生態(tài)工程及其基本原理

第四章生態(tài)工程節(jié)能減排=拉閘限電?污染轉(zhuǎn)移污染轉(zhuǎn)移第一節(jié)生態(tài)工程及其原理一、生態(tài)工程是指人類應(yīng)用生態(tài)學(xué)和系統(tǒng)學(xué)等學(xué)科的基本原理和方法，通過系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)控和技術(shù)組裝，對已被破壞的生態(tài)環(huán)境進行修復(fù)、重建，對造成環(huán)境污染和破壞的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式進行改善，并提高生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力，從而促進人類社會和自然環(huán)境的和諧發(fā)展。

生態(tài)工程概念突破理論基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)和系統(tǒng)學(xué)技術(shù)手段通過系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)控和技術(shù)組裝操作過程對已被破壞的生態(tài)環(huán)境進行修復(fù)、重建，對造成環(huán)境污染和破壞的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式進行改善，并提高生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力最終目的促進人類社會和自然環(huán)境的和諧發(fā)展生態(tài)工程建設(shè)的目的是：

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。1.你對“石油農(nóng)業(yè)”是如何理解的？“石油農(nóng)業(yè)”大量運用化肥、農(nóng)藥和機械的生產(chǎn)方式，因?qū)κ偷饶茉从懈叨鹊囊揽啃远妹?。理解：a它把農(nóng)業(yè)生產(chǎn)這一困難的生物過程，變成了簡潔的機械過程和化學(xué)過程。b優(yōu)點:由于其投入高，產(chǎn)出也高，對糧食平安保障和提高人民生活水平起到了巨大的作用，c缺點：它所產(chǎn)生的廢棄物和有害物質(zhì)的數(shù)量很浩大，大大減弱了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和持續(xù)生產(chǎn)力，并造成日益嚴峻的農(nóng)產(chǎn)品污染和環(huán)境污染等問題。2.石油農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)模式應(yīng)當(dāng)怎樣改進？在不同的國家有不同的改進措施。例如，在我國，人多地少，應(yīng)當(dāng)大力發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)。實施的具體措施包括：可以依據(jù)田間作物的須要適量施用高效、低毒、低殘留的農(nóng)藥，多施有機肥，提高作物對水、肥等資源的利用效率，對作物秸稈和畜禽糞便進行再利用，實現(xiàn)物質(zhì)的多級利用，等等。一方面要不斷提高土地的產(chǎn)出水平；另一方面要削減農(nóng)業(yè)活動對環(huán)境的污染，促進社會的可持續(xù)發(fā)展。什么是污染物？

污染物是放錯地方的資源對環(huán)境造成危害的污染物，接受確定的措施和技術(shù)，就能夠進行回收和循環(huán)利用，這樣不但能夠削減環(huán)境污染，而且提高了資源的利用效率，削減了資源的奢侈。例如，對廢污水中的重金屬或氮、磷等養(yǎng)分就可以進行回收再利用。因此說污染物是放錯了地方?jīng)]有被利用的資源。

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

生態(tài)工程是人類學(xué)習(xí)自然生態(tài)系統(tǒng)“才智”的結(jié)晶，是生態(tài)學(xué)、工程學(xué)、系統(tǒng)學(xué)、經(jīng)濟學(xué)等學(xué)科交叉而產(chǎn)生的新興學(xué)科。生態(tài)工程主要由生物種群、生物群落和生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成。生態(tài)工程的構(gòu)建和運行主要依據(jù)是生態(tài)學(xué)的基本原理。二、生態(tài)工程所遵循的基本原理項目內(nèi)容意義實例物種共生原理包括共生、競爭等多種關(guān)系構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)和反饋機制大豆與根瘤菌共生、農(nóng)作物與雜草競爭生態(tài)位原理各種生物都占有一定的生態(tài)位構(gòu)建了一個多層次、多種群的穩(wěn)定而高效的生態(tài)系統(tǒng)稻田養(yǎng)魚食物鏈原理自然界復(fù)雜的食物關(guān)系所構(gòu)成的生物之間關(guān)系物質(zhì)循環(huán)、能量流動、信息傳遞的基礎(chǔ)，也是物種共生的基礎(chǔ)用青蛙來控制農(nóng)田中的害蟲物種多樣性原理生物多樣性越高、生態(tài)系統(tǒng)越穩(wěn)定可實現(xiàn)對資源充分利用并增加系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的單一物人工林的病蟲害嚴重、自然林則有蟲無害還有諸如：物種循環(huán)再生原理、協(xié)調(diào)與平衡與原理、整體性原理、系統(tǒng)學(xué)與工程學(xué)原理等是我國古代傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的輝煌成就之一，也是生態(tài)工程最早和最生動的一種模式。無廢棄物農(nóng)業(yè)1、物質(zhì)循環(huán)再生原理生態(tài)系統(tǒng)中,生物借助能量的不停流淌,一方面不斷地從自然界攝取物質(zhì)并合成新的物質(zhì),另一方面又隨時分解為原來的簡潔物質(zhì),即所謂“再生”,重新被系統(tǒng)中的生產(chǎn)者植物所吸取利用,進行著不停頓的物質(zhì)循環(huán)無廢棄物農(nóng)業(yè)----通過主動種植能夠固氮的豆科作物，以及收集一切可能的有機物質(zhì)，包括人畜糞便、枯枝落葉、殘羹剩飯、河泥、炕土、老墻土以及農(nóng)產(chǎn)品加工過程中的廢棄物等，采用堆肥和漚肥等多種方式，把它們轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C肥料，施用到農(nóng)田中，改善了土壤結(jié)構(gòu)；培育了土壤微生物；實現(xiàn)了土壤養(yǎng)分如氮、磷、鉀及微量元素的循環(huán)利用。1、物質(zhì)循環(huán)再生原理

地球以有限的空間和資源，許久維持著眾多生物的生存、繁衍和發(fā)展，奇異就在于物質(zhì)能夠在各類生態(tài)系統(tǒng)中，進行區(qū)域小循環(huán)和全球地質(zhì)大循環(huán)，循環(huán)往復(fù)，分層分級利用，從而達到取之不盡，用之不竭的效果。理論基礎(chǔ):物質(zhì)循環(huán)意義：可避開環(huán)境污染及其對系統(tǒng)穩(wěn)定和發(fā)展的影響2、協(xié)調(diào)與平衡原理意義：實例：生物數(shù)量不超過環(huán)境承載力，可避開系統(tǒng)的失衡和破壞太湖富養(yǎng)分化問題農(nóng)作物種植要合理密植草原不能超載放牧魚塘要適量放養(yǎng)所謂協(xié)調(diào)與平衡是指生物與環(huán)境的協(xié)調(diào)與平衡。平衡：指某環(huán)境下生物種群的數(shù)量與環(huán)境的承載力要平衡，假如生物的數(shù)量超過了環(huán)境的承載力的限度，就會引起系統(tǒng)的失衡和破壞，如草原上的過度放牧就是典型的例子。協(xié)調(diào)：主要指生物要適應(yīng)環(huán)境，因此在建設(shè)生態(tài)工程時，不要盲目引種或栽種；協(xié)調(diào)與平衡原理由于周邊城市、工業(yè)和農(nóng)田的排水中氮、磷的濃度較高，使太湖水體中的水葫蘆和藻類瘋長理論基礎(chǔ)：生物與環(huán)境的協(xié)調(diào)與平衡西北地區(qū)年降雨量450nm，只適宜種植灌木和草的地區(qū)，卻被硬性規(guī)定種植屬于喬木的楊樹，“楊家將”因為不適應(yīng)長成了“小老頭“防護林變成了殘敗的”灰色長城“

提示：抗寒、耐旱，適應(yīng)性強的沙棘，耐鹽堿力較強的沙棗等植物。

P111資料分析問題探討從協(xié)調(diào)與平衡原理動身，想一想，在我國西北地區(qū)進行防護林建設(shè)時，應(yīng)選擇哪些特征的樹種？假如在該地區(qū)發(fā)展畜牧養(yǎng)殖業(yè)，你認為應(yīng)當(dāng)留意什么問題？提示：西北畜牧養(yǎng)殖應(yīng)當(dāng)留意牲畜數(shù)量不能超過草地的承載量。針對公共草地的過度放牧問題，應(yīng)當(dāng)實行草地承包，調(diào)動個人的管理主動性，削減過度放牧現(xiàn)象；另外，可以在有條件的地方，人工種植牧草，增加牧草產(chǎn)量。處理好生物與環(huán)境的協(xié)調(diào)與平衡，須要考慮環(huán)境承載力。環(huán)境承載力又稱環(huán)境容納量是指某種環(huán)境所能養(yǎng)活的生物種群的數(shù)量。3、整體性原理進行生態(tài)工程建設(shè)時，不但要考慮到自然生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)律，更重要的是，要考慮到經(jīng)濟和社會等系統(tǒng)的影響力。

人類處在一個社會、經(jīng)濟、自然復(fù)合而成的系統(tǒng)中。例：林業(yè)工程建設(shè)中的問題理論基礎(chǔ)：社會、經(jīng)濟、自然復(fù)合系統(tǒng)只有應(yīng)用整體性原理,才能統(tǒng)一協(xié)調(diào)當(dāng)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)平衡和穩(wěn)定。...新。.系統(tǒng)學(xué)，工程學(xué)另外，社會習(xí)慣、法律制度等也都對生態(tài)工程建設(shè)有著重要影響。.實例：林業(yè)工程建設(shè)中，只有應(yīng)用整體性原理，才能統(tǒng)一協(xié)調(diào)當(dāng)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，才能從根本上保證生態(tài)工程的整體利益。4、系統(tǒng)學(xué)和工程學(xué)原理⑴系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)確定功能原理生態(tài)工程須要考慮系統(tǒng)內(nèi)部不同組分之間的結(jié)構(gòu)，通過變更和優(yōu)化結(jié)構(gòu)，達到改善系統(tǒng)功能的目的。⑵系統(tǒng)整體性原理系統(tǒng)各組分之間要在適當(dāng)?shù)谋壤P(guān)系，只有這樣才能順當(dāng)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”。理論基礎(chǔ)：分布式優(yōu)于集中式和環(huán)式理論基礎(chǔ)：整體功能大于部分之和⑴系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定功能原理若把系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比作計算機網(wǎng)絡(luò)，分析三種計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖：工作的牢靠性哪個高？⑴系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定功能原理5、系統(tǒng)學(xué)和工程學(xué)原理⑴系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定功能原理高效生態(tài)系統(tǒng)5、系統(tǒng)學(xué)和工程學(xué)原理⑵系統(tǒng)整體性原理例如：珊瑚礁之所以能夠保持很高的系統(tǒng)生產(chǎn)力，得益于珊瑚蟲和藻類組成的高效的植物—動物養(yǎng)分循環(huán)。通常狀況下，失去了共生藻類的珊瑚蟲會因為死亡而導(dǎo)致珊瑚礁漸漸“白化”，失去其明麗的色調(diào)，那里的生物多樣性也將銳減，從而造成系統(tǒng)的崩潰。豆科作物和固氮菌的共生也是一例。固氮菌為豆科作物供應(yīng)能量和其他養(yǎng)分，兩者的共生使豆科作物能夠在氮素缺乏的土地上生長；當(dāng)把它們分開時，兩者的生長都要受到損害。整體性原理和系統(tǒng)整體性原理的比較：

整體性原理指社會、經(jīng)濟、自然三方面協(xié)調(diào)統(tǒng)一，保障整個系統(tǒng)的穩(wěn)定與平衡。如林業(yè)建設(shè)中自然系統(tǒng)、社會系統(tǒng)與經(jīng)濟系統(tǒng)的關(guān)系問題，即種樹的同時考慮經(jīng)濟收入、糧食、燃料等問題。系統(tǒng)整體性原理指整體大于部分之和，目的是保持系統(tǒng)有很高的生產(chǎn)力，具體的說指互利共生的生物體現(xiàn)系統(tǒng)整體性原理，如藻類和珊瑚蟲、大豆和根瘤菌、地衣植物中藻類和真菌等。理論基礎(chǔ)意義舉例物質(zhì)循環(huán)再生原理物質(zhì)循環(huán)避免環(huán)境污染及對系統(tǒng)穩(wěn)定性和發(fā)展的影響無廢棄物農(nóng)業(yè)物種多樣性原理生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性避免生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或功能失衡解決單純林引起的“綠色荒漠”問題協(xié)調(diào)與平衡原理生物與環(huán)境的協(xié)調(diào)與平衡避免生態(tài)系統(tǒng)的失衡和破壞赤潮和水華等水體富營養(yǎng)化問題整體性原理社會、自然、經(jīng)濟復(fù)合系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)各種關(guān)系，保障 生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定林業(yè)建設(shè)中自然生態(tài)系統(tǒng)與社會、經(jīng)濟系統(tǒng)的關(guān)系問題系統(tǒng)學(xué)和工程學(xué)原理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定功能原理：分布式優(yōu)于集中式和環(huán)式改善和優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以改善功能?；~塘系統(tǒng)整體性原理：整體大于部分保持較高的系統(tǒng)生產(chǎn)力藻類和珊瑚蟲的關(guān)系生態(tài)工程所遵循的基本原理歸納:基本原理物質(zhì)循環(huán)再生物種多樣性協(xié)調(diào)與平衡整體性系統(tǒng)學(xué)和工程學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)確定功能系統(tǒng)整體性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。特點少消耗，多效益，可持續(xù)發(fā)展....試分析下列事務(wù)可用何種生態(tài)工程原理來說明1.畜牧養(yǎng)殖應(yīng)留意牲畜量不超過草地承載量2.運用堆肥和漚肥法實現(xiàn)生態(tài)農(nóng)業(yè)3.廣東大量引種木麻黃作為行道樹，一年一種叫吹綿介殼蟲的害蟲使木麻黃遭遇嚴峻破壞，后來從國外引進澳洲瓢蟲，已持續(xù)發(fā)揮了限制害蟲的作用。4.針對過度放牧的草原，一方面要削減畜牧量，進行草地承包，有效管理。另一方面要設(shè)法增加農(nóng)牧民的收入途徑。物質(zhì)循環(huán)再生原理物種多樣性原理協(xié)調(diào)與平衡原理整體性原理三、生態(tài)工程設(shè)計學(xué)以致用

1、基本思路1.食物鏈（網(wǎng)）“相接”，促進物質(zhì)的良性循環(huán)。如稻田養(yǎng)魚2.食物鏈（網(wǎng)）“加環(huán)”，在食物鏈（網(wǎng)）中增加一些環(huán)節(jié)，充分利用尚未利用的物質(zhì)和能量，發(fā)揮生產(chǎn)潛力，提高生態(tài)效益和經(jīng)濟效益。如：

農(nóng)作物人

改為：

農(nóng)作物人牛、羊要點二生態(tài)工程技術(shù)設(shè)計常用的方法設(shè)計方法具體內(nèi)容實例食物鏈(網(wǎng))的“相接”連接平行的原本不相連接的種類，形成互利共生網(wǎng)絡(luò)，提高效率，促進物質(zhì)的良性循環(huán)稻田養(yǎng)魚生態(tài)工程：在人有意識的調(diào)控下，將一些魚苗放養(yǎng)在稻田中，使稻田生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有所改變，促進物質(zhì)循環(huán)和能量流動設(shè)計方法具體內(nèi)容實例食物鏈(網(wǎng))的“加環(huán)”在食物鏈(網(wǎng))中增加一些環(huán)節(jié)，以充分利用原先尚未利用的那部分物質(zhì)和能量，促使物流和能流的路徑暢通，發(fā)揮生產(chǎn)潛力，提高生態(tài)和經(jīng)濟效益用玉米的副產(chǎn)品——玉米芯生產(chǎn)木糖醇等，其殘渣培養(yǎng)食用菌，食用菌的殘渣再養(yǎng)殖蛆蛹，蛆蛹糞再作為優(yōu)良有機肥還田等

2.設(shè)計生態(tài)工程的依據(jù)：

生態(tài)學(xué)和工程學(xué)的基本原理3.設(shè)計生態(tài)工程的目的：合理利用自然資源，促進物質(zhì)循環(huán)利用，削減資源奢侈與環(huán)境污染，以滿足人類的生存和發(fā)展須要。生態(tài)工程傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)基本原理生態(tài)學(xué)、工程學(xué)工程學(xué)調(diào)節(jié)機制人為輔助下的自我調(diào)節(jié)人為調(diào)控與環(huán)境的關(guān)系協(xié)調(diào)破壞主要能源太陽能化石能生物多樣性保護破壞(3)生態(tài)工程與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)模式的比較：1.生物氧化塘是一種利用藻類和細菌等生物之間的協(xié)同作用來處理污水的生態(tài)系統(tǒng)。生物氧化塘的作用原理2.在氧化塘中，藻類光合作用產(chǎn)生的氧氣和空氣中的氧氣，有利于好氧菌降解廢水中的有機物；兼性菌和厭氧菌則通過好氧或厭氧反應(yīng)，分解廢水中的有機物。3.多功能生物氧化塘不僅具有污水凈化的作用，還可使污水資源化。2．單一的人工林比自然混合林的穩(wěn)定性低，簡潔遭遇害蟲危害，這體現(xiàn)了生態(tài)工程的什么原理（）A．物質(zhì)循環(huán)再生原理B．協(xié)調(diào)與平衡原理C．物種多樣性原理D．系統(tǒng)整理性原理1．實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟的最重要的手段之一是（）A．大力發(fā)展“石油農(nóng)業(yè)”B．生態(tài)工程C．清除污染物D．禁止產(chǎn)出污染物課堂練習(xí)BC3．城市生活垃圾要做到分類、回收、利用，實現(xiàn)廢物資源化利用。與該做法關(guān)系最密切的生態(tài)工程原理是（）

A．物種多樣性原理B．整體性原理

C．物質(zhì)循環(huán)再生原理D．系統(tǒng)學(xué)原理4．協(xié)調(diào)與平衡原理主要指（）

A．生物與環(huán)境的適應(yīng)及環(huán)境對生物的承載力

B．系統(tǒng)各組分之間要有適當(dāng)?shù)谋壤P(guān)系

C．自然系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、社會系統(tǒng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一

D．物質(zhì)循環(huán)和能量流動協(xié)調(diào)統(tǒng)一課堂練習(xí)CA5.人類設(shè)計生態(tài)工程的根本目標是（）A．促進自然界良性循環(huán)的前提下，達到生態(tài)效益與經(jīng)濟效益的同步發(fā)展B．促進自然界良性循環(huán)的前提下，防治環(huán)境污染，提高經(jīng)濟效益C．防治環(huán)境污染，達到生態(tài)效益與經(jīng)濟效益的同步發(fā)展D．促進自然界良性循環(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，達到生態(tài)效益與經(jīng)濟效益的同步發(fā)展課堂練習(xí)D6.我國西北土地沙化和鹽漬化特殊嚴峻，緣由有多種，其中一個主要緣由是超載放牧，導(dǎo)致草地退化。試分析上述事實主要違反了生態(tài)工程的什么原理（）A．系統(tǒng)整體性原理B．協(xié)調(diào)與平衡原理C．物種多樣性原理D．整體性原理課堂練習(xí)B7．在進行林業(yè)工程建設(shè)時，一方面要號召農(nóng)夫種樹，另一方面要考慮貧困地區(qū)農(nóng)夫的生活問題，如糧食、燒柴以及收入等問題。以上做法依據(jù)的生態(tài)工程原理是（）A．系統(tǒng)整體性原理B．整體性原理C．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定功能原理D．以上都不是課堂練習(xí)B資料分析(1).為什么樟子松林的松毛蟲會肆虐，幾十億株楊樹會毀于一旦？純樟子松林、楊樹林的生物多樣性低，食物鏈短而單調(diào)，缺少松毛蟲、天牛的天敵，而成片單一的林木又為其供應(yīng)了豐富的食物來源，因而會導(dǎo)致了樹林的毀壞。為什么珊瑚礁區(qū)卻能夠在養(yǎng)分稀有的深海中，保持著很高的生物多樣性？資料分析珊瑚礁區(qū)的生物多樣性高，食物鏈困難，不同的生物占據(jù)了不同的時間位、空間位和資源位，因而充分利用了珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境。例如，氮、磷等養(yǎng)分就能夠在該區(qū)生物體間充分地循環(huán)利用而很少流出系統(tǒng)外。(2).從上面正面和反面的實例，你能得出怎樣的結(jié)論？你認為生物多樣性的破壞有人為因素嗎？只有保持生態(tài)系統(tǒng)較高的生物多樣性，才能保證生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和平衡。生物多樣性的破壞有人為因素，而且往往作用巨大。2、物種多樣性原理物種越豐富，生態(tài)系統(tǒng)的抗拒力穩(wěn)定性越高理論基礎(chǔ)：生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性意義：生物多樣性程度可提高系統(tǒng)的抗拒力穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的生產(chǎn)力物質(zhì)循環(huán)利用的生態(tài)工程城市：生活垃圾進行減量化、無害化、資源化處理，將生活垃圾中有機部分、人畜