水域生态系统的恢复

1、 水推动地球及地球生物的演化、形成与发展 水域生态系统维持全球物质循环、水循环和 能量流动，调节全球气候。 全球海洋水量13.5108Km3，占地球总水量的 97.41%。 陆地水体量为0.36108Km3 仅占总水量的2.59%。 其中人类不能直接利用的水体（冰川、冰盖）和深 层地下水占淡水总量的99%以上。 直接供人类生活与生产需要的河水、湖水和水库等 的水量只有1.01105Km3。 20世纪初，世界上几乎没有一条完整的自然河流 保护水资源，维护陆地水域生态 系统的稳定是人类赖以生存与发 展的关键。 5.3.1 河流生态恢复的原理与方法河流生态恢复的原理与方法 河流生态系统的河流生态系统

2、的结构结构与与功能功能 人类对河流生态系统的影响人类对河流生态系统的影响 河流退化的原因河流退化的原因 河流生态恢复的河流生态恢复的目标目标与与内容内容 河流生态恢复的河流生态恢复的原则原则与与方法方法 河流生态恢复的难点河流生态恢复的难点 一、河流生态系统的结构与功能一、河流生态系统的结构与功能 l 结构结构 水体水体 生物（流线型）生物（流线型） 河岸带河岸带 泛指河水与陆地交界处的两边、河水影响很小的泛指河水与陆地交界处的两边、河水影响很小的 地带。地带。 l 功能功能 河流的功能：正面和反面河流的功能：正面和反面 河岸带生态功能河岸带生态功能 廊道功能廊道功能 缓冲带功能缓冲带功能 河

3、岸缓冲带是指直接生长在河岸的林地、灌从或河岸缓冲带是指直接生长在河岸的林地、灌从或 草。草。 护岸功能护岸功能 二、人类对河流生态系统的影响 工农业生产污染工农业生产污染 河流滩地的围垦河流滩地的围垦 采矿采矿 清淤、疏通河道清淤、疏通河道 自然河流非连续化（水库、大坝）自然河流非连续化（水库、大坝） 自然河流渠道化自然河流渠道化 渠道化表现 平面布置上的河流形态直线化。即将蜿蜒 曲折的天然河流改造成直线或折线型的人 工河流或人工河网。 河道横断面几何规则化。把自然河流的复 杂形状变成梯形、矩形及弧形等规则几何 断面。 河床材料的硬质化。 n河流退化的主要原因：筑路和建坝、疏浚、水土侵蚀、河流

4、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、采充填、河岸放牧、农业开发、工业点源污染、伐木、采 矿、过度捕鱼和生活污水的排放。矿、过度捕鱼和生活污水的排放。 n产生的影响：河流坡、坝、堤的侵蚀；河道填塞，淤泥产生的影响：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（增加，营养（NN和和P P）富集，水质变差；水体生境质量变）富集，水质变差；水体生境质

5、量变 差，生境异质性、河流与外界的通道、生境面积及河滨差，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，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。改变，物种多样性和丰富度下降。 三、河流退化的原因三、河流退化的原因 四、河流生态恢复的目标和内容四、河流生态恢复的目标和内容 生态恢复的目标生态恢复的目标 完全复原完全复原 使生态系统的结构和功能完全恢复到干扰前的状态使生态系统的结构和功能完全恢复到干扰前的状态 A、

6、首先是河流地貌学意义上的恢复，这就意味着拆除大坝和首先是河流地貌学意义上的恢复，这就意味着拆除大坝和 大部分人工设施以及恢复原有的河流蜿蜒性形态。大部分人工设施以及恢复原有的河流蜿蜒性形态。 B、然后，在物理系统恢复的基础上促进生物系统的恢复。然后，在物理系统恢复的基础上促进生物系统的恢复。 n河流的恢复河流的恢复：除水质、水生生物的恢复外，还：除水质、水生生物的恢复外，还 要实现河岸带的恢复。主要在于重建林草植被，要实现河岸带的恢复。主要在于重建林草植被， 恢复湿地景观和生境。恢复湿地景观和生境。 修复 部分地返回到生态系统受到干扰前的结构和功部分地返回到生态系统受到干扰前的结构和功 能。能

7、。 增强 环境质量有一定程度的改善环境质量有一定程度的改善 。 创造 开发一个原来不存在的新的河流生态系统，形开发一个原来不存在的新的河流生态系统，形 成新的河流地貌和河流生物群落。成新的河流地貌和河流生物群落。 自然化 通过河流地貌及生态多样性的恢复，达到建设通过河流地貌及生态多样性的恢复，达到建设 一个具有河流地貌多样性和生物群落多样性的一个具有河流地貌多样性和生物群落多样性的 动态稳定的、可以自我调节的河流系统。动态稳定的、可以自我调节的河流系统。 “自然化自然化”的出发点是，由于人类对于水资源的出发点是，由于人类对于水资源 的长期开发利用，已经形成了一个新的河流生的长期开发利用，已经形

8、成了一个新的河流生 态系统，而这个系统与原始的自然动态生态系态系统，而这个系统与原始的自然动态生态系 统是不一致的。在承认人类对于水资源利用的统是不一致的。在承认人类对于水资源利用的 必要性同时，强调要保护自然环境质量。必要性同时，强调要保护自然环境质量。 河流生态恢复的内容 河道整治的恢复 选择河道整治线时，应考虑整治区域是否有重选择河道整治线时，应考虑整治区域是否有重 要的生物栖息地，是否需要保留原有大型深潭要的生物栖息地，是否需要保留原有大型深潭 的弯道。的弯道。 采取措施保护现存河畔林及濒临灭绝物种。采取措施保护现存河畔林及濒临灭绝物种。 确定滩地高程时，应考虑洪水脉冲频率及水深确定滩

9、地高程时，应考虑洪水脉冲频率及水深 选择河床坡降时，要考虑其对河流冲淤的影响选择河床坡降时，要考虑其对河流冲淤的影响 河口地区的恢复 由于河床疏挖造成盐水上溯，使鱼类产卵场减由于河床疏挖造成盐水上溯，使鱼类产卵场减 少，并对盐沼产生影响。少，并对盐沼产生影响。 河漫滩、河岸带的恢复 已被开发利用，甚至消失。已被开发利用，甚至消失。 湿地的恢复 生态学原则生态学原则 遵循流域生态学理论（河流连续体理论、洪水遵循流域生态学理论（河流连续体理论、洪水 脉冲理论、河流水系统理论）。脉冲理论、河流水系统理论）。 在生态系统层次上进行恢复。在生态系统层次上进行恢复。 模仿自然的最经济最有效措施，让河流实现

10、其模仿自然的最经济最有效措施，让河流实现其 价值。价值。 多目标兼顾原则 生态功能和社会需要相结合。生态功能和社会需要相结合。 资源保护原则 保护两岸现有水系、湿地、漫滩以及河岸带等保护两岸现有水系、湿地、漫滩以及河岸带等 资源。资源。 景观设计生态原则 保持河流的自然地貌特征和水文特征，保持河流的自然地貌特征和水文特征， 保护生物多样性，保护生物多样性， 增加景观异质性。增加景观异质性。 尊重自然、美学原则 恢复过程中，要在满足防洪的前提下，保留原恢复过程中，要在满足防洪的前提下，保留原 河道的自然线形，运用自然材料和软式工程，河道的自然线形，运用自然材料和软式工程， 强调植物造景，不主张完

11、全人工化。更要避免强调植物造景，不主张完全人工化。更要避免 截弯取直，防止留有大量的生硬的人工雕琢痕截弯取直，防止留有大量的生硬的人工雕琢痕 迹。迹。 可续发展原则 恢复自然水体和冲积机制恢复自然水体和冲积机制 恢复自然河流形态恢复自然河流形态 恢复自然河岸带植物群落恢复自然河岸带植物群落 恢复乡士的水生动、植物恢复乡士的水生动、植物 六、河流生态恢复的方法六、河流生态恢复的方法 非构造性方法非构造性方法（non-structural techniques) 有计划地闲置一些可自然恢复的河道与集水区，有计划地闲置一些可自然恢复的河道与集水区， 并实施有关水管理政策，以减小对自然水循环与并实施有

12、关水管理政策，以减小对自然水循环与 沉积物频繁变换的影响。沉积物频繁变换的影响。 制定和完善有关河漫或廊道管理政策，以限制牲制定和完善有关河漫或廊道管理政策，以限制牲 畜进入河道。畜进入河道。 改善网络连通性 通过增加河漫滩洪水脉冲的持久性来改善河流侧向的连通通过增加河漫滩洪水脉冲的持久性来改善河流侧向的连通 性，从而实现河流的生态效益。性，从而实现河流的生态效益。 内溪流快速恢复措施 工程措施工程措施 采用流量导向板与小型水坝、脊或者风向标，进行基地恢采用流量导向板与小型水坝、脊或者风向标，进行基地恢 复与水潭复与水潭-浅滩重建。浅滩重建。 设置鱼巢等设置鱼巢等 地貌重建 在某一河段构建新的

13、地貌。在某一河段构建新的地貌。 今后河流生态恢复与重建需要注意的问题 保护现存的河流自然过程 淹没漫滩、转运沉积物以及驱动河道变迁淹没漫滩、转运沉积物以及驱动河道变迁 恢复可被恢复的河流自然过程 恢复河流干扰前的水文、地理和沉积转运过程恢复河流干扰前的水文、地理和沉积转运过程 保护现存自然生境 利用恢复项目重建自然生境。 5.3.2 湖泊的生态恢复原理与方法湖泊的生态恢复原理与方法 l淡水湖是许多地区最重要的水资源。淡水湖是许多地区最重要的水资源。 饮用水饮用水 灌溉灌溉 景观用水水源景观用水水源 娱乐场所娱乐场所 一、湖泊结构及人类的影响 l 结构 沿岸带沿岸带 湖沼带湖沼带 深水带深水带

14、底栖带底栖带 l 人类影响人类影响 湖泊富营养化湖泊富营养化 是指是指N、P等营养物质大量进入水体，浮游植物占优等营养物质大量进入水体，浮游植物占优 势而导致水生生态系统的结构破坏和功能异化的过程势而导致水生生态系统的结构破坏和功能异化的过程 水体溶解氧下降水体溶解氧下降 透明度降低透明度降低 水质恶化水质恶化 鱼类及其它生物大量死亡鱼类及其它生物大量死亡 水过度利用水过度利用 咸海因农田灌溉导致水位下降咸海因农田灌溉导致水位下降9m。 美国美国Mono湖也因水过度利用而使湖面面积缩减了湖也因水过度利用而使湖面面积缩减了 1/3 二、湖泊恢复的基本原理 l 湖泊反馈机制 湖泊营养负荷达到某临界

15、点时，湖泊会突然跃湖泊营养负荷达到某临界点时，湖泊会突然跃 迁到浑浊状态。但在营养负荷累积初期，湖泊迁到浑浊状态。但在营养负荷累积初期，湖泊 内存在内存在跃迁阻力跃迁阻力。这些阻力就是系统内反馈机。这些阻力就是系统内反馈机 制作用的结果。制作用的结果。 l 优势大型植物缓冲机制 固定营养物能力强。固定营养物能力强。 沉水植物的增加会减少沉积物的再悬浮，减少再沉水植物的增加会减少沉积物的再悬浮，减少再 悬浮过程中所释放的营养物。悬浮过程中所释放的营养物。 促进脱氧，减少湖中促进脱氧，减少湖中N含量。含量。 沉水植物的遮蔽，影响浮游植物的光合作用，从沉水植物的遮蔽，影响浮游植物的光合作用，从 而减

16、少浮游植物的数量。而减少浮游植物的数量。 沉水植物通过对鱼类群落结构的影响，从而减少沉水植物通过对鱼类群落结构的影响，从而减少 沉积物的再悬浮。沉积物的再悬浮。 大型沉水植物释放的化学物质可以抑制浮游植物大型沉水植物释放的化学物质可以抑制浮游植物 的生长。的生长。 l 化学作用机制 湖底沉积物在营养负荷高时聚集了大量的湖底沉积物在营养负荷高时聚集了大量的P， 形成了一个营养库，这些形成了一个营养库，这些P可通过化学作用不可通过化学作用不 断释放。因此，当湖泊总断释放。因此，当湖泊总P负荷已降到足够低负荷已降到足够低 时，富营养化状态将得到改善。时，富营养化状态将得到改善。 l 生物作用机制 生

17、物间的相互作用会影响湖泊生物间的相互作用会影响湖泊P负荷及其物理负荷及其物理 化学性质。化学性质。 肉食性浮游鱼类和底栖鱼类的作用肉食性浮游鱼类和底栖鱼类的作用 食草性水鸟的取食作用食草性水鸟的取食作用 三、湖泊恢复的生态调控 目的：降低湖泊内的营养负荷，控制过量目的：降低湖泊内的营养负荷，控制过量 藻类的生长。藻类的生长。 l 物理化学措施物理化学措施 削减浅水湖的沉积物削减浅水湖的沉积物 采用铝盐及铁盐离子对分层湖泊沉积物进行化采用铝盐及铁盐离子对分层湖泊沉积物进行化 学处理学处理 向深水湖底层充氧或氮向深水湖底层充氧或氮 l 水位调控措施水位调控措施 l 水流调控措施水流调控措施 水流影

18、响湖泊营养供给、水体滞留时间，从而影响水流影响湖泊营养供给、水体滞留时间，从而影响 湖泊生产力和水质。湖泊生产力和水质。 水体滞留时间短（水体滞留时间短（10天以内），藻类不可能积累天以内），藻类不可能积累 水体滞留时间适当时，既能大量提供植物营养物，水体滞留时间适当时，既能大量提供植物营养物， 又有足够时间供藻类吸收营养物，又有足够时间供藻类吸收营养物， 促进其生长和积累促进其生长和积累 营养物输入营养物输入, 水体滞留时间常用来预测湖泊水质状况水体滞留时间常用来预测湖泊水质状况 措施：控制水体滞留时间、换水、增加水体冲刷等措施：控制水体滞留时间、换水、增加水体冲刷等 l 生物操纵与鱼类管理

19、生物操纵与鱼类管理 Bio-manipulation: 通过去除食浮游生物者或通过去除食浮游生物者或 添加食鱼动物降低食浮游生物鱼类的数量，使添加食鱼动物降低食浮游生物鱼类的数量，使 浮游动物的体型增大，生物量增加，从而提高浮游动物的体型增大，生物量增加，从而提高 浮游动物对浮游植物的摄食效率，降低浮游植浮游动物对浮游植物的摄食效率，降低浮游植 物的数量。物的数量。 Czech实验室用削减鱼类密度来改善水质、增实验室用削减鱼类密度来改善水质、增 加水体透明度。加水体透明度。 Drenner & Hambright(1999)认为，生物管理认为，生物管理 成功例子大多是在成功例子大多是在25hm

20、2以下及深度以下及深度3m以下的以下的 湖泊中实现的。不过，在更深、分层、面积超湖泊中实现的。不过，在更深、分层、面积超 过过1km2 的湖中也取得过成功。的湖中也取得过成功。 成功事例： 明尼苏达州的明尼苏达州的Christina湖湖 瑞士瑞士Finjasjon湖（湖（12km2)：通过挖掘沉积：通过挖掘沉积 物实现鱼类的大量削减。物实现鱼类的大量削减。 芬兰芬兰Vesijarvi湖鱼类的大量削减。湖鱼类的大量削减。 l 大型水生植物的保护和移植 围栏保护围栏保护 植物或种子的移植植物或种子的移植 l 适当控制大型沉水植物的生长 收割收割 水位下降水位下降 引入引入食草鲤科鱼食草鲤科鱼 引入

21、食草昆虫引入食草昆虫 妨碍船的航行 降低垂钓等娱乐价值 l 蚌类与湖泊的恢复蚌类与湖泊的恢复 蚌类是湖泊中有效的滤食者。蚌类是湖泊中有效的滤食者。 大型蚌类有时能够在大型蚌类有时能够在1.5-3天内将整个湖泊天内将整个湖泊 的水过滤一次。但目前还没得到重视。的水过滤一次。但目前还没得到重视。 浑浊的湖泊中蚌常常会消失。浑浊的湖泊中蚌常常会消失。 四、温带富营养化湖泊生态调控过程四、温带富营养化湖泊生态调控过程 现状测定现状测定 N，P负荷，负荷，PH 控制污染源控制污染源 减少外部减少外部P输入点输入点 富营养化治理富营养化治理 浅水湖浅水湖TP超过超过0.25mg/L，深水湖超过，深水湖超过

22、 0.05mg/L，仅通过生物管理不一定能达到治理，仅通过生物管理不一定能达到治理 效果。应采用物理化学方法，如沉积物削减，效果。应采用物理化学方法，如沉积物削减， 用铁盐铝盐处理用铁盐铝盐处理 五、湖泊“生物操纵”管理措施 确定湖泊鱼类削减量 在一些成功例子中在一些成功例子中,削减量削减量至少为湖泊生物量的至少为湖泊生物量的 70-80%。 一般而言，削减一般而言，削减目标是使湖中的生物量达到目标是使湖中的生物量达到 5kg/hm2，如果湖中留下的鱼未成熟，目标量，如果湖中留下的鱼未成熟，目标量 需进一步减小。需进一步减小。 鱼群生物量鱼群生物量B与与TP呈指数关系呈指数关系 B=2.17T

23、P0.78 (Hanson & Legett, 1982) B=9.42TP0.62 (丹麦，所有鱼类）丹麦，所有鱼类） B=1.46TP0.93（丹麦，植食型底栖鱼类）（丹麦，植食型底栖鱼类） 鱼类管理的技术与策略 了解各鱼类的生物学和生态学特性。了解各鱼类的生物学和生态学特性。 加强对幼年鱼类的控制和评价。加强对幼年鱼类的控制和评价。 采用主动工具捕获被动鱼群（聚集地）。采用主动工具捕获被动鱼群（聚集地）。 采用被动工具捕获主动鱼群（迁移鱼群）。采用被动工具捕获主动鱼群（迁移鱼群）。 削减鱼类主要依靠当地受训居民。削减鱼类主要依靠当地受训居民。 采用围网或袋网捕鱼比刺网费用低。 小湖比大湖

24、费用高。 一些便宜工具，如渔网、长袋网和当地渔 民发明的工具也很适用。 我国问题我国问题: : 湖泊面积缩小和破坏问题湖泊面积缩小和破坏问题 对策对策: 控制污染、退田还湖控制污染、退田还湖 1.1.当初人们为什么要围湖造田？当初人们为什么要围湖造田？ 主要原因：我国历来人多地少，在主要原因：我国历来人多地少，在“以粮为纲以粮为纲”的年代，围的年代，围 湖造田，种植农作物，以生产更多的粮食；片面强调经济发展，湖造田，种植农作物，以生产更多的粮食；片面强调经济发展， 没有认识到湖泊的巨大生态调节功能也是重要原因。没有认识到湖泊的巨大生态调节功能也是重要原因。 2.2.为什么说为什么说“退耕还湖退

25、耕还湖”是一项巨大的系统工程？实施这一工是一项巨大的系统工程？实施这一工 程面临的主要困难是什么？程面临的主要困难是什么？ 退耕还湖不仅包括退耕地为湖区，还包括退耕后湖区上游以退耕还湖不仅包括退耕地为湖区，还包括退耕后湖区上游以 及湖区周围的生态环境保护工作；更重要的是原耕地上居民的迁及湖区周围的生态环境保护工作；更重要的是原耕地上居民的迁 移，要解决迁出居民的生活和就业等问题，这是退耕还湖工程的移，要解决迁出居民的生活和就业等问题，这是退耕还湖工程的 主要困难。主要困难。 3.3.地处湖区上游的人们对湿地恢复生态工程负有什么责任？地处湖区上游的人们对湿地恢复生态工程负有什么责任？ 保护环境，

26、减少水土流失和水污染。例如保护环境，减少水土流失和水污染。例如, ,减少工厂、生活污减少工厂、生活污 水往水体中的排放，农田中减少化肥和农药的施用量等。水往水体中的排放，农田中减少化肥和农药的施用量等。 六、水生生态系统恢复的效果评估六、水生生态系统恢复的效果评估 n水生生态系统恢复效果的评估标准主要包括生态系统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、功能和整体特征的评估。 结构特征结构特征 水文特征水文特征 水分循环过程水分循环过程 水温水温 水流速度水流速度 水流流量、深度水流流量、深度 水质水质 溶解氮溶解氮 盐分盐分 有毒物有毒物 污染物污染物

27、 悬浮物悬浮物 pHpH 气味气味 透明度透明度 结构特征结构特征 地形特征地形特征 地形地形 位置位置 地理条件地理条件 地表特征地表特征 景观组成景观组成 群落特征群落特征 种类种类 密度密度 生长量生长量 群落稳定性群落稳定性 生态系统特征生态系统特征 形状形状 承载量承载量 生产力生产力 指示种营养量指示种营养量 食物网食物网 土壤条件土壤条件 物理性质物理性质 化学性质化学性质 侵蚀率侵蚀率 有机碳有机碳 稳定性稳定性 整体标准整体标准 恢复力：生态系统受干扰后的可恢复力：生态系统受干扰后的可 恢复能力恢复能力 持久力：生态系统维持演替状态持久力：生态系统维持演替状态 或顶级的能力或顶级的能力 相似性：生态系统与未干扰的自相似性：生态系统与未干扰的自 然生态系统的相似程度然生态系统的相似程度 图图17 水生生态系统恢复的评估指标水生生态系统恢复的评估指标 功能特征功能特征 排淤泻洪能力排淤泻洪能力 地表、地下水的贮存、补充与供应地表、地下水的贮存、补充与供应 营养物质的沉积、运移及