淡水湖泊生态系统退化驱动因子及修复技术研究进展

目前我国多数淡水湖泊污染、退化问题非常严重,诸多修复技术也已初见成效。影响淡水湖泊生态系统退化的驱动因子众多,既有生物因素也有非生物因素,它们之间相互联系,相互作用,且作用机理错综复杂。首先介绍了淡水湖泊生态系统退化的含义及形式;其次,分析、总结了淡水湖泊生态系统退化的驱动因子,从退化的生态学完整性意义和退化修复的技术手段上看,淡水湖泊生态系统主要受物理、化学和生物三大驱动因子影响,且基本遵循"环境变化-驱动力-压力(阈值)-状态-响应"原理;再次,在厘清湖泊生态系统退化驱动原理的基础上,从淡水湖泊生态系统功能模块和湖泊生态系统修复实践经验总结的角度出发,构建了淡水湖泊生态系统修复模块技术体系,并就湖泊富营养化和湖滨湿地生态系统退化修复的技术进行了讨论和对比;最后,对淡水湖泊生态系统修复的环境变化驱动因子的作用机制、作用途径和修复技术的长效机制等方面进行了展望。     

湖泊生态恢复的基本原理与实现

当前我国湖泊污染及富营养化问题非常严重。湖泊治理的一个有效途径就是恢复水生植物,通过草型湖泊生态系统的培植来达到控制富营养化和净化水质的目的。但是,迄今为止,只有在局部水域或滨岸地区获得成功,恢复的水生植物主要是挺水植物或漂浮植物。鲜有全湖性的水生植物恢复和生态修复成功的例子。原因是对湖泊生态系统退化及其修复的机理了解甚少。实际上,环境条件不同决定了生态系统类型的不同,只有通过环境条件的改变才能实现生态系统的转变。利用草型湖泊生态系统来净化水质,其实质是利用生态系统对环境条件的反馈机制。但是,这种反馈无法从根本上改变其环境条件,因此其作用是有限的,不宜过分夸大。以往许多湖泊生态修复的工作之所以鲜有成功的例子,原因就是过于注重水生植物种植本身,而忽视了水生植物生长所需的环境条件的分析和改善。实施以水生植物恢复为核心的生态修复需要一定的前提条件。就富营养化湖泊生态恢复而言,这些环境条件包括氮磷浓度不能太高,富含有机质的沉积物应该去除,风浪不能太大以免对水生植物造成机械损伤,水深不能太深以免影响水生植物光合作用,鱼类种群结构应以食肉性鱼为主等等。因此,在湖泊污染很重或者氮磷负荷很高的情况下,寻求以沉水植物为核心的湖泊生态恢复来改善水质是不切实际的。为此,提出湖泊治理应该遵循先控源截污、后生态恢复,即先改善基础环境,后实施生态恢复的战略路线。     

人为干扰对滇池湖滨区湿地高等植物种类组成的影响

引种高等植物构建半自然湿地生态系统,是修复遭受严重污染和破坏的湖泊湿地的重要方法之一.以2011-2012年滇池湖滨区26个样点128个样方的调查数据为基础,结合1960-1970年的研究资料,探讨了人为活动对滇池湖滨区高等植物种类的影响.结果表明: 2012年在滇池湖滨区共发现湿地高等植物88科299种,其中本土植物181种,外来植物118种(包括32种入侵物种);在42种水生植物中,13种为外来植物(包括2种入侵物种).与1960-1970年资料相比,新记录植物232种、已消失植物43种.其中,沉水植物、漂浮植物和浮叶植物分别减少了2种、2种和5种,挺水植物增加了8种.目前共有14个植物群落类型,新出现了以大薸、喜旱莲子草等外来植物为优势种的群落类型,而以海菜花、苦草等本土植物为优势种的植物群落已消失.在引种高等植物修复退化湖泊湿地时,应科学合理地选配植物物种,以免人工引发湿地退化.     

滇西北高原入湖河口退化湿地生态修复效益分析

选取滇西北高原典型退化湿地剑湖,对入湖河流永丰河入湖河口退化湿地进行的生态修复措施及其效益进行研究,评估其恢复效果,为高原退化湿地的修复和污染湖泊的治理提供依据。研究地修复2a后,入湖河口湿地景观格局得到较大改善,空间结构得到优化配置;水质状况明显改善,水体透明度提高101%,水体中总氮(TN)、氨氮(NH+4-N)、硝氮(NO-3-N)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)的含量较恢复前明显下降,去除率分别达到62.5%、89.3%、62.5%、91.7%、68.0%,这一水质降解结果表明:基底修复促进了入湖河口水文状况的改善,而依据植物对不同浓度污水的适应状况进行多生活型、多种类的植物配置,并适当增加沉水植物比例,有效发挥了植物的净化作用,但不同湿地植物群落之间净化效果存在差异,显示了植物对氮磷的喜好程度和植物间的互作关系,而相同植物群落在不同浓度污水条件下的表现同样存在差异。因此,污染水体的治理必须选择性利用适合不同污水浓度的水生植物进行合理的群落配置,同时,根据水质变化及时对植物进行适应性调整,有利于植物的生长和湿地生态系统的稳定,以及湿地生态系统结构和功能的恢复。该退化湿地修复后,每年可产生以净化功能效益为主的生态系统服务功能价值185万元,以水源涵养和生物多样性保育、生态旅游等的生态系统服务功能价值32.7万元,以及以生态农业系统为主的市场价值270万元,呈现了较好的经济、社会效益和生态效益价值。     

国内外湿地生态系统研究进展

湿地生态系统具有重要的生态功能和社会经济价值。由于诸多因素的影响,目前全球范围内相当一部分湿地生态系统已经丧失或正在遭受不同程度的威胁,湿地生态系统已经成为近年来相关领域研究的热点之一。近年来,国内外湿地生态系统的研究主要集中在湿地生态系统生物多样性本底资料的调查、湿地生态系统的动态以及湿地生态系统胁迫因子研究、退化湿地生态系统的重建和管理,以及恢复湿地有效性的评估体系等4个方面。一些新方法、新技术也不断应用于湿地生态系统研究中。除了自然湿地外,人工湿地的构建和评价体系的建立也成为该领域研究的热点方向。影响湿地生态系统的因素涉及到自然、社会经济、文化等多个方面,加之湿地类型多样性,因此开展更为广泛的湿地生态系统结构、功能和动态的研究是十分必要的。同时,对特定区域内的湿地生态系统修复过程中的关键技术(包括物种的选择等)的研究、新方法和新手段的应用研究也应该在湿地生态系统研究中给予特别关注。     

长江中下游浅水湖泊水生植被生态恢复种的筛选与应用研究

湖泊富营养化是全球性的生态学问题。长江中下游浅水湖泊群作为我国八大湖泊群之一, 近30年来水体富营养化以及生态系统功能退化极为严重, 亟待系统性修复。水生植物生态修复技术则是面向富营养化浅水湖泊生态治理的重要技术。然而, 选择合适的水生植物恢复种来保证恢复效果以及长期的生态安全与稳定性仍是目前恢复工程中的重要且薄弱环节。结合长江中下游湖泊中水生植物的生长、分布、繁殖、来源及污染耐受性等提出了以乡土物种操控为理念适合该区域湖泊的生态恢复先锋物种建议名录, 并依据所筛选的物种特性和淡水生态学相关理论, 提出不同的优化组合方案来指导长江中下游不同类型湖泊的水生植物生态恢复。     

矿山生态恢复研究进展——基于连续三届的世界生态恢复大会报告

最近连续三届世界生态恢复大会都将矿山生态系统列为大会交流的主题之一。为了解矿山生态修复的最新进展,本文采用文献分析方法和统计分析法,全面对比了这三届大会的论文和报告,包括参会国家、主要机构、热点矿区、修复要素、矿山类型、修复技术等。在此基础上,归纳了新开发的生态修复技术,包括植被恢复、土壤修复和景观恢复等新技术;总结了当前的研究热点,主要有复垦的土壤和修复的植物之间相互作用的机理、矿山生态修复的监测新技术、本土物种保持、污染土壤修复新技术、应对全球气候变化的矿山生态修复新思维和矿山生态系统服务价值等;介绍了会议提出的新观点,如自然恢复和人工恢复选择的新标准、矿山生态恢复力新理论、新型矿山生态系统及其设计等。最后对未来研究趋势进行了预测。     

长江中下游浅水湖泊水生植被生态修复种的筛选与应用研究

湖泊富营养化是全球性的生态学问题。长江中下游浅水湖泊群作为我国八大湖泊群之一,近30年来水体富营养化以及生态系统功能退化极为严重,亟待系统性修复。水生植物生态修复技术则是面向富营养化浅水湖泊生态治理的重要技术。然而,选择合适的水生植物恢复种来保证恢复效果以及长期的生态安全与稳定性仍是目前恢复工程中的重要且薄弱环节。结合长江中下游湖泊中水生植物的生长、分布、繁殖、来源及污染耐受性等提出了以乡土物种操控为理念适合该区域湖泊的生态恢复先锋物种建议名录,并依据所筛选的物种特性和淡水生态学相关理论,提出不同的优化组合方案来指导长江中下游不同类型湖泊的水生植物生态恢复。     

生态修复过程中的若干问题——以POPs污染土壤为例

生态修复是在受污染土壤所在的区域环境条件下,以土壤生态系统自净能力为基础耦合其它修复技术,达到修复高效、安全和可靠的目的。以POPs污染土壤为例,总结了污染土壤生态修复的4个原则,分析了生态修复过程,对修复目标确立,修复过程控制,修复结果评估做了探讨。在分析耦合概念和生态修复过程的基础上,认为修复技术的耦合过程是生态修复的关键,总结了生态修复中的耦合原则、耦合策略和耦合方式。展望了生态修复的发展趋势和研究方向。     

大堤型湖滨带生态系统健康状态驱动因子——以太湖为例

湖滨带是湖泊生态系统的重要组成部分,对维持湖泊生态系统健康和改善水环境功能具有积极作用。由于防洪需要,我国许多湖泊在湖滨带中修建了防洪大堤,防洪大堤对湖滨带生态系统的影响还缺乏研究,识别引起大堤型湖滨带生态健康退化的驱动因子是开展湖滨带生态修复的必要前提。针对太湖湖滨带的特点,在定性筛选了太湖主体营养状态、入湖河流污染负荷通量、岸带类型、风浪强度4个主要影响因子的基础上,分别采用"多元线性逐步回归法"和"偏相关系数法"进行驱动因子识别,2种方法确定的驱动因子个数均为3个,且3者的驱动力大小排序也相同,即太湖主体营养状态>岸带类型>入湖河流污染负荷通量。3个驱动因子对太湖湖滨带生态系统健康的影响均为负效应,也即太湖主体的营养状态综合指数越高、入湖河流污染负荷通量越重、岸带状况越差,湖滨带生态系统也就越不健康。另外,从统计方法的角度解释了"风浪强度"没有入选为驱动因子的原因;澄清了现阶段环境学、生态学领域对"驱动因子"识别方法的误解及不足之处。研究结果为大堤型湖滨带的生态修复方案提供了理论支持。