生态工程复习资料

生态工程复习资料内容摘要：

利用率提高了 50－ 70％，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。 2020 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 %；稻田鱼亩产 ,比未实施工程化改 造稻田养殖的稻田鱼（亩产 30 公斤）增产 公斤，增长 %。 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，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  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。  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。  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 降到 ，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  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。  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：  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。  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。 不可更新资源利用原则：  矿物的再循环和回收利用  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。  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。  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）。  另一方面，生态平衡是经济平衡的自然基础。 经济平衡并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  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）  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  从普通经济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。  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  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，太阳能建筑材料的使用，取暖、取光等方面都要作出调整。  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  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。  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％。  我国农业用水的效率也很低（ 40%），渠道利用系数仅有 ，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）。  除此之外农业上还广泛应用污水灌溉及循环利用，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：  一是选择无毒、低毒、少污染的能源和原料。  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。  三是开发、设计、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  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。  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（ Ecoplanning）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： ① 对生态系统结构功能的分析； ② 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； ③ 任何外界影响下可能损益的判断； ④ 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； ⑤ 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的变革实现生物区域（ Bioregion）或生态村（ ecovillages)、生态城（ ecocity）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：  从保护环境角度考虑，减少资源消耗、实现可持续发展战 略；  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。 生态设计原则 １）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。 ２）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。 ３）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。 ４）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。 ５）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。 ６）与生物、人工社会系统最吻合的。