受损生态系统的修复完整版资料课件

第九章受损生态系统的修复第九章受损生态系统的修复12024/8/32第一节第一节 生态系统的恢复生态系统的恢复1、生态修复、生态修复（恢复）概念恢复）概念2、恢复生态学发展简史、恢复生态学发展简史2023/7/262第一节 生态系统的恢复1、生态修复（恢复22024/8/331、生态修复、生态修复（恢复）概念恢复）概念 生态修复研究标志：受损生态系统的恢复过程(Cairns主编,1980)。相关概念有生态恢复生态恢复、生态修生态修复复、生态重建生态重建、生态改建生态改建、生态改良生态改良等，都具有“恢复和发展”的内涵，即使原来受到干扰或者损害的系统恢复后使其可持续发展，并为人类持续利用。1）生态恢复）生态恢复（Restoration）-指对受到干扰、破坏的生态环境修复使其尽可能恢复到原来的状态。恢复生态学恢复生态学-研究生态系统退化原因、退化生态系统恢复与重建的技术和方法及其生态学过程和机理的学科。2023/7/2631、生态修复（恢复）概念 32024/8/342）生态复原）生态复原（Ecological Rehabilitation）-指利用外界力量受损生态系统得到恢复、重建和改进，确保该生态系统的稳定，并与周围环境的景观一致。3）生态重建）生态重建(Ecological Reconstruction）-通过外界力量使完全受损的生态系统恢复到原初状态。4）生态改建）生态改建(Ecological Renewal）-通过外界力的力量使部分受损的生态系统进行改善，增加人类所期望的人工特点，减少人类不希望的自然特点。5）生态改良）生态改良（Ecological Reclamation）-指将被干扰和破坏的生境恢复到使它原来定居的物种能够重新定居，或者使原来物种相似的物种能够定居。2023/7/2642）生态复原（Ecological Re42024/8/35目前学术上比较用多的是“生态恢复”和“生态修复”。生态恢复的称谓主要应用在欧美国家，在我国也有应用，而生态修复的叫法主要应用在日本和我国。生态修复生态修复-指停止对生态系统人为干扰，依靠生态系统自我恢复能力（生态系统的自我调节能力与自组织能力），辅以人工措施（物理化学与工程技术），使遭到破坏的生态系统逐步恢复或向良性循环方向发展，向有序方向演化。有目的地采取摹写措施，使受到损害的生态系统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、系统趋于稳定的目标。2023/7/265目前学术上比较用多的是“生态恢复”和“生5生态修复任务：2024/8/361）两大任务：（1）消除污染；（2）生态重建。修复修复奠基奠基恢复恢复生态生态消除消除污染污染暂时暂时固定固定不利生态不利生态生态系统生态系统生态环境生态环境生态修复任务：2023/7/2661）两大任务：（1）消除污62、生态修复与其他修复、生态修复与其他修复2024/8/37污染修复污染修复物理物理修复修复化学化学修复修复微生物微生物修复修复植物植物修复修复消除污染物生态修复生态修复恢复生恢复生态系统态系统2、生态修复与其他修复2023/7/267污染修复物理修复化72024/8/38微生物微生物修复修复微生物微生物修复修复化学化学修复修复物理物理修复修复微生物微生物修复修复微生物微生物修复修复生态生态修复修复生态修复方法生态修复方法2023/7/268微生物修复微生物修复化学修复物理修复微生82024/8/393、恢复生态学发展简史、恢复生态学发展简史1）国际恢复生态学研究概况国际恢复生态学研究概况恢复生态学研究可追溯到20世纪20年代;1973.3，召开题为“受损生态系统的恢复”国际会议，第一次专门系统地讨论生态系统恢复重建等生态学问题;1985年，Aber和Jordan首次提出恢复生态学科学术语;1996年美国召开恢复生态学国际会议-研究、实践新时期。2）我国恢复生态学研究进展我国恢复生态学研究进展20世纪世纪50年代末年代末，注意资源不合理利用产生生态环境问题；80年代后年代后，生态退化、环境污染等问题困扰我国农业持续发展，最初最初是以土地退化问题为主，土地退化问题为主，主要针对水土流失、风蚀沙化、草场退化及盐渍化对农林牧业的危害而进行。2023/7/2693、恢复生态学发展简史1）国际恢复生态92024/8/310第二节、生态修复技术第二节、生态修复技术一、生态工程技术一、生态工程技术-资源利用、减少排放资源利用、减少排放二、微生物生态修复技术二、微生物生态修复技术三、植物生态修复修复技术三、植物生态修复修复技术四、物理生态修复修复技术四、物理生态修复修复技术五、化学生态修复修复技术五、化学生态修复修复技术污染消除污染消除重建生态重建生态2023/7/2610第二节、生态修复技术一、生态工程技术-102024/8/311一、生态工程技术一、生态工程技术1、生态工程定义、生态工程定义生态工程生态工程：（马世骏先生1979年首先倡导）：是应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理、结合系统工程的最优化方法，设计的分层多级利用物质的生产工艺系统。目标：目标：在促进自然界良性循环的前提下，充分发挥物质的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益与生态效益同步发展。2023/7/2611一、生态工程技术1、生态工程定义112、生态工程设计生态学理论依据、生态工程设计生态学理论依据物种共生原理：生态位原理食物链原理：物种多样性原理物种耐性原理：景观生态学原理限制因子原理 生态因子综合性原理2024/8/3122、生态工程设计生态学理论依据物种共生原理：2023/7122024/8/313二）生二）生态工程所遵循的基本原理工程所遵循的基本原理1 1、物物质循循环再生原理再生原理 没有物质循环的系统，就会产生废弃物，生成环境污染，并最终影响到系统的稳定与发展。无废弃物农业无废弃物农业是我国古代传统农业的辉煌成就之一，是我国古代传统农业的辉煌成就之一，也是生态工程最早和最生动的一种模式。也是生态工程最早和最生动的一种模式。2 2、物种多、物种多样性原理性原理 物种越丰富，生态系统的抵抗力稳定性越高，物种越丰富，生态系统的抵抗力稳定性越高，为什么樟子松林的松毛虫会肆虐，几十亿株杨树会为什么樟子松林的松毛虫会肆虐，几十亿株杨树会毁于一旦？毁于一旦？纯林的生物多样性低，食物链短而单调，缺少松毛虫、天牛的天敌。2023/7/2613二）生态工程所遵循的基本原理1、物质循132024/8/3142023/7/2614142024/8/3153 3、协调与平衡原理与平衡原理-需要考虑环境承载力即环境容纳量需要考虑环境承载力即环境容纳量4、整体性原理、整体性原理整体指社会整体指社会-经济经济-自然复合成的巨大系统自然复合成的巨大系统2023/7/26153、协调与平衡原理4、整体性原理152024/8/3165 5、系、系统学和工程学原理学和工程学原理（1 1）系）系统的的结构决定功能原理构决定功能原理垂直结构两层、多层的群落，其生态功能是否相同？（2 2）系）系统整体性原理整体性原理 系统各组分间要有适当的比例关系，才能顺利完成能量、物质、信息等的转换和流通，并实现总体功能大于各部分之和的效果，“1+12”1+12”。（3 3）工程学原理）工程学原理 工程可研论证、工程设计、工程施工、工程运行与维护。2023/7/26165、系统学和工程学原理（1）系统的结构162024/8/3172023/7/2617172024/8/3182023/7/2618182024/8/319三）生态工程的应用三）生态工程的应用 目前10项最活跃的生态工程：1.生物多样性保护和持续利用工程2.生物物质循环利用生态工程；3.废弃水分散治理、系统回用生态工程；4.废弃地生态恢复工程；5.清洁能源系统开发组合利用工程；6.生态复合肥料工程；7.绿色化学工程；8.绿色食品工程；9.生态交通工程；10.生态住宅及生态城镇建设工程；2023/7/2619三）生态工程的应用 目前10项最192024/8/320生态工程技术在环境保护中应用我国环境环保生态工程类型有：无废（或少废）工艺系统，主要用于内环境治理；分层多级利用废料生态工程，使生态系统中的每一级生产废物变为另一级生产过程原料，使废料被充分利用；复合生态系统内废物循环，如桑基鱼塘生态工程；污水自净与利用生态系统；城乡（或工、农、牧、渔、副）结合生态工程都是在一定区域内，应用生态工程理论与技术来分层、多级利用废料实现生态、经济效益的良好协调统一。2023/7/2620生态工程技术在环境保护中应用我国环境环202024/8/321四）关注生四）关注生态工程建工程建设资料分析一：资料分析一：1.导致导致1998年长江洪水泛滥的主要原因是什么？年长江洪水泛滥的主要原因是什么？根本原因根本原因：长江上游乱砍江上游乱砍滥伐森林，水源涵养和伐森林，水源涵养和水土保持功能急水土保持功能急剧降低，造成大量泥沙淤降低，造成大量泥沙淤积河道；河道；中游中游围湖造田、乱占河道，造成具有蓄洪作用的湖造田、乱占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊面湖泊面积急急剧减少。减少。直接原因直接原因：1998年度的罕年度的罕见降雨。但降雨。但这也与全也与全球温室气体排放量增加而球温室气体排放量增加而导致的温度升高、气致的温度升高、气候异常有关。候异常有关。2023/7/2621四）关注生态工程建设资料分析一：1.导212024/8/322解决解决长江洪水泛江洪水泛滥的措施有：的措施有：以生物措施以生物措施为主，主，结合工程措施，提高森林覆盖率；合工程措施，提高森林覆盖率；“退耕退耕还湖湖”和改革不合和改革不合理耕作方式等。理耕作方式等。2.洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问题？洪灾的发生反映出经济发展模式存在什么问题？传统的经济发展模式不注重生态环境的保护，没有考虑生态成本，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。在进行生态工程建设时，要考虑到怎样解决农村（尤其是湖区或山区的迁出人员）的能源来源问题以及如何提高农民的经济收入。2023/7/2622解决长江洪水泛滥的措施有：以生物措施为222024/8/3232023/7/2623232024/8/3242、技术路线 建立互利共生网络建立互利共生网络-控制系统内部结构与功能，优化组合，充分利用原料、副产品、时间与空间，发挥物质生产的潜能，提高生态系统的综合效益。稻田养鱼。延长食物链延长食物链 生生产环-将非经济产品或废物转变成经济产品。如有机废水进行无土栽培，种植花卉。增益增益环-增加或扩大生产环效益。有机废水养殖浮萍，作为农田肥料，增加产量。减耗减耗环-减少食物网中的对人无用反而会过度消耗上一级营养的环节。如农田害虫、老鼠等。复合复合环-上面三种的组合。如：鱼塘养鸭。2023/7/26242、技术路线241）两大任务：（1）消除污染；直接原因：1998年度的罕见降雨。只是物理修复，不是生态修复的方法有：80年代后，生态退化、环境污染等问题困扰我国农业持续发展，最初是以土地退化问题为主，主要针对水土流失、风蚀沙化、草场退化及盐渍化对农林牧业的危害而进行。生态工程技术在环境保护中应用对生态因子有直接影响：生物扩增还涉及将非土著微生物引人到污染场所，投入已具有降解能力或适应所在地污染物的优势菌种。生物刺激（biostimulation)，满足土著微生物生长所必需环境条件，诸如提供电子受体、供体、氧以及营养物等：生态工程技术在环境保护中应用复合环-上面三种的组合。二）生态工程所遵循的基本原理“退耕还湖”和改革不合理耕作方式等。桑树、桑橙树和苹果树被人们用来刺激能降解导致1998年长江洪水泛滥的主要原因是什么？“退耕还湖”和改革不合理耕作方式等。工程可研论证、工程设计、工程施工、工程运行与维护。2024/8/325生态工程特点生态工程特点主要涉及行业：矿山开发（露天和井工开采）：铁路、公路、管线项目：水利设施建设（水库、水电站）：农牧业开发：其它：固废处置、生物能源转化等：主要特点：非污染型：动用土地面积大：对生态因子有直接影响：1）两大任务：（1）消除污染；2023/7/2625生态工程252024/8/326生态治理工程的主要内容生态治理工程的主要内容景观修复：土地复垦：植被恢复：植被恢复：生态系统平衡：生物多样性维持：生态系统安全：2023/7/2626生态治理工程的主要内容景观修复：262024/8/327二、微生物生态修复技术二、微生物生态修复技术污染物去污染物去除方法除方法转移介质 环境中（污染物）积累转移降解固定转化污染源无害化无害化无机化无机化挥发挥发植物植物物理物理化学化学生物生物2023/7/2627二、微生物生态修复技术污染物去除方法转272024/8/3281、生物修复的概念、生物修复的概念生物修复生物修复(bioremediation)-指利用生物（特别是微生物），将土壤、地下水和海洋等环境中的有毒、有害污染物降解为CO2和H2O，或转化为无害物质，从而使污染生态环境修复为正常生态环境的工程技术体系工程技术体系。工程化生物修复，采用下列手段来加强修复的速度：生物刺激（生物刺激（biostimulation)，满足土著微生物生长所必需环境条件，诸如提供电子受体、供体、氧以及营养物等：菌群扩增菌群扩增（bioaugmentation）通过各种手段，增加降解环境污染物的微生物数量。2023/7/26281、生物修复的概念282024/8/3292、生物修复的类型、生物修复的类型1）原位生物修复（）原位生物修复（in situ bioremediation)-不需要移动污染物而进行的生物。（1）生物扩增生物扩增(bioaugmentation)菌株-在添加营养物条件下，用土著或接种菌降解环境中的有机污染物。生物扩增还涉及将非土著微生物引人到污染场所，投入已具有降解能力或适应所在地污染物的优势菌种。（2）培养法培养法-向污染生境中添加外源生物活性物质，N、P、02、NO3-、SO42-、表面活性剂等，大大促进生物修复。已开发出的亲油肥料，含有N、P营养与易降解的碳源，即使在寒冷气候下，烃降解菌数量也大增。（3）生物通气法生物通气法（bioventing)。2023/7/26292、生物修复的类型1）原位生物修复（i292024/8/330图图12-1 生物注气法修复工作原理示意图生物注气法修复工作原理示意图2023/7/2630302024/8/3312）易位生物修复）易位生物修复(ex situ bioremediation)污染的土壤从污染环境挖出，通过采用固相法或泥浆反应器泥浆反应器处理。此法主要适应污染程度较高时，单纯采用原位生物修复往往达不到预定的要求采用。2023/7/26312）易位生物修复(ex situ bi312024/8/332三、植物修复技术 定义：定义：植物修复技术是以植物忍耐和超量积累某种或某些污染物的理论为基础，利用植物及其共存微生物体系清除环境中的污染物的一门环境污染治理技术。技术方法：技术方法：1）利用植物固定或修复重金属污染土壤；2）利用植物净化水体和空气；3）利用植物清除放射性核素；4）利用植物及其根际微生物共存体系净化有机污染物。2023/7/2632三、植物修复技术 定义：植物修复技术是322024/8/3331、植物修复技术的类型植物萃取技术植物萃取技术 指植物将土壤中的金属萃取出来，富集并搬运到植物根部可收割部分和植物地上纸条部位的技术。如：芸苔属植物、油菜、工业用大麻，可超量富集砷砷。2023/7/26331、植物修复技术的类型如：芸苔属植物、33 植物根际过滤技术植物根际过滤技术指利用植物发达丰富的根系从污水、土壤中吸收、沉淀和富集有毒重金属的技术。2024/8/334如：向日葵及各种水生植物如宽叶香蒲等。植物根际过滤技术指利用植物发达丰富的根系从污水、土壤中吸34植物固定技术植物固定技术指利用植物吸附降低金属活性，减少重金属被淋洗到地下或通过空气载体扩散进一步污染环境的可能性的技术。2024/8/335植物固定技术指利用植物吸附降低金属活性，减少重金属被淋洗到352024/8/336植物刺激技术植物刺激技术（植物辅助生物修复技术）指通过根圈范围内植物的活动刺激微生物的生物降解的植物修复过程。桑树、桑橙树和苹果树被人们用来刺激能降解多氯联苯（PCB）和多环芬烃（PAH）的微生物生长。2023/7/2636植物刺激技术（植物辅助生物修复技术）36植物转化技术植物转化技术指通过植物新陈代谢作用降解与转化环境污染物的技术。2024/8/337应用领域应用领域：石化产品污染地和贮藏地、武器弹药废弃物、燃料溢出物、氯化溶剂、垃圾掩埋淋滤物、农用杀虫剂和化肥等。植物转化技术指通过植物新陈代谢作用降解与转化环境污染物的技372024/8/338环境中重金属的去除环境中重金属的去除 植物固定、植物转化、萃取等是去除环境中金属离子的有效技术。2、植物修复技术的应用、植物修复技术的应用环境中有机物的去除环境中有机物的去除 通过植物萃取、转化和辅助修复等技术，可去除环境中的有机污染物。环境中放射性核素的去除环境中放射性核素的去除【日本拟测试向日葵吸收土壤中的铯净化核辐射】2023/7/2638环境中重金属的去除2、植物修复技术的38四、物理生态修复技术四、物理生态修复技术1、定义 根据物理学原理，使环境中污染物部分或彻底去除或转化为无害形式的环境工程技术方法环境工程技术方法。2、主要物理生态修复技术 1）蒸汽浸提修复技术-在污染介质中引入清洁空气产生驱动力，将污染物转化为气态形式排出污染介质中。主要用于高挥发性化学污染的土地修复中。2024/8/339四、物理生态修复技术1、定义2023/7/263939（1）原位蒸汽浸提2024/8/340高压泵尾气处理排放污染土壤含水土壤真空泵（1）原位蒸汽浸提2023/7/2640高压泵尾气排放污染含40（2）异位蒸汽浸提技术、两相、多相浸提技术；辅助：压裂技术-压裂土壤或岩石，为有机污染物提供通道，有助它们浸提去除。2）热力学修复技术 （1）定义定义-利用热力学的方法对利用热力学的方法对污染物、介质进行加热，加快污染物蒸发速度的修复技术。2024/8/341名称名称低温原位低温原位高温原位高温原位电磁波原位电磁波原位条件条件100100特点特点尾气收集与处理尾气收集与处理大于15效果降低（2）异位蒸汽浸提技术、两相、多相浸提技术；辅助：压裂技术-41高温原位加热修复技术（1）定义定义-为了提高污染物的浸提效果，对污染物进行加温提高其蒸发速度的修复技术。（2）处理对象：处理对象：半挥发性有机物、多氯联苯（PCBs)及密度较高的非水溶性有机物。（3）具体技术：具体技术：A）采用加热地毯对地表进行加热（小于1m);B）打出加热井，在井中安装加热器进行加热。2024/8/342高温原位加热修复技术（1）定义-为了提高污染物的浸提422）热解吸修复技术热解吸修复技术（1）定义定义-通过热交换的方法将污染介质及其所含有机污染物加热到一定的温度(150-650)后，从介质中分离出来的方法。传递介质：空气、惰性气体等。（2）处理对象：处理对象：挥性性、半挥发性有机物、高密度有机物。如PCBs、多环芳烃PAHs、二噁英等。（3）具体技术：具体技术：A）直接接触技术：旋转干燥机直接加热污染介质；B）间接接触：解析+浓缩成液体+处理。C）执空气浸提以异位热解技术：堆土+热提+燃烧。2024/8/3432）热解吸修复技术（1）定义-通过热交换的方法将污43只是物理修复，不是生态修复的方法有：1）固化稳定化技术；2）玻璃化技术；3）隔离包埋技术；4）冰冻修复技术等。2024/8/344只是物理修复，不是生态修复的方法有：2023/7/264444五、化学生态修复技术五、化学生态修复技术1、定义定义 在污染的环境介质中加入化学修复剂与污染物发生化学反应而使污染物降解或无害化的修复技术。2、主要方法主要方法2024/8/345化学淋化学淋洗洗溶剂浸溶剂浸提提化学氧化学氧化化化学还化学还原原电化学电化学原位活性原位活性反应墙反应墙淋洗+分离+污水处理污染物浸提+处理氧化剂：H2O2、O3还原降低可溶性电泳、电迁移、电渗析吸附作用重金属、易挥发卤代物PCBs、PAHs油类、农药农药、PCBs脱氯无机物地下水污染五、化学生态修复技术1、定义2023/7/2645化学淋洗溶452024/8/346活性反应墙地面地面污染地下水净化地下水2023/7/2646活性反应墙地面污染地下水净化地下水46受损生态系统的修复完整版资料课件47