生態(tài)工程學(xué)原理課件

第二章生態(tài)工程學(xué)原理生態(tài)工程學(xué)的核心原理；生態(tài)工程學(xué)的生物學(xué)原理；生態(tài)工程學(xué)的工程學(xué)原理；第二章生態(tài)工程學(xué)原理生態(tài)工程學(xué)的核心原理；1生態(tài)學(xué)和工程學(xué)，整體論科學(xué)與還原技術(shù)的有機(jī)結(jié)合是生態(tài)工程建設(shè)的關(guān)鍵。運(yùn)用生態(tài)控制論原理去促進(jìn)資源的綜合利用，環(huán)境的綜合整治及人的綜合發(fā)展是生態(tài)工程的核心。生態(tài)工程原理是實(shí)施生態(tài)工程的重要理論基礎(chǔ)。由于生態(tài)工程學(xué)涉及生態(tài)學(xué)、生物學(xué)、工程學(xué)、環(huán)境科學(xué)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)等領(lǐng)域，原理眾多。生態(tài)學(xué)和工程學(xué)，整體論科學(xué)與還原技術(shù)的有機(jī)結(jié)合是生態(tài)工程建設(shè)2針對(duì)生態(tài)工程的原理，Jorgensen和Mitsch(1989)已總結(jié)了13項(xiàng);國(guó)際生態(tài)工程主席Heeb博士(1996)則總結(jié)出50多項(xiàng)。我國(guó)學(xué)者(馬世駿1986、顏京松1986、Ma＆Yanl989，Yaneta11992)在系統(tǒng)生態(tài)學(xué)理論的基礎(chǔ)上，吸收了中國(guó)傳統(tǒng)哲學(xué)中有益的部分，根據(jù)我國(guó)樸素的生態(tài)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，把生態(tài)工程原理總結(jié)為整體、協(xié)調(diào)、自生、再生循環(huán)等基本原理，對(duì)生態(tài)工程的原理作了精辟的論述和提煉。針對(duì)生態(tài)工程的原理，Jorgensen和Mitsch(19831.生態(tài)工程學(xué)核心原理1.1.整體性原理生態(tài)工程主要是按生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部相關(guān)性和外部相關(guān)性，來(lái)研究作為一個(gè)有機(jī)整體的生態(tài)系統(tǒng)或社會(huì)－經(jīng)濟(jì)－自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的區(qū)域環(huán)境。內(nèi)部相關(guān)性：任何一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)都是由生物系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)組成的，系統(tǒng)成分相互聯(lián)系、相互制約、相互作用，形成有機(jī)整體。外部相關(guān)性：生態(tài)系統(tǒng)屬于開(kāi)放型或半開(kāi)放型系統(tǒng)，其與系統(tǒng)外的周圍環(huán)境存在物質(zhì)、能量、信息的交換。生態(tài)工程是以整體觀為指導(dǎo)，在系統(tǒng)水平上研究，整體調(diào)控為處理手段。1.生態(tài)工程學(xué)核心原理4第2章生態(tài)工程學(xué)原理課件5社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)(SENCE)生態(tài)工程研究與處理的對(duì)象是作為有機(jī)整體的社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。在研究、設(shè)計(jì)及建立一個(gè)生態(tài)工程過(guò)程中，必須在整體觀指導(dǎo)下統(tǒng)籌兼顧。一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，或社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，在自然和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中往往有多種功能，但其中各種功能的主次和大小常因地、因時(shí)而異。社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)(SENCE)6應(yīng)按自然、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的情況和要求，確定其主次功能，在保障與發(fā)揮主功能的同時(shí)，兼顧其它功能。統(tǒng)一協(xié)調(diào)與維護(hù)當(dāng)前與長(zhǎng)遠(yuǎn)、局部與整體、開(kāi)發(fā)利用與環(huán)境和自然資源之間的和諧關(guān)系，以保障生態(tài)平衡和生態(tài)系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性。防止片面追求當(dāng)前的局部利益，犧牲了整體和長(zhǎng)遠(yuǎn)利益，興利卻伴隨著廢利或增害，產(chǎn)生了一些不利于持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題與后果。如污水穩(wěn)定塘系統(tǒng)主要功能是凈化污水，不是灌溉和水產(chǎn)養(yǎng)殖。應(yīng)按自然、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的情況和要求，確定其主次功能，在保障與發(fā)71.2.協(xié)調(diào)與平衡原理協(xié)調(diào)原理由于生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期演化與發(fā)展的結(jié)果，在自然界中任一穩(wěn)態(tài)(Homeostatic)的生態(tài)系統(tǒng)，在一定時(shí)期內(nèi)均具有相對(duì)穩(wěn)定而協(xié)調(diào)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能。比如草型湖泊向藻型湖泊的變遷。結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是組成該系統(tǒng)生物及非生物成分的種類及其數(shù)量與密度、空間和時(shí)間的分布與搭配、相互間的比量，以及各種不同成分間相互聯(lián)系、相互作用的內(nèi)容和方式。結(jié)構(gòu)有其相對(duì)的穩(wěn)定性、絕對(duì)的波動(dòng)性、變異性和有限的自我調(diào)節(jié)性。結(jié)構(gòu)是完成功能的框架和渠道，直接決定與制約組成各要素間的物質(zhì)遷移、交換、轉(zhuǎn)化、積累、釋放和能流的方向、方式與數(shù)量，決定功能及其大小。功能是維持結(jié)構(gòu)的存在及發(fā)展的基礎(chǔ)明確維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的協(xié)調(diào)性是生態(tài)工程的重要原則。1.2.協(xié)調(diào)與平衡原理8平衡原理生態(tài)系統(tǒng)在一定時(shí)期內(nèi)，各組分通過(guò)相生相克、轉(zhuǎn)化、補(bǔ)償、反饋等相互作用，結(jié)構(gòu)與功能達(dá)到協(xié)調(diào)，而處于相對(duì)穩(wěn)定態(tài)。此穩(wěn)定態(tài)是一種生態(tài)平衡。比如湖泊水生態(tài)結(jié)構(gòu)平衡；生物與生物之間、生物與環(huán)境之間、環(huán)境各組分之間，保持相對(duì)穩(wěn)定的合理結(jié)構(gòu)，及彼此間的協(xié)調(diào)比例關(guān)系，維護(hù)與保障物質(zhì)的正常循環(huán)暢通。如健康的草型湖泊。功能平衡；由植物、動(dòng)物、微生物等所組成的生產(chǎn)—分解—轉(zhuǎn)化的代謝過(guò)程和生態(tài)系統(tǒng)與外部環(huán)境、生物圈之間物質(zhì)交換及循環(huán)關(guān)系保持正常運(yùn)行。收支平衡；生態(tài)系統(tǒng)是一開(kāi)放系統(tǒng)，它不斷地與外部環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換．并有趨向輸入與輸出平衡的趨勢(shì)，如收支失衡就將引起該生態(tài)系統(tǒng)中資源蕭條和生態(tài)衰竭或生態(tài)停滯。比如：環(huán)境容量、過(guò)度放牧、過(guò)度捕撈等。平衡原理91.3.自生原理自生原理(Self—Resiliency)包括自我組織(Self—organization)、自我優(yōu)化(SeIf—optimum)、自我調(diào)節(jié)(Self-regulation)、自我再生(Self—regerennation)、自我繁殖(Self—reproduction)和自我設(shè)計(jì)(self—design)等一系列機(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)的自生作用能維護(hù)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和功能及動(dòng)態(tài)的穩(wěn)態(tài)以及可持續(xù)發(fā)展。1.3.自生原理10自我設(shè)計(jì)和自組織原理自然生態(tài)系統(tǒng)的自我設(shè)計(jì)能力是生態(tài)工程或生態(tài)技術(shù)中最主要的基本原理之一。通過(guò)設(shè)計(jì)，能很好地適應(yīng)對(duì)系統(tǒng)施加影響的周圍環(huán)境，同時(shí)系統(tǒng)也能經(jīng)過(guò)操作，使周圍的理化環(huán)境變得更為適宜。如污水穩(wěn)定塘系統(tǒng)，樹(shù)葉排列，滄海桑田等。自組織或自我設(shè)計(jì)，是系統(tǒng)不藉外力自己形成具有充分組織性的有序結(jié)構(gòu)，也即生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)反饋?zhàn)饔?，依照最小耗能原理，建立?nèi)部結(jié)構(gòu)和生態(tài)過(guò)程，使之發(fā)展和進(jìn)化的行為，這一理論即為自組織理論。自我設(shè)計(jì)和自組織原理11自組織系統(tǒng)有3個(gè)主要待征：第一:它們是不斷向環(huán)境交換物質(zhì)和能量的開(kāi)放系統(tǒng)。第二:它們都是由大量子系統(tǒng)(或微觀單元)所組成的宏觀系統(tǒng)。第三:它們都有自己演變的歷史。Odum(1989)認(rèn)為生態(tài)工程的本質(zhì)就是生態(tài)系統(tǒng)的自組織。生態(tài)工程是保障生態(tài)系統(tǒng)自組織能力最大發(fā)揮的人工設(shè)計(jì)與管理系統(tǒng)？自組織系統(tǒng)有3個(gè)主要待征：12自我維持原理生態(tài)系統(tǒng)是直接或間接地依賴太陽(yáng)能的系統(tǒng)，因而是一個(gè)自我維持系統(tǒng)。一旦一個(gè)系統(tǒng)被設(shè)汁并開(kāi)始運(yùn)作，它就能不斷地自我維持，其間僅靠適量的外界投入。自我調(diào)節(jié)當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)中某個(gè)層次結(jié)構(gòu)中某一成分改變，或外界的輸出發(fā)生一定變化，系統(tǒng)本身主要通過(guò)反饋機(jī)制，自動(dòng)調(diào)節(jié)內(nèi)部結(jié)構(gòu)(質(zhì)和量)及相應(yīng)功能，維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性和有序性。自我調(diào)節(jié)能在有利的條件和時(shí)期加速生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，同時(shí)在不利時(shí)也可避免受害，得到最大限度的自我保護(hù)．即它們對(duì)環(huán)境變化有強(qiáng)的適應(yīng)能力。自我維持原理13生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)主要表現(xiàn)：1）同種生物種群間密度的自我調(diào)節(jié)種群不可能在一個(gè)有限空間內(nèi)長(zhǎng)期地、持續(xù)地呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)、隨著種群增長(zhǎng)及密度增加，對(duì)有限空間及其資源和其它生存繁衍的必需條件在種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)也將增加，必然影響種群增長(zhǎng)率，當(dāng)它達(dá)到在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境條件允許的最大種群密度值，即環(huán)境容量(Environmentalcarrycapacity)時(shí)，種群不再增長(zhǎng)。而當(dāng)超過(guò)環(huán)境容納量時(shí)，種群增長(zhǎng)將成為負(fù)值，密度將下降。這一規(guī)律應(yīng)是人工林種植密度，湖泊、池塘放養(yǎng)魚量和冬夏草場(chǎng)放牧牲畜頭數(shù)等必需遵循的原則。種群密度在1/2環(huán)境容納量(K)時(shí)的生產(chǎn)量是最高的。培養(yǎng)鳳眼蓮凈化與利用污水工程。生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)主要表現(xiàn)：142）異種生物種群之間數(shù)量調(diào)節(jié)在不同種動(dòng)物與動(dòng)物之間，植物與植物之間，以及植物、動(dòng)物和微生物三者之間普遍存在異種生物種群之間數(shù)量調(diào)節(jié)。有食物鏈聯(lián)結(jié)的類群或需要相似生態(tài)環(huán)境的類群，在它們的關(guān)系中存在相生相克作用，如互利共生、他感作用、競(jìng)爭(zhēng)排斥等，因而存在著合理的數(shù)量比例問(wèn)題。例如，富營(yíng)養(yǎng)化湖中利用放養(yǎng)肉食性魚類，降低食浮游動(dòng)物魚類生長(zhǎng)，從而控制浮游藻類的生長(zhǎng)。3）生物與環(huán)境之間的相互適應(yīng)調(diào)節(jié)生物要經(jīng)常從所在的生境中攝取需要的養(yǎng)分，生境則需對(duì)其輸出的物質(zhì)進(jìn)行補(bǔ)償，二者之間進(jìn)行物質(zhì)輸出與輸入的供需適應(yīng)性調(diào)節(jié)。比如水體自凈過(guò)程。2）異種生物種群之間數(shù)量調(diào)節(jié)151.4.循環(huán)再生原理物質(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(zhǎng)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(xué)大循環(huán)。在物質(zhì)循環(huán)中，每一個(gè)環(huán)節(jié)是給予者，也是受納者，循環(huán)是往復(fù)循環(huán)，周而復(fù)始，無(wú)底也無(wú)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(yíng)養(yǎng)循環(huán)）多層次分級(jí)利用原理(Multileveluseprinciple)多層次分級(jí)利用是自然生態(tài)系統(tǒng)中各個(gè)成分長(zhǎng)期的協(xié)同進(jìn)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(dāng)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(jì)及社會(huì)效益。一種成分的輸出物是另一物質(zhì)的原料。1.4.循環(huán)再生原理162.生態(tài)工程學(xué)的生物學(xué)原理2.1.生物間互利共生機(jī)制原理在生態(tài)工程中如何選擇匹配好這種關(guān)系，發(fā)揮生物種群間互利共生或偏利共生機(jī)制，使生物復(fù)合群體‘共存共榮”，是人工生態(tài)系統(tǒng)建造的一個(gè)重要關(guān)鍵。如樹(shù)木花粉與蜜蜂；灰喜鵲與樹(shù)木的關(guān)系等。2.生態(tài)工程學(xué)的生物學(xué)原理172.2.生態(tài)位原理生態(tài)位也有譯成“生態(tài)龕“或“小生境”，它是指“生態(tài)系統(tǒng)中各種生態(tài)因子都具有明顯的變化梯度，這種變化梯度中能被某種生物占據(jù)利用或適應(yīng)的部分稱為其生態(tài)位”。在生態(tài)工程設(shè)計(jì)、調(diào)控過(guò)程中，合理運(yùn)用生態(tài)位原理，可以構(gòu)成一個(gè)具有多樣化種群的穩(wěn)定而高效的生態(tài)系統(tǒng)。在生態(tài)工程設(shè)計(jì)中還應(yīng)當(dāng)考慮到由于植物多層次布局的同時(shí)．又可產(chǎn)生眾多的可為動(dòng)物(包括馬、獸、昆蟲等)、低等生物(真菌、地衣等)生存和生活的適宜生態(tài)位，從而形成一個(gè)完整穩(wěn)定的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)?！皢?、灌、草”，“果—菇”工程等。通過(guò)生態(tài)位的建造與利用，使各種生物之間巧妙配合，使得有限的自然資源和社會(huì)資源，能夠最大限度地充分利用．從而獲得系統(tǒng)較高的“生產(chǎn)力”。2.2.生態(tài)位原理182.3.食物鏈原理食物鏈與食物網(wǎng)是重要的生態(tài)學(xué)原理。它主要指地球上的綠色植物通過(guò)葉綠素使太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能貯存于植株之中，所以．稱其謂“生產(chǎn)者”。綠色植物被草食動(dòng)物所食，草食動(dòng)物被肉食動(dòng)物吃掉，這些動(dòng)物中有的吃草，有的吃其它動(dòng)物以維持其生命活動(dòng)。植物和動(dòng)物殘?bào)w又可為小動(dòng)物和低等動(dòng)物分解。以這種吃與被吃形成的關(guān)系稱之為食物鏈關(guān)系。人工食物鏈取代自然食物鏈；在林業(yè)生態(tài)工程中應(yīng)用：天敵放養(yǎng)和招引；總之，食物鏈原理是生態(tài)工程要遵循的重要原理，也是過(guò)去利用建設(shè)一直忽視的巨大空白區(qū)．加強(qiáng)食物鏈原理在利用上的應(yīng)用研究與實(shí)踐是十分重要的。2.3.食物鏈原理192.4.物種多樣性原理復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)是最穩(wěn)定的，它的主要特征之一就是生物組成種類繁多而均衡，食物網(wǎng)縱橫交織。其中一個(gè)種群偶然增加與減少，其它種群就可以及時(shí)抑制補(bǔ)償，從而保證系統(tǒng)具有很強(qiáng)的自組織能力。相反，處于演替初級(jí)階段或人工生態(tài)系統(tǒng)的生物種類單一，其穩(wěn)定性就很差。2.5.物種耐性原理一種生物的生存、生長(zhǎng)和繁衍需要適宜的環(huán)境因子，環(huán)境因子在量上的不足和過(guò)量都會(huì)使該生物不能生存或生長(zhǎng)、繁殖受到限制，以致被排擠而消退。換句話說(shuō)、每種生物有一個(gè)生態(tài)需求上的最大量和最小量，兩量之間的幅度，為該種生物的耐性限度。2.4.物種多樣性原理202.6.景觀生態(tài)原理景觀生態(tài)學(xué)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新的生態(tài)學(xué)分支，它以整個(gè)景觀為研究對(duì)象，并著重研究景觀中自然資源和環(huán)境的異質(zhì)性。景觀是由相互作用的斑塊或生態(tài)系統(tǒng)組成的，并以相似的形式重復(fù)出現(xiàn)，具有高度空間異質(zhì)性的區(qū)域。它分生態(tài)系統(tǒng)和地貌類型兩個(gè)側(cè)面。2.7.耗散結(jié)構(gòu)原理耗散結(jié)構(gòu)理論指出，一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)，它的有序性來(lái)自非平衡態(tài)，也就是說(shuō)，在一定的條件下、當(dāng)系統(tǒng)處于某種非平衡態(tài)時(shí)，它能夠產(chǎn)生維持有序性的自組織、不斷和系統(tǒng)外進(jìn)行物質(zhì)與能量的交換。該系統(tǒng)盡管不斷產(chǎn)生熵，但能向環(huán)境輸出熵，使系統(tǒng)保留熵值呈減少的趨勢(shì)，即維持其有序性。而當(dāng)外力干擾超過(guò)一定限度時(shí)，系統(tǒng)就能從一個(gè)狀態(tài)向新的有序狀態(tài)變化。生態(tài)工程的目的是建造一個(gè)有序的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)系統(tǒng)的自組織和抗干擾能力實(shí)現(xiàn)其有序性。2.6.景觀生態(tài)原理212.8.限制因子原理一種生物的生存和繁榮，必須得到其生長(zhǎng)和繁殖需要的各種基本物質(zhì)，在“穩(wěn)定狀態(tài)”下，當(dāng)某種基本物質(zhì)的可利用量小于或接近所需的臨界最小量時(shí)，該基本物質(zhì)便成為限制因子。2.9.環(huán)境因子的綜合性原理自然界中眾多環(huán)境因子都有自己的特殊作用，每個(gè)因子都對(duì)生物產(chǎn)生重要影響，而同眾多相互關(guān)聯(lián)和相互作用的因子構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的環(huán)境體系。2.8.限制因子原理223.生態(tài)工程學(xué)的工程學(xué)原理人工生態(tài)系統(tǒng)的建造和調(diào)控是生態(tài)工程的主要目的。3.1.結(jié)構(gòu)的有序性原理一個(gè)系統(tǒng)既然是一個(gè)有機(jī)整體，它本身必須具備自然或人為劃定的明顯邊界，邊界內(nèi)的功能具有明顯的相對(duì)獨(dú)立性。3.2.系統(tǒng)的整體性原理作為一個(gè)穩(wěn)定高效的系統(tǒng)必然是一個(gè)和諧的整體，各組分之間必須有適當(dāng)?shù)谋壤P(guān)系和明顯的功能的分工與協(xié)調(diào)，只有這樣才能使系統(tǒng)順利完成能量、物質(zhì)、信息、價(jià)值的轉(zhuǎn)換和流通。我們常講的“結(jié)構(gòu)決定功能”就是這個(gè)道理。因此，當(dāng)系統(tǒng)中某個(gè)組分發(fā)生量的變化后，必然影響到其它組分的反應(yīng)，最終影響到整體系統(tǒng)。生態(tài)工程設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中，一個(gè)重要任務(wù)就是如何通過(guò)整體結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)人工生態(tài)系統(tǒng)的高效功能。3.生態(tài)工程學(xué)的工程學(xué)原理233.3.功能的綜合性原理作為一個(gè)完整的系統(tǒng)．總體功能是衡量系統(tǒng)效益的關(guān)鍵。我們?nèi)斯そㄔ斓纳鷳B(tài)系統(tǒng)的重要目標(biāo)也是要求其整體功能最高。也就是說(shuō)要使系統(tǒng)整體功能大于組成系統(tǒng)各部分之和。3.3.功能的綜合性原理24第二章生態(tài)工程學(xué)原理生態(tài)工程學(xué)的核心原理；生態(tài)工程學(xué)的生物學(xué)原理；生態(tài)工程學(xué)的工程學(xué)原理；第二章生態(tài)工程學(xué)原理生態(tài)工程學(xué)的核心原理；25生態(tài)學(xué)和工程學(xué)，整體論科學(xué)與還原技術(shù)的有機(jī)結(jié)合是生態(tài)工程建設(shè)的關(guān)鍵。運(yùn)用生態(tài)控制論原理去促進(jìn)資源的綜合利用，環(huán)境的綜合整治及人的綜合發(fā)展是生態(tài)工程的核心。生態(tài)工程原理是實(shí)施生態(tài)工程的重要理論基礎(chǔ)。由于生態(tài)工程學(xué)涉及生態(tài)學(xué)、生物學(xué)、工程學(xué)、環(huán)境科學(xué)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)等領(lǐng)域，原理眾多。生態(tài)學(xué)和工程學(xué)，整體論科學(xué)與還原技術(shù)的有機(jī)結(jié)合是生態(tài)工程建設(shè)26針對(duì)生態(tài)工程的原理，Jorgensen和Mitsch(1989)已總結(jié)了13項(xiàng);國(guó)際生態(tài)工程主席Heeb博士(1996)則總結(jié)出50多項(xiàng)。我國(guó)學(xué)者(馬世駿1986、顏京松1986、Ma＆Yanl989，Yaneta11992)在系統(tǒng)生態(tài)學(xué)理論的基礎(chǔ)上，吸收了中國(guó)傳統(tǒng)哲學(xué)中有益的部分，根據(jù)我國(guó)樸素的生態(tài)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，把生態(tài)工程原理總結(jié)為整體、協(xié)調(diào)、自生、再生循環(huán)等基本原理，對(duì)生態(tài)工程的原理作了精辟的論述和提煉。針對(duì)生態(tài)工程的原理，Jorgensen和Mitsch(198271.生態(tài)工程學(xué)核心原理1.1.整體性原理生態(tài)工程主要是按生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部相關(guān)性和外部相關(guān)性，來(lái)研究作為一個(gè)有機(jī)整體的生態(tài)系統(tǒng)或社會(huì)－經(jīng)濟(jì)－自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的區(qū)域環(huán)境。內(nèi)部相關(guān)性：任何一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)都是由生物系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)組成的，系統(tǒng)成分相互聯(lián)系、相互制約、相互作用，形成有機(jī)整體。外部相關(guān)性：生態(tài)系統(tǒng)屬于開(kāi)放型或半開(kāi)放型系統(tǒng)，其與系統(tǒng)外的周圍環(huán)境存在物質(zhì)、能量、信息的交換。生態(tài)工程是以整體觀為指導(dǎo)，在系統(tǒng)水平上研究，整體調(diào)控為處理手段。1.生態(tài)工程學(xué)核心原理28第2章生態(tài)工程學(xué)原理課件29社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)(SENCE)生態(tài)工程研究與處理的對(duì)象是作為有機(jī)整體的社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。在研究、設(shè)計(jì)及建立一個(gè)生態(tài)工程過(guò)程中，必須在整體觀指導(dǎo)下統(tǒng)籌兼顧。一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，或社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，在自然和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中往往有多種功能，但其中各種功能的主次和大小常因地、因時(shí)而異。社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)(SENCE)30應(yīng)按自然、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的情況和要求，確定其主次功能，在保障與發(fā)揮主功能的同時(shí)，兼顧其它功能。統(tǒng)一協(xié)調(diào)與維護(hù)當(dāng)前與長(zhǎng)遠(yuǎn)、局部與整體、開(kāi)發(fā)利用與環(huán)境和自然資源之間的和諧關(guān)系，以保障生態(tài)平衡和生態(tài)系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性。防止片面追求當(dāng)前的局部利益，犧牲了整體和長(zhǎng)遠(yuǎn)利益，興利卻伴隨著廢利或增害，產(chǎn)生了一些不利于持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題與后果。如污水穩(wěn)定塘系統(tǒng)主要功能是凈化污水，不是灌溉和水產(chǎn)養(yǎng)殖。應(yīng)按自然、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的情況和要求，確定其主次功能，在保障與發(fā)311.2.協(xié)調(diào)與平衡原理協(xié)調(diào)原理由于生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期演化與發(fā)展的結(jié)果，在自然界中任一穩(wěn)態(tài)(Homeostatic)的生態(tài)系統(tǒng)，在一定時(shí)期內(nèi)均具有相對(duì)穩(wěn)定而協(xié)調(diào)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能。比如草型湖泊向藻型湖泊的變遷。結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是組成該系統(tǒng)生物及非生物成分的種類及其數(shù)量與密度、空間和時(shí)間的分布與搭配、相互間的比量，以及各種不同成分間相互聯(lián)系、相互作用的內(nèi)容和方式。結(jié)構(gòu)有其相對(duì)的穩(wěn)定性、絕對(duì)的波動(dòng)性、變異性和有限的自我調(diào)節(jié)性。結(jié)構(gòu)是完成功能的框架和渠道，直接決定與制約組成各要素間的物質(zhì)遷移、交換、轉(zhuǎn)化、積累、釋放和能流的方向、方式與數(shù)量，決定功能及其大小。功能是維持結(jié)構(gòu)的存在及發(fā)展的基礎(chǔ)明確維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的協(xié)調(diào)性是生態(tài)工程的重要原則。1.2.協(xié)調(diào)與平衡原理32平衡原理生態(tài)系統(tǒng)在一定時(shí)期內(nèi)，各組分通過(guò)相生相克、轉(zhuǎn)化、補(bǔ)償、反饋等相互作用，結(jié)構(gòu)與功能達(dá)到協(xié)調(diào)，而處于相對(duì)穩(wěn)定態(tài)。此穩(wěn)定態(tài)是一種生態(tài)平衡。比如湖泊水生態(tài)結(jié)構(gòu)平衡；生物與生物之間、生物與環(huán)境之間、環(huán)境各組分之間，保持相對(duì)穩(wěn)定的合理結(jié)構(gòu)，及彼此間的協(xié)調(diào)比例關(guān)系，維護(hù)與保障物質(zhì)的正常循環(huán)暢通。如健康的草型湖泊。功能平衡；由植物、動(dòng)物、微生物等所組成的生產(chǎn)—分解—轉(zhuǎn)化的代謝過(guò)程和生態(tài)系統(tǒng)與外部環(huán)境、生物圈之間物質(zhì)交換及循環(huán)關(guān)系保持正常運(yùn)行。收支平衡；生態(tài)系統(tǒng)是一開(kāi)放系統(tǒng)，它不斷地與外部環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換．并有趨向輸入與輸出平衡的趨勢(shì)，如收支失衡就將引起該生態(tài)系統(tǒng)中資源蕭條和生態(tài)衰竭或生態(tài)停滯。比如：環(huán)境容量、過(guò)度放牧、過(guò)度捕撈等。平衡原理331.3.自生原理自生原理(Self—Resiliency)包括自我組織(Self—organization)、自我優(yōu)化(SeIf—optimum)、自我調(diào)節(jié)(Self-regulation)、自我再生(Self—regerennation)、自我繁殖(Self—reproduction)和自我設(shè)計(jì)(self—design)等一系列機(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)的自生作用能維護(hù)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和功能及動(dòng)態(tài)的穩(wěn)態(tài)以及可持續(xù)發(fā)展。1.3.自生原理34自我設(shè)計(jì)和自組織原理自然生態(tài)系統(tǒng)的自我設(shè)計(jì)能力是生態(tài)工程或生態(tài)技術(shù)中最主要的基本原理之一。通過(guò)設(shè)計(jì)，能很好地適應(yīng)對(duì)系統(tǒng)施加影響的周圍環(huán)境，同時(shí)系統(tǒng)也能經(jīng)過(guò)操作，使周圍的理化環(huán)境變得更為適宜。如污水穩(wěn)定塘系統(tǒng)，樹(shù)葉排列，滄海桑田等。自組織或自我設(shè)計(jì)，是系統(tǒng)不藉外力自己形成具有充分組織性的有序結(jié)構(gòu)，也即生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)反饋?zhàn)饔茫勒兆钚『哪茉?，建立?nèi)部結(jié)構(gòu)和生態(tài)過(guò)程，使之發(fā)展和進(jìn)化的行為，這一理論即為自組織理論。自我設(shè)計(jì)和自組織原理35自組織系統(tǒng)有3個(gè)主要待征：第一:它們是不斷向環(huán)境交換物質(zhì)和能量的開(kāi)放系統(tǒng)。第二:它們都是由大量子系統(tǒng)(或微觀單元)所組成的宏觀系統(tǒng)。第三:它們都有自己演變的歷史。Odum(1989)認(rèn)為生態(tài)工程的本質(zhì)就是生態(tài)系統(tǒng)的自組織。生態(tài)工程是保障生態(tài)系統(tǒng)自組織能力最大發(fā)揮的人工設(shè)計(jì)與管理系統(tǒng)？自組織系統(tǒng)有3個(gè)主要待征：36自我維持原理生態(tài)系統(tǒng)是直接或間接地依賴太陽(yáng)能的系統(tǒng)，因而是一個(gè)自我維持系統(tǒng)。一旦一個(gè)系統(tǒng)被設(shè)汁并開(kāi)始運(yùn)作，它就能不斷地自我維持，其間僅靠適量的外界投入。自我調(diào)節(jié)當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)中某個(gè)層次結(jié)構(gòu)中某一成分改變，或外界的輸出發(fā)生一定變化，系統(tǒng)本身主要通過(guò)反饋機(jī)制，自動(dòng)調(diào)節(jié)內(nèi)部結(jié)構(gòu)(質(zhì)和量)及相應(yīng)功能，維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性和有序性。自我調(diào)節(jié)能在有利的條件和時(shí)期加速生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，同時(shí)在不利時(shí)也可避免受害，得到最大限度的自我保護(hù)．即它們對(duì)環(huán)境變化有強(qiáng)的適應(yīng)能力。自我維持原理37生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)主要表現(xiàn)：1）同種生物種群間密度的自我調(diào)節(jié)種群不可能在一個(gè)有限空間內(nèi)長(zhǎng)期地、持續(xù)地呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)、隨著種群增長(zhǎng)及密度增加，對(duì)有限空間及其資源和其它生存繁衍的必需條件在種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)也將增加，必然影響種群增長(zhǎng)率，當(dāng)它達(dá)到在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境條件允許的最大種群密度值，即環(huán)境容量(Environmentalcarrycapacity)時(shí)，種群不再增長(zhǎng)。而當(dāng)超過(guò)環(huán)境容納量時(shí)，種群增長(zhǎng)將成為負(fù)值，密度將下降。這一規(guī)律應(yīng)是人工林種植密度，湖泊、池塘放養(yǎng)魚量和冬夏草場(chǎng)放牧牲畜頭數(shù)等必需遵循的原則。種群密度在1/2環(huán)境容納量(K)時(shí)的生產(chǎn)量是最高的。培養(yǎng)鳳眼蓮凈化與利用污水工程。生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)主要表現(xiàn)：382）異種生物種群之間數(shù)量調(diào)節(jié)在不同種動(dòng)物與動(dòng)物之間，植物與植物之間，以及植物、動(dòng)物和微生物三者之間普遍存在異種生物種群之間數(shù)量調(diào)節(jié)。有食物鏈聯(lián)結(jié)的類群或需要相似生態(tài)環(huán)境的類群，在它們的關(guān)系中存在相生相克作用，如互利共生、他感作用、競(jìng)爭(zhēng)排斥等，因而存在著合理的數(shù)量比例問(wèn)題。例如，富營(yíng)養(yǎng)化湖中利用放養(yǎng)肉食性魚類，降低食浮游動(dòng)物魚類生長(zhǎng)，從而控制浮游藻類的生長(zhǎng)。3）生物與環(huán)境之間的相互適應(yīng)調(diào)節(jié)生物要經(jīng)常從所在的生境中攝取需要的養(yǎng)分，生境則需對(duì)其輸出的物質(zhì)進(jìn)行補(bǔ)償，二者之間進(jìn)行物質(zhì)輸出與輸入的供需適應(yīng)性調(diào)節(jié)。比如水體自凈過(guò)程。2）異種生物種群之間數(shù)量調(diào)節(jié)391.4.循環(huán)再生原理物質(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(zhǎng)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(xué)大循環(huán)。在物質(zhì)循環(huán)中，每一個(gè)環(huán)節(jié)是給予者，也是受納者，循環(huán)是往復(fù)循環(huán)，周而復(fù)始，無(wú)底也無(wú)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(yíng)養(yǎng)循環(huán)）多層次分級(jí)利用原理(Multileveluseprinciple)多層次分級(jí)利用是自然生態(tài)系統(tǒng)中各個(gè)成分長(zhǎng)期的協(xié)同進(jìn)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(dāng)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(jì)及社會(huì)效益。一種成分的輸出物是另一物質(zhì)的原料。1.4.循環(huán)再生原理402.生態(tài)工程學(xué)的生物學(xué)原理2.1.生物間互利共生機(jī)制原理在生態(tài)工程中如何選擇匹配好這種關(guān)系，發(fā)揮生物種群間互利共生或偏利共生機(jī)制，使生物復(fù)合群體‘共存共榮”，是人工生態(tài)系統(tǒng)建造的一個(gè)重要關(guān)鍵。如樹(shù)木花粉與蜜蜂；灰喜鵲與樹(shù)木的關(guān)系等。2.生態(tài)工程學(xué)的生物學(xué)原理412.2.生態(tài)位原理生態(tài)位也有譯成“生態(tài)龕“或“小生境”，它是指“生態(tài)系統(tǒng)中各種生態(tài)因子都具有明顯的變化梯度，這種變化梯度中能被某種生物占據(jù)利用或適應(yīng)的部分稱為其生態(tài)位”。在生態(tài)工程設(shè)計(jì)、調(diào)控過(guò)程中，合理運(yùn)用生態(tài)位原理，可以構(gòu)成一個(gè)具有多樣化種群的穩(wěn)定而高效的生態(tài)系統(tǒng)。在生態(tài)工程設(shè)計(jì)中還應(yīng)當(dāng)考慮到由于植物多層次布局的同時(shí)．又可產(chǎn)生眾多的可為動(dòng)物(包括馬、獸、昆蟲等)、低等生物(真菌、地衣等)生存和生活的適宜生態(tài)位，從而形成一個(gè)完整穩(wěn)定的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)?！皢?、灌、草”，“果—菇”工程等。通過(guò)生態(tài)位的建造與利用，使各種生物之間巧妙配合，使得有限的自然資源和社會(huì)資源，能夠最大限度地充分利用．從而獲得系統(tǒng)較高的“生產(chǎn)力”。2.2.生態(tài)位原理422.3.食物鏈原理食物鏈與食物網(wǎng)是重要的生態(tài)學(xué)原理。它主要指地球上的綠色植物通過(guò)葉綠素使太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能貯存于植株之中，所以．稱其謂“生產(chǎn)者”。綠色植物被草食動(dòng)物所食，草食動(dòng)物被肉食動(dòng)物吃掉，這些動(dòng)物中有的吃草，有的吃其它動(dòng)物以維持其生命活動(dòng)。植物和動(dòng)物殘?bào)w又可為小動(dòng)物和低等動(dòng)物分解。以這種吃與被吃形成的關(guān)系稱之為食物鏈關(guān)系。人工食物鏈取代自然食物鏈；在林業(yè)生態(tài)工程中應(yīng)用：天敵放養(yǎng)和招引；總之，食物鏈原理是生態(tài)工程要遵循的重要原理，也是過(guò)去利用建設(shè)一直忽視的巨大空白區(qū)．加強(qiáng)食物鏈原理在利用上的應(yīng)用研究與實(shí)踐是十分重要的。2.3.食物鏈原理432.4.物種多樣性原理復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)是最穩(wěn)定的，它的主要特征之一就是生物組成種類繁多而均衡，食物網(wǎng)縱橫交織。其中一個(gè)種群偶然增加與減少，其它種群就可以及時(shí)抑制補(bǔ)償，從而保證系統(tǒng)具有很強(qiáng)的自組織能力。相反，處于演替初