精品文档]林业生态工程教案

精品文档]林业生态工程教案内容摘要：

一定时间内结构与功能的相对稳定状态，其物质和能量的输入、输出接近相等。 在外来干扰下，能通过自我调节（ 或人为 控制 ） 恢复到原初稳定状态。 当外来干扰超过自我调节能力，而不能恢复到原初的状态就是生态失调或生态平衡破坏。 生态稳态是生态系统发育演变到一定状态后才会出现，它表现为一种震荡的涨落效应，系统以耗散结构维持着震荡，能够使系统从环境中不断吸收能量和物质。 所谓生态平衡，只不过是非平衡中的一种稳态，是不平衡中的静止状态，平衡是相对的，不平衡是绝对的。 18 （ 5）生态系统平衡的调节机制 生态平衡的调节主要是通过系统的反馈能力、抵抗力和恢复力实现的。 正反馈是系统更加偏离位置点，因此不能维持系统平衡，如生物种 群数量的增加；负反馈是反偏离反馈，系统通过负反馈减缓系统内的压力以维持系统结构稳定，如密度制约种群增长的作用。 抵抗力是生态系统抵抗外界干扰并维持系统结构和功能原状的能力。 恢复力是系统遭受破坏后，恢复到原状的能力。 抵抗力和恢复力是系统稳定性的两个方面，普遍认为，系统越复杂，生物多样性越丰富，系统就越稳定。 生态系统对外界干扰具有自我调节能力，保持相对稳定，但这种调节机制不是无限的。 生态平衡失调是外界干扰大于生态系统自身调节能力的结果和标志。 循环再生原理 （ 1）物质循环和再生原理 ： 通过不同植物种的搭配 组合，形成不同元素的生物小循环，使得退化土地的养分得到改善，先锋植物往往是养分积累的开始。 （ 2）多层次分级利用原理： 通过合理的规划设计，对生态系统的物质循环进行加环，进行在一个区域内形成更多层次的物质和能量利用，提高初级产品的利用效率，减少对植被的破坏，为植被恢复创造条件。 景观生态学理论 P7 2. 系统科学理论 系统的一般概念 系统是有两个或两个以上相互联系、相互制约、相互作用的事物和过程组成的具有整体功能和综合行为的统一体。 元素、结构、状态、过程称为系统构成的四要素。 系统论的基本法则 （ 1） 系统的整体性原则 （ 2） 系统的相关性原则 （ 3） 系统的自组织性原则与动态原则 （ 4） 系统的目的性原则 （ 5） 系统的优化原则 系统的特点 （ 1）系统必须有它的特定功能，即一个系统必须有一个以上的特定的功能。 （ 2）系统是一个有序结构的有机整体。 （ 3）系统具有明显的边界，没有边界就不成为系统。 （ 4）系统具有很强的整体功能。 4. 可持续发展理论 可持续发展的核心思想是：当今人类的经济和社会发展，必须是“既满足当代人的需要，又不对后代人满足他们的需要的能力构成危害。 ”或者说，“满足当代人的发展需求，应以不损害、不掠夺后代的发展空间为前提。 ” 可持续发展水平的衡量标准 （ 1） 资源的承载能力 （ 2） 区域的生产能力 （ 3） 环境的缓冲能力 （ 4） 进程的稳定能力 （ 5） 管理的调节能力 可持续发展的 9 项原则 19 建立全球持续发展 的国际合作联盟 可持续发展评价及其理论 可持续林业 5. 水土保持学原理 水土保持学是一门研究水土流失规律和水土保持综合措施，防治水土流失、保护、改良与合理利用山丘区和风沙区水土资源，维护和提高山地生产力以利于充分发挥水土资源生态效益、经济效益和社会效益的应用技术科学。 生物措施是水土流失治理的根本措施，而林业生态工程的规划设计必须与流域水土流失的综合治理措施相结合。 水土流失是在水里、重力、风力等外营力作用下，水土资源和土 地生产力遭受的破坏和损失。 流域是指某一封闭的地形单元，其中有沟道或溪流或河流排泄某一断面以上的径流。 所谓小流域综合治理是指为了充分发挥水土资源、气候资源及其他社会经济资源，利用小流域之间相对独立性的特点，以小流域为单元，进行全面规划，合理安排农、林、牧各业用地及比例，因地制宜布设各种水土保持措施，治理与开发相结合，对流域的资源进行保护、改良和利用。 流域的保护是指对流域资源与环境进行保护，预防对资源的不合理开发利用，防止水、土资源的损失与破坏，维护土地生产力与流域的生态系统。 流域改良是指对已经遭到破坏的流 域资源与环境进行整治与恢复，修复或重建退化生态 20 系统 ；流域合理开发是指在流域资源可持续经营的基础上，通过资源的开发利用实现一定的生态、经济与社会目标。 小流域治理措施包括水土保持农业技术措施、水土保持林草技术措施、水土保持工程技术措施。 小流域治理的特点是治理与开发相结合，林草措施与工程措施相结合，生态效益与经济社会效益相结合。 5. 系统工程理论 系统工程 系统工程是实现系统最优化的科学，用定量和定性相结合的系统思想和方法处理大型复杂系统的问题，无论是系统的设计或组织建立，还是系统经营管理，都可以统 一的看成是一类工程实践，统称为系统工程。 系统工程的主要任务是根据总体协调的需要，把自然科学和社会科学中的基础思想、理论、策略、方法等从横的方面联系起来，应用现代数学和电子计算机等工具，对系统的构成要素、组织结构、信息交换 和自动控制等功能进行分析研究，借以达到最优化设计、最优控制和最优管理的目标。 系统工程可分为系统开发、系统制造和系统运用。 系统工程的基本方法是：系统分析、系统设计和系统综合评价。 系统工程的一般步骤 （ 1）明确课题。 （ 2）收集信息。 （ 3）模型的建立。 （ 4）系统分析。 （ 5）决策问题。 （ 6）反馈调节。 系统工程的三维结构思想程序 （ 1） 时间维 — 时间过程 （ 2） 逻辑维 — 每一个阶段要完成的步骤 （ 3）知识维 — 专业知识和技术素养 第二节 植被恢复基本理论 生态环境脆弱带：在生态系统中，凡处于两种以上的物质体系、能量体系、结构体系、功能体系之间形成的界面，以及围绕该界面向外延伸的 “过渡带 ”的空间域。 21 恢复生态学是研究生态系统退化的原因、退化生态系统恢复与重建技术和方法及其生态学过程和机理的学科。 生态恢复最关键的是系统功能的恢复和合理结构的构建。 限制因子原理 生态适宜性原理和生态位理论 （ 1）生态适宜性原理 （ 2）生态位理论 生态位是生态学中一个重要概念，主要是指自然生态学中一个种群在时间、空间上的位置及其与相关种群之间的功能关系。 生态位： 生物完成其正常生命周期所表现的对特定生态因子的综合位置。 即用某一生物的每一个生态因子为一维（ x），以生物对生态因子的综合适应性（ y）为指标构成的超几何空间。 （ 3）物种耐性原理 生物群落演替理论 22 生物多样性原理 生物多样性就是一个区域内生命形态的丰富度，它包括遗传多样性、物种多样性和生态系统与景观多样性三个层次。 生物多样性在复杂的时空梯度上维持生态系统基本格局与过程；生物多样性是生态系统抗干扰能力和恢复能力的物质基础；生物多样性是生 态系统适应环境变化的物质基础。 物种多样性梯度：从热带到两极随纬度的增加，物种多样性有逐渐减少的趋势；多样性随海拔高度的变化；在海洋和淡水水体物种多样性随深度而降低。 生物多样性类型： α 多样性指数 ： 它包含两方面的含义： ① 群落所含物种的多寡，即物种丰富度； ② 群落中各个种的相对密度，即物种均匀度。 β 多样性指数 ： β 多样性可以定义为沿着环境梯度的变化物种替代的程度。 不同群落或某环境梯度上不同点之间的共有种越少， β 多样性越大。 精确地测定 β 多样性具有重要的意义。 这是因为： ① 它可以指示生境被物种隔离的程度； ② β 多样性的测定值可以用来比较不同地段的生境多样性； ③ β多样性与 α多样性一起构成了总体多样性或一定地段的生物异质性。 γ 多样性指数 是指一定区域内总的物种多样性的度量。 植被恢复是根据生态学原理，通过一定的生物、生态以及工程技术与方法，人为地改变和切断退化生态系统的主导因子或过程，调整、配置和优化植被系统内部及其与外界的物质、能量和信息的流动过程及其时空秩序，使生态系统的结构、功能和生态学潜力尽快地、成功地恢复到一定的或原有的乃至更高的水平。 植被恢复适应于受损后残存有一定盖度植被的立地条件 类型。 植被恢复包括退化植被系统的恢复、干扰植被系统的重建和自然植被的保护。 退化植被系统的恢复，常见的途径：一是通过改变立地条件，模拟当地原生植被系统的结构、功能，彻底恢复到具有地带性特征的原生植被系统，称为完全恢复。 二是采用部分恢复或阶段性恢复退化植被系统的策略，恢复到顶级植被系统之前的某种中间状态。 生态学干扰 23 受害生态系统的恢复与重建的两种模式 ： （ 1）（可逆的）不超负荷受害通过消除压力，在自然恢 复过程中达到恢复。 （ 2）（不可逆的）超负荷受害通过消除压力，在人为的帮助下和通过自然恢复达到恢复。 第三节 社会经济学原理 1. 生态与经济子系统协调发展 生态系统自身的稳定性、自我调节、自我恢复能力 24 — 农田结构简单，大量养分流出系统； — 复合系统，森林的防护与调节功能的利用。 合理有效的人工调控 — 增加技术子系统的投入，促进生态子系统的能流、物质流转变成经济子系统的产品物质流，形成最终的价值流。 — 在能流的每一个环节上都要有部分商品转化。 调控措施 — 结构设计利用限制因素原理； — 利用组分的相生相克原理； — 利用长链利用原理。 2. 供求法则 — 多样性的生态经济系统； — 产出多样性、消费多样性； — 产出的量比、时空结构与品种的合理结构； — 市场价格导向，早、中、晚，短、中、长，上、中、下品种配置。 3. 自然资源与劳动力资源 物种对自然资源的利用时间和空间差异 资源更充分利用 劳动的季节性、条件艰苦性、劳动力质量差异性 — 不同组分的管理时间差； — 改善劳动环境； — 提高就业机会； — 提高劳动效率。 4 其他 地域分工，开放式经济系统 — 复合经营的内容与产品结构的地方特色； — 确定优势主导产品； — 市场导向，区内需求，区外需求 长短效益结合原则 — 复合系统的规模、结构、布局 风险最小原则 — 自然灾害的特点、市场风险，合理配比物种比例。 发展资源节约型与技术密集性产业 — 优化系统，提高循环转化效率。 第二章 林业生态工程概况 一、林业生态工程的概念 （一）林业与林业生态工程的概念 林业是培育、经营、保护和开发利用森林的事业。 它是提供木材和多种林产品的生产事业，又是维护陆地生态平衡的环 境保护工程。 生态系统：是指在一定空间内生物和非生物的成分，通过物质循环和能量流动而相互作用、相互依存形成的一个生态学的功能单位。 生态工程：是一门着眼于生态系统持续发展能力的整合工程技术。 它根据生死存亡控制论原理去系统设计、规划和调控人工生态系统的结构要素、工艺流程、信息反馈关系及控制机构， 25 在系统范围内获取高的经济和生态效益。 林业生态工程是生态工程的一个分支。 根据我国林业生态工程建设实践，我们提出的初步概念如下：林业生态工程是根据生态学、林学及生态控制论原理，设计、建造与调控以木本植物为主体的人 工复合生态系统的工程技术，其目的在于保护、改善与持续利用自然资源与环境。 （二）森林的效益 ： 指在森林生态系统及其影响范围内，被人们开发利用已变为经济形态的那部分效益。 分直接经济效益（果品、油料、化学品和化工原料）；间接经济效益（农田粮食蔬菜增产，生物多样性增加等） ： 指在森林生态系统及其影响范围内，森林对人类社会有益的全部效用。 主要有水源涵养；防风固沙；水土保持；改善气候；净化水质；净化大气；重要的物种基因库。 ： 指在森林生态系统及其影响范围内，被人们认识、且已为社会服 务的那部分效益。 绿色 =生命 +富有 +和平；生态建设→生态安全→生态文明；可持续发展的环境与物质基础；“三农”问题与农村发展 (三 )林业生态工程的主要内容 林业生态工程的目标是建造某一区域 (或流域 )的以木本植物为主体的优质、稳定的复合生态系统。 林业生态工程的主要内容可划分为以下 3 个部分。 这是把设计的种群按一定的时间顺序或空间顺序定位或安置在复合生态系统之中。 例如各种农林复合生态系统、农牧复合生态系统。 生物种群的合理选择与匹配是建造人工生态系统的前提。 林业生态工程 的主要种群可以是乔木，也可以是灌木．甚至草类。 2．环境改良工程 人工复合生态系统主要在非森林环境中建造。 为了保证植物 (包括作物 )正常生长发育。 必须改良当地立地条件。 例如改善造林立地条件的各类蓄水整地工程、径流汇集工程、风沙区沙地造林采用的人工沙障、防止各类侵蚀的水土保持工程、地面覆盖保墒、吸水剂应用、低湿地排水工程等。 目的在于为复合生态系统的建造提供一个良好的环境条件。 在一些严重退化的困难立地条件下，不采用环境改良或治理工程，就很难建造稳定的复合生态系统。 3．食物链工程。