水域生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)

水域生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)第1頁/共52頁水推動地球及地球生物的演化、形成與發(fā)展水域生態(tài)系統(tǒng)維持全球物質(zhì)循環(huán)、水循環(huán)和能量流動，調(diào)節(jié)全球氣候。第2頁/共52頁全球海洋水量13.5×108Km3，占地球總水量的97.41%。陸地水體量為0.36×108Km3

僅占總水量的2.59%。其中人類不能直接利用的水體（冰川、冰蓋）和深層地下水占淡水總量的99%以上。直接供人類生活與生產(chǎn)需要的河水、湖水和水庫等的水量只有1.01×105Km3。20世紀初，世界上幾乎沒有一條完整的自然河流第3頁/共52頁保護水資源，維護陸地水域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定是人類賴以生存與發(fā)展的關(guān)鍵。第4頁/共52頁5.3.1河流生態(tài)恢復(fù)的原理與方法河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能人類對河流生態(tài)系統(tǒng)的影響河流退化的原因河流生態(tài)恢復(fù)的目標與內(nèi)容河流生態(tài)恢復(fù)的原則與方法河流生態(tài)恢復(fù)的難點第5頁/共52頁一、河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能

結(jié)構(gòu)水體生物（流線型）河岸帶泛指河水與陸地交界處的兩邊、河水影響很小的地帶。第6頁/共52頁

功能河流的功能：正面和反面河岸帶生態(tài)功能廊道功能緩沖帶功能河岸緩沖帶是指直接生長在河岸的林地、灌從或草。護岸功能第7頁/共52頁二、人類對河流生態(tài)系統(tǒng)的影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)污染河流灘地的圍墾采礦清淤、疏通河道自然河流非連續(xù)化（水庫、大壩）自然河流渠道化第8頁/共52頁渠道化表現(xiàn)平面布置上的河流形態(tài)直線化。即將蜿蜒曲折的天然河流改造成直線或折線型的人工河流或人工河網(wǎng)。河道橫斷面幾何規(guī)則化。把自然河流的復(fù)雜形狀變成梯形、矩形及弧形等規(guī)則幾何斷面。河床材料的硬質(zhì)化。第9頁/共52頁第10頁/共52頁第11頁/共52頁河流退化的主要原因：筑路和建壩、疏浚、水土侵蝕、充填、河岸放牧、農(nóng)業(yè)開發(fā)、工業(yè)點源污染、伐木、采礦、過度捕魚和生活污水的排放。產(chǎn)生的影響：河流坡、壩、堤的侵蝕；河道填塞，淤泥沉積，洪水泛濫，斷流；水流速度和流量下降，水資源短缺；水中溶解氧濃度下降，渾濁度加大，懸浮質(zhì)數(shù)量增加，營養(yǎng)（N和P）富集，水質(zhì)變差；水體生境質(zhì)量變差，生境異質(zhì)性、河流與外界的通道、生境面積及河濱河道植物均減少，水溫變幅加大；水生生物種類減少，死亡率增加，初級和次級生產(chǎn)力下降，群落結(jié)構(gòu)和功能改變，物種多樣性和豐富度下降。三、河流退化的原因第12頁/共52頁四、河流生態(tài)恢復(fù)的目標和內(nèi)容生態(tài)恢復(fù)的目標完全復(fù)原使生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能完全恢復(fù)到干擾前的狀態(tài)

A、首先是河流地貌學意義上的恢復(fù)，這就意味著拆除大壩和大部分人工設(shè)施以及恢復(fù)原有的河流蜿蜒性形態(tài)。

B、然后，在物理系統(tǒng)恢復(fù)的基礎(chǔ)上促進生物系統(tǒng)的恢復(fù)。

河流的恢復(fù)：除水質(zhì)、水生生物的恢復(fù)外，還要實現(xiàn)河岸帶的恢復(fù)。主要在于重建林草植被，恢復(fù)濕地景觀和生境。第13頁/共52頁第14頁/共52頁第15頁/共52頁修復(fù)部分地返回到生態(tài)系統(tǒng)受到干擾前的結(jié)構(gòu)和功能。增強環(huán)境質(zhì)量有一定程度的改善。創(chuàng)造開發(fā)一個原來不存在的新的河流生態(tài)系統(tǒng)，形成新的河流地貌和河流生物群落。第16頁/共52頁自然化

通過河流地貌及生態(tài)多樣性的恢復(fù)，達到建設(shè)一個具有河流地貌多樣性和生物群落多樣性的動態(tài)穩(wěn)定的、可以自我調(diào)節(jié)的河流系統(tǒng)?！白匀换钡某霭l(fā)點是，由于人類對于水資源的長期開發(fā)利用，已經(jīng)形成了一個新的河流生態(tài)系統(tǒng)，而這個系統(tǒng)與原始的自然動態(tài)生態(tài)系統(tǒng)是不一致的。在承認人類對于水資源利用的必要性同時，強調(diào)要保護自然環(huán)境質(zhì)量。第17頁/共52頁河流生態(tài)恢復(fù)的內(nèi)容河道整治的恢復(fù)選擇河道整治線時，應(yīng)考慮整治區(qū)域是否有重要的生物棲息地，是否需要保留原有大型深潭的彎道。采取措施保護現(xiàn)存河畔林及瀕臨滅絕物種。確定灘地高程時，應(yīng)考慮洪水脈沖頻率及水深選擇河床坡降時，要考慮其對河流沖淤的影響第18頁/共52頁河口地區(qū)的恢復(fù)由于河床疏挖造成鹽水上溯，使魚類產(chǎn)卵場減少，并對鹽沼產(chǎn)生影響。河漫灘、河岸帶的恢復(fù)已被開發(fā)利用，甚至消失。濕地的恢復(fù)第19頁/共52頁五、河流生態(tài)恢復(fù)的原則生態(tài)學原則遵循流域生態(tài)學理論（河流連續(xù)體理論、洪水脈沖理論、河流水系統(tǒng)理論）。在生態(tài)系統(tǒng)層次上進行恢復(fù)。模仿自然的最經(jīng)濟最有效措施，讓河流實現(xiàn)其價值。第20頁/共52頁多目標兼顧原則生態(tài)功能和社會需要相結(jié)合。資源保護原則保護兩岸現(xiàn)有水系、濕地、漫灘以及河岸帶等資源。景觀設(shè)計生態(tài)原則保持河流的自然地貌特征和水文特征，保護生物多樣性，增加景觀異質(zhì)性。第21頁/共52頁尊重自然、美學原則恢復(fù)過程中，要在滿足防洪的前提下，保留原河道的自然線形，運用自然材料和軟式工程，強調(diào)植物造景，不主張完全人工化。更要避免截彎取直，防止留有大量的生硬的人工雕琢痕跡?？衫m(xù)發(fā)展原則恢復(fù)自然水體和沖積機制恢復(fù)自然河流形態(tài)恢復(fù)自然河岸帶植物群落恢復(fù)鄉(xiāng)士的水生動、植物第22頁/共52頁六、河流生態(tài)恢復(fù)的方法非構(gòu)造性方法（non-structuraltechniques)有計劃地閑置一些可自然恢復(fù)的河道與集水區(qū)，并實施有關(guān)水管理政策，以減小對自然水循環(huán)與沉積物頻繁變換的影響。制定和完善有關(guān)河漫或廊道管理政策，以限制牲畜進入河道。第23頁/共52頁改善網(wǎng)絡(luò)連通性通過增加河漫灘洪水脈沖的持久性來改善河流側(cè)向的連通性，從而實現(xiàn)河流的生態(tài)效益。內(nèi)溪流快速恢復(fù)措施工程措施采用流量導(dǎo)向板與小型水壩、脊或者風向標，進行基地恢復(fù)與水潭-淺灘重建。設(shè)置魚巢等第24頁/共52頁地貌重建在某一河段構(gòu)建新的地貌。第25頁/共52頁今后河流生態(tài)恢復(fù)與重建需要注意的問題保護現(xiàn)存的河流自然過程淹沒漫灘、轉(zhuǎn)運沉積物以及驅(qū)動河道變遷恢復(fù)可被恢復(fù)的河流自然過程恢復(fù)河流干擾前的水文、地理和沉積轉(zhuǎn)運過程保護現(xiàn)存自然生境利用恢復(fù)項目重建自然生境。第26頁/共52頁5.3.2湖泊的生態(tài)恢復(fù)原理與方法淡水湖是許多地區(qū)最重要的水資源。飲用水灌溉景觀用水水源娛樂場所第27頁/共52頁一、湖泊結(jié)構(gòu)及人類的影響

結(jié)構(gòu)沿岸帶湖沼帶深水帶底棲帶第28頁/共52頁

人類影響湖泊富營養(yǎng)化是指N、P等營養(yǎng)物質(zhì)大量進入水體，浮游植物占優(yōu)勢而導(dǎo)致水生生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)破壞和功能異化的過程水體溶解氧下降透明度降低水質(zhì)惡化魚類及其它生物大量死亡水過度利用咸海因農(nóng)田灌溉導(dǎo)致水位下降9m。美國Mono湖也因水過度利用而使湖面面積縮減了1/3第29頁/共52頁二、湖泊恢復(fù)的基本原理

湖泊反饋機制湖泊營養(yǎng)負荷達到某臨界點時，湖泊會突然躍遷到渾濁狀態(tài)。但在營養(yǎng)負荷累積初期，湖泊內(nèi)存在躍遷阻力。這些阻力就是系統(tǒng)內(nèi)反饋機制作用的結(jié)果。第30頁/共52頁

優(yōu)勢大型植物緩沖機制固定營養(yǎng)物能力強。沉水植物的增加會減少沉積物的再懸浮，減少再懸浮過程中所釋放的營養(yǎng)物。促進脫氧，減少湖中N含量。沉水植物的遮蔽，影響浮游植物的光合作用，從而減少浮游植物的數(shù)量。沉水植物通過對魚類群落結(jié)構(gòu)的影響，從而減少沉積物的再懸浮。大型沉水植物釋放的化學物質(zhì)可以抑制浮游植物的生長。第31頁/共52頁

化學作用機制湖底沉積物在營養(yǎng)負荷高時聚集了大量的P，形成了一個營養(yǎng)庫，這些P可通過化學作用不斷釋放。因此，當湖泊總P負荷已降到足夠低時，富營養(yǎng)化狀態(tài)將得到改善。第32頁/共52頁

生物作用機制生物間的相互作用會影響湖泊P負荷及其物理化學性質(zhì)。肉食性浮游魚類和底棲魚類的作用食草性水鳥的取食作用第33頁/共52頁三、湖泊恢復(fù)的生態(tài)調(diào)控目的：降低湖泊內(nèi)的營養(yǎng)負荷，控制過量藻類的生長。第34頁/共52頁

物理化學措施削減淺水湖的沉積物采用鋁鹽及鐵鹽離子對分層湖泊沉積物進行化學處理向深水湖底層充氧或氮第35頁/共52頁

水位調(diào)控措施改善水鳥的生境，促進魚類活動，改善水質(zhì)?？刂茡p害性植物生長，為營養(yǎng)豐富的渾濁湖向清水狀態(tài)轉(zhuǎn)變創(chuàng)造條件。第36頁/共52頁

水流調(diào)控措施水流影響湖泊營養(yǎng)供給、水體滯留時間，從而影響湖泊生產(chǎn)力和水質(zhì)。水體滯留時間短（10天以內(nèi)），藻類不可能積累水體滯留時間適當時，既能大量提供植物營養(yǎng)物，又有足夠時間供藻類吸收營養(yǎng)物，促進其生長和積累營養(yǎng)物輸入,水體滯留時間常用來預(yù)測湖泊水質(zhì)狀況措施：控制水體滯留時間、換水、增加水體沖刷等第37頁/共52頁

生物操縱與魚類管理Bio-manipulation:通過去除食浮游生物者或添加食魚動物降低食浮游生物魚類的數(shù)量，使浮游動物的體型增大，生物量增加，從而提高浮游動物對浮游植物的攝食效率，降低浮游植物的數(shù)量。Czech實驗室用削減魚類密度來改善水質(zhì)、增加水體透明度。Drenner&Hambright(1999)認為，生物管理成功例子大多是在25hm2以下及深度3m以下的湖泊中實現(xiàn)的。不過，在更深、分層、面積超過1km2的湖中也取得過成功。第38頁/共52頁成功事例：明尼蘇達州的Christina湖瑞士Finjasjon湖（12km2)：通過挖掘沉積物實現(xiàn)魚類的大量削減。芬蘭Vesijarvi湖魚類的大量削減。第39頁/共52頁

大型水生植物的保護和移植圍欄保護植物或種子的移植第40頁/共52頁

適當控制大型沉水植物的生長收割水位下降引入食草鯉科魚引入食草昆蟲妨礙船的航行降低垂釣等娛樂價值第41頁/共52頁

蚌類與湖泊的恢復(fù)蚌類是湖泊中有效的濾食者。大型蚌類有時能夠在1.5-3天內(nèi)將整個湖泊的水過濾一次。但目前還沒得到重視。渾濁的湖泊中蚌常常會消失。第42頁/共52頁四、溫帶富營養(yǎng)化湖泊生態(tài)調(diào)控過程現(xiàn)狀測定N，P負荷，PH控制污染源減少外部P輸入點富營養(yǎng)化治理淺水湖TP超過0.25mg/L，深水湖超過0.05mg/L，僅通過生物管理不一定能達到治理效果。應(yīng)采用物理化學方法，如沉積物削減，用鐵鹽鋁鹽處理第43頁/共52頁五、湖泊“生物操縱”管理措施確定湖泊魚類削減量在一些成功例子中,削減量至少為湖泊生物量的70-80%。一般而言，削減目標是使湖中的生物量達到5kg/hm2，如果湖中留下的魚未成熟，目標量需進一步減小。魚群生物量B與TP呈指數(shù)關(guān)系B=2.17TP0.78(Hanson&Legett,1982)B=9.42TP0.62(丹麥，所有魚類）B=1.46TP0.93（丹麥，植食型底棲魚類）第44頁/共52頁魚類管理的技術(shù)與策略了解各魚類的生物學和生態(tài)學特性。加強對幼年魚類的控制和評價。采用主動工具捕獲被動魚群（聚集地）。采用被動工具捕獲主動魚群（遷移魚群）。削減魚類主要依靠當?shù)厥苡?xùn)居民。第45頁/共52頁采用圍網(wǎng)或袋網(wǎng)捕魚比刺網(wǎng)費用低。小湖比大湖費用高。一些便宜工具，如漁網(wǎng)、長袋網(wǎng)和當?shù)貪O民發(fā)明的工具也很適用。第46頁/共52頁我國問題:湖泊面積縮小和破壞問題對策:控制污染、退田還湖

1.當初人們?yōu)槭裁匆獓焯铮?/p>

主要原因：我國歷來人多地少，在“以糧為綱”的年代，圍湖造田，種植農(nóng)作物，以生產(chǎn)更多的糧食；片面強調(diào)經(jīng)濟發(fā)展，沒有認識到湖泊的巨大生態(tài)調(diào)節(jié)功能也是重要原因。2.為什么說“退耕還湖”是一項巨大的系統(tǒng)工程？實施這一工程面臨的主要困難是什么？

退耕還湖不僅包括退耕地為湖區(qū)，還包括退耕后湖區(qū)上游以及湖區(qū)周圍的生態(tài)環(huán)境保護工作；更重要的是原耕地上居民的遷移，要解決遷出居民的生活和就業(yè)等問題，這是退耕還湖工程的主要困難。3.地處湖區(qū)上游的人們對濕地恢復(fù)生態(tài)工程負有什么責任？

保護環(huán)境，減少水土流失和水污染。例如,減少工廠、生活污水往水體中的排放，農(nóng)田中減少化肥和農(nóng)藥的施用量等。第47頁/共52頁

六、水生生態(tài)系統(tǒng)恢