生态系统退化的原因及过程
健康水生态系统的退化及其修复_理论_技术及应用_濮培民
健康水生态系统的退化及其修复———理论、技术及应用濮培民 王国祥 李正魁 胡春华 陈宝君成小英 李 波 张圣照 范云崎(中国科学院南京地理与湖泊研究所,南京210008)提 要 由于人口增加和工农业生产的发展,人类赖以生存的淡水生态系统日益退化,特别是富营养化问题,已严重威胁社会经济的持续发展和人类健康.如何在强污染负荷下修复水生态系统具有重大理论和现实意义.本文总结了自1990年以来在淡水湖泊中进行的物理生态工程(Physico -Ecological Engineering ,PEEN )实验研究实践.主要结论为:(1)地表水环境治理的主要目标是修复为稳定健康的水生态系统;(2)主要方法是与污染源治理相结合实践物理生态工程(PEEN )和生物环保产业(Bio -Environmental Enterprise ,BEE );(3)实现目标的主要途径是星火燎原,从局部到大范围乃至全流域;(4)实现目标的主要关键是抓住四个环节(4M ):高等水生植物(M acrophy te ),宏观仿生学(M acro -bioimitation ),微生物(M icroorg anism ),及管理(M anagement );(5)山清水秀,人杰地灵,社会经济生态协调发展的美好未来有可能在不远的将来实现.关键词 健康水生态系统 生态系统修复技术 湖泊富营养化控制 物理生态工程分类号 Q147水是生命之源.对人类而言,健康水更是生存的必要资源.人类社会文明通常是在优良水生态系统周边首先发展起来的.由于地表水生态系统结构多种多样,用于水质评价的指标各异,作者认为判别孰优孰劣的标准要以人为本,综合性地考虑.对人类和高等生物健康有利的水生态系统可称谓健康水生态系统.历史和现实证明,山清水秀,人杰地灵,健康水生态系统是哺育人类文明的摇篮,是现代社会持续发展的重要保障,也是人们向往和追求的美好目标.由于人口增加和工农业生产的发展,进入地表水的污染物质比数十年前有了很大增加,人类赖以生存的淡水生态系统日益退化,特别是富营养化问题,已严重威胁社会经济的持续发展和人类健康.我国淡水湖泊及平原河网大多为浅水水体.历史上水体内有丰富的高等水生植物及相应的鱼、虾、贝、蚌等高等水生动物.许多城镇的饮用水源区大多选择在这种生物多样性丰富的水体内[1].随着水体污染负荷的增加,历史上的这些清洁水源区逐渐退化为缺少水生高等生物的以藻类和微生物为主的“荒漠化”水域.由贫营养型向富营养型发展是湖泊自然演变的过程.沉水植物的出现是湖泊富营养化发展过程中自然选择的结果.沉水植物吸收底泥和水中的营养盐生长,分泌的化学信息素(info -chemical substances )可遏制浮游植物生长,并共生有利于有机物矿化分解的微生物群落,其生第13卷第3期2001年9月 湖 泊 科 学JOURNAL OF LAKE SCIENCES Vol .13,N o .3Sep .,2001 本文主要内容发表在香山科学会议(2001年4月16-18日,北京).收稿日期:2001-04-30;收到修改稿日期:2001-06-10.濮培民,男,1936年生,研究员,博士生导师.194湖 泊 科 学 13卷长周期以月和季节为主,不同沉水植物优势种群的生长季节往往交叉演替,在年度内形成适宜于高等水生生物生存的环境,对水质起持续的净化作用.当水体营养程度进一步提高后,在某种水生高等植物生长的不利季节,特别在其机体的萎缩部位,着生藻类容易孳生.着生藻类、生物残体和颗粒悬移质的增加使水体透明度减少,沉水植物生长率减弱,遏制浮游植物的化学信息素减少,浮游植物种群和生物量进一步发展,水下光照进一步减弱,沉水植物种群逐渐减少,最后甚至全部消失,其它水生生物种类也相应减少,成为以浮游植物为主的生物多样性少的富营养化湖泊.由于浮游植物生长周期以旬为主,其死亡分解时易形成缺氧条件,并经常含有毒素,对高等水生动物的生存构成威胁,这是一种不健康的水体.所以,高等沉水植物种群的减少是健康水生态系统退化的重要指标.在较高营养盐负荷下,浅水水体可以有浮游植物为主的(藻型)不健康水体和以沉水植物为主体的(草型)健康水体两种稳定状态[2].后者在历史上是太湖流域的主导景观,而且在现实条件下,尽管污染负荷与其它已成为以浮游植物为主体的湖区类似,也仍然在东太湖、长荡湖、固城湖等湖荡、湖区存在.因此,历史和现实说明,建设健康水生态系统既是目标也是主要手段,是改善水质的主要途径.对退化的健康水生态系统进行修复犹如“逆水行舟”,不进则退.某种稳定的生态系统是在一定污染负荷下调整适应的结果.水质指标是水生态系统指标的组成部分,水质问题是水生态问题,生态问题应该用生态方法来解决.要获取稳定的健康的自然水环境,只有修复已退化的水生态系统.在高污染负荷下如何修复已退化的水生态系统,其理论与技术已成为问题的关键和研究的热点.1 对传统改善水环境方法的评价1.1 转移污染源和稀释扩散的道路几乎已走到了尽头转移污染和稀释扩散对于局部地区讲常常被视为解决污染相对简单、易行和代价较低的办法,但这是一种以邻为壑的办法.就全国来说,我国近海已经受到了相当程度的污染,退路已断.从另一角度看,污水本来也可视为一种资源,特别在有些地区,将污水排掉,既损失了水资源,又损失了其中携带的其它物质资源.在有些地区,一面挖渠(隧)道把污水排掉,一面挖渠(隧)道从远地另寻水源.这样化费的代价是非常昂贵的.实际上,从污染治理来说,是与稀释扩散相反的浓缩富集收集取出水体的过程.因此,要采取措施,污水就地截留,越浓越治理,这样的代价越低.变污染物为资源,在除去污染物获取资源的同时,将污水变为较清洁水.水是可以循环使用的资源.一定要转变观念,把推卸责任变为“各家自扫门前雪”.实际上,工业污染排放标准,远高出地表水Ⅲ类标准.目前我国许多地区地表水系统已劣于或大大劣于Ⅲ类标准.当务之急是将地表水尽快就地治理为不劣于Ⅲ类水.1.2 投放化学物质对生态系统会带来负面影响若干化学物质有絮凝、杀藻和除臭等功能,为了提高水体透明度和改善水体观感效果,也有被采用的试验.这种办法除了在时效和在大水域或水体流动性大处有其局限性外,还必须注意其可能的负面影响.尤其是大规模人工合成物的利用破坏了自然环境,必需特别注意其长期的负面效应.1.3 疏浚底泥可用于水利工程和交通航运需要,但不是控制湖泊富营养化的充要条件一般情况下湖底是污染物储存库,而不是污染源,在输入污染负荷没有得到明显控制情况下,需要大量经费投入的大规模疏浚对生态系统的负面影响不容忽视.犹如用挖沙无法治理沙漠和风沙一样,底泥疏浚无法控制水体富营养化[3].我国若干湖泊和城市河道已经疏浚,但未见水质稳定改善,许多情况下水质仍继续恶化.例如,太湖流域在1999年底前完成了对14406km 河道的清淤,挖泥量约14×106m 3.尽管同时已实行了洗衣粉中的“禁磷”政策,但20条主要入太湖河道的年平均总磷(TP )浓度由1998年的0.149mg /L 上升为2000年的0.175mg /L ,即增加了17%.太湖湖心区的TP 浓度也由1998年的0.069mg /L 上升为2000年的0.100mg /L ,增幅达45%①.滇池草海在耗资人民币2.5亿元,完成2.828km 2上的4.24×106m 3挖泥工程后,1999年5月,草海中心的总氮、总磷和叶绿素a 浓度分别达13.03mg /L ,1.2mg /L 和639.41mg /m 3,与挖泥前1994-1996三年平均值的4.21mg /L ,0.60mg /L ,119.17mg /m 3相比均有大幅度增加②.2000年平均BOD 5,COD Mn ,TN ,TP 与1998年相比分别增加了15%,60%,57%和92%③.我国已在较大规模上进行了需要巨大资金投入的疏浚底泥工程,其对控制水体富营养化的正面和负面效果及其投入效益比如何,是值得认真予以科学总结的.1.4 生物调控方法过程长,取出营养盐效率低按照生态效率(Ecological efficiency )原理(又称1/10规律),食物链网越长,转换损耗越多.因此取出原初生产物对减少水体中的营养盐有较高的效率,而取出鱼类资源对削减水体中营养物质的效率则要大大低于直接取出藻类和水生高等植物.1.5 简单恢复历史景观难以抵御增大了的环境负荷及环境灾变历史景观和相应的水生态系统是在当时污染负荷下自然选择的结果.自然和人类活动造成的环境变化,特别是环境灾害,从局部到大范围破坏了历史景观,说明历史上的水生态系统不能适应这些环境变化.据国家可持续发展水资源战略研究报告,经过努力,有可能实现如下指标:与1997年比,2010年污染负荷将增加14.6%,到2030年污染负荷将增加1.5%,在2050年可控制到1997年的水平[5].1997年的污染负荷大大高于1990年的水平.在1990年太湖一次藻类爆发,在一周内由于供水不足,部分工厂停产半停产使无锡市的直接经济损失达人民币1.3亿元.据“八·五”攻关资料(目前情况更不容乐观)太湖流域降水和干沉降合成的氮、磷的浓度为1.2mg /L 和0.04mg /L ,比相应的国际通常认为的富营养化标准(TN0.2mg /L 和TP0.02mg /L )要高出2-6倍;滇池(草海)则超过12-13倍.所以,人口的增长、工农业的增长所增加的污染加上大气干湿沉降污染在50年或更长些时期内已不可能再控制到50年以前的情况了.在相当长的时期内简单地恢复的历史景观已不能稳定存在,必需发展非常规的新的理论和技术修复稳定的健康水生态系统,以满足社会持续发展的需要.1990年太湖藻类大爆发后,根据实际需要,作者从此开始了直接治理和控制湖泊富营养化的理论和实验研究.在太湖梅梁湾和五里湖、贵阳红枫湖和南京莫愁湖等水域发展和完善了从局部到大范围治理污染水体的“物理生态工程(Phy sico -Ecological Engineering ,PEEN )”[1].这是主要利用太阳能在局部水域内中性地恢复稳定健康水生生态系统的技术.1953期 濮培民等:健康水生态系统的退化及其修复———理论、技术及应用①②③云南省环保局.云南省环境质量报告书(1996年-2000年度).根据及昆明市环境监测中心站、昆明市环境科学研究所,滇池污染基本状况,1997舒金华,黄文钰,高光等.太湖地区“禁磷”措施效果评估研究报告,2001.2 物理生态工程(PEEN)依据的基本原则2.1 与污染源控制相结合,主要利用太阳能中性地增加自然水体自净能力是基本指导方针自然水体有净化(自净)能力.在太阳能作用下,通过生化过程、生命过程、矿化分解过程、沉降过程将水中悬移质、溶解质转化为生物资源、气体和底泥等物质,使水体得到净化.人们用水过程通常是用比较清洁的水去溶解、运载污染物质,即污染过程,是稀释扩散、熵增加的过程.净化是污染的逆过程,是将污染物富集浓缩起来提高能质的过程,是非开放系统在消耗大量能量提高能质、减少熵的有序化过程.藻类和水生高等植物的生物生命过程利用太阳能将水溶质物质富集浓缩,转化为生物量,消耗了大量太阳能,提高了能质.实际自然水体中太阳能的利用率是较低的,仅1%的量级.通过管理、物理措施和移植生物种群等措施,提高广阔自然水体对太阳能的利用率,提高水体自然净化能力是发展PEEN的指导方针(图1).图1 用PEEN提高水体自净能力,发展生物环保产业(BEE)Fig.1 Development of Bio-Environmental Enterprise (BEE)by using Physico-Ecolog ical Engineering (PEEN)for increasing self-purification of water bodies资源化利用水中污染物发展生物环保产业(Bio-Environmental Enterprise,BEE)是地表水治理的最优目标.主要利用太阳能和生物过程,将水中污染物转化为生物资源,并尽可能将资源取出利用,获取经济效益,形成生物环保产业(图1).在将水中物质取出水体方式中,输出生物资源的方式比用气态逸出和固态沉降更有利于环境保护和获取经济效益.输出水生植物可最直接地输出营养盐.例如,太湖水面在夏季凤眼莲的生产力为0.5kg/(m2·d),蓝藻生产力为6.2g/(m2·d),相应地凤眼莲吸收氮、磷的能力为0.79t/(km2·d)and0.13t (km2·d),是蓝藻的13和21倍[1].生物资源可用作食品、饲料、肥料等,具有经济价值.把环境治理工程变为兼顾环境效益和经济效益的措施,可以星火燎原地推广开来,适合中国国情.2.2 从局部到大范围治理是现实可操作、可实现的途径水污染和水生态系统的退化是从局部到大范围发展起来,目前在许多地区已成为难以全局性改善的程度.如前所述,要等待全局性控制污染源,使进入地表水系统的水都达到健康水要求,在短期内几乎是不可能.在这种情况下,现实可操作、可实现的是在一定财力物力条件下从局部到大范围修复健康的水生态系统.“抓两头(污染源和饮用水源),带中间(所有地表水域)”,从局部到大范围,到全流域.这类似于在不可能控制大范围气候条件下用建造温床的办法,营造小气候,获取在当地气候条件下无法种植的各种新鲜蔬菜水果.这就要求在污染水域的某些重要局部水域,建立保护膜(生物物理膜,Bio-phy sical membrane),控制污染负荷对保护膜内生态系统的影响,减少周围环境灾变对其的危害强度.在该水域修复有特定功能(如饮用水源、游泳、旅游等)的健康的水生态系统,使其能在环境灾变中持续稳定发展.196湖 泊 科 学 13卷2.3 借助物理措施、建设和强化功能群的作用是在高环境压力下生态系统持续稳定的重要举措如前所述,简单地恢复历史景观已不能适应当前和将来50年内环境压力和环境灾变的冲击.在生态系统中如不增加新的结构和子系统,将无法持续稳定地修复健康水生态系统.除了必须有生物物理保护膜外,在保护的系统中应划分和建设若干子系统.首先分析不同水生生物的净化水质功能.挺水植物通过对水流的阻尼和减小风浪扰动使悬移质沉降,并通过与其共生的生物群落有净化水质的作用.但它主要吸取深部底泥中的营养盐,通常不或很少直接吸收水中的营养盐,而其部分残体又往往滞留湖底,矿化分解后又会污染水体.所以挺水植物的功能中,有把下层底泥中的营养转移到表层的一面,不利于直接净化水质.加上收割、水位变化对其生长的影响等问题,限制了它们在净化水质中的作用.必须注意管理、收割利用和防止种群退化.浮叶植物在一般浅水湖泊中有良好的净化水质效果,种植和收获较容易,有经济效益,和观赏效益,在一定季节可以作为重要的支撑系统.需要及时收获.大型飘浮植物在光照和营养盐竞争上比浮游植物有优势,有些种群的耐污性很强(如凤眼莲Eichornia crassipes ,喜旱莲子草Alternanthera philoxeroides 等),已经发展了在大水面大风浪条件下种植的技术[1],是良好的净化水质选择.浮萍生长快,许多种群能在空气中固氮,覆盖水面后与沉水植物在光照等方面有竞争,一般不宜采用.有些飘浮植物和浮体陆生植物[6](加上浮力支撑后可水培的植物)是很好的观赏和食用植物,可在一定条件下组合应用,既有净化水质作用,又有经济效益、环境效益和观赏效益.着生藻类和浮游藻类生长过程中都有净化水质作用.着生藻类的收集也不难,浮游藻类的收集也已发展了捕获技术[7],在一定条件下也可因势利导予以利用,一方面净化水质,另一方面作为资源取出.各种沉水植物是健康水生态系统的重要组成,其耐污程度和对水温、水位、水流、水质、底质等条件各有差异,要根据当地具体自然条件因地制宜、因时制宜在时间空间上予以镶嵌优化组合[7],使各种种群在整体上互补共生适应季节变化和环境灾变.沉水植物和湖底水生植被的存在可吸附储存生物碎屑于植物根部,增加底泥表层溶氧,遏制磷的释放,阻止上层水体动力扰动向湖底的传输,减少湖底水动力交换系数,从而有效地遏制底泥营养盐向水体的释放.螺、蚌等底栖动物可过滤悬移质,摄食生物碎屑,其分泌物有絮凝作用,螺有刮食着生藻类功能,虾和若干种类鱼类可摄食藻类、碎屑、浮游动物等.这些动物,作为健康水生态系统的补充组成,也有重要作用.微生物,特别是氮循环细菌在水体自净能力中具有不可忽视的作用.有机物的矿化分解,氮素的气化,磷盐的沉降和固定在湖底等都与细菌的作用分不开.自然界的水生植物附近共生有多种远比自由水体中丰富的细菌群落.飘浮植物容易种植,采用耐污性强,生长快的飘浮植物作为先锋植物,不仅有植物直接吸收营养盐的作用,而且更重要的是有与其共生的细菌的作用.可以很快增加水的透明度,改善水质.飘浮植物作为细菌的载体极为重要,但飘浮植物受气候条件影响,在有些季节难以发挥作用,因此研制人工载体和优选高效细菌种群极为重要.利用优化的人工载体培养优化的氮循环细菌,释放到自然水体,以自然生物载体、其它人工载体和底泥为二级载体,水中悬浮物为三级载体,将原来荒漠化水域中以水土界面为主的好氧-厌氧,硝化-反硝化条件扩大到水面和水1973期 濮培民等:健康水生态系统的退化及其修复———理论、技术及应用体并加强细菌浓度,从而增加系统净化能力[9-11].利用这些措施的配合和组合,作为历史景观生态系统的补充,这是抵御环境变化和增强系统抗环境灾变能力的不可缺少的组成部分.以饮用水源的净化系统为例,需要依靠物理工程,建设生物物理保护膜,过滤膜,导流带,构建子系统的框架,为漂浮生物在大水面上的生长提供条件,为着生藻类和氮循环细菌的繁殖生长提供条件,为观赏植物提供固定框架等.生物种群的布设要结合气候、水文、水质、地质等自然条件,考虑季节转换时系统有稳定的净化水质功能等情况,因时制宜、因地制宜地综合考虑[7],构建不同子系统,使沿水流过程逐步将水质从Ⅳ-Ⅴ类净化到Ⅱ-Ⅲ类.在以游泳、旅游为目标的工程中,要划分水质净化保护区、观赏区、游泳区、划船区、垂钓区等功能区.在若干区内,游人不得入内,以利生态保护.这类似于在陆地公园的建设中需要规划出绿化区、观赏区、休闲区、道路等功能区,在若干区内游人不得入内.2.4 借鉴历史景观和现实水生态系统发展宏观仿生学健康的水生态系统是一个包括许多子系统的很复杂的系统.每一个子系统担负一定的功能.为了提高整体效率和完成整体功能,将子系统专业化是非常重要的.现代化工业生产中的流水作业法在某一个人和部位从事较单一的工作,然后组合为复杂的系统.这样可大大提高生产效率.每一个局部的水生态子系统可以承受一定的环境压力(输入负荷),将营养盐降低约一个数量级(或将水质改善一级).例如依靠耐污性很强的生物群落可以将重富营养化水体净化图2 载体polyHEA/14G固定化氮循环细菌的总氮(左)及氨氮(右)的去除率Fig.2 Removing ra te for total nitrogen(left)and ammo nia nitrogen(rig ht)by immobilized nitrogen bacteria with carrier made from poly HEA/14G cy cle 到Ⅲ-Ⅳ类水,但无法净化到Ⅰ类水.需要将初步改善的水质输出给下一级子系统,经过若干个子系统,从例如Ⅳ类Ⅴ类水输入直至完成Ⅰ类水的输出.后者要靠适应于清洁水的生物种群来稳定实现.例如,以氮循环细菌的除氮效果为例(图2),在经过8d后,氮浓度水平就维持在一定值上,基本随时间不变.若需要进一步降解,则需要另外的细菌种群组合.构建怎样的水生态子系统呢?依照历史的和现存的自然界的选择是最佳选择.为此发展以组建多样性水生态系统和揭示其结构功 能为主要目标的宏观生学有重大现实意义. 3 物理生态工程(PEEN)的四项主要技术及应用实例3.1 PEEN的主要技术在上述理论指导下,自1990年以来,经过实践再实践,发展了治理局部水域的物理生态工程(PEEN).以饮用水源区的PEEN为例,其结构见[13].它还可获取水生生物资源和直接经济效益,发展生物环保产业(Bio-Environmental Enterprise,BEE).它主要包括四种技术:1)能适应多种底质、风浪、湖流条件的软隔离墙过滤技术(Soft Wall Technology,SWAT) (图3a);在饮用水源区用二道过滤软隔离墙.外软墙阻隔部分悬移污染物进入,内软墙作为最终过滤膜使自来水厂获得优质水源.在二道软墙之间布设各种框架、导流和生物种群.2)水生198湖 泊 科 学 13卷图3 物理生态工程(PEEN)的若干技术Fig.3 Sketch map of some technologies of P EEN 1993期 濮培民等:健康水生态系统的退化及其修复———理论、技术及应用生物群落镶嵌技术(M osaic Technology for Hydro-Biocoen,MOTHB)(图3c)[7].3)捕藻技术(Technology for Reducing Algae Plume,TRAP)(图3b、3d)[8].4)固定化氮循环细菌技术(Im-mobilized Nitrogen Cy cle Bacteria,INCB)[9-10](图3e).图4 红枫湖养殖场污染治理PEEN工程部分Fig.4 A part of PEEN for removing pollutants from the fishery ponds in Hongfeng Lake,G uiy ang 3.2 应用实例———贵阳红枫湖固定化氮细菌技术在贵阳市红枫湖温流水养殖场排污水治理工程中进行了现场实验.红枫湖有水面37km2,也是贵阳市饮用水的水源.近年来,红枫湖的水质有恶化趋势,导致藻类快速生长.污染源是多方面的.其中,位于后午湾中的二个温流水养鱼场,通过鱼类排泄物和未被利用的饵料的分解转化,也给湖泊造成了氮、磷污染.红枫湖主要超标指标是非离子氨和亚硝酸盐氮,这是两项影响人们健康的重要指标.电厂温排水一般增温8℃.按计算,电厂每天流失的余热约相当于1000-3000t煤燃烧的热量.由于其能质低,很难利用.温流水高密图5 红枫湖水质监测点位置(1:偏山寨;2:腰洞;3:大坝;4:花鱼洞;5:后午;6:三岔河;7:焦家桥)Fig.5 Water quality monito ring sitesin Hongfeng Lake度水产养殖是余热利用的有效方式之一.目前两个养鱼场,可为贵阳市提供大量优质水产品,是贵阳市重要的副食品基地.针对这种情况,采取积极的治理措施,达到利用余热水既改善水质,又增加水产资源输出,实现环境效益、社会效益和经济效益的同步发展是符合我国国情的最佳选择.本项治理工程也可为红枫湖水库的全面治理提供科学依据(图4、5).治理方案为以物理生态工程(PEEN)为主的综合治理方案.除了改善养殖结构,提高饲料转化率外,主要是在二个共约12000m2水域内强化PEEN工程.自1999年9月起,建设若干导流软坝和水面分割带,优化实验区的水流环境,使形成多样性水流流态,增加了污水在若干部分水域内的滞留时间.导流软坝与水面分割带是着生藻类、原生生物、细菌作用的载体.水生生物具有很好净化水质能力.除了本身吸收水体中的氮磷外,还能吸附悬浮物;尤其是可成为着生藻类、原生生物以及细菌作用的载体.经测定,凤眼莲投放密度在3.15-6.30kg/m2时,生长率较高,约为1.5kg/(m2·d),是夏季太湖地区的3倍.但综合地看,喜旱莲子草在该区具有最佳的应用前景.在工程区范围内,利用水温相对较高,氮循环细菌生长、繁殖较快的特点,应用固定化细菌200湖 泊 科 学 13卷。
草原退化原因及生态修复建议
L i n y e y u a n y i草原退化原因及生态修复建议李得鹏草原是人类赖以生存的重要环境之一，更是畜牧养殖产业发展的基础，同时也是抵御风沙，防止土壤沙漠化，荒漠化的最后一道绿色屏障，具有重要的生态功能、经济功能和社会功能。
近年来，随着青海省都兰县畜牧养殖产业不断向前发展，草地过量放牧、超载放牧的问题不断凸显，草场的生产能力逐渐下降，生态功能逐渐退化，严重制约了畜牧地区经济社会和生态环境的发展，给当地群众的正常生产生活产生了严重威胁。
一、草原退化原因1、超载放牧在广大牧区，很多农牧民群众一直沿袭着传统的养殖管理模式。
动物在草场当中采食牧草，获得营养物质，满足机体生长发育所需。
但在畜牧养殖产业不断发展壮大大背景下，放牧动物的数量已经超过了草场的生态环境承载能力。
超载放牧背景之下，使得草原生态环境逐渐恶化，草场得不到休养生息，牧草生长发育受到长时间的抑制，时间一久就会造成优质牧草的数量逐渐锐减，草原生态环境逐渐恶化。
2、蝗虫鼠害危害蝗虫鼠害危害是影响草地生态系统的常见因素，蝗虫鼠害的种类较多，危害面积较广，危害程度严重。
老鼠的繁殖周期相对较短，除了大量啃食牧草与牲畜争夺优质牧草之外，更为严重的是能够挖掘洞穴，啃食牧草的根部，造成牧草根部受到破坏，牧草死亡使得草场的覆盖度显著下降，严重的会造成寸草不生，土壤裸露，土壤沙漠化，荒漠化，使得草原完全失去放牧价值和利用价值。
草原蝗虫繁殖周期较短，每次能够产生大量的蝗虫幼虫，蝗虫主要以啃食牧草叶子为主，危害严重时所到之地寸草不生，严重威胁到草地生态系统的完整性。
3、盲目开荒开采盲目开采是人为影响草原生态环境的主要原因，受到传统生产生活方式的影响，很多农牧民群众将平整，土壤肥沃、土壤层深厚、植物生长旺盛的草原开荒用于发展农业种植产业。
不合理的开荒破土，严重破坏到草原生物多样性，使得草原的自然生态系统遭受到破坏。
再加上开垦的草原多是广种薄收，粗放式管理，草原一旦被开垦，土壤当中的有机质被很快的吸收或者分解，进入冬春季节之后，外界风吹农田无法被植被覆盖，风蚀严重，表层细碎的土壤很容易被大风吹散，从而造成土壤沙漠化。
若尔盖湿地生态退化原因及保护方案
若尔盖湿地生态退化原因及保护方案焦晋川，钟信，秦嘉励( 四川农业大学林学园艺学院雅安 625014 )E-mail：jjc19841201@摘要：若尔盖湿地是我国宝贵的湿地资源，享有“高原之肾”的美誉。
它在涵养水源、保持生物多样性、调节区域气候、控制碳循环等方面具有重要的战略地位。
但由于人类活动的加剧，湿地面积不断萎缩，沙化面积逐渐扩大，生物多样性丧失严重，致使湿地生态系统功能明显下降。
如果不采取切实可行的保护对策，该湿地将面临巨大的生态灾害。
笔者对若尔盖湿地进行了实地考察和调研，研究表明：各种自然因素和过载放牧、挖沟排水、滥垦滥伐、开采泥炭等人为因素是若尔盖湿地退化的根本原因，自然因素与人为因素的叠加效应加速了其退化，高寒高海拔环境，尤其是低温导致了退化生态系统的难恢复性。
采取全程控制与末端治理相结合的防控手法并配合经济转型与生态补偿才是若尔盖湿地保护的根本出路。
关键词：若尔盖湿地；沙漠化；生态补偿1 前言若尔盖湿是全球海拔最高、面积最大的高原泥炭沼泽，也是黄河长江上游最重要的水源涵养地之一，享有“高原之肾”的美誉。
区内自然资源丰富，是国际生物多样性核心保护区，对研究自然环境变迁，古生物物种保存、繁衍、分化等具有重要意义等。
但随着人类活动的加剧，湿地面积不断萎缩，沙化面积逐渐扩大，生物多样性丧失严重，致使湿地生态系统功能明显下降，如不立即采取切实可行的保护对策，该地区将面临巨大的生态灾害。
迄今为止，有关若尔盖湿地保护及沙漠化治理的工作主要包括地质考察[1～2]、动植物种类调查、建立保护区以及少量治沙工作等。
对当地生态退化原因及保护方法进行详尽、全面的论述尚不多见，对如何处理湿地保护与经济可持续发展更未见报道。
这使得众多研究成果在当地施用不得力，难以达到预期效果。
有的甚至出现理论不能与实际结合的情况。
这很难满足对本区生态重建和保护的需要。
笔者通过文献调研，走访和实地观测等研究方法，对本区生态影响因子进行了全面调查，结合国内外关于湿地生态保护的经验与教训以及当地实际情况，探讨了该湿地生态保护方案及未来规划方向。
生态系统的演替与恢复
生态系统的演替与恢复生态系统是地球上生物体与环境之间相互关系的总体。
它们通过能量流动和物质循环来维持生物的生存和繁衍。
然而，由于人类活动的影响，许多生态系统正面临着退化和破坏的风险。
了解生态系统的演替和恢复过程对于环境保护和可持续发展至关重要。
一、生态系统演替的定义与过程生态系统演替是指一个生态系统在时间尺度上经历从初始阶段到稳定阶段的连续变化过程。
它主要包括两个过程：演替过程和演替阶段。
1. 演替过程：演替过程指的是生态系统从一个初始状态到稳定状态的变化。
它可以分为两种类型：原位演替和迁移演替。
- 原位演替：指的是一个生态系统内部不同群落的相继替代过程。
例如，草地演替为草丛，再演替为林相的过程就是原位演替。
- 迁移演替：指的是生态系统的移动过程，由一种生态系统逐渐演替为另一种生态系统。
例如，海滩演替为沙丘，再演替为沙漠的过程就是迁移演替。
2. 演替阶段：演替阶段指的是演替过程中的不同阶段。
常见的演替阶段包括先锋阶段、次生阶段和成熟阶段。
- 先锋阶段：在原始环境中，先锋群落出现并适应当前环境的贫瘠条件。
它们通常具有耐旱、耐寒、耐盐等适应能力。
- 次生阶段：当先锋群落死亡或被其他植被替代后，次生群落逐渐出现。
次生群落具有更高的生物多样性和更复杂的生态功能。
- 成熟阶段：成熟阶段是演替的终点阶段，具有较高的生物多样性和相对稳定的生态功能。
这个阶段的演替速度较慢，而且一般需要几百到几千年的时间。
二、生态系统的恢复生态系统的恢复是指破坏或退化的生态系统逐渐恢复到较为稳定和复杂的状态。
它可以通过人工干预和自然恢复两种方式实现。
1. 人工干预：人工干预是通过人类的努力，利用技术手段来促进生态系统的恢复。
常见的人工干预方法包括：- 增加植被：种植植物可以改善土壤结构，提供栖息地，促进土地恢复。
- 控制侵蚀：采取措施来减少侵蚀，如修建护岸、植树造林等。
- 水体治理：改善水体的污染和富营养化，如建设湿地、净化池等。
生物圈的生态危机与生态文明建设
生物圈的生态危机与生态文明建设生态危机，是指由于人类活动、自然灾害或其他因素引起的生态系统退化、物种灭绝、环境质量下降等问题，导致生物圈的状况持续恶化的现象。
随着人类对自然资源的过度开发、污染排放的增加等行为，生态危机日益严重，亟待采取有效的措施进行生态文明建设。
一、生物圈的生态危机生态危机对生物圈造成了严重的影响，表现为以下几个方面：1. 生态系统退化：过度开发和不可持续的利用方式导致了土地退化、水资源枯竭、森林砍伐等问题。
生态系统的破坏使得生物群落失去平衡，导致物种灭绝、生态系统服务功能减弱。
2. 物种灭绝：人类的活动对生物多样性造成了巨大威胁，大量物种因为栖息地减少、环境恶化等原因而灭绝。
物种灭绝不仅导致生物圈中的生态平衡被打破，还会影响到生态系统的稳定性和功能。
3. 环境污染：大量的污染物排放对生物圈的健康造成了威胁。
空气、水体和土壤的污染严重破坏了生物圈的生态环境，影响到动植物的生长、繁殖和存活。
二、生态文明建设的重要性生态文明建设是解决生物圈生态危机的有效途径，它强调人与自然的和谐共生，推动经济、社会与生态环境的可持续发展。
生态文明建设具有以下重要性：1. 保护生态环境：通过调整产业结构、节约资源、减少污染等措施，保护生态环境，减少生物圈的生态危机。
2. 提升生态系统服务功能：生态文明建设可以促进生态系统的修复和重建，提升其提供的生态系统服务功能，包括水土保持、水源涵养、气候调节等。
3. 保护生物多样性：生态文明建设推动保护物种多样性，促进生物圈的生态平衡和稳定，减少物种灭绝的风险。
4. 推动可持续发展：生态文明建设通过推动经济、社会的可持续发展，实现生物圈的生态和经济的良性循环。
三、推动生态文明建设的措施为了应对生物圈的生态危机，推动生态文明建设，我们可以采取以下措施：1. 制定并执行环境保护法律法规，加强生态环境的监管和管理，严厉打击破坏生态环境的违法行为。
2. 加强环境教育，提高公众的环境保护意识，培养人们对生态环境的尊重和保护意识。
恢复生态学1
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（余作岳，1996）。
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二、生态恢复(狭义概念）
再造一个自然群落或再造一个自我维持并保持 后代具有持续性的群落(Diamond, 1987)。
组装并试验群落和生态系统如何工作的过程 (Jordan et al. 1987)。 使受损生态系统的结构和功能恢复到受干扰前 的过程(Cairns, 1987)。 修复被人类损害的原生生态系统的多样性及动 态的过程(国际恢复生态学会，1994)。
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二、生态恢复的机理
通过排除干扰、加速生物组分变化和启动演替 过程使退化生态系统恢复到某种理想的状态。
复 杂 性 与 功 能 水 平
理想状态
可接受状态
退化 极度 状态
退化 状态
替代状态 中途退化
持续退化
时间
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图2 退化生态系统恢复的方向
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状态1
状态2
1
退化
2
自然法则
生态学原则
2013-8-822源自自然法则系统学原则
整体原则 协同恢复重建原则 耗散结构与开放性原则 可控性原则 经济可行性与可承受性原则 技术可操作性原则 社会可接受性原则 无害化原则 最小风险原则 生物、生态与工程技术相结合原则 效益原则 可持续发展原则 景观美学原则
社会经济技术原则
美学原则
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开展生态恢复工程的目标：恢复诸如废弃矿地 等极度退化的生境；提高退化土地的生产力； 在被保护的景观内去除干扰以加强保护；对现 有生态系统进行合理利用和保护，维护其服务 功能。
恢复生态试题库
名词解释（名词解释8个,每个2分,共16分）1恢复生态学的定义：研究如何修复由于人类活动引起的原生生态系统生物多样性和动态损害的一门学科,其内涵包括帮助恢复和管理原生生态系统的完整性的过程。
2生态恢复：使受损生态系统的结构和功能恢复到受干扰前的过程。
3生态系统退化：在一定的时空背景下（自然干扰或人为干扰或二者的共同作用下）,生态系统的结构和功能发生位移,导致生态要素和生态系统整体发生不利于生物或人类生存的变化（量变或质变）,打破了原有生态系统的平衡状态,造成破坏性波动或恶性循环。
5生态型：种群内分化出来的一些适应特定生境条件的类群成为生态型八6种群对策（bionomicstrategy：是指物种在生存斗争中为求得生存而对环境条件采取的适应方式。
7优势种（dominantspecieS :群落中占优势的种类,它包括群落每层中在数量、体积上最大、对生境影响最大的种类。
8建群种（constructivespecies优势种中的最优者,即盖度最大（重量最大）,多度也大的植物种。
10偶见种（rarespecie）s:偶尔在群落中出现的物种,称为偶见种。
14人为设计理论：通过工程方法和植物重建可直接恢复退化生态系统,但恢复的类型可能是多样的。
15自我设计理论：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,并会最终改变其组分。
16护理植物：指那些在其冠幅下辅助或护理其他目标物种（targetspecies生长发育的物种。
18关键种：物种的存在会影响整个生物群落的结构和功能。
19功能群：具有相似结构或功能的物种的集合。
这些物种对生物群落具有相似的作用,其成员相互取代后对生物群落过程具有较小的影响。
20恢复潜力度（RP）:退化群落更新库组成结构与更高演替阶段组成结构间的相似度定义为退化群落自然恢复潜力度。
21恢复度（RD ）:退化群落通过自然恢复在组成、结构和功能上与顶级群落阶段最正确群落的相似程度。
草原退化过程的实验监测与退化演替机制的讨论
草原退化过程的实验监测与退化演替机制的讨论1 草原退化的含义及动力因素草原退化是指不合理的管理与超限度的利用在不利的生态地理条件下所造成的草原生产力衰退与环境恶化的过程。
从生态学规律来认识，草原退化属于逆行生态演替。
草地退化又往往是多因素叠加耦合作用的复杂过程。
其主要表现是草原生物组成与植被退化、土壤退化、水文循环系统的恶化、近地表小气候环境的恶化等。
过大的牧压和超负荷的收割，突破了草地一些植物的再生能力和群落组织力，使植被的生物量减少，群落稀疏矮化，利用价值优良的草群衰减，劣质草种增生。
伴随着植被的退化，动物种群（如鼠类、昆虫、土壤动物等）也发生消长。
总之，草原退化是土地荒漠化的重要表现形式和类型，也是草原生态系统健康阈值的衰退。
水分因素是温带的干旱、半干旱区以及半湿润地区的偏干旱区（以下简略统称“广义干旱区”）生物生产的限制因素。
因此某地区的气候干燥度往往决定该地区草原生物群落自我维持的阈限，超越这一阈限必然打破草原的再生能力，导致退化。
风力是广义干旱区频率与强度很高的自然地理营力，地表植被的衰退（稀疏矮化）往往使风力侵蚀作用增强，引起土壤养分、水分流失和土壤结构恶化。
这种土壤退化过程又会加剧植物与生态系统的退化。
水热组合的季节差异与年际波动是草原生产力的制约因素，草地利用与管理必须适应或设法弥补这一波动效应的限制作用，一旦突破其限度，也会引入草原退化过程。
过度地、不合理地利用草地资源，使草原第一性生产者—绿色植物的生物量减少，饲用品质恶化，以致丧失利用价值。
这是草原生态系统自我调控功能和机制的受损，是利用方式对系统进行扰动的反馈与响应。
过度放牧利用往往使家畜不可食、不喜食的植物比例增加；割草导致低矮的植物种占优势等都体现了这种反馈调节。
因此，退化草地所处的系统状态尚处于系统调节阈限之内。
但是随着退化程度的加剧，系统的稳定性尤其对系统内部环境的适应能力将下降。
强烈的地理营力可能导致系统的结构与功能受损，以至系统的崩溃（System breakdown）。
草原退化的主要原因
草原退化的主要原因草原退化是指草原生态系统的生物多样性下降、植被结构和功能退化的现象。
它是由多种因素的综合作用导致的，以下是其中一些主要原因。
1.过度放牧：过度放牧是导致草原退化的主要因素之一、草原生态系统的植被能力有限，当放牧压力超出植物自我修复能力时，就会导致草原植被逐渐减少，从而使退化进程加速。
长期放牧还会导致土壤侵蚀和水源流失，进一步破坏了草原的生态平衡。
2.种植农作物：为了满足人们的粮食需求，一些草原地区被转化为农田种植农作物。
这种变化不仅破坏了原有的草原植被，还导致了水源的丧失和土壤质量的下降。
此外，农作物种植还带来了化肥和农药的使用，对环境造成了污染。
3.采矿和能源开发：草原地区的矿藏和能源资源丰富，因此经常成为开采和开发的目标。
这一过程不仅导致大片草地被破坏，还带来了土壤和水源的污染，加速了草原的退化。
同时，开采和能源开发的活动还导致了大量的土地和水资源的消耗，进一步削弱了草原的生态功能。
4.气候变化：全球气候变暖导致了草原区域的降水量减少和蒸发增加，加剧了草原退化的程度。
气候变化还导致了草原植物的生长周期变化和物种分布模式的改变，使得草原生态系统不再适应原有的环境条件，进一步加速了草原的退化过程。
5.火灾：火灾是草原退化的常见原因之一、火灾可以迅速烧毁大面积的草地，破坏植物的生长和再生能力，导致草原的退化。
而气候变化和人类活动的影响增加了火灾的频率和强度，使草原退化的速度加快。
6.土地过度利用：草原地区的土地资源有限，而人口密度和人类活动不断增加，土地过度利用成为使草原退化的重要原因之一、过度的农田开发、城市扩张和基础设施建设，不仅破坏了草原的植被，还导致了草原生态系统的破碎化和生物多样性的降低。
7.污染和非法砍伐：草原地区存在一些非法采伐、乱砍滥伐和污染行为，导致大量原生植被遭到破坏，进而直接导致草原生态系统的退化。
特别是一些高附加值草原资源的非法采伐，对草原生态系统造成了重大影响。
中国生态退化的主要类型、特征及分布
中国生态退化的主要类型、特征及分布刘国华傅伯杰陈利顶郭旭东摘要：生态退化是目前全球所面临的主要环境问题，它不仅使自然资源日益枯竭、生物多样性不断减少，而且还严重阻碍社会经济的持续发展，进而威胁人类的生存和发展，因此，生态退化已引起各国政府和学者的重视。
本文对中国生态退化的主要类型即：森林生态系统的退化、土地沙漠化和水土流失等重大问题进行分析，详细阐述了各个类型的现状、特征及分布。
为我国自然资源的合理利用以及退化生态系统的恢复和重建提供基础资料。
关键词：生态退化；退化森林生态系统；沙漠化；水土流失；中国分类号：Q146，Q149 文献标识码：A文章编号：1000-0933(2000)01-0013-07Characteristics and distributions of degraded ecological types in China LIU Guo-Hua, FU Bo-Jie, CHEN Li-Ding, GUO Xu-Dong(Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing100085，China) Abstract：As a major environmental problem in the world, ecosystem degradation not only exhausts the natural resources and decreases biodiversity, but also seriously hinders the sustainable development of social?economy and threatens the survival and development of human beings. Therefore, the ecosystem degradation has brought every government′s and ecologist′s attention. The main types of ecosystem degradation in China, including degradated forest ecosystems, desertification and soil erosion, are analyzed. The current situations, characteristics and distributions of the each type are expounded. The aim of this research is to provide basic data for the natural resource uses and degradated ecosystems restoration and rehabilitation.Key words：ecosystem degradation; degradated forest ecosystems; desertification soil erosion; China人口、资源、环境和经济的可持续发展已经成为国际社会和各国政府关注的重点。
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生态系统退化的原因及过程
生态系统是指在一个特定的生物群落与环境中，生物体之间相互作用构成的生物群落
及其与环境互动的系统，可分为陆地生态系统和水生生态系统。
生态系统不仅是自然界的
重要组成部分，同时也为人类提供了食物、水资源、恶性疾病预防等服务，但随着人类活
动的不断扰动和干扰，生态系统逐渐开始退化。
本文将探讨生态系统退化的原因及过程。
1. 自然因素：自然因素是生态系统退化的一个重要原因，这些因素包括火山喷发、
洪水、地震等自然灾害，它们会破坏生物间的相互关系和生态平衡，引发物种灭绝、生态
系统破碎等一系列生态问题。
2. 人类活动：人类活动对生态系统的影响是生态系统退化的主要原因之一。
随着工
业化、城市化的不断发展，人类对自然环境的破坏也越来越严重。
例如森林砍伐、水土流失、环境污染、资源过度开采等行为，都会使生态系统受到不同程度的破坏。
1. 生境的破坏：生境是生态系统中不可或缺的一环，是各种生物的栖息地。
人类活
动的不断干扰和利用，破坏了生物的栖息环境，导致物种数量的减少，生物多样性的减弱。
例如，城市化使得建筑物和公路逐渐取代自然环境，丧失了许多动植物生存的地方。
2. 水资源的污染：水是维系生物生存的基本元素，但随着农业、工业等人类活动的
不断扩张，水资源受到污染的情况日益严重。
水污染会导致水中生物群落的丧失，以及水
污染物质的离子浓度的增加，毒性物质的沉积和富营养化的加重。
3. 动植物的丧失：生态系统包括了许多动物和植物。
由于人类活动的不当，动植物
种群数量的减少已成为生态系统退化的一个征兆。
千百万年来早期人类的走过的轨迹，留
下了许多动植物物种的痕迹，但目前随着市场喜好和断种野味，很多野生动植物面临灭绝
的命运。
4. 生态平衡的破坏：生态平衡是生命生命系统维系良性循环的重要环节。
而人类活
动干扰生态环境，会损害生态平衡系统，导致生物系统的破坏。
人类的非法跨越是导致破
坏平衡和系统的道德和不可避免的铁律，例如闯红灯，非法开采，飞行无人机等等。
结论：
总之，生态系统随着人类活动的不断扰动和干扰，逐渐开始退化。
在考虑地球生态的
可持续性的基础上，尤其是要考虑更多的生物多样性保护的措施。
人类应该尊重并保护自
然环境，促进人类与自然的和谐共存。