1、12背景背景35.1 概述概述5.1.1生态工程的产生生态工程的产生5.1.2概念概念5.1.3特点特点5.1.4应用类型应用类型45.1.1 生态工程的产生生态工程的产生 在生态工程产生之前，环境问题的产生是由于工业和生活中的物质大量的以废弃物形式进入环境，造成正常的物质转化和能量流动过程中的阻滞和耗竭。而最直接的解决办法是在不改变原系统结构的情况下，将生产过程中产生的污染物，通过环境工程手段解决在生产过程之后，即末端治理，希望达到污染物的零排放。但是，20多年的实践证明，将重点放到末端，即在危害发生后再进行净化处理的环境战略、政策和措施，有很大的局限性。这是因为：首先我们只有有限的资源来解
2、决、控制污染问题，其次，当我们使用一种技术取代另一种技术的时候，只是把污染物从一个媒介转入另一个媒介，仅仅是污染形式的改变；而且这种治理的投资越来越大，需要大量能量，特别是这种对策大多数是依靠“命令与控制”法规管理的方法，极易造成企业的消极情绪，影响了其作用的正常发挥。5 进入90年代后,人们又设想将末端治理改为以全过程控制的清洁生产技术,通过对生产的组织、操作及产品消费过程的管理,达到最少限度实施清洁生产的时空安排。但是,清洁生产多数属于非法规管理型的,着重强调鼓励和促进自愿,缺乏计划任务要求,包括未提供适当资助,未规定公众和企业在其中的地位和作用,未建立具体目标。特别是缺乏可实行清洁生产的
3、良好的工艺手段,使得清洁生产问题无法达到产业化的最终目标。在这样的情况下,生态工程应运而生,它属于全新的、多学科相互渗透的应用学科领域,是一门应用科学。6国内外生态工程发展与现状789105.1.2 生态工程的概念11生态工程的原理125.1.3 特点特点l研究和处理对象的整体性研究和处理对象的整体性l目的和目标的多元化目的和目标的多元化l以自我组织和调控为基础以自我组织和调控为基础l从自然界获取主要资源和能源从自然界获取主要资源和能源13国内外生态工程特点比较141516175.1.4 应用类型应用类型l生态恢复生态工程生态恢复生态工程l生态农业与生态工业生态农业与生态工业l废物资源与能源化
4、综合利用的生态工程废物资源与能源化综合利用的生态工程l生态建筑及生态城镇建设生态建筑及生态城镇建设l流域和区域的生态治理与开发的生态工程流域和区域的生态治理与开发的生态工程18生态恢复生态工程生态恢复生态工程l 相对生态破坏而言，就是要恢复破坏了的生态系相对生态破坏而言，就是要恢复破坏了的生态系统的合理结构、高效功能和协调关系。统的合理结构、高效功能和协调关系。l 如在荒山、滩涂、沙地及矿山废弃地等未被利用如在荒山、滩涂、沙地及矿山废弃地等未被利用的退化生态系统，根据当地生态条件，利用生态的退化生态系统，根据当地生态条件，利用生态工程与技术恢复植被，发展草业、牧业或林业，工程与技术恢复植被，发
5、展草业、牧业或林业，恢复其生态服务功能及经济效益。恢复其生态服务功能及经济效益。19 水葫芦广泛生长于各种湿地、河流、湖泊、池塘、水道、沟渠和死水区，能适应营养源、pH值和温度的变化。水葫芦可以通过种子的有性繁殖和通过匍匐枝发芽的无性繁殖。子株在匍匐枝上发芽，成倍时间6-18天。种子在几天内发芽，或者休眠15-20年，主要的繁殖方式还是通过匍匐枝。适宜条件下，1株可在50天内长成3000株，1年内覆盖600m2。扩散一般通过风和水流，在一个新地点，水葫芦都是开始于低密度的小植株。在形成一大片之前，植株数量和密度不断增长，而个体大小并不增长。我国水葫芦方面的研究开展得较晚，并且由于在1990年代
6、以前，我国尚很少出现水葫芦大面积蔓生成灾的问题，因此，我国对水葫芦的研究大部份集中在水葫芦用作饲料、污水净化等方面。但到了1990年代以后，该草已在我国南方17个省市自治区泛滥成灾，“生物入侵”、“生态爆发”或者“绿色灾难”等名词更是形象地表明了目前形势的严峻，因此，水葫芦的控制又重新成了当前的研究热点。实例20 水葫芦进行有机物降解的基本机理是形成了植物细菌的共生系统，在废水塘中种植水葫芦，叶子光合作用产生的氧气部分经过茎和根进入水体，这些氧气被好氧菌和兼氧菌利用来降解水体污染物，相应产生的二氧化碳和含氮物质就被植物作为营养源吸收利用。水葫芦能大量吸收水体中的富营养成分而净化污水，利用水葫芦
7、处理动物粪便有生态且可持续的优点。水葫芦的利用1.水体生物修复1.1对水体有机物和营养盐的净化作用21 水葫芦不仅对氮磷以及有机物都有吸收、积累、分解和转化的能力，而且对水中的重金属元素也有去除作用，能从污水中除去镉、铅、汞、锶、银等重金属。Mazen等（1998）进行了埃及尼罗河中水葫芦吸收重金属的研究，当镉、铅、锶浓度超过15g/L时，水葫芦生长出现缓慢；在15-30g/L，水葫芦叶子中的镉、铅含量是对照的4-5倍，而且超过50%的金属积累在根中，茎和叶分别仅有20%和30%。1.2对含重金属废水的净化作用22 夏会龙等（2002）研究了水葫芦对水体中乙硫磷、三氯杀螨醇和三氟氯氰菊酷农药的
8、清除效果，在抑菌条件下，水葫芦使各农药的消解速率分别提高了32.4、0.8和2.9倍，对于水体中非极性农药或理化性状相似化合物污染的修复有良好的效果。1.3对农药的净化作用23 Low等（1995）研究了水葫芦对两种基本染料亚甲基蓝和维多利亚蓝水溶液的生物吸附作用，水葫芦根对这两种染料的最大吸附容量为分别为128mg/g和149mg/g，吸附时间很快，吸附能力很大。1.4对含染料废水的净化作用24 早在1984年，日本大木规晃就观察到水葫芦对浮游生物的克制作用，具有使富营养化水域变得清澈的功效。其机制主要是由于水葫芦根系向水体分泌的有机物质能伤害和杀死藻类，且水葫芦覆盖减少太阳辐射量，从而限制
9、藻类生长，水葫芦只要覆盖1/2-1/4的水面，就可以便全水域变清。Kim等（2000）也研究了水葫芦对藻类的限制作用，它能有效减少污水处理出水中的藻类含量。1.5对水体中藻类的克制作用25 水葫芦的营养价值较高，其鲜草的营养成分为粗蛋白1.2%，粗脂肪0.2%，粗纤维1.1%，无氮浸出物2.3%，粗灰分1.3%，可作为猪、牛、羊及鸡、鹅、鸭的饲料，节省成本，提高产量，减少污染。水葫芦也是较好的“绿肥”，水葫芦粉碎后是草鱼、蟹的饲料，打浆后可用作鱼苗或虾类养殖时的培育养料，或用来培养饵料生物。2.工农业生产利用2.1作为饲料和肥料26 水葫芦晒干后，可以作为造纸原料。由于水葫芦资源丰富，繁殖迅速
10、，放养和采收极为方便，因此，用它来生产纸张可以大大节省木材，还可降低纸张价格。由于水葫芦富含纤维素，Barai（1997）等人在实验室中成功从水葫芦中提取轻甲基纤维素。2.2工业生产原料27 水葫芦在植物的厌氧处理中，效果属于较好的。水葫芦含有合适的C/N比(约20:l)，微生物能够利用其中的营养物质进行厌氧产甲烷。其次，利用水葫芦制取沼气是严格的厌氧发酵过程，原料中氮素挥发损失较少，氮素结构得到优化，其发酵残余物(沼肥)既含常量营养元素、有机质，又含有多种微量元素、氨基酸、氮素、维生素等物质，是速缓兼备的有机复合肥。2.3厌氧制能28 水葫芦综合利用的生态工程是根据水葫芦的其中一项或多项生态
11、功能，从生态系统观点提出的具有可持续的水葫芦利用发展方向。陈彬（2007）以福建甫田市木兰溪下游为例，定性探讨了如何应用生态学原理，综合利用水葫芦这一高等水生维管束植物，以控制生产，使其既不危害水体和农田生态系统，又可达到城乡经济的持续健康发展。该过程从生态学“整体，协调，循环，再生”的原则出发，在新型的动物养殖-厌氧产沼-发酵制肥-绿色农业生产的生态农业模式中，融入水葫芦的利用。通过研究发现，这一方法可以结合农村的畜禽粪便一起进行厌氧处理，在解决流域农业面源和养殖业污染问题以及控制水葫芦泛滥的同时，又可以生成生物能源，可持续性好，从而具有更广泛的生态效益，而且还能产生显著的经济效益和社会效益
12、。水葫芦生态工程研究29生态农业与生态工业生态农业与生态工业l 生态农业l 利用生态学原理，依据生态系统内物质循环和能量转化的基本规律建立的一种农业生产方式。30桑基鱼塘桑基鱼塘mulberry fish pond是我国珠江三角洲地区，为充分利用土地而创造的是我国珠江三角洲地区，为充分利用土地而创造的一种挖深鱼塘，垫高基田，塘基植桑，塘内养鱼的一种挖深鱼塘，垫高基田，塘基植桑，塘内养鱼的高效人工生态系统。高效人工生态系统。31桑基鱼塘桑基鱼塘mulberry fish pondl 桑、蚕、鱼三者桑、蚕、鱼三者之间关系密切，之间关系密切，形成池埂种桑、形成池埂种桑、桑叶养蚕、蚕沙桑叶养蚕、蚕沙养
13、鱼、鱼粪肥桑养鱼、鱼粪肥桑的完整的能量流的完整的能量流系统。系统。l 系统中任何一个系统中任何一个生产环节的好坏生产环节的好坏，也必将影响到，也必将影响到其他生产环节。其他生产环节。32桑基鱼塘桑基鱼塘mulberry fish pondl历史回顾历史回顾 l 珠江三角洲早在汉代已有种桑、饲蚕、丝织的活动。公元珠江三角洲早在汉代已有种桑、饲蚕、丝织的活动。公元7世纪初，唐代各地商人和外国人都相继来广州贸易，贩世纪初，唐代各地商人和外国人都相继来广州贸易，贩运绢丝。当时珠江三角洲已是运绢丝。当时珠江三角洲已是“田稻再熟、桑蚕五收田稻再熟、桑蚕五收”之之地，但尚未形成桑基鱼塘。地，但尚未形成桑基鱼
14、塘。l 由于生丝畅销，促进了蚕桑业的迅速发展。南海县一带农由于生丝畅销，促进了蚕桑业的迅速发展。南海县一带农民经过长期种桑养蚕的经验，发现养蚕的蚕沙可以养鱼，民经过长期种桑养蚕的经验，发现养蚕的蚕沙可以养鱼，逐渐明确桑多、蚕多、蚕沙多，塘鱼也多。由此桑基鱼塘逐渐明确桑多、蚕多、蚕沙多，塘鱼也多。由此桑基鱼塘很快传到珠江三角洲各地。很快传到珠江三角洲各地。33桑基鱼塘桑基鱼塘mulberry fish pondl地方特色地方特色l 桑基鱼塘是广东省珠江三角洲一种独具地方特色的农业生桑基鱼塘是广东省珠江三角洲一种独具地方特色的农业生产形式，因其生产上形成良性的循环而出名。产形式，因其生产上形成良性
15、的循环而出名。l 珠江三角洲由东、西、北三江汇合冲积而成，地处北回归珠江三角洲由东、西、北三江汇合冲积而成，地处北回归线以南，全年气候温和，雨量充沛，日照时间长，土壤肥线以南，全年气候温和，雨量充沛，日照时间长，土壤肥沃，是盛产蚕桑、塘鱼、甘蔗的重要基地。沃，是盛产蚕桑、塘鱼、甘蔗的重要基地。34桑基鱼塘桑基鱼塘mulberry fish pondl高产技术高产技术l 建塘建塘l 多肥多肥l 良种良种l 密植密植l 精管精管35桑基鱼塘桑基鱼塘mulberry fish pondl建塘建塘n新开桑基鱼塘的规格，要求塘基比新开桑基鱼塘的规格，要求塘基比1:1。塘应是。塘应是长方形。将塘挖成蜈蚣形
16、群壕，或并列式渠形长方形。将塘挖成蜈蚣形群壕，或并列式渠形鱼塘鱼塘610口单塘，基与基相连。口单塘，基与基相连。n新塘开挖季节以选择枯水、少雨的秋末冬初为新塘开挖季节以选择枯水、少雨的秋末冬初为宜。挖好的新塘要晒几天，再施些有机粪肥或宜。挖好的新塘要晒几天，再施些有机粪肥或肥水，然后放水养鱼。肥水，然后放水养鱼。36桑基鱼塘桑基鱼塘mulberry fish pondl多肥多肥n应掌握增施农家有机肥料和间作绿肥的原则。应掌握增施农家有机肥料和间作绿肥的原则。u一是要施足栽桑的基肥。一是要施足栽桑的基肥。u二是在桑树成活长新根后，再施一次。二是在桑树成活长新根后，再施一次。u三是桑树生长发育阶段
17、要求养一次蚕施一次肥。三是桑树生长发育阶段要求养一次蚕施一次肥。u四是在冬季清塘，挖掘一层淤泥上基，净化鱼塘。四是在冬季清塘，挖掘一层淤泥上基，净化鱼塘。37桑基鱼塘桑基鱼塘mulberry fish pondl良种良种n塘基栽桑，应选用优质高产的嫁接良桑品种。塘基栽桑，应选用优质高产的嫁接良桑品种。38桑基鱼塘桑基鱼塘mulberry fish pondl密植密植n塘基地下水位高，桑树根系分布浅，宜密植。塘基地下水位高，桑树根系分布浅，宜密植。39桑基鱼塘桑基鱼塘mulberry fish pondl精管精管n塘基栽桑后，桑树中耕、除草、施肥、防治病塘基栽桑后，桑树中耕、除草、施肥、防治病虫
18、害，合理采伐等培管都必须抓好，确保塘基虫害，合理采伐等培管都必须抓好，确保塘基桑园高产稳产，提高叶质。桑园高产稳产，提高叶质。40生态农业与生态工业生态农业与生态工业l 生态工业l 仿照自然界的生态过程物质循环模式来规划工业生产系统生产的一种工业模式。41废物资源与能源化综合利用的生态工程废物资源与能源化综合利用的生态工程l 废水的减量、回收、再生、回用、再循环等l 干旱与半干旱地区的收集雨水工程l 医院废水的生态处理42生态建筑及生态城镇建设l 可充分利用本地生态资源，建设能耗低、绿量高、废物就地资源化的方便、舒适、和谐、经济的生态住宅。43流域和区域的生态治理与开发的生态工程流域和区域的生
19、态治理与开发的生态工程l 在现有资源基础上，通过低耗、高效和持续地利用流域内的自然资源，实现农村经济向集约型经济转变。44 三北防护林是在中国北方三北地区（西北、华北和东北）兴建的大型人工林业生态工程，用以减缓日益加速的荒漠化和水土流失进程。由国家林业局西北华北东北防护林建设局（三北防护林工程管理办公室）负责实施。工程自1978年11月启动，分3个阶段、8期工程进行，预计于2050年完成。2001年第二阶段第四期工程启动。三北防护林号称世界上最大的生态工程。45 三北防护林体系工程是一项正在我国北方实施的宏伟生态建设工程，它是我国林业发展史上的一大壮举，开创了我国林业生态工程建设的先河。地跨东
20、北西部、华北北部和西北大部分地区，包括我国北方13个省（自治区、直辖市）的551个县（旗、市、区），建设范围东起黑龙江省的宾县，西至新疆维吾尔自治区乌孜别里山口，东西长4480公里，南北宽5601460公里，总面积4069万平方公里，占国土面积的424%，接近我国的半壁河山。也是世界四大生物工程之首（美国的“罗斯福大草原工程”,苏联的“斯大林改造大自然计划”,北非五国(摩洛哥,阿尔及利亚,突尼斯,利比亚,埃及)的“绿色坝建设”和中国的“三北”防护林工程是世界上有名的四大生物工程。）4647 1964年，周恩来总理就林业发展作出重要批示：“林业要以营林为基础。造林要把重点放在水土流失、风沙危害严
21、重的地区，有阵地、有重点、有步骤地前进。”在文革前夕，林业部就已形成了在西北、华北、东北西部干旱、风沙危害、水土流失地带建设大型防护林工程的构想。后因十年动乱，构想搁置。1978年11月25日，国务院批准了在三北地区建设大型防护林工程，指出大力种树种草，特别是有计划地营造带、片、网相结合的防护林体系，是改变这一地区农牧生产条件的一项战略措施。并把这项工程列入了国民经济和社会发展的重点项目。1979年，国家决定在西北、华北、东北风沙危害、水土流失严重的地区，建设大型防护林工程，即带、片、网相结合的“绿色万里长城”。规划范围包括新疆、青海、宁夏、内蒙古、甘肃中北部、陕西、晋北坝上地区和东北三省的西
22、部共324个县（旗），农村人口4400万，总面积39亿亩。以求能锁住风沙，减轻自然灾害。48 按照工程建设总体规划，从1978年开始到2050年结束，分三个阶段，八期工程，建设期限73年，共需造林5.34亿亩。在保护现有森林植被的基础上，采取人工造林、封山封沙育林和飞机播种造林等措施，实行乔、灌、草结合，带、片网结合，多树种、多林种结合，建设一个功能完备、结构合理、系统稳定的大型防护林体系，使三北地区的森林覆盖率由5.05%提高到14.95%，沙漠化土地得到有效治理，水土流失得到基本控制，生态环境和人民群众的生产生活条件从根本上得到改善。三北防护林-工程规划 49 从新疆到黑龙江的风沙危害区营
23、造防风固沙林1亿多亩，使20%的沙漠化土地得到有效治理，沙漠化土地扩展速度由20世纪80年代的2100平方公里下降到1700平方公里。辽宁、吉林、黑龙江、北京、天津、山西、宁夏等七省（自治区、直辖市）结束了沙进人退的历史，沙漠化土地每年481平方公里，拓宽了沙区广大人民的生存地区。重点治理的科尔沁、毛乌素两大沙地森林覆盖率分别达到20.4%和29.1%，不仅实现了土地沙漠化逆转，而且进入综合治理、综合开发的新阶段。赤峰市治理开发沙地2100万亩，占沙化土地的58%；榆林沙区森林覆盖率已由1977年的18.1%上升到38.9%，沙化土地治理度达68.4%。三北防护林-建设成就 风沙治理风沙治理5
24、0 在黄土高原和华北山地等重点水土流失区，坚持山水田林路统一规划，生物措施与工程措施相结合，按山系、分流域综合治理，营造水保林和水源涵养林723万公顷，治理水土流失面积由工程建设前的5.4万平方千米增加到现在的38.6万平方千米，局部地区的水土流失得到有效治理。重点治理的黄土高原造林779.1万公顷，新增治理水土流失面积15万平方千米，使黄土高原治理水土流失面积达到23万多平方千米，近50%的水土流失面积得到不同程度治理，水土流失面积减少2万多平方千米，土壤侵蚀模数大幅度下降，每年入黄泥沙量减少3亿多吨。山西省昕水河流域土壤侵蚀模数已由7175吨下降到3226吨。张家口市土壤侵蚀模数已由过去的
25、5900吨下降到1540吨，官厅水库泥沙入库量由899吨减少到235吨，潘家口和密云两大水库泥沙入库量分别减少20%和60%。辽宁省在辽西低山丘陵区营造水土保持林450多万亩，土壤侵蚀模数已由45005000吨下降到15002191吨。水土流失治理水土流失治理51 农田防护林作为改善农业生产条件的一项基础设施，始终放在三北防护林体系优先发展的地位，共营造农田防护林3600多万亩，有3.23亿亩农田实现的林网化，占三北地区农田总面积的65%。平原农区实现了农田林网化，一些低产低质农田变成了稳产高产田。三北地区的粮食单产由1977年的118公斤/亩，提高到2007年的311公斤/亩，总产由0.6亿
26、吨提高到1.53亿吨。农区防护林农区防护林52 三北防护林体系建设使三北地区的森林资源快速增长，木材及林产品产量不断增加，改变以过去缺林少木的状况。截至到2012年，三北地区活立木蓄积量达104亿立方米，年产木材6556万立方米，不仅使民用材自给有余，而且由于木材产量的增加也带动了木材加工业和乡镇企业、多种经济的发展。“四料”俱缺的状况已有很大改变，特别是已建成了1870万亩薪炭林，加上林木抚育修枝，解决了600万户农民的燃料问题。营造的牧防林保护了大面积草场，营造的7500万亩灌木林和上亿亩杨、柳、榆、槐树的枝叶为畜牧业提供了丰富的饲料资源，三北地区牲畜存栏数和畜牧业产值成倍增长。森林资源森
27、林资源53 林业的发展不仅改善了生态环境，同时也促进了农村经济的发展，三北地区将资源优势转变为经济优势，已发展经济林5670万亩，建设了一批名、特、优、新果品基地，年产干鲜果品1228万吨，比1978年前增长了10倍，总产值达200多亿元。甘肃省林果业已发展成为全省农村经济的重要支柱之一，1997年全省农民人均林果业收入达到300元，占收入的25%，有41个县的林果特产税收入超过100万元。河北省张家口市大力发展经济林，林业产值由9000万元增加到3亿元，有240个村、15万户农民靠林果业实现了脱贫致富。经济发展经济发展54 截至2006年底，三北地区有德国、日本、美国、意大利等25个国家和全
28、球环境基金、世界银行、联合国粮农组织、开发计划署等10多个国际组织和社会团体援助的林业或以林业为主体的项目58项，援助资金超过16亿元人民币，援助领域涉及防治荒漠化、湿地恢复与重建、治理水土流失、林木育种与改良、机械化造林、森林病虫害防治、林业产业开发、科技推广体系建设、森林资源监测管理和信息系统建设等方面。同时，先后有50多个国家、地区和国际组织的领导人和技术人员到三北地区考察三北工程建设。三北防护林-国际合作 55 三北工程东西横跨近9000里，担负着北拒八大沙漠、四大沙地，内保黄土高原、华北平原，南护北京、天津等要地等重要任务，然而30多年来，工程总投入不过100多亿元，不及京沪高铁总投
29、入的1/20。尽管如此，三北工程仍然在防沙治沙、保护农田、保持水土、发展生态经济等方面取得明显成效。三北防护林-存在问题 投入问题投入问题56 2013年2月底，内蒙古赤峰敖汉旗牛古吐乡所辖村镇有人举报称，该地近几年陆续出租、出卖了几万亩用于防沙固沙林的柠条。该地所属的大五家村于2011年4月与山西王姓商人签订合同，将村里的9000多亩柠条地转给其承包，每亩200元，时间70年，每年转让价格2.84元/亩。被爆出售被爆出售57 2013年3月6日，全国政协委员、张家口市副市长杨玉成表示，要加快三北防护林工程区成过熟林更新换代，提高森林生态效益。杨玉成说，“三北防护林是我国北方重要的绿色生态屏障
30、，但是部分林木已经进入成过熟期，防护林的生态功能和防护效益明显下降。需更新换代需更新换代58 三北地区是中国林业发展的重点、难点地区，沙化土地总面积达148万平方千米，占全国沙化土地的85%；水土流失面积240万平方千米，占全国的67%。三北地区也是中国林业发展潜力最大的地区，三北地区13个省、自治区、直辖市现有宜林地面积3936万公顷，占全国宜林地面积的68.7%；全国近50万平方千米可治理的沙化土地，90%集中在三北地区；黄土高原45万平方千米的水土流失面积，基本上分布在三北地区。中国实现到2020年森林覆盖率达到23%和2050年26%的战略目标，增值空间重点在三北地区。三北工程对于改善
31、三北地区的生态环境，提高农业生产力，增加农民收入，促进区域发展，发展现代林业，推进生态文明，提高中国在生态环保领域的地位具有十分重大的战略意义。三北防护林-未来发展 59 从1978年开始，我国就决定在西北、华北北部、东北西部风沙危害、水土流失严重的地区，建设大型防护林工程。按照工程计划，我国计划用73年的时间，即到2050年完成这一庞大的工程，预计共需造林5.34亿亩。目前，这一工程项目称之为中国的“绿色长城”。但是近些年，中国的三北防护林工程开始受到越来越多的质疑，有很多专家表示，三北防护林并没有有效阻止风沙的侵袭，在西北一些生态脆弱的地区，盲目的植树造林工程反而使当地的生态环境更加恶化。
32、“这是由于在防护林工程启动之初并没有把保护原有森林、草原等天然植被纳入到工程管理之中，致使有些地区，原有植被遭到破坏，为人工林的衰退埋下了隐患。”中科院沈阳应用生态所研究员朱教君在接受记者采访时表示。三北防护林遭科学质疑 三北防护林使当地的生态环境更加恶化60 崔晓勇告诉记者，就一般情况而言，年降水量在400毫米以下的地区不适合大规模植树造林，但是我国西北防护林工程很多区域的年降水量在400毫米，甚至是300毫米以下，并且有些地方属于草原、荒山地区，不宜植树造林。朱教君从1988年就开始研究中国三北防护林的经营问题，他表示，任何植被的生存与生长均受制于热量与水分这两大生态因子，在中国三北地区一
33、般热量不是问题，关键是水分。因此，降雨量肯定是决定植树造林与否的最重要因子。他们的研究与观测结果证明，在不适合造林的地方，比如降水量低于300350mm的干旱、半干旱区造林，尤其是大面积造林，势必会加剧生态环境的恶化。植树造林必须遵从自然规律 61 另外，有人批评说三北防护林的很多造林工程没有遵从乡土树种优先的原则，而是普遍种植生长迅速的杨树等速生树种，这些树木常常需要更多的水分给养，这使得周围的土壤变得更加干旱。“植树造林必须遵从自然规律，要适地适树地造林，只有这样才有助于制止沙漠化的扩张、有利于二氧化碳的吸收与固定。”不过朱教君表示，对于树木不是土生品种的问题，这一观点仍是基于人们对三北防
34、护林以往存在问题的理解，现在我国三北防护林的建设中已经注意到“乡土树种”的重要性，并在工程规划比如在20112020年的三北防护林体系建设五期工程规划中充分考虑了“乡土树种”在工程建设中的地位。62 朱教君和其导师姜凤岐研究员通过多年的研究发现，我国一些三北防护林的衰退倒是一个严重的现实。这是因为我国一些防护林的设计决策没有严格遵循恢复生态学的基本原理，从而造成在北方干旱、半干旱地区的一些大面积人工林木蒸腾耗水量过大，导致土壤含水量及地下水位降低，这样树木生长发育受到水分胁迫，致使养分、微生物等不协调，诱发树势衰弱，极易遭受病虫害等侵入。其次，由于树木选择不当、单一以及造林密度不合理，也带来了
35、一些生态方面的问题，例如由它所引发的防护林体系病虫害。另外，由于防护林的经营管理水平低下和技术、政策、资金、管理体制等多方面因素的制约，我国的三北防护林工程也面临衰退的隐患。“比如，我国19491999年共营造人工林约1亿5000万公顷，可是仅保存下来约3000万公顷。”朱教君说。63 不过，对于完全否定三北防护林工程的说法，朱教君并不赞同。“三北防护林工程在建设初期，乃至现在，一直存在着各种各样的问题，防护林建设失败的例子在各个区域都有，尤其是在西北干旱区。但是，不能因为三北防护林工程在建设初期受到技术与认识水平的限制而出现了问题就全面否定它。”他告诉记者，“事实上，三北防护林工程也取得了一
36、些实质性的效果，根据三北防护林建设局的报告，截至2008年12月（三北防护林建设30周年），累计完成造林保存面积为2446.9万公顷；工程区森林覆盖率由1977年的5.05%提高到现在的10.51%，另外根据国家林业局发布的相关数据，三北防护林工程建设已使三北地区20以上的沙漠化土地得到基本治理，40以上的水土流失面积得到有效控制。此外，它还提高了人们的生态意识。”防护林的防护效应需要一定的时间才能显现 64 朱教君表示，之所以现在很多人质疑三北防护林工程，除了该项目自身的问题外，还有就是由于防护林的生态防护效应是需要一定的时间的，目前短短的30余年有些地区防护林的防护效应可能还未呈现出来。不
37、过朱教君表示，三北防护林工程自启动至今32年过去了，这样一个规模宏大的生态工程不可避免地存在着很多问题。因此，当前我国的三北防护林工程建设需要科学合理的全面评估，明确其正面生态环境效应到底发挥到什么程度？未来在什么地方建设防护林、建设多少防护林、建设怎样的防护林？这些都需要予以明确。65 朱教君告诉记者，只有科学合理地评估已有防护林工程，才能保证后期防护林的防护效应，比如控制水土流失、防止风沙灾害和二氧化碳吸收功能的正常发挥。另外朱教君也表示，虽然三北防护林体系工程被认为是北方地区生态安全的屏障，然而三北地区的风沙危害、水土流失等生态环境问题是长期的自然因素和人为因素共同引发的复杂过程，三北防
38、护林建设不是一个万能工程，不要指望所有三北的生态环境问题都由三北防护林来解决。665.2 生态工程修复技术生态工程修复技术5.2.1生态工程修复概述生态工程修复概述5.2.2生态工程修复的原理与内容生态工程修复的原理与内容5.2.3生态工程修复技术生态工程修复技术675.2.1 生态工程修复概述生态工程修复概述 在特定的区域和流域内，依靠生态系统本身调控能力与人工调控能力的共同作用，使生态系统恢复到健康状态。685.2.2 生态工程修复的原理与内容生态工程修复的原理与内容l 整体论原理整体论原理l 协调与平衡原理协调与平衡原理l 自生原理自生原理l 物质循环再生原理物质循环再生原理l 分层多级
39、利用原理分层多级利用原理l 物种互利共生原理物种互利共生原理l 生态位原理生态位原理l 物种多样性原理物种多样性原理l 主导因子原理主导因子原理l 限制因子原理限制因子原理l 物种耐性原理物种耐性原理l 生态因子综合作用原理生态因子综合作用原理原理原理69 生态工程根植于生态学，它拓展了应用生态学的一般概念，基础生态学和应用生态学是生态工程的基础，而生态工程又不完全局限于此，它又把生态理论和管理实践反馈给理论和应用生态学。生态工程不同于环境工程，后者显然属于解决污染问题的科学原理的应用范畴，而这些原理通常包括能源和资源的集约运转，如设置贮缺罐、净化器、过滤器和化学沉淀器等。生态工程原理70 生
40、态工程是工程学，其应用定量方法并根据基础科学技术对自然环境进行规划，是以自持生态系统为基础工具的技术，其组元是全世界全部生物物种，利用生物物种、群落和生态系统以及依靠生态系统自持性是生态工程的核心，并以此区别于环境工程技术，后者依靠装置设备来去除、转化或控制污染物，但一般并不直接操纵生态系统。生态工程与生物技术也不可混淆，后者是指生产执行特殊功能的新品系和有机体的遗传操作技术。生态工程与生物技术之间的差异涉及到它们的基本原理、调控、规划及最终可能的社会成本，然而，两者的发展却多少有些相似，生态技术几乎处于生物技术20年前的发展阶段。71 生态工程技术与环境工程技术的最大区别就在于前者能量投入少
41、，同时可以多层次地将污染物转化为可利用的再生资源。其主要原理如下：1.自我设计 通过设计，生态系统能够很好地适应对系统施加影响的周围环境，同时系统影响周围环境，使得环境更加适合系统的需要。2.自我维持 生态系统是一个自我维持的系统，它直接或间接地依赖于太阳能，这也是生态系统能量投入较少的主要原因。一个系统一旦被设计并开始运作，它只需要外界适量的投入，就能够不断自我维持。3.生态工程系统是一个“社会-经济-自然复合生态系统”社会-经济-自然复合生态系统由三个亚系统组成，它们之间相互联系、相互制约、互为因果。724.再生循环和分层多级利用物质 生态工程的再生、循环与分层多级利用物质意味着在系统中通
42、过物质能量的迁移变化去除一些内源和外源的污染物，利用特有的工艺路线，达到尽量高产、低耗适销对路的产品；做到变废为利，保证转化后的一些物质输出的可能性，同步实现生态、经济、社会三方面效益。5.资源的利用和保护 生态工程的特色就是充分合理地利用资源，使其得到最大限度的保护和更新。此外，一项生态工程的设计，由于要求充分利用各类生态位和分层多级地利用物质，这本身就是对生物多样性和生态系统的保护。73 生态设计应以当地的生态系统为学习对象，要同时考虑设计的前期与后期的环境影响。Scott（2001）提出生态工程设计的原则，这些原则是：a.遵循生态学原理进行设计，相关的原理包括自组织、多样性和复杂性、循环
43、再生等；b.根据实地情况进行设计；c.保持设计功能的独立性，这是基于人类为了满足自身需要，进行设计来提供自然所未能提供的功能，而这种设计要保持功能的独立性，则不会对自然过程产生影响；d.能量和信息高效的设计；e.认同促成设计的目的和价值。生态工程是生态学和工程设计的连结，总而言之，生态工程包含生态学原理和工程学技术，需要相互支持。生态工程设计74 通常说来，生态工程技术的来源包括三部份：当地原有的技术；引进外地或外国的工艺；少量创新的技术。这三部份的联结，实际上是一种创新，但因含有大量已有的、成熟的生产及治理工艺且技术措施相对较简单，故有较强的可操作性，易为人们掌握与接受。75 在我国生态工程
44、研究中，开展得最为普遍的是农业生态工程，将生态工程的原理应用于农业建设，即形成农业生态工程。如我国南方的多数生态工程试点都是以农户或农村为单位进行农田与庭院相结合的生态农业建设，包括稻麦轮作、稻田养鱼、水产品立体养殖、畜禽养殖、食用菌养殖、再生饲料工程、再生能源等方面，从而构成一个结构多层次、食物链网络状的复合生态系统，充分利用了生态学上的“整体效应”、“边缘效应”、“各组分协调”、“循环再生”等原理。我国在环境保护生态工程方面，长期以来己有很多自发地废物利用、再生、循环的传统经验，但自觉研究、设计与应用生态工程，则在1950年代才开始。上海交通大学等单位以崇明岛东风农场为例，研究并建立了以奶
45、牛场为主的废物分层多级利用生态工程。生态工程的应用1.农业生态工程76 近年来，农业生态工程在中国有较广和较快的发展，可分为农田、农业及农村生态工程3个层次（颜京松和王如松，2001）。其中农村生态工程是在前两基础上进一步扩大，它不仅增加废弃物的转化、再生、资源化的处理和利用，而且将节能、应用清洁能源、生态交通、生态建筑以及人口控制、生物多样性保护及生态建设综合于农村生态工程的规划、设计及建设中，它比前二者高一个层次，促进了经济发展、生态环境的保护与改善，提高了生态文明。77 国外与农业生态工程有关的研究是以具体的农场或工厂的实践为主，而科学研究是在这一过程中进行的，其中调查研究占了很大比重。
46、其中，有的科学家还试图通过实验农场的研究来建立一套替代农业的计算机信息系统和技术体系。国外在农业生态工程研究方面相对比较薄弱，因此出现了国外专家对我国这方面成就的肯定与仿效（曲文辉，1998）。78 在金华、扬州、宜昌等地以就地、分散、小型、无(或少)动力、地埋方式处理与利用生活污水，以代替传统的集中式污水处理厂，利用土地一植物系统处理与利用废水（李如琪和段振勃，1993；刘兆昌等，1993）。在四川省广汉市等地，通过硬件、软件的结合，对城市垃圾进行减量化、无害化、资源化、产业化处理，将生活垃圾中有机部分、人畜粪便转化，生产成优质生态复合肥（王如松，1996）。许多地方利用畜禽粪便与秸秆培养食
47、用菌后，再培养蚯蚓，蚯蚓粪残渣再作为肥料，既减少或避免田间烧草污染及环境破坏，又增加产值。蔗渣、玉米芯等生物质用于生产纸、纤维板、糠醛、木糖醇、木质素磺酸钠等，各类食品工业的废弃物深层利用，循环再生，为社会提供生态合理的饲料、燃料、肥料和工业原料的系列服务（颜京松，1986；Lu et al.,1998）。2.环境保护和污染物处理和利用生态工程79 国外在这方面的应用和研究占较大比重，特别是污水处理与湖泊、海湾的富营养化防治更为突出。在美国，污水处理生态工程已有多处，如1980年代初在伊利湖北部的河湖接合部、老妇河河口地区的湿地上，建立了生态工程试验基地，以测试这些河湖交界湿地生态系统对陆地上
48、与其下游湖泊间的化学和水文的缓冲及净化作用，探索如何有效地设计(如围堤与不围堤等)其沿湖湿地，并应用调查的湿地上之水文、化学及生态过程等一系列资料建立数学模型为设计服务。80 在马萨诸塞州，在沼泽及盐滩上建立了生态工程系统，以处理陆上所来废水，防止海洋的富营养化，通过有机质矿化、沉积物的吸着，沉积物内的埋藏，动植物的生产及消耗，化学物质的沉淀等方法，来减少入海污染物质。在美国已成立了生态工程协会，将生态工程的工艺作为技术商品去承担一些环保及生产任务。81 在丹麦，1972-1976年开始研究与试用Glum湖富营养化防治工程，并建立了生态模型，结果去除了进入湖水中90%98%的磷。在瑞典，污水处
49、理的生态工程受到极大重视，如利用污水作为肥料通过农田灌溉来处理净化污水。在荷兰，自1970年代起，已试验调控一些小型湖泊生态系统的结构，以增加直接摄食藻类及与藻类在阳光和营养方面有竞争的生物种类，以防治水体富营养化，减少水华。德国也自1970年代起建立了以利用芦苇占优势的湿地来处理污水的生态工程。前苏联立陶宛在一些小河中大量保护或种植水生植物，促进营养盐在河流与其汇水区内循环，以恢复与保护这些小河（曲文辉，1998)。82 近年来，在传统对生态农业和环保工程等研究的基础上，生态工程开始注重应用模型和新技术，注重大尺度和多尺度协同作用，生态工程设计方法原理不断发展。(l)模型及新方法的应用 数学
50、模型是生态学和进化生物学理论和应用研究的重要工具，计算机模拟技术的快速发展，已经极大的改变了现代生物学的研究。生态学注重模型分析，构建过大量的模型，如迁入-迁出模型、捕食-猎物模型等，这些模型都是基于种群为研究对象，很少有涉及生态系统的模型。卞有生等（2001）建立了留民村的系统分室模型，应用该数学模型指导留民村的实际生产建设。模型在场景分析中具有重要作用，因为它提供了目标状态下的具体情况，成为研究复杂对象的必要手段。但是由于复杂对象的参数多，目前模型的方法还有很多应用上的困难。生态工程的发展83 从其它学科引入新技术，大拓宽了生态工程应用的领域。生态工程可以融合、利用不同层级的适当技术和方法
