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第八章受损生态系统的修复第一节受损生态系统的特征一、生态系统受损的主要形式突发性受损跃变式受损渐变式受损间断式受损复合式受损一生态系统受损的主要形式a.突变过程b.跃变过程c.渐变过程d.间断不连续过程二、受损生态系统的基本特征物种多样性的变化：关键种系统结构简单化：种群特征、景观食物网破裂能量流动效率降低：光能固定降低物质循环不畅或受阻生产力下降：初级生产力其他服务功能减弱：调节气候（新疆胡杨树）系统稳定性降低第二节受损生态系统的修复受损生态系统修复的优先性：首先要考虑对生态系统最基本功能的修复，然后进一步完善物种组成及结构。受损生态系统修复的定义：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。1.森林退化的原因、特点原因：过度砍伐、毁林开荒、病虫害、旱涝灾害、矿山开采等会导致森林的退化，与森林生态系统的逆行演替相似。问题：面积锐减、森林质量下降（森林生态系统生产力下降）、森林生物多样性减少、森林生态环境功能减退（调节气候作用减弱、调节和涵养水分的作用减低、贮存生态系统营养物质的能力下降、土地沙漠化（石漠化）加剧）。一、受损森林生态系统的修复森林严重破坏2.退化森林的恢复方法次生林的恢复：封山育林，为乡土树种创造适宜的生态条件，促进林地植被的顺向演替；林分改造，引种地带植被中的优势种、关键种，加速顺向演替；透光或遮光抚育，改善林地生态条件，促进演替的顺利实现；林业生态工程技术。天然林的保护：主要包括保护生态系统的生物多样性、生产力、健康和生命力、森林的功能，使森林生态系统有较高的郁闭度、较好的林分结构、较大的生产率和最大生产力、较高的水源涵养量、土壤肥力增加量和水土保持效益、较高的稳定性、抵抗力和承载力。受损森林生态系统的修复和重建对策天然林保护工程效果评估：判断森林生态系统的恢复程度，可以从结构、功能和动态等方面的指标进行评判。种类组成数量种类组成特征种类数量草本植物灌木植物乔木植物林间植物阳生性种类中生性种类耐阴性种类先锋种类建群种类顶极种类种类发展速度种类组成稳定态3.林地恢复效果评估群落结构特征水平空间结构密度发展相对多度（乔木、灌木、草本）层片分化垂直空间结构冠层分化径级分化高度级分化林间层分化生态优势度组织结构物种多样性群落均匀度组织结构稳态种群特征分布格局群落发生种顶极先锋种顶极先锋种顶极一般种生态位宽度群落发生种顶极先锋种顶极先锋种顶极一般种数量动态群落发生种顶极先锋种顶极先锋种顶极一般种生物量及生产力特征生物量各组分生物量总生物量根生物量茎生物量叶生物量叶面积指数空间分布乔木层灌木层草本层生产力总第一性生产力净第一性生产力生物量增量光能利用效率环境特征环境效应径流量侵蚀临界雨量水土流失量地下水位土壤物理形状养分状况含水量pH小气候年均气温温度日较差极端温度温度年较差年均土温（日较差、年较差）林内湿度光辐射与总辐射比散射反射林内透光其他生物群落特征土壤动物发展趋势小型湿生动物生物量物种多样性昆虫、鸟类生物量物种多样性土壤微生物类群数生物量物种多样性（细菌、放线菌、真菌）呼吸强度、酶活性稳定性综合特征熵信息景观结构景观特征景观斑块景观功能景观稳态经历时间时间特征演替速率线性程度演替方向图森林生态系统恢复的评估指标要综合考虑群落发育过程中的主要因子。可以适当增进人为干预要求有最低数量的成分和最小面积要注意互惠共生种增加乡土物种4.林地恢复中应注意的几个问题二、受损草地生态系统的修复1.草地退化的原因与机理原因：不合理放牧是导致大尺度范围内草地退化的首要原因，盲目垦荒是导致部分草地退化和沙化的主要原因，樵采、狩猎、开矿和旅游等也是导致局部草地退化的主要原因。此外，草地雪灾（白灾）、沙尘暴（黑灾）、火灾、鼠虫害等自然灾害与人工因素的结合极易造成草地生态系统的退化。图草地生态系统的退化机理草地资源不合理的经营管理草地沙漠化草地自然灾害植被衰退草地盐碱化草地退化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野生动物减少能量利用率下降有毒有害动植物增加系统自我调节能力下降高寒草甸退化演替过度放牧+鼠害未退化轻度中度重度极度3700m2800-3700m毒草杂草高寒草原退化演替轻度中度重度极度沙化2.草地恢复效果评估效果评估：草地生态系统的恢复程度，可以从植被、土壤和环境等方面的特征进行评判。群落特征数量特征多度盖度密度生物量组织结构生态优势度物种多样性群落均匀度组织结构稳态土壤特征土壤动物发展趋势生物量物种多样性土壤微生物类群数生物量物种多样性（细菌、放线菌、真菌）呼吸强度、酶活性土壤理化性状物理性状养分状况含水量pH环境特征小气候年均气温年均土温土壤湿度地表反射率环境效应地表径流量侵蚀临界雨量水土流失量地下水位土壤侵蚀量土壤盐碱化率图草地生态系统恢复的评估指标3.退化草地的恢复方法轻度退化草地：草地改良，即在认识草地发生与发展的基础上，控制草地的发展方向和速度，防止草地退化、改良已退化的草地，保持其良好的生产力。中度退化草地：草地封育，即将退化植被及其生境保护起来，禁止人为开垦、樵采、放牧等活动，并采取不同的人工辅助措施（植被培育、生物危害防止等措施），促进退化植被及生境土壤的恢复和发展。重度退化草地：人工草地建植，即以牧草（尤其是多年生牧草）为先锋植被，建植集约化人工草地，通过高效管理、利用，促进草地的恢复演替，同时缓解天然草地的载畜压力，提高天然草地的生态保育功能。退化的高寒草甸生态系统退化草地的封育改良建植人工草地防止草地退化的效果补播封育措施改良退化草地的效果三、退化湿地生态系统的恢复1.湿地的功能及其退化原因湿地生态系统的功能：调节区域内的水分循环及洪水、暴雨的影响；调节区域乃至全球C、N等元素的生物化学地球循环；过滤和分解污染物，改善水质；防止土壤侵蚀；提供食物、商品和旅游点；生物的栖息地及生物多样性的生境。湿地退化的原因湿地围垦切断或改变湿地的水分循环过程淹没湿地过度砍伐、燃烧或啃食湿地植物过度开发水生生物资源废弃物的堆放排放污染物2.湿地恢复的理论自我设计和设计理论演替理论入侵理论河流理论洪水脉冲理论边缘效应理论中度干扰理论3.湿地恢复的机理与方法自然动态的湿地改变前的生态系统与结构退化的湿地乡土种减少、生产力降低、功能改变潜在的天然湿地生态系统类似于改变前的类型部分恢复持续表现出生态系统功能限制新的生态系统平衡生态系统的组成、结构、功能被持续的干扰人类干扰生态系统过程失败自然干扰（洪水、啃食、火、暴风）改变水文过程（洪水、水位、通道、筑坝、城市化、农业、火灾、放牧）积极恢复（通过调整设计）失败停止人类干扰重建成非原始湿地失败失败积极恢复通过再次工程恢复生态系统过程消极的恢复消极的恢复图退化湿地生态系统的恢复机理湿地恢复技术：废水处理技术，包括物理处理技术、化学处理技术、氧化塘技术；点源、非点源控制技术；土地处理（包括湿地处理）技术；沉淀物抽取技术；先锋种引入技术；土壤种子库引入技术；生物技术，包括生物操纵、生物控制和生物收获等技术；种群动态调控与行为控制技术；物种保护技术等。湿地恢复方法：工程与生物措施相结合；恢复湿地供水；停止洪水干扰；利用水文过程加快恢复速率；停止从湿地抽水；控制污染物的流入；修饰湿地的地形或景观；改良湿地土壤；重建湿地生物群落；减少人类干扰；建立缓冲带以保护自然或恢复的湿地。4.湿地恢复的合理性评价生态合理性：恢复退化的湿地到接近于受干扰前的自然状态，即重现系统干扰前的结构和共能及有关的物理、化学和生物学特征，直到发挥其应有的功效并健康发展。社会合理性：加强湿地保护宣传力度，尽快出台湿地立法，增强公众的参与意识，是社会合理性的具体体现。经济合理性：一方面指恢复项目的资金保障；另一方面指恢复后的经济效益，即遵循最小风险与效益最大原则。5.湿地恢复的原则可行性原则：可行性是许多计划项目实施时首先必须考虑的。湿地恢复的可行性主要包括两个方面，即环境的可行性和技术的可操作性。稀缺性和优先性原则计划一个湿地恢复项目必须从当前最紧迫的任务出发，应该具有针对性。为充分保护区域湿地的生物多样性及湿地功能，在制定恢复计划时应全面了解区域或计划区湿地的广泛信息，了解该区域湿地的保护价值，了解它是否是高价值的保护区，是否是湿地的典型代表。美学原则湿地具有多种功能和价值，不但表现在生态环境功能和湿地产品的用途上．而且具有美学、旅游和科研价值。因此在许多湿地恢复研究中，特别注重对美学的追求。美学原则主要包括最大绿色原则和健康原则，体现在湿地的清洁性、独特性、愉悦性、可观赏性等许多方面。美学是湿地价值的重要体现。四、退化水生生态系统的恢复1.水生生态系统退化的原因湖泊和水库退化的主要原因：点源污染和非点源污染。具体表现在：过多的有机质等营养输入与养殖导致水体富营养化；工程措施改变水体的水文及相关的物理条件，影响水生生物的生长发育；农业、采矿、水源林破坏导致水土流失加剧，进而引起水体的沉积和淤塞；外来种的引入引起水体生物群落的退化；过度放养；酸性物质的排放导致水体酸化，进而导致水生生物群落结构简化和有机质分解率下降；有毒物质污染水体。河流退化的主要原因：筑路和建坝、疏浚、水土侵蚀、充填、河岸放牧、农业开发、工业点源污染、伐木、采矿、过度捕鱼、城市化对河流生态系统的受损和生活污水的排放。产生的影响：河流坡、坝、堤的侵蚀；河道填塞，淤泥沉积，洪水泛滥，断流；水流速度和流量下降，水资源短缺；水中溶解氧浓度下降，浑浊度加大，悬浮质数量增加，营养（N和P）富集，水质变差；水体生境质量变差，生境异质性、河流与外界的通道、生境面积及河滨河道植物均减少，水温变幅加大；水生生物种类减少，死亡率增加，初级和次级生产力下降，群落结构和功能改变，物种多样性和丰富度下降。2.退化水生生态系统的恢复机理ABULt-t0t+理想状态状态变量（例如水温、鱼种类等）1记录的趋势恢复项目持续时间e各种不同恢复方法产生的可能后果不采取恢复措施的预测趋势过去人类干扰开始时间现在将来时间图水生生态系统的恢复过程3.水生生态系统的恢复方法控制富营养化：分流点源污染，对点源污染进行过滤，用工程方法移走水体中的营养物质；改进农业耕作方式，减少化肥、农药的施用量；减少生活用品（如洗衣粉）中的含P量。清除水体污染：采用沉淀剂净化水体，用活性炭吸附污染物质，用微生物降解水中有机质，种植各种水生植物吸附营养物质。Carpenter(1999)等根据减少磷的输入后湖泊的反应提出富营养化的湖泊可分为三类：第一类是可逆转型（减少磷的输入后湖泊可立即恢复）；第二类是滞后型（在一定时间内大量减少磷的输入才可恢复）；第三类是不可逆转型（减少磷的输入是不可能恢复的）。受损河流生态系统的修复：建立沿岸绿化带，加强植被的生态功能人工清淤控制污染源科学调控河水流量和流速加强渔业管理受损湖泊生态系统的修复：严禁围湖造田营造林地，提高湖泊周围整个流域的植被覆盖率，减少面源污染的危害，增强涵养水分的能力加大人为调控湖泊水位的力度，尽量防止水位频繁地剧烈变化，维持湖泊的最低水位，防止湖泊的干枯对于已有大量淤积的湖泊，清淤是十分有效的修复措施。4.水生生态系统恢复的效果评估水生生态系统恢复效果的评估标准主要包括生态系统结构、功能和整体特征的评估。结构特征水文特征水分循环过程水温水流速度水流流量、深度水质溶解氮盐分有毒物污染物悬浮物pH气味透明度结构特征地形特征地形位置地理条件地表特征景观组成群落特征种类密度生长量群落稳定性生态系统特征形状承载量生产力指示种营养量食物网土壤条件物理性质化学性质侵蚀率有机碳稳定性整体标准恢复力：生态系统受干扰后的可恢复能力持久力：生态系统维持演替状态或顶级的能力相似性：生态系统与未干扰的自然生态系统的相似程度水生生态系统恢复的评估指标功能特征排淤泻洪能力地表、地下水的贮