生态工程复习资料

1、第一章 绪论第一节 生态工程的概念和意义n 生态是指生物与其生存环境之间的相互关系，研究这种关系的 学问就是生态学。n 工程是指人类设计的、具有一定结构和功能（即达到一定目的） 的工艺系统。n 生态工程（ecological engineering）: H. T. Odum（1962）： “人运用少量辅助能而对那种以自然能为主的系统进 行的环境控 制。” “Environmental manipulation by man using small amounts of supplementary energy to control systems in which the main energ

2、y drives are still coming from natural sources”n 1988、1989年美国Mitsch,W. J. 提出的生态工程概念是：“为了人类社会和其自然环境两方面利益而对人类社会和自然环境的设计”。n Uhlmann,D.（1983）,Straskraba,M.（1984,1985）、Straskraba和Cnauck,A.H.（1985）又提出了生态工艺一词，并定义为“在深入了解生态学基础上，在措施上花最小代价，对环境最少的损伤，是对生态系统管理技术的运用。”早在1954年，马世骏在研究防治蝗虫灾害时，即从生态学理论出发，提出调整生态系统结构、控制水位

3、及苇子面积等，改变蝗虫的滋生地，改善生态系统结构和功能的生态工程设想、规划与措施。实践结果生态效益和经济效益十分显著。1979年，马世骏在中国环境科学学会作了环境理论的发展和意义的学术报告，在总结了他几十年生态学研究的基础上，进一步形成了生态工程思想。他说：由于工业发展过程中，出现的环境受干扰和迫切需要采取的保护政策，促使人们不得不在社会经济生态资源物质系统之间，考虑多方面依赖的特点，从而近来在社会科学和自然科学之间产生了新的杂交科学前沿，即社会经济自然生态系统的结合，它是处理当前国际上五大社会问题的重要理论依据。1984年，马世骏给生态工程下的定义：应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理、

4、结构与功能协调原则，结合系统工程的最优化方法，设计的分层多级利用物质的生产工艺系统。n 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（马世骏，1984）。n 目标是在促进良性循环的前提下，充分发挥物质的生产潜力，防止环境污染，达到生态效益与经济效益的同步发展。n 生态工程的原理是生态系统的 “整体、协调、再生、循环”，是生态学的原理在资源管理、环境保护和工农业生产中的应用。生态工程内涵工程: 工程范围的界定、工程目标的明确、环境辨识与评价、工程造价概预算、工程效益预评估等项基本内容。 生态：生物

5、种群引进、品比与适宜种群选择、人工生物群落结构组合、环境的调控建造、生物与环境节律的匹 配、人工食物链的“加环”与 “解链”、产品“加工环”的选择。 生态工程和环境工程的比较工程类型环境工程生态工程基本单元自然系统生态系统基本理论环境科学生态学基本能源化石能太阳能基本费用大量合理设计特点人为人类辅助下的自组织控制结构污染源有机体与自然关系再污染协调、无污染生物多样性改变保持或增加生态工程与其他工程比较、生态工程产生的时代背景社会需求上世纪60年代以来全球生态危机的爆发和人们寻求解决对策以及资源环境保护的宏观形势条件下应运而生发达国家 n 高度的工业化和强烈集约型的农业经营带来的环境污. 染 “

6、无废物” 、“无污染” （Zero-discharge）n 经济负担重、污染转移发展中国家 n 人口增长，资源破坏、生产不足和环境污染共同组成的 “综合症”。n 低耗、高效、无或少废物生产的适用技术。科学理论和方法论基础 系统论、控制论、信息论、协同论、耗散结构理论、突变论及混沌现象、自组织理论等； 农田生态学、农业生态学、城市生态学、区域生态学等； 系统分析方法和计算机技术，以及生态学、生物学、农学、 土壤学等学科领域新技术、新方法的发展，为生态工程学的研究和实践提供方法论和技术的基础。生态工程的产生有着历史的背景与实际的需要，在理论上、方法上和技术上都已有了一定的基础。生态工程的意义1.

7、生态工程与我国的农业持续发展 通过资源合理开发及物质循环利用，发展资源节约型农业； 充分利用我国传统农业之精华和我国劳动力充分之优势，遵循生态学原理与生态工程技术，发展劳动密集型与技术密集型相结合的农业是可以实现农业生产合理、低投入而高效地持续发展的。 所有这些战略、技术和生态工程的思想与技术正相吻合，因此，可以认为农业生态工程建设是适于我国农业持续发展的战略方向与技术路线的。2. 生态工程与我国生态环境保护与治理 “环境”是一定空间与时间内，多种成分相互作用的多维结构，只有依靠多方面的有效的环境管理，方能造成比较健康的环境和科学地利用自然资源。 生态工程原理和技术，为缓解与恢复恶化的生态环境

8、提供了有效的途径。我国举世瞩目的 “三北”防护林体系建设、环境自净工程、污染环境修复工程等均是例子3. 生态工程与我国工业与城市发展n 根据社会经济自然三系统的循环关系，“模拟自然生 态系统长期维持链环结构的功能过程”的生态工程机理研究可望在缓解这些城市及工业发展矛盾中积极发挥“有效管理”及“化害为利，化废为宝”的重要作用。例如城市污水处理生态工程，工业废水余热利用的温室农业生态工程，农牧产品加工业的副产品及废弃物的利用等等。n 此外生态工程技术可用于城市的总体规划和生态经济小区规划中，如城市绿地、公园、林木的规划等。 生态工程为工业和农业的可持续发展作出了重大贡献，加强生态工程研究将使21世

9、纪的整个生物学科与农业产生重大突破。 人工生态系统是人类社会经济系统的一个重要组成部分，基本都是属于自然 经济 社会复合系统范畴。它们的结构和功能，不单纯决定于自然环境的诸多因素，更重要的是还要受到社会经济环境的强烈制约。比如：我们大家常吃的山楂，本来是一个营养丰富、价值比较高的水果。年代初期开始，我国兴起了一阵山楂热，造成了山楂园的盲目发展，全国很多地方都种上了山楂树。由于没有考虑到国内外市场的需求，造成了产品过剩，山楂从原来的到2元/ kg (最高4-5 2元/ kg )，降到到0.1元/ kg；农民只好把山楂树刨掉。诸如此例林业、农业、养殖业等较多。此外，生态工程对基础科学研究也有着重要

10、意义。从复杂系统的观点来看，世界上最复杂的系统有三种：生物体、人脑和自然生态系统。围绕对这三类系统的研究形成了当代科学的几个重要的前沿学科和领域。生命科学同时涉及了对生物体和人脑的研究。人工智能研究试图在揭示人脑奥秘的基础上进行大脑结构功能模拟设计。生态系统研究虽远不象前两学科那样在基础研究中占有重要地位，但它的确已引起越来越多的基础科学研究者的重视。如果说仿生学是对生命体的模拟研究，人工智能是对人脑的模拟研究，那么，生态工程发展正如H. T. Odoum所说是使人类生存与竞争中与其环境变为伙伴的设计。亦即对精巧微妙的、人类赖以生存的生态环境及生态系统的模拟和创造。从这个意义上说，生态工程学就

11、像仿生学，人工智能那样应看作为重要基础学科之一，而对它的研究可视为提供人类生存条件及提高生存质量做出重要贡献的战略思想。第二节 生态工程的主要类型和特征1、物质能量的多层分级利用系统2、水陆交换的物质循环系统3、“废物”再生利用和环境调节工程系统4、污水自净工程系统5、多功能林、农、牧、渔生产系统 生态工程基本类型生态工程的特征 1. 以生态学理论为指导，以活的生物为主体，强调利用生物与生物的共生功能、生物物质的循环再生功能、食物链以及生物与环境之间的相互适应原理，来进行多层次、多方向的生产工艺设计。使生物与生物、生物与环境间相互协调、和谐统一，共同进化与发展，投资少、耗能低，生产、经济效益显

12、著。2. 利用生态系统的反馈控制和稳态机制等稳定性特点，生态工程重视培育和利用生态系统自我修复、自我调节功能。利用生物群落结构合理调整和搭配，实现系统的自我净化和自身平衡。在促进自然界良性循环的前提下，充分发挥物质生产潜力的同时，防止环境污染，达到资源利用和环境保护协调一致。3. 生态工程强调经济效益和生态效益的高度统一。既要考虑眼前生产和生活的需要，使生产者和消费者在经济上和精神上都满意；也要考虑到长远的生态效益，保护资源、保护环境，让子孙后代有个舒适的安身立命场所。4. 生态工程尤其是农业生态工程是在石化农业逐渐走入死胡同的形势下提出来的，目的是为了克服石化农业的种种弊端。因此，农业生态工

13、程既要努力挖掘和利用我国传统农业生产中那些生产上可行、生态上合理的技术和方法，更要尽可能地研究和利用现代化的农业技术和方法。在现代科学的指导下，充分发挥传统技术的作用，使传统技术和现代科学很好地结合起来。既要生产出足够的产品来满足不断增长的人口需要，又要不破坏资源和环境，生产绿色（无公害）食品以保证人类健康的需要。5. 生态工程包括生态工程系统（体系）和生态工程技术两个方面。前者可以是纵向的层次结构，也可以发展为由几个纵向工艺链索横连而成的网状工程系统；后者则是这个系统中的某个环节即某个具体的工艺技术。第三节 生态工程的发展历史及现状国外生态工程的发展生态工程一词自H.T.Odum 提出后,即

14、在北美和欧洲得到了广泛应用。H.T.Odum在生态工程领域一直率先推动生态学理论的实践和适应，他开展了许多主要的生态系统设计试验，如在德州Port Aransas(H.T.Odum, et al., 1963), 北卡州的Morehead城(H.T.Odum, 1985, 1989)和佛罗里达州的Gainesville(Ewel and H.T.Odum, 1993)开展的试验，后两个试验包含了利用湿地处理生活污水的内容。 1989年由W.J. Mitsch和 S.E. Jorgensen编写的生态工程生态技术介绍出版，其后于1992年开始发行生态工程刊物国外生态工程发展近十几年来，西方生态工

15、程正在从研究走向应用。 如在美国加洲南部河口区湿地，建立了利用湿生植物香蒲等去除重金属，改善水质，并进行复垦的生态工（Brown,1991）； 在丹麦格雷姆斯湖(Glums)建立了防治富营养化的生态工程(Jorgenson,1993)， 德国建立了以芦苇为主的湿地处理废水的生态工(Etnier,1991)， 美国年提出的环保(reduction,recovery,reuse and recycle)策略正在逐步实施。 总的来说，西方生态工程研究及实践范围较窄，重点集中于环保生态工程，农业生态工程的应用也局限于持续农业、有机农业的试验与推广。 我国生态工程的发展历史及现状我们的祖先很早就开创出一

16、条独有的发展农业生产的途径，自觉不自觉地采用了某些生态工程原理和技术，产生了古代农业生态工程最早的雏型。 （一）古代农业生态工程雏型n 食物链原理 “大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃滋泥（水中微小生物）”；“螳螂捕蝉，黄雀在后” 我国生态工程的发展历史及现状系统联系原理阴阳说、五行论、n 治水工程 都江堰水利枢纽工程 n 土地多样化利用 多样化的梯田、南方架田、水旱轮作等n 复合农业 农渔结合、农牧结合、农林结合等生态工程应用范围涉及农业、环保、林业、养殖等各个领域，遍布各类型区。目前国家有组织的农业生态工程试点县、乡、村或农场有万多个；国家五大防护林生态工程覆盖面积占国土；城市及村镇各类污水处

17、理生态工程试点余处；生态工程领域发表文章：余篇；我国农业生态工程研究特点n 研究对象以农业生态系统为主，内容更广泛，综合性更强，与西方国家生产专业化特点不同。 n 我国的农业生态工程研究目标注重生产效益、经济效益和生态效益的结合。 n 注重传统农业技术和现代技术的结合。n 政府重视、政策导向、广泛开展。 n 生态工程包括生态工程系统（体系）和生态工程技术两个方面。前者是指对一个特定区域整体的农业生态工程设计和建设而言；而生态农业技术则是对某个具体的工艺设计而言，如间套作技术等。 农业生态工程研究发展趋势n 研究广度、深度更加扩大与加深。如综合养殖生态工程、节水农业生态工程、污水灌溉生态工程、设

18、施农业生态工程、混林农业生态工程、土壤管理生态工程、农业废弃物资源化再生循环利用生态工程、农村能源生态工程、大型畜牧场粪便处理环境治理工程以及水土流失地区小流域治理工程等；n 研究内容将向着规范化和可操作性的方向发展。迄今我国的农业生态工程研究主要着重在两个方面：第一，对农民自发建立的生态工程类型、模式和效益的调查与分析；第二，村(厂场)、乡、县三级农业生态工程的设计与规划； n 由国家有关部门组织更多的专业研究单位和机构，以及进行不同部门、机构的大协作，进行多学科综合研究。n 涉及的不仅是农村的大农业部分，而且与非农业生产的第二、三产业密切结合，在农业生态工程基础上发展成农村生态工程。环境保

19、护生态工程特点及趋势环境保护生态工程类型： n 无（或少）废工艺系统（如工厂废热源的再利用，工业废物的净化 等）n 分层多级利用废物生态工程 n 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 ）n 污水自净与利用生态工程（污灌、污水养鱼）n 城乡结合生态工程（如城市粪便/垃圾沼气农田或鱼塘；食品厂废物饲料农田）环境保护生态工程的发展n 植物修复，如应用凤眼莲富集回收电影胶片厂废水中的银；n 废物资源化利用，如上海崇明岛东风农场实施以奶牛场为主的废物分层多级利用生态工程；n 污染湖泊及水体生物修复生态工程，如中科院南京地理研究所等单位实施凤眼莲为主的污水处理与利用生态工程； n 应用微

20、生物技术对畜禽粪便、生活垃圾除臭的研究其他方面生态工程的研究 n 除上述之外，还在再生能源开发、防护林的重大建设工程等方面进行了研究与实践。例如在森林资源的管理和防护林营造方面，我国的林业生态工程研究和建设也已取得了重大成就，其中最引人注目的是“三北”防护林研究与建设这一大型生态工程项目。是世界最大的生态工程项目之一。林业部还在我国一些地区开展了县级生态林业工程建设，特别是长江中上游防护林工程。n 生态工程的思想和方法也被用于大型工程项目的研究和建设之中。正在建设中的长江三峡工程涉及范围广泛，建成后将对长江及其沿岸的生态环境和社会经济发展造成重大而长远的影响，因此三峡工程已经不再是一个单纯水利

21、工程、电力工程或建筑工程，而是一项巨大的生态工程综合体，对它的设计和建设必须充分考虑到其生态后果。因此将生态工程的思想和方法引入到三峡工程的设计和建设中去是十分必要的。 n 综上所述，我国的生态工程研究状况与趋势是：历史较短，成效显著，涉及面广，注重综合；效益前景也越来越广阔，工程规模将越来越大。国内外生态工程的特点比较国外国内哲学思想的差异世界万物都是上帝创造的，上帝可以改变一切，创造一切。天道与人道一脉相承的体系，社会经济背景的差异先污染后治理先污染后治理基础理论与设计的差异主要是以环境科学与生态学为主要理论依据；设计原理和技术路线单一。基本局限自然科学范畴，以恢复生态系统自组织能力为主。

22、借鉴国外的经验；我国比较复杂，不仅仅运用自然科学，而且运用经济学、系统论等科学理论。对象与目的差异针对自然生态系统的保护和环境污染治理，内容单纯、规模较小，目的偏于污染治理和环境保护针对我国社会经济发展的现实与生态环境的现状了进行的的综合性工程。范围广泛、内容复杂；包含“社会-经济-自然”负荷生态系统全部内容和庞大的系统工程第四节 我国生态工程的发展战略 我国生态工程研究发展战略的基本原则n 必须紧密为工农业生产和国民经济建设服务 生态农业、无公害（绿色、有机）农业 生态工业、生态产业 城市及农村环境保护与污染治理 区域、流域生态建设生态工程研究发展战略的基本原则1. 应加强理论性的研究不同微

23、、中宇宙或生态系的结构；生态系统及复杂系统的诊断分析方法；能值（EMERGY）及其它生态工程语言；工程设计原则及原理2. 应在吸取国外经验教训的同时，突出我国的特色和先进性传统技术（间作、农牧结合）；综合、统一；多样化我国发展生态工程研究的基本对策n 制定发展规划，加强组织管理；设立重大项目，组织协作攻关；培养人才；开展国际交流生态工程领域中急需研究的重要课题n 生态工程模式调查及分类研究 探求不同地区最佳类型及其相应的配套技术。如稻田养鱼、基塘种养，多熟制立体农业，以及人工草地生态工程等。 n 生态工程模式化、规范化的可行性研究 主要探讨它与可持续性农业的关系及现代化技术的高度渗透。 n 综

24、合评价方法及指标体系的研究 从微观与宏现两个层次探索与评价农业生态工程及环保生态工程的评价方法，目的是引导与促进农民由自发建立的生态工程向定量化、规范化与工程完善化方向发展。 n 生态环境恶化的生物对策性生态工程研究 包括草灌，防护林生态工程与环境综合建设工程的研究。生态工程领域中急需研究的重要课题n 农业废弃物资源化工程研究 通过农村再生饲料工程、再生能源工程（沼气工程）与生物资源再利用工程的多种技术，提高可再生资源利用率。 n 城市工矿地区的大量工业有机污水，有机垃圾的生物多功能净化与资源化工程的研究：包括污水处理净化工程，土地处理净化工程，食品加工厂与大型畜禽养殖场的废弃物资源化工程，以

25、及污水厌氧与耗氧相结合的能源环保工程等。 n 大型农牧场的“种养加”良性循环生态工程的研究n 国家重大生态工程项目建设的长期生态问题预测及其模拟试验研究 n 合理开发国土资源的立体景观生态工程设计及技术的研究。如一个流域，一个山体，一个大景观单元的生态工程设计需与整个国土合理整治开发结合起来。 n 我国生态工程建设创新及其发展预测的研究。如某些农业生态工程，环保生态工程等也许是这一时期生态工程建设的突破点，其依据及其发展预测需通过信息系统等手段加以研究。 第二章生态工程基本原理及设计 第一节 系统原理一、整体性和综合性原理系统首要的原理就是整体性原理，整体性是针对机械论的系统观而提出的。自然界

26、的许多现象是不能用机械论加以解释的。l “系统整体功能大于部分功能之和” 从系统的整体性原理出发，贝塔朗菲甚至以此给出了一般系统论的一种定义，即“一般系统论是关系整体”的一般科学，由此可见该原理在系统科学中的重要基础地位。 第一个被用作模式生物的是海胆（Sea Urchin），它的胚胎对早期发育生物学的发展有举足轻重的作用。早在1875年，奥斯卡赫特维格（Oscer Hertiwig, 1849-1922）就开始以海胆为材料研究受精过程中细胞核的作用，1890年后，海胆更在受精和早期胚胎发育的研究中起了重要作用。1891年，汉斯德瑞熙（Hans Driesh，18761941）在海胆中完成了海

27、胆胚胎分裂实验，为现代发育生物学奠定了第一块观念里程碑。他在显微镜下把刚刚完成第一次分裂的海胆一分为二，结果发现，分开后的两个细胞各自形成了一个完整幼虫。这一实验的意义在于证明胚胎具有调整发育的能力，并使盛行一时的机械论发育思想完全破产。因而他着重指出，“为了理解一个整体或系统不仅需要了解其各个部分，更重要地还需要了解它们之间的关系”，他主张从事物的关系中、相互作用中发现系统的规律性，这就是整体性观点的具体表述。二、有机关联性原理 系统的整体性原理作为一般系统论的核心，是由系统的有机性，即由系统内部诸因素之间以及系统与环境之间的有机联系来保证的。各个因素在系统中不仅是各自独立的子系统，而且是组

28、成母系统的有机成员，是由各组成部分的有机联系而形成的整体，因此在一般系统论中，不仅要研究其各个组成部分的特性和功能，而且要着重研究系统的诸因素之间的相互联系、相互作用。非洲草原 一群狮子:数量大约：10头；食斑马量：400头/年，或需要15002000匹斑马来维持（匹斑马一年平均生3、5匹小斑马）；每匹斑马每年需要草量：10吨/匹； 生产吨草需要草地：公顷；这样一个狮子群就需要200平方公里的草原以维持他们之间的平衡关系三、动态性原理系统的有机关联性不是静态的，是动态的。 系统内部的结构，其分布位置不是固定不变的，是随时间而变化的； 系统在与外界物质、能量、信息交换过程中一直处于连续不断的动态

29、变化之中。 在天然或半天然植被中，一个植物群落都是经历了一系列发展演变的结果。从理论上而言，这种演变总是从裸地上的先锋植物开始而最终发展到演替顶极；因此，任何生态系统中的植物群落都将随着时间的推移而从数量和质量上改变着其中的植物种类成分；与此同时，消费水平和土壤条件也都在不断地变化。 以森林为例，青年时期的森林具有最高的净第一性生产力，此后随着林龄的增长，生产力逐渐下降。当生态系统趋近演替顶极时，也就是说固定的能量同损失的能量达到平衡时，生物量达到最理想的数值。 四、协同性原理生态系统中存在竞争，但同时也存在协同与合作，协同与竞争是一对矛盾，而协同应是系统中的主流。达尔文提出的“适者生存”的思

30、想是自然选择的重要机制，它使研究者的注意力集中在自然中的各种竞争上；于是对种间合作的重要性就往往低估。但有理由认为，在达到某种平衡的生态系统中，种群之间的负相互作用和正相互作用，能像平衡的方程式一样，最后得到平衡。五、层次性原理任何系统既是其它系统的子系统，又是由许多亚系统组成的。层次结构包括横向层次和纵向层次，横向层次又叫系统的水平分异特性，是指同一水平上的不同组成部分；纵向层次又叫系统的垂直分异特性，是指不同水平上的组成部分。 农业系统本身也是按层次组织起来的，一个农作物或家畜个体，既是一个由基因、细胞、组织、器官等层次组成的复杂系统，又是作物群体或畜群、农田、农场、农村、地区、国家、世界

31、农业系统的一部分。全能体概念出现的背景及其定义 30多年前，匈牙利作家兼哲学家凯斯特勒 (Koestler)创造了一个新词“holon”来描述生物和社会系统中的基本组织单元。构造这个概念是基 于两个观察：(1) 如果有一个稳定的中间状态，简单系统向复杂系统的转化将 会很容易； (2) 完全意义上的“整体”和“部分”是不存在的。 “holon” (全能体)是希腊词“holos”(意思是整体、全部)和后缀“on”(意思是部分)的组合。意为每一个可辨识的组织单元，是由更基本的单元组成，同时 又是一个更大的组织单元的一部分。凯斯特勒用全能体来描述系统中的这种可辨识的成分，全能体一方面是由从属全能体组成

32、，另一方面又是一个更大的全能体的一部分，因此一个全能体既有自主决定自身活动的权利，又有和其他全能体协调合作的义务。系统工程案例 都江堰水利工程在四川都江堰市城西，是全世界至今为止，年代最久、唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利工程。多年来，至今仍然连续使用，仍发挥巨大效益，不愧为文明世界的伟大杰作，造福人民的伟大水利工程。都江堰渠首的三大主体工程 鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、宝瓶口进水口三大部分构成，科学地解 决了江水自动分流、自动排沙、控制进水流量等问题，消除了水患，使川西平原成为“水旱 从人”的“天府之国”。目前灌溉面积已达40余县，1998年超过一千万亩。 都江堰水利工程的三个子工程融为一

33、个整体，巧妙配合实现了彻底排沙、最佳水量的自动调节的作用。其系统的治水原则和经验包括：“乘势利导，因时制宜”，“遇弯截角，逢正抽心”，“深淘滩，低作堰” 第二节 生态学原理一、生物共生原理1. 稻田养鱼：水稻增产一般10%，每公顷还可以收210- 870kg鱼苗。2. 农林间作：南方的茶胶间作，既可抵抗低温、风害等不利 条件， 减轻水土流失，保持土壤养分，又可促进害虫天敌数量的增加，增强抗病虫的能力；土地利用率提高了5070，提高了光能利用率，橡胶树的平均生长量比单胶林提高了17%，总产值还比单胶林提高了80%以上。3. 共生现象还广泛地存在于生物界不同种群间。农业中最常 见的是根瘤菌与豆科植

34、物的共生，一些高等植物与菌根菌的共生，某些动物与其肠道中生活的纤维分解菌。 中国田鱼村：位于青田县方山乡龙现村。2005年年6月，该村的稻田养鱼被联合国粮农组织评为“全球农业文化遗产保护项目稻鱼共生系统现场测产结果，养鱼稻田种植的“冈优725”水稻亩产762公斤，比未养鱼稻田种植的水稻亩产650公斤增产17.23%；稻田鱼亩产56.75公斤,比未实施工程化改造稻田养殖的稻田鱼（亩产30公斤）增产26.79公斤，增长98.3%。二、物质循环再生原理 根据生态系统物质循环原理，多类型、多途经、多层次地通过初级生产、次级生产、加工、分解等完全代谢过程，完成物质在生态系统中的循环。 农业生态系统中的物

35、质循环，通常指生命活动必需的元素或无机化合物在农业生态系统中的循环流动，这种物质流动的频率、速度直接决定着系统的生产力大小。秸秆还田：秸秆家畜饲料食用菌蚯蚓还田桑基渔塘1. 桑树通过光合作用生成有机物质（桑叶）；桑叶喂蚕，生产蚕丝及蚕茧；桑树的凋落物、桑椹和蚕沙施撒到鱼塘中，经过鱼塘内另一食物链过程，转化为鱼；鱼的排泄物及其他未被利用的有机物和底泥，经过底栖生物的消化、分解，取出后可作为混合肥料，返回桑基，培养桑树。2. 污泥资源化利用、畜禽粪便的合理利用。三、限制因子原理1. 在自然界中，各种有机体和环境的相互关系是极其复杂的，环境因子对生物的作用也各不相同，有时显得特别重要即成为主导因子，

36、有时则不那么重要，即成为辅助因子，但一但该因子超过或接近有机体忍受程度的极限时，就可能成为一个限制因子。2. 可以说任何环境因子都有可能成为限制因子，并大体上可来自自然、人为、环境这么几个方面。无论是自然的变异，人为管理不当，还是环境的不可逆后果都可能直接影响生态系统的进程。鸭与牡蛎1. 纽约长岛海峡（Long Island Sound）的南大湾（Great South Bay）提供了一个“鸭与牡蛎”的故事。2. 沿着流入海湾的支流建造了许多大鸭场，鸭粪使大面积的河水变肥，从而使浮游植物密度大大增加。由于海湾中循环率低，营养物质很少流入大海而多半沉积下来。新增加的有机营养物和低的氮-磷比例使生

37、产者的类型完全改变：这个海区由硅藻、绿鞭毛藻和腰鞭藻组成的正常的混合浮游植物几乎完全被非常小的Nannochloris属和列丝藻属的绿鞭毛藻所取代。3. 以正常浮游植物为食而常年生长繁盛的著名蓝点牡蛎因不能利用新兴的藻类而逐渐消失。 四、生态系统自组织原理l 生态系统具有的调节与反馈机制使得系统产生自组织功能，以适应于外部环境的变化，并最大限度地减轻（或强化）这种变化带来的影响。 这种自组织功能是通过生态系统内部自我调控机制实现的。l 反馈机制通过正负反馈机制，生态系统各生物种群密度与群体增长率间保持着一种平衡关系。当种群密度增大时，种群的群体增长率减小，使得种群数量增加减速，负反馈机制使得种

38、群数量逐渐处于平衡水平；在种群数量低的情况下，群体增长率提高，个体大量增加，种群密度就提高，形成正反馈。l 内稳态机制即生态系统对任何外来干扰和压力，均能产生相应的反应，借以保持系统各组分之间的相对平衡关系，以及整个系统结构、功能的大体稳定状态，使这个系统得以延续存在下去。生物净化高等水生生物的自净作用也是一个例子，如凤眼莲经两周实验后，可使水中总N从3.89mg/L降到0.8mg/L，供试水质的总N含量呈递减趋势，表明凤眼莲对水中的氨氮有去除作用；芦苇、狭叶香蒲、菱等高等水生植物对水中N、P也有富集能力。五、生态系统边缘效应原理l 生态交错带即相邻生态系统之间的过渡带，其特征是由相邻生态系统

39、之间相互作用的空间、时间及强度所决定的。如森林与草原间，农区与牧区间，城市与农村间等都有过渡带。 l 生态交错带通常是一交叉地带或种群竞争的紧张地带，两种群落组分同时出现在同一种气候条件下，并处于激烈的竞争状态下，哪个能获得立足地，取决于局部地形造成的小生境，土壤质地以及植物的生存适应性和种间相互作用关系等，结果往往形成两种群落成分的镶嵌式分布，使得交错带生物种群更加多样与复杂，并提供了更多的营巢、隐蔽和摄食条件红树林红树林是分布在热带、亚热带地区沿海滩涂的一种独特的森林植物群落，它们可耐海水的浸泡，不怕台风的袭击，是一种重要的湿地资源，对抵御海潮、风浪等自然灾害，维护和改善海湾、河口地区生态

40、环境具有不可替代的作用。也是鱼虾贝类最好的繁殖栖息地。湿地狭义的定义通常把湿地视为生态交错带，是陆地和水域之间的过渡区域第三节 经济原理在有限的自然资源基础上，既获得最佳的经济效益，又不断提高环境质量。可更新资源：太阳能、地热能、风能、水力能等与地球起源演变、星体相互作用及地球表面的气流、洋流等流体力学过程有关，人类对这些可更新资源的利用一般不会影响其可更新过程；然而森林、草原、鱼群、野生动植物、土壤等自然资源的更新过程与生物学过程有关，其更新速度很容易受到人类开发利用过程的影响。 可更新资源利用原则：l 保持可更新资源的最大持续收获量：直接限制收获量；通过限制开发能力，间接限制收获量；在法律

41、上确定资源的归属权或使用权；在经济上通过税收、补贴、工资、价格等措施控制开发者能够获得的利润水平；通过人口政策，使人口增长与资源条件相适应、减轻人口对资源的压力；通过替代资源的开发利用，分散需求压力，从而达到保护资源的目的。l 可更新资源的增殖主动采取措施保护和增强资源的更新能力。如为了保护和增强森林资源的再生能力，可采取封山育林、加强抚育、培育速生丰产树种，进行残林更新和营造新林等方法。 不可更新资源利用不可更新资源：矿物资源（金属矿物、非金属矿物、化石能源）和社会资源中的化肥、农药、机具、燃油等生产资料 。随着使用逐步被消耗，不能循环往复长期使用，属于不可更新的农业资源。 不可更新资源利用

42、原则：l 矿物的再循环和回收利用 l 资源替代：用可更新资源替代不可更新资源，也可用储量大的资源替代储量小的资源。如以铝代铜，以塑料制品代替铜、铝、锡等。 l 提高资源利用率：就是以单位资源消耗中生产出更多的产品。一方面把有限的资源投放到增产效果最大的地区和生产部门，使有限的资源发挥最大的增产作用；另一方面，通过改进能量利用技术，利用效率就能大大提高。二、生态经济平衡原理 指生态系统及其物质、能量供给与经济系统对这些物质、能量需求之间的协调状态。 l 在生态经济平衡中，一方面生态平衡是第一性的，经济平衡是从属的、第二性的（从发展时序上讲）。l 另一方面，生态平衡是经济平衡的自然基础。经济平衡并

43、不是被动地去适应生态平衡，而是人类主动利用经济力量去保护、改善或者重建生态系统的平衡。人类经济愈发展，其对生态系统的主体作用愈强大。三、生态经济效益原理 l 生态经济效益是评价各种生态经济活动和生态工程项目的客观尺度，对任何一项生态工程项目都需要进行生态经济效益的比较、分析与论证，以选择最优或满意的方案。（短、中、长期）l 生态效益可以用价值形态的指标来度量，但一般是用机会成本、影子价格等度量的。如森林可更新氧气，其生态效益即可用更新氧气量表示，但也可以给其一个参照价格，即用人工制造氧气的成本作为其“机会价格”，计算其象征性的价值，也就是其生态效益的价值。 四、生态经济价值原理 l 从普通经济

44、学的劳动价值理论或商品价值理论的观点出发，没有经过人类劳动加工的自然生物资源，其所具有的使用价值或效益是没有价值的。l 自然生态系统（如森林）的涵养水源、调节气候、保护天敌、保持水土等生态效益的表现，既不是使用价值，也不表现为价值。如果不从理论上解决自然资源及环境质量的价值问题，实际生产中不把资源成本和环境代价这些潜在的价值表现出来，恰当地进行人为活动的功利性评价，人们就不可能改变对大自然恩赐的无偿耗费，滥用、破坏自然资源的现象就不会杜绝，自然的无情报复就难以避免。第四节 工程原理一、太阳能充分利用原理l 从工程的空间到内部结构充分考虑最大限度使用太阳能。如工程的布局，植被的选择，太阳能建筑材

45、料的使用，取暖、取光等方面都要作出调整。l 利用太阳能或天然能或生物质能将是未来节能社会的一个方式。二、水资源循环利用原理 l 生态工程设计中要求强调水的节约、高效利用，以降低对这种稀缺资源的耗竭。 l 在工业上主要是改革用水工艺，提高循环用水率，我国目前工业用水的平均重复利用率50%。日本的工业重复用水率已从1965年的36提高到了1985的74，美国也从1960年的51，提高到了1985年的87。l 我国农业用水的效率也很低（40%），渠道利用系数仅有0.46，大部分的水被浪费掉了。因此通过改进灌溉方式有着巨大的潜力（地下管灌系统、地面喷灌、滴灌系统）。l 除此之外农业上还广泛应用污水灌溉

46、及循环利用，以提高水的利用率，潜力也很大。 三、无污染工艺原理 无污染工艺又称无废工艺、清洁生产等，是以管理和技术为手段，通过产品的开发设计，原料的使用，企业管理，工艺改进，物料循环综合利用等途径，实施工业生产包括生产产品消费的全过程控制，使污染物的产生、排放最少化的一种综合工艺过程，目的是使生产和消费过程的废物资源化、最少化、无害化。 无污染工艺特点无污染工艺具体体现在如下三个方面： l 一是选择无毒、低毒、少污染的能源和原料。l 二是选择无污染的工艺设备，强化生产过程的管理，减少物质的损耗，提高资源、能源的利用率。减少生产过程的各种危险性因素，如辐射，噪声、有毒物暴露等。l 三是开发、设计

47、、生产无毒无害的产品，使其在使用过程中以及使用后不会造成对人体健康和生态环境的危害，而且产品废弃后易于回收、再生和重复利用，或者易处理、易降解。 四、生物有效配置原理l 即充分利用生态学原理，发挥不同生物在生态系统及生态工程中的作用，优化生产和生活环境。 生物设计是其核心，如何发挥生物的作用是生态工程成功与否的关键所在。 l 农田生态系统中最基本的制度即复种制度的应用，以及生物防治中天敌的引进，农田景观的优化等；城市生态系统中由于它的严重人工依赖性，人们更需要生物的美化配置，也称园林配置，以有效地调节环境。第五节 生态工程设计思路生态设计概念 Lindsay(1987）认为，生态设计（Ecop

48、lanning）指在现有设计基础上，对环境信息、环境管理作较为理想的，综合的设计与调整，这种调整主要基于： 对生态系统结构功能的分析； 对系统变化中各要素（土地、水等）现有利用情形及其 潜力作出判断； 任何外界影响下可能损益的判断； 综合历史变化及环境损益于一体对资源进行合理调整以 满足所有期望； 调整意见不同的利益主体间的需求 。Doug(1994）认为生态设计（Ecological planning）就是通过一系列的假设、行动，从而最大限度地与周围文化空间环境相适应的变革过程，这里的社会变革指创造一种社会公平与生态持续的人类社会，而这一过程实际是一强调适应环境的过程，旨在通过对现有城市乡村

49、的变革实现生物区域（Bioregion）或生态村（eco-villages)、生态城（eco-city）的重建。 Richard(1994)从设计角度认为一个好的设计不应仅仅是对空间的美学、结构、机械、电讯等的堆砌，而应体现为一个整体，生态与人类协调的整体，由此他认为生态设计为设计者们开拓了创新变革的机会，设计师的任务就在于创造一最健康的、有活力的生态环境。生态设计 是指按生态学原理进行的人工生态系统的结构、功能、代谢过程和产品及其工艺流程的系统设计。两种涵义：u 从保护环境角度考虑，减少资源消耗、实现可持续发展战 略； u 二是从商业角度考虑，降低成本、减少潜在的责任风险，以提高竞争能力。

50、生态设计原则 ）人应是自然的分工，也是自然生态设计中的一部分，因此，人类的一切设计 应遵从其所处生态系统的要求，不可超越该生态系统的极限。）生态设计之前应对生态系统作详细的分析和评价：系统各要素组成特征，要素的变化规律，要素间相互作用，由此为后续工作提供详实的知识基础。）对生态系统历史演化机制作必要的了解：如系统的阈限、反馈与滞后效应，系统的恢复及消化能力，以及系统约束等。）充分发挥和再现自然生态系统和谐特征；所有的人为设计皆为体现生态系统的潜在价值而服务，起一种烘托作用，而不能破坏自然的节奏和形式。）由于任何生态系统特别是区域生态系统的开发都包含当地居民的活动，生态设计应以生态系统的共同发展

51、为主旨，并首先考虑当地居民的生存与福利，不可以牺牲当地利益为代价。这样设计中还应考虑当地居民的生活、生产、就业、培训等。）与生物、人工社会系统最吻合的环境系统就是能保证该系统健康持续发展的系统，而且这种功能不受层次限制，它可以是景观中的植物配置，也可是一个国家的发展。生态设计步骤1、系统边界确定。任何一项工程在设计前首先要做的就是对目标系统进行界定， 特别是系统的边界。2、生态系统分析。对选定的生态系统进行调查、分析，了解该生态系统的发展历史、结构及演化、功能及其变化。3、生态过程影响驱动因子及响应。对影响该生态系统的所有环境及生态因子进行分析，找出关键性的驱动因子，并对这些因子改变下的系统响

52、应作出分析。4、系统工程目标设定及工程方案构建。确定工程的目标，初步构建实现该目标的不同工程方案，包括具体的工艺路线和工艺流程以及采取的工艺技术。5、生态工程方案的论证与修订。组织相关学科专家，对提出的不同工艺设计方案进行论证，并吸收政府、企业、民间的修改意见，进行统一修改，形成最终统一的工艺方案。6、生态工程方案实施。选定实施地点，按照确定工艺进行施工。7、工程运行记录及反馈。建立全面的工程跟踪记录，并对工程出现的问题进行完善和修正，验证工程的可行性。 8、工程验收。生态工程应用局限生态工程目前在国际上仍处于创立阶段，其理论及方法还未建立起来，因此尚不能如建筑工程等领域那样得到广泛应用。一

53、是生态工程本身设计中众多参数的确立不同于一般工程系统有可移植性及唯一性的特点，而是需要分别对工程与生态系统分析和判断，并带有相对的人为可调整性，因此限制了其工艺设计的标准化。第二，更重要的是人们对周围生产、生产环境的需求还未达到人与自然相协调的程度，即绝大多数人们的需求尚停留在基本物质保障与经济效益的阶段上，发达国家的观念也仅停留在外部环境的美化上，尚未渗透到工艺的设计领域。第三、由于缺乏这方面的需求，也由于传统教育制度的缺陷，使得工程与生态领域之间几乎没有交流，因而限制了从事生态工程人才的培养，目前双方都在作一些初步的探讨，相对来说工程领域在接受生态思想后动作要快一些，但深入的特别是基于区域

54、的设计必须有两部分人员的共同参加才可能完整。美国生物圈2号 “生物圈2号”里面的布局完全模拟自然界，有人造太阳、人工降雨、人工通风；有海洋、沙漠、草原、沼泽、雨林；有农作物生产区；有人的居住区；还有3000多种动物和植物，简直就是一个完全独立的生命支持系统。1991年9月26日，8位科学家（4男4女）怀着雄心壮志进入“生物圈2号”，成为首批生物圈居民。他们边观察、边试验、边探究、边体验，看看在这个微缩的生态系统中能过多久自给自足的生活。他们在农作物生产区种植粮食和蔬菜，为了防止机械种植污染大气，每种农作物都是手工种植和收获。由于禁止使用杀虫剂，大批疯蚁十分猖獗，危害了蝴蝶、飞蛾、蜜蜂、甲虫这些

55、给农作物授粉的昆虫，使农作物减产，另一方面，阴绵的气候和光照不足，也使农作物产量不足以维持生物圈居民的生活需要。为生物圈居民提供肉类的动物是鱼类、尼日利亚矮种山羊、日本丛林野禽和野猪。然而这些经过精心挑选的动物仍不能满足生物圈居民对奶、蛋、肉的需要，尤其是空气中二氧化碳的增高和氧气含量的下降对生物圈居民造成了威胁。两年后的“生物圈2号”出现了下列变化： 1、上层的温度远远高于预计的数字，而下层的温度又远远低于预计的数字； 2、空气中二氧化碳量猛增（340mg/kg-571mg/kg），氧气量减少（21-14），不足以维持人的生存； 3、过高的湿度把沙漠变成了绿油油的草地； 4、用来吸收二氧化碳的牵牛花疯狂蔓延，把农田都覆盖了，农作物由于大气变酸而种植失败； 5、24种脊椎动物有19种全部死亡，除了蟑螂、蟋蟀和疯蚁外，其余昆虫全部死亡； 6、那些靠昆虫传粉延续后代的植物也灭绝了，大树摇摇欲坠； 7、一氧化碳量猛增到百万分之79，足以减弱人体合成某种维主素的能力，危害大脑健康； 8、生物圈居民普遍体质减弱，体重下降，一位居民两年来体重从190