第一章林業(yè)生態(tài)工程的基本理論

第一章林業(yè)生態(tài)工程基本理論20世紀末世界人口突破了60億，隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，人類活動遍布地球的每個角落，地球上已經(jīng)難以找到一個沒有受到人類影響的地方，原始的生態(tài)系統(tǒng)幾乎喪失，全球生態(tài)環(huán)境危機不斷激化。干裂的土地，赤紅的荒山，意味著不斷惡化的

，幼苗的上方是蔚藍的地球，地球似乎化作一滴甘露，滋潤著大地；幼苗又可寓意為

工程，雖然柔弱，卻頑強地支撐著地球；地球和幼苗組合和諧，象征著希望。生態(tài)環(huán)境生態(tài)生態(tài)工程建設(shè)目的：

遵循自然界物質(zhì)循環(huán)的規(guī)律，充分發(fā)揮資源的生產(chǎn)潛力，防止環(huán)境污染，達到經(jīng)濟效益和生態(tài)效益的同步發(fā)展。與傳統(tǒng)的工程相比，生態(tài)工程是一類少消耗、多效益、可持續(xù)的工程體系。根本原因：長江上游亂砍濫伐森林，水源涵養(yǎng)和水土保持功能急劇降低，造成大量泥沙淤積河道；中游圍湖造田、亂占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊面積急劇減少。1.導致1998年長江洪水泛濫的主要原因是什么？直接原因：1998年度的罕見降雨。但這也與全球溫室氣體排放量增加而導致的溫度升高、氣候異常有關(guān)。2.洪災的發(fā)生反映出經(jīng)濟發(fā)展模式存在什么問題？

傳統(tǒng)的經(jīng)濟發(fā)展模式不注重生態(tài)環(huán)境的保護，沒有考慮生態(tài)成本，經(jīng)濟的發(fā)展以巨大的生態(tài)環(huán)境破壞為代價。關(guān)注生態(tài)工程建設(shè)大量使用化肥、農(nóng)藥和機械的生產(chǎn)方式，對石油等能源有高度的依賴性。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)：復雜的生物過程→簡單的機械和化學過程。投入高，產(chǎn)出也高；產(chǎn)生的廢棄物和有害物質(zhì)的數(shù)量也很龐大，大大削弱了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和持續(xù)生產(chǎn)力，并造成日益嚴重的農(nóng)產(chǎn)品污染和環(huán)境污染等問題。1.你對“石油農(nóng)業(yè)”是如何理解的？2.石油農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)模式應(yīng)當怎樣改進？在不同的國家有不同的改進措施。在我國，人多地少，應(yīng)該大力發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)。具體措施包括：

1.不斷提高土地的產(chǎn)出水平；2.要減少農(nóng)業(yè)活動對環(huán)境的污染，促進社會的可持續(xù)發(fā)展。

主要是通過實行“

”原則，使一個系統(tǒng)產(chǎn)生出的污染物，能夠成為本系統(tǒng)或者另一個系統(tǒng)的

，從而實現(xiàn)廢棄物的資源化，而實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟最重要的手段之一是

。生態(tài)經(jīng)濟

循環(huán)經(jīng)濟生產(chǎn)原料

生態(tài)工程

本章內(nèi)容

1.1生態(tài)工程基本理論生態(tài)學理論系統(tǒng)科學理論可持續(xù)發(fā)展理論水土保持學理論

1.2植被恢復基本理論

生態(tài)環(huán)境脆弱帶理論

恢復生態(tài)學理論

植被恢復理論1.1生態(tài)工程基本理論

生態(tài)工程是人類學習自然生態(tài)系統(tǒng)“智慧”的結(jié)晶，是生態(tài)學、工程學、系統(tǒng)學、經(jīng)濟學等學科交叉而產(chǎn)生的新興學科。

1.1生態(tài)工程基本理論

1.1.1生態(tài)學理論

1.1.1.1生態(tài)系統(tǒng)理論一、什么是生態(tài)系統(tǒng)？

在一定空間范圍內(nèi)，各生物成分（包括人類在內(nèi)）和非生物成分（環(huán)境中物理和化學因子）通過能量流動和物質(zhì)循環(huán)而相互作用、相互依存所形成的一個功能單位。二、生態(tài)系統(tǒng)的組成

白尾鹿樹木枯枝落葉分解(微生物)土壤森林生態(tài)系統(tǒng)生物環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)者消費者分解者植物:通過光合作用制造有機物，為自身和動物提供營養(yǎng)——生產(chǎn)者動物:直接或間接地以植物為食——消費者細菌、真菌:分解動、植物體——分解者生產(chǎn)者、消費者食物鏈下面三種生物之間的關(guān)系是怎樣的？想一想樹葉

蟲鳥消費者消費者生產(chǎn)者……1、食物鏈：生產(chǎn)者與消費者之間吃與被吃的關(guān)系。注意：箭頭方向指向捕食者，表示能量流動方向。螳螂捕蟬，黃雀在后。畫一畫樹蟬螳螂黃雀食物鏈注意：箭頭方向指向捕食者，表示能量流動方向。其中不包括分解者。資料分析小紅點表示有害物質(zhì)，進入生物體內(nèi)難以分解、無法排出。A：微小的水生植物B：劍水蚤C；蜻蜓的幼蟲子D：小魚E：大魚淡水生態(tài)系統(tǒng)討論：1、如果人吃了這些積累了很多有毒物質(zhì)的魚，會產(chǎn)生什么樣的后果？2、為什么在食物鏈中營養(yǎng)級別越高的生物，體內(nèi)的有毒物質(zhì)積累越多？因為一些有毒物質(zhì)在生物體內(nèi)比較穩(wěn)定，不易分解，而且是生物無法排出的，這些有毒物質(zhì)隨著食物鏈不斷積累，所以在食物鏈中營養(yǎng)級別越高的生物，體內(nèi)積累的有毒物質(zhì)越多。人會中毒資料:日本的水俁病是有毒物質(zhì)通過食物鏈富集的典型例子。1953年，日本的水俁市出現(xiàn)了病因不明的“狂貓癥”和人的“水俁病”，成群的家貓狂奔亂跳，集體跳入水中，病人感到全身骨痛難忍。直到1965年才查明，此病是由該市60Km以外的一家公司排出含汞廢水進入水體引起的。汞在水體中沿著食物鏈逐級富集，水體→硅藻等浮游植物→食硅藻的水生昆蟲及其幼蟲→石斑魚→肉食性鱘魚和鯰魚→人或貓，鯰魚體內(nèi)含汞量達到10—20mg/kg，最高達50—60mg/kg，比原來含汞水中的汞濃度高1萬—10萬倍，人或貓吃了鯰魚，就會出現(xiàn)汞中毒日本的水俁病患者主頁假設(shè)你是某地區(qū)的農(nóng)業(yè)局長，該地區(qū)麻雀很多，麻雀能吃害蟲，但也吃稻谷。有人建議噴農(nóng)藥殺蟲，大量捕殺麻雀，認為這樣可以獲得高產(chǎn)，你對此有何看法。想一想?有毒物質(zhì)沿食物鏈不斷的傳遞下去，積累下去，最終威脅人類自身;麻雀的滅絕會導致生態(tài)系統(tǒng)失去平衡。二、生態(tài)系統(tǒng)類型：（一）按基質(zhì)劃分陸地生態(tài)系統(tǒng)：森林生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、城市生態(tài)系統(tǒng)……。水域生態(tài)系統(tǒng)：河流生態(tài)系統(tǒng)、池塘生態(tài)系統(tǒng)、海洋生態(tài)系統(tǒng)……。森林生態(tài)系統(tǒng)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)城市生態(tài)系統(tǒng)海洋生態(tài)系統(tǒng)一個水族箱也是一個生態(tài)系統(tǒng)！生物圈是最大的生態(tài)系統(tǒng)?。ǘ└鶕?jù)人類活動及其影響程度劃分：（1）自然生態(tài)系統(tǒng)：未受到人類活動影響或輕度影響的生態(tài)系統(tǒng)。（2）半自然生態(tài)系統(tǒng)：系統(tǒng)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)、類型或比例受到人類活動的影響較大。（3）人工復合生態(tài)系統(tǒng)：人類活動在系統(tǒng)中起主導作用。三、生態(tài)系統(tǒng)的特征（一）功能特征生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者、消費者和分解者與它們的生存環(huán)境相互作用，不斷進行著能量和物質(zhì)的交換，產(chǎn)生能量流動和物質(zhì)循環(huán)，從而保持生態(tài)系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)。形態(tài)結(jié)構(gòu)即群落結(jié)構(gòu)，功能結(jié)構(gòu)主要是指系統(tǒng)內(nèi)的生物成分之間通過食物網(wǎng)或食物鏈構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或營養(yǎng)位級。（二）動態(tài)特征生態(tài)系統(tǒng)是不斷變化的系統(tǒng)。隨著時間的推移，生態(tài)系統(tǒng)總是從比較簡單的結(jié)構(gòu)向復雜結(jié)構(gòu)狀態(tài)發(fā)展，最后達到相對穩(wěn)定的階段。（三）相互作用和相互聯(lián)系的特征生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各生物和非生物成分的關(guān)系是緊密相連不可分割的整體。四、生態(tài)平衡與生態(tài)穩(wěn)態(tài)生態(tài)平衡生態(tài)系統(tǒng)通過發(fā)育與調(diào)節(jié)所達到的一種穩(wěn)定狀態(tài)。特征：物質(zhì)和能量的輸入和輸出接近平衡；種群結(jié)構(gòu)和數(shù)量比例持久地沒有明顯變化。生態(tài)平衡是動態(tài)的，在人為有益的影響下，可以建立新的平衡。生態(tài)穩(wěn)態(tài)生態(tài)穩(wěn)態(tài)是一種動態(tài)平衡的概念，是生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育演變到一定狀態(tài)后才會出現(xiàn)，它表現(xiàn)為一種振蕩的漲落效應(yīng)，系統(tǒng)以耗散結(jié)構(gòu)維持著振蕩，能夠使系統(tǒng)從環(huán)境中不斷吸收能量和物質(zhì)。五、生態(tài)系統(tǒng)具有一定的自動調(diào)節(jié)能力

生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)主要通過系統(tǒng)的反饋能力、抵抗力、恢復力、持久性和變異性等4個方面的內(nèi)涵。正反饋是系統(tǒng)更加偏離位置點，因此不能維持系統(tǒng)平衡，如生物種群數(shù)量的增長；負反饋是反偏離反饋，系統(tǒng)通過負反饋減緩系統(tǒng)內(nèi)的壓力以維持系統(tǒng)的穩(wěn)定，如密度制約種族增長的作用。生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力：指系統(tǒng)抵抗外力干擾的能力。特定資源生產(chǎn)力水平下群落種群多樣性的高低直接影響到群落對擾動的抵抗力。例如，對因外來種入侵而引起的擾動：多樣性程度高缺乏閑置生態(tài)位外來種群難以立足抵抗力強恢復力：指群落經(jīng)擾動后恢復到初始狀態(tài)的能力。它直接決定了擾動后群落中種群構(gòu)件和種子庫的豐富度。

1、假如草長得繁茂，兔的數(shù)量短期內(nèi)會怎樣變化？長時間呢？為什么？

短期內(nèi)，兔子有了充足的食物，數(shù)量會急劇增加。一段時間后，數(shù)量又會恢復到原來水平。因為生態(tài)系統(tǒng)具有一定的自動調(diào)節(jié)能力，使得生態(tài)系統(tǒng)中的各種生物的數(shù)量和所占比例相對穩(wěn)定。

人類應(yīng)該愛護生態(tài)系統(tǒng)，合理利用資源。給我們的啟示——2、如果在草原上過度放牧，會有哪些后果？3、為什么會呢？生態(tài)系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)能力是有限度的。

過度放牧，草不能及時再生，導致草原的食物網(wǎng)會受到破壞，嚴重時則會造成沙漠化。1）物質(zhì)循環(huán)和再生原理2）多層次分級利用原理

1.1生態(tài)工程基本理論

1.1.1生態(tài)學理論

1.1.1.2循環(huán)再生理論物質(zhì)循環(huán)和再生原理(Circulationprinciple)人類能以有限的空間和資源持續(xù)地長久維持眾多生命的生存、繁衍與發(fā)展，其奧妙就在于物質(zhì)在各類生態(tài)系統(tǒng)中，生態(tài)系統(tǒng)間的小循環(huán)和在生物圈中的生物地球化學大循環(huán)。在物質(zhì)循環(huán)中，每一個環(huán)節(jié)是給予者，也是受納者，循環(huán)是往復循環(huán)，周而復始，無底也無源的。因此，物質(zhì)在循環(huán)中似乎是取之不盡，用之不竭的。（光合作用和營養(yǎng)循環(huán)）1物質(zhì)循環(huán)和再生原理沒有物質(zhì)循環(huán)的系統(tǒng),就會產(chǎn)生廢棄物,造成環(huán)境污染,并最終影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定和發(fā)展.與物質(zhì)循環(huán)有關(guān)的肥料問題：化肥有機肥復合肥生物有機肥類型尿素、鉀肥、磷肥等用植物殘落物添加糞尿等進行堆肥(陸地)和漚肥(水中)含一定有機質(zhì)，又補充了特定元素的肥混有根瘤菌、固氮菌、磷細菌等的有機肥優(yōu)點單一肥份高、肥效快、水溶性好、利用率較高成本低、肥效長、養(yǎng)分全面、改善土壤結(jié)構(gòu)、少量有益微生物，能調(diào)節(jié)生態(tài)環(huán)境綜合化肥和有機肥的特點成本低、肥效長且穩(wěn)定、營養(yǎng)全面、含有大量有益微生物、不燒苗缺點養(yǎng)分單一，流失快而污染環(huán)境、易造成土壤板結(jié)、降低農(nóng)作物品質(zhì)養(yǎng)分含量較低，肥效慢、發(fā)酵不徹底易造成燒苗、易傳播土傳病蟲害、有臭味肥效較慢、易傳播土傳病蟲害肥效較慢Goback多層次分級利用原理(Multileveluseprinciple)多層次分級利用是自然生態(tài)系統(tǒng)中各個成分長期的協(xié)同進化與互利共生的結(jié)果，也是自然生態(tài)系統(tǒng)自我維持與持續(xù)發(fā)展的方式。在生態(tài)工程中應(yīng)當遵循、模擬和應(yīng)用這一原理和模式，同步兼收生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟及社會效益。一種成分的輸出物是另一物質(zhì)的原料。景觀生態(tài)學是近年來興起的一個生態(tài)學分支理論，景觀是指以類似方式出現(xiàn)的若干相互作用的生態(tài)系統(tǒng)的聚合。

1.1生態(tài)工程基本理論

1.1.1生態(tài)學理論

1.1.1.3景觀生態(tài)學理論景觀系統(tǒng)的整體性與異質(zhì)性原理。格局過程關(guān)系原理尺度分析原理景觀結(jié)構(gòu)鑲嵌性原理景觀生態(tài)流與空間再分配原理景觀演化的人類主導性原理景觀多重價值與文化關(guān)聯(lián)原理1.1生態(tài)工程基本理論1.1.2系統(tǒng)科學理論一、什么是系統(tǒng)？由兩個或兩個以上相互聯(lián)系、相互作用的若干要素結(jié)合而成的具有一定功能的整體。四要素：元素、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、過程構(gòu)成系統(tǒng)的條件：由若干要素所組成。要素之間要相互聯(lián)系，相互作用，相互制約。要素之間通過相互作用，產(chǎn)生與各個組成成分不同的新功能，即整體功能。二、系統(tǒng)論的基本原則作為一種嶄新的綜合性理論，系統(tǒng)論的基本原則一般包括以下幾個方面：（1）整體性原則。（2）自組織性和動態(tài)性原則。（3）相關(guān)性的原則。（4）目的性原則。（5）優(yōu)化性原則。（1）整體性原則。即系統(tǒng)、要素和環(huán)境之間的辯證統(tǒng)一。首先，系統(tǒng)與要素、要素與要素、系統(tǒng)與環(huán)境之間存在著有機的聯(lián)系，它們相互作用、相互影響，構(gòu)成一個整體。其次，系統(tǒng)的性質(zhì)和規(guī)律，只有從整體上才能顯示出來，整體可以出現(xiàn)部分未有的新功能，整體功能不是各部分功能的簡單相加。

再次，系統(tǒng)內(nèi)部各要素或部分的性質(zhì)和行為，對其他要素或部分的性質(zhì)和行為有依賴性，并對整體的性質(zhì)和行為有影響。整體性原則是系統(tǒng)論的基本出發(fā)點，它要求人們在認識和處理系統(tǒng)對象時，都要從整體著手進行綜合考察，以達到最佳效果。系統(tǒng)整體性原理你能舉出系統(tǒng)整體功能大于部分之和的例子嗎?

系統(tǒng)各組分之間要有適當?shù)谋壤P(guān)系，只有這樣才能順利完成能量、物質(zhì)、信息等的轉(zhuǎn)換和流通，并且實現(xiàn)總體功能大于各部分之和的效果，即“1+1>2”。珊瑚礁“白化”豆科作物和固氮菌的共生

豆科作物和固氮菌的共生就是一例。固氮菌為豆科作物提供氮素，而豆科作物為其提供能量和其他營養(yǎng)，兩者的共生使豆科作物能夠在氮素缺乏的土地上生長；當把它們分開時，兩者的生長都要受到損害。

整體性原理整體指社會-經(jīng)濟-自然復合成的巨大系統(tǒng)例：林業(yè)工程建設(shè)中的問題一方面號召農(nóng)民種樹，另一方面要考慮農(nóng)民的生活問題生產(chǎn)成本消費效益經(jīng)濟系統(tǒng)植物動物微生物非生物的因素自然系統(tǒng)政策管理科學文化社會系統(tǒng)社會習慣、法律制度等也都對生態(tài)工程建設(shè)有重要影響。只有應(yīng)用整體性原理,才能統(tǒng)一協(xié)高當前與長遠、局部與整體、開發(fā)與環(huán)境建設(shè)之間的關(guān)系，保障生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定（2）自組織性和動態(tài)性原則。系統(tǒng)具有能夠自動調(diào)節(jié)自身的組織、活動的特性。是系統(tǒng)與環(huán)境相互作用的結(jié)果。（3）相關(guān)性的原則。

即系統(tǒng)的整體性是通過各要素間的物質(zhì)和能量的相互交換、轉(zhuǎn)換及守恒的規(guī)律，還有信息的傳遞、交流等多種形式加以實現(xiàn)的。研究系統(tǒng)整體性時，必須搞清系統(tǒng)內(nèi)外部物質(zhì)、能量、信息的流動狀態(tài)。（4）目的性原則。即在反饋機制的作用下，系統(tǒng)能保持內(nèi)部的穩(wěn)定以及與環(huán)境的協(xié)調(diào)的一種特性。要掌握系統(tǒng)發(fā)展的趨向，必

須把握它的這種機制。（5）優(yōu)化性原則。即現(xiàn)實系統(tǒng)都是變化、發(fā)展的，應(yīng)當在動態(tài)中協(xié)調(diào)系統(tǒng)各方面的關(guān)系，使系統(tǒng)達到最優(yōu)化。

?；~塘分布在我國長江三角洲、珠江三角洲一帶的水鄉(xiāng)，是一種典型的水陸物質(zhì)和能量交換型生態(tài)工程。

?；~塘分布在我國長江三角洲、珠江三角洲一帶的水鄉(xiāng)，是一種典型的水陸物質(zhì)和能量交換型生態(tài)工程。1.1生態(tài)工程基本理論

1.1.3可持續(xù)發(fā)展理論

什么是可持續(xù)發(fā)展？按照世界環(huán)境和發(fā)展委員會在《我們共同的未來》中的表述，即“既滿足當代人的需要，又對后代人滿足其需要的能力不構(gòu)成危害的發(fā)展?！笨沙掷m(xù)發(fā)展的水平可通過五個基本要素及其間的復雜關(guān)系去衡量。1）資源的承載能力2）區(qū)域的生產(chǎn)能力3）環(huán)境的緩沖能力4）進程的穩(wěn)定能力5）管理的調(diào)節(jié)能力（1）資源的過渡開發(fā)（2)環(huán)境的惡化----需要考慮環(huán)境承載力（環(huán)境容納量），以及生物與環(huán)境的適應(yīng)需要考慮：生物與環(huán)境的適應(yīng)性，因地制宜1.1生態(tài)工程基本理論

1.1.4系統(tǒng)工程理論

概念：以某些組設(shè)想的目標為依據(jù)，應(yīng)用有關(guān)的科學知識和技術(shù)手段，通過一群人的有組織活動將某個（或某些）現(xiàn)有實體（自然的或人造的）轉(zhuǎn)化為具有預期使用價值的人造產(chǎn)品過程。就廣義而言，工程則定義為由一群人為達到某種目的，在一個較長時間周期內(nèi)進行協(xié)作活動的過程。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定功能原理運用：改善和優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例：?；~塘模式⑴系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定功能原理系統(tǒng)工程的一般步驟1）明確課題2）收集信息3）模型建立4）系統(tǒng)分析5）決策問題6）反饋調(diào)整1.1生態(tài)工程基本理論

1.1.5水土保持學原理

水土保持學是一門研究水土流失規(guī)