生态工程技术

第一章生态工程与生态技术,第一节生态工程与生态工程技术第二节生态工程原理第三节环境生态工程清洁生产技术第四节农业生态工程与技术第五节生态工程规划设计,第一节生态工程与生态工程技术,一、生态工程、生态技术及其发展二、生态工程的特点三、生态工程技术应用,一、生态工程、生态技术及其发展,（一）、生态工程在我国生态工程的概念提出是由已故的生态学家、生态工程建设先驱马世骏先生在1979年首先倡导的。马世骏先生（1984）给生态工程下的定义为：“生态工程是应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理，结构与功能协调原则，结合系统分析的最优化方法，设计的促进分层多级利用物质的生产工艺系统”。,一、生态工程、生态技术及其发展,（二）、生态技术生态技术通常被认为是利用生态系统原理和生态设计原则，对系统从输入到转换关系与环节直到输出的全部过程进行合理设计，达到既合理利用资源，获得良好的经济及社会效益，又将生产过程对环境的破坏作用降低在较低的水平。,一、生态工程、生态技术及其发展,国外在生态技术上的理解基本上在于对环境无害及无污染的清洁生产技术与废物无害化化与资源化技术，如何减少生产过程中废物产生与排放减量；废物回收、废弃物回用及再循环，并把生态工程等同于生态技术。我国生态技术与工艺方面也提出了自己独到的模式，如加环（生产环、增益环、减耗环、复合环和加工环）、联结、优化本为相对独立与平行的一些生态系统为共生生态网络，置换、调整一些生态系统内部结构，充分利用空间、时间、营养生态位，多层次分级利用物质、能量、充分发挥物质生产潜力、减少废物，因地制宜促进良性发展。,举世瞩目的五大防护林生态工程,三北防护林体系太行山绿化工程海岸带防护林体系长江中上游防护林体系农田林网防护林体系对防风固沙，减少经流，改善保护区内农田小气候，促进农业增产及多种经营，显示了良好的效益。,二、生态工程的特点,中国生态工程所研究与处理的对象，不仅是自然或人为构造的生态系统，而更多的是社会经济自然复合生态系统，这一系统是以人的行为为主导，自然环境为依托，资源流动为命脉，社会体制为经络的半人工生态系统。其结构可以分成为3个主要集合（见图）,二、生态工程的特点,核心圈是人类社会，包括组织机构及管理、思想文化，科技教育和政策法令，是核心部分为生态核。另一层次是内部环境圈，包括地理环境、生物环境和人工环境，是内部介质，称为生态基。常具有一定的边界和空间位置；第三圈是外部环境，称为生态库；包括物质、能量和信息以及资金、人力等。国外的生态工程研究与处理的对象一般是按照自然生态系统来对待。如各类湖泊、草原、森林等，在自然生态系统中加入或构造原本没有人为结构，如水利设施与土壤改良等工程。西方生态工程的研究方法的贮备与应用，特别是定量化、数学模型化及其系统组分及机制的分析方面具有自己的特色。,三、生态工程技术应用,1、在农业生产中的应用西方国家在上个世纪30年代实现了农业生产的机械化、化学化后，使农业劳动生产率，农畜产品的产量大幅度提高，但是随着时间的推移，进入60年代以来，这种生产方法却带来了许多不可避免的负面影响及累积效应。卡尔逊在其所著的寂静的春天一书中对杀虫剂对环境与生物的破坏与影响做了深刻的分析。种植与饲养的动植物品种单一化加重了病虫害和杂草的发生与蔓延，大量化学物质的投入造成土壤、水体和农产品的严重污染，这些问题不但影响到农业生产的进一步发展，而且还威胁到农产品持续供应的可能性，为此西方发达国家提出了各种形式的替代农业类型，运用一些生态学原理与生态工程技术手段来提高资源的利用率与保护生态环境。,三、生态工程技术应用,我国在农业生态工程的研究与进展取得了令人注目的成绩。1994年我国政府制定、颁布了中国21世纪议程，明确指出要推进农业可持续发展的方式，就是生态农业建设。1999年国务院印发“全国生态环境建设规划”，要用50年的时间基本上实现中原大地山川秀美，要继续抓好生态农业建设，建设好一批农业生态工程。1993年起动的全国的生态农业试点县，经过5年的建设，生态环境得到了较大的改善。土壤沙漠化的治理率为60.5%，水土流失治理率为73.4%，森林覆盖率为30.5%，提高了3.7%，废气净化率为73.4%，废水处理率为57.0%，固定废弃物利用率为31.9%，比实施农业生态工程前有较大幅度的提高。,三、生态工程技术应用,生态工程在环境保护中的研究与应用较为广泛。特别是体现了污染物的处理与利用，污染水处理与湖泊、海湾的富营养化防治更为突出。如在美国的俄亥俄州中，应用蒲草为主的湿地生态系统处理煤矿所排含有FeS酸性废水的生态工程。在瑞典也建立了若干污水处理生态工程，利用污水作为肥料，农田灌溉处理净化污水。在德国、荷兰、奥地利等国结合生态技术建立了各种各样的污水处理与净化工程。,三、生态工程技术应用,在我国，环保生态工程的建设就是从整体出发，研究和处理特定生态系统的内部结构与功能，并加以优化与提高生态系统的自净能力与环境容量，从目前我国环境生态工程建设的内容及环保生态工程的5种类型：无废（或少废）工艺系统，主要用于内环境治理；分层多级利用废料生态工程，使生态系统中的每一级生产中的废物变为另一级生产过程的原料，使废料均被充分利用；复合生态系统内的废物循环，再生系统，如桑基鱼塘生态工程；污水自净与利用生态系统；城乡（或工、农、牧、渔、副）结合生态工程来看，都是在一定区域内，应用生态工程理论与技术来分层、多级利用废料实现生态、经济效益的良好协调统一。,第二节生态工程原理,生态工程是从系统思想出发，按照生态学、经济学和工程学的原理，运用现代科学技术成果、现代管理手段和专业技术经验组装起来的，以期获得较高的经济、社会、生态效益的现代农业工程系统，建立生态工程的良好模式必须考虑如下几项原则：（1）、必须因地制宜，根据不同地区的实践情况来确定本地区的生态工程模式。（2）、由于生态系统是一个开放、非平衡的系统，在生态工程的建设中必须扩大系统的物质、能量、信息的输入，加强与外部环境的物质交换，提高生态工程的有序化、增加系统的产出与效率。（3）、在生态工程的建设发展中，必须实行劳动、资金、能源、技术密集相交叉的集约经营模式，达到既有高的产出，又能促进系统内各组成成分的互补、互利协调发展。,第二节生态工程原理,生态工程建设的目标是使人工控制的生态系统具有强大的自然再生产和社会再生产的能力。在生态效益方面要实现生态再生，使自然再生产过程中的资源更新速度大于或等于利用速度，在经济效益方面要实现经济再生，使社会经济再生产过程中的生产总收入大于或等于资产的总支出，保证系统扩大再生产的经济实力不断增强，在社会效益方面要充分满足社会的要求，使产品供应的数量和质量大于或等于社会的基本要求，通过生态工程的建设与生态工程技术的发展使得三大效益能协调增长，实现高效益持续稳定的发展。,一、生态工程技术原理,生态工程技术将生态学原理与经济建设和生产实际结合起来，就是为了实现生物有机体与环境在有人工辅助的能量、物质参与下，实现同生态学及生态经济学原理和现代工程技术的系统配套，生产过程中的物流、能流的合理循环，由此可见在建设生态工程及应用生态工程技术中必须遵循生态学的一些基本原理。,一、生态工程技术原理,（一）生态位原理生态位是生态学研究中广泛使用的名称，又称生态龛或小生境，通常是指生物种群所占据的基本生活单位、对于生物个体与其种群来说，生态位是指其生存所必须的或可被其利用的各种生态因子或关系的集合。每一种生物在多维的生态空间中都有其理想的生态位，而每一种环境因素都给生物提供了现实的生态位。,（二）限制因子原理,生物的生长发育离不开环境，并适应环境的变化，但生态环境中的生态因子如果超过生物的适应范围时，对生物有一定的限制作用，只有当生物与其居住环境条件高度相适应时，生物才能最大限度地利用环境方面的优越条件，并表现出最大的增产潜力。最小因子定律：即植物的生长取决于数量最不足的那一种物质，最小因子定律，这一定律说明，某一数量最不足的营养元素，由于不能满足生物生长的需要，同时也将限制其它处于良好状坊的因子发挥效应，农业生态系统因为人为的作用也会促使限制因子的转化，但无论怎样转化，最小因子仍然是起作用的。,（二）限制因子原理,2、耐性定律在最小因子定律的基础上，人们发现不仅因为某些因子在量上不足时生物的生长发育会受到限制，但某些因子过多地会影响生物的正常生长发育和繁殖。1913年谢尔福德把生态因子的最大量和最小量对生物的限制作用概念合并为耐性定律。即各种生物的生长发育过程中对各种生态因子都存在着一个生物学上限和下限，它们之间的幅度就是该种生物对某一生态因子的耐性范围。因此在农业生态工程建设与生态工程技术应用时，必须考虑生态因子的限制作用原理。,（四）整体效应原理,系统是由相互作用和相互联系的若干组成部分结合而成的具有特定功能的整体，其基本的特性就是集合性，表现在系统各组分间相互联系、依赖、作用、制约的不可分割的整体，整体的作用和效应要比各部门之和来的大。农业是个多部门组成的产业，它是由农业生物，环境资源以及社会经济要素构成的社会经济自然的复合系统。农业生态工程与技术的建设要达到能流的转化率高，物流循环规模大，信息流畅，价值流增加显著即整体效应最好。就要合理调配组装协调农业的各个生产部门，使整个系统的总体生产力提高，整体效应的取得要取决于系统的结构，结构决定功能。因此我国生态农业及农业生态工程强调不同层次上，根据自然资源，社会经济条件按比例有机组装和调节，以整体协调优化求高产、高效、持续发展。,（五）生物与环境相互适应、协同进化原理,生物的生存、繁衍不断从环境中摄取能量、物质和信息，生物的生长发育依赖于环境，并受环境的强烈影响，外界环境中影响生物生命活动的各种能量、物质和信息因素称为生态因子，生态因子既有对生物和生命活动所需的利导因子，也有限制生物生存和生命活动的限制因子。利导因子促进生物的生长发育，而限制因子则制效生物生长与生产的发展，因而在当地的生态农业工程建设中必须充分分析当地利导因子及限制因子的数量和质量。以选择适宜的物种和模式。,（五）生物与环境相互适应、协同进化原理,生态系统作为生物与环境的统一体，既要求生物要适应其生存环境，又同时伴有生物对生存环境的改造作用，这就是所谓的协同进化原理。协同进化原理认为生物与环境应看作相互依存的整体，生物不只是被动地受环境作用和限制，而在生物生命活动过程中，通过排泄物、死体、残体等释放能量、物质于环境，使环境得到物质补偿，保证生物的延续，封山育林，植树种草，退耕还林，合理间套轮作都是为了改善农业生态环境。同时在对可更新资源（再生资源）利用中做到保护其可更新能力，确保资源再生和循环利用，达到永续利用，充分保护环境，提高资源利用率。,（六）效益协调统一原理,农业生态系统是一个社会经济自然复合生态系统，是由自然再生产和经济再生产交织的复合生产过程，具有多种功能与效益，既有自然的生态效益，又有社会的经济效益，只有生态与经济效益相互协调，才能发挥系统的整体综合效益。生态工程及技术的建设与应用都是以最终追求综合效益为目标的。在其建设与调控中，将经济与生态工程建设有机交织地进行，如农业开发与生态环境建设结合，资源利用与增殖结合，乡镇农业开发与环保防污建设等等，就是将所追求的生态效益，经济效益和社会效益融为一体。,二、生态工程技术特点,生态工程技术的目标是通过生态工程的建设促进生态系统的生态、经济与社会效益的协调发展，并最终在产品上体现出来。从这一点上来看，生态工程技术具有如下的技术特征：1、实现可再生资源的持续作用生态工程技术的本身就是要求对可再生资源进行科学管理和合理利用，即有效地将这类资源转化为农产品，又能实现这类资源的再生增殖和可持续利用；建立起与当地环境资源组合相适应的合理农业生态系统。,二、生态工程技术特点,2、因时因地制宜采取多种技术措施生态工程的地域性、时间性与多样性决定了其技术的地域性、时间性与多样性。因此生态工程模式与相应的配套技术必须与当地、当时生态经济条件相适应。只有这样才能将各地的资源优势变为生产优势，并进一步较变为商品优势，充分利用和发挥各地的社会资源优势，按照各地社会经济的特点，合理进行农业生产布局，即宜林则林，宜粮则粮，宜牧则牧，建立起具有区域性特点的综合农业生态工程与技术。,二、生态工程技术特点,3、自然调节与人工调节相结合生态工程技术既注重自然调节的作用，同时又注重人工调节的功能，并把两者有机地结合起来。人工调节是对自然起补充、调整和增强的作用，社会经济调节是更大范围的人工调控。生态工程的发展不能缺少合理的社会经济调节和管理，同时也必须立足于生产者的直接调控，而天然无污染食品的生态工程技术就是社会经济系统作用于农业生态工程的技术调控手段之一。,二、生态工程技术特点,4、专业化与多种经营相结合通过多样化的生产与生态工程技术，使生物物质得到多级利用，实现生物能的高效化。根据社会需求和自然、社会资源条件，各业之间的经济联系和多种农业生态工程与农业生物之间的食物链关系来安排农业生态工程与技术生产，使系统的结构与功能平衡，具有良好的生产性能，专业化生产效率高，在一定的范围内，实行“一业为主，多种经营”进行综合经营，可以获得更好的效益。,二、生态工程技术特点,5、产品无污染、安全性与高效益生态工程通过对环境的建设和生产过程的有目的的控制,可以最大限度的减少生产中对环境和最终产品的各种有毒有害积累、残留影响,从而生产出高质量、安全的无污染的农产品与食品，满足人类对食品的量于质两方面的要求。,第四节农业生态工程与技术,围绕生物生产去人为地创造一个优于自然生态环境条件，使环境朝着有利于生物生产的方向转化和发展，这样一种系统工程，称之为工程技术。主要的工程技术有：,一废弃物资源化综合利用的工程技术,沼气发酵工程。通过沼气工程技术作为纽带，把种植业与养殖业有机结合起来，形成多环结构的综合效应。粪便颗粒化饲料工程。以鸡粪为加工对象，脱水干燥，制成饲料。利用植物残体生产优质饲料。在目前人均粮食占有量不高的情况下，拿出大量的粮食来满足畜牧业发展的需要，还有很大的难度，因此必须扩大饲料来源，将人不能利用的植物残体经过处理就可以成为优质的饲料供家畜禽利用,二调控环境要素工程技术,改善与生物生长直接有关的自然资源的环境状况。如大棚、温室、地膜覆盖等改善工业对农业生产环境污染的工程技术。如氧化塘净化技术。,三小流域治理的工程技术,生物措施、工程措施有机结合，工程上以土为主，修建水平梯田，截水沟等，坝、库、渠综合建设，生物措施上植树种草，如鱼鳞坑种树、坡坎地种草等。,四特定区域的生态工程技术,湿地保护生态工程技术湿地是分布在湖泊低湿区的一种水资源及环境独特的区域，生产作用对象的主体不同于一般地区，主要是开发水资源，发展水产业，改造湖泊沼泽化、农田潜于育化，发展水旱轮作。矿区土地复垦生态工程技术矿山废弃地生态恢复与重建主要理论基础是恢复生态学和复合生态系统理论。可根据矿山脆弱生态区在人工干扰下的生态系统演替理论，以先锋植物（沙棘、胡枝子、糙隐子草、百里香、甘草、枸杞、苜蓿、豆科作物等）为先导，工程复垦和生物复垦相结合，生物肥料和微生物菌剂相促进的多学科相互交叉的生态工程建设方法。,四特定区域的生态工程技术,农业生态工程技术(1)立体种养生态工程技术。合理搭配物种的地上、地下部分，加厚利用层，实现空间上对资源利用的种件互补。借助物种生理和生态上的差异，实现在营养需求上对资源利用的种间互补，此外增强系统稳定性的种间互补、资源利用上的互补。(2)有机物多层次利用生态工程技术。为了加速系统的物质转化、分解、富集，提高生产效率，对食物链的“加环”和“解列”，包括了生产环、增益环、减耗环、多功能环；解列包括减少环境污染和产品中的有毒有害物质的累积。此外，农业生态工程上的基塘系统与生态工程技术也是一种有机物多层次利用的技术。(3)庭院生态工程技术是一种集生产、生活、生态为一体的生态工程技术，具有在小范围内人类与生物共存、共生、多级生产与转化并存、物质能量高度密集的特点。(4)无公害食品生产与生态工程技术无公害生产技术或生态工程是在生态系统工程建设中的产物，它与一般技术既有其共性的方面，也有其不同的特点。通过无公害工程技术生产出来的产品称之为生态产品,第二章农业生态学与生态农业,第一节农业生态系统第二节农业生态系统结构第三节农业生态系统的物质、能量流动第四节生态农业与生态模式,第二章农业生态学与生态农业,第一节农业生态系统一、生态系统的分类生态系统是生物与环境相互作用形成的综合体，因此它存在着各种各样的形态。地球上最大的生态系统就是生物圈，它包括了大气圈与水圈，是地球上全部生物及生活领域的总和。,二、农业生态系统及特点,农业生态系统是指某一特定空间内农业生物与其环境之间，通过互相作用联结成进行能量转换和物质生产的有机综合体。人类生态系统的产生，第一阶段就是农业生态系统，它远远早于城市生态系统的出现。,农业生态系统,二、农业生态系统及特点,(1)农业生态系统是人工，半人工生态系统(2)农业生态系统，其能量及能源除来自太阳辐射外，目前不同程度上需消耗石油能源、依赖于工业能的投入农业生态系统也是一个具有一般系统特征的人工系统。它是人们利用农业生物与非生物环境之间以及生物种群之间的相互作用建立的，并按照人类需求进行物质生产的有机整体。其实质是人类利用农业生物来固定、转化太阳能，以获取一系列社会必须的生活和生产资料。农业生态系统是自然生态系统演变而来，并在人类的活动影响下形成的，它是人类驯化了的自然生态系统。因此，不仅受自然生态规律的支配，还受社会经济规律的调节。,二、农业生态系统及特点,农业生态系统的组成农业生态系统与自然生态系统一样，也有生物与环境两大部分组成。但是生物是以人工驯化栽培的农作物、家畜、家禽等为主。环境也是部分受到人工控制或是全部经过人工改造的环境。在农业生态系统中的生物组分中增加了人这样一个大型消费者，同时又是环境的调控者。,二、农业生态系统及特点,2、农业生态系统的特点农业生态系统是在人类控制下发展起来的。由于其受人类社会活动的影响，它与自然生态系统相比有明显不同。1)人类强烈干预下的开放系统。自然生态系统中生产者生产的有机物质全部留在系统内，许多化学元素在系统内循环平衡，是一个自给自足的系统。而农业生态系统是人类干预下的生态系统，目的是为了更多的获取农畜产品以满足人类的需要，由于大量农畜产品的输出，使原先在系统循环的营养物质离开了系统，为了维持农业生态系统的养分平衡，提高系统的生产力。农业生态系统就必须从系统外投入较多的辅助能，如化肥、农药、机械、水分排灌、人畜力等。为了长期的增产与稳产，人类必须保护与增殖自然资源，保护与改造环境。,农业生态系统的特点,2)农业生态系统中的农业生物具有较高的净生产力，较高的经济价值和较低的抗逆性。由于农业生态系统的生物物种是人工培育与选择的结果，经济价值较高，但抗逆性差。往往造成生物物种单一，结构简化，系统稳定性差，容易遭受自然灾害。需要通过一系列的农业管理技术的调控来维持和加强其稳定性。农田生态系统的初级生产力据统计农作物平均为0.4%，高产田可达1.21.5%，而自然界的绿色植物光能利用率不过0.1%。3)农业生态系统受自然生态规律和社会经济规律的双重制约。由于农业生态系统是一个开放性的人工系统，有着许多的能量与物质的输入与输出，因此农业生态系统不但受自然规律的控制，也受社会经济规律的制约。人类通过社会、经济、技术力量干预生产过程，包括农产品的输出和物质、能量、技术的输入，而物质、能量、技术的输入又受劳动力资源、经济条件、市场需求、农业政策、科技水平的影响，在进行物质生产的同时，也进行着经济再生产过程，不仅要有较高的物质生产量，而且也要有较高的经济效益和劳动生产率。因此农业生态系统实际上是一个农业生态经济系统，体现着自然再生产与经济再生产交织的特性。,农业生态系统的特点,1)人类强烈干预下的开放系统。自然生态系统中生产者生产的有机物质全部留在系统内，许多化学元素在系统内循环平衡，是一个自给自足的系统。而农业生态系统是人类干预下的生态系统，目的是为了更多的获取农畜产品以满足人类的需要，由于大量农畜产品的输出，使原先在系统循环的营养物质离开了系统，为了维持农业生态系统的养分平衡，提高系统的生产力。农业生态系统就必须从系统外投入较多的辅助能，如化肥、农药、机械、水分排灌、人畜力等。为了长期的增产与稳产，人类必须保护与增殖自然资源，保护与改造环境。,三、自然生态系统、农业生态系统与城市生态系统间比较,四、农业生态系统的分类,农田生态系统：由作物与其生长发育有关的光、热、水、气、肥、土及作物伴生生物（土壤微生物、作物病虫和农田杂草）等环境组成。并通过与环境的作用完成产品的生产过程。森林生态系统：由以木本植物为主体的生物与其生长发育所需的光、热、水、气、肥、土及伴生生物等环境组成的，并完成特定的林产品生产和农业水土保持功能的农业生态系统。其是多功能的生态系统，素有“农业水库”、“都市肺脏”和“天然洗尘器”等美称。草原生态系统：指以天然牧草、人工牧草及草食性农业动物为主体的生物种群与其生长发育所需的环境条件构成的，并完成肉、奶、皮、毛等动物性农产品生产的农业生态系统。4.内陆淡水生态系统：指人们为发展农业生产，特别是为发展渔业经济而加以利用和改造的湿地、溪流、江河、湖泊、水库池塘等水域系统的总称。内陆淡水生态系统的功能主要表现在各种水生生物产品的生产和为农田作物提供灌溉水源两大方面。,第二节农业生态系统结构,系统的结构通常是指系统的构成要素的组成，数量及其在时间、空间上的分布和能量，物质转移循环的途径，结构直接关系到生态系统内物质和能量的转化循环特点、水平和效率，以及生态系统抵抗外部干扰和内部变化而保持系统稳定性的能力。,一、农业生态系统的基本结构,（一）、农业生物种群结构，即农业生物（植物、动物、微生物）的组成结构及农业生物种群结构（二）、农业生态系统的空间结构，这种空间结构包括了生物的配置与环境组分相互安排与搭配，因而形成了所谓的平面结构和垂直结构。农作物、人工林、果园、牧场、水面是农业生态系统平面结构的第一次层次，然后是在此基础上各业内部的平面结构，如农作物中的粮、棉、油、麻、糖等作物。农业生态系统的垂直结构是指在一个农业生态系统区域内，农业生物种群在立面上的组合状况，即将生物与环境组分合理地搭配利用，从而最大限度地利用光、热、水等自然资源，以提高生产力。（三）、农业生态系统的时间结构，其是指在生态区域与特定的环境条件下，各种生物种群生长发育及生物量的积累与当地自然资源协调吻合状况，时间结构是自然界中生物进化同环境因素协调一致的结果。所以在安排农业生产及品种的种养季节时，必须考虑如何使生物需要符合自然资源变化的规律，充分利用资源、发挥生物的优势，提高其生产力。使外界投入物质和能量与作物的生长发育紧密协调。这都是在时间结构调整与安排中要给予重视的。,一、农业生态系统的基本结构,（四）、农业生态系统的营养结构，是生物之间借助能量、物质流动通过营养关系而联结起来的结构。农业生态系统的营养结构，是指农业生态系统中的多种农业生物营养关系所联结成的多种链状和网状结构，主要是指食物链结构和食物网结构。食物链结构是农业生态系统中最主要营养结构之一，建立合理有效的食物链结构，可以减少营养物质的耗损，提高能量，物质的转化利用率，从而提高系统的生产力和经济效率。,二、建立合理的农业生态系统结构,1、合理的农业生态系统结构应能充分发挥和利用自然资源和社会资源的优势，消除不利影响。2、合理的农业生态系统结构必须能维持生态平衡，这体现在输入与输出的平衡，农林牧比例合理适当，保持生态系统结构的平衡，农业生态系统中的生物种群比例合理、配置得当。3、合理的多样性和稳定性，一般地如农业生态系统组成成分多，作物种群结构复杂，能量转化，物质循环途径多的农业生态系统结构，抵御自然灾害的能力强、也较稳定。4、合理的生态系统结构应能保证获得最高的系统产量和优质多样的产品，以满足人类的需要。,第三节农业生态系统的物质、能量流动,一、生态系统中的能量流动在生态系统中，能量流动主要是从初级生产者向次级生产者流动。能量的流动渠道主要通过“食物链”与“食物网”来实现。能量流动的主要渠道通常有三种形式：捕食食物链，从植物到草食动物再到肉食动物所联系的链条。如稻田中的“青草小虫昆虫青蛙蛇人”，寄生食物链。由大有机体到小有机体进行能量的流动，如“人体蛔虫”、“哺乳动物跳蚤”，腐生食物链，利用死体的微生物组成，并通过腐烂分解，将有机体还原成无机物的食物链。在生态系统中食物链不一定是唯一的，由于某一消费者不只吃一种食物（生物），每种食物（或生物）又被许多生物所食，因此形成相互交错，彼此联系的多条食物链，形成网状，故称食物网。,三、农业生态系统中的物质循环,一般地各种化学元素从环境到生物体，再从生物体到环境以及生态系统之间进行流动和转化的运动，称为物质的生物地球化学循环，或简称为“环”。在循环过程中物质被暂时固定、贮存的场所，称为物质贮存的“库”。而物和能量以一定的数量由一个库转移到另一个库中，这个过程叫做“流”，即所谓的物质流和能量流。目前在农业生态系统中物质的循环基本上以三种类型为主，即水循环、气态循环、沉积循环三种主要循环类型。,三、农业生态系统中的物质循环,（一）水循环由于大多数的营养物质多溶于水或随水移动，其主要的循环贮存库为水体或土壤水分。（二）气态循环以O2、N2、CO2，其它气体和水蒸气为主，循环完全，范围广，贮存库是大气。交换库主要是有生命的动、植物，如C循环、N循环。（三）沉积循环农业生物的需要的多数矿物元素参与这种循环，其循环不完全，贮存库是土壤岩石，交换库多为水与陆地动植物。在农业生态系统中的物质循环过程中，污染物的生物富集作用是其中的一个重要方面。,农业生态系统养分循环的模式,（1）三个主要的养分库即植物库P、牲畜库L、土壤库S；营养元素在按土壤植物动物土壤顺序进行。（2）流动线养分及元素的流动，在几个库之间是沿着一定的路径进行的。可以分成为3类：第一类为系统对外的输出包括了生产性与非生产性的输出；第二类为系统外向系统内输入，包括了人为和自然的输入；第三类主要是库与库之间进行物质交换。（3）养分的平衡与协调各个库的大小不同，各种营养元素在各库之间的转移速度也不同。但通过人为的调节和自然调节可以实现养分转移流动平衡。,第四节生态农业与生态模式,一、什么是生态农业它是运用生态学、生态经济学原理、系统工程方法实现高产、优质、高效与可持续发展的现代化农业生产体系。,建国以来我国农业发展大致经历了三个基本阶段：,一是从建国到70年代末以提高粮食产量为主的阶段，增产几乎成为农业发展的唯一目标；二是80年代，由增产转变为增产与增收并重，进而转变为以增收为主导的阶段，开始重视生态环境效益；三是80年代末至90年代以来，在注重生产经济效益的同时，注重生态环境保护、资源培育和高效利用。,一、什么是生态农业,我国生态农业（ChineseEcologicalAgriculture）是把农业生产，农村经济发展和生态环境治理与保护，资源培育和高效利用融为一体的新型综合农业体系。其科学内涵表现在如下几个方面：从发展目标看，它以协调人与自然关系为基础，要求多目标综合决策；从科学理论和方法看，要求运用生态系统理论与生态经济规律和系统科学方法，遵循“整体、协调、循环、再生”的基本原理，建立生态优化的农业体系；从技术特点看，它不仅要求继承和发扬传统农业技术并注意吸收现代科学技术，而且要求整个农业技术体系进行生态优化；通过一系列典型生态工程模式将技术集成，从而发挥技术综合的优势；从生产结构体系看，特别强调农林牧副渔大系统的结构优化和“接口”强化；从生产管理特点看，它要求把农业可持续发展的战略目标与农户微观经营、农民脱贫致富结合起来。,三、生态农业模式与技术,生态农业是一种促进农业可持续发展的思想，强调维持农业高效生产里的基础上对生态环境的保护与建设，因此生态农业又可以看成是一种经济高效的农业生态工程模式与技术。目前在我国的是生态农业建设中，主要存在下列几种典型模式与技术。,三、生态农业模式与技术,（一）立体共生的生态农业模式技术农业生物立体共生的农业生态工程技术是指在一定的区域或土地面积（水域）内，充分利用光热、时空条件，建立多层次配置，多种生物共处的一种立体种植、养殖或种养结合的高产高效的集约型农业生产技术。1、平原地区立体农业生态工程技术2、山地丘陵区立体农业生态工程技术,三、生态农业模式与技术,（二）综合养殖生态工程模式技术综合养殖生态工程就是应用生态学、生态经济学与系统科学等原理，采用生态工程方法，融汇现代科学技术与传统农业精华，以畜禽（鱼）养殖为为中心，合理搭配动植物生物种群，形成综合性的人工复合生态工程。该项生态工程一般包括畜禽养殖、水体养殖或复混养殖等三种类型。（三）复合生态工程模式技术复合生态工程是指按特定要求的应用技术作为生态接口，农牧渔加等产业优化组合的，具有综合功能的特定复合型农业生产体系。该体系强调提高物质循环和能量流动利用效率，在保护自然资源的基础上改善农业生态环境。,三、生态农业模式与技术,（四）生态恢复与环境综合治理生态工程技术所谓生态恢复工程技术是指对已经破坏或恶化的生态环境进行修复，使其恢复到被破坏或恶化以前的良性循环的状态的工程技术措施，如我国长期以来对土地荒漠化、水土流失、土地盐碱化以及草地或草场破坏等进行的生态恢复与重建技术；环境综合治理工程技术则主要针对我国农业、乡镇企业等生产过程中出现的生态破坏或环境污染而进行的综合整治途径或技术，如乡镇企业的清洁生产工艺、污水及废弃物资源化处理技术等。小流域水土流失治理和废弃物资源化处理两项工程技术为重点。,四具有中国特色的农业可持续发展模式的特点：,不反对化肥农药的投入，而是强调因地制宜、合理、高效率；要立足于全部土地，从大农业系统结构调整入手，实施整个农业系统的改造；注重农林牧复合系统建设，及结构多样性；目标追求的侧重点，不仅限于产品质量与生态环境保护，还重视产品的产量、数量并要求与农民脱贫致富目标相统一，经济发展与环境保护并重；强调发挥中国传统农业中的技术精华并运用系统工程方法与现化技术优化、组装。5.生态农业规划与建设的特点:1.全局性2.长远性3实践性4.群众性,生态农业小结,首先生态农业是使农业现代化发展建立在生态合理性的基础上，其生态经济系统处于生产与生态良性而不是恶性循环的状态。其次，是以现代科技为基础的。其目的是在农业现代或者说农业发展进程中通过科学技术及现代管理方法的投入，自觉地恢复人与环境相互协调的状态，通过对自然资源的合理开发与高效利用，寻求经济发展与环境保护相协调的切入点，发展适合当地生态经济条件的主导产业。第三，生态农业绝不是回到传统农业或者回归自然，如果认为生态农业就是回归自然，那是一种误解，这一点前面已经提到。,第四章生态学与可持续发展,第一节人类发展面临的挑战第二节可持续发展理论概述第三节生态学对可持续发展的重要作用,第四章生态学与可持续发展,当前，可持续发展巳成为全世界各国政府和广大人民的共识。可持续发展已经从概念走向行动。然而，可持续发展在人类历史上是一次深刻的革命。它涉及到人口、资源、环境、生产、技术、体制以及观念等诸多方面的变革。为了实现这一目标，今后的道路是漫长和十分艰巨的。生态学作为最先提出可持续发展的概念和积极参与的学科，在实施的过程中理应作出自己的贡献。在实现可持续发展的过程中生态学面临着新的挑战和前所未有的机遇。,第一节人类发展面临的挑战,进入20世纪以来，随着科技进步和经济的迅猛发展，人类干预大自然的能力和规模空前增长。它在给自己创造了辉煌的物质文明的同时，也使自己陷入了始料不及的严重困扰：人口激增、资源破坏、能源短缺、环境污染、食物供应不足等问题对人类社会持续发展提出了严峻的挑战。,一、人口激增,我国是一个人口大国，其人口增长情况并不比世界平均增长速度乐观。我国人口的增长过程基本经过了三个明显的阶梯：第一个阶梯是由先秦时期的1000万-2000万突然增加到西汉时期的6000万；第二个阶梯是清代的康熙乾隆时期，全国总人口从不足1亿突然增长到3亿，到1840年已经突破4亿大关；新中国成立以后是人口激增的第三个阶梯，总人口从解放初期1949年5.4亿增长到1987年的10.8亿，38年间我国人口数量整整翻了一番。1949-1987年，人口平均每年增加1400多万。目前，我国人口巳超过13亿,一、人口激增,由于人口猛增和消费量的增长，能源的利用、食物和资源的消耗、土地开垦和森林砍伐、废水废气废物的排放、噪音的增加都达到了空前严重的程度。环境破坏、能源匮乏、资源短缺、食物供应紧张等当今社会发展过程中面临的重大问题，其主要关键原因都是人口爆炸的必然结果。地球上人口的超常增加给我们人类本身的生存与发展带来了巨大问题。,二、自然资源严重破坏,由于世界人口剧烈增加，对资源的巨大消耗，已经逐步引发了世界性的自然资源破坏。根据联合国有关部门统计，全世界已经开垦的16亿hm2农田之中，每年就有500万一700万hm2遭到各种因素的破坏。其中，水土流失数量已经超过了250亿t，全球的肥沃表土正以07的速度在减少。世界产粮大国和世界粮食主要出口国的美国，每年耕地表土流失数量已经达到64亿t，100年以前平均厚度40cm的表层土壤，如今只剩下不到20cm。按目前的水土流失速度计算，只要再过100多年的时间，美国耕地的表土层就会不复存在。我们的近邻印度已有近一半的耕地受到水土流失侵害，每年流失肥沃的表土60亿t。,二、自然资源严重破坏（我国）,(1)全国水土流失面积已经由建国初期的116万km2增加到目前的179万km2，每年要流失表土50多亿t。(2)全国森林覆被率目前不到14，但是分布极不均衡，主要分布在交通极不发达的边远地带。目前，全国森林的年生长量平均为26亿m3，而年采伐量则为294亿m3，每年超采034亿m3。由于长期以来森林严重超采，现有森林中的成过熟林所占的比例已经很小，林分的质量和森林的生态功能也在不断降低。,二、自然资源严重破坏（我国）,(3)我国是一个拥有广大草原和荒漠的国家，草原和荒漠总面积365万km2，占国土总面积的38，其中，草原面积173万km2。我国这些草原主要分布在干旱或高寒地区，生态环境本来就十分脆弱，加上长期的过度放牧和垦荒，造成全国每年草场退化面积多达2000万亩，全国草原累计退化面积已经达13亿亩，占可利用草场面积的13。(4)我国北方沙漠化的总面积已经达到149万km2，占我国国土总面积的155。目前，由于人类的活动，我国沙漠化还在以每年1560km2的速度扩展。,三、能源短缺,由于人口的剧烈增加、科学技术的进步、工业交通事业的飞速发展和人们生活水平的不断提高，当今世界对能源需求日益增加，尤其是对石油、煤、天然气等不可再生的化石能的依赖更加明显。根据目前已经探明的储量，石油储量大约为889亿t；煤6600亿t；天然气2000Mm3(折合石油489亿t)。这些化石能源是我们人类最宝贵的财富，它们的存在维持了现代社会的有效运转。根据这些化石能的储藏量和世界目前的消费情况，有人作过计算(根据德国PRODUCTION杂志报道)：地球上可以开采的天然气能维持69年；石油只能开采48年；焦油和油页岩79年；褐煤173年；烟煤102年。以上的开采年限是按目前能源消费情况计算的，假如人口增长率超过一般增长率，人类对化石能再有进一步的消费的话，那么这些仅有的化石能源维持的时间还要大大缩短。设想在化石能开采和消费完了以后，我们人类社会如何维持?因此，能源问题是摆在人类社会面前的又一个严峻问题。,四、环境污染,环境污染具体包括以下方面：第一，近百年来由于以化石燃料为主的燃料燃烧和森林的大量砍伐，大气中二氧化碳浓度大约提高了15，产生了所谓的“温室效应”，以致引起全球气温上升、降水规律变异、海平面上升等一系列生态环境问题。第二，由于含氯氟烃、多氯化合物、飞机排放的氮氧化合物、化肥(氮肥)硝化和脱硝过程中产生的氧化亚氮等气体对臭氧层破坏，导致紫外线入射量增加，从而引起人类皮肤癌的发病率增加(一般说臭氧每减少1，人类患皮肤癌的机会就要增加4)，并且对动植物产生不利的影响；,四、环境污染,第三，人为排放的硫氧化物、氮氧化物的增加，经过在大气中的化学变化，转化为硫酸盐和硝酸盐后进入雨水形成“天空死神”棗酸雨，酸雨会造成水生生态环境破坏、各种金属材料的腐蚀、森林和农作物受损甚至危及人类；第四，由于人工合成的化学物质、有害废弃物等对大气、水体、土壤的污染，都在直接危害着人类的生存与发展。据有关资料报导，目前世界上大约有18亿人在饮用受过污染的水，每年约有30的人因为环境污染的原因而致病。,五、食物严重供应不足,本世纪60年代初期，世界上的大多数国家粮食可以基本做到自给自足。可是到了现在，粮食能够自给自足的国家就只剩下为数不多的几个了。有人认为，在现有的技术基础上，人类似乎正在接近全球粮食生产能力的极限。由于世界粮食分配不均，加上自然灾害、战争和动乱的影响，使得饥荒一直在威胁着世界上近亿万人的生命。根据联合国统计，80年代初期世界饥民总数已经超过了512亿。这些人口主要集中在亚洲、非洲、拉丁美洲和中近东地区。,第二节可持续发展理论概述,一、可持续发展的定义据了解（截至1996年2月），有关可持续发展的定义多达98种，很少有哪一个概念如同可持续发展概念一样，在全球范围内引起如此广泛的探讨和绚丽多彩的定义与解释。尽管在理论上，政治家、哲学家、经济学家、生态学家和环境学家还没有形成一个公认的理论模式，但以1992年联合国环境与发展大会通过21世纪议程为标志，人类巳跨出理论探讨的范畴，把实践“可持续发展”作为人类共同追求的美好目标。下面介绍几种具有代表性的定义：,一、可持续发展的定义,1、从自然属性定义可持续发展。1991年，国际生态学联合会(IN-TECOOL)和国际生物科学联合会(IUBS)联合举行关于可持续发展问题的专题研讨会，将可持续发展定义为“保护和加强环境系统的生产和更新能力”。即可持续发展是不超越环境系统再生能力的发展。从生物圈概念出发定义可持续发展是从自然属性方面表述可持续发展的另一种代表，即认为可持续发展是寻求一种最佳的生态系统以支持生态的完整性和人类愿望的实现，使人类的生态环境得以持续2、从社会属性定义可持续发展。1991年由世界自然保护同盟(IUCN)和世界野生生物基金会(WWF)共同发表保护地球：可持续生存战略，将可持续发展定义为：“在生存于不超出维持生态系统承载能力之情况下，改善人类的生活品质”,一、可持续发展的定义,3、从经济属性定义可持续发展。1989年巴伯在其著作中，把可持续发展定义为“在保护自然资源的质量和其所提供服务的前提下，使经济发展的净利益增加到最大限度”。科斯坦萨等人把可持续发展定义为：“可持续发展是动态的人类经济系统与更大程度上动态的、但正确条件下变动更缓慢的生态系统之间的一种关系；4、从科技属性定义可持续发展。有的学者从技术选择的角度扩展了可持续发展定义，认为“可持续发展就是转向更清洁、更有效的技术，尽可能接近零排放或密闭式工艺方法，以此减少能源和其他自然资源的消耗”。,一、可持续发展的定义,5、布伦特兰的可持续发展定义。挪威前首相布伦特兰夫人曾主持由21个国家的环境与发展问题著名专家组成的联合国世界环境与发展委员会(WCED)，在其里程碑的我们共同的未来中，系统地阐述了人类面临的一系列重大经济、社会和环境问题，提出了可持续发展概念：“既满足当代人的需求，又不对后代人满足其自身需求的能力构成危害的发展”。它包括两个关键性的概念：一是人类需求，特别是世界上穷人的需求，即“各种需要”的概念，这些基本需要应被置于压倒一切的优先地位；二是环境限度，如果它被突破，必将影响自然界支持当代和后代人生存的能力。这一概念在最一般的意义上取得了广泛的接受和认可，并在1992年联合国环境与发展大会上得到公识。,二、可持续发展的内涵,1、经济可持续发展可持续发展的最终目标就是要不断满足人类的需求和愿望。因此，保持经济的持续发展是可持续发展的核心内容。发展经济，改善人类的生活质量，是人类的目标，也是可持续发展需要达到的目标。可持续发展把消除贫困作为重要的目标和最优先考虑的问题，因为贫困消弱了他们以可持续的方式利用资源的能力。目前广大的发展中国家正经受来自贫困和生态恶化的双重压力，贫穷导致生态破坏的加剧，生态恶化又加剧了贫困。对于发展中国家来说发展是第一位的，加速经济的发展，提高经济发展水平，是实现可持续发展的一个重要标志。没有经济的可持续发展，就不可能消除贫困，也就谈不上可持续发展。,二、可持续发展的内涵,2、社会可持续发展可持续发展实质上是人类如何与大自然和谐共处的问题。人们首先要了解自然和社会变化规律，才能达到与大自然的和谐相处。同时，人们必须要有很高的道德水准，认识到自己对自然、对社会和对子孙后代所负有的责任。因此，提高全民族的可持续发展意识，认识人类的生产活动可能对人类自身环境造成的影响，提高人们对当今社会及后代的责任感，增强参与可持续发展的能力，也是实现可持续发展不可缺少的社会条件。要实现社会的可持续发展，必须要把人口控制在可持续的水平上。许多发展中国家，人口数已经超过当地资源的承载能力，造成了日益恶化的资源基础和不断下降的生活水准。人口急剧增长，对资源需求量的增加和对环境的冲击，巳成为了全球性的问题。,二、可持续发展的内涵,3、资源可持续发展可持续发展涉及诸多方面的问题，但资源问题是其中心问题。可持续发展要保护人类生存和发展所必需的资源基础。因为许多非持续现象的产生都是由于资源的不合理利用引起资源生态系统的衰退而导致的。为此，在开发利用的同时必须要对资源加以保护，如对可更新资源利用时，要限制在其承载力的限度内，同时采用人工措施促进可更新资源的再生产，维持基本的生态过程和生命支持系统，保护生态系统的多样性以利于可持续利用；对不可更新资源的利用要提高其利用率，要积极开辟新的资源途径，并尽可能用可更新资源和其它相对丰富的资源来替代，以减少其消耗，要特别加强对太阳能、风能、潮汐能等清洁能源的开发利用以减少化石燃料的消耗。,二、可持续发展的内涵,4、环境可持续发展可持续发展也十分强调环境的可持续性，并把环境建设作为实现可持续发展的重要内容和衡量发展质量、发展水平的主要标准之一，因为现代经济、社会的发展越来越依赖环境系统的支撑，没有良好的环境作为保障，就不可能实现可持续发展5.全球可持续发展可持续发展不是一个国家或一个地区的事情，而是全人类的共同目标。当前世界上的许多资源与环境问题巳超越国界的限制，具有全球的性质，如全球变暖、酸雨的蔓延、臭氧层的破坏等等。因此，必须加强国际间多边合作，建立起巩固的国际合作关系。对于广大的发展中国家发展经济、消除贫困，国际社会特别是发达国家要给予帮助和支持；对一些环境保护和治理的技术，发达国家应以低价或无偿转让给发展中国家；对于全球共有的大气、海洋和生物资源等，要在尊重各国主权的前提下，制定各国都可以接受的全球性目标和政策，以便达到既尊重各方利益