生态系统的修复
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生态系统的修复范文第1篇
纳米微球（BMP-2-PLA-Ns）凝胶。将45只家兔随机分为3组：空白组、PLA-Ns凝胶组（对照组）、BMP-2-PLA-Ns凝胶组（实验组），建立骨缺损动物模型，对照组植入PLA-Ns凝胶，实验组植入BMP-2-PLA-Ns凝胶，空白组不予特
殊处理。术后第1、2、4周处死家兔，截取缺损区颌骨段，进行影像学、苏木精-伊红（HE）染色、PCNA免疫组织化学染色观察。结果 影像学观察可见：实验组骨缺损区修复良好，阴影不明显，修复效果好于对照组和空白组。HE染色观察可见：实验组和对照组有大量新生血管和继发性骨痂形成，实验组骨痂比例明显高于对照组和空白组。免疫组织化学观察可见：第1、2周，实验组PCNA阳性软骨细胞多于对照组和空白组；第4周，各组PCNA阳性细胞均罕见，PCNA阳性细胞检出率低于第1、2周。结论 BMP-2-PLA-Ns缓释系统能明显促进下颌骨缺损修复。
[关键词] 聚乳酸； 骨形态发生蛋白； 下颌骨； 骨缺损； 修复
[中图分类号] R 782.2 [文献标志码] A [doi] 10.7518/hxkq.2013.02.010
因肿瘤、外伤等造成的颌骨缺损修复一直是外科医生的一个难题。目前临床上所运用的修复方法都有着不同的局限性，探索更好的骨缺损修复方法是研究的热点。骨形态发生蛋白-2（bone morpho-
genetic protein-2，BMP-2）在体内能够诱导新骨的
形成，在体外对人骨髓基质细胞有强烈的骨诱导活性，能够诱导间充质干细胞增殖分化为成骨细胞，并由诱导性骨细胞向确定性骨细胞转化[1]。研究表
明，BMP-2可以诱导异位骨的形成，并诱导临界骨缺损骨性愈合[2]。由于细胞因子本身的降解速度快，如果单独在缺损区局部应用BMP-2等细胞生长因子，体内作用时间短，不能持续地在体内发挥作用，因而需要采用合适的高分子生物材料为载体包裹BMP-2，以达到缓释效果[3]。聚乳酸（polylactic acid，PLA）由于具有良好的生物相容性和可降解性，被大量用于实验中作为支架材料。但是好的支架材料不但要满足一般的生物材料要求，还需要具备良好的细胞亲和性。PLA的缺点在于缺乏细胞的活基团，不能很好地使材料和细胞相互作用。
本实验针对PLA存在的缺陷，对PLA采用接枝聚合的方法进行表面修饰，改善PLA的亲水性，增加细胞黏附性。以改性后的PLA作为BMP-2纳米微球的缓释载体，制备BMP-2-PLA纳米微球（BMP-2-PLA nanospheres，BMP-2-PLA-Ns）凝胶，以单纯性PLA纳米微球（PLA nanospheres，PLA-Ns）凝胶为对照，研究BMP-2-PLA-Ns缓释系统对颌骨缺损的修复效果，为临床应用打下基础。
1 材料和方法
1.1 主要材料和设备
PLA（济南岱罡生物有限科技公司），重组人BMP-2蛋白（北京义翘神州生物技术有限公司），泊洛沙
姆407（第三军医大学大坪医院药剂科赠送），PCNA
marker（Abcam公司，英国），超声破碎仪（宁波新芝科学仪器研究所）。
1.2 PLA-Ns凝胶、BMP-2-PLA-Ns凝胶的制备
将PLA进行接枝聚合反应改性后，应用超声乳化法制备PLA-Ns、BMP-2-PLA-Ns凝胶。具体制备方法如下。1）PLA改性：PLA置于低温等离子接枝聚合仪反应腔中，等离子处理后通过气相法进行接枝聚合反应改性，将乙烯基吡咯烷酮与PLA接触不同时间进行气相接枝聚合。2）PLA-Ns、BMP-2-PLA-Ns凝胶的制备：将改性后的PLA或者改性后的PLA及BMP-2超声乳化溶于乙酸乙酯溶液中，超声波细胞破碎仪进行超声破碎，形成O/W初乳。吐温80混匀成水相，超声破碎，形成W/O/W复乳溶液。将复乳溶液置于旋转蒸发仪上蒸发，滤膜过滤溶液，得到纳米微球溶液。称取泊洛沙姆在蒸馏水中溶解，配成40%溶液，溶胀，冰浴，在室温下成凝胶状，1∶1比例分别加入制备好的PLA-Ns、BMP-2-PLA-Ns微球溶液，配成凝胶，加蒸馏水搅拌成凝性。
1.3 建立动物模型和标本处理
选取45只健康家兔（第三军医大学新桥医院实验动物中心提供），雌雄不限，体重（2.0±0.2） kg。将
45只家兔完全随机分为3组：空白组、PLA-Ns凝胶组（对照组）、BMP-2-PLA-Ns凝胶组（实验组），每组各15只。建立骨缺损动物模型（图1）：麻醉成功后，常规消毒，铺巾，无菌操作下制备0.5 cm×0.5 cm大小的骨缺损区。根据分组，对照组植入PLA-Ns凝胶，实验组植入BMP-2-PLA-Ns凝胶，空白组不予特殊处理，冲洗缝合。术后第1、2、4周采用空气栓塞法将每组家兔各处死5只，截取缺损区颌骨段，浸泡于10%甲醛溶液中4 ℃固定24 h。
1.4 影像学观察
对缺损区颌骨段进行影像学观察，拍摄侧位片。
1.5 苏木精-伊红（hematine eosin，HE）染色和免疫
组织化学染色观察
对缺损区颌骨段标本进行常规HE染色和免疫组织化学染色，光镜下进行组织学观察。免疫组织化学染色：常规制作标本，石蜡包埋切片，脱蜡，缓冲液洗，滴加一抗PCNA marker和酶标二抗HRP Po-lymer，复染，脱水，透明，封片，光镜下观察。
2 结果
2.1 影像学观察
影像学观察可见：第1周，颌骨缺损区处于水肿期，愈合不明显；第2周，缺损区开始愈合，空白组缺损区阴影明显大于实验组和对照组；第4周，空白组骨缺损区阴影仍然较大，未见明显新生骨形成；对照组骨缺损区阴影缩小，缺损区周围有新骨形成；实验组骨缺损区修复良好，阴影已不明显（图2）。实验组对缺损区的修复效果好于对照组和空白组。
2.2 HE染色观察
HE染色观察可见：第1周，缺损区肉芽组织中有炎症细胞和成纤维细胞，实验组可见新生骨小梁；第2周，骨小梁变粗大、致密，有较多的编织骨形成，对照组和实验组的编织骨多于空白组；第4周，实验组和对照组的编织骨进一步增多，成熟，可见大量新生血管和继发性骨痂形成，实验组骨痂比例明显高于对照组和空白组（图3）。
2.3 免疫组织化学观察
免疫组织化学观察可见：第1周，PCNA阳性细胞分布于整个骨痂组织，包括纤维骨痂中的成纤维细胞和软骨痂中各区的软骨细胞，其中以静息区和增殖区软骨细胞阳性表达最强，实验组多于对照组和空白组；第2周，PCNA阳性软骨细胞主要分布于静息区和增殖区，实验组多于对照组和空白组；第4周，各组PCNA阳性细胞均罕见，PCNA阳性细胞检出率低于第1、2周，主要见于静息区少数软骨细胞和部分增殖区软骨细胞（图4）。
3 讨论
组织工程化骨构建是解决骨缺损修复难题的主要方向，但目前有很多问题尚未解决。采用外源性细胞因子诱导新骨的形成来替代移植是一种有效的方法，也取得了一定的进展。
3.1 细胞生长因子和支架载体技术的选择
关于细胞生长因子加快骨缺损修复速度的研究中，BMP-2是应用最多的一种生长因子，且其效果也最好。Urist等[4]报道BMP/磷酸三钙植入肌肉内其
诱导的新骨量比单用BMP大12倍，表明BMP借助载体缓慢释放，不断作用于靶细胞，诱导形成新骨。虽然有动物研究证实，经肌肉给予BMP诱导新骨形成是可行的，但是这种治疗有潜在的风险，如细胞因子持续高浓度表达有可能引发细胞分裂失控，机体组织有恶变的危险[5]。Wijdicks等[6]将BMP-2经皮注射促进骨缺损修复，同样发现BMP有明显成骨作用。目前研究的热点是将BMP-2与载体复合，组成释放系统来促进骨缺损修复。Young等[7]采用纳米微球技术使载体和BMP-2复合，将BMP-2-PLA-Ns制备成凝胶研究，用于促进骨缺损修复的愈合。
制备纳米微球的包裹载体材料，不但要具有良好的生物降解性及相容性，还要具有很好的载药能力。通过载体材料在体内的降解，实现纳米微球的缓释作用。制备纳米微球的包裹材料目前最常用的有PLA和壳聚糖等。本研究采用接枝聚合的方法改进PLA存在亲水性和细胞黏附性的缺陷[8]，运用超声乳化法制备PLA-Ns凝胶和BMP-2-PLA-Ns凝胶。
3.2 BMP-2-PLA-Ns凝胶的优点
PLA作为BMP-2的包裹载体，植入到缺损区内，通过细胞生长因子的缓释作用，达到细胞生长因子在缺损区持续以零级速度释放，在体内刺激成骨细胞增殖、分化，促进缺损区新骨的形成，同时其降解周期与新骨形成基本同步[9]。本研究表明：BMP-2
的缓释能够很好地诱导间充质细胞分化为成骨细胞，从而有效地促进新骨形成。将改性的PLA作为支架材料，制备成BMP-2-PLA-Ns凝胶，可以加速新骨的形成，促进颌骨缺损区愈合，在成骨方面有一定的优越性。影像学观察可见，实验组促进骨愈合以及新骨形成的效果最佳。免疫组织化学染色研究结果提示，在第1、2周实验组PCNA阳性细胞要优于对照组和空白组，但4周时各组PCNA阳性细胞均罕见，这可能是由于增殖细胞数量满足骨折修复需要后，分化就成为细胞的主要活动。
本研究表明：BMP-2-PLA-Ns缓释凝胶可以加速兔下颌骨缺损区的新骨形成，促进愈合，但今后还需要进一步解决微球释放与骨缺损修复的同步问题，以及PLA降解产物为酸性对组织愈合的影响等。
[参考文献]
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生态系统的修复范文第2篇
论文摘要：阐述水利工程与水域生态的关系，介绍了生态水利规划的基本原则：工程安全性与经济性原则；提高河流形态的空间异质性原则；生态系统自设计与自我恢复原则；景观尺度与整体修复原则；反馈和调整设计原则。
1水利工程对河流生态系统的影响
在社会生产过程中水利工程对经济与社会有着巨大的作用，同时也要看到水利工程对河流生态系统造成了不同程度的影响。人类整治河道修筑堤坝等活动人为的改变了河流的多样性、连续性和流动性，使水域的流速、水深、水温、自水流边界、水文规律等自然条件发生重大改变。这些改变对河流生态系统造成的影响是不容忽视的。未来的水利工程在权衡社会经济需求与生态系统健康需求这二者关系方面，似应强调水利工程在满足人类社会需求的同时，兼顾水域生态系统的健康和可持续性。
2生态水利工程
从学科发展角度看，现在的水利工程学的学科基础主要是工程力学和水文学，水利工程规划设计主要对象是水文系统，往往忽视生命系统的现状和未来风险等问题。学科的进一步发展应吸收生态学理论及方法，促进水利工程学与生态学的交叉融合，用以改进和完善水利工程的规划及设计理论，形成水利工程学新的学科分支——生态水利工程学。生态水利工程学作为水利工程学的一个新的分支，是研究水利工程在满足人类社会需求的同时，兼顾水域生态系统健康与可持续性需求的原理与技术方法的工程学。生态水利工程的内涵是：对于新建工程，是指进行传统水利建设的同时（如治河、防洪工程），兼顾河流生态修复的目标。对于已建工程，则是对于被严重干扰河流重点进行生态修复。生态水利工程将与传统治污技术、清洁生产（生态产业）及环境立法和资源管理一起，成为河流生态建设的主要手段之一。
3生态水利工程的规划设计原则
3.1工程安全性和经济性原则
生态水利工程是一项综合性工程，在河流综合治理中既要满足人的需求，包括防洪、灌溉、供水、发电、航运等需求，也要兼顾生态系统的可持续性。生态水利工程既要符合水利工程学原理，也要符合生态学原理。生态水利工程的工程设施必须符合水文学和工程力学的规律，以确保工程设施的安全、稳定和耐久性。工程设施必须在设计标准规定的范围内，能够承受洪水、侵蚀、风暴、冰冻、干旱等自然力荷载。按照河流地貌学原理进行河流纵、横断面设计时，必须充分考虑河流泥沙输移、淤积及河流侵蚀、冲刷等河流特征，动态地研究河势变化规律，保证河流修复工程的耐久性。
对于生态水利工程的经济合理性分析，应遵循风险最小和效益最大原则。由于对生态演替的过程和结果事先难以把握，生态水利工程往往带有一定程度的风险。这就需要在规划设计中进行方案比选，更要重视生态系统的长期定点监测和评估。另外，充分利用河流生态系统自我恢复规律，是力争以最小的投入获得最大产出的合理技术路线。
3.2提高河流形态的空间异质性原则
一个地区的生境空间异质性越高，就意味着创造了多样的小生境，能够允许更多的物种共存。反之，如果非生物环境变得单调，生物群落多样性必然会下降，生物群落的性质、密度和比例等都会发生变化，造成生态系统某种程度的退化。由于人类活动，特别是大规模治河工程的建设，造成自然河流的渠道化及河流非连续化，使河流生境在不同程度上单一化，引起河流生态系统的不同程度退化。生态水利工程的目标是恢复或提高生物群落的多样性，但是并不意味着主要靠人工直接种植岸边植被或者引进鱼类、鸟类和其他生物物种，生态水利工程的重点应该是尽可能提高河流形态的异质性，使其符合自然河流的地貌学原理，为生物群落多样性的恢复创造条件。
在确定河流生态修复目标以后，就应该对于河流进行生物调查、地貌历史和现状进行勘查和评估，建立河流地貌数据库和生物资源数据库。遥感技术和地理信息系统（GIS）是水文、河流地貌和生物调查的有力工具。关键的工作步骤是在以上两种调查工作的基础上，确定环境因子与生物因子的相关关系，必要时建立某种数学模型。河流环境因子包括河流河势、蜿蜒度、横断面形状及材料、流速、水位、水质、水温、泥沙、营养盐的迁移转化、水文周期变化等。研究的内容包括：调查单个生物因子的基本需求，评估各种生物因子的相互关系和制约条件，对于“关键种”或标志性生物的环境因子进行分类和评估。在众多的环境因子中，识别那些对于系统的结构和功能具有重要意义的环境因子，在此基础上进行河流地貌学设计和生物栖息地的设计。
3.3生态系统自设计、自我恢复原则
生态系统的自组织功能表现为生态系统的可持续性。自组织的机理是物种的自然选择，也就是说某些与生态系统友好的物种，能够经受自然选择的考验，寻找到相应的能源和合适的环境条件。
将自组织原理应用于生态水利工程时，生态工程设计与传统水工设计有本质的区别。像设计大坝这样的人工建筑物是一种确定性的设计，建筑物的几何特征、材料强度都是在人的控制之中，建筑物最终可以具备人们所期望的功能。河流修复工程设计与此不同，生态工程设计是一种“指导性”的设计，或者说是辅设计。依靠生态系统自设计、自组织功能，可以由自然界选择合适的物种，形成合理的结构，从而完成设计和实现设计。成功的生态工程经验表明，人工与自然力的贡献各占一半。
传统的水利工程设计的特征是对于自然河流实施控制。而设计生态水利工程时，要求工程师必须放弃控制自然界的动机，树立新的工程理念。因为依靠人力和技术控制自然界是不可能的。人们要善于利用生态系统自组织、自设计这个宝贵财富，实现人与自然的和谐。需要强调的是，地球上没有两条相同的河流，每一条河流的特点都是各不相同的。因此，每一项生态水利工程必须因地制宜，充分尊重每一条河流的自然属性和美学价值，寻求最佳的生态工程方案。
自设计理论的适用性还取决于具体条件。包括水量、水质、土壤、地貌、水文特征等生态因子，也取决于生物的种类、密度、生物生产力、群落稳定性等多种因素。在利用自设计理论时，需要注意充分利用乡土种。引进外来物种时要持慎重态度，防止生物入侵。
3.4景观尺度及整体性原则
河流生态修复规划和管理应该在大景观尺度、长期的和保持可持续性的基础上进行，而不是在小尺度、短时期和零星局部的范围内进行。在大景观尺度上开展的河流生态修复效率要高。小范围的生态修复不但效率低，而且成功率也低。整体性是指从生态系统的结构和功能出发，掌握生态系统各个要素间的交互作用，提出修复河流生态系统的整体、综合的系统方法，而不是仅仅考虑河道水文系统的修复问题，也不仅仅是修复单一动物或修复河岸植被。
景观则是指生态学中的景观尺度。景观尺度包括空间尺度和时间尺度。为什么在景观的大尺度上进行河流修复规划？首先，水域生态系统是一个大系统，其子系统包括生物系统、广义水文系统和人造工程设施系统。广义水文系统又与生物系统交织在一起，形成自然河流生态系统。而人类活动和工程设施作为生境的组成部分，形成对于水域生态系统的正负影响。水域生态系统受到胁迫时，需要对于各种胁迫因素之间的相互关系进行综合、整体研究。其次，必须重视水域生境的易变性、流动性和随机性的特点，这些特点决定了生物种群的基本生存条件。水域生态系统是随着降雨、水文变化及潮流等条件在时间与空间中扩展或收缩的动态系统。再者，河流生态系统是一个开放的系统，与周围生态系统随时进行能量传递和物质循环，一条河流的生态修复活动不可能是孤立的，还需要与相邻的流域的生态修复活动进行协调。最后，河流生态修复的时间尺度也十分重要。河流系统的演进是一个动态过程。每一个河流生态系统都有它自己的历史。河流生态修复是靠时间做工作的。有研究指出，湿地重建或修复需要大约15~20a的时间。因此对于河流生态修复项目要有长期准备，同时进行长期的监测和管理。
3.5反馈调整式设计原则
生态系统的成长是一个过程，河流修复工程需要时间。从长时间尺度看，自然生态系统的进化需要数百万年时间。进化的趋势是结构复杂性、生物群落多样性、系统有序性及内部稳定性都有所增加和提高，同时对外界干扰的抵抗力有所增强。从较短的时间尺度看，生态系统的演替，即一种类型的生态系统被另一种生态系统所代替也需要若干年的时间，期望河流修复能够短期奏效往往是不现实的。
生态水利工程规划设计主要是模仿成熟的河流生态系统的结构，力求最终形成一个健康、可持续的河流生态系统。在河流工程项目执行以后，就开始了一个自然生态演替的动态过程。这个过程并不一定按照设计预期的目标发展，可能出现多种可能性。
意识到生态系统和社会系统都不是静止的，在时间与空间上常具有不确定性。除了自然系统的演替以外，人类系统的变化及干扰也导致了生态系统的调整。这种不确定性使生态水利工程设计不同于传统工程的确定性设计方法，而是一种反馈调整式的设计方法。是按照“设计—执行（包括管理）—监测—评估—调整”这样一种流程以反复循环的方式进行的。在这个流程中，监测工作是基础。监测工作包括生物监测和水文观测。评估的内容是河流生态系统的结构与功能的状况及发展趋势。常用的方法是参照比较方法，一种是与自身河流系统的历史及项目初期状况比较，一种是与自然条件类似但未进行生态修复的河流比较。
在反馈调整式设计过程中，提倡科学家、管理者和当地居民及社会各界的广泛参与，通过对话、协商，以寻求共同利益。提倡多学科的交流和融合，提高设计的科学性。
参考文献
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生态系统的修复范文第3篇
在社会生产过程中水利工程对经济与社会有着巨大的作用，同时也要看到水利工程对河流生态系统造成了不同程度的影响。人类整治河道修筑堤坝等活动人为的改变了河流的多样性、连续性和流动性，使水域的流速、水深、水温、自水流边界、水文规律等自然条件发生重大改变。这些改变对河流生态系统造成的影响是不容忽视的。未来的水利工程在权衡社会经济需求与生态系统健康需求这二者关系方面，似应强调水利工程在满足人类社会需求的同时，兼顾水域生态系统的健康和可持续性。
2生态水利工程
从学科发展角度看，现在的水利工程学的学科基础主要是工程力学和水文学，水利工程规划设计主要对象是水文系统，往往忽视生命系统的现状和未来风险等问题。学科的进一步发展应吸收生态学理论及方法，促进水利工程学与生态学的交叉融合，用以改进和完善水利工程的规划及设计理论，形成水利工程学新的学科分支——生态水利工程学。生态水利工程学作为水利工程学的一个新的分支，是研究水利工程在满足人类社会需求的同时，兼顾水域生态系统健康与可持续性需求的原理与技术方法的工程学。生态水利工程的内涵是：对于新建工程，是指进行传统水利建设的同时（如治河、防洪工程），兼顾河流生态修复的目标。对于已建工程，则是对于被严重干扰河流重点进行生态修复。生态水利工程将与传统治污技术、清洁生产（生态产业）及环境立法和资源管理一起，成为河流生态建设的主要手段之一。
3生态水利工程的规划设计原则
3.1工程安全性和经济性原则
生态水利工程是一项综合性工程，在河流综合治理中既要满足人的需求，包括防洪、灌溉、供水、发电、航运等需求，也要兼顾生态系统的可持续性。生态水利工程既要符合水利工程学原理，也要符合生态学原理。生态水利工程的工程设施必须符合水文学和工程力学的规律，以确保工程设施的安全、稳定和耐久性。工程设施必须在设计标准规定的范围内，能够承受洪水、侵蚀、风暴、冰冻、干旱等自然力荷载。按照河流地貌学原理进行河流纵、横断面设计时，必须充分考虑河流泥沙输移、淤积及河流侵蚀、冲刷等河流特征，动态地研究河势变化规律，保证河流修复工程的耐久性。
对于生态水利工程的经济合理性分析，应遵循风险最小和效益最大原则。由于对生态演替的过程和结果事先难以把握，生态水利工程往往带有一定程度的风险。这就需要在规划设计中进行方案比选，更要重视生态系统的长期定点监测和评估。另外，充分利用河流生态系统自我恢复规律，是力争以最小的投入获得最大产出的合理技术路线。
3.2提高河流形态的空间异质性原则
一个地区的生境空间异质性越高，就意味着创造了多样的小生境，能够允许更多的物种共存。反之，如果非生物环境变得单调，生物群落多样性必然会下降，生物群落的性质、密度和比例等都会发生变化，造成生态系统某种程度的退化。由于人类活动，特别是大规模治河工程的建设，造成自然河流的渠道化及河流非连续化，使河流生境在不同程度上单一化，引起河流生态系统的不同程度退化。生态水利工程的目标是恢复或提高生物群落的多样性，但是并不意味着主要靠人工直接种植岸边植被或者引进鱼类、鸟类和其他生物物种，生态水利工程的重点应该是尽可能提高河流形态的异质性，使其符合自然河流的地貌学原理，为生物群落多样性的恢复创造条件。
在确定河流生态修复目标以后，就应该对于河流进行生物调查、地貌历史和现状进行勘查和评估，建立河流地貌数据库和生物资源数据库。遥感技术和地理信息系统（GIS）是水文、河流地貌和生物调查的有力工具。关键的工作步骤是在以上两种调查工作的基础上，确定环境因子与生物因子的相关关系，必要时建立某种数学模型。河流环境因子包括河流河势、蜿蜒度、横断面形状及材料、流速、水位、水质、水温、泥沙、营养盐的迁移转化、水文周期变化等。研究的内容包括：调查单个生物因子的基本需求，评估各种生物因子的相互关系和制约条件，对于“关键种”或标志性生物的环境因子进行分类和评估。在众多的环境因子中，识别那些对于系统的结构和功能具有重要意义的环境因子，在此基础上进行河流地貌学设计和生物栖息地的设计。
3.3生态系统自设计、自我恢复原则
生态系统的自组织功能表现为生态系统的可持续性。自组织的机理是物种的自然选择，也就是说某些与生态系统友好的物种，能够经受自然选择的考验，寻找到相应的能源和合适的环境条件。
将自组织原理应用于生态水利工程时，生态工程设计与传统水工设计有本质的区别。像设计大坝这样的人工建筑物是一种确定性的设计，建筑物的几何特征、材料强度都是在人的控制之中，建筑物最终可以具备人们所期望的功能。河流修复工程设计与此不同，生态工程设计是一种“指导性”的设计，或者说是辅设计。依靠生态系统自设计、自组织功能，可以由自然界选择合适的物种，形成合理的结构，从而完成设计和实现设计。成功的生态工程经验表明，人工与自然力的贡献各占一半。
传统的水利工程设计的特征是对于自然河流实施控制。而设计生态水利工程时，要求工程师必须放弃控制自然界的动机，树立新的工程理念。因为依靠人力和技术控制自然界是不可能的。人们要善于利用生态系统自组织、自设计这个宝贵财富，实现人与自然的和谐。需要强调的是，地球上没有两条相同的河流，每一条河流的特点都是各不相同的。因此，每一项生态水利工程必须因地制宜，充分尊重每一条河流的自然属性和美学价值，寻求最佳的生态工程方案。
自设计理论的适用性还取决于具体条件。包括水量、水质、土壤、地貌、水文特征等生态因子，也取决于生物的种类、密度、生物生产力、群落稳定性等多种因素。在利用自设计理论时，需要注意充分利用乡土种。引进外来物种时要持慎重态度，防止生物入侵。
3.4景观尺度及整体性原则
河流生态修复规划和管理应该在大景观尺度、长期的和保持可持续性的基础上进行，而不是在小尺度、短时期和零星局部的范围内进行。在大景观尺度上开展的河流生态修复效率要高。小范围的生态修复不但效率低，而且成功率也低。整体性是指从生态系统的结构和功能出发，掌握生态系统各个要素间的交互作用，提出修复河流生态系统的整体、综合的系统方法，而不是仅仅考虑河道水文系统的修复问题，也不仅仅是修复单一动物或修复河岸植被。
景观则是指生态学中的景观尺度。景观尺度包括空间尺度和时间尺度。为什么在景观的大尺度上进行河流修复规划？首先，水域生态系统是一个大系统，其子系统包括生物系统、广义水文系统和人造工程设施系统。广义水文系统又与生物系统交织在一起，形成自然河流生态系统。而人类活动和工程设施作为生境的组成部分，形成对于水域生态系统的正负影响。水域生态系统受到胁迫时，需要对于各种胁迫因素之间的相互关系进行综合、整体研究。其次，必须重视水域生境的易变性、流动性和随机性的特点，这些特点决定了生物种群的基本生存条件。水域生态系统是随着降雨、水文变化及潮流等条件在时间与空间中扩展或收缩的动态系统。再者，河流生态系统是一个开放的系统，与周围生态系统随时进行能量传递和物质循环，一条河流的生态修复活动不可能是孤立的，还需要与相邻的流域的生态修复活动进行协调。最后，河流生态修复的时间尺度也十分重要。河流系统的演进是一个动态过程。每一个河流生态系统都有它自己的历史。河流生态修复是靠时间做工作的。有研究指出，湿地重建或修复需要大约15~20a的时间。因此对于河流生态修复项目要有长期准备，同时进行长期的监测和管理。
3.5反馈调整式设计原则
生态系统的成长是一个过程，河流修复工程需要时间。从长时间尺度看，自然生态系统的进化需要数百万年时间。进化的趋势是结构复杂性、生物群落多样性、系统有序性及内部稳定性都有所增加和提高，同时对外界干扰的抵抗力有所增强。从较短的时间尺度看，生态系统的演替，即一种类型的生态系统被另一种生态系统所代替也需要若干年的时间，期望河流修复能够短期奏效往往是不现实的。
生态水利工程规划设计主要是模仿成熟的河流生态系统的结构，力求最终形成一个健康、可持续的河流生态系统。在河流工程项目执行以后，就开始了一个自然生态演替的动态过程。这个过程并不一定按照设计预期的目标发展，可能出现多种可能性。
生态系统的修复范文第4篇
1. 建设生态水利工程的必要性
水利工程指具有防洪、排涝、河道整治、发电、灌溉、供水、航运、生态环境等单一功能或多种功能的兴利除害的工程，这就是传统的水利工程。传统的水利工程规划规划主要对象是水文系统，往往忽视生命系统的现状和未来风险等问题。生态水利，就是按照生态学原理，遵循生态平衡规律的法则和要求建立起来的满足良性循环和可持续利用的水利体系，生态水利工程不仅需要满足工程本身的生态规划要求，又要满足整个流域水系的生态要求，或者说在满足人类社会需求的同时，兼顾水域生态系统健康与可持续性需求。生态水利工程的内涵是：对于新建工程，是指进行传统水利建设的同时(如防洪、河道整治工程)，兼顾河流生态修复的目标。对于已建工程，则是对于被严重干扰河流重点进行生态修复。生态水利工程将与传统治污技术、清洁生产和环境立法和资源管理一起，成为河流生态建设的主要手段。建设人类美好的生存环境和社会持续发展，需要生态水利工程。
2. 当前生态水利工程工作面临的困难
2.1 生态水利工程规划缺乏基于不同区域的评价标准和规划方法。
生态水利工程对于工程的服务目标具有明显的地域性区别，因为对于不同地区的生态环境来说它们都具有自己的特点，所以生态水利工程每个地区也应该具有不同的特点，必须因地制宜的进行规划。对于我国的生态水利工程建设来说也有了一些大体的方法和规划标准，但是对于不同地区的工程来说就没有具体的规划指标和参考模式。因此，对于我国现阶段的生态水利工程的规划和建设来说还具有很大的问题，最主要的就是缺乏针对于不同地区生态环境特点的把握以及因地制宜的不同规划方案。
2.2 生态水利工程规划工作的目标和标准的确定比较难。
对于生态水利工程来说其建设的目标和任务与原有单一的水利工程建设来说有所不同，它更加注意维护和保证生态环境的健康和发展，主要任务和目标就是实现人类和生态系统的和谐相处。所以基于这种特殊的任务，生态水利工程建设的第一步就是确定好规划的目标和建设标准，对于工程要达到的标准都要有一个具体的量化。目前我国的生态保护工作的目标还都处于定向描述的阶段，没有明确的目标和标准，也没有具体量化的一些要求，所以这也就给工程的预期目标和标准的建设以及工程的建设质量都带来了一定的困难。
2.3 生态水利工程规划缺少生态水文测验资料。
对于工程的建设来说，一些前期必备的资料是必不可少的，生态水利工程建设依然如此。生态水文的测验资料是生态水利工程规划的关键和重要参考内容。如果不能从水文测验站的观测资料去分析水文过程对生态过程的正负影响机理，就很难基于生态系统的自组织规律寻求生态水利工程的规划理论、方法与技术参数。当前，我国水文测验工作相对落后，水文测验站还不能适应当前生态水利工程规划对资料的需求。有关生态水文站方面的规划与布局在我国还未正式开展，国内也少有报道，不过我国已经提高了对这方面工作的重视程度，经过一段时间的努力也会有一定的发展的。
2.4 生态水利工程规划技术人才匮乏。
不管对于什么类型的工程来说，人才都是工程建设中必不可少的关键组成部分。实现生态水利工程是水利工程和生态学的有机结合，需要生态水利工程的规划人员不仅具备水利工程规划的知识和经验，还要具备生态保护和生态恢复学的理论和知识。以往的人才培养目标和方向，使两者分属于不同的学科与专业，具有两方面综合知识和规划能力技术人才匮乏，加之生态水利工程的实践活动的经验缺乏，可以参考与借鉴的规划项目有限，难以保证生态水利工程的规划水平和质量。
3. 生态水利工程基本规划原则
3.1 工程安全性和经济性原则。
(1)生态水利工程是一种综合性工程，既要满足人类的需求，同时也要考虑可持续发展的要求。另外，生态水利工程既要符合水利工程学原理，也要符合生态学原理。生态水利工程的工程设施必须符合水文学和工程力学的规律，以确保工程设施的安全、稳定和耐久性。
(2)从生态水利工程的经济上分析，应准寻风险小效益大的基本原则，由于生态系统的演变方向是随机的，生态水利工程规划具有一定的风险，这需要在规划规划中进行方案比选，更要重视生态系统的长期定点监测和评估。另外，应该合理的利用生态系统的恢复能力，力争以最小的投入获得最大收获的规划路线。
3.2 生态系统自我规划、自我恢复原则。
生态系统的自组织功能是其重要特征。生态学用自组织功能来解释物种分布的丰富性现象，也用来说明食物网随时间的发展过程。生态系统的自组织功能表现为生态系统的可持续性。自组织的机理是物种的自然选择，也就是说某些与生态系统友好的物种，能够经受自然选择的考验，寻找到相应的能源和合适的环境条件。在这种情况下，生境就可以支持一个能具有足够数量并能进行繁殖的种群。自组织功能原理与达尔文的进化论有相似之处，只是研究的尺度不同而已。达尔文的进化论研究是在地球生物圈所有种群的尺度上进行的，而自组织功能是在生态系统中种群之间发生的。依靠生态系统自规划、自组织功能，可以由自然界选择合适的物种，形成合理的结构，从而完成规划和实现规划。成功的生态工程经验表明，人工与自然力的贡献各占一半。
3.3 景观尺度及整体性原则。
(1)河流生态修复规划和管理应该在大景观尺度、长期的和保持可持续性的基础上进行，而不是在小尺度、短时期和零星局部的范围内进行。在大景观尺度上开展的河流生态修复效率要高。小范围的生态修复不但效率低，而且成功率也低。所谓“整体性”是指从生态系统的结构和功能出发，掌握生态系统各个要素间的交互作用，提出修复河流生态系统的整体、综合的系统方法，而不是仅仅考虑河道水文系统的修复问题，也不仅仅是修复单一动物或修复河岸植被。
(2)同时，必须重视水域和生态环境的易变性、流动性和随机性的特点，表现为流量、水位和水量的水文周期变化和随机变化，也表现为河流淤积与侵蚀的交替变化造成河势的摆动。这些变化决定了生物种群的基本生存条件。水域生态系统是随着降雨、水文变化及潮流等条件在时间与空间中扩展或收缩的动态系统。生态系统的变化范围从生境受到限制时期的高度临界状态到生境扩张时期的冗余状态。
(3)再者，要考虑生境边界的动态扩展问题。由于动物迁徙和植物的随机扩散，生境边界也随之发生动态变动。
(4)最后，河流生态修复的时间尺度也十分重要。河流系统的演进是一个动态过程。每一个河流生态系统都有它自己的历史。需要对历史资料进行收集、整理，以掌握长时间尺度的河流变化过程与生态现状的关系。河流生态修复长期的工作。有研究指出，湿地重建或修复需要大约15到20年的时间。因此对于河流生态修复项目要有长期准备，同时进行长期的监测和管理。
3.4 反馈调整式规划原则。
3.4.1 生态系统的成长是一个过程，河流修复工程需要时间。从长时间尺度看，自然生态系统的进化需要数百万年时间。进化的趋势是结构复杂性、生物群落多样性、系统有序性及内部稳定性都有所增加和提高，同时对外界干扰的抵抗力有所增强。从较短的时间尺度看，生态系统的演替，即一种类型的生态系统被另一种生态系统所代替也需要若干年的时间，期望河流修复能够短期奏效往往是不现实的。
3.4.2 生态水利工程规划主要是模仿成熟的河流生态系统的结构，力求最终形成一个健康、可持续的河流生态系统。在河流工程项目按照规划执行以后，就开始了一个自然生态演替的动态过程。这个过程并不一定按照规划预期的目标发展，可能出现多种可能性。最理想状态应是没有外界胁迫的自然生态演进状态。在河流生态修复工程中，恢复到未受人类干扰的河流原始状态往往是不可能的，可以理解这种原始状态是自然生态演进的极限状态上限。如果没有生态修复工程，在人类活动的胁迫下生态系统的进一步恶化，这种状态则是极限状态的下限。在这两种极限状态之间，生态修复存在着多种可能性。针对具体一项生态修复工程实施以后，一种理想的可能是：监测到的各生态变量是现有科学水平可能达到的最优值，表示生态演进的趋势是理想的。另一种差的情况是，监测到的各生态变量是人们可接受的最低值。在这两种极端状态之间，形成了一个包络图。一项生态修复工程实施后的实际状态都落在这个包络图中间。
3.4.3 意识到生态系统和社会系统都不是静止的，在时间与空间上常具有不确定性。除了自然系统的演替以外，人类系统的变化及干扰也导致了生态系统的调整。这种不确定性使生态水利工程规划不同于传统工程的确定性规划方法，而是一种反馈调整式的规划方法。是按照“规划-执行(包括管理)-监测-评估-调整”这样一种流程以反复循环的方式进行的。在这个流程中，监测工作是基础。监测工作包括生物监测和水文观测。这就需要在项目初期建立完善的监测系统，进行长期观测。依靠完整的历史资料和监测数据，进行阶段性的评估。
3.4.4 评估的内容是河流生态系统的结构与功能的状况及发展趋势。常用的方法是参照比较方法，一种是与自身河流系统的历史及项目初期状况比较，一种是与自然条件类似但未进行生态修复的河流比较。评估的结果不外乎有几种可能：
(1)生态系统大体按照预定目标演进，不需要规划变更;
(2)需要局部调整规划，适应新的状况;
(3)原来制定的目标需要重大调整，相应进行规划。
4. 结束语
生态水利工程是一门将生态学和工程学很好的结合在一起的一门学科，也是将人与自然和谐相处的思想很好的运用于实际的学科。因此在生态水利工程的规划过程中，提倡科学家、管理者和当地居民及社会各界的广泛参与，通过对话、协商，以寻求共同利益。提倡多学科的交流和融合，提高规划的科学性。
生态系统的修复范文第5篇
海岛生态修复的模式研究
根据国内外海岛修复研究情况可将海岛生态修复分为三种模式。
(1)重新设计模式。海岛生态系统已经遭到严重破坏、退化或完全改变而无法挽回，无法进行生态完整性恢复，因为最初的物种可能已经完全消失或大量消失，无法再恢复到最初的状态。目前这类海岛最典型的是位于南太平洋的复活节岛，该岛曾经覆盖茂密的森林，但现在土壤贫瘠，大部分覆盖的是稀疏的草原。曾经覆盖原始地方性灌木和树林的地方，植物已经消失。同样，所有本土的脊椎动物也已经消失。除此之外有学者研究认为外来生物入侵和其他威胁的组合造成的影响，甚至可能导致岛屿生态系统崩溃。现在不能确定本土原有的棕榈树和无脊椎动物以及其他灭绝物种的数据，但是无论灭绝和入侵的数量如何，这个海岛已经不可能恢复，这里存在一个新的生态演替过程。这种类型的海岛原生生态已经丢失，原生物种大多已经灭绝，很难也几乎不能找到合适的原生物种对海岛实施恢复，但是可以根据现在海岛的具体情况采取措施对海岛进行重新的绿化、修复和美化生态工程。这里的重新绿化是用植被更多地考虑到美学和工程应用价值，而不是特别注重恢复生态完整性。
(2)恢复模式。海岛生态系统的原始性维持在较高水平，原生物种保持较好，只有很少部分的灭绝，海岛生态系统的完整性可以修复到较高的水平。此类海岛较典型的包括位于塞舍尔群岛的科西涅岛，该岛的大部分仍然保持原始的旷野，虽然它不是位于远离城市的荒地或是完全未受污染的海域，但还是比较偏远，大多数的物种、生态过程和动物行为维持在人类干扰前的状态。岛上可能只有1～3个巨型海龟物种灭绝，但这是无法确定的。现在为了恢复原来的生态活动，已经引进亚达伯拉的15种巨型海龟等。除此之外还有一些海岛也特别适合恢复，并且已经取得了一些显著的成果，尤其是在新西兰。该类型海岛由于保持较好的生态完整性，几乎没有过多的破坏，可以实现以生物为中心的较高水平的修复，但是也无法恢复到最原始的水平，因为可能有些入侵物种长期存在后，融入原来生态系统中使之成为不能缺少的物种，如果进行移除反而会影响生态系统的正常运行。。
(3)自我修复模式。海岛虽然受到各种因素的影响，现在表现出轻微破坏状态，但是没有超过海岛生态系统本身的承受范围，具有较好的生态完整性，能过通过生态系统的自我更新修复作用可以得到恢复，无须采取措施协助其恢复。目前存在较多此类海岛，它较少受到人类活动及自然灾害的影响或处于较偏远的海域，生态状况处于较良好的状态，即使有轻微破坏也不会对其生态系统造成影响。
海岛生态修复的技术研究
虽然国内外海岛生态修复采取各种不同的技术，但目前为止没有形成一套完整的技术体系，根据国内外专家的研究情况，目前海岛生态修复技术主要以生物技术与工程技术为主，也有学者开始注意到工程与生物相结合的景观修复技术。其中主要包括物种引入与恢复技术、种群动态调控技术、群落演替控制与恢复技术、物种选育与繁殖技术、土壤肥力恢复技术、水土流失控制与恢复技术、水体污染控制技术、节水与保水技术、生态评价与规划技术、生态系统组装与集成技术等。在生物技术方面国内外的研究已经达到一定水平，其中物种引入与恢复技术运用较多，除此之外还综合运用到种群动态调控、群落演替控制与恢复、物种选育与繁殖、土壤肥力恢复等技术。
海岛陆域生态系统的修复中最重要的问题是恢复和维持退化海岛的水分循环与平衡过程，其中最常用的手段是恢复海岛植被。虽然海岛单位面积的植物群落种类明显少于大陆，但海岛植被的恢复仍可参考其群落演替过程。我国学者主要研究了广东的南澳岛和厦门的猴屿等。通过研究南澳岛植物群落演替过程，指出该海岛的修复主要运用植被恢复、群落演替控制与恢复等技术。对厦门猴屿进行修复时采用植被恢复技术。此外澳门离岛的生态环境破坏非常严重，也采用了植被恢复、物种选育与繁殖等技术，使得海岛得到很好的修复。
国外对生物技术研究较早，广泛采取多种技术方法以物种引入与恢复技术为主，如在对夏威夷群岛进行修复时，通过引入原生的乡土物种使得海岛生物得到一定的恢复;科西涅岛通过引入原始物种生态得到了很好的修复;新西兰的SantaCatalina岛通过引入山羊以控制杂草;用犹大山羊技术控制野生山羊以恢复科西涅岛的生态系统;研究引入的野牛对圣卡塔利娜岛原生植物恢复的影响，指出要控制恢复过程中的非本土动植物需采取的措施。工程技术方面主要采用水土流失控制与恢复、水体污染控制、节水与保水、生态评价与规划、生态系统组装与集成等技术。国内研究相对较少，以厦门猴屿和澳门离岛等为主。厦门猴屿码头北面受破坏严重，采取浆砌石挡墙的水土流失控制与恢复技术，防治水土流失。
澳门离岛植被生态恢复过程中采取挖掘沟槽蓄水的节水与保水技术措施，以解决季节性缺水对修复进程的影响。国外学者在工程技术研究方面相对较深入，如科拉马拉岛的修复工程，采用黄麻土工布固定岸坡的水土流失控制与恢复技术，以防治表土侵蚀和种子冲刷。
鲁滨逊克鲁索岛通过试验建立围栏防止放牧牛对森林的破坏，采取了生态评价与规划等技术。科西涅岛生态修复不同阶段采用了相应的工程技术，主要有生态评价与规划、生态系统组装与集成等，如第二阶段建立园艺区隔离非原生的家养植物，第三阶段对外来建设的工厂实施搬迁等。此外，部分海岛还采取了工程与生态相结合的技术以及景观修复技术，如厦门猴屿由于处在景观节点，在研究恢复植被生态系统的同时，采取将绿化恢复与景观建设相结合的景观设计技术方式。国外学者还对GIS、遥感等技术在海岛生态修复方面的应用进行了研究，如在严重侵蚀的科拉马拉岛(孟加拉湾)，利用GIS技术结合卫星遥感图像分析冲淤过程，并运用生物工程技术相结合采取措施修复海岛，提出了具体的修复措施。
海岛生态修复研究趋势
海岛生态修复研究虽然已取得一定进展，但目前仍处于基础性研究阶段，尚未总结出适合海岛修复的一般性理论，对海岛生态修复模式研究不够深入，修复的技术方法以及实践应用尚不成熟。海岛生态修复研究的趋势主要体现在以下几个方面:
(1)海岛生态修复研究仍以理论研究为基础，通过借鉴先进成功的生态修复经验及理论，总结适合海岛生态修复的一般性理论，为海岛生态修复研究及实践提供理论指导。
(2)海岛生态修复研究的重点之一在于对海岛生态修复模式的深入研究，系统分析海岛生态修复模式，以便更精确指导不同地域、不同类型海岛的生态修复过程。
(3)研究高效的海岛生态修复技术，总结指导生态修复的技术方法用以指导修复物种的选择及合理搭配等，以生物修复技术为核心结合工程修复、景观修复等技术，为海岛生态修复提供强有力的技术支撑，将是海岛生态修复研究的另一个重点。
