1、 上节课思考题：上节课思考题： 说出一个系统整体功能大于部分之和的例说出一个系统整体功能大于部分之和的例子。子。 举例说出发生在你身边的物质循环利用形举例说出发生在你身边的物质循环利用形式，并阐明物质循环利用的优点。式，并阐明物质循环利用的优点。第三章第三章 生态工程设计生态工程设计主要内容主要内容第一节第一节 生态工程设计原则（生态工程设计原则（Z Z）第二节第二节 生态工程设计路线（生态工程设计路线（Z Z）第三节第三节 生态工程设计示范生态工程设计示范教学要求教学要求掌握生态工程设计原则、路线掌握生态工程设计原则、路线深刻理解生态工程设计的案例深刻理解生态工程设计的案例第一节第一节 生态
2、工程设计原则（生态工程设计原则（Z Z）什么是生态工程设计？什么是生态工程设计？ 生态工程设计生态工程设计:指按照生态工程的原理，特别是指按照生态工程的原理，特别是整整体、协调、循环、自生、因地制宜原理体、协调、循环、自生、因地制宜原理，以生态，以生态系统自组织、自我调节功能为基础，在少量人类系统自组织、自我调节功能为基础，在少量人类辅助能的帮助下，充分利用自然生态系统功能的辅助能的帮助下，充分利用自然生态系统功能的过程。同时根据生态工程实施的地方自然条件按、过程。同时根据生态工程实施的地方自然条件按、社会条件、经济条件等，社会条件、经济条件等，优化组合各种技术优化组合各种技术，使，使之相互联
3、系成为一个有机系统，达到多层次多目之相互联系成为一个有机系统，达到多层次多目标分级利用物质，促进物质良性循环，同步增加标分级利用物质，促进物质良性循环，同步增加与兼收经济、生态和社会效益。与兼收经济、生态和社会效益。组合的技术的特点：组合的技术的特点：物理的、化学的、生物的；物理的、化学的、生物的；涉及专业广泛，可以是农、林、牧、副、渔等；涉及专业广泛，可以是农、林、牧、副、渔等；可以是早已应用过的，但过去尚为联系到生态工程可以是早已应用过的，但过去尚为联系到生态工程中去中去虽在当地尚未用过，但是在国内或国外其他地方已虽在当地尚未用过，但是在国内或国外其他地方已经应用过的成熟技术经应用过的成熟
4、技术少量或个别技术是创新的少量或个别技术是创新的关键在于技术的优化组合关键在于技术的优化组合组合的方法：组合的方法：加环或减环加环或减环增加或改变接合点，改善或加强食物链网及生产流增加或改变接合点，改善或加强食物链网及生产流程中各环节的系列连接与协调比量，疏通物流、能程中各环节的系列连接与协调比量，疏通物流、能流通路；流通路；连结原本平行、独立的、无或少联系的一些生产单连结原本平行、独立的、无或少联系的一些生产单位，成为互利共生的网络系统；位，成为互利共生的网络系统；通过组合，促进多系统内空间、时间及所有生产过通过组合，促进多系统内空间、时间及所有生产过程的产品、副产品及废物。程的产品、副产品
5、及废物。采用的设备：采用的设备： 大部分是自然界所有：植物、动物、微生物；大部分是自然界所有：植物、动物、微生物； 少部分人为制造的：沼气发酵罐、养鱼池、畜禽少部分人为制造的：沼气发酵罐、养鱼池、畜禽舍等。舍等。 一、生态工程设计原则一、生态工程设计原则 （一）因地因类制宜原则（一）因地因类制宜原则 自然条件：自然条件：气候、地形、地貌、可供生态工程的土地气候、地形、地貌、可供生态工程的土地及水体的类型、面积、体积、植被的类型及水体的类型、面积、体积、植被的类型 社会条件社会条件：体制、文化、有关的方针政策、社会习惯：体制、文化、有关的方针政策、社会习惯 经济条件经济条件：投资、物力、产品的市
6、场及其潜力等：投资、物力、产品的市场及其潜力等自然条件：北方是否适合用凤眼莲净化污水？自然条件：北方是否适合用凤眼莲净化污水？凤眼莲适合南方的气候，可用于污水处理，不适合北方污凤眼莲适合南方的气候，可用于污水处理，不适合北方污水处理。水处理。主要是由于凤眼莲需要主要是由于凤眼莲需要1515度以上才能生长；度以上才能生长；北方要用水芹菜、黑麦草代替凤眼莲北方要用水芹菜、黑麦草代替凤眼莲社会条件：社会条件：我国我国用鲢鲬等吃浮游植物的鱼类，防止水体污用鲢鲬等吃浮游植物的鱼类，防止水体污染，转化水中的藻类成为食用鱼。染，转化水中的藻类成为食用鱼。美国：美国：美国自然条件适于养殖鲢鲬鱼，但是美美国自然
7、条件适于养殖鲢鲬鱼，但是美国人不吃这种淡水鱼，所以市场难以销售，因国人不吃这种淡水鱼，所以市场难以销售，因此不能用鲢鲬鱼治理富营养化。此不能用鲢鲬鱼治理富营养化。经济条件：经济条件：我国我国：用芦苇湿地治理污水，因为我国用芦苇造纸；：用芦苇湿地治理污水，因为我国用芦苇造纸；欧美欧美：不用芦苇造纸，所以湿地系统不种芦苇作为水生：不用芦苇造纸，所以湿地系统不种芦苇作为水生植物植物 一般规律：一般规律： 地形平坦地形平坦、土壤肥沃、水源丰富的地方适合发展、土壤肥沃、水源丰富的地方适合发展耕作业耕作业。例长江。例长江三角洲、珠江三角洲、三大平原区等地区，这些地方地形、土壤、三角洲、珠江三角洲、三大平原
8、区等地区，这些地方地形、土壤、水源、气候条件相对来说都比较优越。水源、气候条件相对来说都比较优越。 地形陡峭地形陡峭、水土容易流失的地方适合发展、水土容易流失的地方适合发展林业林业。既增加收入，又。既增加收入，又可保持水土，发挥森林的环境效益。可保持水土，发挥森林的环境效益。 气候干旱气候干旱、降水稀少，但牧草生长良好地方，适合发展、降水稀少，但牧草生长良好地方，适合发展畜牧业畜牧业。 河湖较多河湖较多，水资源充足的地方适合发展，水资源充足的地方适合发展渔业渔业。 “宜林则林宜林则林”“”“宜粮则粮宜粮则粮”“”“宜牧则牧宜牧则牧”“”“宜渔则渔宜渔则渔”这是这是“因因地制宜地制宜”发展农业的
9、四大原则，违背这些原则不合理利用土地或发展农业的四大原则，违背这些原则不合理利用土地或利用过度都将遭到大自然的报复。利用过度都将遭到大自然的报复。自然条件：自然条件： 例例1 1：桔生淮南则为桔，生于淮北则为枳（：桔生淮南则为桔，生于淮北则为枳（zhizhi ）。）。为什么？为什么？( (土壤差异、气候差异土壤差异、气候差异) ) 例例2 2：我国海南岛上香蕉树、四川盆地柑橘树、山我国海南岛上香蕉树、四川盆地柑橘树、山东丘陵苹果树。为什么？东丘陵苹果树。为什么？( (热量条件的差异热量条件的差异) ) 例例3 3：我国农作物种植中，北方以小麦为主，南方：我国农作物种植中，北方以小麦为主，南方以
10、水稻为主。为什么？以水稻为主。为什么？( (水源条件差异水源条件差异) ) 例例4 4：贵州威宁彝族回族苗族自治县贵州威宁彝族回族苗族自治县草海草海，是我国著，是我国著名的名的高原湿地高原湿地，包括保护珍禽黑颈鹤在内的，包括保护珍禽黑颈鹤在内的140140多种多种候鸟在此越冬。草海周围居住着候鸟在此越冬。草海周围居住着3 3万多农民，人均不万多农民，人均不到到5 5分耕地，农民生活贫困，人鸟争地，矛盾尖锐。分耕地，农民生活贫困，人鸟争地，矛盾尖锐。 历史上的草海，水域面积历史上的草海，水域面积4545平方公里。上世纪平方公里。上世纪7070年年代，人们围湖造田，水域面积减小到代，人们围湖造田，
11、水域面积减小到5 5平方公里。平方公里。8080年代重新筑坎蓄水，草海水域面积有所恢复，农民年代重新筑坎蓄水，草海水域面积有所恢复，农民弃田上岸，骤感生计艰难。弃田上岸，骤感生计艰难。 草海地区农民围湖造田的做法是否合理？为什么？草海地区农民围湖造田的做法是否合理？为什么？ 不合理，这种做法违背因地制宜的原则，破坏了草不合理，这种做法违背因地制宜的原则，破坏了草海地区的生态平衡海地区的生态平衡 草海地区农民该怎么办？请你为他们出主意？草海地区农民该怎么办？请你为他们出主意？事例事例5 5：贵州麻江成为：贵州麻江成为“锌硒米之乡锌硒米之乡”贵州省麻江县是一个苗族占贵州省麻江县是一个苗族占80%8
12、0%的内陆山区农业县，由于该县土的内陆山区农业县，由于该县土壤富含锌硒元素，近几年，他们大力开拓壤富含锌硒元素，近几年，他们大力开拓特色米产业特色米产业，经科技专，经科技专家的指导，目前，家的指导，目前，“锌硒多元素米锌硒多元素米”已成为该县的特色产业。麻已成为该县的特色产业。麻江县也由此成为江县也由此成为“锌硒米之乡锌硒米之乡”。据测定，麻江锌硒米平均含硒量达据测定，麻江锌硒米平均含硒量达0.04 mg/kg0.04 mg/kg，能满足人体每天，能满足人体每天摄入量的要求，此外，麻江锌硒米的其他十种微量元素的含量也摄入量的要求，此外，麻江锌硒米的其他十种微量元素的含量也高于一般大米，使这一锌
13、硒米成为一种优质保健米，为山区群众高于一般大米，使这一锌硒米成为一种优质保健米，为山区群众增收创出了一条路子。增收创出了一条路子。为什么麻江能成为优质保健米为什么麻江能成为优质保健米“锌硒米之乡锌硒米之乡”？自然条件：这里的土壤富含锌硒元素，适合该种米的生长自然条件：这里的土壤富含锌硒元素，适合该种米的生长社会条件：社会认可，需求社会条件：社会认可，需求 锌功能：锌功能： 硒功能：硒功能：自然条件、社会条件：自然条件、社会条件： 锌对人体的重要作用锌对人体的重要作用 ： - 促进人体的生长发育促进人体的生长发育 处于生长发育期的儿童、青少年如果缺锌，会导致发育不处于生长发育期的儿童、青少年如果
14、缺锌，会导致发育不良。缺乏严重时，将会导致侏儒症和智力发育不良。良。缺乏严重时，将会导致侏儒症和智力发育不良。 - 维持人体正常食欲维持人体正常食欲 缺锌会导致味觉下降，出现厌食、偏食甚至异食。缺锌会导致味觉下降，出现厌食、偏食甚至异食。 - 增强人体免疫力增强人体免疫力 锌元素是免疫器官胸腺发育的营养素，只有锌量充足才能锌元素是免疫器官胸腺发育的营养素，只有锌量充足才能有效保证胸腺发育，正常分化有效保证胸腺发育，正常分化T淋巴细胞，促进细胞免疫淋巴细胞，促进细胞免疫功能。功能。 - 促进伤口和创伤的愈合促进伤口和创伤的愈合 补锌剂最早被应用于临床就是补锌剂最早被应用于临床就是用来治疗皮肤病。
15、用来治疗皮肤病。 - 影响维生素影响维生素A的代谢和正常视觉的代谢和正常视觉 硒的作用：硒的作用：增强免疫力：增强免疫力： 防止糖尿病：防止糖尿病： 防止白内障：防止白内障： 防止心脑血管疾病：防止心脑血管疾病： 防止克山病、大骨节病、关节炎：防止克山病、大骨节病、关节炎： 解毒、排毒：解毒、排毒： 防治肝病、保护肝脏：防治肝病、保护肝脏： 自然因素、社会、经济因素：自然因素、社会、经济因素： 我国世纪年代初苹果畅销，北方许多地我国世纪年代初苹果畅销，北方许多地区盲目扩大苹果的种植规模。到区盲目扩大苹果的种植规模。到19961996年，我国市年，我国市场上苹果供过于求，不仅价格大跌，而且出现了
16、场上苹果供过于求，不仅价格大跌，而且出现了严重的滞销局面。严重的滞销局面。 苹果种植规模的扩大及后来的滞销主要是受什么苹果种植规模的扩大及后来的滞销主要是受什么因素的影响？因素的影响？ 市场需求量市场需求量A城市城市B郊区郊区C郊外郊外处种植蔬菜、发处种植蔬菜、发展肉、乳、禽、蛋展肉、乳、禽、蛋生产。因为生产。因为B B处靠处靠近城市中心区，这近城市中心区，这些农产品的市场需些农产品的市场需求量大。求量大。 C C处选择种水稻、处选择种水稻、小麦、玉米。这里小麦、玉米。这里远离城市，地形平远离城市，地形平坦、耕地面积大、坦、耕地面积大、水源充足。在山区水源充足。在山区可发展林业，栽种可发展林业
17、，栽种果树。果树。 （二）生态学原则（二）生态学原则1 1、适当的输入辅助能的原则、适当的输入辅助能的原则主要能源：主要能源：中、西方：太阳能中、西方：太阳能辅助能辅助能：（目的不同）：（目的不同）西方：化石燃料和电能西方：化石燃料和电能中国：人力中国：人力 2 2、再生循环及商品生产原则、再生循环及商品生产原则 西方：西方：以环境保护为主，发挥再生与循环以环境保护为主，发挥再生与循环的作用，但一般不注重生产商品或可利用的作用，但一般不注重生产商品或可利用原料；原料； 中国：中国：再生循环，去除污染，还要生产出再生循环，去除污染，还要生产出高产、低耗、优质、高效的生产适销对路高产、低耗、优质、
18、高效的生产适销对路的商品或可利用的原料，化废为宝，收到的商品或可利用的原料，化废为宝，收到经济效益。经济效益。 3 3、生物多样性原则、生物多样性原则 生物多样性高，可以充分利用各类生态位和多层生物多样性高，可以充分利用各类生态位和多层分级利用物质。分级利用物质。 西方：生物多样性低西方：生物多样性低 中国：生物多样性高中国：生物多样性高4 4、环境的时间节律与生物的机能节律原则、环境的时间节律与生物的机能节律原则（1 1）环境因子的时间节律原则）环境因子的时间节律原则（2 2）生物的机能节律原则）生物的机能节律原则 （1 1）环境因子的时间节律原则）环境因子的时间节律原则 由于由于光照光照的
19、周期性变化，地球上的周期性变化，地球上温度、湿温度、湿度、降水度、降水等因子随着时间变化而不断变化等因子随着时间变化而不断变化 周期性因子：周期性因子： 年周期、月周期、日周期、季节变化年周期、月周期、日周期、季节变化 非周期性因子：非周期性因子： 例如避开干旱种植树木例如避开干旱种植树木年降雨量、年平均温度、日平均温度、日最高风速年降雨量、年平均温度、日平均温度、日最高风速 （2 2）生物的机能节律原则）生物的机能节律原则 1 1）日周期：）日周期：生物的生命活动显示出生物的生命活动显示出24h24h循环一循环一次的现象次的现象 例如：光合作用、叶子形状、开花的现象。例如：光合作用、叶子形状
20、、开花的现象。 人的记忆特点：人的记忆特点：“早晨型早晨型”、“夜晚型夜晚型”如细胞分裂、高等动植物组织中多种成分的浓度、活性如细胞分裂、高等动植物组织中多种成分的浓度、活性昆虫日间活动、食虫鸟日间活动、鼠类、蚊蝇夜间活动昆虫日间活动、食虫鸟日间活动、鼠类、蚊蝇夜间活动猫头鹰夜间活动猫头鹰夜间活动2 2）月周期：）月周期：约约29.529.5天为一期，主要反映在动物动情和生殖天为一期，主要反映在动物动情和生殖周期上。周期上。月的圆缺与潮汐活动月的圆缺与潮汐活动 3 3）年周期：）年周期： 动物的冬眠、休眠、候鸟、蛇的褪皮夏蛰、动物的冬眠、休眠、候鸟、蛇的褪皮夏蛰、洄游洄游, ,植物的发芽、开花
21、、结实等现象均有植物的发芽、开花、结实等现象均有明显的年周期节律。明显的年周期节律。 如何利用生物的机能节律和环境因子的时如何利用生物的机能节律和环境因子的时间节律？间节律？ 在生态工程种群的选择在生态工程种群的选择与在生态工程种群的选择在生态工程种群的选择与匹配过程中匹配过程中合理地利用不同生物的机能节律，与合理地利用不同生物的机能节律，与当地环境节律合理配合当地环境节律合理配合，就可以做到环境资源的，就可以做到环境资源的合理利用。合理利用。 例如：例如： 猫头鹰夜间活动猫头鹰夜间活动并以昼伏夜出的小动物为食，并以昼伏夜出的小动物为食， 鹰白天活动鹰白天活动并以夜伏昼出的小动物为食并以夜伏昼
22、出的小动物为食 两种同是食肉类猛禽就可以生活在同一片森林中各两种同是食肉类猛禽就可以生活在同一片森林中各得其所。得其所。 再如：再如： 在大小兴安岭的落叶松林中，我们可以看到在大小兴安岭的落叶松林中，我们可以看到春美草、春美草、赤莲赤莲等地被植物在等地被植物在早春落叶松出叶以前开花结实，早春落叶松出叶以前开花结实， 而而紫菀和一枝黄花紫菀和一枝黄花则在晚秋完成其生活周期。则在晚秋完成其生活周期。 它们它们与主要种群落叶松形成合理的时间节律配合与主要种群落叶松形成合理的时间节律配合。 又如：又如： 北方干旱半干旱地区春季干旱少雨，造林成活率北方干旱半干旱地区春季干旱少雨，造林成活率极低，而我们如
23、果采取一些技术手段使造林绿化极低，而我们如果采取一些技术手段使造林绿化避开这一严酷的时间阶段，避开这一严酷的时间阶段，改在雨季造林改在雨季造林，就可，就可以使成活率成倍数提高。以使成活率成倍数提高。 中国科学院石家庄农业现代化研究所在太行山造中国科学院石家庄农业现代化研究所在太行山造林绿化生态工程中采取了林绿化生态工程中采取了塑料袋集约化育苗塑料袋集约化育苗，雨，雨季造林，取得了成活率季造林，取得了成活率8585以上的好成绩。以上的好成绩。 5 5 生物种群选择原则（目的性极强）生物种群选择原则（目的性极强） 生物种群选择的原则一般有两条：生物种群选择的原则一般有两条： 根据生态工程建设的主要
24、目的来选择。根据生态工程建设的主要目的来选择。所选择的生物所选择的生物种群都要服从这一主要目的。同时，在保证主要目的种群都要服从这一主要目的。同时，在保证主要目的的原则下应当尽量考虑其他对人类有益的作用，也就的原则下应当尽量考虑其他对人类有益的作用，也就是常讲的是常讲的“多功能多功能”。在同样可以达到主要目的的种在同样可以达到主要目的的种群抉择中，群抉择中，要尽量选择兼有其他功能的种群要尽量选择兼有其他功能的种群。 根据工程所处自然环境特征来选择。根据工程所处自然环境特征来选择。选定适生种群，选定适生种群，这就是常说的这就是常说的“因地制宜因地制宜”，这两条原则并不是主从，这两条原则并不是主从
25、关系，而是处于关系，而是处于同等重要的地位同等重要的地位。有些地带以前者居。有些地带以前者居先，像一些生态较好的地区。有些则以后者居先，像先，像一些生态较好的地区。有些则以后者居先，像一些环境脆弱、恶劣地域。一些环境脆弱、恶劣地域。 例如：例如： 中国科学院中国科学院太行山白果树生态工程试区太行山白果树生态工程试区，在进行立，在进行立体林业工程的生物种群选择上，根据当地体林业工程的生物种群选择上，根据当地干旱贫瘠、干旱贫瘠、降雨集中降雨集中的情况，确立以的情况，确立以水土涵养水土涵养为主，尽量增加为主，尽量增加林地覆盖率为主要目的，兼顾中短期经济效益，以林地覆盖率为主要目的，兼顾中短期经济效益
26、，以做到在改善生态环境的同时改善当地山区人民的生做到在改善生态环境的同时改善当地山区人民的生活条件。活条件。 选定了选定了火炬树火炬树( (兼具美化效益兼具美化效益) )和兼顾经济效益的果和兼顾经济效益的果树树石榴、山桃、山杏、毛樱桃和中药材山茱萸为石榴、山桃、山杏、毛樱桃和中药材山茱萸为主主要种群。而排除了在当地经济性状不良的刺槐和没要种群。而排除了在当地经济性状不良的刺槐和没有成林希望的侧柏、油松。有成林希望的侧柏、油松。 6 6 种群匹配原则种群匹配原则 主要种群选定后就要匹配次要种群。主要种群选定后就要匹配次要种群。 如何进行种群匹配？如何进行种群匹配？ 利用生态位、共生互生，充分利用
27、空间、时间、利用生态位、共生互生，充分利用空间、时间、营养、生态位营养、生态位 实验研究实验研究 向大自然学习向大自然学习 例如：例如： 四川黄连农场匹配的白马桑四川黄连农场匹配的白马桑 白马桑：适于山坡林下、山顶灌丛和沟边等地白马桑：适于山坡林下、山顶灌丛和沟边等地 太行山白果树试区选定的多种豆科牧草；果园中太行山白果树试区选定的多种豆科牧草；果园中加入的食用菌加入的食用菌. 海南橡胶园中选定的茶树海南橡胶园中选定的茶树-胶茶间作胶茶间作 茶树生长环境：光照是茶树生存的首要条件，不茶树生长环境：光照是茶树生存的首要条件，不能太强也不能太弱，对紫外线有特殊嗜好，因而能太强也不能太弱，对紫外线有
28、特殊嗜好，因而高山出好茶；高山出好茶； 橡胶树既可抵抗低温、风害等不利条件，减轻水橡胶树既可抵抗低温、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，也将土地利用率提的增加，增强抗病虫的能力，也将土地利用率提高了高了50-70%，提高了光能利用率，橡胶树的平均，提高了光能利用率，橡胶树的平均生长量比单胶林提高了生长量比单胶林提高了17%，总产值比单胶林提，总产值比单胶林提高了高了80%以上。以上。产量产量 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 合计合计 胶茶群落茶胶茶群落茶 82
29、5 2010 3472.5 3105 2055 1762.5 2287.5 15517.5纯茶纯茶 510 1320 2422.5 3120 3187.5 1290 2580 14430胶茶群落中茶树与纯茶园茶叶产量比较（胶茶群落中茶树与纯茶园茶叶产量比较（kg/hm2） 7 7 人工压缩演替周期原则人工压缩演替周期原则 数百年数百年 土壤颗粒增加土壤有机质积累土层增加阳性树种入侵阴性树种进入土壤肥力增加地衣植物阶段苔藓植物阶段草本植物阶段高草灌木阶段阳性乔木阶段多层次森林群落阶段 例如：例如： 我国干旱半干旱地区、严重水土流失地区、贫瘠我国干旱半干旱地区、严重水土流失地区、贫瘠黄山丘陵区、盐
30、碱化地区等黄山丘陵区、盐碱化地区等 第一期工程：抗性较强的先锋树种或抗旱灌木、第一期工程：抗性较强的先锋树种或抗旱灌木、牧草，牧草，旱生的柠条旱生的柠条、胡枝子、沙棘、沙打旺等豆、胡枝子、沙棘、沙打旺等豆科植物，抗风沙、改良土壤科植物，抗风沙、改良土壤 第二期工程：乔木树种，形成疏林结构第二期工程：乔木树种，形成疏林结构 第三期工程：乔、灌、草结合第三期工程：乔、灌、草结合 8 8 种群置换原则种群置换原则 以人工选择的组分代替自然种群；以人工选择的组分代替自然种群； 利用习性相同的生物之间的选择与置换来建造新的利用习性相同的生物之间的选择与置换来建造新的生态系统。生态系统。 例如：例如： 以
31、豆科作物、豆科牧草或中草药植物代替地被物以豆科作物、豆科牧草或中草药植物代替地被物 以经济灌木或小乔木组成下木以经济灌木或小乔木组成下木 以食用菌代替腐生性低等生物以食用菌代替腐生性低等生物 人工控制株行距，减少竞争人工控制株行距，减少竞争 以结构的人工合理调控代替种间种内竞争，从而减以结构的人工合理调控代替种间种内竞争，从而减少耗损；少耗损； 9 9经济效益原则经济效益原则 西方：环保西方：环保 中国：环保中国：环保+ +实利实利第二节第二节 生态工程设计路线生态工程设计路线一、逻辑准备一、逻辑准备二、技术路线二、技术路线一、逻辑准备一、逻辑准备1 1、拟定目标、拟定目标2 2、背景调查、背
32、景调查3 3、模型分析与模拟、模型分析与模拟4 4、工程可行性评价、工程可行性评价5 5、生态工程设计的科学基础、生态工程设计的科学基础1 1、拟定目标、拟定目标（1 1）社会目标）社会目标（2 2）经济目标）经济目标（3 3）生态目标）生态目标 整体协调目标：整体协调目标：自然生态系统是否合理、经济自然生态系统是否合理、经济系统是否有利、社会系统是否有效系统是否有利、社会系统是否有效（1 1）社会目标）社会目标科技、文教、管理和道德水平科技、文教、管理和道德水平（2 2）经济目标）经济目标生产、消费、积累和流通水平生产、消费、积累和流通水平（3 3）生态目标）生态目标结构和功能和谐稳定结构和
33、功能和谐稳定2 2、背景调查、背景调查（1 1）自然资源条件：）自然资源条件：生物、土地、矿产、水资源等生物、土地、矿产、水资源等干旱地区：生物资源短缺，水资源短缺干旱地区：生物资源短缺，水资源短缺沿海：土地、水资源丰富沿海：土地、水资源丰富/ /生物资源、矿产资源短缺生物资源、矿产资源短缺（2 2）社会经济条件）社会经济条件包括：市场状况、劳动力、知识水平、经济实力包括：市场状况、劳动力、知识水平、经济实力产品的开发：（加环后的产品）需要的劳动力是否满足、市场需求量、劳产品的开发：（加环后的产品）需要的劳动力是否满足、市场需求量、劳动力的知识水平是否可以开展新产品的开发？尤其是工业生态工程或
34、者产动力的知识水平是否可以开展新产品的开发？尤其是工业生态工程或者产业生态工程设计业生态工程设计养殖蘑菇：什么品种？养殖蘑菇：什么品种？如果不能满足，应该怎样解决？如果不能满足，应该怎样解决？（3 3）生态环境条件）生态环境条件气候条件、土壤条件、污染状况等，酸性土壤、盐碱土、干旱气候条件、土壤条件、污染状况等，酸性土壤、盐碱土、干旱是否适合种植特定种的植物等。是否适合种植特定种的植物等。生物生物环境环境例如：存在污染的地区，便不能发展有机食品，除非污染被彻底治理。例如：存在污染的地区，便不能发展有机食品，除非污染被彻底治理。 总之：总之： 搜集数据应该包括：所研究系统中的搜集数据应该包括：所
35、研究系统中的组成、组成、状态、组分之间的物质、能量、信息流动、状态、组分之间的物质、能量、信息流动、系统的输出以及与外界的货币、物质等因系统的输出以及与外界的货币、物质等因子的交换子的交换等等。等等。 3 3、模型分析与模拟、模型分析与模拟 根据拟定的目标和收集的数据，构建合适的数学模根据拟定的目标和收集的数据，构建合适的数学模型。型。 通过模型的运算，评价所选的模型类型和数据集是通过模型的运算，评价所选的模型类型和数据集是否合适，否合适， 在模型和数据集合适的基础上，通过运算，找出在模型和数据集合适的基础上，通过运算，找出关关键组分和关键因子键组分和关键因子， 找出系统各组分间的物质和能量的
36、流通规律以及流找出系统各组分间的物质和能量的流通规律以及流通率变化对系统的潜在压力和影响效应，通率变化对系统的潜在压力和影响效应， 找出组分的灵敏性和系统平衡及稳定能力，找出反找出组分的灵敏性和系统平衡及稳定能力，找出反馈作用的强度和效应等等。馈作用的强度和效应等等。 结合定性研究，评价和分析系统的整体行为特征和结合定性研究，评价和分析系统的整体行为特征和发展趋势，并进行综合评价。发展趋势，并进行综合评价。 4 4 工程可行性评价工程可行性评价 生态系统模型提供了复合生态系统的静态特征和动生态系统模型提供了复合生态系统的静态特征和动态变化性质，是生态工程可行性分析或决策分析的态变化性质，是生态
37、工程可行性分析或决策分析的基础。基础。 通过可行性评价和决策分析，可以为管理和政府部通过可行性评价和决策分析，可以为管理和政府部门提供在不同社会、经济和自然资源条件下，生态门提供在不同社会、经济和自然资源条件下，生态工程实施的多条途径。系统恶化的风险最小。工程实施的多条途径。系统恶化的风险最小。 5 5 生态工程设计的科学基础生态工程设计的科学基础(1)(1)多学科性多学科性打破学科界限，自然科学、工学和社会科学紧密结合起来打破学科界限，自然科学、工学和社会科学紧密结合起来 (2)(2)多目标性多目标性摒弃传统的单目标、单向的思维方式，进行多目标、多层次和多属性摒弃传统的单目标、单向的思维方式
38、，进行多目标、多层次和多属性的分析研究和决策。的分析研究和决策。 多目标：经济目标、自然生态目标、社会目标多目标：经济目标、自然生态目标、社会目标(3)(3)整合性整合性针对复合系统内存在大量的不确定因素、取得完整数据的艰巨性和大针对复合系统内存在大量的不确定因素、取得完整数据的艰巨性和大规模、长周期的特点，必须突破传统的定性数学和统计数学的束缚，规模、长周期的特点，必须突破传统的定性数学和统计数学的束缚，采用宏观、微观相结合，定性与模糊相结合的手段，开展研究。采用宏观、微观相结合，定性与模糊相结合的手段，开展研究。(4)(4)整体性整体性要着眼于系统和亚系统的综合特征，而非系统组分间的细节分
39、析；要着眼于系统和亚系统的综合特征，而非系统组分间的细节分析；重在探索系统的整体结构、功能的行为，而非其数量的绝对变化。重在探索系统的整体结构、功能的行为，而非其数量的绝对变化。二、技术路线二、技术路线1、建立互利共生网络、建立互利共生网络2、延长食物链、延长食物链 1、建立互利共生网络、建立互利共生网络 中国：中国：基于整体、协调和内因与外因关系等基于整体、协调和内因与外因关系等理论。理论。 着重调控系统内部结构和功能，进行优化组着重调控系统内部结构和功能，进行优化组合合，提高系统本身的迁移、转化、再生一些，提高系统本身的迁移、转化、再生一些物质和能量的能力，对太阳能的利用率及自物质和能量的
40、能力，对太阳能的利用率及自净作用与环境容量，充分发挥物质生产潜力，净作用与环境容量，充分发挥物质生产潜力，尽量充分利用原料、产品、副产品、废物及尽量充分利用原料、产品、副产品、废物及时间、空间、营养生态位，提高整体的综合时间、空间、营养生态位，提高整体的综合效益。效益。 原则：原则：将平行的不相联结的两个种，联系在一起，将平行的不相联结的两个种，联系在一起，二者相辅相成，相得益彰，能动的发挥共生作用，二者相辅相成，相得益彰，能动的发挥共生作用，形成网络，做到物质循环利用。形成网络，做到物质循环利用。 互利共生网络：互利共生网络： 鱼鸭混养鱼鸭混养 稻田养鱼稻田养鱼 稻田养蟹稻田养蟹 基塘系统：
41、桑基鱼塘、草基鱼塘、菜基鱼塘、果基塘系统：桑基鱼塘、草基鱼塘、菜基鱼塘、果基鱼塘、林牧复合生态系统、林农复合生态系统基鱼塘、林牧复合生态系统、林农复合生态系统等等鱼鸭混养鱼鸭混养稻田养鱼稻田养鱼联合国粮农组织在世界范围内评选出了联合国粮农组织在世界范围内评选出了5个古老的农业系统，作为世界农业遗产个古老的农业系统，作为世界农业遗产进行保护。作为有着进行保护。作为有着700多年历史的农作方式，多年历史的农作方式，浙江青田浙江青田的稻田养鱼成为中国乃的稻田养鱼成为中国乃至亚洲惟一的入选项目。至亚洲惟一的入选项目。稻田养鱼稻田养鱼稻田养鱼稻田养鱼 稻田养鱼稻田养鱼( (或蟹或蟹) )：草食性、滤食性
42、和杂食性鱼草食性、滤食性和杂食性鱼 非生物因子：非生物因子：光、水、水温、光、水、水温、C0C02 2、pHpH值和一些无机值和一些无机营养盐；营养盐； 生物因子：生物因子： 初级生产者：初级生产者：水稻植株、杂草、藻类。水稻植株、杂草、藻类。 消费者：消费者： 浮游动物浮游动物( (原生动物、昆虫、甲壳类原生动物、昆虫、甲壳类) )， 底栖动物底栖动物( (软体动物、寡毛类、甲壳类、水生昆虫等软体动物、寡毛类、甲壳类、水生昆虫等) )， 鱼类鱼类( (泥鳅、黄鳝及人为放养的鱼种泥鳅、黄鳝及人为放养的鱼种) ) 水稻害虫及其天敌，水稻害虫及其天敌， 鱼苗的敌害动物。鱼苗的敌害动物。 鱼减耗：鱼
43、减耗： 鱼吃草（吃浮游的生物、底栖动物，减耗、增益），鱼吃草（吃浮游的生物、底栖动物，减耗、增益），减少草对肥料、阳光等竞争（杂草量可达每亩减少草对肥料、阳光等竞争（杂草量可达每亩3030435 kg435 kg之多，使水稻减产之多，使水稻减产10103030） 鱼增益：鱼增益： （1 1）生产环：滤食性鱼及杂食性鱼摄食田中浮游生）生产环：滤食性鱼及杂食性鱼摄食田中浮游生物、底栖生物，他们将一些本无经济价值不能直接物、底栖生物，他们将一些本无经济价值不能直接为人类利用的源转化成商品鱼，增加收益；为人类利用的源转化成商品鱼，增加收益； （2 2）增益环：稻田中放养）增益环：稻田中放养110110
44、天，密度每亩天，密度每亩400400尾，尾，每亩稻田鱼粪可达每亩稻田鱼粪可达176kg176kg，增加肥源，增益作用。，增加肥源，增益作用。桑基鱼塘桑基鱼塘 2、延长食物链（实质是加环）、延长食物链（实质是加环） 加环：加环：在一个生态系统或复合生态系统中的食物在一个生态系统或复合生态系统中的食物链网或生产流程中，增加一些环节，链网或生产流程中，增加一些环节，改变食物链改变食物链( (或生产流程或生产流程) )结构结构，扩大与增加系统的生态环境，扩大与增加系统的生态环境及经济效益，以发挥物质生产潜力，更充分利用及经济效益，以发挥物质生产潜力，更充分利用原先尚未利用的那部分物质和能量，促使物质流
45、原先尚未利用的那部分物质和能量，促使物质流与能量流的途径畅通，此即称之为加环。与能量流的途径畅通，此即称之为加环。 传统生产的目的：传统生产的目的： 提高单一产品的净生产量提高单一产品的净生产量 整个系统的效益提高了吗？整个系统的效益提高了吗？ 没有！没有！ 空间、时间及副产品、废弃物的利用不够充分空间、时间及副产品、废弃物的利用不够充分 生态工程的目的：生态工程的目的： 持续地、充分地利用空间、时间、物质持续地、充分地利用空间、时间、物质 生态系统中的各类物质的分层多级利用和物质循环生态系统中的各类物质的分层多级利用和物质循环 地地上上部部分分占占生生物物量量的的60%根占生物量的根占生物量
46、的40%秸秆占秸秆占50%籽粒占籽粒占50%直接食用的占直接食用的占65-70%副产品占副产品占30-35%供人直接需用的供人直接需用的产品仅占产品仅占20，80未被高效的未被高效的利用利用 植物植物- -产品产品- -人人玉米玉米玉米芯玉米芯木糖醇或糠醛木糖醇或糠醛残渣残渣食用菌食用菌残渣残渣蚯蚓蚯蚓蚓粪蚓粪有机肥有机肥植物植物-产品产品-副产品副产品-加工加工-植物植物秸秆燃料、还田秸秆燃料、还田玉米玉米秸秆秸秆微生物发酵微生物发酵饲料饲料禽、鱼、畜禽、鱼、畜粪便粪便沼气沼气沼液沼渣沼液沼渣有机肥有机肥植物植物-产品产品-副产品副产品-加工加工-植物植物立体养殖立体养殖 加环的种类加环的种
47、类5 5类：类： （1 1）生产环：）生产环：使非经济产品或废物使非经济产品或废物( (或部分用非或部分用非经济产品与废物经济产品与废物) )为人利用的经济产品为人利用的经济产品 畜禽粪便，棉籽壳，木糖醇渣等畜禽粪便，棉籽壳，木糖醇渣等食用菌食用菌 无毒的有机废水无毒的有机废水水培蔬菜或花卉（既处理净水培蔬菜或花卉（既处理净化了废水化了废水( (渣渣) )，又生产出商品），又生产出商品） （2 2）增益环：）增益环：不能直接生产出商品，但可加大或不能直接生产出商品，但可加大或提高生产环的效益。提高生产环的效益。 种植凤眼莲、细绿萍种植凤眼莲、细绿萍处理与净化无毒的有机处理与净化无毒的有机废水废
48、水达到养殖要求达到养殖要求养鱼养鱼 种植凤眼莲、细绿萍种植凤眼莲、细绿萍饲料饲料饲养家畜、家饲养家畜、家禽、养殖鱼类禽、养殖鱼类 （3 3）减耗环：在损耗环上增加一新环节，或者增大）减耗环：在损耗环上增加一新环节，或者增大原有的环节，使之抑制和削弱损耗环的作用，即减原有的环节，使之抑制和削弱损耗环的作用，即减耗环耗环 损耗环：农田害虫、害鼠等损耗环：农田害虫、害鼠等 如：用三叶草套种在白菜行间，可使白菜甲虫数量如：用三叶草套种在白菜行间，可使白菜甲虫数量降低降低9090，而只要行距合适，白菜并不减产。，而只要行距合适，白菜并不减产。油菜蚜虫油菜蚜虫七星七星瓢虫增多瓢虫增多油菜油菜棉花棉花+棉花
49、蚜虫棉花蚜虫油菜、棉花间作油菜、棉花间作被食被食（4 4）复合环：）复合环：添加的环节具有上述各环的多种功能添加的环节具有上述各环的多种功能农、林农、林生态系统生态系统蜜蜜 蜂蜂花粉花粉花蜜、黄腊、蜂王浆花蜜、黄腊、蜂王浆生产环生产环传粉传粉增产增产增益环增益环棉花的皮棉增产：棉花的皮棉增产：20油菜籽增产：油菜籽增产：18梨、苹果分别增产：梨、苹果分别增产：3050及及2047 鱼塘、鱼鱼塘、鱼商品鸭商品鸭生产环生产环鸭子鸭子饲饲料料泼泼溅溅鸭鸭子子粪粪便便有害水昆有害水昆虫、有病虫、有病鱼种或苗鱼种或苗被食用被食用减耗环减耗环增益环增益环鱼鸭混养鱼鸭混养 （5 5）加工环：）加工环：将食物
50、链中的废物、副产品、产品加工，促使将食物链中的废物、副产品、产品加工，促使生产环、增益环、复合环联结，增加经济收入，物质循环利用生产环、增益环、复合环联结，增加经济收入，物质循环利用 农业、林业生态系统产品输出，农业、林业生态系统产品输出，多以原粮、毛菜、水果多以原粮、毛菜、水果等形式等形式输出，产值低，输出物中一部分如留在系统内可参加循环，节输出，产值低，输出物中一部分如留在系统内可参加循环，节约成本、减少物质和产量损失的部分，但输出后却成为废物，约成本、减少物质和产量损失的部分，但输出后却成为废物，使垃圾增量，是无效输出。使垃圾增量，是无效输出。 毛菜：菜根、豆荚或边上老叶占毛菜：菜根、豆
