生態(tài)工程設(shè)計-課件

上節(jié)課思考題：說出一個系統(tǒng)整體功能大于部分之和的例子。舉例說出發(fā)生在你身邊的物質(zhì)循環(huán)利用形式，并闡明物質(zhì)循環(huán)利用的優(yōu)點。第三章生態(tài)工程設(shè)計主要內(nèi)容第一節(jié)生態(tài)工程設(shè)計原則（Z）第二節(jié)生態(tài)工程設(shè)計路線（Z）第三節(jié)生態(tài)工程設(shè)計示范教學(xué)要求掌握生態(tài)工程設(shè)計原則、路線深刻理解生態(tài)工程設(shè)計的案例第一節(jié)生態(tài)工程設(shè)計原則（Z）什么是生態(tài)工程設(shè)計？生態(tài)工程設(shè)計:指按照生態(tài)工程的原理，特別是整體、協(xié)調(diào)、循環(huán)、自生、因地制宜原理，以生態(tài)系統(tǒng)自組織、自我調(diào)節(jié)功能為基礎(chǔ)，在少量人類輔助能的幫助下，充分利用自然生態(tài)系統(tǒng)功能的過程。同時根據(jù)生態(tài)工程實施的地方自然條件按、社會條件、經(jīng)濟(jì)條件等，優(yōu)化組合各種技術(shù)，使之相互聯(lián)系成為一個有機系統(tǒng)，達(dá)到多層次多目標(biāo)分級利用物質(zhì)，促進(jìn)物質(zhì)良性循環(huán)，同步增加與兼收經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會效益。組合的技術(shù)的特點：物理的、化學(xué)的、生物的；涉及專業(yè)廣泛，可以是農(nóng)、林、牧、副、漁等；可以是早已應(yīng)用過的，但過去尚為聯(lián)系到生態(tài)工程中去雖在當(dāng)?shù)厣形从眠^，但是在國內(nèi)或國外其他地方已經(jīng)應(yīng)用過的成熟技術(shù)少量或個別技術(shù)是創(chuàng)新的關(guān)鍵在于技術(shù)的優(yōu)化組合組合的方法：加環(huán)或減環(huán)增加或改變接合點，改善或加強食物鏈網(wǎng)及生產(chǎn)流程中各環(huán)節(jié)的系列連接與協(xié)調(diào)比量，疏通物流、能流通路；連結(jié)原本平行、獨立的、無或少聯(lián)系的一些生產(chǎn)單位，成為互利共生的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；通過組合，促進(jìn)多系統(tǒng)內(nèi)空間、時間及所有生產(chǎn)過程的產(chǎn)品、副產(chǎn)品及廢物。采用的設(shè)備：大部分是自然界所有：植物、動物、微生物；少部分人為制造的：沼氣發(fā)酵罐、養(yǎng)魚池、畜禽舍等。一、生態(tài)工程設(shè)計原則（一）因地因類制宜原則自然條件：氣候、地形、地貌、可供生態(tài)工程的土地及水體的類型、面積、體積、植被的類型社會條件：體制、文化、有關(guān)的方針政策、社會習(xí)慣經(jīng)濟(jì)條件：投資、物力、產(chǎn)品的市場及其潛力等自然條件：北方是否適合用鳳眼蓮凈化污水？鳳眼蓮適合南方的氣候，可用于污水處理，不適合北方污水處理。主要是由于鳳眼蓮需要15度以上才能生長；北方要用水芹菜、黑麥草代替鳳眼蓮社會條件：我國用鰱鲬等吃浮游植物的魚類，防止水體污染，轉(zhuǎn)化水中的藻類成為食用魚。美國：美國自然條件適于養(yǎng)殖鰱鲬魚，但是美國人不吃這種淡水魚，所以市場難以銷售，因此不能用鰱鲬魚治理富營養(yǎng)化。經(jīng)濟(jì)條件：我國：用蘆葦濕地治理污水，因為我國用蘆葦造紙；歐美：不用蘆葦造紙，所以濕地系統(tǒng)不種蘆葦作為水生植物一般規(guī)律：地形平坦、土壤肥沃、水源豐富的地方適合發(fā)展耕作業(yè)。例長江三角洲、珠江三角洲、三大平原區(qū)等地區(qū)，這些地方地形、土壤、水源、氣候條件相對來說都比較優(yōu)越。地形陡峭、水土容易流失的地方適合發(fā)展林業(yè)。既增加收入，又可保持水土，發(fā)揮森林的環(huán)境效益。氣候干旱、降水稀少，但牧草生長良好地方，適合發(fā)展畜牧業(yè)。河湖較多，水資源充足的地方適合發(fā)展?jié)O業(yè)。“宜林則林”“宜糧則糧”“宜牧則牧”“宜漁則漁”這是“因地制宜”發(fā)展農(nóng)業(yè)的四大原則，違背這些原則不合理利用土地或利用過度都將遭到大自然的報復(fù)。自然條件：例1：桔生淮南則為桔，生于淮北則為枳（zhi^）。為什么？(土壤差異、氣候差異)例2：我國海南島上香蕉樹、四川盆地柑橘樹、山東丘陵蘋果樹。為什么？(熱量條件的差異)例3：我國農(nóng)作物種植中，北方以小麥為主，南方以水稻為主。為什么？(水源條件差異)例4：貴州威寧彝族回族苗族自治縣草海，是我國著名的高原濕地，包括保護(hù)珍禽黑頸鶴在內(nèi)的140多種候鳥在此越冬。草海周圍居住著3萬多農(nóng)民，人均不到5分耕地，農(nóng)民生活貧困，人鳥爭地，矛盾尖銳。歷史上的草海，水域面積45平方公里。上世紀(jì)70年代，人們圍湖造田，水域面積減小到5平方公里。80年代重新筑坎蓄水，草海水域面積有所恢復(fù)，農(nóng)民棄田上岸，驟感生計艱難。草海地區(qū)農(nóng)民圍湖造田的做法是否合理？為什么？不合理，這種做法違背因地制宜的原則，破壞了草海地區(qū)的生態(tài)平衡草海地區(qū)農(nóng)民該怎么辦？請你為他們出主意？事例5：貴州麻江成為“鋅硒米之鄉(xiāng)”貴州省麻江縣是一個苗族占80%的內(nèi)陸山區(qū)農(nóng)業(yè)縣，由于該縣土壤富含鋅硒元素，近幾年，他們大力開拓特色米產(chǎn)業(yè)，經(jīng)科技專家的指導(dǎo)，目前，“鋅硒多元素米”已成為該縣的特色產(chǎn)業(yè)。麻江縣也由此成為“鋅硒米之鄉(xiāng)”。據(jù)測定，麻江鋅硒米平均含硒量達(dá)0.04mg/kg，能滿足人體每天攝入量的要求，此外，麻江鋅硒米的其他十種微量元素的含量也高于一般大米，使這一鋅硒米成為一種優(yōu)質(zhì)保健米，為山區(qū)群眾增收創(chuàng)出了一條路子。為什么麻江能成為優(yōu)質(zhì)保健米“鋅硒米之鄉(xiāng)”？自然條件：這里的土壤富含鋅硒元素，適合該種米的生長社會條件：社會認(rèn)可，需求

鋅功能：

硒功能：自然條件、社會條件：鋅對人體的重要作用：

-促進(jìn)人體的生長發(fā)育處于生長發(fā)育期的兒童、青少年如果缺鋅，會導(dǎo)致發(fā)育不良。缺乏嚴(yán)重時，將會導(dǎo)致＂侏儒癥＂和智力發(fā)育不良。

-維持人體正常食欲缺鋅會導(dǎo)致味覺下降，出現(xiàn)厭食、偏食甚至異食。

-增強人體免疫力鋅元素是免疫器官胸腺發(fā)育的營養(yǎng)素，只有鋅量充足才能有效保證胸腺發(fā)育，正常分化T淋巴細(xì)胞，促進(jìn)細(xì)胞免疫功能。

-促進(jìn)傷口和創(chuàng)傷的愈合補鋅劑最早被應(yīng)用于臨床就是用來治療皮膚病。-影響維生素A的代謝和正常視覺硒的作用：增強免疫力：防止糖尿?。悍乐拱變?nèi)障：防止心腦血管疾?。悍乐箍松讲?、大骨節(jié)病、關(guān)節(jié)炎：解毒、排毒：防治肝病、保護(hù)肝臟：

自然因素、社會、經(jīng)濟(jì)因素：我國２０世紀(jì)９０年代初蘋果暢銷，北方許多地區(qū)盲目擴大蘋果的種植規(guī)模。到1996年，我國市場上蘋果供過于求，不僅價格大跌，而且出現(xiàn)了嚴(yán)重的滯銷局面。蘋果種植規(guī)模的擴大及后來的滯銷主要是受什么因素的影響？市場需求量A城市B郊區(qū)C郊外Ｂ處種植蔬菜、發(fā)展肉、乳、禽、蛋生產(chǎn)。因為B處靠近城市中心區(qū)，這些農(nóng)產(chǎn)品的市場需求量大。

C處選擇種水稻、小麥、玉米。這里遠(yuǎn)離城市，地形平坦、耕地面積大、水源充足。在山區(qū)可發(fā)展林業(yè)，栽種果樹。（二）生態(tài)學(xué)原則1、適當(dāng)?shù)妮斎胼o助能的原則主要能源：中、西方：太陽能輔助能：（目的不同）西方：化石燃料和電能中國：人力2、再生循環(huán)及商品生產(chǎn)原則西方：以環(huán)境保護(hù)為主，發(fā)揮再生與循環(huán)的作用，但一般不注重生產(chǎn)商品或可利用原料；中國：再生循環(huán)，去除污染，還要生產(chǎn)出高產(chǎn)、低耗、優(yōu)質(zhì)、高效的生產(chǎn)適銷對路的商品或可利用的原料，化廢為寶，收到經(jīng)濟(jì)效益。3、生物多樣性原則生物多樣性高，可以充分利用各類生態(tài)位和多層分級利用物質(zhì)。西方：生物多樣性低中國：生物多樣性高4、環(huán)境的時間節(jié)律與生物的機能節(jié)律原則（1）環(huán)境因子的時間節(jié)律原則（2）生物的機能節(jié)律原則（1）環(huán)境因子的時間節(jié)律原則由于光照的周期性變化，地球上溫度、濕度、降水等因子隨著時間變化而不斷變化周期性因子：年周期、月周期、日周期、季節(jié)變化非周期性因子：例如避開干旱種植樹木年降雨量、年平均溫度、日平均溫度、日最高風(fēng)速（2）生物的機能節(jié)律原則1）日周期：生物的生命活動顯示出24h循環(huán)一次的現(xiàn)象例如：光合作用、葉子形狀、開花的現(xiàn)象。人的記憶特點：“早晨型”、“夜晚型”如細(xì)胞分裂、高等動植物組織中多種成分的濃度、活性昆蟲日間活動、食蟲鳥日間活動、鼠類、蚊蠅夜間活動貓頭鷹夜間活動2）月周期：約29.5天為一期，主要反映在動物動情和生殖周期上。月的圓缺與潮汐活動

3）年周期：動物的冬眠、休眠、候鳥、蛇的褪皮夏蟄、洄游,植物的發(fā)芽、開花、結(jié)實等現(xiàn)象均有明顯的年周期節(jié)律。如何利用生物的機能節(jié)律和環(huán)境因子的時間節(jié)律？在生態(tài)工程種群的選擇在生態(tài)工程種群的選擇與匹配過程中合理地利用不同生物的機能節(jié)律，與當(dāng)?shù)丨h(huán)境節(jié)律合理配合，就可以做到環(huán)境資源的合理利用。例如：貓頭鷹夜間活動并以晝伏夜出的小動物為食，鷹白天活動并以夜伏晝出的小動物為食兩種同是食肉類猛禽就可以生活在同一片森林中各得其所。再如：在大小興安嶺的落葉松林中，我們可以看到春美草、赤蓮等地被植物在早春落葉松出葉以前開花結(jié)實，而紫菀和一枝黃花則在晚秋完成其生活周期。它們與主要種群落葉松形成合理的時間節(jié)律配合。又如：北方干旱半干旱地區(qū)春季干旱少雨，造林成活率極低，而我們?nèi)绻扇∫恍┘夹g(shù)手段使造林綠化避開這一嚴(yán)酷的時間階段，改在雨季造林，就可以使成活率成倍數(shù)提高。中國科學(xué)院石家莊農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究所在太行山造林綠化生態(tài)工程中采取了塑料袋集約化育苗，雨季造林，取得了成活率85％以上的好成績。5生物種群選擇原則（目的性極強）生物種群選擇的原則一般有兩條：根據(jù)生態(tài)工程建設(shè)的主要目的來選擇。所選擇的生物種群都要服從這一主要目的。同時，在保證主要目的的原則下應(yīng)當(dāng)盡量考慮其他對人類有益的作用，也就是常講的“多功能”。在同樣可以達(dá)到主要目的的種群抉擇中，要盡量選擇兼有其他功能的種群。根據(jù)工程所處自然環(huán)境特征來選擇。選定適生種群，這就是常說的“因地制宜”，這兩條原則并不是主從關(guān)系，而是處于同等重要的地位。有些地帶以前者居先，像一些生態(tài)較好的地區(qū)。有些則以后者居先，像一些環(huán)境脆弱、惡劣地域。例如：中國科學(xué)院太行山白果樹生態(tài)工程試區(qū)，在進(jìn)行立體林業(yè)工程的生物種群選擇上，根據(jù)當(dāng)?shù)馗珊地汃ぁ⒔涤昙械那闆r，確立以水土涵養(yǎng)為主，盡量增加林地覆蓋率為主要目的，兼顧中短期經(jīng)濟(jì)效益，以做到在改善生態(tài)環(huán)境的同時改善當(dāng)?shù)厣絽^(qū)人民的生活條件。選定了火炬樹(兼具美化效益)和兼顧經(jīng)濟(jì)效益的果樹石榴、山桃、山杏、毛櫻桃和中藥材山茱萸為主要種群。而排除了在當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)性狀不良的刺槐和沒有成林希望的側(cè)柏、油松。6種群匹配原則主要種群選定后就要匹配次要種群。如何進(jìn)行種群匹配？利用生態(tài)位、共生互生，充分利用空間、時間、營養(yǎng)、生態(tài)位實驗研究向大自然學(xué)習(xí)例如：四川黃連農(nóng)場匹配的白馬桑白馬桑：適于山坡林下、山頂灌叢和溝邊等地太行山白果樹試區(qū)選定的多種豆科牧草；果園中加入的食用菌.海南橡膠園中選定的茶樹-膠茶間作茶樹生長環(huán)境：光照是茶樹生存的首要條件，不能太強也不能太弱，對紫外線有特殊嗜好，因而高山出好茶；橡膠樹既可抵抗低溫、風(fēng)害等不利條件，減輕水土流失，保持土壤養(yǎng)分，又可促進(jìn)害蟲天敵數(shù)量的增加，增強抗病蟲的能力，也將土地利用率提高了50-70%，提高了光能利用率，橡膠樹的平均生長量比單膠林提高了17%，總產(chǎn)值比單膠林提高了80%以上。產(chǎn)量1978197919801981198219831984合計膠茶群落茶82520103472.5310520551762.52287.515517.5純茶51013202422.531203187.51290258014430膠茶群落中茶樹與純茶園茶葉產(chǎn)量比較（kg/hm2）7人工壓縮演替周期原則數(shù)百年例如：我國干旱半干旱地區(qū)、嚴(yán)重水土流失地區(qū)、貧瘠黃山丘陵區(qū)、鹽堿化地區(qū)等第一期工程：抗性較強的先鋒樹種或抗旱灌木、牧草，旱生的檸條、胡枝子、沙棘、沙打旺等豆科植物，抗風(fēng)沙、改良土壤第二期工程：喬木樹種，形成疏林結(jié)構(gòu)第三期工程：喬、灌、草結(jié)合8種群置換原則以人工選擇的組分代替自然種群；利用習(xí)性相同的生物之間的選擇與置換來建造新的生態(tài)系統(tǒng)。例如：以豆科作物、豆科牧草或中草藥植物代替地被物以經(jīng)濟(jì)灌木或小喬木組成下木以食用菌代替腐生性低等生物人工控制株行距，減少競爭以結(jié)構(gòu)的人工合理調(diào)控代替種間種內(nèi)競爭，從而減少耗損；9經(jīng)濟(jì)效益原則西方：環(huán)保中國：環(huán)保+實利第二節(jié)生態(tài)工程設(shè)計路線一、邏輯準(zhǔn)備二、技術(shù)路線一、邏輯準(zhǔn)備1、擬定目標(biāo)2、背景調(diào)查3、模型分析與模擬4、工程可行性評價5、生態(tài)工程設(shè)計的科學(xué)基礎(chǔ)1、擬定目標(biāo)（1）社會目標(biāo)（2）經(jīng)濟(jì)目標(biāo)（3）生態(tài)目標(biāo)整體協(xié)調(diào)目標(biāo)：自然生態(tài)系統(tǒng)是否合理、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)是否有利、社會系統(tǒng)是否有效（1）社會目標(biāo)科技、文教、管理和道德水平（2）經(jīng)濟(jì)目標(biāo)生產(chǎn)、消費、積累和流通水平（3）生態(tài)目標(biāo)結(jié)構(gòu)和功能和諧穩(wěn)定2、背景調(diào)查（1）自然資源條件：生物、土地、礦產(chǎn)、水資源等干旱地區(qū)：生物資源短缺，水資源短缺沿海：土地、水資源豐富/生物資源、礦產(chǎn)資源短缺（2）社會經(jīng)濟(jì)條件包括：市場狀況、勞動力、知識水平、經(jīng)濟(jì)實力產(chǎn)品的開發(fā)：（加環(huán)后的產(chǎn)品）需要的勞動力是否滿足、市場需求量、勞動力的知識水平是否可以開展新產(chǎn)品的開發(fā)？尤其是工業(yè)生態(tài)工程或者產(chǎn)業(yè)生態(tài)工程設(shè)計——養(yǎng)殖蘑菇：什么品種？如果不能滿足，應(yīng)該怎樣解決？（3）生態(tài)環(huán)境條件氣候條件、土壤條件、污染狀況等，酸性土壤、鹽堿土、干旱是否適合種植特定種的植物等。生物——環(huán)境例如：存在污染的地區(qū)，便不能發(fā)展有機食品，除非污染被徹底治理。總之：搜集數(shù)據(jù)應(yīng)該包括：所研究系統(tǒng)中的組成、狀態(tài)、組分之間的物質(zhì)、能量、信息流動、系統(tǒng)的輸出以及與外界的貨幣、物質(zhì)等因子的交換等等。3、模型分析與模擬根據(jù)擬定的目標(biāo)和收集的數(shù)據(jù)，構(gòu)建合適的數(shù)學(xué)模型。通過模型的運算，評價所選的模型類型和數(shù)據(jù)集是否合適，在模型和數(shù)據(jù)集合適的基礎(chǔ)上，通過運算，找出關(guān)鍵組分和關(guān)鍵因子，找出系統(tǒng)各組分間的物質(zhì)和能量的流通規(guī)律以及流通率變化對系統(tǒng)的潛在壓力和影響效應(yīng)，找出組分的靈敏性和系統(tǒng)平衡及穩(wěn)定能力，找出反饋作用的強度和效應(yīng)等等。結(jié)合定性研究，評價和分析系統(tǒng)的整體行為特征和發(fā)展趨勢，并進(jìn)行綜合評價。4工程可行性評價生態(tài)系統(tǒng)模型提供了復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的靜態(tài)特征和動態(tài)變化性質(zhì)，是生態(tài)工程可行性分析或決策分析的基礎(chǔ)。通過可行性評價和決策分析，可以為管理和政府部門提供在不同社會、經(jīng)濟(jì)和自然資源條件下，生態(tài)工程實施的多條途徑。系統(tǒng)惡化的風(fēng)險最小。5生態(tài)工程設(shè)計的科學(xué)基礎(chǔ)(1)多學(xué)科性打破學(xué)科界限，自然科學(xué)、工學(xué)和社會科學(xué)緊密結(jié)合起來(2)多目標(biāo)性摒棄傳統(tǒng)的單目標(biāo)、單向的思維方式，進(jìn)行多目標(biāo)、多層次和多屬性的分析研究和決策。多目標(biāo)：經(jīng)濟(jì)目標(biāo)、自然生態(tài)目標(biāo)、社會目標(biāo)(3)整合性針對復(fù)合系統(tǒng)內(nèi)存在大量的不確定因素、取得完整數(shù)據(jù)的艱巨性和大規(guī)模、長周期的特點，必須突破傳統(tǒng)的定性數(shù)學(xué)和統(tǒng)計數(shù)學(xué)的束縛，采用宏觀、微觀相結(jié)合，定性與模糊相結(jié)合的手段，開展研究。(4)整體性要著眼于系統(tǒng)和亞系統(tǒng)的綜合特征，而非系統(tǒng)組分間的細(xì)節(jié)分析；重在探索系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、功能的行為，而非其數(shù)量的絕對變化。二、技術(shù)路線1、建立互利共生網(wǎng)絡(luò)2、延長食物鏈1、建立互利共生網(wǎng)絡(luò)中國：基于整體、協(xié)調(diào)和內(nèi)因與外因關(guān)系等理論。著重調(diào)控系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)行優(yōu)化組合，提高系統(tǒng)本身的遷移、轉(zhuǎn)化、再生一些物質(zhì)和能量的能力，對太陽能的利用率及自凈作用與環(huán)境容量，充分發(fā)揮物質(zhì)生產(chǎn)潛力，盡量充分利用原料、產(chǎn)品、副產(chǎn)品、廢物及時間、空間、營養(yǎng)生態(tài)位，提高整體的綜合效益。原則：將平行的不相聯(lián)結(jié)的兩個種，聯(lián)系在一起，二者相輔相成，相得益彰，能動的發(fā)揮共生作用，形成網(wǎng)絡(luò)，做到物質(zhì)循環(huán)利用。互利共生網(wǎng)絡(luò)：魚鴨混養(yǎng)稻田養(yǎng)魚稻田養(yǎng)蟹基塘系統(tǒng)：?；~塘、草基魚塘、菜基魚塘、果基魚塘、林牧復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)、林農(nóng)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)等魚鴨混養(yǎng)稻田養(yǎng)魚聯(lián)合國糧農(nóng)組織在世界范圍內(nèi)評選出了5個古老的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，作為世界農(nóng)業(yè)遺產(chǎn)進(jìn)行保護(hù)。作為有著700多年歷史的農(nóng)作方式，浙江青田的稻田養(yǎng)魚成為中國乃至亞洲惟一的入選項目。稻田養(yǎng)魚稻田養(yǎng)魚稻田養(yǎng)魚(或蟹)：草食性、濾食性和雜食性魚非生物因子：光、水、水溫、C02、pH值和一些無機營養(yǎng)鹽；生物因子：初級生產(chǎn)者：水稻植株、雜草、藻類。消費者：浮游動物(原生動物、昆蟲、甲殼類)，底棲動物(軟體動物、寡毛類、甲殼類、水生昆蟲等)，魚類(泥鰍、黃鱔及人為放養(yǎng)的魚種)水稻害蟲及其天敵，魚苗的敵害動物。魚減耗：魚吃草（吃浮游的生物、底棲動物，減耗、增益），減少草對肥料、陽光等競爭（雜草量可達(dá)每畝30～435kg之多，使水稻減產(chǎn)10％～30％）魚增益：（1）生產(chǎn)環(huán)：濾食性魚及雜食性魚攝食田中浮游生物、底棲生物，他們將一些本無經(jīng)濟(jì)價值不能直接為人類利用的源轉(zhuǎn)化成商品魚，增加收益；（2）增益環(huán)：稻田中放養(yǎng)110天，密度每畝400尾，每畝稻田魚糞可達(dá)176kg，增加肥源，增益作用。?；~塘2、延長食物鏈（實質(zhì)是加環(huán)）加環(huán)：在一個生態(tài)系統(tǒng)或復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈網(wǎng)或生產(chǎn)流程中，增加一些環(huán)節(jié)，改變食物鏈(或生產(chǎn)流程)結(jié)構(gòu)，擴大與增加系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境及經(jīng)濟(jì)效益，以發(fā)揮物質(zhì)生產(chǎn)潛力，更充分利用原先尚未利用的那部分物質(zhì)和能量，促使物質(zhì)流與能量流的途徑暢通，此即稱之為加環(huán)。傳統(tǒng)生產(chǎn)的目的：提高單一產(chǎn)品的凈生產(chǎn)量整個系統(tǒng)的效益提高了嗎？

沒有！空間、時間及副產(chǎn)品、廢棄物的利用不夠充分生態(tài)工程的目的：持續(xù)地、充分地利用空間、時間、物質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)中的各類物質(zhì)的分層多級利用和物質(zhì)循環(huán)地上部分占生物量的60%根占生物量的40%秸稈占50%籽粒占50%直接食用的占65-70%副產(chǎn)品占30-35%供人直接需用的產(chǎn)品僅占20％，80％未被高效的利用植物-產(chǎn)品-人玉米玉米芯木糖醇或糠醛殘渣食用菌殘渣蚯蚓蚓糞有機肥植物-產(chǎn)品-副產(chǎn)品-加工-植物秸稈燃料、還田玉米秸稈微生物發(fā)酵飼料禽、魚、畜糞便沼氣沼液沼渣有機肥植物-產(chǎn)品-副產(chǎn)品-加工-植物立體養(yǎng)殖加環(huán)的種類——5類：（1）生產(chǎn)環(huán)：使非經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品或廢物(或部分用非經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品與廢物)——為人利用的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品畜禽糞便，棉籽殼，木糖醇渣等——食用菌無毒的有機廢水——水培蔬菜或花卉（既處理凈化了廢水(渣)，又生產(chǎn)出商品）（2）增益環(huán)：不能直接生產(chǎn)出商品，但可加大或提高生產(chǎn)環(huán)的效益。種植鳳眼蓮、細(xì)綠萍——處理與凈化無毒的有機廢水——達(dá)到養(yǎng)殖要求——養(yǎng)魚種植鳳眼蓮、細(xì)綠萍——飼料——飼養(yǎng)家畜、家禽、養(yǎng)殖魚類（3）減耗環(huán)：在損耗環(huán)上增加一新環(huán)節(jié)，或者增大原有的環(huán)節(jié)，使之抑制和削弱損耗環(huán)的作用，即減耗環(huán)損耗環(huán)：農(nóng)田害蟲、害鼠等如：用三葉草套種在白菜行間，可使白菜甲蟲數(shù)量降低90％，而只要行距合適，白菜并不減產(chǎn)。油菜蚜蟲七星瓢蟲增多油菜棉花+棉花蚜蟲油菜、棉花間作被食（4）復(fù)合環(huán)：添加的環(huán)節(jié)具有上述各環(huán)的多種功能農(nóng)、林生態(tài)系統(tǒng)蜜蜂花粉花蜜、黃臘、蜂王漿生產(chǎn)環(huán)傳粉增產(chǎn)增益環(huán)棉花的皮棉增產(chǎn)：20％油菜籽增產(chǎn)：18％梨、蘋果分別增產(chǎn)：30％～50％及20％～47％魚塘、魚商品鴨生產(chǎn)環(huán)鴨子飼料潑濺鴨子糞便有害水昆蟲、有病魚種或苗被食用減耗環(huán)增益環(huán)魚鴨混養(yǎng)（5）加工環(huán)：將食物鏈中的廢物、副產(chǎn)品、產(chǎn)品加工，促使生產(chǎn)環(huán)、增益環(huán)、復(fù)合環(huán)聯(lián)結(jié)，增加經(jīng)濟(jì)收入，物質(zhì)循環(huán)利用農(nóng)業(yè)、林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品輸出，多以原糧、毛菜、水果等形式輸出，產(chǎn)值低，輸出物中一部分如留在系統(tǒng)內(nèi)可參加循環(huán)，節(jié)約成本、減少物質(zhì)和產(chǎn)量損失的部分，但輸出后卻成為廢物，使垃圾增量，是無效輸出。毛菜：菜根、豆莢或邊上老葉占20％～40％，一個中等城市：消費毛菜50～100t——有機垃圾10～29t毛菜凈菜加工環(huán)廢葉飼料畜禽糞便沼氣沼液、渣生產(chǎn)效益：每10t玉米芯——1t木糖醇產(chǎn)值：1400元50000元玉米玉米芯木糖醇或糠醛殘渣食用菌殘渣蚯蚓蚓糞有機肥秸稈燃料、還田玉米玉米粒玉米淀粉、葡萄糖、葡萄糖內(nèi)酯廢水、渣纖維板秸稈水培蔬菜、青綠飼料養(yǎng)殖一、環(huán)境管理（洪澤湖）生態(tài)工程設(shè)計二、污水資源化生態(tài)工程設(shè)計三、生態(tài)重建生態(tài)工程設(shè)計第三節(jié)生態(tài)工程設(shè)計示范一、環(huán)境管理（洪澤湖）生態(tài)工程設(shè)計（一）洪澤湖蝗區(qū)調(diào)查自然條件：湖水量變化不定：水位經(jīng)常變化，沿湖12-13米等高線，不能經(jīng)常開墾，僅僅在較高坡地種植一季春作物或一季秋作物旱-澇災(zāi)害頻繁：大雨或汛期，高地間和沙崗積水無法排出，造成內(nèi)澇內(nèi)澇地不能耕種：蝗蟲適合發(fā)生水、旱、蝗三大自然災(zāi)害頻繁發(fā)生的重災(zāi)區(qū)食料豐富、天敵作用小和水熱條件適宜，干旱導(dǎo)致蝗災(zāi)爆發(fā)蝗蟲在我國各地皆系以卵在土壤內(nèi)越冬。越冬后，蝗卵開始發(fā)育的時間為南方早，北方遲。一般除東亞飛蝗在我國一年可發(fā)生2~4代外，其它大部分蝗種都是一年發(fā)生一代。東亞飛蝗發(fā)生代數(shù)的多少主要受溫度、濕度和降水的影響。光與氣壓在正常變化幅度內(nèi)則影響不顯著。溫度：據(jù)研究，東亞飛蝗發(fā)育溫度范圍為20~42℃，適宜發(fā)育溫度在25~40℃之間，最適溫度范圍為28~34℃。由一齡蝗蝻發(fā)育至成蟲所經(jīng)歷時間在恒溫25℃條件下為41.2d，在30℃為28.4d，在35℃為20.1d，40℃為17.6d。水分：一般干旱年所歷時間比多雨年為短，干旱年完成一代最少要35d，一般年份需70~80d，而陰雨較多年份需95~100d。降水過多會產(chǎn)生孵化期的推遲效應(yīng)；同時蝗卵易于霉變，蝗蝻出土數(shù)量減少。降水過少對蝗卵孵化也很不利，由于土壤過于干燥，易導(dǎo)致蝗卵失水干癟。以華北蝗區(qū)為例，蝗卵在土壤含水量8%~22%的范圍內(nèi)可發(fā)育孵化，土壤含水量在18%~22%時孵化率最高，但土壤含水量超過30%時，在絕大多數(shù)情況下，蝗卵不能孵化。（二）生態(tài)工程設(shè)計解決問題的關(guān)鍵：（1）解決干旱-前提（2）穩(wěn)定水旱面積，把時澇時旱的地帶改造成適合種植水旱作物的農(nóng)田，杜絕飛蝗繁殖（3）進(jìn)一步發(fā)展農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)，蘆葦種植-完成水產(chǎn)區(qū)的生態(tài)環(huán)境管理和社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)二、污水資源化生態(tài)工程設(shè)計自然條件：蘇州薊門塘河位于該市東郊長約5km，寬40-100米不等接納部分生活污水和雨水約1億多m3。（一）問題：河水污染嚴(yán)重項目現(xiàn)水質(zhì)五類水地表水水質(zhì)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)COD28-55mg/L<=40mg/L氨氮1.76-6.7mg/L<=2.0mg/L總P0.16-0.18mg/L<=0.4mg/L酚類、石油類等（二）生態(tài)工程處理種植鳳眼蓮——污水處理后達(dá)標(biāo)——養(yǎng)魚

——鳳眼蓮青飼料——養(yǎng)家禽原理：互利共生網(wǎng)絡(luò)建立加環(huán)（增益環(huán)）（三）機制鳳眼蓮的生活習(xí)性：漂浮植物，葉覆蓋面積大，光合作用不受到水和透明度的限制，競爭有利；無性繁殖或種子繁殖，生物量高（是世界10種產(chǎn)量最高的植物之一）；耐污，可以從水中大量吸收N、P，遷移、轉(zhuǎn)化營養(yǎng)鹽鳳眼蓮的根系為微生物生長提供大量著生面積，微生物大量繁殖，分解有機質(zhì)，釋放氧氣進(jìn)入水體中，保證微生物的正常生長。分泌化學(xué)物質(zhì)到體外，水中浮游藻類受抑制青綠飼料制造堆肥制沼氣處理鳳眼蓮微生物CODTNTP1++2-+3--處理及結(jié)果鳳眼蓮與微生物的協(xié)同、互利共生的綜合作用大于各個成分孤立的作用二次污染？！關(guān)鍵：鳳眼蓮的收獲與利用鳳眼蓮——凈化污水——飼料——養(yǎng)魚、鴨、鵝、豬鳳眼蓮是否有經(jīng)濟(jì)價值？是否可以作為飼料？水面：鳳眼蓮上層：鰱魚中層：鳙魚下層：草魚、武昌魚、羅非魚底層：鯉魚、鯽魚、青魚鳳眼蓮下層：草魚底層：武昌魚、小青魚、羅非魚、鯉魚糞便微生物被食糞便上層：枝角類、水蚯蚓、搖蚊幼蟲、鰱魚、中層：鳙魚分解有機質(zhì)、釋放礦物質(zhì)浮游藻類被食鳳眼蓮凈化污水池塘養(yǎng)魚互利共生（四）效益（13年）費用：柴油、鳳眼蓮苗、管理+人工

1-2萬項目效益青飼料6萬t魚6500t+15000t水污染治理12×108m3年值700-1000萬元（五）關(guān)鍵技術(shù)（1）因地制宜科學(xué)設(shè)計，保證足夠的鳳眼蓮種植面積。根據(jù)流經(jīng)污水處理河段(或池塘)的進(jìn)水量、滯留時間、主要污染物濃度及總量、對出水的水質(zhì)要求、各種主要污染質(zhì)需降低到的濃度、鳳眼蓮在當(dāng)?shù)夭煌路萆a(chǎn)量及其吸收、降解和轉(zhuǎn)化各主要污染物速率，計算并實施保證有足夠的風(fēng)眼蓮種植面積與密度，才能保障凈化污水達(dá)到一個預(yù)定要求，如果沒有科學(xué)的設(shè)計和計算，任意地、隨便地種植一些風(fēng)眼蓮難以達(dá)到預(yù)期要求。（2）及時調(diào)整鳳眼蓮密度：同種生物種群密度自我調(diào)節(jié)。當(dāng)密度=k/2時，生物量生產(chǎn)量最大，有利于吸收去處水中的N、P采用分區(qū)分批輪收方法，人為調(diào)控種群密度。（3）及時收獲和利用鳳眼蓮：防止二次污染，收獲的量和利用的量相協(xié)調(diào)。（沼氣、青飼料）（4）鳳眼蓮的完全利用：鳳眼蓮做飼料一方面需要計算附近魚池面積及所需要的鳳眼蓮飼料量；另一方面，由于鳳眼蓮含水量高，且含鉀及氮量也偏高，高鉀高氮的飼料會影響動物的無機代謝，尤其是高鉀含量飼料如動物食之較多會引起腹瀉，以鮮鳳眼蓮喂豬及牛，食量超過5kg及30kg將引起腹瀉。故需要搭配其他飼料(如干草及其他干飼料)，以及干燥脫去過多水分，青貯發(fā)酵等加工，使之更適口及增加蛋白質(zhì)含量，務(wù)必使所收獲鳳眼蓮能充分、高效利用。利用鳳眼蓮發(fā)酵生產(chǎn)沼氣，60％～70％濕度的鳳眼蓮可使發(fā)酵加快。一般每噸干鳳眼蓮每天可生產(chǎn)4000L沼氣，1kg新鮮鳳眼蓮可生產(chǎn)13.9L沼氣。但沼氣生產(chǎn)設(shè)備一般投資較大，而經(jīng)濟(jì)效益不如作飼料高。（5）人工基質(zhì)的投入：為微生物的生長提供表面積，使得微生物的種類、密度和生產(chǎn)力都有所提高，從而提高凈化能力。（6）接種細(xì)菌，提高有機污染物的生物降解根據(jù)不同有機物類型，接種不同類型微生物，提高效率三、生態(tài)重建生態(tài)工程設(shè)計（一）問題與對策（太行山）自然環(huán)境壓力：氣候干旱、土層瘠薄、生物產(chǎn)量極低人口壓力：245-300人/km2自然條件：自然群落：草地或高草灌木群落，降雨量低，形不成森林群落——只能建造疏林結(jié)構(gòu)生態(tài)環(huán)境脆弱：低山丘陵區(qū)生態(tài)破壞嚴(yán)重總體指導(dǎo)方案：生態(tài)脆弱——綠色植物多層次覆蓋；人工壓縮演替周期干旱、水土流失嚴(yán)重——保土、改土結(jié)合，生物措施與工程措施互補；保水與節(jié)水結(jié)合，利用與改造互補；長短結(jié)合，科研與開發(fā)推廣互補的人口壓力大——貧窮——生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益互補——造林綠化和治窮結(jié)合——喬灌草結(jié)合，經(jīng)濟(jì)林和林材互補總體布局：“自給型種植業(yè)、商品型果(樹)畜(牧)業(yè)、防護(hù)型林業(yè)、生態(tài)型病蟲害防治”（二）生態(tài)工程設(shè)計1、環(huán)境辨識評價工程（1）立地類型調(diào)查植物區(qū)系調(diào)查：土壤調(diào)查：土層厚度、坡向、坡位的相關(guān)圖。土層厚度變化曲線：溝谷階地、坡下部、坡中部、坡上部、山頂部五種位置和陰、陽坡面，繪制土層厚度變化曲線土壤肥力不足：因為土層薄55-40cm（2）地理位置分析：山地和海河平原的過渡地帶，是山地森林生態(tài)系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的交錯地帶。（3）氣象觀測：降水量、氣溫（4）社會、經(jīng)濟(jì)環(huán)境：人口壓力過大。人均收入175.9元因此在獲取經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的同時要增加經(jīng)濟(jì)效益在三大效益中的比重。試區(qū)建設(shè)目標(biāo)：建造以耐旱小喬木、灌木為主的，多層人工疏林結(jié)構(gòu)類型。同時確定適當(dāng)增加經(jīng)濟(jì)效益在三大效益中的比重，以便在生態(tài)環(huán)境建設(shè)過程中解決人口壓力給山區(qū)造成的貧困現(xiàn)狀問題。2、水分多梯度富集現(xiàn)實環(huán)境特征：干旱瘠薄根源：水土流失措施：采用工程措施，使在重力影響下的水土及養(yǎng)分在一定的區(qū)域富集形成相對優(yōu)良的生態(tài)環(huán)境。水分富集工程：等高鱗坑、等高竹節(jié)溝、穴狀整地蓄水集流與保水：用化學(xué)保水劑、塑料薄膜、覆草保墑、壓石保水等。西北的“石田”就是一種行之有效的保水工程。蓋膜>覆草>壓片石>蓋草皮魚鱗坑魚鱗坑魚鱗坑竹節(jié)溝竹節(jié)溝3、人工生物種群選擇工程比較不同生物種群的形態(tài)特征和生物學(xué)特性與試區(qū)環(huán)境資源條件的相關(guān)程度，以及種群功能性共生匹配的需要，根據(jù)不同生物對主導(dǎo)生態(tài)因子的忍耐程度，按著試區(qū)生態(tài)環(huán)境條件和所建群落的結(jié)構(gòu)組成，在生態(tài)學(xué)特性和生物學(xué)特性與之相應(yīng)的范圍內(nèi)，進(jìn)行大量的生物種群選擇和引入。引入：47科68屬203種主要生物種群選擇：林木選擇果樹經(jīng)濟(jì)植物牧草引種選擇動物昆蟲引種品比實驗4、種群匹配工程主要種群確定后要匹配其他種群獲取生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益25種種群匹配類型（1）溝谷臺田：葡萄×豆科作物葡萄×草莓葡萄×兔葡萄×東亞鉗蝎葡萄×蔬菜葡萄×中草藥材蘋果×豆科作物蘋果×草莓桃×豆科作物桃×豆科牧草山茱萸×豆科作物核桃×牧草核桃×矮稈作物（2）山坡石榴×牧草石榴×木牛瓜石榴×抗旱矮稈作物山櫻桃×牧草山茱萸×牧草山杏×牧草山桃×牧草火炬樹×牧草洋槐×黃連木（3）山頂灌木×禾本科牧草油松×牧草豆科×禾本科牧草混播5、時間節(jié)律工程自然資源節(jié)律與人工生物種群機能節(jié)律的合理匹配，是將自然資源轉(zhuǎn)化為生物產(chǎn)量的關(guān)鍵，也是人工模擬自然生態(tài)系統(tǒng)和諧與高效的重要手段。復(fù)合生物群體之間各種群機能節(jié)律的配合是人工復(fù)合群體機能性共生互利互惠的根本。

a．造林種草與降水的配合采取營養(yǎng)杯闊葉樹苗雨季造林，躲過嚴(yán)酷的旱季：因為華北半干旱半濕潤區(qū)7月-9月降水占全年降水量的60％～70％，而當(dāng)年10月到第二年6月降水量僅占30％～40％，過去傳統(tǒng)的山區(qū)造林基本是在春秋少雨季節(jié)進(jìn)行，這是造林成活率不高的原因。因此在系列化造林技術(shù)中采取營養(yǎng)杯闊葉樹苗雨季造林，躲過嚴(yán)酷的旱季，利用雨季多水有利于幼樹成活的好時機，使得造林成活率由以前的30％提高到90％以上。b．復(fù)合群體時間匹配利用生物不同的機能節(jié)律是實驗中采用的另一種提高復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)生物間共生互利的方式。草莓—果樹(葡萄)

木牛瓜—肉兔葡萄—肉兔(鉗蝎)

核桃—蜜蜂這些結(jié)構(gòu)與蔬菜多茬生產(chǎn)一樣都表現(xiàn)了較高的效益。6、人工食物鏈工程基本原理：利用高生產(chǎn)力的人工馴化種群，取代生態(tài)系統(tǒng)中的自然食物鏈種群，從而提高人工生態(tài)系統(tǒng)效益，保持系統(tǒng)穩(wěn)定，形成比較完整高效的人工生態(tài)系統(tǒng)。這種做法也稱為食物鏈“加環(huán)”。a.林地—