采矿地的生态恢复技术

矿藏开采给生态环境带来严重破坏,矿地与尾矿的自然恢复是相当缓慢的,有些甚至是不大可能自然恢复的,本文总结了在过去20年全球发展起来的各种生态恢复技术措施,包括基质的改良,优良物种的选择等,并总结出一套人工恢复的一般步骤,分析了目前所存在的评判人工生态恢复成功与否的几种评价体系的优劣。     

关于生态重建和生态恢复的思辨及其科学涵义与发展途径

Ecological restoration是现代生态学最活跃的关键行动之一, 在我国被译为“生态恢复”。经查验其英语涵义和演变过程, 建议正名为“生态重建”, 指在人为辅助下的生态活动。而“生态恢复”(recovery)在国际文献中指没有人直接干预的自然发生过程, 二者不容混淆。作者强调自然恢复和生态重建的三类时间尺度, 即地质年代尺度(千、万、亿年)自然生态系统世代交替和演替尺度(十、百、千年)和生态建设时间尺度(一、十、百年)。前二者为自然恢复尺度。三者相差2-3个数量级或更多。人类不能超尺度地依赖自然恢复能力, 自然与人为时间尺度的不匹配是自然恢复难以满足人类社会生态需求的根本原因。作者质疑“以自然恢复为主”和“从人工建设转向自然恢复为主的转变”提法。认为把生态重建的责任推诿给自然去旷日持久地恢复, 是不负责任和不作为的逻辑和有悖于“谁破坏, 谁补偿; 谁污染, 谁治理; 谁享用, 谁埋单”的全球环保公理和生态伦理观念。除恢复重建自然的生态系统外, 还要发展人工设计生态方案等未来生态重建途径。     

人工恢复与自然恢复模式下苔草草丘生态特征比较

本研究以哈尔滨太阳岛草丘湿地为对象,对比了人工恢复与自然恢复下苔草草丘个体和种群的生态特征,并分析其与环境因子的关系.结果表明:苔草植株生长随时间呈现先增加后降低的变化趋势(5—8月),初期(5—6月)生长迅速,6月达到峰值.人工恢复和自然恢复模式下,苔草草丘个体和种群特征差异显著:自然恢复下苔草叶面积、叶宽、单株鲜重、单株干重、丘墩高度、直径、丘顶面积、丘墩表面积、丘墩体积等苔草草丘个体特征均显著高于人工恢复,人工恢复下苔草草丘密度、盖度、生物量等种群特征显著高于自然恢复,物种多样性无显著差异.土壤含水量、水深、草丘密度、丘间距离是导致2种恢复模式下苔草草丘生长差异的主要因素,自然恢复区土壤含水量、水深、间距均显著高于人工恢复区,对草丘个体的形成和发育具有促进作用,人工恢复区高移栽密度是导致草丘密度、盖度、生物量高于自然恢复区的主要因素.建议未来开展苔草草丘湿地恢复和保护时,应参考自然恢复湿地中草丘的分布特点,适当调整丘间距离(54.22～117.89 cm)和种群密度(1.9～3.1 墩·m^-2),同时采取干旱区春季适当补水措施,保持适宜的土壤含水量和水深,促进苔草草丘的生长发育和快速恢复,维持其种群长期健康稳定.     

环境因素对湖泊高等水生植物生长及分布的影响

综述了水质、底质、周丛生物,浮游生物等对湖泊水生高等植物生长的影响,指出:水生高等植物的恢复是湖泊生态功能恢复的关键;水生高等植物恢复,应在营造其合适生境的基础上,以自然恢复为主,人工恢复应遵循自然规律,优化群落结构;草食性鱼类对湖泊水生高等植物负面影响较大,应注意控制.     

黄土高原植被自然恢复和人工造林对土壤碳氮储量的影响

土地利用方式变化能对土壤碳氮储量产生重要影响.为了探讨不同土地利用方式对土壤碳氮的影响,研究了黄土高原子午岭林区自退耕还林(草)工程实施以来(15年)自然恢复草地和人工油松林地0～100 cm土层土壤碳氮储量、碳氮比以及根系生物量的差异.结果表明:自然恢复草地和人工油松林地土壤有机碳均表现出表聚效应,自然恢复草地0～20 cm土层土壤有机碳储量显著低于人工油松林,而其他土层差异均不显著.人工油松林0～100 cm土层土壤总碳储量为117.94 Mg·hm^-2,比自然恢复草地增加28.4%.两种植被类型土壤全氮储量在各土层间差异均不显著,但自然恢复草地0～100 cm土层土壤全氮总储量为7.69 Mg·hm^-2,比人工油松林高17.7%.自然恢复草地和人工油松林土壤铵态氮储量在各土层间差异均显著,自然恢复草地铵态氮储量显著高于人工油松林,且随土层增加表现为先增后降的趋势.而自然恢复草地和人工油松林土壤硝态氮储量只在0～20 cm土层差异显著,且自然恢复草地高于人工油松林.自然恢复草地和人工油松林土壤碳氮比表现为0～20 cm土层差异不显著,随土层的加深表现为人工油松林碳氮比显著高于自然恢复草地,且差异逐渐增大.自然恢复草地和人工油松林土壤碳氮储量与根系生物量均呈显著正相关.因此,自然恢复草地土壤有利于氮储量的积累,人工油松林土壤有利于土壤碳储量的增加,且根系是影响土壤碳氮储量分布的重要因子.     

渭北黄土高原人工刺槐林植物多样性动态

以陕西省永寿县人工刺槐林为研究对象,采用"空间序列代替时间序列"法,研究了人工刺槐林下植物群落的物种多样性特征.结果表明:(1)渭北黄土高原人工刺槐林下植被的演变依次经历了艾蒿(水蒿)、葎草、葎草+糙苏3种主要类型;主要建群种表现为一年生向多年生、低级向高级的演变趋势.(2)Patrick、Shannon-Wiener、Simpson和Pielou指数随刺槐林龄级的增加均呈现二次函数变化,说明该地区刺槐林林下植被通过自然恢复可达到相对稳定的状态,但该过程比较缓慢.(3)阴坡的各个多样性指数明显大于阳坡,说明阳坡生态修复的自然条件(主要是土壤水分条件)更差,植被自然恢复的速率更缓慢.研究表明,渭北黄土高原阳坡的生态修复应以选用耐旱植物或者以保护和恢复草本群落为主,仅在水分条件较好、能够满足乔木或灌木生长的小地形内进行适当比例的乔、灌、草复合配置,以丰富群落层次结构,优化群落生态功能.     

采石场废弃地的生态重建研究进展

采石场的开采严重破坏了植被和土壤,形成了大量的裸露岩石斜坡,造成宏观景观支离破碎和极端的环境条件,限制了植物的生长。由于自然恢复所需时间长久,人工恢复被广泛应用于采石场废弃地的生态重建。自然演替过程是采石场生态重建的理论基础,自然演替理论可以为人工恢复措施提供指导。植物群落演替的早期阶段,非生物因素起主要作用,随着演替的推移,生物因素的重要性增强。邻近自然植被的土壤和繁殖体通过外力的扩散,对恢复起重要作用。除了非生物和其他的限制,先到达恢复地的物种竞争能力的变化能决定了演替过程。演替过程中的干扰因素往往成为演替重要的驱动力。裸露岩石斜坡的物理稳定性对植被恢复有重要影响,有机废物的使用和施肥可以影响恢复演替的方向和生物多样性。播种一定的植物能够改变恢复演替方向,加速演替过程。乡土物种适应了当地气候,能够促进演替。随着修复时间的延长,土壤有机质含量,植被覆盖度和物种丰富度不断增加,土壤微生物生物量随之增加。开展不同地区采石场植物种类的选育、研究乡土物种的功能特性、土壤微生物群落和酶的变化、植被演替过程的定位研究、植物种间的竞争关系、自然演替和人工恢复的比较研究、探索经济高效的采石场生态重建方法是未来的研究方向。     

煤矸石场植被恢复初期生态绩效评价

以山西潞安矿业集团司马煤业有限公司煤矸石场生态恢复5年内(2009—2013年)的植被-土壤系统为研究对象,在固定监测样地调查的基础上,以空间变化代替时间变化,对煤矸石场人工种植乔木层条件下,草本植物自然恢复初期的生态绩效进行了评价,结果表明:1)相较于1a恢复期,煤矸石场植被恢复初期植物群落基本特征、土壤物理性质、土壤化学性质及其综合生态绩效在5a恢复期时均达到了"优"级水平;2)在足够长的恢复期内,人工种植乔木层条件下,草本植物的自然恢复可以实现矿区的植被重建;3)基于AHP-FCE评价模型,以1a恢复期为基准,通过各恢复期生态指标与1a恢复期相比的恢复程度设定绩效等级,对煤矸石场植被恢复初期的生态绩效进行评价,避免了以往选取天然次生群落为恢复目标,但又不确定其是否为最佳恢复效果的盲目性,为生态绩效评价提供了新思路。     

石林风景区不同石漠化人工修复方式对木本植物群落组成及种群生态位的影响

石漠化是我国西南喀斯特地区生态修复最严重的障碍,植被恢复是石漠化治理的重要途径。近50年来,我国开展了大量石漠化植被恢复的实践与研究,包括自然恢复与人工修复。但是,长期以来缺乏对已完成人工修复的植被的演替特征和修复效果的研究,而人工修复植被的效果评价能为石漠化生态修复提供理论依据与实践经验。以石林风景区中两类人工修复植被——栽植植被(PV)与飞播植被(ASV)为研究对象,以地带性自然植被(ZNV)为对照,研究人工修复植被中木本植物群落组成、群落多样性和种群生态位特征,以期揭示不同人工修复方式下的植被构成规律以及对有限资源的利用程度。结果表明:(1)在地带性自然植被、栽植植被和飞播植被3种植被类型中分别记录到木本植物92种(45科80属)、138种(50科101属)与44种(26科37属),3种植被类型中的共有种12种。(2)3种植被类型的Patrick丰富度指数与Shannon-Wiener多样性指数排序均呈现为地带性自然植被栽植植被飞播植被(P0.01),栽植植被与地带性自然植被之间的Jaccard相似性指数为0.14,飞播植被与地带性自然植被之间的Jaccard相似性指数为0.12;(3)3种植被类型中任意两者之间的生态位宽度均存在较大差异,但是清香木(Pistacia weinmannifolia)在3种植被类型中生态位宽度排位均靠前,利用资源能力较强;(4)生态位重叠程度的排序为地带性自然植被飞播植被栽植植被。综上,与地带性自然植被相比,人工修复植被物种多样性较低,但是人工修复植被的优势种中乡土植物占89.33%,乡土植物生态位较广,生态位重叠值偏低,植被较为稳定。在人工修复植被中,栽植植被的修复效果优于飞播植被。研究结果对未来喀斯特石漠化地区进行人工植被修复的物种规划与群落构建时具有重要的参考价值。     

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。     

缙云山风灾迹地恢复群落主要乔木树种种间联结性

应用方差比率法,并通过2×2列联表χ2检验法及利用联结系数AC指数测定法研究了缙云山自然保护区风灾迹地恢复群落自然恢复样地和人工恢复样地中主要乔木树种的种间联结性。结果表明:(1)自然恢复样地主要乔木种群间在总体上呈一定的正关联;而人工恢复样地种群间在总体上呈负关联;(2)2×2列联表的χ2检验共有5个(3)种对为显著正关联(括号内为人工恢复群落的种对数,下同),2个(1)种对为显著负关联;(3)联结系数(AC)指数标量出了自然恢复和人工恢复样地中种对间的联结程度和相伴随出现的机率,两种恢复方式中的多数乔木种群间的联结性不显著且联结程度较低,绝大多数乔木树种之间无显著关联,而且人工恢复比自然恢复无关联性更强;(4)种对间的正关联,主要是由于它们具有相近的生物学特性以及对生境具有相似的生态适应性所致,种对间的负关联主要是由于物种间的空间排斥,适应不同的微环境的结果;(5)人工恢复和自然恢复所在的群落处于演替的不稳定阶段。     

让自然做功 事半功倍———正确理解“自然积存、自然渗透、自然净化”

"自然存积、自然渗透、自然净化"是海绵城市建设的要义,体现了"天人合一"的生态智慧,其核心在于正确且充分利用"自然力"。从自然降水规律与城市下垫面的特异性研究出发,采取因地制宜的建设策略与方法,以保护、利用、恢复和完善城市水系为主,人工优化与补充为辅,是"三个自然"的精髓。结合案例研究,从天然海绵体的保护与人工优化、海绵系统与城市排水系统的衔接、因地制宜的人工海绵体建构三个方面阐述了正确理解"三个自然"的方法。     

鸟类栖木在森林植被恢复中的生态意义

鸟类传播种子对于植物种群自然更新及群落演替具有重要的生态意义,鸟类栖息的树木具有富集种子雨功能,在山体滑坡区及废弃矿区等干扰生境中人工设置鸟类栖木,可以增加鸟类传播的种子雨输入,丰富土壤种子库,尤其食果鸟类可以传播那些处于群落演替中期至后期的乔、灌木树种,能够促进受干扰地区森林植被的演替进程.5·12汶川大地震对地震灾区造成了大面积的山体滑坡和严重的植被破坏,在地震灾区森林植被的生态恢复工作中,一些地区可以采用人工设置鸟类栖木方法,充分利用山体滑坡区周围残余森林的丰富种子源及众多食果鸟类,促进灾区森林植被的自然恢复.     

受损河岸生态修复工程的土壤生物学评价

为探索受损河岸生态修复的理论与技术,以修复4年的河岸生态修复工程为研究对象,从土壤生物学角度评价了人工构建的河岸生境缀块对受损河岸生态系统的修复作用.结果表明,经过4年的恢复,修复区土壤中各种微生物的数量明显高于对照区;修复区土壤动物种类、数量、生物多样性指数以及土壤有机质、N、P、K含量均高于对照区.修复后,受损河岸的土壤性状得到了明显改善,土壤生物多样性及河岸生态系统稳定性得到了提高.人工构建生境缀块的河岸生态修复工程不仅经济成本低,而且具有生态、景观和社会价值,为已建混凝土河岸的生态改造和受损河岸的近自然修复提供了新模式.     

不同恢复措施对南滇池湿地冬季水禽多样性的影响

恢复受损湿地生态功能是国家湿地公园建设中的重要内容,修复措施的选用会对恢复效果产生重要影响。滇池是国内重要候鸟越冬区,受长期围垦以及城市扩张的影响,湖滨区域破坏严重,近年来湿地公园建设为滇池湖滨带恢复带来了契机,但各种恢复措施的效果仍有待明确。2017年冬季以昆明南滇池国家湿地公园及临近湿地为研究区域,设置了人工重建湿地、人工恢复湿地、自然恢复湿地以及自然湖泊湿地4个对照样区,基于冬季水禽多样性进行了湿地恢复效果评价,并从景观生态学角度对结果进行了分析。结果表明：自然湖泊湿地具有最高物种丰富度,其次为自然恢复湿地、人工恢复湿地和人工重建湿地。以Simpson多样性指数评价,自然恢复湿地的水禽多样性最高（0.60±0.03）,其次为自然湖泊湿地（0.46±0.04）和人工恢复湿地（0.34±0.04）,人工重建湿地水禽多样性最低（0.17±0.03）,由此可见自然恢复措施效果优于人工恢复和人工重建。从景观格局上分析,水禽多样性与道路面积（r=-0.735,P<0.01）、景观形状指数（r=-0.461,P<0.01）和景观分离度指数（r=-0.661,P<0.01）负相关,这也表明人为干扰程度、景观形状以及破碎化程度均会对水禽造成重要影响。建议在国家湿地公园规划和建设中,降低非湿地类景观尤其是道路对整体湿地景观的分割作用,提高湿地斑块的连接性和完整性以满足水禽的空间需求,对于湖泊型的湿地公园应加强对湖滨带沼泽生境的营造,以满足涉禽的生存需求,从而增加区域的鸟类多样性。     

三峡库区消涨带植被重建

重建三峡水库消涨带植被对于恢复消涨带功能、维持三峡工程安全和修复长江流域退化生态系统具有十分重要的意义.消涨带可分为自然消涨带和人工消涨带,自然消涨带及其植被是流域生态系统的组成部分,具有重要的生态、社会和经济价值.人为控制水位涨落而形成的人工消涨带很少有植被覆盖,属于退化的生态系统.三峡消涨带包括三峡自然消涨带和三峡水库消涨带,三峡工程的建设将淹没三峡自然消涨带及其植被并产生没有植被覆盖的三峡水库消涨带.作者认为开发利用三峡水库消涨带土地资源,发展库区经济将导致库区生态环境恶化、危及三峡工程安全且不利于长江流域生态系统的健康.解决三峡水库消涨带问题的关键是重建消涨带植被,并恢复其功能.该文从水利建设与环境保护的关系、三峡水库管理与库区景观建设的需要、消涨带功能恢复与流域生态系统康复和促进水库消涨带研究的深入阐述了开展三峡水库消涨带植被重建的必要性.     

生态恢复经济学

在总结国内外关于生态恢复经济理论研究进展的基础上, 提出了生态恢复经济学的学科含义、地位、特点和研究对象.生态恢复经济学是研究退化生态系统退化过程中的经济损失、退化生态系统恢复期间的成本效益以及恢复过程中的经济价值动态变化的一门交叉性学科.它以人类可持续利用为核心,研究生态系统退化、恢复和重建过程中生态系统与经济系统之间客观运动规律及其机理的一门科学.生态恢复经济学具有综合性和实践性的特点,它是生态经济学和恢复生态学的重要分支学科,在生态经济学理论体系中具有特别重要的地位.     

尖吻蝮自然越冬洞穴的结构观察

为了解决尖吻蝮在人工饲养条件下难以安全越冬的问题 ,在黄山地区对尖吻蝮的自然越冬进行了数年的调查 ,陆续观察了 2 3个越冬洞穴的结构。初步总结了尖吻蝮自然越冬的生态 ,并用数据和图示方式较详细地报道了尖吻蝮自然越冬洞穴的构造 ,介绍了人工饲养过程中保证尖吻蝮安全越冬的管理方法。     

半干旱黄土小流域不同植被类型植物与土壤生态化学计量特征

生态化学计量学是研究生态系统元素平衡与能量流动的有效方法,明确不同植被恢复类型下植物与土壤化学计量特征对揭示黄土高原植被恢复中生态系统养分循环具重要意义,可为黄土高原植被恢复类型的选择提供可行性依据。以典型半干旱黄土小流域3种植被恢复方式下（天然荒草、自然恢复、人工恢复）的5种植被类型（长芒草草地、赖草草地、苜蓿草地、柠条灌丛、山杏林）为研究对象,分析不同植被类型下叶、茎、根及土壤碳（C）、氮（N）、磷（P）含量及化学计量特征。结果表明：1）植物不同器官和植被类型对植物生态化学计量特征都具有显著影响,C、N、P含量在5种典型植被中均表现为叶>茎>根。人工恢复植被各器官C、N含量及N ∶ P均显著高于天然荒草地,与自然恢复植被无显著差异;其中,在人工恢复植被中山杏各器官C含量最高,柠条各器官N含量最高。叶、茎、根的C ∶ N则表现为自然恢复植被显著高于人工恢复植被与天然荒草地。P含量、C ∶ P则在不同植被恢复类型间无显著差异。2）不同植被恢复类型下土壤C、N、P含量及化学计量特征具一定差异。人工恢复植被土壤C、N、P含量及C ∶ P、N ∶ P均为最高,显著高于自然恢复植被土壤;人工恢复植被中柠条土壤C、N含量及C ∶ P、N ∶ P均显著高于其他植被土壤。土壤C ∶ N在各植被类型间无显著差异。3）不同植被恢复类型下C、N、P含量在植物叶片与土壤间的相关性存在差异,说明植物自身生长特性影响着养分在植物与土壤间转化与传递。以5种典型植被整体来看,植物叶、茎、根的生态化学计量特征在彼此间均呈显著正相关。在植物与土壤间,植物各器官N含量与土壤C、N、P含量呈显著正相关,植物各器官N ∶ P与土壤N ∶ P呈显著正相关,表明该黄土小流域生态系统中植物与土壤生态化学计量特征的变化是相互制约,相互影响的。     

西南喀斯特地区退化生态系统整治模式

喀斯特脆弱生态区一直是学术界关注的热点地区.由于其脆弱的自然地质环境加之强烈的人为活动影响,导致该生态系统呈退化态势.本文以中国西南典型喀斯特脆弱区生态系统退化机理和生态环境脆弱性程度为依据,参考已进行的生态系统恢复和石漠化治理经验,综合考虑各种加剧喀斯特脆弱区生态环境退化的因素,并基于不同喀斯特生态环境综合治理的模式和技术体系以及因地制宜原则,综述了3套喀斯特脆弱生态区退化生态系统整治模式（生态移民－封山育林－恢复自然植被模式、退耕还林－蓄水保土－人工造林恢复植被模式、可持续生态农业－庭园经济－资源产业模式）,详细论述了各模式的适宜地区和成本效益情况,并指出了其推广应用过程中需注意的问题.