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1、4.3 生态工程生态工程第四章 人与环境学习目标1、概述生态工程的概念2、概述生态系统的基本原理，举例说出自生、循环、协调和整体原理的主要内容3、分析生态工程实例，说出这些实例所运用的生态工程原理目录一：生态工程的基本原理1、关注生态工程建设2、生态工程所遵循的基本原理二：生态工程的实例和发展前景1、生态工程的实例2、生态工程的发展前景 一：生态工程的基本原理1、关注生态工程的建设 20世纪60年代以来，全球经济进入了快速增长阶段，人们生活水平提高、人口迅速增长，人类也随之更多地从自然中索取。毁林种地，围湖造田，大量使用化肥、农药等农业生产方式，以及工业的迅猛发展，正在大量消耗自然资源。这样的
2、生产方式，已经严重影响了人类的可持续发展。为了实现可持续发展，经济发展必须符合生态学规律，改变“人类能征服自然”的错误观念，旨在解决环境与经济发展协调问题的一门新学科-生态工程应运而生并迅速发展。生态工程是指人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法，对人工生态系统进行分析、设计和调控，或对已被破坏的生态环境进行修复、重建，从而提高生态系统的生产力或改善生态环境，促进人类社会与自然环境和谐发展的系统工程技术或综合工艺过程。生态工程建设的目的就是遵循生态学规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益和生态效益的同步发展。与传统的工程相比，生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体
3、系。2、生态工程所遵循的基本原理生态工程是人类学习自然生态系统“智慧”的结晶，是相关生态学、工程学、系统学、经济学等学科交叉而产生的应用学科。生态工程以生态系统的自组织、自我调节功能为基到础，遵循着整体、协调、循环、自生等生态学基本原理。自生生态系统具有独特的结构与功能，一方面是源于其中的“生物”，生物能够进行新陈代谢、再生更新等；另一方面是这些生物之间通过各种相互作用(特别是种间关系)进行自组织，实现系统结构与功能的协调，形成有序的整体。这一有序的整体可以自我维持。这种由生物组分而产生的自组织、自我优化、自我调节、自我更新和维持就是系统的自生。遵循自生原理，需要在生态工程中有效选择生物组分并
4、合理布设。例如，在湿地修复过程中，应该选择污染物净化能力较强的多种水生植物，还需要考虑这些植物各自的生态位差异，以及它们之间的种间关系，通过合理的人工设计，使这些物种形成互利共存的关系。这是该系统或工程能否形成自组织能力的基础条件。一般而言，应尽量提高生物多样性程度，利用种群之间互利共存关系，构建复合的群落，这样即便某个种群消亡，其他种群也能弥补上来，从而有助于生态系统维持自生能力。要维持系统的自生，就需要创造有益于生物组分的生长、发育、繁殖，以及它们形成互利共存关系的条件。例如，在湿地生态工程中，通过移除湖泊、河流中富营养化沉积物和有毒物质，降低水体污染物，增加水体溶氧量，可以改善水生生物的
5、生存环境，从而有利于生态系统的自生。应用太阳能水生态修复系统改善湖水水质循环循环是指在生态工程中促进系统的物质迁移与转化，既保证各个环节的物质迁移顺畅，也保证主要物质或元素的转化率较高。通过系统设计实现不断循环，使前一环节产生的废物尽可能地被后一环节利用，减少整个生产环节“废物”的产生。土壤的肥力是一切农业生产特别是种植业的基础，当今大多数国家的土壤肥力，都严重依赖化学肥料，而在古代是根本没有化肥投入的。我国古代先民正是依靠“无废弃物农业”保证了土壤的肥力，改善了土壤结构，培育了土壤微生物，实现了土壤养分如氮、磷、钾及微量元素的循环利用，因此，几千年来，土地一直维持着生产能力。协调在进行生态工
6、程建设时，生物与环境、生物与生物的协调与适应也是需要考虑的问题。例如，我国西北一些地区年降水量小于450 mm，只适宜种植灌木和草本植物，但曾被硬性规定种植乔木类的杨树。由于环境不利于杨树的生长，这里许多杨树长得十分矮小，枯枝很多，半死不活，远不如当地树种那样有较高的生态适应性，导致一些地区种植的防护林成了残败的“灰色长城”处理好生物与环境、生物与生物的协调与平衡，需要考虑环境容纳量。如果生物的数量超过了环境承载力的限度，就会引起系统的失衡和破坏。整体几乎每个生态工程都是具有多组分、复杂结构及综合功能的系统，这样的复杂系统建设必须以整体观为指导。自然生态系统可以为生态工程提供重要参考。自然生态
7、系统是通过生物与环境、生物与生物之间的协同进化而形成的一个不可分割的有机整体。遵循整体原理，首先要遵从自然生态系统的规律，各组分之间要有适当的比例，不同组分之间应构成有序的结构，通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的。其次，人类处在个社会一经济一自然复合而成的巨大系统中。进行生态工程建设时，不仅要考虑自然生态系统的规律，更要考虑经济和社会等系统的影响力。例如在进行林业工程建设时，一方面要号召农民种树，另一方面一定要考虑贫困地区农民的生活问题，如粮食、烧柴以及收入等问题。往往是生活方面的因素导致农民对森林、灌丛的过量砍伐。因此，只有把生态与社会、经济结合起来，才能从根本上达到造林和护林的目的
8、。此外，社会习惯、法律制度等也对生态工程建设有着重要影响。只有应用整体原理，才能统一协调当前与长远、局部与整体、开发建设与环境保护之间的关系，保障生态系统的平衡和稳定。思考.讨论 分析生态工程实例中的原理和应用明清时期，我国南方长江三角洲、珠江三角洲低洼内涝积水地或河网发达地区的先民们，就探索出一种桑基鱼塘的农业生产模式:陆基种桑、桑叶饲蚕、蚕沙喂鱼、塘泥培桑。这样可以将陆地种植与鱼塘养殖结合起来，把原本割裂的生产系统通过优化组合，有机地整合在一起。根据同样的原理，甘蔗种植也可以与养猪、养鱼结合。在设计桑基鱼塘时，要考虑合适的陆地与水面的配比，需要考虑栽种作物与养殖动物的关系。例如，地基和鱼塘
9、的面积比例是“三比七”或“四比六”，即大部分采取“三基七水”或“四基六水”的比例。池塘养鱼，也应综合考虑不同鱼种的关系，根据淡水鱼在自然环境中的混合生长状态，实行以四大家鱼为主的多鱼种混养模式，让鳙鱼、鲢鱼、草鱼、鲮鱼、鲤鱼、鲫鱼等各种鱼类都有生存的机会和空间。运转良好的桑基鱼塘，可以做到物质的循环再生利用。种桑养蚕，蚕沙(蚕粪便)本是废弃物，如果不经处理直接堆放在室外，不但会腐烂变质污染环境，而且可能通过鸟、昆虫的携带造成交叉感染，导致家蚕疫病大爆发。桑基鱼塘将蚕沙由废弃物变成了渔业生产的饲料。生态工程需要根据工程的目的，以及当地自然、社会和经济的情况，从系统的不同角度综合考虑问题。因此，不
10、但要考虑生态学原理，而且要要考虑经济和社会的实际状况，通过系统学、工程学的设计，在充分利用自然的基础上，考虑节省投资和维护成本，提供务实、可持续的解决 方案。二：生态工程的实例和发展前景 生态工程自20世纪60年代提出后，在世界范围内逐渐得到广泛的认同和重视。20世纪70年代以来，我国生态工程的理论和实践都取得了长足进展，政府十分重视。在某些研究领域已处于国际领先的地位，在实践上已应用于农业生产、环境保护、城镇建设等许多方面，取得了令人瞩目的成就。1、生态工程的实例 在进行生态工程建设时，应当根据当地的实际条件。因地制宜地进行。以下介绍的生态工程实例，都是我国生态科学工作者和群众在长期的生态工
11、程建设实践中，不断完善而形成的 农村综合发展型生态工程问题:我国有近7亿人生活在农村，人多地少是突出的矛盾。怎样才能实现物质的多级循环利用，在资源有限的条件下有较多的产出，取得经济效益、社会效益和生态效益的全面提高呢?对策 建立农村综合发展型生态工程，是实现这一目标的有效途径，这在我国已经有不少成功的实例。课本P104思考与讨论 问题：湿地是一种独特的生态系统。我国现有湿地 5.36x10hm面积大小位列世界第四，亚洲第我国湿地的特点是类型多、面积大分布广、区域差异显著、生物多样性丰富。湿地被誉为地球的“肾”、具有蓄洪防旱，调节区域气候，控制+壤侵蚀，自然净化污水，为迁飞的鸟类和其他多种动植物
12、提供栖息地(图4-14)，以及为人们提供休闲娱4-14 丹顶鹤栖息地 乐的环境等功能。在经济发展过程中，人们对湿地进行排水 和围垦，已经破坏了地球上 80%的湿地资源。湿地的缩小会导致局部气候恶化、地下水位下降、生物多样性降低、迁飞鸟类绝迹等。此外，湿地的环境污染、生物资源的过度利用等，会导致湿地生态系统严重退化。对策 湿地生态恢复工程就是采用工程学和生态学措施相结合的方法，如废水处理、点源和非点源污染控制。土地处理工程，以及动植物物种引进等，使受到干扰的湿地得以恢复。在湿地的周围，还应建立缓冲带，以尽量减少人类的干扰，使湿地依靠自然演替等机制恢复其生态功能。湿地生态恢复工程 案例 厦门筼筜湖
13、生态恢复筼筜湖位于厦门岛西部。20 世纪 70 年代，筼筜湖周边各种污水未经处理就排放到湖里，导致水质恶化，鱼虾几近绝迹，湖水散发着臭气，人们路过时都得捂着鼻子。厦门人民期盼筼筜湖生态恢复。1982 年，厦门市政府对沿湖周边企业进行整治，几年内基本解决了重金属等有毒污染物的排放问题，但是湖水水质仍较差。为了解决筼筜湖水体缺氧、自净能力差的问题，20 世纪90 年代，厦门市采取了引潮入湖、输送新鲜海水、西水东调等措施，湖水水质显著改善。进入 21 世纪，通过清挖湖底淤泥，沿湖修建驳岸、导流堤及环湖林荫步行道等措施，进一步改善了湖水水质，美化了湖区景观。现在的筼筜湖，湖水清澈、鱼游虾戏，白鹭翩飞。
14、矿区废弃地的生态恢复工程问题问题:随着工业的发展，采矿业对环境造成的日渐严重的破坏，使人们不得不将矿区废弃地的生态恢复工程提到日程上来。因为矿藏开采后往往会造成山体、土壤和植被，乃至整个地区生态系统的破坏。矿区极端恶劣的土地条件，又会阻碍植被的生长。尤其是规模巨大的采矿业，不仅会对土地景观造成巨大的影响，还可能产生严重的重金属污染。对策对策 为加速恢复矿区生态环境，人们采用的措施包括人工制造表土、多层覆盖、特殊隔离、土壤侵蚀控制、植被恢复工程等。其中，关键在于植被恢复，以及植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。由于矿区废弃土地的水分状况很差，土壤极其贫瘠，所以植被很难恢复。因此，恢复矿区生态环
15、境，首先要通过机械方法平整压实土地，人工制造表土;然后，在人造表土上，植树种草。案例案例 赤峰市元宝山矿区生态恢复工程自20世纪60 年代以来，该矿区建立了大中小型煤矿20 余个，共挤占耕地 5500 hm，并造成了大量排土场、塌陷地和闲置地等类型的废弃地。该地区在生态恢复改造工程中，采取了诸如围栏、排石整地、植树、种草等措施，仅用了3年多的时间，就建立了草地 750 hm，年产优质牧。草4000t以上;还建立了3处加工能力为8t的饲料工厂及1处饲养场，进行肉牛的养殖和粪肥的利用。这种综合开发治理为该地区带来了良好的生态、社会和经济效益。2、生态工程的发展前景在肯定生态工程的作用，特别是看到它
16、在恢复、重建受损生态环境方面可发挥重要作用的同时，不要忘记大自然固有的强大的生态恢复力量，更不能误认为只要有了生态工程，就可以走“先污染、破坏，后治理”的老路。虽然我国的生态工程取得不少成绩，但还有一些不足之处，如缺乏定量化模型的指导，难以像“精确农业”那样设计出标准化、易操作的生态工程样板。此外，有些设计缺乏高科技含量，生态系统的调控尚缺乏及时准确的监测技术的支持，缺乏理论性指导等。为了美好的未来，我们仍需要继续努力。我国目前面临的生态危机，已经不单纯是环境污染问题，而是与人口激增、环境与资源破坏、能源短缺等问题结合在一起的“并发症”。解决这些问题，不但要重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益的结合，需要生态工程发挥作用。我国党和政府高度重视生态文明建设，在党的十九大报告中，首次把美丽中国作为建设社会主义现代化强国的重要目标，对生态文明建设提出了一系列新思想、新目标。新要求和新部署，为建设美丽中国提供了指导方针和行动指南。中华民族传承古老的天人合一理念，在发展中尊重自然、顺应自然、保护自然。今天，古老的智慧融合了现代科学成就，生态工程的发展和应用，将在建设美丽中国的过程中大有作为。未来的人民，无论在乡村，还是在城市，都一定能“望得见山，看得见水，记得住乡愁”。THANKS