第七章生态工程设计

1、第一节第一节 生态工程的基本原理生态工程的基本原理 二、生态工程设计的主要内容二、生态工程设计的主要内容 （一）生物种群的选择（一）生物种群的选择 选择依据：选择依据： 工程实施对象或地区的自然环境特征工程实施对象或地区的自然环境特征 当地社会经济环境条件当地社会经济环境条件 市场对该物种的需求市场对该物种的需求 生态效益和经济效益生态效益和经济效益 当地人民的风俗习惯当地人民的风俗习惯 （二）生物种群结构设计（二）生物种群结构设计 根据根据“结构决定功能结构决定功能”的基本原理，生物群的基本原理，生物群 落的结构是决定生态工程效益的关键。生物落的结构是决定生态工程效益的关键。生物 群落结构设

2、计的内容：群落结构设计的内容： 种群组成的数量计算设计种群组成的数量计算设计 种群的平面布局设计种群的平面布局设计 生物群落的垂直结构设计生物群落的垂直结构设计 （三）人工环境设计（三）人工环境设计 设计目的设计目的解决人工生物群落生长发育的解决人工生物群落生长发育的 适应条件，保证人工生态系统建设的成功。适应条件，保证人工生态系统建设的成功。 人工环境设计包括水环境、土壤环境、光人工环境设计包括水环境、土壤环境、光 热环境、大气与微气候环境。热环境、大气与微气候环境。 例：珠江三角洲的基塘系统。例：珠江三角洲的基塘系统。 机能节律机能节律 时间节律时间节律 在生物机能节律的基础上，设计组成生

3、物群在生物机能节律的基础上，设计组成生物群 落的生物种群机能节律配合，形成人工生态系统落的生物种群机能节律配合，形成人工生态系统 的人工生物群落的机能节律（如农业的套种），的人工生物群落的机能节律（如农业的套种）， 然后再与工程所在区域环境的时间节律进行选择然后再与工程所在区域环境的时间节律进行选择 和匹配，构成人工生态系统生物机能节律与环境和匹配，构成人工生态系统生物机能节律与环境 时间节律的最佳配置。时间节律的最佳配置。 （四）节律匹配设计（四）节律匹配设计 小小 麦麦 套套 作作 玉玉 米米 人工食物链的设计包括：人工食物链的设计包括： u “加环加环”设计（生产环、增益环、减耗环、复设

4、计（生产环、增益环、减耗环、复 合环）合环） u “解链解链”设计设计 u “加工环加工环”设计设计 （五）人工食物链设计（五）人工食物链设计 1、顺序型设计：按、顺序型设计：按营养级层次的排列顺序营养级层次的排列顺序， 从生产者开始到一级、二级消费者依次进行从生产者开始到一级、二级消费者依次进行 食物链的设计。食物链的设计。 2、外延型设计：以人为、外延型设计：以人为确定的确定的食物链（营养食物链（营养 级）环节为中心，逐步向外延伸进行加环。级）环节为中心，逐步向外延伸进行加环。 食物链设计的两条技术路线食物链设计的两条技术路线 将非经济产品转化为经济产品将非经济产品转化为经济产品 利用人类

5、不能直接利用或是利用价值不高的生利用人类不能直接利用或是利用价值不高的生 物产品为资源，通过加入一个新的生物种群物产品为资源，通过加入一个新的生物种群 （环（环-营养级）进行物质、能量的再转化，以营养级）进行物质、能量的再转化，以 增加一种或多种产品的输出。增加一种或多种产品的输出。 （1）食物链生产环的设计）食物链生产环的设计 农副产品农副产品 生产环生产环产品产品市场市场 根据人们生活、生产产生的废物所含的资根据人们生活、生产产生的废物所含的资 源特征，选定适应的生物种群，对其进行转化源特征，选定适应的生物种群，对其进行转化 和物质能量的富集。这种经过富集的产品就可和物质能量的富集。这种经

6、过富集的产品就可 以提供给食物链的生产环，作为补充资源，从以提供给食物链的生产环，作为补充资源，从 而增加了生产环的效益。而增加了生产环的效益。 2、食物链增益环的设计、食物链增益环的设计 食物链增益环设计流程图食物链增益环设计流程图 生物生物 产品产品 生产环生产环废品废品增益环增益环 产品产品 经济产品经济产品 废品或废品或 肥料肥料 居民生活居民生活 秸秆秸秆食用菌栽培食用菌栽培蚯蚓养殖蚯蚓养殖肉鸡饲养肉鸡饲养 土壤生态土壤生态 作物生产作物生产 植物害虫植物害虫耗损环耗损环 可抑制耗损环的生物种群可抑制耗损环的生物种群减耗环减耗环 农业上的生物防治农业上的生物防治 3、食物链减耗环的设

7、计、食物链减耗环的设计 赤眼蜂及其放养稻田 食物链减耗环设计流程图食物链减耗环设计流程图 经济生物经济生物经济产品经济产品 减产减产 增产增产 耗损环耗损环 减耗环减耗环 通过生态工程设计和实施，使有害物通过生态工程设计和实施，使有害物 质降解或脱离与人类相联系的食物链。质降解或脱离与人类相联系的食物链。 4、食物链的解链设计、食物链的解链设计 食物链食物链解链解链流程图流程图 污染的污染的 耕地耕地 食品食品 工业酒工业酒 精、淀粉精、淀粉 观赏植物，如花、林木等观赏植物，如花、林木等 纤维作物，如棉花、红麻等纤维作物，如棉花、红麻等 人类人类 解链解链 生态工程产品的加工，是提高工程效益生

8、态工程产品的加工，是提高工程效益 的有效途径。的有效途径。 生态工程的加工环设计与生产环的设计生态工程的加工环设计与生产环的设计 基本相同，只是加入的食物链种群不是一般基本相同，只是加入的食物链种群不是一般 的生物，而是人。的生物，而是人。 6、关于加工环的设计、关于加工环的设计 生态工程生态工程 产品或副产品或副 产品产品 加工环加工环 成品成品 加工环加工环 副产品副产品加工环加工环 加工环设计流程图加工环设计流程图 精品精品 成品成品 副产品副产品 产品资源的能量富集与经济增殖过程产品资源的能量富集与经济增殖过程 在自然界里有一种生物，不但可以用做生态在自然界里有一种生物，不但可以用做生

9、态 工程的减耗环，同时它本身的产品又是人类需要工程的减耗环，同时它本身的产品又是人类需要 的经济产品，我们称之为复合环。的经济产品，我们称之为复合环。 5、食物链复合环的选择和设计、食物链复合环的选择和设计 农业部推出十大生态农业模式农业部推出十大生态农业模式 北方“四位一体”生态模式及配套技术； 南方“猪-沼-果”生态模式及配套技术； 平原农林牧复合生态模式及配套技术； 草地生态恢复与持续利用生态模式及配套技术； 生态种植模式及配套技术； 生态畜牧业生产模式及配套技术； 生态渔业模式及配套技术； 丘陵山区小流域综合冶理模式及配套技术； 设施生态农业模式及配套技术； 观光生态农业模式及配套技术

10、。 北方“四位一体”生态模式: 沼气池、畜（禽） 舍、厕所、日光温室连接在一起，组成“四位一体” 综合利用体系，从而在同一块土地上，实现产气、 积肥同步，种植、养殖并举，能流、物流良性循环， 是调整农业结构，增加农民收入，改善农村生态环 境，提高农民生活质量的一项重要技术措施。它的 运行原理为：日光温室的增温效应可使蔬菜等作物 在冬天也能正常生长；同时也使猪禽免受严寒而快 速生长；温室内的植物为动物提供氧气，同时吸收 二氧化碳；人、猪、禽的粪尿及蔬菜废弃物和秸秆 等物质投入沼气池产气，同时温室的高温也提高了 沼气在冬天的产气稳定性；沼液和沼渣又是蔬菜的 良好肥料，有助于减少蔬菜的病虫害，提高蔬

11、菜的 产量和质量。 “猪猪-沼沼-果果”三位一体能源生态模式三位一体能源生态模式 南方“猪-沼-果”生态模式 麦间套种葡萄麦间套种葡萄 林草间作林草间作 生态种植模式生态种植模式 “稻稻灯灯鸭鸭”种养模式种养模式 宁海双盘涂生态渔业示范宁海双盘涂生态渔业示范 园区园区 桑基鱼塘桑基鱼塘 鱼塘鱼塘 桑田桑田 h2o,co2 h2o,co2 能量能量 丝丝 桑叶桑叶 蚕粪、落叶蚕粪、落叶 浮游生物浮游生物 鱼鱼 鱼粪、未用物鱼粪、未用物 微生物分解微生物分解 在设施工程的基础上通过以有机肥料全部或部分在设施工程的基础上通过以有机肥料全部或部分 替代化学肥料（无机营养液）、以生物防治和物理防替代化学

12、肥料（无机营养液）、以生物防治和物理防 治措施为主要手段进行病虫害防治、以动、植物的共治措施为主要手段进行病虫害防治、以动、植物的共 生互补良性循环等技术构成的新型高效生态农业模式。生互补良性循环等技术构成的新型高效生态农业模式。 设施生态农业模式及配套技术设施生态农业模式及配套技术 泰泰 安安 市市 禹禹 西西 生生 态态 农农 业业 观观 光光 园园 葡萄沟葡萄沟(河北省秦河北省秦 皇岛市昌黎县皇岛市昌黎县 ) 全球性的生态工程全球性的生态工程 人类社会的可持续发展仰仗于生态系统的良人类社会的可持续发展仰仗于生态系统的良 性循环与可持续利用，这一不可违背的自然规律性循环与可持续利用，这一不

13、可违背的自然规律 已经逐渐得到了世界各国有识之士与政府官员的已经逐渐得到了世界各国有识之士与政府官员的 共识和关注。因此，对于保护现有的自然生态系共识和关注。因此，对于保护现有的自然生态系 统，综合整治与恢复已退化的生态系统，重建地统，综合整治与恢复已退化的生态系统，重建地 球家园已成为全球面临的共同任务。球家园已成为全球面临的共同任务。 目前全球性的生态工程主要有以下几个方面：目前全球性的生态工程主要有以下几个方面： 1 1 重新获得新鲜清洁的空气重新获得新鲜清洁的空气 1 1）控制大气污染。首先，对不同地区确定相应的大气污染）控制大气污染。首先，对不同地区确定相应的大气污染 控制目标，并对

14、污染集中的地区实行总量排放标准；其次，控制目标，并对污染集中的地区实行总量排放标准；其次， 大力调整能源结构，改善燃烧条件，提高能源和原材料的利大力调整能源结构，改善燃烧条件，提高能源和原材料的利 用率。用率。 2 2）保护现有森林，大力植树造林。充分发挥森林植被的造）保护现有森林，大力植树造林。充分发挥森林植被的造 氧和吸收二氧化碳功能，增加碳的固定，增强植被对空气的氧和吸收二氧化碳功能，增加碳的固定，增强植被对空气的 净化作用和天然过滤作用。净化作用和天然过滤作用。 3 3）农业生产上减少二氧化碳、甲烷、氨气及氮氧化物等气）农业生产上减少二氧化碳、甲烷、氨气及氮氧化物等气 体的排放。要逐步

15、改变传统的农业耕作方式，加强农田管理体的排放。要逐步改变传统的农业耕作方式，加强农田管理 和施肥管理。和施肥管理。 2 2 修补大气臭氧层空洞修补大气臭氧层空洞 世界各国决策层签署全球性的保护臭氧层协议，迅速世界各国决策层签署全球性的保护臭氧层协议，迅速 采取行动，减少氯氟烃的排放量，逐步淘汰破坏臭氧层物质采取行动，减少氯氟烃的排放量，逐步淘汰破坏臭氧层物质 的生产和使用。如在生产过程中循环与再生利用氟氯烃。另的生产和使用。如在生产过程中循环与再生利用氟氯烃。另 一方面，积极寻找氟氯烃的代用品。同时许多国家正在研究一方面，积极寻找氟氯烃的代用品。同时许多国家正在研究 开发氟氯烃制冷的替代技术。

16、此外，俄罗斯一家航空机械制开发氟氯烃制冷的替代技术。此外，俄罗斯一家航空机械制 造研究所还提出了另外一种修补臭氧层的方案。其基本原理造研究所还提出了另外一种修补臭氧层的方案。其基本原理 是利用太阳能，通过太空站安装激光辐射源，向臭氧层发出是利用太阳能，通过太空站安装激光辐射源，向臭氧层发出 激光，使氧分子激活而成为氧原子，氧原子与氧分子结合成激光，使氧分子激活而成为氧原子，氧原子与氧分子结合成 为臭氧分子，补充到臭氧层中。为臭氧分子，补充到臭氧层中。 3 3 为地球降温为地球降温 全球气候变暖的控制对策及其实施涉及社会经济整治生全球气候变暖的控制对策及其实施涉及社会经济整治生 活的各个方面。即

17、主要有以下几个措施：活的各个方面。即主要有以下几个措施：1 1）人口措施。全球）人口措施。全球 人口急剧膨胀是人类活动造成大气中温室气体上升的根本原人口急剧膨胀是人类活动造成大气中温室气体上升的根本原 因。因此，在全球范围内制定严格的计划生育政策是十分有因。因此，在全球范围内制定严格的计划生育政策是十分有 必要的。必要的。2 2）能源措施。人类对能源的需求和使用是引起气候）能源措施。人类对能源的需求和使用是引起气候 变化的直接原因。目前主要的能源措施主要有提高能源的使变化的直接原因。目前主要的能源措施主要有提高能源的使 用效率，改善能源结构，增加可再生能源和清洁能源的使用。用效率，改善能源结构

18、，增加可再生能源和清洁能源的使用。 3 3）生态措施。将二氧化碳从大气圈转移到生物圈、土壤圈和）生态措施。将二氧化碳从大气圈转移到生物圈、土壤圈和 水圈中，是去除大气中二氧化碳的重要途径之一。水圈中，是去除大气中二氧化碳的重要途径之一。 4 扼住扼住“空中死神（酸雨）空中死神（酸雨）”的咽喉的咽喉 目前对酸雨的来源和形成过程已十分清楚，只要目前对酸雨的来源和形成过程已十分清楚，只要 控制污染的排放量，并对源区排放的含硫含氮进行控制污染的排放量，并对源区排放的含硫含氮进行 处理，然后再排放到大气中，就可以使酸雨得到控处理，然后再排放到大气中，就可以使酸雨得到控 制。首先控制污染物的排放量和排放标

19、准。其次，制。首先控制污染物的排放量和排放标准。其次， 采用低硫燃料，改进燃烧装置。第三，使用节能技采用低硫燃料，改进燃烧装置。第三，使用节能技 术，开发利用清洁能源。术，开发利用清洁能源。 5 重新获得洁净的水体重新获得洁净的水体 水污染是当今许多国家面临的一大环境问题，水污染是当今许多国家面临的一大环境问题， 它严重威胁着人类和生物的生命健康。对于水体污它严重威胁着人类和生物的生命健康。对于水体污 染防治和恢复，根本的原则是将染防治和恢复，根本的原则是将“防防”、“治治”、 “管管”三者结合起来。三者结合起来。 “防防”：对污染源的控制，通过有效控制使污染源：对污染源的控制，通过有效控制使污染