生态工程学笔记

1、生态工程学生态工程：为了人类社会及其自然环境的利益，而对人类社会及其自然环境加以综合的且能持续地生态系统设计。生态工程、环境工程和生物工程的区别特征生态工程环境工程生物工程组织水平生态系统水平环境系统水平细胞水平理论原理生态学环境学遗传学、细胞生物学控制内容力学功能（水、气、太阳能、生物）废气/水/渣、噪声遗传结构、密码设计自我设计+人类设计人类设计人类设计维持和发展费用合理而便宜较贵昂贵生物多样性保护保护变化3.中国和西方生态工程比较欧美中国背景生态危机单纯（污染）生态危机复杂（人口多、资源破坏、能源不足、食 物不富裕和环境污染并发）理论基础生态学原理为主，自然基础学科综合生态学原理为主，涉

2、及应用和社会科学对象自然（重建）生态系统社会一经济一自然复合生态系统目的环保为主，经济次要经济、生态、环境和社会的综合效益设计原理自我设计为主，人为干预辅助按预期、经济、生态和社会目的进行人为干预为主生物多样性单纯复杂商品生产通常无饲料、农、渔、畜等产品及一些轻工原料价值美化环境，自然资源保护，无市场价值高产、优质、低耗、高效生产商品，废物充分利用生态工程学的应用前景（1）生态工程与可持续发展（2）生态工程与生物多样性保护生物多样性保护主要是对遗传多样性、物种多样性、群落多样性、生态系统多样性和景观类型多样性进行保护。对珍稀濒危生物的保护：珍稀、濒危生物的灭绝主要与生态习性、生态环境的改变及人

3、类的干扰有关。对珍稀濒 危生物的保护必须应用生态系统原理使生物的生态习性和自然环境匹配，才能获得成功。对重要生态系统的恢复和重建：许多地带性植被已不多见，如温带湿润地区与大气候相适应的地带性植被一一红 松针阔叶混交林，由于过量采伐、采育失调，原始的红松针阔叶混交林所剩无几。但只要区域大气候条件仍然适合 于红松针阔叶混交林的生长，采用生态工程的技术就可使其恢复或得已重建。植物群落多样性的保护：绿色植物是生态系统中的第一性生产者，是生态系统中物质循环与能量交换的枢纽。通 过改变绿色植物的水平结构和垂直结构来提高其对大气降水的利用率及太阳能的转化率，以提高系统的生产力，生 产更多的社会财富，又保持可

4、持续发展的良好自然环境。（3）生态工程可以通过对农业生产的设计与管理，实现生态农业可持续发展的目标（4）生态工程技术和方法造林，可设计各种农林牧结合的模式，将农业生产，林业建设和牧业发展相结合促进生 态系统的全面发展（5）生态工程与城市建设：生态工程是解决城市生态系统所面临问题的有效方法和技术。要把城市作为社会一经 济一自然复合生态系统，运用系统科学的方法，从整体上规划设计和解决人口与资源、工业化与环境保护、生产与 生活、近期与长远，城市与郊区的多种矛盾，使其互相有利、协调发展。遵循整体性原理、宏观调控原理、土地规划原理、可持续发展原理、生态经济效益原理内容包括：生态工业（建立互利共生的工业生

5、态网，利用废物交换、循环利用和清洁生产等手段，实现物质闭路循 环和能量多级利用，达到物质和能量的最大利用以及对外废物的零排放）生态交通（构建覆盖全市的生态交通线网格局；发展生态交通工具；建立交通路线绿化系统；完善交通管理制度） 生态建筑（根据当地生态环境，运用生态学、建筑技术科学等原理，合理安排并组织建筑与其他相关因素之间的关 系，使建筑和环境之间成为一个有机的结合体，同时具有良好的室内气候条件和较强的生物调节能力）生态能源（可再生能源、废弃物的资源化利用）生态社区建设（物质、能源在小区生态系统内部有秩序的循环转换，并与自然生态相平衡）生态绿化（以多样性保护为基础，构建植物生态群落；因地制宜，

6、实施生态绿化策略；垂直绿化）生态工程学原理（1） 自组织原理（2）共生原理（3）正负反馈调节原理（4）正常立地原理（5）局部控制与全局调节原理（6）生态结构与生态功能相互作用原理（7）生产功能与保护功能耦合的原理（8）物质与能量多层利用及循环原理（9）仿生原理自然原型：根据生境条件推断出原有的自然生态系统的特征，仿效自然原型进行设计。正负反馈调节原理：（1）因果关系：系统内相互联系的组成部分间具有因果关系（2）反馈关系：系统的输出变成了决定系统未来功能的输入（对连续因果关系的连续调控）正反馈环（自我强化）：各组分之间依次发生的连锁反应，使变量的变化增强，最后使系统远离初始状态。负反馈环（自我调

7、节）：当因果反馈环中一个变量发生变化，通过环中各组分间依次发生的连锁反应，使便利的变 化减弱，最后引起变化趋于稳定。正负反馈调节的耦合：自我调节 自我强化f系统呈现稳定；自我强化 自我调节f系统无限增长或急剧衰减（3）反馈调节：通过正反馈环的自我强化作用和负反馈环的自我调节作用的加强和减弱，控制系统的变动强度、 方向和发展趋势。应用：在负反馈环上加一个正相关，加强自我调节作用使正反馈环变成负反馈环，是系统向稳定的方向发展仿生原理：主要是指模仿自然界生物与生物之间的关系行为，包括仿植物的相生相克行为好仿动物的利他行为。仿生物行为能改善状态不佳的生态系统结构，完善其功能，使其以最小的物质能量消耗，

8、维系系统的可持续发展和 较高的物质产出，创建与自然和谐的生态系统。生产功能与保护功能耦合的原理：一个生态系统既要生产，又要保护自身的稳定性和周围的环境，以便持久地利 用自然，就必须将生产功能与保护功能结合起来。矛盾体的对立统一：既要求特定结构的生态系统输出生产资料，又要求该结构对生态系统的稳定性具有足够的保护 作用。保护与索取的关系：丘陵顶部一一保护型生态系统、丘陵斜坡一一缓冲型生态系统、丘陵间谷地一一生产性生态 系统。自组织原理：通过与外界进行物质及能量交换，自发调整生物与环境及生物与生物的关系，建立起相互联系、 相互依赖并能完成特定功能的有序结构，且具有不断向前发展和进化的自然过程和行为。

9、正常立地：指生态序列处于正常位置的立地。非正常立地：指生态序列处于非正常位置的立地。（近正常立地、超常立地、异常立地）种植业生态工程：指人类在同自然合作的前提下，充分利用太阳能和各种自然资源，栽培各种农作物、药用和观 赏植物、生产食物、饲料、工业原料以及其他产品的技术与工艺流程。种植业生态工程的特点：（1）模拟自然生态系统，参照西方现代种植业（2）充分利用太阳能，减少化石能源投入，提高生产力（3） 多重利用，减少污染，有机物“还田”（4）生产“绿色”食品（5）强调整体功能，不局限于单一作物产量或单一产业产值的提高沼气发酵的基本条件：（1）严格的厌氧条件（2）充足和适宜的发酵原料（3）适当的水分

10、（4） 适宜的发酵湿度（5）适宜的酸碱度林业生态工程内容：（1）环境改良工程：人工复合生态系统是在非森林环境中建造，为了保证林木正常生长发育，必须改良当地的立 地条件。包括：水土富集工程，排水工程，防风沙工程，保水工程，躲盐工程，隔断工程（2）生物种群与选择与匹配工程：根据自然环境和社会经济条件，选择适宜的主要种群（乔木、灌木或草）和次 要种群（乔灌草，甚至农作物或低等生物）（3）生物群落建造工程：把设计的种群按一定的时间顺序或空间顺序定植或安置在复合生态系统之中。（4）食物链工程：包括生产性食物链，减耗性食物链，增益性食物链商品林：以生产木（竹）材和提供其他林特产品，获得最大经济产出为主要目

11、的，满足人类社会的经济需求为主 体功能的森林、林木和林地，包括用材林、经济林和薪炭林，可主伐。（生态）公益林：以维护和创造优良生态环境，保护生态平衡和保护生态生物多样性等满足人类社会的生态需求 和可持续发展为主体功能，主要提供公益性、社会性产品或服务的森林、林木和林地，包括防护林地和特种林，只 能进行抚育和更新。养殖业生态工程内容：（1）农业生物：以农养动物为中心，研究与之匹配的农作物、饲料作物和牧草、鱼类的其他类经济作物（2）生存环境：与生物生存密切相关的自然条件、社会经济条件及相生相克关系（3）养殖技术：指禽、渔等动物的饲养、繁殖及疫病防治，物种结构优化布局、管理、特色品种培养等（4）养殖

12、业输入：主要指劳动力、资金、输入及农田工业和能源、农业科技投入等（5）产品输出：各种农畜产品的加工及加工产品的输出等。农林牧复合生态系统：在同一土地管理单元，人为地把多年生木本植物与其他栽培植物（农作物、药用植物、经 济植物以及真菌等）和动物，在空间上或按一定的时序安排在一起而进行管理的土地利用和经营体系。农牧交错带：指我国东部农耕区与西部草原牧区相连接的半干旱生态过渡带称，是农业生产边际地带，生态脆弱 带。多由沙地、盐碱地、洼地相间分布组成。有机食品：指生产环境未受到污染、生产活动有利于建立和恢复生态系统良性循环，在原料的生产加工过程中既 不、使用农药、化肥、生产激素等化学合成物质，也不采用

13、转基因技术及其产品，不采用其他不符合有机农业原则 的技术与材料，通过有机食品认证，使用有机食品标志的，可供饮食的符合国际或国家有机食品标准的农产品及其 加工品。绿色食品：是无污染、安全、优质的营养类食品的通称。绿色食品要求食品中不能含有对人体健康有毒害的物质， 农药残留量、重金属含量、有机污染物和细菌含量必须低于一定的标准，但绿色食品允许生产中使用一定量对人类 社体健康无害的人工合成化学物质。无公害产品：限量使用化学合成的肥料、兽药、饲料添加剂等。间作：生育季节相近的两种或两种以上作物（包括草本和木本）在同一田块上同时或同一季节成行地间隔种植称 为间作套作：指在前作物的生长后期，于其株行间播种

14、或栽植后作物的种植方式。典型的林业生态工程：（1）农林与森林交错带的林业生态建设特点：立地条件的多样性；水分供应充足；生态流活跃主要问题：荒山化现象严重；水土流失严重；自然生产力得不到充分发挥农林交错带综合治理与开发体系的工程设计：小流域生态系统划分；分水岭保护区的建设与设计；坡面生产 区建设与设计；沟谷防治工程的建设与设计（2）荒山林业生态工程的设计花岗岩、片麻岩荒山的生态工程设计；石灰岩、石英岩荒山的林业生态工程设计；（3）山地自然保护区的林业生态工程设计风景质量评价；景观阈值评价；景观敏感度评价；特殊价值的资源；保护区的建设湿地恢复与重建的目标：（1）湿地生态系统的恢复，以保证湿地生态系

15、统的正常演替与发展；（2）恢复与重建湿地植被和土壤，恢复湿地生态系统正常的生物循环和能量转化；（3）恢复和提高湿地的生物多样性，发挥其多种生态服务功能，提高其生产力；（4）减少或控制对湿地的污染；（5）恢复与重建湿地景观，增加其美学效果27.湿地类型及恢复与重建策略湿地类型恢复与重建的指标体系恢复与重建的策略低位沼泽水文（水深、水温、水周期）恢复高地下水位营养物（N、P）减少营养物质输入植被（盖度、优势度）草皮迁移动物（珍稀及濒危动物）割草及清除灌丛生物量恢复对富含Ca、Fe地下水的排泄湖泊富营养化增加湖泊的深度和广度溶解氧减少点源、非点源的污染水质迁移富营养化沉积物沉积物毒性清除过多草类鱼体

16、化学含量生物调控外来物种河流、河缘湿地河水水质疏浚河道浑浊度切断污染源鱼类毒性增加非点源污染净化带沉积物防止侵蚀沉积河漫滩及洪积平原河漫滩湿地的自然化红树林湿地溶解氧禁止矿物开采潮汐波严禁滥伐生物量控制不合理建设碎屑减少废物堆积营养物质循环沙化土壤形成的原因，特点，治理措施沙漠化是指非沙漠地区出现的以风沙活动、沙丘起伏为主要标志的类似沙漠景观的环境退化过程原因：自然原因：（1）随着青藏高原的隆起，西北地区干旱气候日益加剧，雨水稀少，风大沙多，使土壤沙化逐 渐发展；（2）全球气候变暖的影响，加剧了干旱程度；（3）年降雨量分布更加不平衡；（4）降雨量总体趋减，加剧 了土地沙漠化人为原因：（1）人口

17、增长过快，对环境的压力增大；（2）“五滥”，滥伐、滥挖、滥牧、滥垦，水资源的无序利用；（3）区域生态系统功能定位不准，造成环境恶化，土地荒漠化严重；（4）水资源调配和开发利用不合理，引起土地荒漠化发展；（5）全社会对土地资源和生态环境保护的意识较差；（6）机制不健全,治理效果较差特点：（1）荒漠化土地面积大、分布广；（2）类型复杂，区域差异明显；（3）速度快，呈扩大和加剧趋势；（4） 造成的经济、社会和生态后果严重防止措施：（1）尊重自然规律，实现人与自然的和谐相处。以人为本，建设三道屏障（对现有的沙地植被、荒漠 植被进行保护，因害防设、建立防护林带，农田林网建设及沙化耕地退耕还林）（2）发展

18、第二、第三产业，缓解对土地的依赖（3）对生态脆弱区进行人口环境容量评价（4）合理开发利用水资源，为土地荒漠化整治服务（5）大力宣传，提高全社会的生态环境保护意识和可持续发展意识（6）注重运用政策机制调动全社会参与防治的积极性土地盐碱化土壤盐碱化是指土壤含盐量太高（超过0.3%），而使农作物低产而不能生长。原因：（1）气候干旱，降水量少，蒸发量大，土壤表层含水量减少，加上地下水位过高，使盐分积聚土壤表层； （2）地势低洼，没有排水出路。盐分随地面、地下径流由高处向低处汇集，积盐状况也由高处到低处逐渐加重；（3）地下水埋藏浅，矿化度高；（4）人为活动的影响：不完善的排水系统和灌溉技术，使得排水不畅，大部分水以蒸发作用形式排泄，水中矿物 质滞留于表层