生态工程技术

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1、第一章 生态工程与生态技术,第一节 生态工程与生态工程技术 第二节 生态工程原理 第三节 环境生态工程 清洁生产技术 第四节 农业生态工程与技术 第五节 生态工程规划设计,第一节 生态工程与生态工程技术,一、生态工程、生态技术及其发展 二、生态工程的特点 三、生态工程技术应用,一、生态工程、生态技术及其发展,（一）、生态工程 在我国生态工程的概念提出是由已故的生态学家、生态工程建设先驱马世骏先生在1979年首先倡导的。马世骏先生（1984）给生态工程下的定义为：“生态工程是应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理，结构与功能协调原则，结合系统分析的最优化方法，设计的促进分层多级利用物质的生产工

2、艺系统”。,一、生态工程、生态技术及其发展,（二）、生态技术 生态技术通常被认为是利用生态系统原理和生态设计原则，对系统从输入到转换关系与环节直到输出的全部过程进行合理设计，达到既合理利用资源，获得良好的经济及社会效益，又将生产过程对环境的破坏作用降低在较低的水平。,一、生态工程、生态技术及其发展,国外在生态技术上的理解基本上在于对环境无害及无污染的清洁生产技术与废物无害化化与资源化技术，如何减少生产过程中废物产生与排放减量；废物回收、废弃物回用及再循环，并把生态工程等同于生态技术。 我国生态技术与工艺方面也提出了自己独到的模式，如加环（生产环、增益环、减耗环、复合环和加工环）、联结、优化本为

3、相对独立与平行的一些生态系统为共生生态网络，置换、调整一些生态系统内部结构，充分利用空间、时间、营养生态位，多层次分级利用物质、能量、充分发挥物质生产潜力、减少废物，因地制宜促进良性发展。,举世瞩目的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 农田林网防护林体系 对防风固沙，减少经流，改善保护区内农田小气候，促进农业增产及多种经营，显示了良好的效益。,二、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造的生态系统，而更多的是社会经济自然复合生态系统，这一系统是以人的行为为主导，自然环境为依托，资源流动为命脉，社会体制为经络的半

4、人工生态系统。其结构可以分成为3个主要集合（ 见图）,二、生态工程的特点,核心圈是人类社会，包括组织机构及管理、思想文化，科技教育和政策法令，是核心部分为生态核。另一层次是内部环境圈，包括地理环境、生物环境和人工环境，是内部介质，称为生态基。常具有一定的边界和空间位置；第三圈是外部环境，称为生态库；包括物质、能量和信息以及资金、人力等。 国外的生态工程研究与处理的对象一般是按照自然生态系统来对待。如各类湖泊、草原、森林等，在自然生态系统中加入或构造原本没有人为结构，如水利设施与土壤改良等工程。西方生态工程的研究方法的贮备与应用，特别是定量化、数学模型化及其系统组分及机制的分析方面具有自己的特色

5、。,三、生态工程技术应用,1、在农业生产中的应用 西方国家在上个世纪30年代实现了农业生产的机械化、化学化后，使农业劳动生产率，农畜产品的产量大幅度提高，但是随着时间的推移，进入60年代以来，这种生产方法却带来了许多不可避免的负面影响及累积效应。卡尔逊在其所著的寂静的春天一书中对杀虫剂对环境与生物的破坏与影响做了深刻的分析。种植与饲养的动植物品种单一化加重了病虫害和杂草的发生与蔓延，大量化学物质的投入造成土壤、水体和农产品的严重污染，这些问题不但影响到农业生产的进一步发展，而且还威胁到农产品持续供应的可能性，为此西方发达国家提出了各种形式的替代农业类型，运用一些生态学原理与生态工程技术手段来提

6、高资源的利用率与保护生态环境。,三、生态工程技术应用,我国在农业生态工程的研究与进展取得了令人注目的成绩 。1994年我国政府制定、颁布了中国21世纪议程，明确指出要推进农业可持续发展的方式，就是生态农业建设。1999年国务院印发“全国生态环境建设规划”，要用50年的时间基本上实现中原大地山川秀美，要继续抓好生态农业建设，建设好一批农业生态工程。1993年起动的全国的生态农业试点县，经过5年的建设，生态环境得到了较大的改善。土壤沙漠化的治理率为60.5%，水土流失治理率为73.4%，森林覆盖率为30.5%，提高了3.7%，废气净化率为73.4%，废水处理率为57.0%，固定废弃物利用率为31.

7、9%，比实施农业生态工程前有较大幅度的提高。,三、生态工程技术应用,生态工程在环境保护中的研究与应用较为广泛。特别是体现了污染物的处理与利用，污染水处理与湖泊、海湾的富营养化防治更为突出。如在美国的俄亥俄州中，应用蒲草为主的湿地生态系统处理煤矿所排含有FeS酸性废水的生态工程。在瑞典也建立了若干污水处理生态工程，利用污水作为肥料，农田灌溉处理净化污水。在德国、荷兰、奥地利等国结合生态技术建立了各种各样的污水处理与净化工程。,三、生态工程技术应用,在我国，环保生态工程的建设就是从整体出发，研究和处理特定生态系统的内部结构与功能，并加以优化与提高生态系统的自净能力与环境容量，从目前我国环境生态工程

8、建设的内容及环保生态工程的5种类型：无废（或少废）工艺系统，主要用于内环境治理；分层多级利用废料生态工程，使生态系统中的每一级生产中的废物变为另一级生产过程的原料，使废料均被充分利用；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；污水自净与利用生态系统；城乡（或工、农、牧、渔、副）结合生态工程来看，都是在一定区域内，应用生态工程理论与技术来分层、多级利用废料实现生态、经济效益的良好协调统一。,第二节 生态工程原理,生态工程是从系统思想出发，按照生态学、经济学和工程学的原理，运用现代科学技术成果、现代管理手段和专业技术经验组装起来的，以期获得较高的经济、社会、生态效益的现代农业工程系统

9、，建立生态工程的良好模式必须考虑如下几项原则： （1）、必须因地制宜，根据不同地区的实践情况来确定本地区的生态工程模式。 （2）、由于生态系统是一个开放、非平衡的系统，在生态工程的建设中必须扩大系统的物质、能量、信息的输入，加强与外部环境的物质交换，提高生态工程的有序化、增加系统的产出与效率。 （3）、在生态工程的建设发展中，必须实行劳动、资金、能源、技术密集相交叉的集约经营模式，达到既有高的产出，又能促进系统内各组成成分的互补、互利协调发展。,第二节 生态工程原理,生态工程建设的目标是使人工控制的生态系统具有强大的自然再生产和社会再生产的能力。在生态效益方面要实现生态再生，使自然再生产过程中

10、的资源更新速度大于或等于利用速度，在经济效益方面要实现经济再生，使社会经济再生产过程中的生产总收入大于或等于资产的总支出，保证系统扩大再生产的经济实力不断增强，在社会效益方面要充分满足社会的要求，使产品供应的数量和质量大于或等于社会的基本要求，通过生态工程的建设与生态工程技术的发展使得三大效益能协调增长，实现高效益持续稳定的发展。,一、生态工程技术原理,生态工程技术将生态学原理与经济建设和生产实际结合起来，就是为了实现生物有机体与环境在有人工辅助的能量、物质参与下，实现同生态学及生态经济学原理和现代工程技术的系统配套，生产过程中的物流、能流的合理循环，由此可见在建设生态工程及应用生态工程技术中

11、必须遵循生态学的一些基本原理。,一、生态工程技术原理,（一）生态位原理 生态位是生态学研究中广泛使用的名称，又称生态龛或小生境，通常是指生物种群所占据的基本生活单位、对于生物个体与其种群来说，生态位是指其生存所必须的或可被其利用的各种生态因子或关系的集合。每一种生物在多维的生态空间中都有其理想的生态位，而每一种环境因素都给生物提供了现实的生态位。,（二）限制因子原理,生物的生长发育离不开环境，并适应环境的变化，但生态环境中的生态因子如果超过生物的适应范围时，对生物有一定的限制作用，只有当生物与其居住环境条件高度相适应时，生物才能最大限度地利用环境方面的优越条件，并表现出最大的增产潜力。 最小因

12、子定律： 即植物的生长取决于数量最不足的那一种物质，最小因子定律，这一定律说明，某一数量最不足的营养元素，由于不能满足生物生长的需要，同时也将限制其它处于良好状坊的因子发挥效应，农业生态系统因为人为的作用也会促使限制因子的转化，但无论怎样转化，最小因子仍然是起作用的。,（二）限制因子原理,2、耐性定律 在最小因子定律的基础上，人们发现不仅因为某些因子在量上不足时生物的生长发育会受到限制，但某些因子过多地会影响生物的正常生长发育和繁殖。1913年谢尔福德把生态因子的最大量和最小量对生物的限制作用概念合并为耐性定律。即各种生物的生长发育过程中对各种生态因子都存在着一个生物学上限和下限，它们之间的幅

13、度就是该种生物对某一生态因子的耐性范围。因此在农业生态工程建设与生态工程技术应用时，必须考虑生态因子的限制作用原理。,（四）整体效应原理,系统是由相互作用和相互联系的若干组成部分结合而成的具有特定功能的整体，其基本的特性就是集合性，表现在系统各组分间相互联系、依赖、作用、制约的不可分割的整体，整体的作用和效应要比各部门之和来的大。农业是个多部门组成的产业，它是由农业生物，环境资源以及社会经济要素构成的社会经济自然的复合系统。农业生态工程与技术的建设要达到能流的转化率高，物流循环规模大，信息流畅，价值流增加显著即整体效应最好。就要合理调配组装协调农业的各个生产部门，使整个系统的总体生产力提高，整

14、体效应的取得要取决于系统的结构，结构决定功能。因此我国生态农业及农业生态工程强调不同层次上，根据自然资源，社会经济条件按比例有机组装和调节，以整体协调优化求高产、高效、持续发展。,（五）生物与环境相互适应、协同进化原理,生物的生存、繁衍不断从环境中摄取能量、物质和信息，生物的生长发育依赖于环境，并受环境的强烈影响，外界环境中影响生物生命活动的各种能量、物质和信息因素称为生态因子，生态因子既有对生物和生命活动所需的利导因子，也有限制生物生存和生命活动的限制因子。利导因子促进生物的生长发育，而限制因子则制效生物生长与生产的发展，因而在当地的生态农业工程建设中必须充分分析当地利导因子及限制因子的数量

15、和质量。以选择适宜的物种和模式。,（五）生物与环境相互适应、协同进化原理,生态系统作为生物与环境的统一体，既要求生物要适应其生存环境，又同时伴有生物对生存环境的改造作用，这就是所谓的协同进化原理。协同进化原理认为生物与环境应看作相互依存的整体，生物不只是被动地受环境作用和限制，而在生物生命活动过程中，通过排泄物、死体、残体等释放能量、物质于环境，使环境得到物质补偿，保证生物的延续，封山育林，植树种草，退耕还林，合理间套轮作都是为了改善农业生态环境。同时在对可更新资源（再生资源）利用中做到保护其可更新能力，确保资源再生和循环利用，达到永续利用，充分保护环境，提高资源利用率。,（六）效益协调统一原

16、理,农业生态系统是一个社会经济自然复合生态系统，是由自然再生产和经济再生产交织的复合生产过程，具有多种功能与效益，既有自然的生态效益，又有社会的经济效益，只有生态与经济效益相互协调，才能发挥系统的整体综合效益。 生态工程及技术的建设与应用都是以最终追求综合效益为目标的。在其建设与调控中，将经济与生态工程建设有机交织地进行，如农业开发与生态环境建设结合，资源利用与增殖结合，乡镇农业开发与环保防污建设等等，就是将所追求的生态效益，经济效益和社会效益融为一体。,二、生态工程技术特点,生态工程技术的目标是通过生态工程的建设促进生态系统的生态、经济与社会效益的协调发展，并最终在产品上体现出来。从这一点上来看，生态工程技术具有如下的技术特征： 1、实现可再生资源的持续作用 生态工程技术的本身就是要求对可再生资源进行科学管理和合理利用，即有效地将这类资源转化为农产品，又能实现这类资源的再生增殖和可持续利用；建立起与当地环境资源组合相适应的合理农业生态系统。,二、生态工程技术特点,2、因时因地制宜采取多种技术措施 生态工程的地域性、时间性与多样性决定了其技术的地域性、时