生態(tài)工程整理

生態(tài)工程下的定義：生態(tài)工程是應用生態(tài)系統(tǒng)中物種共生與物質(zhì)循環(huán)再生原理，結構與功能協(xié)調(diào)原則，結合系統(tǒng)分析的最優(yōu)化方法，設計的促進分層多級利用物質(zhì)的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)。生態(tài)工程的目標：就是在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，達到經(jīng)濟效益與生態(tài)效益同步發(fā)展。生態(tài)工程、環(huán)境工程和生物工程比較:（1）生態(tài)工程概念。（2）環(huán)境工程是研究和從事防治環(huán)境污染和提高環(huán)境質(zhì)量的科學技術。環(huán)境工程的目標很明確，就是利用一系列科學原理，去凈化或防治環(huán)境污染。（3）生態(tài)工程與環(huán)境工程最大區(qū)別在于：生態(tài)工程考慮利用生態(tài)系統(tǒng)的自我設計特點，是有利于人類和自然兩者的設計；生態(tài)工程的“工具箱”包括全世界能提供的所有生態(tài)系統(tǒng)、生物群落及物種；利用太陽能，保持或增加生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的物種多樣性。而環(huán)境工程以化石能為能源，往往會改變或減少生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的物種多樣性。（4）生物工程技術指通過改變基因結構開發(fā)新物種或新變異體，以滿足人類多種需要的先進技術。生物技術與生態(tài)工程思路:利用自然生態(tài)系統(tǒng)無廢棄物和物質(zhì)循環(huán)等特點來解決污染問題。生態(tài)技術利用自然界現(xiàn)有的物種、現(xiàn)有的生態(tài)系統(tǒng)結構和功能，遵循生態(tài)工程的原理和方法，經(jīng)過合理的設計，以滿足人類生態(tài)保護和發(fā)達經(jīng)濟需求技術。兩者區(qū)別在于：作用對象、所消耗能源、技術手段以及技術目標等方面。生態(tài)工程學核心原理：整體性原理（整體論和還原論）；②協(xié)調(diào)與平衡原理（協(xié)調(diào)原理、平衡原理）；自生原理：A、自我設計和自組織原理；B、自我維持原理；C、自我調(diào)節(jié):屬于自組織的穩(wěn)態(tài)機制，目的在于完善生態(tài)系統(tǒng)整體的結構與功能：i、同種生物種群間密度的自我調(diào)節(jié)（1/2環(huán)境容量（K）時生產(chǎn)量最高）；ii、異種生物種群之間數(shù)量調(diào)節(jié)（富營養(yǎng)化水體放養(yǎng)肉食性魚類或蚌）詢、生物與環(huán)境之間的相互適應調(diào)節(jié)（營養(yǎng)鹽過多的水體藻類和水草增多）；循環(huán)再生原理：A、物質(zhì)循環(huán)和再生原理；B、多層分級利用原理；生態(tài)工程學的生物學原理：①物種共生原理（自然界沒有一種生物能夠離開其他生物而單獨生存和繁衍）:②生態(tài)位原理；③食物鏈原理；④物種多樣性原理；⑤物種耐性原理（每種生物有一個生態(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）；⑥景觀生態(tài)原理；⑦耗散結構原理；⑧限制因子原理（一種生物的生存和繁榮，必須得到其生長和繁殖需要的各種基本物質(zhì)，在“穩(wěn)定狀態(tài)”下，當某種基本物質(zhì)的可利用量小于或者接近所需的臨界最小量時，該物質(zhì)便成為限制因子，如光照、水分、溫度等）；⑨環(huán)境因子的綜合性原理。生態(tài)工程模型的類型：（生產(chǎn)系統(tǒng)的動力學模型符號代表的含義:46頁）概念模型：又稱文字模型，將生態(tài)系統(tǒng)中的各個分室或每個生態(tài)過程進行劃分和確定,并以符合生態(tài)生物學習慣的文字加以敘述。通常用流程圖或框圖的方式表示。物理模型：一種實用模型；數(shù)學模型:意義：模擬和預測系統(tǒng)的動態(tài)變化過程：檢驗概念模型的缺陷。衡量標準：真實性、精確性、普遍性來衡量。愈真實，愈精確，普遍性愈好的模型，其價值愈高。結構：①系統(tǒng)變量即狀態(tài)變量，描述在任意時刻系統(tǒng)狀態(tài)的可變量。②傳遞函數(shù)即函數(shù)關系，系統(tǒng)各個組成之間的流和相互關系。③強制函數(shù)即系統(tǒng)的輸入，它影響系統(tǒng)內(nèi)部流和狀態(tài)，但不受系統(tǒng)內(nèi)部流和狀態(tài)的制約。④參數(shù)，函數(shù)關系中的一些定數(shù)。⑤常數(shù)，模型中的恒定不變量。⑥輸出，模型運行的結果，系統(tǒng)服侍功能和應用價值的體現(xiàn)。數(shù)學模型的特征分析：靈敏性、穩(wěn)定性、反饋與控制。數(shù)學模型實例：分室模型（由簡單的微分方程組和矩陣代數(shù)構成的一類確定性模型）分室模型通式：x=Ax+Bu（x為庫存量變值；A為分室之間流通率；B為放大倍數(shù)，通常確定；u為外部輸入，或強制函數(shù)）分室模型輸出方程通式：Y=CX（Y為輸出量矩陣。C為輸出系數(shù)矩陣；X為庫存量矩陣）試驗設計的三個基本原則：重復、隨機排列、局部控制正交表記號含義：L（qs）L：正交表的代號；S：正交表的列數(shù)（最多能安排的因素個數(shù)，包括交互作用、誤差等）q：各因素的水平數(shù)（各因素的水平數(shù)相等）N正交表的行數(shù)（需要做的試驗次數(shù)）牛態(tài)工程設計原則：①因地因類制宜原則（必須依據(jù)當?shù)氐墓芾硭胶蜕鐣筇岢隽λ芗暗纳鷳B(tài)工程類型。必須對其產(chǎn)品的市場情況進行調(diào)查和分析，以確定生態(tài)工程的目標和輔助產(chǎn)品類型。）；②生態(tài)學原則（適當輸入輔助能的原則；再生循環(huán)及商品生產(chǎn)原則；生物多樣性原則；環(huán)境的時間節(jié)律與生物的機能節(jié)律原則；生物種群選擇原則；種群匹配原則；種群置換原則；經(jīng)濟效益原則；人工壓縮演替周期原則）生態(tài)工程設計技術路線：建立互利共生網(wǎng)絡；延長食物鏈：在一個生態(tài)系統(tǒng)或復合生態(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)，改變食物鏈結構，擴大或增加系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境及經(jīng)濟效益，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，稱為加環(huán)。i、生產(chǎn)環(huán)：所加入的環(huán)，可使非經(jīng)濟產(chǎn)品或廢物直接生產(chǎn)出為人利用的經(jīng)濟產(chǎn)品，例如利用有機廢物培養(yǎng)食用菌;利用無毒的有機廢水，采用無土栽培的方法，水培蔬菜或花卉，既處理凈化了廢水（渣）又生產(chǎn)出商品。五、增益環(huán)：所加之環(huán)，雖不能直接生產(chǎn)出商品，但可加大或提高生產(chǎn)環(huán)的效益。例如利用無毒的無機廢水種植鳳眼蓮、細綠萍等植物，產(chǎn)品雖不是商品，但可用這原本不能養(yǎng)魚的水去養(yǎng)魚，鳳眼蓮、細綠萍可作為飼料飼養(yǎng)家畜、家禽、養(yǎng)殖魚類，這對生產(chǎn)環(huán)有利。iii、減耗環(huán)；討、復合環(huán)；v、加工環(huán)：玉米粒為原料可生產(chǎn)食用油\生產(chǎn)淀粉\葡萄糖\葡萄糖內(nèi)酯，廢水和廢渣可以進行水培蔬菜或者沼氣發(fā)酵。增加加工環(huán)聯(lián)結擴大了食物鏈，促使一些生產(chǎn)環(huán)、增益環(huán)、復合環(huán)的聯(lián)結。例如：玉米芯原來作為燃料，或作為肥料還田的。鳳眼蓮生態(tài)工程設計示范技術關鍵:（1）因地制宜科學設計；（2）及時調(diào)整鳳眼蓮密度；（3）及時收獲和利用鳳眼蓮；（4）鳳眼蓮的完全利用；（5）人工基質(zhì)的投入；（6）接種細菌，提高有機污染物的生物降解。能值：一流動或貯存的能量所包含另一種類別能量的數(shù)量。常以太陽能值來衡量某一能量的能值。能值分析方法的基本原理是最大功率原理（在競爭中處于最優(yōu)的系統(tǒng)，是那些通過系統(tǒng)自組織作用驅(qū)動系統(tǒng)克服限制，實現(xiàn)生產(chǎn)最大化的系統(tǒng)，又稱自組織原理。）能值分析意義：能值分析是對貨幣流、物質(zhì)流和能量流綜合衡量，從而通過最有效的設計，使系統(tǒng)達到最大的生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益。能量系統(tǒng)符號語言:109頁能值轉(zhuǎn)換率：指每單位某種類別的能量（J）或物質(zhì)（g）所含太陽能值之量。環(huán)境負載率:ELR=（可更新資源能值投入R+不可更新資源能值投入N）/反饋能值F環(huán)境負載率反映了系統(tǒng)環(huán)境的承壓程度，其值越高說明系統(tǒng)的不可更新資源消耗量大，自組織程度低，對環(huán)境造成的壓力大，反之則說明對環(huán)境壓力小?；A能值產(chǎn)出率:Beyr=基礎能值改變Bee/不可更新資源能治投入N基礎能值產(chǎn)出率反映了系統(tǒng)自組織作用對環(huán)境資源積累的工作效率。生態(tài)恢復是恢復和維持生態(tài)系統(tǒng)健康的過程，是相對生態(tài)破壞而言。強調(diào)的是將生態(tài)工程學原理應用于系統(tǒng)功能的恢復，最終達到系統(tǒng)的自我維持。生態(tài)恢復的內(nèi)容：1）從生態(tài)和社會需求出發(fā)，實現(xiàn)生態(tài)恢復所期望達到的生態(tài)-社會-經(jīng)濟效益；2）恢復能夠達到上述效益的生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能；3）通過對系統(tǒng)物理\化學\生物甚至社會文化要素的控制，帶動生態(tài)系統(tǒng)恢復，達到系統(tǒng)自我維持狀態(tài).生態(tài)恢復的研究和實際應用注意:1）生態(tài)恢復是生態(tài)科學的檢驗與應用；2）生態(tài)恢復是多學科的綜合；3）生態(tài)恢復是系統(tǒng)工程；4）我國生態(tài)恢復面臨的重大課題。濕地：不論其為天然或人工、長久或暫時的沼澤地、泥炭地或水域地帶，帶有或靜止、或流動、或淡水、半咸水或咸水水體者，包括低潮時水深不超過6m的水域。濕地作用：保持水源，凈化水質(zhì)，保護物種多樣性，保護海岸線，蓄水防洪，調(diào)節(jié)氣候。濕地生態(tài)工程定義：濕地生態(tài)工程是利用濕地的水文和化學物質(zhì)儲存器的特點，所設計的控制過剩營養(yǎng)物、沉積物和污染物，并且改善水質(zhì)的生態(tài)工程；或利用上述特點綜合整治低洼濕地，使其結構和功能得到改善和恢復，成為良性生產(chǎn)—生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)工程。濕地生態(tài)原則：各類濕地的營養(yǎng)收支情況依據(jù)本系統(tǒng)的特點、鄰近系統(tǒng)的特點和季節(jié)等的不同而各異。所以在具體設計和利用時，應作到因地制宜。簡述濕地保護的生態(tài)工程對策：（1） 濕地生態(tài)補水：考慮到目前許多重要濕地面臨的最大威脅是缺水，沒有水也就不能成其為濕地?因此，對這部分濕地實施生態(tài)補水是最有效的保護措施。（2） 濕地污染控制：濕地面臨的另一個最大威脅是生產(chǎn)，生活產(chǎn)生的廢水，污水污染，如何控制污水排放與減緩富營養(yǎng)化過程是濕地保護的重要內(nèi)容之一。（3） 濕地生態(tài)恢復和綜合整治工程：對列入國際和國家重要濕地名錄，以及位于自然保護區(qū)內(nèi)的自然濕地，已被開墾占用或其他方式改變用途的，規(guī)劃采取各種補救措施，努力恢復濕地的自然特性和生態(tài)特征。目前我國濕地生態(tài)系統(tǒng)存在的主要生態(tài)問題有哪些？1）濕地面積減少、功能衰退：由于人口的快速增長和經(jīng)濟的發(fā)展，濕地被開墾為農(nóng)田或作其它用途，圍埂造田、興建碼頭，濕地植被被破壞，生態(tài)功能衰退，魚類等水生生物喪失了棲息生存的空間與繁衍的場所，濕地自身的生態(tài)功能也在不斷衰退。2）污染加劇、環(huán)境惡化：濕地被肆意侵占，并常成為沿江建筑垃圾、工業(yè)廢水、生活污水的排泄區(qū)和承泄地，污染在不斷加劇、環(huán)境在不斷惡化。長期承泄工農(nóng)業(yè)廢水、生活污水，導致濕地水體污染，生態(tài)系統(tǒng)富營養(yǎng)化現(xiàn)象嚴重，危及濕地生物的生存環(huán)境。3）生物多樣性受損：對濕地的不合理開發(fā)利用導致濕地日益減少，功能和效益下降；捕獲、狩獵、砍伐、采挖等過量獲取濕地生物資源，造成了濕地生物多樣性逐漸喪失；其生態(tài)功能也嚴重受損。表現(xiàn)在魚類種類日趨單一，種群結構低齡化、小型化。如白鰭豚、中華鱘、達氏鱘、白鱘、江豚已成為瀕危物種，長江鱘魚、鯽魚、銀魚等經(jīng)濟魚類種群數(shù)量已變得十分稀少；濕地水禽由于過度獵捕、撿拾鳥蛋等導致種群數(shù)量大幅度下降，嚴重破壞了水禽資源。山地多項牛態(tài)技術的實施：“雙效”品種資源的引種技術：遵循生態(tài)效益和經(jīng)濟效益雙高原則進行。建立優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源基地。坡地水土調(diào)控技術：挖蓄水溝、庭院儲水、覆蓋保墑等多種蓄水、節(jié)水措施提高樹苗成活率和增產(chǎn)。培肥地力技術：采取種植豆科牧草和“林草-畜-肥”兩種方法培肥地力。提高了有機質(zhì)、全氮和速效氮含量。節(jié)律配合技術：改變多年傳統(tǒng)的春秋季（太行山最旱季節(jié)）造林的做法，采用營養(yǎng)缽育苗，雨季降雨后造林，提高成活率。物種共生，復合匹配技術：利用物種共生原理，進行系統(tǒng)內(nèi)多物種的人工復合匹配。海濱鹽土：是海相沉積物在海潮或高濃度地下水作用下形成的全剖面含鹽的土壤，其特點一是鹽分組成單一，以氯化物占絕對優(yōu)勢，二是通剖面含鹽，鹽分表聚尚差。包括鹽沼和灘涂濕地。高含鹽量和低肥力是海濱鹽土修復利用的關鍵制約因子。海濱鹽土植被修復利用的牛態(tài)工程模式:海濱鹽土植被修復與經(jīng)濟利用模式；耐鹽牧草、飼料選育與灘涂擴繁模式；灘涂草基魚塘模式；新筑海堤綠化護坡的植被重建模式；米草生態(tài)工程及生態(tài)控制模式。紅樹林生態(tài)系統(tǒng)：處于海洋、陸地的動態(tài)交界面，作為獨特的海陸邊緣生態(tài)系統(tǒng)在維持海灣河口生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和平衡中起著特殊的作用，具有重要的生態(tài)意義和經(jīng)濟意義。紅樹林濕地是海岸帶生態(tài)關鍵區(qū)（對維持生物多樣性或資源生產(chǎn)力有特別價值的生物活動高度集中的地區(qū)）。紅樹林濕地具有高生產(chǎn)力、高歸還率、高分解率的三高特性。紅樹林生態(tài)系統(tǒng)作用：紅樹林過濾陸地徑流和內(nèi)陸帶出的有機物和污染物，凈化空氣和海水：紅樹林植物吸收污染物中的重金屬與有機氯農(nóng)藥，均富集在不易轉(zhuǎn)移擴散的樹根或樹干部位，避免通過食物鏈向其它海洋生物及人類傳遞。農(nóng)林牧復合經(jīng)營系統(tǒng)（李文華）：指在同一土地管理單元之上，人為地把多年生木本植物（喬木，灌木，竹類等）與其他栽培植物（農(nóng)作物，藥用植物，真菌等）和動物，在空間上或按一定的時序安排在一起而進行管理的土地利用和經(jīng)營系統(tǒng)的綜合。農(nóng)林牧復合生態(tài)工程的生態(tài)學原理：①系統(tǒng)內(nèi)的生物成分須與環(huán)境條件相適應，因地制宜；②各生物成分之間相互聯(lián)系，相互作用，在引入物種時需注意；③通過提高生態(tài)效率（能量轉(zhuǎn)化率）來提高整個系統(tǒng)的生產(chǎn)力；通過多層分級利用物質(zhì)和能量，提高系統(tǒng)綜合效益。指標體系的結構：基本層次為4層：綜合指標（A），大類指標（B），中類指標（C），單項指標（D）。第一層：農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展綜合指數(shù)（A）衡量農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的可持續(xù)性；第二層：農(nóng)業(yè)系統(tǒng)分為3個亞系統(tǒng)：資源環(huán)境（農(nóng)業(yè)資源環(huán)境支持指數(shù)B1：表示資源環(huán)境亞系統(tǒng)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的支持程度）、經(jīng)濟（農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展指數(shù)B2：表示經(jīng)濟亞系統(tǒng)發(fā)展程度）、社會（農(nóng)業(yè)社會進步指數(shù)B3：表示社會進步程度）；第三層：若干個子系統(tǒng)（資源環(huán)境亞系統(tǒng)——資源、環(huán)境污染、環(huán)境治理及協(xié)調(diào)；經(jīng)濟亞系統(tǒng)——農(nóng)業(yè)科技、農(nóng)業(yè)集約化、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總量；社會亞系統(tǒng)——農(nóng)產(chǎn)品消費、農(nóng)業(yè)人口、農(nóng)業(yè)人口生活質(zhì)量、農(nóng)村社會穩(wěn)定及社會保障。）第四層：衡量各子系統(tǒng)的單項指標。B1：資源環(huán)境亞系統(tǒng)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的支持程度（反映：農(nóng)業(yè)資源的豐富性、資源可持續(xù)利用性、環(huán)境的協(xié)調(diào)性、環(huán)境污染現(xiàn)狀及對環(huán)境污染治理的力度。）B2：經(jīng)濟亞系統(tǒng)的發(fā)展程度。B3：社會進步程度。（反映：農(nóng)業(yè)人口基本現(xiàn)狀、農(nóng)業(yè)人口素質(zhì)、生活質(zhì)量、農(nóng)村社會穩(wěn)定及社會保障。）復合養(yǎng)魚系統(tǒng)：①魚塘凈化、利用污水系統(tǒng)：如某些藥劑廠處理有機廢水模式②物質(zhì)循環(huán)再生系統(tǒng)：如?；~塘模式③多層次多級利用各種資源系統(tǒng)；如利用飼料、食用菌等及其下腳料和排泄物④多功能的農(nóng)業(yè)水產(chǎn)-工業(yè)相結合的多種經(jīng)營生產(chǎn)系統(tǒng)；如稻田養(yǎng)殖。林農(nóng)綜合經(jīng)營生態(tài)工程三個模式：“糧飼一豬一沼一肥”生態(tài)模式：“林果一糧經(jīng)”立體生態(tài)模式：“林果—畜禽”復合生態(tài)模式。我國"農(nóng)田林網(wǎng)”生態(tài)模式：通過標準化統(tǒng)一規(guī)劃設計，利用路、渠、溝、河講行網(wǎng)格化農(nóng)田林網(wǎng)建設以及部分林帶或片林建設，一般以速生楊樹為主，輔以柳樹、銀杏等樹種，并通過間伐保證合理密度和林木覆蓋率，這樣便逐步形成了與農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)相配套的林網(wǎng)體系。混林農(nóng)業(yè)（ICRAF）的定義：林農(nóng)復合生態(tài)系統(tǒng)是在同一土地經(jīng)營單元上，將在生態(tài)和經(jīng)濟上存在相互聯(lián)系的多年生木本植物與栽培作物或動物精心結合在一起，通過空間或時序的安排以多種方式配置的一種土地利用制度（系統(tǒng)）。農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營的概念:以市場為導向，以提高效益為中心，以主導產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品為重點，優(yōu)化組合各種生產(chǎn)要素，把生產(chǎn)、加工、流通緊密結合起來，延長農(nóng)業(yè)生產(chǎn)鏈，實行貿(mào)工農(nóng)一體化經(jīng)營。我國生態(tài)農(nóng)業(yè)：因地制宜利用現(xiàn)代科學技術與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術相結合，充分發(fā)揮地區(qū)資源優(yōu)勢，依據(jù)經(jīng)濟發(fā)展水平及“整體、協(xié)調(diào)、循環(huán)、再生”原則，運用系統(tǒng)工程方法，全面規(guī)劃、合理組織農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對中低產(chǎn)地區(qū)進行綜合治理，對高產(chǎn)地區(qū)進行生態(tài)功能強化，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效持續(xù)發(fā)展，達到生態(tài)與經(jīng)濟兩個系統(tǒng)的良性循環(huán)和經(jīng)濟、生態(tài)、社會三大效益的統(tǒng)一。城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)的主要特征:強烈的人類活動；城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)是一個開放的系統(tǒng)；城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)功能多樣化；系統(tǒng)行為的反直觀性。中國城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境基本特征:城鎮(zhèn)大氣仍以煤煙型污染為主；水資源短缺是城鎮(zhèn)發(fā)展的制約因素之一；固體廢棄物、城市垃圾是城鎮(zhèn)環(huán)境保護一大難題：城市園林綠化需進一步提高。生態(tài)城市：從廣義上講，是建立在人類對人與自然關系更深刻認識基礎上的新的文化觀，是按照生態(tài)學原則建立起來的社會、經(jīng)濟、自然協(xié)調(diào)發(fā)展的新型社會關系，是有效的利用環(huán)境資源實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的新的生產(chǎn)和生活方式。狹義的講，就是按照生態(tài)學原理進行城市設計，建立高效、和諧、健康、可持續(xù)發(fā)展的人類聚居環(huán)境。城市牛態(tài)工程的具體體現(xiàn)？（1） 城市自然保護工程：為確保地方政府在制定規(guī)劃時給予自然歷史價值應有的重視，防止有價值的環(huán)境向不利方向自發(fā)展，把城市建設對自然環(huán)境的破壞減少到最低限度。（2） 城市綠化工程：①城市街道