7-生态恢复工程

第七章生态恢复工程第一节受损水体的生态恢复第二节湿地的生态恢复第三节荒芜土地的生态恢复与重建第一节受损水体的生态恢复工程对内陆水体、湖泊的影响湖泊富营养化问题突水域环境退化对生物的影响1.人类活动对水域生态系统的影响（1）与现有湿地与湖泊生态系统的保存与保持2.水域生态系统恢复的生态指导原则（2）恢复生态完整性（3）恢复或修复原有的结构和功能（4）兼顾流域内的生态景观工程与修复（5）生态恢复要制定明确可行的适度目标（6）自然调整与生态工程技术相结合3.富营养化湖泊的生态恢复技术在营养盐输入量一定的情况下，水动力要素是影响湖泊水质的第一要素。良好的水体交换能降低水体在湖泊的滞留时间，提高周转速率，从而输出水体中的营养盐。水体交换缓慢，则会造成水体养分量不断上升或者随泥沙在忽地大量沉积。因此，可以采用工程手段改善湖泊水体交换能力。（1）改变水动力要素，改善水体交换引水入滇可以加大滇池水体的交换量，提高湖水流速，增加水力的冲刷率，便于湖水中营养物质的输出。从国内一些湖泊的引水经验来看，从外流域引水对降低湖泊的富营养化水平有较好的效果，但在实际操作过程中要注意合理控制水位，防止破坏湖内挺水植物和湖滨草本植物的生长繁殖。案例：引水入滇工程湖泊底泥中积累了大量的营养物质，受污染底泥对营养盐和其他污染物的富集作用更加明显。当湖泊底层氧化还原反应发生变化时，底泥中的营养物质和污染物质会重新释放加入水体，成为水体富营养化的主要营养源。即使外源营养物被完全切断后，底泥释放的营养物质仍能支持大规模的藻类水华。生态清淤：清除湖泊的污染底泥，为水生生态系统的恢复创造条件。（2）底泥生态疏浚底泥生态疏浚的主要特点：1、最大可能的清除底泥中的污染物。在重污染底泥沉积层采用工程措施，最大限度的将储积在该层中的污染营养物质移出湖体以外，改善水生态循环，以遏制湖泊稳定性的退化。2、注重生物多样性和物种保护。以不破坏水生植物和底栖生物的自我修复繁衍为前提，注重物种基因库的保护，因此生态疏浚是局部性清淤。是否遵从自然生态系统循环、动态基本规律，是生态疏浚工程成败的关键之一。3、疏浚后基底要为后续生物技术介入创造有利条件。疏浚要依从基底修复工程的技术要求（基底高程，平整度、坡度等）为生物修复技术介入创造良好的基底水环境和生境条件。4、薄层精确疏浚。自上世纪80年代以来的近代污染物质主要沉积在淤泥表层0－20－40cm左右。生态疏浚要求：一是科学谨慎确定疏浚厚度，只需清除重污染泥层；二是要求较高的疏浚精度，既要清除重污染层的底泥，又不超疏或漏疏，一般控制精度要求为≤10cm。5、疏浚工艺环保控制要求高。底泥生态疏浚是水环境治理的要求，同时生态疏浚工程对环保也提出了较高的控制标准，防止施工期二次污染（疏浚船的掘头工作面、泥浆输送排泥场安全处置和余水达标排放）。水生植物群落对于维持湖体的水质功能起到举足轻重的作用。水生植物通过对营养物质吸收、植物叶冠遮光以及根区分泌物质杀伤藻类等途径，可以控制藻类迅速繁殖，从而达到治理水体富营养化的目的。（3）沉水植被恢复狐尾藻轮叶黑藻小茨藻漂浮植物有较强的过滤和吸收作用，吸附污染物、悬浮物的作用，同时还是水中生物栖息、繁殖的场所，能够提供各种水生动物的食物。（4）漂浮植物恢复水葫芦在生长过程中需要大量的氮磷等营养物质，并对重金属离子、农药和其他人工合成化合物等有极强的富集能力；同时水葫芦发达的根系说分泌出的物质，可有效降解毒杀酚、灭蚊灵、氰等多种有机毒物，水葫芦的吸污能力是水草中最强的。底栖生物是水生生态系统中的重要组成部分，是水生野生动物以及重要水产生物的优质饵料，在湖泊生产力、水生系统和底栖系统耦合、水体能量流通以及水体食物网中均起到重要作用。（滤食性底栖动物对水体的净化作用。）水生动物的多样性，是它们在水中相互依存，与水生植物相互依赖、相互作用，形成生态平衡，同时不断消解水体中的有机质，使水质得以净化。（5）水生动物生态恢复恢复水生动物的途径：在水中因地制宜地投放一些鱼虫、红蚯蚓等水中微生物和河蚌、黄砚、螺蛳等底栖动物并促使其生长繁殖；同时，放养河鲫鱼、旁皮鱼、穿条鱼等野生鱼类，逐步建设和修补水中生物链，形成生物多样性。生物操纵治理湖泊富营养化：利用滤食性鱼类（鲢鱼、鳙鱼）调控湖泊中食物链的关系，降低藻类现有量，在通过成鱼捕捞，取走水体中的营养物质，从而达到减轻湖泊污染负荷，改善水质的目的。岸线缓冲带是保护湖泊生态系统健康的最后一道防线：阻止水体的波浪和洪水对岸线的侵袭；在径流进入湖泊以前过滤其中的多种有害物质，包括化肥和除草剂等；提供水生昆虫、微生物、鱼类和其他动物的栖息地，从而维持生态系统平衡。（6）植物缓冲带建设国家高技术研究发展计划（８６３计划），“十·五”重大专项“太湖水污染控制与水体修复技术及工程示范项目”其中第一子课题太湖水源地水质改善技术由中国科学院南京地理与湖泊研究所主持，秦伯强研究员为首席科学家，经费四千五百万，研究期限为三年。案例：太湖梅梁湾水源地水质改善技术问题的提出湖泊生态系统结构发生变化,功能出现退化,蓝藻水华频繁暴发,水质性缺水日趋严重,并造成巨大经济损失。富营养化湖泊的治理,通常采取三部曲的战略：控制污染源(包括外源与内源)、控制水华和恢复生态、实施流域管理。随着工程的结束,特别是改善基础环境的软围隔的撤除,刚刚建立起来的以高等水生植物为优势的生态系统立刻崩溃。我国第三大淡水湖，湖面2000多平方公里湖泊生态系统的结构决定了其功能“藻型”生态系统例如：梅梁湾“草型”生态系统例如：西太湖生产力高（富营养化）水体清澈、透明度高(贫营养)水产养殖饮用水水源湖泊或景观湖泊外部环境胁迫影响湖泊水生植物恢复和草型生态系统培植的因素1.营养盐负荷对水生植物生长和草型生态系统修复的影响高营养盐负荷将导致高附着生物的生物量和生产力,并遏制沉水植物的生长。在湖泊生态恢复中,只有当营养盐下降到一定程度,藻型生态系统也会变得很不稳定,而当外部环境发生改变时,草型生态系统就会取代原先的藻型生态系统。2.风浪对水生植物恢复与湖泊生态修复的影响分析强烈的风浪会使水生植物根茎折断,严重的甚至会连根拔起。小的风浪却有助于水生植物的生长。如果是在开阔水域实施水生植物恢复,必须首先削弱强风浪可能对水生植物造成的机械损伤,同时保持适度的风浪扰动,有助于水生植物去掉其附着生物,有利于更好地进行光合作用。3.光照对水生植物生长和生态系统恢复的影响水下光照条件也是影响水生植物(主要是沉水植物)生长的主要因素之一。在许多水域,就光照条件而言,都有可能恢复水生植物。但是,实际上由于浅水湖泊中悬浮物浓度较高,因此透明度很低,加上风浪的影响,恢复水生植物仍然很困难。提高水体透明度以解决水下光照不足问题,既可以通过消浪措施来降低水体悬浮物浓度的办法,也可以通过降低湖水位,即降低水深来为水生植物生长创造有利的光照条件。4.鱼的牧食对水生植物恢复的影响鱼的牧食主要影响沉水植物的生长或消亡,从而成为生态系统转化的一个诱导因素。国际上也有许多小型的富营养化湖泊或水体,通过鱼类种群结构的调整,减少草食性鱼类,增加食肉性鱼类,减轻鱼类对水草的直接牧食,同时,减少小型鱼类以减轻浮游动物的捕食压力和增加对浮游植物的捕食,提高水体透明度,从而达到恢复水生植物和净化水质的作用。5.其他可能影响水生植物生长和生态系统恢复的因素沉积物的理化性状对于水生植物恢复也有很大的影响。有些营养盐形态对水生植物也有影响。示范区的位置与基础环境状况示范区的实际情况可以概括为风浪较大(特别是夏季偏南风的情况下)、蓝藻水华堆积严重、水较深而透明度较低、水质是Ⅴ类或劣Ⅴ类,特别是北部水质更差,这对实现改善水质的目标是非常不利的。针对示范区的环境条件，本研究提出了消除风浪、除藻和控藻、降低悬浮物浓度，再辅以水生植被(主要是浮叶植物和漂浮植物)恢复、附着生物富集等一系列措施，以达到净化水质之目标。太湖863项目的总平面图2.87平方公里的太湖西五里湖太湖梅梁湾：最外面是藻类富集区，然后依次有生态控藻区和生态净化区，最里侧则是离取水口最近的强化净水区围隔挡藻用于挡藻的围隔由PVC材料制成围隔围绕牵龙口水厂取水口，2道围隔把小范区分为里外2个水域，外水域为生态净化区，内水域为强化净化区.强化净化区的而积为2.1km2。这个设计是按照生态净化一般需要的水力停留时间和牵龙口水厂日取水量来确定的.生态净化区而积约7km2。消浪和降低悬浮物浓度用放水泥排桩和投放竹排2种方式进行消浪工程.水泥桩截面的边长30cm,高度介于6-8m，按照一定的间隔交错布设.水泥桩布设在内圈围隔的外沿，可以确保2.1km2的强化净化区不受大风浪、特别是强台风的袭击.竹排消浪布设在强化净化区的内部，以防止风浪再起.生态净化区控藻滤食性鱼控藻：投放鲢鳙鱼类，鲢鱼与鳙鱼放养比例为6:1。通过鱼产量估算每年夏季6-9月对水体藻类的摄食量以及鱼体富积藻毒素导致围网内外水体藻毒素含量的下降幅度.在2道围隔中间的生态净化区，紧接鱼控藻区域约1.06km2的水域内实施了挂蚌工程，即用渔网兜挂在水中.挂蚌密度和高度及每个网兜的数量经过比对试验来确定;蚌的种类是通过本地调查后筛选的2土著蚌。水生植物的恢复漂浮植物恢复：一是用渔网覆盖方式进行种植，解决了漂浮植物容易飘散的问题;二是利用消浪竹排作为固定载体种植漂浮植物，即使在风浪较大的开阔水域也能种植，从而解决了风浪影响的问题.浮叶植物恢复：主要有菱和荇菜.沉水植物恢复：本试验中选择马来眼子菜、苦草、微齿眼子菜、狐尾藻、金鱼藻、范草等.沉水植物的群落构建主要依据生态位、群落演替等理论和小范区的环境条件，从群落的空间和时间格局进行设计和优化.挺水植物：在小范区完成了14个水下拦沙埂工程，以及相应的芦苇种植。附着生物：在小范区广泛布设了许多渔网.渔网的下端是石垄，可以固定水上界而上的浮泥.而渔网上附着许多原生动物、附着藻类微生物等.修复结果第二节湿地的生态恢复湿地指不问其为天然或人工、常久或暂时性的沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带，带有或静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水水体，包括低潮时水深不超过六米的水域。——《国际湿地公约》1.湿地的概念以及分类美国：美国鱼类和野生生物保护机构于1979年在“美国的湿地深水栖息地的分类”一文中，重新给湿地作定义为：“陆地和水域的交汇处，水位接近或处于地表面，或有浅层积水，至少有一至几个以下特征：(1)至少周期性地以水生植物为植物优势种；(2)底层土主要是湿土；(3)在每年的生长季节，底层有时被水淹没。中国：天然或人工、长久或暂时性沼泽地、湿原、泥炭地或水深不超过6米的海域。（1）湿地的水资源功能直接利用的水资源作为集水区内地势较低的另一块湿地的水源补充地下水（2）湿地抵御天然灾害的功能洪水控制防止盐水入侵防风护堤（3）地球之肾滞留降解污染物吸纳多余营养物湿地的碳库功能2.湿地的功能（4）湿地的生物多样性保护功能生物多样性保护基因保存库（5）湿地的天然产品直接来源于湿地间接来源于湿地（6）湿地的社会功能高生产力多样性过渡性脆弱性3.湿地生态系统的特征（1）湿地面积锐减（2）生物多样性受损（3）污染加剧（4）水资源过度开采4.湿地存在的环境问题（1）湿地恢复与重建的目标5.湿地的恢复与重建（2）湿地恢复与重建的设计模式（3）湿地恢复与重建的设计策略（4）湿地恢复与重建的设计程序（5）湿地恢复与重建的关键技术①河流湿地的生态恢复与重建措施：A.污染总量控制B.植物修复：通过植物的生理功能，挥发、稳定水中的重金属污染物，或降解污染物中的重金属毒性，以达到清除污染、净化水质的技术。（6）湿地恢复与重建的具体措施遏蓝菜：富集重金属Zn（33600ppm）和Cd（1140ppm）东南景天：我国第一种Zn超富集植物（5000ppm）蜈蚣草：第一种在我国发现的As超富集植物叶片含砷量高达８‰宝山堇菜：Cd的超富集植物（1168ppm）②湖泊湿地的生态恢复