生态系统与生态修复的重要性

“生态学（ecology）”一词源于希腊文oikos，意思为“住所”或“栖息地”。从字义上讲，生态学是关于居住环境的科学。1866年由德国博物学家E.Haeckel首次定义为“生态学是研究生物与环境之间相互关系的科学”，生物包括动物、植物、微生物及人类本身，即不同的生物系统；环境是指生物生活其中的无机因素、生物因素和人类社会，即环境系统。

2.1.2.1　生态系统

生态系统（ecosystem）是生态学上的一个结构和功能单位，属于生态学上的最高层次，于1935年由英国植物学家A.G.Tansley首次提出。美国生态学家E.P.Odum将生态系统定义为：“有生命的生物与无生命的环境彼此不可分割地相互联系和相互作用着。生态系统就是包括特定地段中的全部生物和物理环境相互作用的任一统一体，并在系统内部，能量的流动导致形成一定的营养结构、生物多样性和物质循环。”生态系统的基本组成可概括为非生物环境（生命支持系统）、生产者、消费者和分解者。任何一个生态系统都是由生物系统和环境系统共同组成，两者缺一不可；如果没有非生物环境，生物就没有生存的空间。生态系统具有的共同特性为：它是客观存在的实体，有时间、空间的概念；以生物为主体，由生物和非生物组成一个整体；系统处于动态之中，体现生态系统的多种功能；系统对变动（干扰），都具有适应和调控的能力。

“城市生态”一词由美国芝加哥学派创始人帕克于1925年提出。城市生态系统（urban ecosystem）是特定地域内的人口、资源、环境通过各种相生相克关系建立起来的人类聚居地或社会、经济、自然复合体。它既有一般生态系统的自然特征，也具有自身独特的经济性与社会性特征。城市生态系统由生态支持子系统和社会经济子系统构成，相应承载力也由生态支持子系统的支持力与社会经济子系统的发展力复合而成。生态支持子系统由环境子系统和资源子系统组成，相应支持力由环境承载力与资源承载力共同构成。社会经济子系统由社会子系统、经济子系统组成，相应发展力由人力资源能力与经济能力共同构成（图2.3）。

2.1.2.2　生态修复

生态修复（ecological rehabilitation）是利用生态工程学或生态平衡、物质循环的原理和技术方法或手段，对受污染、受破坏或受胁迫环境下的生物生存和发展状态的改善、改良，或修复、重现。它包括对生物生存物理、化学环境改善和对生物生存“邻里”、食物链环境改善等。生态修复是以生态学原理为依据，利用特异性生物自身对污染物的代谢过程，借助物理、化学修复及工程技术中某些强化或条件优化后的措施，使被污染的环境得以修复。现代社会利用人的科学干预手段，尽快实现被破坏生态系统的修复、优化。

图2.3　城市生态系统复合结构与其承载力组成关系示意图

来源：徐琳瑜《城市生态系统复合承载力研究》

我国生态修复包括污染环境的修复、大规模人为扰动和破坏生态系统的修复、大规模农林牧业生产活动破坏的森林和草地生态系统的修复、小规模人类活动或完全由于自然原因造成的退化生态系统的修复；工矿区扰动土地的人工生态重建；退化草地和森林采伐或火烧迹地的修复是两种主要的生态修复研究与实践。

河流生态修复（river ecological restoration）是在发挥生态系统自修复功能的基础上，采取工程和非工程措施，促使河流生态系统恢复到较为自然的状态，改善其生态完整性和可持续性的一种生态保护行动。以流域为空间单元，分析水文气象条件，评估土壤侵蚀和水土流失，分析流域社会经济特征、人类大规模活动影像，评估土地利用方式变化（城市化）、自然景观格局变化、面源污染分布和治污规划等。河流生态修复的技术设计应在河流廊道范围内进行，河流廊道并不孤立存在，它具有特定的基底（农田、森林、草地、城市等）背景，并与其他形式的廊道（林带、峡谷、道路、高压线等）一起，将不同性质和特征的缀块（湖泊、水塘、植被、居民区、开发区等）联通起来，共同形成流域的景观格局。提高河流廊道景观多样性是河流生态修复技术设计的重点内容。在河流廊道中选择重点河段作为河流生态修复工程的建设区，在河段范围内主要加强与改善生物栖息地、关注水文条件和水力学条件的改善等。利用河流生态状况分级系统，实现河流生态目标定量化，从而达到改善河流生态系统结构、功能和过程，使之趋于自然化生态修复目的。(https://www.xing528.com)

湖泊、池塘等水生生态系统的修复（aquatic ecosystem restoration， AER）是指通过一系列的保护措施将已经退化的水生态系统恢复或修复到使其能够长久保持稳定的水平，即补救已经退化的水生生态系统，减轻其影响，使水生生态系统具有更高的生态容忍性。湖泊不仅具有调蓄洪涝、饮水灌溉、饮用水源地、交通运输、发电、水产养殖和景观娱乐的功能，还可以调节区域气候、记录区域环境变化、维持区域生态系统平衡和繁衍生物多样性等，在国民经济建设和人民生活水平中具有重要的作用。当前，湖泊、池塘生态系统与退化现象非常普遍和十分严重，已经对社会和经济的持续发展和人类健康造成巨大危害。不断增加的营养物质的输入是造成湖泊、池塘等水体污染的主要原因之一；污染的底泥对污染物的富集作用更加明显，成为水体的内源污染。因此，控制外源污染、注重内源污染的治理，是湖泊、池塘生态系统修复和改善水质的关键。湖泊、池塘等水体污染的物理修复技术主要包括外源污染控制、底泥疏浚、底泥覆盖、水动力调控、除藻等；化学修复技术主要包括营养盐钝化、化学除藻等；生态修复技术主要包括水生植被的恢复与管理技术、生物操控与鱼类管理技术、底栖动物群落的构建与管理技术、自然修复技术。另外，还有微生物水体修复技术等。

村镇场地污染是指农村地区的土壤和地下水受到外界因素的影响，使由自然和人类生产与生活产生的一系列污染物质进入土壤和地下水之中，这些污染物质的数量和性质都超过了村镇场地容纳和净化的速度与能力，使这些土壤和地下水的自然动态被破坏，相关功能失调、土质恶化，使植物的数量、种类和质量下降，而且还促使一部分污染物质通过土壤进入水体或大气，使水体或大气环境受到污染，并最终使人类和动物受到伤害。土壤修复技术主要包括化学还原修复技术、土壤钝化修复技术、植物修复技术、微生物修复技术、农艺调节修复技术、客土/换土修复技术、化学淋洗修复技术、电动修复技术等。地下水修复技术包括原位修复技术、异位处理技术、异位/原位联合修复技术等。

农村污水有广义与狭义之分。广义上的农村污水是指农村地区居民在生活和生产过程中形成的污水。狭义上的农村污水是指农村居民集聚区内生活用水后排放的污水，包括粪尿和洁具冲洗、洗浴、洗衣、厨房、房间清洗排放污水等。农村生产废水是指农村居民集聚区内各种生产活动所产生的生产废水，主要包括畜禽养殖业、餐饮业、农产品加工业等废水。适用于国内农村污水处理的技术模式主要包括化粪池、稳定塘、土地处理系统、人工湿地处理技术、地下渗滤系统、无动力/地埋式厌氧生物处理技术（UUAR）、厌氧沼气池处理技术、蚯蚓生态滤池、无纺布生物反应器、菲尔脱（FILTER）污水处理系统、无动力多级厌氧复合生态处理系统、一体化设备污水处理技术、膜生物反应器（MBR）。

农村固体废弃物是指产生于农村区域的相关固体废弃物，包括农村生活垃圾、农业废弃物、畜禽粪便等。由于农村固体废弃物产量大、面广、分散、来源多样，同时当前由于农村地区固体废弃物收集和处理设施不完善，按照城市固体废弃物处置模式建立一套完善的固体废弃物收运及处理体系投入大、运行成本高、难度大，因此造成农村生活垃圾、农业废弃物和畜禽粪便等固体废弃物对农村环境的面源污染影响大，且多源固体废弃物对周边的水体、土壤、大气及生态环境产生叠加的复合污染效应，已经威胁到农村居民、农业生产等的生态安全（图2.4）。

农村固体废弃物具有污染和资源化的双重特征，通过农村生活垃圾分类处理技术、生活垃圾转运技术、农业废弃物收运技术、畜禽粪便收运技术等实现资源化利用，通过资源化促进无害化。主要技术包括生活垃圾好氧堆肥、生活垃圾与畜禽粪便联合堆肥技术、沼渣和畜禽粪便混合堆肥、生物强化技术堆肥、污泥与餐厨垃圾混合蚯蚓堆肥氮素转化、厌氧发酵技术、秸秆干式厌氧发酵技术、混合物料干式厌氧发酵技术、畜禽粪便厌氧发酵技术、生物反应器填埋技术、热解气化技术、超临界水氧化技术、发酵床养殖技术等。

聚落作为人类聚居和生活的场所，包括城市聚落和乡村聚落。从环境生态学的角度理解，城市聚落有其城市生态系统，乡村聚落也有其乡村生态系统，它们都各自具有发展轨迹与可持续发展的调控。传统聚落是历史时期人类活动和自然相互作用的结果，包括古城、古镇、古村、古街区。按照环境生态学中的生态学原理，它们也会有古城生态系统、古镇生态系统、古村生态系统、古街区生态系统等。一些传统聚落在历史发展中逐渐衰退，而一些传统聚落至今仍然能够保持活力，归结于其生态系统的可持续发展调控也不为过。因此，分析传统聚落生态系统发展轨迹与生态系统可持续发展调控，对不同时期改善环境的技术方法进行研究，有助于为传统聚落生态可持续发展提供参考方法与策略。

图2.4　农村固体废弃物来源及环境影响、农村生态环境相互影响机理

来源：席北斗等《农村固体废物处理及资源化》