第六章生態(tài)工程

1、生態(tài)工程的定義實(shí)例 美國H.T.Odum首先提出了生態(tài)工程這一名詞，并定義為: “ “為了控制生態(tài)系統(tǒng)，人類應(yīng)用來自自然的能源為了控制生態(tài)系統(tǒng)，人類應(yīng)用來自自然的能源作為輔助能對環(huán)境的控制作為輔助能對環(huán)境的控制”；“人類利用少量的輔助能對環(huán)境進(jìn)行管理，來控制人類利用少量的輔助能對環(huán)境進(jìn)行管理，來控制以自然資源為基礎(chǔ)的生態(tài)系統(tǒng)以自然資源為基礎(chǔ)的生態(tài)系統(tǒng)”；“管理自然就是生態(tài)工程，它是對傳統(tǒng)工程的一個(gè)管理自然就是生態(tài)工程，它是對傳統(tǒng)工程的一個(gè)補(bǔ)充，是自然生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)側(cè)面補(bǔ)充，是自然生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)側(cè)面” ” 。 歐洲的lmann(1983)、Straskraba(1984,1985)與 Gnamc

2、k(1985)提出生態(tài)工藝技術(shù)，將它作為生態(tài)工程的同義語，并定義為： “在環(huán)境管理方面，根據(jù)對生態(tài)學(xué)的深入了解，化最小代價(jià)的措施，對環(huán)境的損害又是最小的一些技術(shù)”或“基于生態(tài)學(xué)知識，利用技術(shù)手段管理生態(tài)系統(tǒng)，以減少管理費(fèi)用，并減輕管理活動對環(huán)境的干擾”。 美國Mitsch (1988)以及他與丹麥Jorgensen(1989)聯(lián)合將生態(tài)工程定義為： “為了人類社會及其自然環(huán)境二者的利益而對人類社會及其自然環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)”，“它提供了保護(hù)自然環(huán)境，同時(shí)又解決難以處理的環(huán)境污染問題的途徑”。 我國著名生態(tài)學(xué)家馬世駿(1984)為生態(tài)工程下的定義為 ：“生態(tài)工程是應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)中物種共生與物質(zhì)循環(huán)再生原

3、理，結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)原則，結(jié)合系統(tǒng)分析的最優(yōu)化方法，設(shè)計(jì)的促進(jìn)分層多級利用物質(zhì)的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)。 生態(tài)工程的目標(biāo)就是在促進(jìn)自然界良性循環(huán)的前提下，充分發(fā)揮資源的生產(chǎn)潛力，防治環(huán)境污染，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益同步發(fā)展。 米草米草米草米草米米草草E E莖莖葉葉A A0. 05 元/ 千克3 元/ 千克6 元/ 千克7. 35 元/ 千克8. 7 元/ 千克米草效益遞增A AC CA AB BB BB BA AD DC C整體性原理協(xié)調(diào)與平衡原理自生原理生態(tài)位原理限制因子原理食物鏈原理一一 整體性原理整體性原理 1 整體論和還原論整體論和還原論 還原論認(rèn)為宇宙是一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)，能在一個(gè)決定性的還原論認(rèn)為宇

4、宙是一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)，能在一個(gè)決定性的力力的作用下被還原為基本單位或基本粒子，只要進(jìn)行要素分的作用下被還原為基本單位或基本粒子，只要進(jìn)行要素分析、定量表述，便可了解整個(gè)系統(tǒng)，最終解決問題。析、定量表述，便可了解整個(gè)系統(tǒng)，最終解決問題。 而整體論強(qiáng)調(diào)復(fù)雜系統(tǒng)的整體性和關(guān)聯(lián)性。強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)是而整體論強(qiáng)調(diào)復(fù)雜系統(tǒng)的整體性和關(guān)聯(lián)性。強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)是由相互作用和相互聯(lián)系的若干組成部分結(jié)合而成的具有特由相互作用和相互聯(lián)系的若干組成部分結(jié)合而成的具有特定功能的整體，其基本的特性就是集合性，表現(xiàn)在系統(tǒng)各定功能的整體，其基本的特性就是集合性，表現(xiàn)在系統(tǒng)各組分間相互聯(lián)系、依賴、作用、制約的不可分割的整體，組分間相互聯(lián)系、依賴、

5、作用、制約的不可分割的整體，整體的作用和效應(yīng)要比各部門之和來的大。整體的作用和效應(yīng)要比各部門之和來的大。 2 社會經(jīng)濟(jì)自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)社會經(jīng)濟(jì)自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng) 生態(tài)工程研究處理的對象是作為有機(jī)整生態(tài)工程研究處理的對象是作為有機(jī)整體的體的 社會經(jīng)濟(jì)自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，或由社會經(jīng)濟(jì)自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，或由異質(zhì)異質(zhì) 性生態(tài)系統(tǒng)組成的、更高層次的景觀系性生態(tài)系統(tǒng)組成的、更高層次的景觀系統(tǒng)。統(tǒng)。 這一系統(tǒng)是以人的行為為主導(dǎo)，自然這一系統(tǒng)是以人的行為為主導(dǎo)，自然環(huán)境環(huán)境 為依托，資源流動為命脈，社會體制為依托，資源流動為命脈，社會體制為經(jīng)為經(jīng) 絡(luò)的半人工生態(tài)系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)可以分絡(luò)的半人工生態(tài)系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)可以分成

6、為成為 3個(gè)主要集合個(gè)主要集合 自然社會 經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì) 亞系統(tǒng) 生態(tài)系統(tǒng) 經(jīng)濟(jì)亞系統(tǒng) 生態(tài)系統(tǒng) 空乏的世界和充盈的世界 A 空乏的世界 B 充盈的世界 二 協(xié)調(diào)與平衡原理 生態(tài)系統(tǒng)長期演化與發(fā)展的結(jié)果，使任一穩(wěn)態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)在一定時(shí)期內(nèi)均具有相對穩(wěn)定而協(xié)調(diào)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與功能。三 自生原理 自生原理包括自我組織、自我設(shè)計(jì)、自我調(diào)節(jié)、自我維持、自我優(yōu)化和自我再生等系列機(jī)制。自生作用是以生物為主要和最活躍組成成分的生態(tài)系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)的主要區(qū)別之一。生態(tài)系統(tǒng)的自生作用有利于維護(hù)系統(tǒng)相對穩(wěn)定的機(jī)構(gòu)和功能及其可持續(xù)發(fā)展。 四四 生態(tài)位原理生態(tài)位原理 生態(tài)位是生態(tài)學(xué)研究中廣泛使用的名稱，又稱生態(tài)龕或小生境(Nich

7、e)，通常是指生物種群所占據(jù)的基本生活單位、對于生物個(gè)體與其種群來說，生態(tài)位是指其生存所必須的或可被其利用的各種生態(tài)因子或關(guān)系的集合。每一種生物在多維的生態(tài)空間中都有其理想的生態(tài)位，而每一種環(huán)境因素都給生物提供了現(xiàn)實(shí)的生態(tài)位。這種理想生態(tài)位與現(xiàn)實(shí)生態(tài)位之差一方面迫使生物去尋求、占領(lǐng)和競爭良好的生態(tài)位。另一方面也迫使生物不斷地適應(yīng)環(huán)境，調(diào)節(jié)自己的理想生態(tài)位，并通過自然選擇，實(shí)現(xiàn)生物與環(huán)境的世代平衡。在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，由于其是半人工或人工的生態(tài)系統(tǒng)，人為的干擾控制使其物種單一性，從而產(chǎn)生了較多的空白生態(tài)位。 因此在農(nóng)業(yè)生態(tài)工程設(shè)計(jì)及技術(shù)應(yīng)用中，如能合理運(yùn)用生態(tài)位原理，把適宜而有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的物種引入系

8、統(tǒng)中，填充空白的生態(tài)位而阻止一些有害的雜草、病蟲、有害鳥獸的侵襲，就可以形成一個(gè)具有多樣化物種及種群穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。充分利用高層次空間生態(tài)位，使有限的光、氣、熱、水、肥資源得到合理利用，最大限度地減少資源的浪費(fèi)。增加生物量與產(chǎn)量，如稻田養(yǎng)魚就是把魚引入稻田中，魚可以吃掉水稻生長發(fā)育過程中所發(fā)生的一些害蟲，為稻田施肥，而水稻則為魚類生長提供一定的餌料，從而取得互惠互利的效果。 五 限制因子原理 生物的生長發(fā)育離不開環(huán)境，并適應(yīng)環(huán)境的變化，但生態(tài)環(huán)境中的生態(tài)因子如果超過生物的適應(yīng)范圍時(shí)，對生物有一定的限制作用，只有當(dāng)生物與其居住環(huán)境條件高度相適應(yīng)時(shí)，生物才能最大限度地利用環(huán)境方面的優(yōu)越條件，并表現(xiàn)

9、出最大的增產(chǎn)潛力。 1 最小因子定律 2 耐性定律 六 食物鏈原理 在自然生態(tài)系統(tǒng)中，由生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者所構(gòu)成的食物鏈，從生態(tài)學(xué)原理看，它是一條能量轉(zhuǎn)化鏈，物質(zhì)傳遞鏈，也是一條價(jià)值增值鏈。綠色植物被草食動物所食，草食動物被肉食動物吃掉，植物和動物殘?bào)w又可為小動物和低等動物分解，以這種吃與被吃而形成了食物鏈關(guān)系，但是食物鏈并非單一的簡單的一種關(guān)系，如水稻蝗蟲鳥類這樣，而是形成了一種復(fù)雜的食物鏈網(wǎng)。 林德曼著名的十分之一定律說明，能量從一個(gè)營養(yǎng)級向下一個(gè)營養(yǎng)級轉(zhuǎn)化的比率只有十分之一，因此自然界的食物鏈很少有長達(dá)4個(gè)營養(yǎng)級之上。 106 105 104 103 102 自組織系統(tǒng)中的能量傳遞

10、生態(tài)調(diào)查系統(tǒng)診斷生態(tài)區(qū)劃與生態(tài)工程設(shè)計(jì)生態(tài)工程的評價(jià)一 生態(tài)調(diào)查 生態(tài)調(diào)查是生態(tài)工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)工作，是對環(huán)境的識別。只有在識別環(huán)境的基礎(chǔ)上，才有可能建立合理的結(jié)構(gòu)。生態(tài)調(diào)查主要是對某一系統(tǒng)或區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境狀況及社會經(jīng)濟(jì)狀況的調(diào)查，主要內(nèi)容為： 1. 氣候資源；2. 水資源；3. 土地資源調(diào)查；4. 生物資源；5. 社會經(jīng)濟(jì)資源。 在生態(tài)調(diào)查中，傳統(tǒng)的生態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)收集方法仍然是有效的和必不可少的，但是在大尺度范圍（規(guī)模較大的區(qū)域）進(jìn)行調(diào)查研究，3S技術(shù)做出了很大的貢獻(xiàn)。3S技術(shù)是地理信息系統(tǒng) (GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS) 和遙感 (RS) 三者的總稱。二二 系統(tǒng)診斷系統(tǒng)診斷 在生態(tài)調(diào)查

11、的基礎(chǔ)上，對生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)診斷，也是生態(tài)工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性工作，其主要內(nèi)容為： 摸清環(huán)境系統(tǒng)所包含的資源數(shù)量、質(zhì)量，及其時(shí)空分布特性，作出定性和定量的分析和評價(jià)，確定資源的開發(fā)利用價(jià)值和合理利用限度；分析環(huán)境對系統(tǒng)的限制、約束的因素和程度，特別是不利影響和障礙因子及其作用的大小，確定約束的臨界值或極值等；預(yù)測環(huán)境的發(fā)展變化，特別是人類活動對于環(huán)境產(chǎn)生的積極和消極影響，如對環(huán)境污染及破壞的分析和趨勢預(yù)測，尋求趨利避害、利用和保護(hù)相結(jié)合的環(huán)境政策和對策；找出造成系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)狀態(tài)、功能和理想狀態(tài)、功能之間差距及其原因，提出要解決的關(guān)鍵問題和問題的范圍，初步提出系統(tǒng)的發(fā)展方向和目標(biāo)。三 生態(tài)區(qū)劃與生

12、態(tài)工程設(shè)計(jì) 根據(jù)生態(tài)調(diào)查、系統(tǒng)診斷及綜合評價(jià)的結(jié)果，進(jìn)行生態(tài)區(qū)劃，在生態(tài)分區(qū)的基礎(chǔ)上進(jìn)行生態(tài)工程的設(shè)計(jì)。 生態(tài)區(qū)劃是根據(jù)自然地理?xiàng)l件、區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)關(guān)系及農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能的類似性和差異性，把整個(gè)區(qū)域劃分為不同類型的生態(tài)區(qū)域。 現(xiàn)有的區(qū)劃方法有經(jīng)驗(yàn)法、指標(biāo)法、類型法、疊置法、聚類分析法等，根據(jù)分區(qū)的原則與指標(biāo)，運(yùn)用定性和定量相結(jié)合的方法，進(jìn)行生態(tài)分區(qū)，并畫出生態(tài)區(qū)劃圖。 中國鹽城大豐沿海互花米草灘的圍堤養(yǎng)殖示意圖中國鹽城大豐沿?；セ撞轂┑膰甜B(yǎng)殖示意圖 1. 海堤 2. 互花米草灘 3. 圍堤 4. 魚、蝦等 東東 四 生態(tài)工程的評價(jià) 由于生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)合系統(tǒng)，生態(tài)工程的設(shè)計(jì)必須具備多

13、個(gè)方面的功能和效益，這里就有一個(gè)如何對生態(tài)工程進(jìn)行綜合評價(jià)的問題。 對生態(tài)工程進(jìn)行綜合評價(jià)對于生態(tài)工程的規(guī)劃與設(shè)計(jì)有著十分重要的意義，綜合評價(jià)能使規(guī)劃更加合理化并有利于不同生態(tài)工程的橫向比較。 1 生態(tài)工程的評價(jià)指標(biāo)體系 針對不同類型的生態(tài)工程有許多不同的評價(jià)指標(biāo)，這些指標(biāo)的性狀不一，不同的指標(biāo)之間很難進(jìn)行直接的比較。 生態(tài)工程的評價(jià)指標(biāo)構(gòu)成評價(jià)指標(biāo)體系，指標(biāo)體系一般分為三層，第一層為綜合效益，第二層為經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益、社會效益，第三層為各種具體指標(biāo)。生態(tài)健康復(fù)合體系生態(tài)健康復(fù)合體系A(chǔ)1 一級體系 環(huán)境環(huán)境B B1 1 綠化系統(tǒng)C1 水環(huán)境系統(tǒng)C2 氣環(huán)境系統(tǒng)C3 聲環(huán)境系統(tǒng)C4 光環(huán)境系統(tǒng)

14、C5 熱環(huán)境系統(tǒng)C6 二級體系 住宅住宅B2 能源系統(tǒng)C7 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)C8 室內(nèi)設(shè)施C9 附屬設(shè)施C10 物業(yè)管理物業(yè)管理B3 服務(wù)功能C11 廢棄物管理系統(tǒng)C12 管理功能C13 社會文化社會文化B4 硬件設(shè)施C14 文化生活C15 文明程度C16 三級體系 城鎮(zhèn)生態(tài)健康小區(qū)指標(biāo)體系示意圖城鎮(zhèn)生態(tài)健康小區(qū)指標(biāo)體系示意圖表表 南京市龍江小區(qū)（陽光廣場）生態(tài)健康小區(qū)指標(biāo)體系一、二、三級指標(biāo)數(shù)值南京市龍江小區(qū)（陽光廣場）生態(tài)健康小區(qū)指標(biāo)體系一、二、三級指標(biāo)數(shù)值指標(biāo)指標(biāo) 數(shù)值數(shù)值 A A 0.550.55 指標(biāo)指標(biāo) 數(shù)值數(shù)值 B B1 1 B B2 2 B B3 3 B B4 4 0.48 0.480

15、.48 0.48 0.69 0.61 0.69 0.61 指標(biāo)指標(biāo) 數(shù)值數(shù)值 C C1 1 C C2 2 C C3 3 C C4 4 C C5 5 C C6 6 C C7 7 C C8 8 0.54 0.50 0.500.54 0.50 0.50 0.21 0.68 0.21 0.68 0.75 0.50 0.60 0.75 0.50 0.60 指標(biāo)指標(biāo) 數(shù)值數(shù)值 C C9 9 C C10 10 C C11 11 C C12 12 C C13 13 C C14 14 C C15 15 C C1616 0.50 0.25 0.75 0.68 0.63 0.50 0.25 0.75 0.68 0.

16、63 0.64 0.60 0.600.64 0.60 0.60 注: 由本體系評分獲總分達(dá)80以上者，即A為0.8，便可稱為生健康小區(qū)；A為0.60.8者，與生態(tài)健康標(biāo)準(zhǔn)有一定差距；A為0.50.6者，與生態(tài)健康標(biāo)準(zhǔn)有相當(dāng)差距；A為0.5以下者，為生態(tài)健康水平低下。 表中A、B、C的含義與圖1各級指標(biāo)按順序一一對應(yīng)。 2 2 生態(tài)工程的系統(tǒng)分析生態(tài)工程的系統(tǒng)分析 生態(tài)工程評價(jià)的方法有多種，如經(jīng)驗(yàn)評估法、單項(xiàng)指標(biāo)評價(jià)法、綜合分級評分法、多指標(biāo)綜合評價(jià)法，每一種方法都有各自的缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，有些方法簡單易行，但主觀性較大，有些方法較為嚴(yán)密，但計(jì)算時(shí)較為復(fù)雜?，F(xiàn)在較為先進(jìn)的為能值分析法（Emergy A

17、nalysis）。19701981199120532011(c)(b)(a)012345619401960198020002020204020602080 年太 陽 能 值 (E16 Sej/yr) 實(shí) 際 曲 線20 年 恢 復(fù)60 年 恢 復(fù)未 完 全 恢 復(fù)三種恢復(fù)手段能值隨時(shí)間變化圖 李文華先生等提出準(zhǔn)確的中文表述為：“農(nóng)林(牧)復(fù)合經(jīng)營系統(tǒng)是指在同一土地管理單元之上，人為地把多年生木本植物(如喬木、灌木、棕櫚、竹類等)與其他栽培植物(如農(nóng)作物、藥用植物、經(jīng)濟(jì)植物以及真菌等)和動物，在空間上或按一定的時(shí)序安排在一起而進(jìn)行管理的土地利用和經(jīng)營系統(tǒng)的綜合。 在農(nóng)林(牧)復(fù)合經(jīng)營系統(tǒng)中，在不

18、同的組分間應(yīng)具有生態(tài)學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)上的聯(lián)系?！?農(nóng)林(牧)復(fù)合經(jīng)營系統(tǒng)符合生態(tài)工程的性質(zhì)特征，因而也可以定名為農(nóng)林牧復(fù)合生態(tài)工程。1.1 生物成分必須與環(huán)境條件相適應(yīng)，要因地制宜地進(jìn)行經(jīng)營類型的選擇和系統(tǒng)的輔助設(shè)計(jì)。 1.2各生物成分之間，不是孤立的，是互相聯(lián)系、互相作用的，在引入物種時(shí)要謹(jǐn)慎從事，要考慮到該物種對其他物種和整個(gè)系統(tǒng)的影響。 1.3 必須保證物流與能流的通暢，通過提高第一性生產(chǎn)力和提高生態(tài)效率(能量轉(zhuǎn)化率)來提高整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)力；又通過多層級地利用物質(zhì)和能量，減少外流浪費(fèi)，提高系統(tǒng)的綜合效益。 為了反映農(nóng)林牧復(fù)合經(jīng)營的效率，Mead和Willey80年代提出用“土地等效率”或稱“土

19、地利用當(dāng)量法” 來表示。一個(gè)農(nóng)林牧復(fù)合經(jīng)營系統(tǒng)的土地等效率(LER)是其各個(gè)組分的土地等效率之和)。計(jì)算式為： 當(dāng)LER1.0時(shí)，表示該復(fù)合系統(tǒng)具較高的效率；當(dāng)LER1.0 時(shí)，表示系統(tǒng)效率較低；當(dāng)LER=1.0時(shí)，表示該系統(tǒng)效率與單種時(shí)相當(dāng)。增產(chǎn)與增值原則；打破單一經(jīng)營，保證生態(tài)系統(tǒng)自身的穩(wěn)定和持續(xù)發(fā)展；合理有效地人工調(diào)控(如桑基魚塘中魚環(huán)的增加，農(nóng)牧系統(tǒng)中糞肥先生產(chǎn)沼氣再做肥料將生產(chǎn)轉(zhuǎn)化鏈拉長等)。 供求法則；在提高系統(tǒng)物種多樣性的同時(shí)，順應(yīng)市場供求形成的價(jià)格導(dǎo)向，進(jìn)行不同作物品種的不同時(shí)空配置，力爭向市場提供豐富多樣、適銷對路的產(chǎn)品。 充分利用自然資源和勞動力資源；如桐農(nóng)間作，利用泡桐秋

20、冬的落葉及初夏的開花生葉與小麥基本不爭光；合理安排農(nóng)業(yè)勞力(季節(jié)性)和農(nóng)村勞力(多種就業(yè))，以提高系統(tǒng)的效益和農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入。 長效與短效相結(jié)合；農(nóng)林牧復(fù)合經(jīng)營中，農(nóng)業(yè)項(xiàng)目一般周期較短，畜牧業(yè)相差較大，從幾個(gè)月到23年，林業(yè)則較長，但若干年后年年會有效益；應(yīng)長短結(jié)合，以短養(yǎng)長地安排多種經(jīng)營項(xiàng)目，優(yōu)先發(fā)展“短平快”的項(xiàng)目，也積極安排中長期項(xiàng)目，以利于經(jīng)濟(jì)綜合健康發(fā)展。 風(fēng)險(xiǎn)最小原則；農(nóng)林牧受自然生態(tài)環(huán)境影響很大，合理配置可以減少災(zāi)害帶來的損失；另外市場價(jià)格和需求對農(nóng)林牧生產(chǎn)結(jié)構(gòu)影響也很大，因地制宜發(fā)展多元化經(jīng)營，作到產(chǎn)業(yè)多樣化，產(chǎn)品多樣化，結(jié)構(gòu)系列化，分散市場風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)的競爭性。 發(fā)展資源節(jié)約型和技術(shù)密集型系統(tǒng)；發(fā)展立體種植結(jié)構(gòu)(空間上和時(shí)間上)，使當(dāng)?shù)氐墓?、?/p>