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农业生态工程整理第一章 绪论1.生态工程：是遵循生态学的基本原理，应用生态系统中物种共生和物质循环再生的原理，结合系统工程的最优化方法，设计的分层多级利用物质和能量的生产工艺系统。2.农业生态工程：将生态工程原理应用于农业生产和建设，有效地运用生态系统中各生物种充分利用空间和资源的生物群落共生原理、多种成分相互协调和促进的功能原理，以及物质和能量多层次多途径利用和转化的原理，从而建立能合理利用自然资源、保持生态稳定和持续高效功能的农业生态系统。3.生态工程与环境工程的区别环境工程起源于专业化的卫生处理，主要用于处理城镇生活污水、工业废水、工业废气、生活垃圾、固体废物等，而且同城市密切相关的。环境工程则依赖新的化学、机械或物质技术来解决这些问题。环境工程的“零排放”来解决环境污染不可能，其提供一种环境技术选择时，常常将污染物从一种介质转移到另一种介质中去。环境工程以化石能为基础能源，并改变或减少生态系统的生物多样性。生态工程考虑利用生态系统的自我设计、无废弃物和物质循环等特点来解决污染问题。通过生态系统的自我设计和其它工艺的结合，实现系统污染的零排放或最小排放。生态工程设计依赖物种所形成的网络执行给定的功能进行。生态工程利用太阳能为基本能源，并保持或增加生态系统内部的生物多样性。 4.农业生态工程基本原理系统原理：整体性原理、有机关联性原理、动态性原理、协同性原理、层次性原理。生态原理：物质循环再生原理、生态系统自组织原理、边缘效应原理经济原理：自然资源合理利用原理、生态经济平衡原理工程原理：太阳能充分利用原理、水资源循环利用原理、无污染工艺原理、生物有效配置原理第二章 农业固体废弃物处理生态工程1.农牧业固体废物生物学特性固体废物本身的生物性质及对环境的影响：高浓度、成分复杂的有机物，并且有各种有害的病原菌、虫卵、草籽、植物病虫害、各种原生动物固体废物的可生化性：主要有碳水化合物、脂肪、蛋白质；碳水化合物分解速度最快，其次是脂肪，蛋白质最慢。农作物秸秆富含木质纤维素物质，主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，难被生物降解，其中木质素占16-20%，是最难被生物降解的有机组分。固体废物的可生化性检验：在废物或废水处理中，微生物的耗氧速率（BOD）通常被作为废物可生化特性的重要指标2.固体废弃物处理原则“三化原则”减量化：是防止固体废物污染环境的优先措施。我国大部分的农村农业生产比较粗放，缺少农业清洁生产机制。可降解塑料膜的使用、养殖场冲洗节水 资源化：能量和物质的循环利用。秸秆还田、秸秆气化、畜禽粪便作肥料农田生态系统的牧草及稻草、酱菜原料藤蔓茎叶饲养奶牛、猪等,湿牛粪、猪粪投入沼气池,沼气液、沼气渣可养鱼、养蚯蚓、养蘑菇 无害化：卫生填埋3.畜禽粪便资源化利用的主要途径用作种植业生产的肥料：直接还田或制作堆肥还田、商品有机肥制作畜禽鱼养殖饲料：微生物发酵、物理方法处理进行能量转换生产（做燃料）：沼气发酵产生能源、利用粪便发电4.农作物秸秆资源化利用的主要途径秸秆肥料利用技术：直接还田、堆沤还田、过腹还田、复合肥生产、微生物处理还田秸秆饲料利用技术：发酵制作饲料、秸秆生物颗粒饲料综合处理技术用作生活能源：一是直接燃烧、二是通过厌氧发酵产生沼气，三是通过加热制作秸秆气，四是秸秆发电第三章 农业污水处理生态工程1.自然条件下的污水生物处理分类水体净化法：稳定塘系统。土壤净化法：土地处理系统、人工湿地系统。2.稳定塘：又名氧化塘或生物稳定塘，其对污水的净化过程与自然水体的自净过程相似，是一种利用天然水中存在的微生物和藻类，对有机废水进行好氧、厌氧生物处理的天然或人工池塘的总称。分类：按照占优势的微生物种属和相应的生化反应不同，大致可以分为四类：普通氧化塘（好氧塘、兼性塘、曝气塘、厌氧塘）生态系统塘（水生植物塘、养殖塘）高效藻类塘组合塘系统工作原理：依靠自然生态系统的净化作用使污水净化。形成的生态系统菌藻共生体系藻类在光合作用放出氧，细菌则利用藻类提供的氧降解有机污染物，其它仅起辅助作用。不同水层存在分区：上方因复氧、光合作用成好氧区，下部兼性区，底部（泥）厌氧区。3.稳定塘系统的优缺点优点:基建投资低：旧河道、沼泽地、谷地可利用作为稳定塘，稳定塘系统基建投资低。运行管理简单经济：稳定塘运行管理简单，动力消耗低，运行费用较低，约为传统二级处理厂的1/31/5。可进行综合利用：实现污水资源化，如将出水用于农业灌溉，充分利用污水的水肥资源；养殖水生动物和植物，组成多级食物链的复合生物系统。处理效果好：对难生化降解的有机物、磷氮等营养物和细菌的去除率高于常规二级处理,达到部分三级处理效果。缺点：占地面积大没有空闲余地时不宜采用。处理效果受气候影响 如季节、气温、光照、降雨等自然因素都影响稳定塘的处理效果。设计运行不当时，可能形成二次污染 如污染地下水、产生臭气和滋生蚊蝇等。 4.污水土地处理系统组成：污水的预处理设施；污水的调节与储存设施；污水的输送、布水和控制系统；一定面积的土地(土地净化田)；净化水收集系统；利用系统工作原理利用土壤微生物植物生态系统,进行物理、化学、物化和生化作用过程，使污水得到净化。其中土壤胶体和土壤微生物是土壤能够容纳、缓冲和分解微生物的关键。土地处理系统主要类型 ：地表漫流系统、慢速渗滤系统、快速渗滤系统、地下渗滤系统、复合污水土地处理系统 。5.湿地：地表有植物生长、土壤终年长时间被水淹没且含水量维持在饱和状态的土地。人工湿地：一种人工建造和监督控制的与沼泽类似的地面处理新技术。由于功能和目的的不同，人工湿地归类为：水质处理型人工湿地，目的在于处理或改善水质。生态补偿型人工湿地，旨在替代因土地开发而消失或破坏的自然湿地。暴雨洪水调节型人工湿地。景观造景型人工湿地，目的纯以休闲造园为主。养殖型人工湿地。综合型人工湿地。6.湿地污水处理系统：利用沼泽土壤的物理化学作用和微生物的生物化学作用、以及耐水植物（芦苇、香蒲、灯心草等）的协同净化作用使污水得到净化的一种土地处理工艺。（1）生态系统：耐水植物（芦苇、香蒲等）、土壤（粘土矿物）及其微生物联合作用。（2）供氧：植物光合作用在植物根际周围形成“含氧区”，为好氧微生物供氧。（3）净化机理：物理沉降，根际截留，化学沉淀，土壤及其微生物、植物的吸附吸收与生物代谢，阳光及其植物分泌物的作用等。（4）分类：主要可以分为表面流型及潜流两类。表面流型：种植各种水生植物，增加停留时间，以蛇字型流向设置，以保证布水均匀和一定的推流效果。设计时应充分利用地形、地势，避免出现水流死区。潜流：人工潜流湿地处理系统是人工筑成的床槽，床内充填介质支持芦苇类的挺水植物生长，床底设粘土隔水层，并具有一定的坡度。污水从沿床宽度设置的布水装置进入，水平流动通过介质，与布满生物膜的介质表面和溶解氧充分的植物根区接触，在这一过程中得到净化。 第四章 水体污染修复生态工程1.水污染类型: 有机物污染、重金属污染、氮磷富营养化物。2.水体富营养化：为氮、磷等无机营养物大量进入相对封闭、水流缓慢的湖泊、水库等水体，引起藻类等水生植物大量繁殖、水体溶解氧下降、水质恶化、其它水生生物大量死亡的现象。3.水体生物修复：是利用植物、水生动物或微生物的生命活动，对水中的污染物进行转移、转化及降解，从而使水体得到净化的工程及技术体系。4.污染水体生物修复分类原位生物修复：指对受污染的介质（土壤、水体）不作搬运或输送而在原位污染地进行的生物修复处理，其修复过程主要依赖于被污染地自身微生物的自然降解能力和人为创造的合适降解条件。 异位生物修复：指被污染介质（土壤、水体）搬动或输送到它处进行生物修复处理。但这里的搬动和输送是低限度的，而且更强调人为控制和创造更加优化的降解环境。 联合生物修复：是一种结合原位生物修复和异位生物修复能够扬长避短,是在当今环境修复中应用较广泛的生物修复措施。5.湖泊污染来源：来自底部淤泥的内源污染和人为活动引起的外源污染。 外源污染：（1）一些工业和生活污水未经处理排入水体。（2）污水处理厂出水排入水体。（3）面源性的农业污染物进入水体。农田种植（化肥流失、秸秆遗弃）、畜禽养殖、水产养殖、土壤侵蚀、农村生活（生活污水、人粪尿、生活垃圾）。（4）大量使用的高磷洗涤剂是进入水体磷素的重要来源。内源污染：（1）湖泊、池塘底泥富含大量应用物质。（2）湖泊、池塘水生动植物残体腐烂分解释放养分。6.湖泊污染控制措施（1）堵源。即把大量的氮、磷堵截在进入天然水体之前。农业和农村污染的农田种植、畜禽养殖、水产养殖、农村生活、农村工业、土壤侵蚀源头治理。（2）修复。湖泊水体的底部淤泥中储存着大量的营养物质成为内源污染，沉积物中释放出来的磷成为支持藻类增长的主要营养，进而加剧水体的富营养化。分为富营养化的微生物修复；富营养化的水生植被修复；富营养化的生物操纵修复；富营养化的底泥环境疏浚修复。7.富营养化湖泊常用的修复方法（1）深水曝气修复：向湖泊中进行人工复氧。（2）生物试剂添加修复：污染的湖泊中投加人工培育的 活性微生物，强化河流有机物的降解。8.水生植被修复：利用不同的生活型、不同种类的水生植物在适应和改造环境能力上的显著差异，设计出种类更替系列，并尽可能在短时间内完成演替过程。水生植被修复包括人工强化自然修复与人工重建水生植被两条途径。其中沉水植物群落的恢复是修复湖泊生态系统的关键，水植物群落是使湖泊从浮游植物为优势的混水态转变成以大型水生植被为优势的清水态的关键。水植物常作为富营养化湖泊、池塘植被构建的先锋物种。9.水生植被修复的设计基础a. 由湖盆形态、底质条件和水文条件决定水生植被面积、 类型和分布格局b. 强烈的风浪扰功能决定水生植被的分布格局和面积c. 水质和湖水透明度是决定水生植物分布深度和面积的重要因素d. 人类需求是决定水生植被类型、面积和分布格局的主导因素 10.湖泊水生生态系统的植物完全演替修复根据演替原理，选择耐污性强的先锋物种，以后逐步优化。（污染严重）一般情况，湖盆形态比较规则，水动力特征和底质条件均匀，水生高等植物三种生活型多呈环带状分布。沿岸向湖心方向依次出现挺水植物，浮水植物（漂浮植物、浮叶植物）和沉水植物所组成的水生植被系列。（完全演替系列）所以湖区水生生态系统修复包括挺水植物、浮水植物、沉水植物的构建。 11.生物操控：指应用湖泊生态系统内营养级之间的关系，通过对生物群落及其生境的一系列凋整，从而减少藻类生物量，改善水质。12.庇护机制：是指浮游动物赖以逃避鱼类捕食的行为机制或环境条件。13.生物操控途径：人为去除鱼类、投放肉食性鱼类、水生植被管理、底栖动物群落的构建。第五章 土壤恢复生态工程1.土壤生态系统退化类型：土壤侵蚀、荒漠化、盐碱化、贫瘠化、潜育化、土壤污染、土壤非农业利用。2.水土流失：也叫土壤侵蚀，是水、风、冰或重力等营力对陆地表面的磨损，或者造成土壤、岩屑的分散与移动。侵蚀营力分为：水力侵蚀、风力侵蚀、冻容侵蚀、重力侵蚀。3.水土保持农业生态工程：以小流域为治理单元，合理布设水土保持各生物、农业技术与工程措施（“三结合”），依据系统工程方法，安排农、林、牧、渔、副各业用地，形成综合防治体系。4.水土保持措施“三结合”：工程、生物、农技三大措施，有机结合，效益互补。工程措施见效快，工程养林草；林草治根本，林草固工程；提高土地生产率，农技是关键。 5.简述水土保持的农业技术措施我国的水土保持耕作措施可分为二大类：一类是以改变地面微小地形，增加地面粗糙度为主的耕作措施，如等高带状种植、水平沟种植、沟垄种植等；一类是以增加地面覆盖和改良土壤为主的耕作措施，如秸秆覆盖、间、混、套、复种和草田轮作、少耕免耕、增施有机肥等。 6.简述水土保持的工程措施坡面治理工程：梯田、拦水沟埂、水平沟、水平阶、鱼鳞坑、山坡截流沟、稳定斜坡下部的挡土墙沟道治理工程：沟头防护、谷坊工程、拦沙坝、生态袋排水沟小型蓄水用水工程：山塘、蓄水池、小型水库7.梯田：山区、丘陵坡耕地上沿等高线修筑而成的平坦地块，因在坡地上呈阶梯状分布而得名。是最基本的水土保持工程措施，达到保水、保土、保肥和增产的目的。我国梯田类型很多，按田面的纵坡不同，可分为水平梯田、隔坡梯田、坡式梯田和反坡梯田。8.土壤污染：指人类活动所产生的污染物通过各种途径进入土壤，其数量和速度超过了土壤的容纳和净化能力，而使土壤的性质、组成及性状等发生变化，导致污染物质的积累过程逐渐占据优势，破坏了土壤的自然生态平衡，致使土壤的自然功能失调、土壤质量恶化的现象。9.土壤污染的主要途径：污水污泥对土壤的污染；化肥对土壤的污染；农药对土壤的污染；固体废弃物对土壤的污染。10.土壤污染物的类型：无机物，如重金属、酸、碱、盐等有机磷农药，如杀虫剂、杀菌；剂、除草剂等；有机废弃物，如油、酚等有机物；畜禽粪便；化学肥料，如氮、磷肥等；污泥、矿渣、粉煤灰；放射性物质及寄生虫、病原菌和病毒等。11.土壤污染的特点：隐蔽性和滞后性；累积性和地域性；不可逆转性;治理难而周期长。12.土壤污染的防治：控制和消除土壤污染源；增加土壤的自净能力；合理使用化学农药与化肥。13.污染土壤修复：污染土壤修复是指根据生态学原理，通过一定的生物、生态和工程的技术与方法，人为地改变和切断污染土壤的主导因子或过程，实现土壤中有毒有害污染物的转移或转化，消除或减弱污染物毒性，恢复土壤的生态服务功能。污染土壤修复主要有物理修复、化学修复和生物修复3种形式。14.土壤重金属污染的主要物理修复措施：工程措施主要包括客土、换土和深耕翻土等措施。淋洗技术：土壤淋洗是利用淋洗液把土壤固相中的重金属转移到土壤液相中去，再把富含重金属的废水进一步回收处理的土壤修复方法。15.生物修复：对土壤中重金属的生物迁移而提出的一项净化措施，即利用某些特定的动植物和微生物能够较快地吸走或降低土壤中的重金属污染物而达到净化土壤的目的。目前生物修复包括动物修复、植物修复和微生物修复。16.植物修复：是指将某种特定的植物种植在重金属污染的土壤上，而该种植物对土壤中的污染元素有特殊的吸收和吸附能力，这样当该植物收获并妥善处理后即可将重金属移出土体，达到污染治理与生态修复的目的。17.超富集植物：能超量吸收重金属并将其转运到地上的植物。18.植物提取：利用植物根系对重金属元素的吸收，并经过植物体内一系列复杂的生理生化过程，将重金属元素从根部转运至地上部分，再进行收割处理。第六章 农田复合生态工程1.农田生态工程：遵循农田生态学和生态系统原理，根据自然生态条件和社会经济环境设计和建造的农田生物群落结构和种群结构，利用种间和种际效应（互补、互防、相生、相克）来提高农田的光能利用率和能量产投比。2.农田作物生态工程：主要指我国传统意义上的农作物的轮作、间作、套种与复种（多熟种植）等措施及其应用。4.我国常见的农田种养生态工程模式：稻田养鱼；稻田养鸭；稻田养蟹；果园养鸡、鹅5.稻田养鱼生态工程遵循的基本原理（1）控制田间杂草发生：稻田鱼群，除了吃水生萍体外，对牛毛毡、菹草、矮慈姑、鸭舌草、水马齿苋等也较喜食。当鲜鱼450 kg/hm2时，田间杂草通过养鱼就能基本达到防治效果，而且稻棵水下部分的残叶也能被吃。（2）减轻水稻害虫为害：稻田中的鱼，喜食落在稻田水面或附在稻脚上的叶蝉、褐稻虱、稻纵卷叶螟等害虫。（3）改善稻田土、水环境：稻田养鱼，水稻根系白壮，很少有黑根与烂根等现象，并青秆黄熟。鱼群排出的粪便，含有丰富的氮、磷、钾速效养分。6.农业清洁