生态工程教案

绪论

1生态工程产生的背景

1.1生态问题的出现

1.1.1第一生态环境问题

自然灾害、地方病

第一环境问题也称原生环境问题，主要指自然界发生异常变化，分两类：

一是如火山爆发、山崩、地震、海啸、台风、水旱灾害等自然灾害

二是自然界本来就存在对人类和生物有害的因素，如某些地方水土中缺少（或过多）某些人体

所需的化学元素而导致疾病的发生（地方病）。

1.1.2第二生态环境问题又称次生环境问题。

主要指：

人类对自然资源利用的不合理和对废弃物处理的不妥，以及由于生产发展和人口膨张所带来

的生态的破坏与环境的污染。

次生环境问题在不同时期表现出的现象不同，归纳起来，有两大方面的问题：

A生态的破坏

①林植被破坏；②沙漠化；③土壤侵蚀④环境地质问题（⑤生物物种的消灭。

B环境的污染

1气污染；②水源与江河水污染；③噪声污染；④土地污染（废弃物）；

1.2生态环境问题的发展时期

1.2.1人类发展初期的生态问题

1.2.2第一次浪潮时期的环境问题（原始农业、畜牧业、新石器时期）

1.2.3第二次浪潮的环境问题蒸汽机

1.2.4第三次浪潮的环境问题电子工程，遗传工程

塘泥

太阳

・桑树

邛塘一封■

排

一

-泄

物

太阳

♦甘苒境J猪

■表示能量流动.A表示物质流动

2生态工程定义和内涵

应用生态学、经济学有关理论和系统论的方法以生态环境保护与社会经济协同发展

为目标（或称可持续发展），对人工生态系统、人类社会生态环境和资源进行保护、改造、

治理、调控和建设的综合工艺技术体系或综合工艺过程。

•生态工程的主要内涵包括：生态工程实践是基于生态学理论，生态工程包括所有类

型的生态系统以及与之相互联系、相互作用的潜在人类活动，包括工程设计的概念

与含义，存在一个潜在的价值体系。

生态工程的应用主要在四个方面：

①设计各种生态系统，来代替人工系统或能源密集型系统，从而满足人类需要（如环境

工程）；

②恢复受损生态系统，缓解对资源的过度开发（如生态恢复）；

③管理、利用和保护自然资源（如林业生态工程）；

④将人类社会与生态系统紧密结合起来，进行环境治理和环境建没（如景观生态工程、

城市生态工程等）。

2生态工程的类型

•根据生态工程在国内外的发展现状和趋势，生态工程的划分主要从三大方面进行：

・不同产业类型的生态工程

•不同区域类型的生态工程

•不同工程目的的生态工程

第二节国内外生态工程特征

1国外生态工程特点

•国外的生态工程首先是从农业方面开始的，主要是针对现代农业出现的一系列弊端

所采取的替代性措施。

•国外生态工程在环境保护和污染治理方面的研究也比较多，其中尤以污水处理、湖

泊或海湾的富营养化等问题的解决方面研尢突出。

国外生态工程设计原理和技术路线都比较单一，基本还局限在自然科学范畴，以恢复生

态系统自组织能力为主

2中国生态工程的特点

•中国生态工程所研究与处理的对■象，不仅是自然或人为构建的生态系统，而更多的

是社会-经济-自然复合生态系统。

•中国的生态工程不但要保护环境与资源，更要以有限资源为基础，生产出更多的产

品，以满足人口与社会的发展需要，并力求达到生态环境效益、经济效益和社会效

益的协调统一，改善与维护生态系统，促进包括废物在内的物质良性循环，最终获

得自然一社会一经济系统的综合高效益。

•发达国家经济发展水平较高，人均土地、水等资源占有量较多，所以这些国家的生

态工程往往注重生态恢复，而较少注重经济效益。而我国人口较多，人均土地、水

资源和能源占有量少，所以在进行生态工程时，一定要注重生态效益、社会效益和

经济效益的统一。

第三节生态工程研究与实践进展

1研究进展

1.1数学模型及新技术应用

•种群数量变化模型

•迁入•迁出模型

•捕食-猎物模型

1.2生态工程设计原理的充实与扩展

工程的核心是设计

开拓适应、竞争共生、连锁反馈、系统乘补、循环再生、多样性主导性、结构功

能、最小风险

考虑设计前期和后期的环境影响。

13多尺度作用的研究

-生态工程在不同层次上具有不同的目标和多层次的系统作用。

­不同的尺度上的湿地功能有不同的要求，多尺度湿地功能协同作用会大大提高

综合净化功能。

•存在问题：

•范围不断扩展，但研究力度和深度不够

•缺乏全局性模型，模型不能简化

•评价方法多，但缺乏公认较好的评价方法

•注重于对物质系统的调控，而在人的行为诱导的方法不多

2实践进展

•国外：

•综合农业、再生农、业、有机农业、持久农业、生物农、也、生物动力农业、自然

农业

•环境保护和污染治理方面。

中国环境现状

•退耕还林、还草。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和农田林网防护林体系。

・生态林业

•环保生态工程

•湿地保护

•生态农业建设

•无废弃物农业是我国占代传统农业的辉煌成就之一，也是生态工程最早和最生动的一种

模式

沼气工程充分利用

了物质循环再生的原理.

由于它在物质、能量多级

充分利用和转化方面独特

的纽带作用，大大促进了

农村以农牧结合为中心的

多种经营.巳成为我国当

今农忖生态工程竟设中最

t要和最基础性的组分.

我国政府有关部门已作出

猊划，要在今后30年内将

全国的沼气池数目由现在

的大约1000万个增加到

沼气的用途示意图5000万个.

•枣粮间作

・栗粮间作

•果粮间作

•桐粮间作

3应用前景

3.1生态工程与生物多样性保护

•保护珍稀濒危生物

•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。

•恢复和重建重要生态系统

•保护植物群落多样性

•保护良好的植物群落结构

3.2生态工程与农林牧业建设

•现代农业面临的挑战：

•成本迅速上升而利润递减

•微生物群落结构发生改变

・农田污染严重

•食品安全受到挑战

生态农业：

•“从系统思想出发，按照生态学原理，经济学原理和生态经济原理，运用现代科学技术

成果和现代管理手段以及传统农业的有效经验建立起来，以期获得较高的经济效益、生态效

益和社会效益的现代化农业发展模式。简单地说，就是遵循生态经济学规律，进行经营和管

理的集约化农业体系J

生态林业：

•应用较晚，但前景广阔。

•热带亚热带森林以惊人速度减少

•人工林种群单一，林相简单。

•生态林业是指遵循生态经济学和生态规律发展林业,是充分利用适当地自然资源和促进

林业发展，并为人类生存和发展创造最佳状态环境的林业生产体系。

•提高森林综合生产能力；提高森林对调节生态环境的整体功能；充分发挥森林效应和互

补作用；保护资源永续利用的动态平衡：提高系统各资源单位面枳产量，缩短生产周期；形

成商品生产能力，提高经济效益；发展加工工业，实现多次增值；协调同有关各业的互利关

系，维护生态功能与经济效益的同步性。

3.3生态工程与城市生态建设

•城市生态问题：交通拥挤、环境污染、住房紧张

•城市是社会-经济-自然复合生态系统。

•人口与资源

•工业化与环境保护

•生产与生活

•城市与郊区

•生态城市是人们对按生态学规律包括自然生态、经济生态和人类生态统筹规划、建设和

管理市域范围内的人口、资源和环境逐步形成可持续发展机制、体制、技术和行为的市级行

政单元的简称。

•在生态系统承载能力范围内，运用生态经济学原理和系统工程的方法去改变城市的生产

和消费方式、决策和管理方法，挖掘市内外一切可以利用的资源潜力，建设一个经济高效、

社会和谐、生态安全的可持续发展社区。

•生态工程原理

•第一节生态学原理

1生态位原理

•生态系统中各种生态因子都具有明显的变化梯度，这种变化梯度中能被某种生物占据利

用或适应的部分称为生态位.

•又称小生境或生态区位，是一个物种所处的环境以及其本身生活习性的总称。每个物

种都有自己独特的生态位，借以跟其他物种作出区别。生态位包括该物种觅食的地点，食物

的种类和大小，还有其每日的和季节性的生物节律。

•生态系统的垂直结构，第一乔木层、第二乔木层、第一灌木层、第二灌木层、草本层、

地被物层及地下不同根群的分布层，分别对太阳光、热、水、土、空气进行多级分层利用，

使物质循环最充分，能量转化和利用最合理。

•生态工程对生态系统进行设计时，一定要首先重视生物圈在物质循环及能量转化中多

层分级利用的原理，才能使系统能量损失最小、物质利月最充分，少废物无污染，经济投入

少，生态效率高，既生产更多的物质财富，又保持良好的自然环境。

•相生相克现象是•种植物通过向环境释放化学物质，影响周围其他植物的现象。

2限制因子原理

2.1最小因子定律

­植物的生长取决于那些处于最少量因素的营养元素

2.2耐性定律

•任何生态因子不足或过多，接近或超过了某种生物的耐受限度，该种生物的，生存就会

受到影响，甚至灭绝。

・每种生物对每个生态因子都有一个耐受范围，耐受范围有宽有窄；对所有因子耐受范围

都很宽的生物，•般分布很广；生物在整个发育过程中，耐受性不同，繁殖期通常是敏感期：

当一个因子处在不适状态时，对另一个因子的耐受能力可能下降；生物实际上并不在某一特

定环境因子最适的范围内生活，可能是因为有其他更重要的因子在起作用。

•植物修复

•超积累植物的筛选和发现为重金属污染土壤的植物修复技术开辟了应用前景。

回收与利用

生物燃料、

收获选择部分的工业、纤维

知能量作物，处理并回收金属•工业用途

和纤维等

合理的农业技术、

可持续发展技术

放射性元素

金属和类金属

3食物链原理

•经济树林中养殖土鸡

•鸡粪喂猪

•猪粪制造沼气

•沼渣肥田

・稻田养鱼

・鱼吃害虫

人工食物链林业生态工程中的应用：

•天敌的放养和招引：人工巢招引益鸟抑制森林害虫，人工放养寄生蜂防治松毛

虫。

•提高人工生态系统效益：林地养鸡

•加工价值：把低价值产品经加工增值、废品合理利用，加工剩余物归于土壤库，减

少物质能量损失的损失

•食物链加环：根据物质能量通过食物链发生富集以及生物之间相生相克的原理，以

人工生物种群来代替自然生物种群，从而达到废弃物的多级综合利用，增加高能旱:、高

价值的产品生产和抑制能量物质损失的生物工艺过程。

经济树林中养殖土鸡

鸡粪喂猪

猪粪制造沼气

沼渣肥田

稻田养鱼

鱼吃害虫

•生物调控

•1975年由Shapiro提出，用食物链控制湖泊富营养化，控制“水华”。

-通过去除食浮游动物者或添加食用动物降低浮游动物食性鱼的数量，使浮游动物的

生物量增加和体型增大，从而提高浮游动物对浮游植物的摄食效率，降低浮游植物的数

量。

增加肉食性鱼类数量

4整体效应原理

生态系统

•稀释、沉淀、分解

•植物吸收

•藻类吸收，传递给动物

5生物与环境相互适应、协同进化原理

•协同进化：两个相互作用的物种在进化过程中发展的相互适应的共同进化。

•生态系统既要求生物适应期生存环境，又同时伴有生物对生存环境的改造，环境和生物

的统一。

•封山育林、退耕还林生态环境

•水资源生态环境

6效益协调统一原理

•生态工程的建设与应用都是以最终追求综合效益为孑标。

•生态效益、经济效益和社会效益融为一体。

•山顶戴帽子：封山育林。

・山腰系带子：还林还草.发挥林草拦蓄作用，减少径流。

•坡地修台子：坡耕地改睇田种植作物。

•地域锁边子：地填种植经济作物。

•荒地荒沟栽苗子：在荒山、荒沟、荒坡地建薪柴林。

•山脚种果子：山脚发展经济果园

•沟底穿靴子：修建坝、泥、拦蓄泥沙，减少山体的崩塌和滑坡。

•见缝插针钉扣子：利用零星地种果。

•秋田盖罩子：覆盖地膜等保土耕作措施。

（1）人畜粪便能自动流入沼气池。

（2）使圈舍冬季温度提高3〜5℃

（3）解决了北方在寒冷冬季产气难

（4）增加了棚内二氧化展的浓度，有助于农作物的生长。

7物种多样性原理

•物种越丰富，生态系统的抵抗力、稳定性越高。

•为什么樟子松林的松毛虫会肆虐，几十亿株杨树会毁于一旦？

第二节经济学原理

1可持续发展理论

2自然资源价值理论

3生态经济理论

•生态与经济协调发展

•生态经济系统为研究对象

•生态和经济的矛盾经济生态化

•第三节工程学原理

1系统工程理论

2整体协调理论

3层次结构理论

生态工程规划与设计

第一节生态工程规划

1生态工程规划概述

1.1生态工程规划的概念

工程目标

生态工程规划

采取的方法

生态规划内涵：

•以人为本，追求人与自然的和谐

•以资源环境承载力为前提

•规划标准从量到序

•规划目标从优到适

1.2生态工程规划的基本特征

•综合性：生态环境要素、社会经济要素、技术要素

•协调性：经济、社会和生态利益相协调

・战略性：高度

•区域性：不同地区建设方向、规划重点、建设步骤差异

•实用性：可操作性

1.3生态工程规划原则

•经济建设、城乡建设和生态工程同步原则

•系统原则

•可持续发展原则

­因地制宜、因害设防、分类指导、分区突破原则

•统筹兼顾、分步实施、先易后难、先急后缓原则

1.3生态工程规划的类型

•按规划期划分

•按规划期可分为长期生态工程规划、中期生态工程规划以及年度生态工程建设规划。

•按性质划分

•生态工程规划从性质上分，有土地利用规划、水资源利用规划、水土保持工程规划、林

业生态工程规划、防沙治沙规划、生态农业工程规划、草地保护与建设规划、自然保护区规

划及土地整理与复垦规划，

•按人工化程度划分

•按照人工化的程度可将生态工程规划分为自然保护和生态建设两类。

•按保护规模划分

•大尺度往往是指大流域或跨流域的大区域性的破坏和保护，面积在几百万平方千米。

2生态工程规划原理

•人地关系协调理论

•可持续发展理论，

•生态系统理论

•空间结构理论。

•第二节生态工程设计

•工程的核心是设计。

•生态工程的设计应按照物质在自然界迁移、转化、流动与循环的规律，积极地调控其食

物链，同时根据生态工程实施的当地自然条件、社会条件和经济条件等,优化组合各种技术，

使之相互联系成一个有机系统，达到多层次、多目标，分级利用物质，促进良性循环，兼收

经济、生态和社会效益。

1设计原则

1.1因地制宜原则

•紧紧围绕当地的自然、社会、经济条件进行生态工程设计的基本原则。

•一方面受到光、温、水、土壤等条件制约。

•另一方面符合当地的管理水平和社会要求。

1.2生态学原则

•西方的生态工程设计主要根据自我组织理论，以回归自然为主，人为干预较少，有系统

自身的自我组织、自我调节去完成。

•我国的设计则根据生态工程的整体、协调、自生、再生良性循环及天人合一的传统生态

观等原则，多方面干预。

1.2.1适当输入辅助能的原则

•主要能源是太阳能。

1.2.2再生循环及商品生产原则

1.2.3生物多样性原则

1.2.4环境时间节律与生物机能节律原则

•环境因子的时间节律：年周期、月周期、日周期。

•生物的机能节律：日周期、月周期、年周期

•雨季造林

1.2.5生物种群选择原则

•根据生态工程建设的主要目的来选择

♦根据工程所处自然环境特征来选择

1.2.6种群匹配原则

•种群过分简单，是农山、人工林等人工生态系统稳定性差的关键原因。

•可以根据生物共生互生、生态位等原理，选择匹配次要种群，建造复合群体，形成

互惠共存的群落。

1.2.7人工压缩演替周期原则

1.2.8种群置换原则

•复合群体的群落组成是经过长期的种间斗争逐渐达到和谐与平衡的。

•以豆科作物、豆科牧草或中草药植物代替地被物，以经济灌木或小乔木组

成下木，以食用菌代替腐生性低等生物，人工控制株行距，减少竞争，这样

建成的生态系统就会既具有自然生态系统的物种多样性又具有较高的经济

效益。

1.2.9经济效益原则

2生态工程设计基本程序和路线

技术路线

•建立互利共生网络

•将平行的原本不相联结的种，食物链生态系统的联结，形成互利共生网络,

提高效率，促进物质的良性循环。

•稻田养鱼（蟹）

延长食物链

•农业生态工程

•第一节农业生态工程概述

1农业生态工程概述

1.1农业生态系统的结构和功能

•农业生态系统是人们运用生态学原理和系统工程方法，利用农业生物与环境之间,

以及生物种群之间相互作用建立起来的，按社会需求进行物质生产的有机整体，

­是一种被人类驯化、较大程度上受人为控制的自然生态系统。

1.1.1农业生态系统的结构

•农业生态系统的结构是指农业生态系统组分在空间、时间上的配置及组分间的能

流、物流顺序关系。

农业生态系统的组分结构：农业生物的组成结构及农业生物种群结构。

水平结构

•空间结构

垂直结构

•水平结构：温度的纬向梯度，湿度的经向梯度。农业生物因自然和社会条件在水平

方向的差异形成帝状、同心圆式或块状镶嵌分诈。生物因繁殖与行为方式的差异形

成规则的、随机的或成丛的各类水平格局。

・垂直结构：因地理高程，水深、土壤深度和生物群落高度而产生相应的垂直梯度。

农业生物因适应环境的垂直变化形成各类层带立体结构。

•时间结构：指农业生态系统中，各种生物种类的生长发育进程与环境资源节律变化

的吻合状态。

营养结构：农业生态系统中生物间通过营养关系联结起来的联系方式称营养结构。

主要是指食物链结构和食物网结构。

1.2农业生态工程概念及原理

1.2.1农业生态工程的概念

将生态工程原理应用于农业建设，即形成农业生态工程。有效地运用生态系统中生物物

种充分利用空间和资源的生物种群共生原理，多种成份相互协调和促进的功能原理，以及物

质的能量多层次、多途径利用和转化的原理，而建立的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。

1.2.2农业生态工程原理

・使不同种的生物群体在有限的空间内各得其所，充分利用有限的物质与能量的生物

共生原理。

•通过多层结构，充分挖掘生产潜力的物质循环再生原理。

•包括食物链的富集与转换作用的多种成分相互协调的功能原理。

・生物与环境相互适应原理。

1.2.3农业生态工程建设的基本原则

•整体性原则

­层次性原则

­因地制宜原则

・科技先导原则

•可持续性原则

•市场协调原则

1.3生态农业

农业生产面临的生态问题

•资源匮乏，能源消耗日益严重

•不少地区出现资源破坏，水土流失，耕地减少，土地质量下降

•农业环境污染加重

•我国生态农业的定义为：“运用生态学、生态经济学原理和系统科学的方法，把现代

科学技术成就与传统农业技术的精华有机结合，把农业生产、农村经济发展和生态

环境治理与保护、资源的培育与高效利用融为一体的具有生态合理性、功能良性循

环的新型综合农业体系”。

农业生态工程实施的技术要点

•最大限度利用和保护土地资源及各种可利用资源，提高初级生产者转化太阳能为生

物能的效率。

•加速物质在生态系统中的再循环，提高周转率，提高生物产品的高产性能。

•增加能量和物质的利用层次及环节，减少系统外能量的消耗，提高转化无机物为有

机物的能力。

•利用农业有机废料，强化生态系统还原者的还原作用，建立低消耗高收益的新型生

产结构。

•因地制宜，因资源制宜，规划和配置多层次的产业结构和产品布局。

•第二节农业生态工程技术

1立体农业技术

1.1立体农业概念

­立体农业：立体农业是多种相互协调、相互联系的农业作物（植物、动物、微生物）

种群，在空间、时间和功能上的多层次综合利用的优化高效农业结构。

类型：

•异基面：不同海拔、地形、地貌条件下呈现出的农业布局差异。

•同基面：同一块田地上的间套作及兼养动物、微生物的立体种养系统，如林粮或粮

菜间作、稻田养鱼、农田插种食用菌等。

2循环再生技术

2.1生态果园工程模式

•该模式是以农户土地资源为基础，以太阳能为动力，以沼气为纽带，从有利于农业

生态系统物质和能量的转换与平衡出发，建立起生物种群互惠共生，食物链结构健

全，能量流、物质流良性循环的系统工程，形成了以农代牧、以牧促沼、以沼促果、

果牧结合、配套发展的良性循环系统，被称为西北“五配套”生态果园程模式。

■

•"五配套''能源生态农业模式是解决西北干旱地区的用水，促进农业持续发展，提高

农民收入的重要模式。其主要内容是，户建一个沼气池、一个果园、一个暖圈、一

个蓄水窖和一个看营房。

2.2生态养殖厂工程模式

•生态养殖场工程模式以辽宁省大洼县西安养殖场最为典型，它是•项以养猪为主，

利用生态模式净化废水，产出多、效益高，具有广泛应用价值的农-牧复合生态工程。

2.2.1平面闭路的生态系统

2.3基塘物质能量循环生态工程

桑基-鱼塘生态工程

•利用鱼池（塘）堤坡栽植桑树，桑叶用于养蚕，将养蚕获得的蚕沙、蚕蛹投入鱼塘，为

鱼类提供食料，鱼塘中鱼类吃剩的食料加上排泄物，可培育浮游生物，浮游生物又

供鱼类取食，而沉落到塘底的饲料残渣及排泄物则被微生物分解，形成富含有机质

和其他营养元素的塘泥，经过一定时间的积累后挖取塘泥上桑基，既净化了鱼塘，

又为桑基施入高效的有机肥。

草基■鱼塘生态工程

•草基鱼塘是利用鱼塘的塘边坡地种草，以草养鱼，鱼池淤泥为草地施肥，促进草地

增产为循环的基本模式。饲草的选择与栽培，通常以黑麦草为普遍，因其生长快、

产量高、营养丰富、适应性强，是草食性鱼类喜食的饲料。

桑•蚕•猪•鱼生态工程模式

•该模式是桑基-鱼塘生态工程模式的进一步发展，其流程是将蚕沙、蚕蛹、剩叶用于

喂猪，猪粪施入鱼塘养鱼，加入生猪饲养这一环节更加提高了物质转化效率。

3农业环境调控与保护技术

3.1水土流失治理的农业生态技术

•以治理水土流失为中心的农业生态技术，就是以小流域为治理单元，合理布设水土

保持各项生物与工程措施，依据系统工程方法，安排农、林、牧、渔、副各业用地，

使各项措施互相协调，互相促进，形成综合防治技术体系。

技术手段

3.1.1植树造林治沟治坡技术

•在坡顶岗脊栽树戴帽，开挖截流沟，控制坡水下山；坡耕地等高种植，修

梯田，种植生物缓冲带；荒坡造林种草，达到拦截径流，蓄水保埔的目的；沟螫中

修跌水、谷坊和塘坝，以便拦泥蓄水，控制沟壑发展。

3.1.2植物篱笆坡地生态农业技术

•植物篱笆依据生态经济原则选择物种（以多年生灌木为主），依据不同坡度、

岩性和侵蚀强度设计篱带宽度和密度，采用沿等高线布设的方法，形成密集型篱笆，

达到防止水土流失的目的；篱笆带间为农地，进行农业耕作，与植物篱笆共同构成

农林复合经营技术。

3.1.3坡耕地培肥保水技术

•改冬春施肥为伏秋施肥，主要结合伏秋整地施入土壤中；改浅施肥为深施

肥；以农肥为主，化肥为辅，进行配方施肥；推广种植绿肥；根茬和秸秆还田。此

项技术的实施，促进了土壤熟化，改善了土壤结构，提高了肥料利用率。

3.1.4土地永续利用的耕作技术

•在发展畜牧业、增加土壤有机肥投入的同时，针对春旱、低温、早在、土

壤含水量低等自然特点，探索劳力、规模、技术三个效益统一的农机和土地相组合

的模式，更新大型拖拉机、实行连片种植、建立土壤水库，进行土地耕作制度的改

革，注重伏翻、秋翻，坚持深翻、轮翻、平翻后起空和翻耙与深松相结合，有效地

调节土壤中的水肥气热。

3.2沙地培肥改土技术

•沙地培肥首先要稔定沙面，使沙地固定，否则，因风蚀、风积的影响，培肥效果就

不会显著。在沙河地区，除在主沙源营造防沙、阻沙林带以外，对已开发的沙地营

造农田防护林网，其内以发展林果业为主，栽植桃、梨、杏、山楂、葡萄等，果树

行间采用立体种植，间作套种花生、黄豆、牧草、西瓜等。

3.3水资源高效利用技术

•田间灌溉节水技术。一般包括改进地面灌水技术，喷灌、微灌等新灌水技术，以及

抗旱补灌技术。

•田间农艺节水技术。包括地面覆盖、耕作保墙、合理施肥、以肥调水等。

3.4防洪治涝技术

•修筑和加固水利设施，实施退耕还林，退耕还牧，退耕还渔和改种水田。

在沿江区域选择适当位置修筑拦洪大堤，拦阻江水的泛滥。堤内植造防风林带，堤

外植造防浪林带，减轻洪水压力。堤内农田改造水田，并修筑排灌渠系配套工程，

建造鱼塘，建设高产农田。

4农业生态工程主要模式

4.1充分利用空间和土地资源的农林立体结构型生态工程

4.1.1各种农作物的轮作、间作与套种

•农作物的轮作、间作与套种在我国已有悠久的历史，并己成为我国传统农业的精华

之一。常见的有以下几种类型：豆、稻轮作，棉花、麦套作，棉花、油菜间作，甜

叶菊、麦套作。

4.1.2农林间作

•农林间作是充分利用光、热资源的有效措施。我同采用较多的是桐粮间作和枣粮间

作，还有少量的杉粮间作。

4.1.3林药间作

•林、药间作不仅大大提高了经济效益，而且大大改善了生态环境，有力地促进了经

济、社会和生态环境向良性循环发展。此种间作如吉林省的林、参间作，江苏省的

林下栽种黄连、白术、绞股蓝、芍药等的林、药间作。

4.2物质能量多层分级利用型生态工程

•秸秆还田是保持土壤自机质的有效措施，但秸秆若不经处理直接还田，则需很长时

间的发酵分解，方能发挥肥效。在一定条件下，利用糖化过程先把秸秆变成饲料，

而后牲畜的排泄物及秸秆残渣用来培养食用菌：生产食用菌的残余料又用于繁殖蚯

蚓，最后才把剩下的残物返回农田，收效就会好得多，且增加了生产沼气、食用菌、

蚯蚓等的直接经济效益。

4.3水陆交换的物质循环型生态工程

•桑基鱼塘是比较典型的水陆交换生产系统。桑基饱塘是由基面种桑、桑叶喂蚕、蚕

沙养鱼、鱼粪肥塘、塘泥为桑施肥等各个生物链所构成的完整的水陆相互作用的人

工生态系统。

4.4相互促进的生物物种共生型生态工程

・这种生物物种共生模式在我国主要有稻田养鱼、稻田养蟹等。在养鱼的稻DJ中，水

稻为鱼提供遮阴、适宜水温和充足饵料，而鱼为稻田除草、灭虫、充氧和施肥，使

稻田的大量杂草、浮游生物和光合细菌转化为鱼产品。稻、鱼共生互利，相互促进，

形成良好的共生生态系统。

•案例：浙江青田稻田养鱼工程

4.5农-渔-禽水生生态系统型生态工程

•该生态系统是充分利用水资源优势，根据鱼类等各种水生生物的生活规律和食性以

及在水体中所处的生态位，按照生态学的食物链原理进行组合，以水体立体养殖为

主体结构，以充分利用农业废弃物和加工副产品为目的，实现农-渔-禽综合经营的农

业生态类型。

4.6多功能的污水自净生态工程

•在通常情况卜.，自然生态系统内部不易出现由于某种物质的过多积累而造成系统崩

溃或主要生物成分的大量死亡，这是由于系统本身就拥有自行解毒的“医生”（微生

物）和解毒的工艺（物理的、化学的）过程。即使由于某种物质过分积累，破坏了系统

的原来结构，也会出现适应新情况的生物更新。

4.7山区综合开发的复合型生态工程

•通常的结构模式为林・果•茶-草•牧-渔•沼气。该模式以畜牧业为主体结构。一般先从

植树造林、绿化荒山入手。根据山区自然条件、自然资源和物种生长特性，在高坡

处栽种果树、茶树；在缓平岗坡地引种优良牧草，大力发展畜牧业，饲养奶牛、山

羊、兔、禽等草食性畜禽，畜禽粪便养鱼；在山谷低洼处开挖鱼塘，实行立体养殖，

塘泥作农作物和牧草的肥料。

4.8沿海滩涂和荡滩资源开发利用的湿地型生态工程

­草-畜-禽-蚯蚓-貂的湿地生态系统，

•苇-萍•鱼■禽的湿地生态系统，

•林-牧-猪-鱼-沼气的荡滩生态系统，

・鱼-苇-草-牧生态系统，

・农-桑-鱼-畜生态系统，

・棉-牧-禽-鱼-花-加工的复合生态系统。

4.9以庭院经济为主的院落生态工程

•以庭院经济为主，把居住环境和生产环境有机地结合起来，以达到充分利用每一寸

土地资源和太阳辐射能，并用现代化的技术手段经营管理生产，以获得经济效益、

生态环境效益和社会效益协调统一。

4.10多功能的农副工联合生态工程

•这样的系统往往由四个子系统组成，即农业生产子系统、加工工业子系统、居民生

活区子系统和植物群落调节子系统。它的最大特点是将种植业、养殖业和加工业有

机地结合起来，组成一个多功能的整体。

・城市生态工程⑺

•第一节城市生态学

1城市的起源与城市化

城市的概念

城市（city）—以非农业人口为居民主体，以空间与环境利用为基础，以聚集经济效益为特点,

以人类社会进步为目的的一个集约人口、经济、科学技术和文化的空间地域综合体。

一人类社会与地域空间的高度结合

•特点：人口集中，工商业发达，居民以非农业人口为主的地区。常为周围地区的政

治、经济、文化中心。

-城市的产生（三次社会分工与私有制）

第一次:畜牧业与农业分离一聚落（城市胚胎）

第二次:农业与手工业分离一产生聚落中心

第三次:手工业与商业分离一“市”（集）形成

私有制产生一聚落争斗防卫一“城”（镇）形成

•城市的发展

自然条件：大河冲积平原区；

经济技术发展水平：冲破自然束缚向外扩张拓展

城市化（urbanization）一通常是指农业人口转化为城市人口的过程。其表现为：

-空间上城市规模的扩大

-数量上农业人口向城镇非农业人口的转变

-质量上城市居民生活方式的现代化

城市人口增长:（过去）自然f（目前）机械

•城市的优势一一在于工业、人口、市场、文化和科学技术的集中。这有利于生产的

专业化、协作化和新型高度精尖技术密集工业的发展，有利人员流动、物质流通。

•城市的缺点一一也恰恰在于人口和工业的过量集中和密度过大，在城市化地区，进

行着大量的资源利用、物质变换、能量流动、产品消费等活动，从而使自然资源大

量耗用和各种生产、生活废料大量产出，引起了一系列城市问题。

・城市化带来的城市问题

•当城市人口膨胀到一定程度，城市扩大到一定规模时，势必造成城市用地紧张、交

通拥挤、住房短缺、基础设施滞后、水源短缺、环境污染、生态条件恶化、疾病流

行，并导致失业率增加和犯罪率上升等一系列现代城市社会弊病

•城市化的生态后果与生态问题

—生态后果

•土地利用与景观格局发生变化

•生态系统结构发生变化、部分生态功能丧失

•局地气候发生变化

-生态问题

•环境污染及由此影响到食品安全

•葡分生态条件恶化

•自然资源供应常短缺

•城市人口增加导致社会问题

2城市生态学

,城市生态学（urbanecology）—生态学的一个分支，是以城市空间范围内生命系统和

环境系统之间联系为研究*j象的学科。

•城市生态学是研究城市人类活动与城市环境之间的关系的学科。将城市视为以人为

中心的人工生态系统。

・第二节城市生态系统

1城市生态系统的结构

由自然环境和社会经济环境以及沟通自然、社会、经济的各种人工设施和上层建筑共同

构成社会一经济一自然复合生态系统

在该复合生态系统中：

-各种自然及物理组分是城市赖以生存的基础

-各个部门的经济活动和代谢过程是城市生存发展的活力和命脉

-每个人的社会行为及文化观念是城市演替与进化的动力

•按社会学角度划分

-城市社会：城市居民；城市组织

-城市空间：人工环境；自然环境（自然资源；地域环境）

•按环境学角度划分

-生物系统：城市居民；家养生物；野生生物

-非生物系统：人工物质系统：环境资源系统；能源系统

•按人居环境科学角度划分

2城市生态系统的功能

组织社会生产，方便居民生活

•生产功能

•生活功能

­还原功能

生产功能：

•生物性生产：生物性生产是生物体通过新陈代谢作用与周围环境进行物质交换进行

自身生长、繁衍的作用和过程。

•社会性生产：具有创造物质与精神财富，满足城市人类的物质消费与精神需求的生

产。

生活功能：

•城市生态系统满足城市生物，特别是城市人类各种需求的能力。基本需求和高层次

需求。

还原功能：

•还原是城市生态系统内各组成要素发挥自身机制协调生命与环境的相互关系，增强

生态系统稳定性与良性循环能力的功能。

•分为自然还原功能与人工调节功能。

“功能”通过“生态流”实现

"城市生态系统的物质流

•城市生态系统的能量流

•城市生态系统的信息流

*

能量流动的基本过程

原生f次生f有用T最终

自然界f加工转化，便于输送或贮存一做功利用T转移至产品中或投入到使用中

2.3城市生态系统的信息流

•信息(information,message)一就是指消息，是对某一事物不确定性的度鼠，或者说指

对某事物知道和了解的程度。

城市的信息功能(反映城市的现代化程度)：

•

•第三节城市生态规划与设计

1城市生态规划

•城市生态规划是生态规划思想和方法在城市规划领域的应用和发展。它是应用生态

学原理和整体综合思想对城市生态系统各要素的组成、结构、关系的规划。

2城市生态规划的原则

•整体综合优化原则

•协调共生原则

•功能高效原则

•生态可持续性原则

•景观多样性保护原则

•谭慎性原则

3城市生态规划的内容

城市生态功能分区规划

城市土地利用规划

城市人II容量规划

城市环境规划

城市生态功能分区规划

*

•城市自然生态功能区指各种自然植被、湖泊、沼泽及人工建立模拟自然景观的生

态区域。

•生产服务功能区指耕地、果园等农业耕作区域，以及近海养殖区域。

•生活功能区指城市、乡村居住地和交通、道路用地等完全为人类所改造的土地类

型，是人类生活和活动的主要场所。

•生态恢复区指裸地、盐碱地、荒地，及人为破坏后（如矿山）的未利用土地。

城市土地利用规划

•城市用地构成一般可分为工业用地、居住用地、市政设施用地、道路交通用地、绿

化用地、特殊用地、保留地和其他用地等。

•根据城市的性质、规模和城市产业结构调整的需要，结合用地大小、地形、山脉、

河流、气候、水文及工程地质等自然制约因素，因地制宜地进行土地利用布局的研

究。

城市人口容量规划

•人口是城市生态系统的主体，城市人口密度增加会加重人的生理和心理压力，降低

城市人口的生活质量。制定适宜的人口规划是城市生态规划的重要内容，将有助于

充分发挥城市的综合功能，提高社会、经济和环境效益，实现可持续发展。

•城市应根据规模、自然条件以及消费状况选择适宜的人口容量。从水资源容量、±

地资源容量、绿地容量、环境容量等方面预测城市人口规模。

城市环境规划

•制定城市环境保护规划，要根据污染源、环境质量评价和预测结果准确掌握当地环

境质量现状、发展趋势以及未来社会经济发展阶段的主要环境问题，还要针对主要

环境问题确定污染控制目标和生态建设目标，在此基础上制定污染总量控制方案。

4城市生态规划步骤

•第三节生态城市

•生态城市是按照生态学原理建立起来的具有社会、经济、信息、高效率利用月生态

良性循环的人类聚居地。

•2生态城市的涵义：

•一是社会生态化，即社会和谐。

•二是经济生态化，即经济高效。

•三是环境生态化，即自然融入城市，城市归于自然

联合国关于生态城市6项评价标准：

•有战略规划和生态学理论作指导、

•工业产品是绿色产品，提倡封闭式循环工艺系统、

•走有机农业的道路、

•居住区标准以提高人的寿命为原则、

•文化历史古迹要保护好、

•自然资源不能破坏，把自然引入城市等标准。

国际生态城市建设经验：

•充分贯彻可持续发展理念，

•制定明确的生态目标和发展措施，

•重视与区域协调，

•强大的科技手段，

・以政策和资金为支撑，

•全面实行公众参与。

•生态城市指标体系构建

环境生态工程

•第二节环境生态学

1环境生态学的概念

•环境生态学是研究在人为干扰下生态系统内在的变叱机制、规律等，寻求受损生态系统

恢复、重建和保护对策的科学。即运用生态学理论，阐明人与环境间的相互作用及解决环境

问题的生态途径。

2环境生态学的研究内容

・人为干扰下生态系统内在变化机制和规律

•生态系统受损程度的判断

•各类生态系统的功能和保护措施的研究

•解决环境问题的生态对策

•维护生物圈的正常功能，改善人类生存环境，并使两者得到协调发展，这是环境生态学

的根本目的。运用生态学理论，保护和合理利用自然资源，治理被污染和被破坏的生态环境，

恢复和重建生态系统，以满足人类生存发展的需要，是环境生态学的主要任务。

3环境生态学的应用与发展

­干扰和受害生态系统特征的判断

•受害生态系统恢夏和重建途径

•重视生态规划

•积极参与区域污染治理

•环境生态工程是在生态学原理的指导下，为使受损生态系统恢复，进行重建和保护的生

态工程。运用生态控制论原理去促进资源的综合利用、环境的综合整治及人类社会的综合发

展是环境生态工程的核心，

•第三节污染生态工程

1污水土地处理技术

1.1污水土地处理技术概念及组成

•利用土壤植物系统的自我调控机制和对污染物的综合净化功能处理城市污水及某些类

型的工业废水，使水质得到根本的改善。

•完整的土地处理系统由预处理、水量调节与贮存、配水与布水、土地处理田间工程、植

物、排水及监测等七部分组成。

•土地处理田间工程是土地处理技术系统的核心部分，处理污水的主要过程在这里发生，

可分为慢速渗滤、快速渗嘘、地表漫流、湿地系统与地下渗滤等不同类型。

1.2土地处理系统对污水的净化作用机制

•物理过滤土壤颗粒间的孔隙具有截留、滤除水中悬浮颗粒的性能。污水流经土壤，悬

浮物被截留，污水得到净化。

•物理化学吸附金属离子与土壤中的无机胶体和有机胶体颗粒，由于螯合作用而形成螯

合化合物；有机物与无机物的复合化而生成复合物；重金属离子与土壤颗粒之间进行阳离子

交换而被置换吸附：某些有机物与土壤中重金属生成螯合物而固定在土壤矿物的晶格中。

•化学反应与化学沉淀重金属离子与土壤的某些组分进行化学反应生成难溶性化合物

而沉淀；如果调整、改变土壤的氧化还原电位，能够生成难溶性硫化物；改变pH,能够生

成金属氢氧化物；某些化学反应还能够生成金属磷酸盐等物质，而沉积于土壤中。

•微生物代谢作用下的有机物分解在土壤中生存着种类繁多、数量巨大的土壤微生物,

它们对•土壤颗粒中的有机团体和溶解性有机物具有强大的降解与转化能力，这也是土壤具有

强大的自净能力的原因。

13污水土地处理系统基本工艺

•慢速渗滤处理系统将污水投配到种有作物的土地表面，污水缓慢地在土地表面流动并

向土壤中渗滤，一部分污水直接为作物所吸收，一部分则渗入土壤中，从而使污水得到净化

的一种土地处理工艺。

•本工艺适用于渗水性能良好的土壤如砂质土壤和蒸发量小、气候湿润的地区。

•快速渗滤处理系统将污水有控制地投配到具有良好渗滤性能的土地表面，在污水向下

渗滤的过程中，在过滤、沉淀、氧化、还原以及生物氧化、硝化、反硝化等一系列物理、化

学及生物的作用下，得到净化处理的一种污水土地处理工艺。

・回收处理水是本工艺的特征，可用地下排水管或井群回收经过净化的处理水或将净化水

补给地下水。

•地表漫流系统本系统是将污水有控制地投配到种植有多年生牧草、坡度和缓、土壤渗

透性差的土地上，污水以薄层方式沿土地缓慢流动，在流动的过程中得到净化。净化出水大

部分以地面径流汇集、排放或利用。

•这种工艺对地下水的污染较轻。污水在地表漫流的过程中，只有少部分水量蒸发和渗入

地下，大部分汇入建于低处的集水沟。本系统适用于渗透性较低的黏土、亚黏土，最佳坡度

为2%〜8%。

2污水稳定塘处理技术

2.1稳定塘系统概述

•稳定塘（氧化塘）。稳定塘是经过人工适当修整的土地，设围堤和防渗层的污水池塘，

主要依靠自然生物净化功能使污水得到净化的一种污水生物处理技术。

­传统的塘处理系统大都为菌藻共生系统塘。其中细菌将进入塘中污水的有机污染物氧化

降解为二氧化碳和水、氨氮、硝酸盐和磷酸盐，藻类摄取上述物质进行光合作用，使藻类增

殖，同时释放氧供好氧菌氧化降解有机物质。

2.2稳定塘对污水的净化机制

•在太阳能（日光辐射提供能量）作为初始能源的推动下，通过稳定塘中多条食物链的物质

迁移、转化和能量的逐级传递、转化，将进入塘中污水的有机污染物进行降解和转化，最后

不仅去除了污染物，而且以水生植物和水产，水禽的形式作为资源回收，净化的污水也可作

为再生水资源予以回收再川，使污水处理与利用结合起来，实现污水处理资源化。

稳定塘中的生物作用

•好氧微生物的代谢作用

•厌氧微生物的代谢作用

•浮游生物的作用

•水生维管束植物的作用

物理稀释作用

物理化学的沉淀和袈凝作用

2.3稳定塘系统组成

用于处理污水的稳定塘系统包括预处理系统，厌氧塘、兼性塘、曝气塘、好氧塘、生物塘、

水生植物塘、养鱼塘、控制排放塘和储留塘，通过上述这些塘的不同组合从而形成了多种多

样的塘系统。

•预处理系统。稳定塘系统的预处理系统主要是通过物理的方法分离、去除对后续塘处理

单元有害和产生影响的大块污染物、砂粒等无机固体颗粒，减小这些无机物质在稳定塘内的

淤积，减轻后续塘处理的负荷，延长其使用寿命，保证稳定塘的正常运行和处理效果。

•厌氧稳定塘。厌氧稳定塘即在无氧状态卜.净化污水的塘。塘水深度一般在2.0m以上,

有机负荷率高，其功能旨在充分用厌氧反应高效低耗的特点去除有机负荷，改善原污水的可

生化降解性，保障后续塘均有效运行。

•兼性稳定塘。简称兼性塘，塘水较深，一股在1.0门以上，从塘面到一定深度（0.5m左

右），阳光能够透入，藻类光合作用旺盛，溶解氧比较充足，呈好僦状态：中层呈缺氧（兼性）

状态，介于好氧与厌氧之间为兼性区，存活大量的兼性微生物：塘底为沉淀污泥，处于厌氧

状态，进行厌氧发酵。兼性塘的污水净化是由好氧、兼性、厌氧微生物协同完成的。

•好氧稳定塘。简称好氧塘，深度较浅，一般不超过0.5m,阳光能够透入塘底，主要由

藻类供氧，全部塘水都呈好氧状态，由好氧微生物起降解有机污染物与净化污水的作用。

•曝气稳定塘。简称曝气塘，塘深在2.0m以上，曝气塘是设有曝气充氧设备的好氧塘和

兼性塘，其有机物和营养物的容积负荷比普通兼性塘或好氧塘大得多。适于土地面积有限，

不足以建设成靠风力自然豆氧为特征的塘系统。

•生物塘。生物塘是具有菌藻共生系统、人工种植水生植物或养殖水生动物（水产）的塘,

在生物塘中菌类、藻类、水生植物以及水生动物形成许多条食物链，并由此构成食物网，使

污水中的有机污染物和营养物质被生物塘中的生物摄取，在食物链中逐级传递、迁移和转化，

最终得到去除，同时实现资源化。

•水生植物塘。种植水生维管束植物和高等水生植物的塘称为水生植物塘。塘中的水生植

物主:要起如下作用：水生值物通过光合作用吸收氮、磷等营养物质用于自身的合成和增殖，

提高塘中有机物和氮磷的去除功能；水生植物根部具有富集金属的功能，可提高金属的去除

效率；拥有较大的表面生长区的大型水生植物物种已被证明对于那些不被溶解的金属氢氧化

物沉淀的截留作用也十分有效。

•养鱼塘。养鱼塘是利用养殖鱼类来摄食水中藻类和各类水生植物达到水体净化，实现资

源回川，获得经济效益的塘。在用于污水处理和利用的稳定塘系统中，适宜于放养的鱼类有

杂食性鱼类（如鲤鱼、鲫鱼），它们捕食水中的食物残屑和浮游动物；舞、编等滤食性鱼类；

以及草食性鱼类如草鱼、褊鱼等，它们能够控制藻类和水草的过度增殖。

在北部干旱地区应用的稳定塘

­污水：预处理一兼性塘一储存塘或储留塘（在温暖季节中运行的养鱼塘或水禽养殖塘）一

农田灌溉一出水补充地下水或地表水体。

・高浓度有机废水：预处理一厌氧塘一兼性塘一储存塘（温暖季节进行养鱼和/或水禽养

殖）一农田灌溉一出水补充地下水