環(huán)境生態(tài)學(xué)：第二章 生態(tài)工程原理

1、第二章 生態(tài)工程原理 核心原理生態(tài)學(xué)原理工程學(xué)原理第一節(jié) 生態(tài)工程學(xué)的核心原理整體性原理協(xié)調(diào)與平衡原理自生原理循環(huán)再生原理（一）整體性原理1、整體論和還原論 還原論認(rèn)為宇宙是一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)，能在一個(gè)決定性的力的作用下被還原為基本單位或基本粒子，只要進(jìn)行要素分析、定量表述，便可了解整個(gè)系統(tǒng)，最終解決問題。 而整體論強(qiáng)調(diào)復(fù)雜系統(tǒng)的整體性和關(guān)聯(lián)性。強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)是由相互作用和相互聯(lián)系的若干組成部分結(jié)合而成的具有特定功能的整體，其基本的特性就是集合性，表現(xiàn)在系統(tǒng)各組分間相互聯(lián)系、依賴、作用、制約的不可分割的整體，整體的作用和效應(yīng)要比各部門之和來的大。2、社會經(jīng)濟(jì)自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng) 生態(tài)工程研究處理的對象是作為有

2、機(jī)整體的 社會經(jīng)濟(jì)自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，或由異質(zhì) 性生態(tài)系統(tǒng)組成的、更高層次的景觀系統(tǒng)。 這一系統(tǒng)是以人的行為為主導(dǎo)，自然環(huán)境 為依托，資源流動為命脈，社會體制為經(jīng) 絡(luò)的半人工生態(tài)系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)可以分成為 3個(gè)主要集合 社會自然 經(jīng)濟(jì) 地天 人經(jīng)濟(jì)亞系統(tǒng)自然系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)亞系統(tǒng)自然系統(tǒng)空乏的世界和充盈的世界A 空乏的世界B 充盈的世界 整體效應(yīng)的取得要取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)決定功能。因此生態(tài)工程強(qiáng)調(diào)不同層次上的協(xié)同運(yùn)作，根據(jù)自然資源，社會經(jīng)濟(jì)條件按比例有機(jī)組裝和調(diào)節(jié)，以整體協(xié)調(diào)優(yōu)化求得系統(tǒng)的高產(chǎn)、高效和持續(xù)發(fā)展。 生態(tài)工程及技術(shù)的建設(shè)與應(yīng)用都是以最終追求綜合效益為目標(biāo)的。在其建設(shè)與調(diào)控中，將經(jīng)濟(jì)與生態(tài)工程

3、建設(shè)有機(jī)交織地進(jìn)行，如農(nóng)業(yè)開發(fā)與生態(tài)環(huán)境建設(shè)結(jié)合，資源利用與自然保護(hù)結(jié)合，鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)開發(fā)與環(huán)保防污建設(shè)結(jié)合等等，就是將所追求的生態(tài)效益，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益融為一體。 （二）協(xié)調(diào)與平衡原理 生態(tài)系統(tǒng)長期演化與發(fā)展的結(jié)果，使任一穩(wěn)態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)在一定時(shí)期內(nèi)均具有相對穩(wěn)定而協(xié)調(diào)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與功能。（結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)與平衡，功能的協(xié)調(diào)與平衡）生態(tài)系統(tǒng)的物種構(gòu)成，比例，配置各生物及非生物因子的比例，如C：N比，N：P等環(huán)境承載力等 生態(tài)系統(tǒng)作為生物與環(huán)境的統(tǒng)一體，既要求生物要適應(yīng)其生存環(huán)境，同時(shí)又伴有生物對生存環(huán)境的改造作用，這就是所謂的協(xié)同進(jìn)化。協(xié)同進(jìn)化原理認(rèn)為生物與環(huán)境應(yīng)看作相互依存的整體，生物不只是被動地受環(huán)

4、境作用和限制，而在生物生命活動過程中，通過排泄物、死體、殘?bào)w等釋放能量、物質(zhì)于環(huán)境，使環(huán)境得到物質(zhì)補(bǔ)償，保證生物的延續(xù)，封山育林，植樹種草，退耕還林，合理間套輪作都是為了改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。同時(shí)在對可更新資源（再生資源）利用中做到保護(hù)其可更新能力，確保資源再生和循環(huán)利用。 （三）自生原理 自生原理包括自我組織、自我設(shè)計(jì)、自我調(diào)節(jié)、自我維持、自我優(yōu)化和自我再生等系列機(jī)制。自生作用是以生物為主要和最活躍組成成分的生態(tài)系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)的主要區(qū)別之一。生態(tài)系統(tǒng)的自生作用有利于維護(hù)系統(tǒng)相對穩(wěn)定的機(jī)構(gòu)和功能及其可持續(xù)發(fā)展。 美國第一個(gè)國家公園“黃石國家公園”以絢麗無比的水熱活動奇觀著稱于世。該公園有320個(gè)間

5、隙噴泉，集中了全世界間隙噴泉總數(shù)的62，其中“ 老實(shí)”間隙噴泉以最信守時(shí)間而得名，平均每65分鐘噴發(fā)一次。“ 牽?；ā睙崴烈巳雱龠叺涕l門網(wǎng)海堤紅樹林排水渠排水渠邊堤蝦群紅樹林香港米埔紅樹林沼澤基圍塘結(jié)構(gòu)示意 （四）循環(huán)再生原理物質(zhì)循環(huán)再生原理循環(huán)往復(fù)，物質(zhì)不滅分層次多級利用原理物質(zhì)轉(zhuǎn)化，能量流動，物質(zhì)循環(huán)物質(zhì)循環(huán)落紅不是無情物，化作春泥更護(hù)花第二節(jié) 生態(tài)工程學(xué)中的生態(tài)學(xué)原理物種共生原理生態(tài)位原理食物鏈原理多樣性原理耐受性原理景觀生態(tài)學(xué)原理耗散結(jié)構(gòu)原理限制因子原理環(huán)境因子綜合性原理（一）生態(tài)位原理 生態(tài)位是生態(tài)學(xué)研究中廣泛使用的名稱，又稱生態(tài)龕或小生境(Niche)，通常是指生態(tài)系統(tǒng)中各種因

6、子都具有明顯的變化梯度，這種變化梯度中能被生物占據(jù)利用或適應(yīng)的部分稱為其生態(tài)位。每一種生物在多維的生態(tài)空間中都有其理想的生態(tài)位，而每一種環(huán)境因素都給生物提供了現(xiàn)實(shí)的生態(tài)位。這種理想生態(tài)位與現(xiàn)實(shí)生態(tài)位之差一方面迫使生物去尋求、占領(lǐng)和競爭良好的生態(tài)位。另一方面也迫使生物不斷地適應(yīng)環(huán)境，調(diào)節(jié)自己的理想生態(tài)位，并通過自然選擇，實(shí)現(xiàn)生物與環(huán)境的世代平衡。 在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，由于其是半人工或人工的生態(tài)系統(tǒng)，人為的干擾控制使其物種單一性，從而產(chǎn)生了較多的空白生態(tài)位。因此在農(nóng)業(yè)生態(tài)工程設(shè)計(jì)及技術(shù)應(yīng)用中，如能合理運(yùn)用生態(tài)位原理，把適宜而有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的物種引入系統(tǒng)中，填充空白的生態(tài)位而阻止一些有害的雜草、病蟲、有害

7、鳥獸的侵襲，就可以形成一個(gè)具有多樣化物種及種群穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。如稻田養(yǎng)魚就是把魚引入稻田中，魚可以吃掉水稻生長發(fā)育過程中所發(fā)生的一些害蟲，為稻田施肥，而水稻則為魚類生長提供一定的餌料，從而取得互惠互利的效果。（二）限制因子原理 生物的生長發(fā)育離不開環(huán)境，并適應(yīng)環(huán)境的變化，但生態(tài)環(huán)境中的生態(tài)因子如果超過生物的適應(yīng)范圍時(shí)，對生物有一定的限制作用，只有當(dāng)生物與其居住環(huán)境條件高度相適應(yīng)時(shí)，生物才能最大限度地利用環(huán)境方面的優(yōu)越條件，并表現(xiàn)出最大的增產(chǎn)潛力。1、最小因子定律： 即植物的生長取決于數(shù)量最不足的那一種物質(zhì)，即為最小因子定律。 2、耐性定律： 即各種生物的生長發(fā)育過程中對各種生態(tài)因子都存在著一個(gè)

8、生物學(xué)上限和下限，它們之間的幅度就是該種生物對某一生態(tài)因子的耐性范圍。 （三）食物鏈原理 在自然生態(tài)系統(tǒng)中，由生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者所構(gòu)成的食物鏈，從生態(tài)學(xué)原理看，它是一條能量轉(zhuǎn)化鏈，物質(zhì)傳遞鏈，也是一條價(jià)值增值鏈。綠色植物被草食動物所食，草食動物被肉食動物吃掉，植物和動物殘?bào)w又可為小動物和低等動物分解，以這種吃與被吃而形成了食物鏈關(guān)系，但是食物鏈并非單一的簡單的一種關(guān)系，如水稻蝗蟲鳥類這樣，而是形成了一種復(fù)雜的食物鏈網(wǎng)。 林德曼著名的十分之一定律說明，能量從一個(gè)營養(yǎng)級向下一個(gè)營養(yǎng)級轉(zhuǎn)化的比率只有十分之一，因此自然界的食物鏈很少有長達(dá)4個(gè)營養(yǎng)級之上。 自組織系統(tǒng)中的能量傳遞 106 105 1

9、04 103 102Carlories/m2/year 在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，可以將各營養(yǎng)級因食物選擇而廢棄的生物物質(zhì)和作為糞便排泄的生物質(zhì)，通過加環(huán)與相應(yīng)的生物鏈接進(jìn)行轉(zhuǎn)化，延長食物鏈的長度，并提高生物能的利用率。如在經(jīng)濟(jì)林中套植飼草，在養(yǎng)殖草雞的同時(shí)喂豬，雞糞豬糞制造沼氣，沼渣肥田，沼液治蟲，又可以保障有機(jī)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)；從而形成了一種人為控制的網(wǎng)絡(luò)狀食物鏈的種養(yǎng)方式，其資源利用效率與經(jīng)濟(jì)效益要比單一種養(yǎng)方式大的多。 又如海水復(fù)合產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的例子：利用渤海灣的地理優(yōu)勢，魯北集團(tuán)開發(fā)出沿海35公里的潮間帶，建成了占地35萬畝、年產(chǎn)100萬噸的大型鹽場。他們沖破單一制鹽的傳統(tǒng)模式，大膽嘗試海水綜合利用，將初級制鹵區(qū)建成5萬畝的水產(chǎn)養(yǎng)殖場，利用新鮮的海水進(jìn)行魚、蝦、蟹、貝類的養(yǎng)殖；水產(chǎn)養(yǎng)殖用過的海水被提到中級制鹵區(qū)，經(jīng)進(jìn)一步濃縮提溴；提溴后的海水再被送到6萬畝的鹽田結(jié)晶池，生產(chǎn)加碘鹽和保健食用鹽；剩余的廢水苦鹵再用