1—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering——DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—回顾•1、污染生态学的概念•2、环境污染概述•3、污染物在环境中的迁移及转化•4、污染物在生物体内的生物转运和生物转化•5、污染物在生物体内的浓缩、积累和放大•6、生物对污染物在环境中行为的影响•7、污染生态效应及其评价2—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering——DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—中篇:污染与恢复生态学•1、恢复生态学的概念•2、恢复生态学的学科任务•3、恢复生态学的理论框架•4、生态退化•5、生物入侵•6、生态恢复的技术方法•7、生态恢复的案例•8、恢复生态学与污染生态学的关系二、恢复生态学3—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—1、恢复生态学的概念Jordan等(1987)和Brawshaw(1987)等对恢复生态学定义可理解为:以生态学的基本理论为指导,在重建和恢复生态系统的过程中,通过简单到复杂、片面到全面的综合过程与理解、检验和发展生态学理论的一门科学。余作岳等(1996)提出,恢复生态学是研究生态系统退化的原因、退化生态系统恢复与重建的技术与方法、生态学过程与机理的科学。4—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—5—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—1、恢复生态学的概念国际生态恢复学会(SER,2002)的定义是:生态恢复是帮助退化、受损或毁坏生态系统恢复的过程。因而恢复生态学则是生态恢复这一实践活动的理论、模式、方法与工具,同时也是检验和发展生态学理论的平台。6—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—2、恢复生态学的学科任务恢复生态学是80年代迅速发展起来的现代应用生态学的一个分支,主要致力于那些在自然灾变和人类活动压力下受到破坏的自然生态系统的恢复与重建,它是最终检验生态学理论的判决性试验。它所应用的是生态学的基本原理,尤其是生态系统演替理论。恢复生态学在加强生态系统建设和优化管理以及生物多样性的保护具有重要的理论和实践意义。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系统的恢复和重建问题。7—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—2、恢复生态学的学科任务理论研究内容:生态系统的结构、功能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、发展机理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8—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—2、恢复生态学的学科任务应用技术研究内容退化生态系统的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9—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—3、恢复生态学的理论框架3.1恢复生态学中涉及的几个重要概念重建(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;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;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。10—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—3、恢复生态学的理论框架3.2.1恢复生态学的理论框架1、自我设计与人为设计理论自我设计理论认为:只要有足够的时间,随着时间的进程,退化生态系统将根据环境条件合理地组织自己并最终改变其组分。人为设计理论认为:通过工程方法和植物重建可直接恢复退化生态系统,但恢复的类型是多样的。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就可加快植被的恢复。两种理论不同点:自我设计理论把恢复放在生态系统层次考虑,未考虑缺乏种子库的情况,其恢复的只能是环境决定的群落;人为设计理论把恢复放在个体或种群层次上考虑,恢复的可能是多种结果。11—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—12—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—13—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—3、恢复生态学的理论框架2、生态学理论恢复生态学应用了很多学科的理论,但最主要的还是生态学理论,包括:(1)限制性因子原理(寻找生态系统恢复的关键因子);(2)热力学定律(确定生态系统能量流动特征);(3)种群密度制约及分布格局原理(确定物种的空间配置);(4)生态适应性理论(尽量采用乡土种进行生态恢复);(5)生态位原理(合理安排生态系统中物种及其位置);(6)演替理论(缩短恢复时间,极端退化的生态系统恢复时,演替理论不适用,但具指导作用);(7)植物入侵理论;(8)生物多样性原理(引进物种时强调生物多样性,生物多样性可能导致恢复的生态系统稳定);(9)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)。14—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—15—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—16—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—3、恢复生态学的理论框架3、生态恢复理论恢复生态学的研究对象是退化生态系统,其恢复涉及许多方面,但生态恢复的最本质问题是恢复生态系统的必要功能并使之具有系统自我维持能力。生态恢复与重建的原则一般包括自然法则、社会经济技术原则、美学原则三方面。17—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—18—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—4、生态退化4.1概念退化生态系统是一类病态的生态系统,是指在一定的时空背景下,在自然因素、人为因素、或两者的共同干扰下,导致生态要素(包括大气、水、土壤、动植物)和生态系统整体发生的不利于生物和人类生存的量变和质变,生态系统的结构和功能发生与其原有的平衡状态或正常的演替方向相反的变化过程。19—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—20—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—21—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—22—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—4、生态退化4.2生态退化的表现生态系统的基本结构和固有功能的破坏、紊乱或丧失、生物多样性下降、系统稳定性和抗逆能力减弱,系统生产力下降。23—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—4、生态退化4.2生态退化的分类退化的生态系统根据其“病因”及退化症状,可分为不同的类型。(1)对于陆地生态系统而言,可分为裸荒地、森林采伐或火烧迹地、弃耕荒地、石质化地、沙漠化地,退化草场、采矿废弃地和垃圾堆放场地等几种类型。(2)水生生态系统的退化也表现出不同的类型,如水体富营养化、赤潮、湖泊萎缩、水体沼泽化、河流断流、水体酸化等。24—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—4、生态退化(3)大气生态系统的退化主要有大气污染、全球气候变化、酸雨、臭氧层破坏等几种类型。(4)对于人类—自然复合生态系统而言,环境恶化、生物多样性丧失、资源匮乏、经济贫困、社会动荡、文化落后等都是典型的退化现象。根据生态系统“病情”的轻重,又分为轻度退化、中度退化和强度退化。不同的退化情况,人们对其进行恢复与重建所采取的技术以及付出的代价也是不一样的。25—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—4、生态退化4.3生态退化的原因生态系统退化的原因是多方面的,自然因素和人为干扰是生态系统退化的两大驱动力和触发因子。4.3.1生态退化的自然原因(1)地质地貌与生态退化地质地貌是生态系统得以存在和发展的载体和物质基础,并在形态上反映其环境的某些外部特征。不稳定的地质地貌结构,偶发性的或突发性的地质灾害可诱发生态退化。常见的地质灾害包括地震、火山、滑坡、崩塌、泥石流等,它们可在短时间内由纯粹的一种地质作用转化为一种生态灾害。26—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—《汶川地震灾后恢复重建生态修复专项规划》•《规划》提出,用3年左右时间,基本恢复灾区森林植被和野生动物栖息地,恢复重建受损的自然保护区,林木种苗生产和牧草种子基地生产能力恢复到灾前水平,使水土流失得到一定控制,森林、草地等生态功能初步恢复,恢复重建灾区受损的生态保护、环境保护基础设施,使生态环境监管能力得到恢复。27—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—4、生态退化(2)气候水文因素与生态退化气候和水文因素的异常变化主要包括温度、降雨、风的波动或巨变等。例如,暴雨洪水对环境和生物的破坏而言,当雨量超过土壤保持稳定指标的时候,就会形成地面冲刷,造成水土流失。28—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—4、生态退化4.3.2生态退化的社会原因(1)人口增长与生态退化全球人口数量的超常增长与地球资源的有限与匮乏之间的矛盾是导致生态退化的重要原因。人类-自然复合生态系统各组分之间具有相互协调的发展比例,人口的增长速度及其对资源的需求量不能超过全球生态系统生产者的供给速度和总量。地球具有一定的环境容纳量和人口承载能力,因此一旦人口数量超过区域和全球的生态承载能力,势必引起人地关系的失调和人均占有资源的减少,结果导致土地过耕、过牧、过渔、过猎及对资源的掠夺性开发利用和环境的破坏,出现生态危机和生态灾难。当今世界面临的人口、粮食、资源、能源、环境五大社会问题,其核心实质上就是人口问题。29—DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering—4、生态退化(2)农业活动与生态退化人类对生态环境的作用和破坏首先是从农业活动开始的。土地的农业利用使大范围的自然生态系统被人工生态系统所代替,森林变为农田、牧场和荒地,自然植被被作物和人工经济林、裸荒地所取代,从而改变了地球的被覆情况和下垫面性质,导致区域水热循环模式和气候的异常变化。同时,人类不合理的土地