或同种干扰不同强度压力下，生态系统可从状态1退化到2或3；当去除胁迫时，生态系统又可从状态2和3恢复到状态1；状态2或状态3退化到状态4要越过一个临界阈值；状态4恢复到状态2或3时非难，通常需要大量的投入。,生态阈值 处于稳定状态时的生态系统抵抗干扰与自我调节能力的限度称为生态阈值。只有确定生态阈值，才能确定修复生态系统的类型、区域、难易程度、时间周期，以及合理的修复指标。生态阈值有两种类型：阈值点：在阈值点前后，生态系统的特性、功能或过程发生迅速的改变；阈值带：生态阈值带暗含生态系统从一种稳定状态到另一稳定状态逐渐转换的过程，在自然界中更为普遍。,生态系统
10、功能变化的阈值带（Muradian，2001）,（三）生态修复的理论基础1. 自我设计与设计理论自我设计理论认为，只要有足够的时间，随着时间的推移，退化生态系统将根据环境条件合理地实现自我组织，并会最终改变其组分；设计理论则认为，通过工程方法和植物重建，可直接恢复受损生态系统，但恢复的类型可能是多样的。这一理论把物种的生活史作为植被恢复的重要因子，并认为通过调整物种生活史的方法可加快植被的恢复。,自我设计理论是在生态系统层次上考虑的，未考虑到缺乏种子库的情况，其恢复的只能是靠环境条件来决定的生物群落；而设计理论是在个体或种群层次上考虑，修复后结果和方向可能是多种的。,2. 生态学理论限制性因子
11、原理（确定生态系统恢复的关键因子）；热力学定律（确定生态系统能量流动特征）；种群密度制约及分布格局原理（确定物种的空间配置）；生态适应性理论（尽量采用土著种进行生态恢复）；生态位原理（合理安排生态系统中物种组成及其功能）；演替理论（缩短恢复时间，极度退化的生态系统的恢复，演替理论可能不适用，但仍具指导作用）；植物入侵理论；生物多样性理论（引进物种时注重生物的多样性，而生物多样性有利于恢复生态系统的稳定）以及缀块廊道基底理论（从景观层次考虑生境破碎化和整体土地利用方式）；,（四） 生态修复的原则,（五）生态修复的判定准则Bradsaw（1987）提出了五项标准来判断生态修复的成功与否。,三、生态
12、修复的常用技术和方法,（一）针对污染环境的植物修复技术 植物修复技术是以植物能忍耐和超量积累某种或某些污染物为理论基础，利用植物及其共存微生物体系清除环境中污染物的一种环境污染治理技术（唐世荣，等，1999）。植物修复技术包括：利用植物固定或修复重金属污染土壤；净化水体和空气；清除放射性元素；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；,1.植物萃取植物萃取法是指植物将土壤中的金属“萃取”出来，富集并运送到植物根部可收割部分或植物地上枝条等部位，然后再对富集部分进行处理。植物萃取技术的关键是筛选超积累植物。适合于植物“萃取”的理想植物应该具有如下特点：,蜈蚣草-砷,东南景天-锌,龙葵-
13、镉,商陆-锰,半卡马菊、多花鼠鞭草、布氏香芥、塞贝山榄(俗称蓝汁)、杨树、苎麻、月季、油菜、印度芥菜、遏蓝菜、酸模、海州香薷、鸭跖草、密毛蕨、蜈蚣草、大叶井口边草、粉叶蕨、牡蒿、剑叶凤尾蕨、羽叶鬼针草、紫花苜蓿、银合欢、空心莲子草、东南景天、北美车前、北美鬼针草、北美独行菜、一年蓬、裸柱菊、细叶芹、芥子草白麻、普通豚草、颠茄等。这些植物大多在当地土生土长，可富集镍、镉、铜、钴、锰、铅、硒、砷、锌等元素，净化被这些金属污染的土壤。,遏蓝菜-多种重金属,2.根际过滤根际过滤法是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。适用于根系过滤技术的植物，必须有较大的根系生物量，最好是须根
14、植物。目前，常用的植物有各种耐盐的野草如弗吉尼亚盐角草、牙买加克拉莎草、盐地鼠尾粟、杂交杨树、印度芥菜、向日葵，以及各种水生植物，如宽叶香蒲等。根际过滤技术主要用来处理石油天然气生产过程中产生的废水、含放射性污染物质的废水、含重金属的各种废水以及富含其他污染物（如氮、磷、钾）的废水。,3.植物固化植物固化法是利用超积累植物或耐重金属植物降低金属的活性，从而减少或防止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。适用于固化污染土壤的理想植物，应是一种能忍耐高含量污染物、根系发达的多年生绿叶植物。这些植物通过根系吸收、沉淀或还原作用可使污染物（如金属）惰性化。植物固化技术对废弃场地重金属污染
15、物和放射性核素污染物固定尤为重要，原地固定这两类污染物可显著降低其风险性。,反枝苋-放射性核素,4.植物辅助植物辅助生物修复是通过根系范围内植物的活动刺激微生物，促进污染物的生物降解。根圈的植物修复可增加土壤有机质含量、细菌数量和菌根真菌数量。反过来，这些因素又有利于土壤中有机化合物的降解。有的植物还能够向土壤环境释放出一种有助于刺激有机物降解的根际分泌物。Fletcher等（1995）报导，桑树等植物的根际产物含有黄酮类化合物和氧杂萘邻酮，可被用来刺激能降解多氯联苯（PCB）和多环芳烃（PAH）的微生物的生长。,5. 植物转化植物转化是指通过植物新陈代谢作用降解环境污染物的过程。植物转化取决
16、于污染物从土壤或水体中的直接吸收和植物器官中新陈代谢物的积累。有机化合物进入植物体内，植物便会将这些化学物及分解的中间产物，通过木质化作用贮藏在新的植物组织中，或者使化合物完全蒸发、代谢或矿质化为二氧化碳和水。,（二） 针对非污染环境的生态修复技术1. 潜力评价法潜力评价法就是利用遥感信息系统、全球定位系统和地理信息系统等先进的技术手段，对某一修复区域进行调查监测和评估。主要是对当地的自然资源、土壤侵蚀模数、植物演替变化情况等进行调查评价。,潜力评价法就是利用各种技术找出对当地生态自我修复影响的主要因素，以便采取相应的改良措施和保护措施。,2.自然恢复法水土流失主要是因为人类向大自然过度索取所
17、造成的，导致植被逆向演替，其退化过程是由乔木林地变成灌木林地，再由灌木林地变成荒草地，乃至荒地；草地的退化则是由高草地退化成低草地，再由低草地退化成裸地。要达到恢复植被，控制水土流失的目的，应有相应的措施，但最主要的是停止人为干扰，为生态系统提供一个休养生息的机会。,自然恢复法的关键是抵制外界干扰，利用生态系统自身的调节能力实现系统的修复。,3.限量控制法限量控制法是一种不改变原有经营目的，采取人为控制的方法，促使部分逐渐恶化的区域恢复生态的良性循环。林区采取采伐量的限制，以实现生长量大于采伐量，使蓄积量大于采伐量；草地采取载畜量的限制，以实现产草量大于畜禽消耗量，使植被得到适度保护；农业生产
18、实现精耕细作，提高农田基础建设标准，保证粮食稳产高产，在保证国家粮食安全的基础上维护现有耕地与林地、草场的合理比例等做法。,4.协调促进法协调促进法即采取其他辅助措施，减缓人、畜对天然植被的破坏，促进生态条件的自然修复。在山区或草原区，通过以生物质能的利用来减少对木材和自然植被的利用，并以此促进受损生态系统的恢复。大力推广可更新能源的利用和积极开发各类新型能源，是解决环境问题的重要途径。,一、受损森林生态系统的修复,（一）森林生态系统受损的原因及特点自然原因 病虫害干旱洪涝风灾地震人为原因刀耕火种采伐木材矿山开采,森林生态系统受损的特点生产力降低、生物多样性减少、调节气候、涵养水分、保育土壤等
19、功能明显降低。,（二） 受损森林生态系统的修复方法1.物种框架法 物种框架法就是建立一个或一群物种，作为恢复生态系统的基本框架。这些物种通常是植物群落演替阶段早期（或称先锋）物种或演替中期阶段的物种。优点 只涉及一个（或少数几个）物种的种植，生态系统演替或维持依赖于当地种源（或称“基因池”）增加物种，实现生物多样性。标准 抗逆性强； 能够吸引野生动物； 再生能力强； 能够提供快速和稳定的野生动物食物。这些物种能够在生长早期（2-5年）为野生动物提供花或果实作为食物，而且这种食物资源是比较稳定的和经常性的。 这种方法最好是在距离现存天然生态系统不远的地方使用，例如保护区的局部退化地区恢复，或在现
20、存天然斑块之间建立联系和通道时采用。,物种框架法的关键是演替初期物种的选择。,2.最大多样性法尽可能地按照生态系统受损前的物种组成及多样性水平种植物种，需要种植大量演替成熟阶段的物种而不必考虑先锋物种。适用于距人们居住比较近的地段。,（三） 受损森林生态系统修复中应注意的几个问题综合考虑群落发育过程中的主要因子种子传播竞争捕食随机事件环境变化胁迫遗传资源退化外来种入侵,充分利用现有资源分发挥土壤种子库的作用；充分利用残存的次生林、风水林、自然保护区或未被采伐的斑块，在它们之间营造物种流动的廊道，利用动物传播现存土著种种源，以促进整个区域内生物群落的恢复。修复参考指标有具备一定的面积要求，达到当
21、地原有植物群落物种数80以上，并能够维持其自我更新和演替的森林才是符合标准的恢复。互惠共生物种间是否存在互惠共生的生态关系，这是生态修复中需要特别关注的问题。,斑块-廊道-基底原理在森林生态系统恢复中的应用。,修复流程,恢复地点的准备工作种子采集和种苗培育种植和抚育 加强利用自然力 控制杂草,A.恢复地点的准备工作,在进行恢复以前，需要对恢复地点进行考察，首先是要确定那些限制植被恢复的因素。这可能是土壤条件，植物或动物群，或物种之间互相限制的关系。 有些情况，改善退化生态系统土壤的理化性质对于生态系统的恢复是非常重要的。如：土壤的pH值太高可以用有机物质或硫化废物进行改善；pH值太低就可用石灰
22、进行改善；土壤的重金属含量太高，可以用有机肥通过吸附作用加以改良；土壤盐分太高，可以采取灌溉的方法对土壤进行改善。,各种生态系统需要不同的营养元素。在营养缺乏的情况下，恢复退化生态系统非常困难。最有效和最实际的方法是种植当地的豆类植物，通过它们的固氮作用来增加营养。另一种方法是使用有机肥料，增加土壤微生物的活性，逐渐恢复退化土壤的含磷量。不得已的情况下可使用化肥来增加肥力，但这可能花费过高，而且依靠化学肥料也很难恢复健康的土壤。,可以施用有机肥料和种植一些当地豆科植物改善土壤肥力,B.种子采集和种苗培育,最大多样性方法需要种植尽可能多的物种，但种植并不意味着我们需要培育所有这些物种的种子或种苗
23、。最经济和有效的办法是发动大家到当地发育良好的植被中，采集野生种子。种子的采集工作需要了解当地物种的种子成熟的时节，例如青冈栎只能周期性结出饱满的“坚果”，如果错过这种机会，可能需要再等很长的时间才能获得种子。除了采集大型树木的种子外，采集各种当地的草种和灌木种子也十分重要。有时可以发动志愿者，甚至学校的孩子也可以组织起来参加这样的种子采集工作。在天然植被已经不存在的地方，需要建立当地植物种源基地，为周围地区植被恢复的需要提供多样性的当地植物种源。应该注意的是，这样的种源基地和我们过去常常建立的提供外来树种或经济种苗的苗圃是有根本区别的。,没有人工协助不会建立或发芽的树种，尤其那些具有重要作用
24、的物种，是主要栽培对象。然而苗圃培育必须要掌握好时机，需要培育一定数量的当年能采集到的树种幼苗。有些种类最好采集森林地面上的野生苗，而不是人工从种子培育幼苗。树苗应该栽培在混合有少量来自种子采集地的森林土壤中，确保可以得到合适的菌根。培育越多种类的原始森林组成物种越好。,根据不同的土壤条件，实际工作中采取的播种措施也要改变。有时种子可以直接播种，有时需要首先改善土壤。改善种源条件也包括动物方面。一个健康的生态系统，应该包括各种动物区系。大部分动物可以移动，因此不需要人工帮助，但是有些动物种类，如蚯蚓，移动距离有限，引殖它们具有重要的生态学意义。,C.种植和抚育,森林恢复过程中常常需要进行常规种
25、植。在退化生态系统的自然恢复初期，人工培育可以促进再生和恢复。特别是在植物种类单一的地方，可以适当的伐去一些树木，间种一些当地其他树种。如天然应该是针阔混交林地区的单一阔叶林中间种当地针叶树，单一的针叶林中间种当地阔叶树。种树的时候应该间隔1.51.8米的距离，随机地种植，不要种成直线和等间距。一些树种需要在开阔地面，且阳光充足，树苗才能存活。另外一些树种在树苗存活以前需要一定的遮光层。可以先种植一些喜光的植物遮挡阳光，但耐荫植物的种植或抚育同样重要。,为了促进一些种类的健康生长、发育和繁殖，可能需要抑制其他一些种类的生长和发育。抑制措施在实践中可以时常使用。例如在温带竹林十分茂密的地区，有必
26、要人工割除一些竹子，形成条带或空洞，间种幼树。在树木没有周围竹子高以前，要求人工清除树木周围的竹子，防止树木被窒息。密植树木可以控制杂草的发育。这意味着在把树苗栽植到野外以前，需要更长的培育时间。在热带地区，可以在雨季开始的时候，在土壤中扦插或栽植1-2米高的生长快速的树种树苗。,在温带地区，封山必须结合抚育，特别是对乔木萌生丛，如各种栎树萌生丛，通过封山，最易恢复成萌生林。但是由于乔木萌生丛常从树椿上生出多条萌芽，若把萌生茎全部留下，势必使养分分散，各茎干均生长不良，不易发育成良好的森林。同时萌生丛是乔木与多种灌木混生，灌木之间以及灌木与乔木萌生丛之间发生剧烈竞争，致使封山后的萌生丛生长茂密
27、，如果任其自然竞争，将需很长的时间才能恢复。因此对萌生丛的封山，必须结合抚育，有意识地每丛保留2-3株生长健壮的萌生茎，疏伐过密的乔木，使之逐渐恢复成林。这种方法在北京山区已取得良好的经验。,最好是在森林中建立母树管理区域，保留足够的母树作为植被恢复的种子来源。同样，在谷地口和沿山脊首先建立树木覆盖也是一种有用的方法，因为在沿山地带自然风力和地心引力将使其下面的土地得到自然播种。这样自然传播的植被覆盖会更符合自然规律，最后实现更多样化和健康的植被覆盖。,D.加强利用自然力,风是自然界传播先锋植物和一些高大树种（例如针叶树）种子的重要力量。风也是在裸露地区恢复森林的强大力量。在缺乏风力传播的树种
28、的地区，可以有目的地沿风向上方种植这些物种来提高恢复能力。一些草和灌木种类能借助风力将其种子散播到1公里以外。大多数针叶树种仅能将其种子散播到大约100米远。在后一种情况下，通过条形种植，只需花整体种植费用的一小部分就能实现整个森林覆盖。,E.控制杂草,杂草通常有以下特点：杂草出现在几乎所有植物群落中杂草常常在人类干扰后入侵人类干扰越厉害，杂草入侵越厉害天然系统中的多样性越高，杂草入侵的可能性越低大多数杂草不会在树冠层郁闭良好的森林中茂盛生长天然系统的恢复会降低杂草过度生长,进行植被恢复的初期，外来或土著杂草因为适应能力强，往往过度生长。周期性地进行杂草控制对加速天然植被的恢复是必要的。在开始
29、种植树种进行恢复以前，可以深犁土表层，这样可以把杂草的种子埋到深层，阻止其种子发芽。但深犁方法不适合在高寒草原或干旱风沙地方使用，以免造成更严重的退化。,种树常常是控制杂草的好方法，因为树木的遮蔽将利于下层喜荫植物生长，可以起到一定程度的阻止杂草滋生的作用。控制杂草的最常用方法是覆盖地表。地面上覆盖一层有机物质可以大大减少杂草生长，保持土壤湿润，并调节土壤温度，而且增加土壤肥力。覆盖物质可以是树叶、麦秆、干草、树皮、树枝、锯木屑、木片、各种种子壳等。在必要时候，可以使用黑色塑料膜，但使用后，需要想办法清除这些不能降解的制品。有时需要人工除草，严重时可以有限制地使用除草剂，但必须注意除草剂的使用
30、不要影响所种植的植物的生长，而且只能使用不会残留的除草剂。,加强利用当地物种进行生态恢复的教育和研究,国外的草种常被错误地用于我国的植被恢复,我国的草种研究所从事的主要是试验外国公司提供的草种是否在中国能够良好生长，因为有国外公司提供经费开展这些研究，目的就是为将来能够向中国这个巨大市场销售他们的草种。美国俄勒冈州种子学会，目前正在我国推广其草种种子。他们在我国建立了许多草种试验基地，遍布我国的主要省份。,美国俄勒冈州种子学会在中国的草种实验基地分布图,下面的这张图是该学会画出的两个草种（黑麦草和苇状羊茅）适合在我国生长的地区，几乎半个中国都适合它们生长。如果我国真的大面积种植这少数几个草种，
31、将给我国带来极大的生态灾难。一方面这些草种很可能引起入侵；即使不造成入侵，也会大面积占领空间，导致我国特有生物多样性的丧失。,粉红色斜线代表适宜种植苇状羊茅的地区，黑线包围的范围代表适宜种植多年生黑麦草的地区。大面积种植这些外来物种，必将导致我国特有生物多样性的丧失。,天安门是中国的象征，可是天安门前草坪上的草种却是俄勒冈提供的。这不得不引起我们的深思和忧虑。,福建地区有许多山头几乎全部被马樱丹所覆盖。马樱丹现在被列为世界外来入侵危害最严重的100个物种之一。它开的花很好看，覆盖也很茂密，常作为观赏植物种植。当地人误把它当成良好植被，还准备建立一个自然保护小区加以保护。,缺乏研究的结果是我们对
32、于我们所生活的环境中的生态组成及其功能的了解极其匮乏。,多了解我们自己周围的生物，了解它们对生态系统的贡献和作用，我们才能够做到真正意义上的生态恢复，恢复中国天然植被的梦想也才不再遥远。,二、受损草地生态系统的修复,（一） 草地生态系统受损原因及特点自然因素春季干旱，夏季少雨，冬季严寒自然灾害频繁人为因素过度放牧垦殖污染地下水位变化农牧民的割刈、搂草,人类活动、滥垦、滥伐、资源不合理经营,植被衰退,系统生物量减少,食物链缩短,营养级降低,土壤肥力下降,生态系统退化,干旱,盐碱化,沙漠化,草原退化,有害动物、植物增加,野生动物减少,系统自我调节能力下降,能量利用率下降,草原荒漠化过程（李述刚等，
33、1995）,主要特征：植被退化指草地被破坏后，植被的密度和生物多样性的下降，这种结构的改变还导致了群落的矮化。土壤退化由于风蚀、水蚀、土壤板结和盐碱化等造成的土壤物理和化学性质的变化，使其不能再支持生态系统的高生产力，干旱气候会加剧这些过程。,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% ，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。,草地受损程度诊断（VOR法）,活力(Vigor,V
34、)指生态系统从太阳能绿色植物动物社会产品(或其它服务)的物质生产与能量的流通速率，用生态系统物质生产和能量固定的总量或效率度量,如光合效率或光合产物、初级生产力、产草量等。组织力(Organization,O)体现生态系统结构与功能的优化能力,用生态系统结构和功能的组合特征度量,如生产力的种间分布格局。恢复力(Resilience,R)是生态系统对胁迫的抗御能力或反弹能力,草地健康的恢复包括生产力和结构(物种组成)的恢复。,1.改进现存草地，实施围栏养护或轮牧消除或减轻外来干扰，让系统休养生息，依靠生态系统具有的自我恢复能力，适当辅之以人工措施来加快恢复。松土、浅耕翻或适时火烧;播种群落优势牧
35、草草种，人工增施肥料和合理放牧。,2重建人工草地由经过选择的优良牧草为优势种的单一物种所构成的群落。常用于已完全荒弃的退化草。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。还应考虑其他问题，如代表性的草种、外来草种、灌木的入侵、动物的出入、草地的长期动态变化等。,三、受损河流生态系统的修复,河流生态系统的特点：具纵向成带现象，但物种的纵向替换并不是均匀的连续变化，特殊种群可以在整个河流中再现。大多数生物都具有适应急流生境的特殊形态结构。与其他生态系统相互制约、关系复杂。自净能力强，受干扰后恢复速度较快。,（一） 河流生态系统受损的原因 1.水利工程建设对河流生态系统
36、的影响拦河筑坝影响河岸侵蚀，导致岸边生境的丧失；阻碍或减缓了水生生物迁移过程，影响河流生态系统的食物链结构；水的流速、温度发生改变，影响某些依靠流速、温度变化来繁殖和成熟的生物物种的生存和繁衍；导致泥沙在水库中的沉积和滞留，泥沙颗粒常常为下游生物输送所需的营养物质；泥沙沉积后，会导致河床、河岸带和河心岛生活的物种因生境的改变而消失。分水工程截弯取直,1. 河流形态的均一化和不连续化改变了生态环境多样性,自然河流的渠道化或人工河网化。具体表现为：平面布置上，河流形态直线化。采用这种规划设计方法的理由是：直线型的渠道工程量小，同时节省耕地，减少移民搬迁。渠道横断面几何规则化。把自然河流的复杂形状变
37、成梯形、矩形及弧形等规则几何断面。规则的渠道断面输水能力强，也可减少占地。设计时易于计算，建设时易于施工。河床材料的硬质化。渠道的边坡及河床采用混凝土、砌石等硬质材料。防洪工程的河流堤防和边坡护岸的迎水面也采用这些硬质材料。原因是渠道工程中可减少渠水的渗漏，以利节水。光滑的渠坡减少表面糙率，提高输水效率。在岸坡防护方面，采用硬质材料的原因是其抗冲、抗侵蚀性及耐久性好。,水利工程建设对河流生态系统的影响,河流形态的不连续化是指在河流筑坝形成水库，造成水流的不连续性。有的河流进行梯级开发，更形成多座水库串连的格局。水库淹没原有的河流两岸的植被，又将搬迁的城镇及废弃的农田沉入库底，未清除的垃圾、工业
38、废料及农药残留统统进入水库。水体在水库中形成相对静水，其流速、水深、水温及水流边界条件都发生了重大变化。水库的生态系统比河流生态系统相对要脆弱。,2 河流形态多样性降低对生物群落多样性的影响,具体表现为河滨植被、河流植物的面积减少，微生态环境的生物多样性降低，鱼类的产卵条件发生变化，鸟类、两栖动物和昆虫的栖息地改变或避难所消失，这造成物种的数量减少和某些物种的消亡。,河床材料的硬质化，切断或减少了地表水与地下水的有机联系通道，本来在沙土、砾石或粘土中辛勤工作的数目巨大的微生物再也找不到生存环境，水生植物和湿生植物无法生长，使得植食两栖动物、鸟类及昆虫失去生存条件。本来复杂的食物链（网）在某些关
39、键种和重要环节上断裂，这对于生物群落多样性的影响将不是局部的，而是全局性的。,水库的影响,自然河流的非连续化，造成的影响是将动水生态环境改变成了静水生态环境，二者分别对应着动水生物群落和静水生物群落。由于水库水深远大于河流水深，太阳光辐射作用随水深加大而减弱，在深水条件下，光合作用较为微弱，所以水库生态环境的生态系统生产力较低，物质循环和能量流动都不如河流生态系统那样通畅。水库的淡水生态系统是一个相对封闭的系统，与河流生态系统相比较为脆弱，表现为抗逆性较弱，自我恢复能力也弱。水库形成以后，原来河流上中下游蜿蜒曲折的形态在库区消失了，主流、支流、河湾、沼泽、急流和浅滩等丰富多样的生态环境代之以较
40、为单一的水库生态环境，生物群落多样性在不同程度上受到影响。另外，筑坝以后给洄游鱼类造成了不可逾越的障碍。如果没有建设适合鱼类习性的过鱼设施，将对某些洄游鱼类造成致命的打击。,3 下泄流量的减少对水生生物的影响,下泄水量的减少，将导致下游河道水面宽度缩窄，水位下降，河道中流量减少，水生生物栖息环境随之显著改变，从而导致该河段内水生生物栖息环境明显缩小。浮游生物、底栖生物、水生植物的种群结构及生物量都会发生改变，种群缩小、生物生产力降低，由于栖息环境恶化，鱼类区系组成、种群结构等皆有可能受到影响。 此外，发电低温尾水排入坝址下游河段后，将改变原河流的水温条件，这将对鱼类的繁殖产生影响，对鱼类的繁殖
41、影响表现为造成一些鱼类的繁殖时间延后。,2.农业活动对河流生态系统的影响一是对河岸带和河流阶地上天然植被的开采，将其变为可耕地；整个流域对水分的涵养能力下降，枯水位期延长；一些水生生物失去了栖息和繁衍场所；上游区域会加重土壤侵蚀，导致水土流失等。二是使用的化肥和农药等有毒有害物质对河流水质的面源污染。对水域中生命系统的损害；通过生态关系而波及河流以外的其他生态系统，包括对人的健康造成的直接危害。,3.城市化对河流生态系统的损害水资源需求量的剧增与河流供给能力的矛盾；城市污水排放与河流自净能力的矛盾；流经城市内河段水环境的彻底改变等。,硬质护岸,河道直线化,（二） 受损河流生态系统的修复技术水文
42、条件的改善包括：通过水资源的合理配置维持最小生态需水量；通过污水处理，控制污水排放以及提倡清洁生产改善河流水质；水库的调度除了满足社会需求外，尽可能接近自然河流的脉冲式的水文周期等。河流地貌学特征的改善包括：尽可能恢复河流的纵向连续性和横向连通性；尽可能保持河流纵向和横向形态的多样性；防止河床材料的硬质化。,近自然修复在受损河流生态系统的治理中得到了广泛的认可和运用。这种理念的核心思想有三点：尊重自然环境原有的多样性。依照现存的自然条件，构建良好的水循环及安全的溪流环境。积极地使自然环境再生，创造出水与绿化相关联的生态网。,近自然修复强调尊重人与自然的和谐，重视恢复自然环境原有的多样性，着力构
43、建正常的水循环过程等理念。,1.改进的标准河流断面设计法,标准化混凝土河道设计断面,自然河流断面,理想的河道设计,2.浅滩和深潭河流结构的构建浅滩深潭结构的恢复是河流生态系统修复的重要内容。采用人工措施使单调的水流发生变化，创造有利于底栖动物生存的泥沙堆积层，适于城市中小河流的修复治理。,主要方法为深挖河床3040cm，将挖出的土方平均分填在枯水河床两侧，同时不采用混凝土硬化河床，而在河边设置木桩、铺设块石等，形成多孔隙河岸空间。,浅滩深潭的构建（林山惠一，1992）,3.构建有利于生物生存的多孔隙河岸在满足工程安全的前提下，采用多种材料组合的护岸结构形式，构建适于生物栖息与繁衍的环境。将生态
44、学原理融入工程结构设计中，可将护岸工程设计为多孔隙结构，以保证生物的生育环境。植物护岸法目前应用最广泛植物木料和石料组合护岸法植物袋和混凝土块体组合护岸法石笼植物组合护岸法 ,河流生态修复的措施与途径,尽可能地保护河流形态的多样性。保持河流的蜿蜒性是保护河流形态多样性的重点。在河道整治工程中，尊重天然河道形态，避免直线和折线型的河道设计。灌溉渠道设计也要注意模仿河流自然形态的特点。对于河流的裁弯取直工程要充分论证，持慎重态度。 保持河流断面形状的多样性，尊重河流原有的自然断面形态。河道整治工程中应尽可能避免采用几何规则断面，疏浚工程施工中避免河道断面的均一化。,河道防护工程的岸坡采用有利于植物
45、生长的透水材料，特别注意采用当地天然材料，也要注意整理、发掘和发展传统治河工法和材料。开发和推广供输水渠道使用的利于植物生长同时具有一定防渗性能的衬砌材料和施工工艺。 水利工程设计应为植物生长和动物栖息创造条件。提供鱼类产卵条件以及鸟类和水禽栖息地和避难所。建设符合生态学原理的过坝鱼道。开发新型丁坝、人工浮岛及生态型城市雨洪利用系统技术。 新建大坝枢纽工程要充分论证由于水库建设改变河流生态系统为静水生态系统的利弊得失，采取必要的补偿工程措施和生物措施。,开展已建水库的生态系统健康评估与预测。注重水库生态系统退化的恢复及富营养化控制问题。通过水库库区生态建设及水生生物的合理结构设计，提高水库水体
46、自净能力和自我修复能力。充分利用乡土种生物，慎重引进外来种，注意防止生物入侵。 采用植被进行岸坡侵蚀防护。通过引入植被，应用生态工程技术措施进行岸坡侵蚀防护是江塘河道整治的中心环节之一。河岸带植被虽对行洪具有一定影响，但它有很多其他功能，这些功能源自于河岸带生态系统内的环境过程，如正常发育的河岸带植被对河道岸坡有一定的加固作用，可以提供遮阴从而降低河流水温，在营养物质循环和水质改善方面也具有重大作用，为野生动物提供多种栖息地环境，并可以增加河道两岸的美学价值。,选择适宜的植物物种。河道植物的选择以邻近河道自然植被的植物种类为主体，它们经过了自然界适者生存、劣者消亡的过程，最能适应河道边生态环境
47、、且病虫害较少。根据水位变动情况，进行植物分区。在河道常水位线以下种植水生植物，它的功能主要是净化水质和为水生动物提供食物和栖息场所。沉水植物、浮水植物、挺水植物按其生态习性混合种植和块状种植相结合。高杆、蔓延快的植物（如芦苇等）控制种植。在常水位至洪水位的区域下部以种植湿生植物为主，上部以中生但能短时间耐水淹植物为主。植物配置种植应群落化，物种间生态位互补,上下有层次，左右相连接。种植多年生草本、灌木和乔木树种（如水杉、垂柳、落羽杉、枫杨等）。,洪水位线以上配有占总量50%60%的常绿树种，以增加河道观赏性。 河流的水力资源开发上，开发目标应注意经济效益与环境效益并重，选址设计要考虑库与库之
48、间水体的自然恢复，区域水资源利用的布局合理，库区水域功能多样等。新的梯级开发规划和设计，首先应改变传统的一级接一级建设的不间断水库布局模式。根据其开发目标，充分地考虑河流成库后的自然净化条件，为泄流的库水充分自净留予足够长的恢复河段，以克服河流成库后因水库物理场的改变而导致地球化学场和生物场改变所带来的弊端，减轻污染物的累积程度，延缓水库衰老过程。,充分考虑河流生态需水。生态需水：是指在一定的生态目标下，维持特定时空范围内生态系统与自然环境正常功能或者恢复到某个稳定状态所需求的水量。在“三生（生活、生产、生态）”共享水资源的条件下，其需水量是实现一定生态系统功能目标客观需要的水资源量。生态需水的大小受三方面的因素制约，即生态目标、生态特性和生态条件。,生态目标是指人们所期望维护一定水平的生态系统的组成、结构和功能。一定程度上可以认为，生态需水的大小受限于社会经济发展的耗水状况以及人们对生态保护和建设重要性的认识程度，并随着社会经济的发展而发生相应的变化。生态系统本身的组成和结构特征，如植被类型、空间结构、格局等。另一类则是包括水分条件在内的外界环境因子，如土壤、日照、气温、风速、大气组成等。因此，受生态系统本身物质、能量循环周期特征以及外界环境因子变化的综合作用，生态需水在不同的时段和空间范围内是不同的。,
