1、完整版生态工程学复习重点生态工程学Science of Ecological Engineering第一章 生态工程的概念生态工程的定义 （生态系统、生物多样性）生态系统：在一定空间范围内，各生物成分（包括人类在内）和非生物成分（环境中物理和化学因子）通过能量流动和物质循环而相互作用、相互依存所形成的一个功能单位。构成系统的条件：由若干要素所组成 要素之间要相互联系，相互作用，相互制约 要素之间通过相互作用，产生跟各个组成成分不同的新功能生物多样性：生物多样性是不同层次、不同等级水平的各种生命系统、生物类群、生命与非生命复合体以及与此相关的各种生态过程的综合，包括植物、动物、微生物和它们所拥有
2、的基因、所形成的群落和所产生的各类生态现象。生态工程的概念：为了人类社会及其自然环境的利益，而对人类社会及其自然环境加以综合的且能持续的生态系统设计。它包括开发、设计、建立和维持新的生态系统，以期达到诸如污水处理（水质改善）、地面矿渣及废弃物的回收、海岸带保护等，同时还包括生态恢复、生态更新、生物控制等目的。生态工程与环境工程、生物工程的区别：特征环境工程生物工程生态工程组织水平环境系统细胞水平生态系统理论原理环境科学遗传学、细胞生物学生态学系统能量来源化石能化石能太阳能维持发展费用较贵昂贵合理（便宜）设计特点人为人为人类辅助下的自组织控制结构污染源遗传结构有机体与自然关系再污染干扰协调生物多
3、样性改变改变保持或增加生态工程学研究背景：未来学家托天勒的“三次浪潮论”认为，人类社会的发展，迄今经历了 和经历着三次浪潮：第一次浪潮是农业革命（维持生存），第二次浪潮是工业革命（人定胜天），第三 次浪潮是目前正经历着的信息革命中国和西方生态工程比较：欧美中国背景生态危机单纯（污染）生态危机复杂理论基础自然基础学科综合涉及应用和社会学科对象自然（重建）生态系统社会-经济-自然复合生态系统目的环保为主，经济次要综合效益设计原理人为干预辅助人为干预为主生物多样性单纯复杂价值价值趋向单一价值趋向兼顾生态工程学应用前景生态工程是社会经济与环境可持续发展的重要工具；生态工程作用于生态系统水平，对生物多样
4、性保护（珍稀濒危生物的保护、重要生态系统的回复和重建、植物群落多样性保护）具有积极意义；生态工程可以通过对农业生产的设计与管理，实现生态农业可持续发展的目标；生态工程技术和方法造林，可设计各种农、林、牧结合的模式，将农业生产、林业建设和牧业发展相结合促进生态系统的全面发展；生态工程是解决城市生态系统所面临问题的有效方法与技术。第二章 生态工程的原理生态工程学的核心原理（1）整体性原理整体论和还原论原理整体观为指导，在系统水平上来研究；对各成分的性质及与其它成分相互关系了解越多，对系统的整体性质就能更好的了解；一个生态系统的成分是通过协同进化成为一个统一的不可分割的有机整体。社会-经济-自然复合
5、生态系统一个生态系统的成分是通过协同进化成为一个统一的不可分割的有机整体，其中每一个成分直接或间接地受其它一些成分和过程的影响，反过来也影响其它的成分，它们是多种成分综合作用的效应，是两种或两种以上不同成分的合力，或相互激发与加强的结果，是多种成分的因果（剩余）体现。（2）协调与平衡原理协调原理：内稳态机制（系统控制自身的体内环境使其保持相对稳定，是进化发展过程中形成的一种更进步的机制，它或多或少能够减少生物对外界条件的依赖性。）平衡原理：生态系统在一定时期内，结构与功能达到协调，而处于相对稳定态，此稳定态是一种生态平衡。（特点：动态平衡、相对平衡、整体平衡）（3）自组织原理自然界的有机生物体
6、与其周围环境通过彼此间的相互作用，逐渐淘汰与环境不相适应的生物有机体（进化论），也不断改变着周围环境，使之更适合某些生物的生存和发展，最后达到生物与生物及生物与环境之间的协调状态（共生原理），反应了生物与环境的对立与统一关系，这种关系代表着合乎自然规律的合理状态。（4）正负反馈调节原理 正反馈：蝴蝶效应 负反馈：环境容量阈值内（5）正常立地理论 在生态序列处于正常位置的立地。（6）局部控制与全局调节原理 不存在绝对的部分与绝对的整体（7）生态结构与生态功能相互作用的原理生态结构：生态系统各组成部分的组织形态及各组成部分之间的相互联系、相互作用方式，或生态系统各生态元的分布格局及各生态元之间的相
7、互作用方式。生态功能：是指有特定生态结构的生态系统通过生态流在与内部及外部相互联系中表现出来的作用。（8）生产功能与保护功能耦合的原理 即生产又保护，可持续发展（9）物质与能量多层利用及循环原理 物质循环，能量流动（10）仿生原理 仿植物：苇状羊茅抑制油菜；黄瓜、向日葵、大豆抑制杂草；豆科植物促进植物生长 仿动物：纯粹利他行为生态工程学的生物学原理1、物种共生原理A生物B生物相互关系有利有利互惠共生、协作有利无利、无害偏利共生无利、无害有害他感有利有害捕食、寄生、草食有害有害竞争2、生态位原理*生态位：生态系统中各种生态因子都有明显的变化梯度，这种变化梯度中能被某种生物占据利用或适应的部分称之
8、为生态位。植物多层次布局、生态位多层次利用完整稳定的复合生态系3、食物链原理用人工食物链和环节取代自然食物链和环节，提高生态系统的社会服务功能（经济效益）（1）天敌放养与招引（2）长周期人工生态系统中引入适生种群（3）副产品产业发展4、物种多样性原理一个种群偶然增加与减少，其它种群就可以及时抑制补偿，从而保证系统具有很强的自组织能力。5、耗散结构原理一定条件下，当系统处于非平衡态时，它能够产生维持有序性的自组织。生态工程的目的是建造一个有序的生态系统结构，通过自组织和抗干扰能力实现。6、物种耐性原理-限制因子原理最小因子定律：植物的生长状况取决于那些处于最少量状态的元素。Shelford耐性定
9、律：生物的存在与繁殖，要依赖于某种综合环境因子的存在，只要其中一项因子的量（或质）不足或过多超过了某种生物的耐性限度，则使该物种不能生存甚至灭绝。（考虑因子之间的代偿作用）7、环境因子的综合性原理自然界中每个因子都对生物产生重要影响，而同时，众多相互关联和相互作用的因子构成了一个复杂的环境体系。生态工程学的工程学原理1、结构的有序性原理不但要考虑生物之间的和谐有序，还要考虑环境与生物的相关关系。2、系统的整体性原理 结构决定功能3、功能的综合性原理 减少各组分之间的拮抗功能第三章 种植业生态工程种植业生态工程的特点（1）模拟自然生态系统，参照西方现代种植业；（2）充分利用太阳能，减少化石能源投
10、入，提高生产力；（3）多重利用，减少污染，有机物“还田”（4）生产“绿色”食品；（5）强调整体功能，不局限于单一作物产量或单一产业产值的提高。有机食品：是指生产环境未受到污染，生产活动有利于建立和恢复生态系统良性循环，在原料的生产和加工过程中既不使用农药、化肥、生长激素等化学合成物质，也不采用转基因技术及其产品，不采用其它不符合有机农业原则的技术与材料，通过有机食品认证，使用有机食品标志的，可供饮食的，符合国际或国家有机食品标准的农产品及其加工产品。绿色食品：是无污染、安全、优质的营养类食品的通称。是绿色技术的一个重要内容，也是绿色企业的最终目的之一。绿色食品要求食品中不能含有对人体健康有毒害
11、的物质。农药残留量、重金属含量、有机污染物和细菌含量必须低于一定的标准。但绿色食品允许在生产中使用一定量的对人体健康无害的人工合成化学物质。种植业生态工程的原则1.近期效益与远期效益结合（长短作物）2.时间结构与空间结构相结合（轮作）3.物质和生物多层次利用（因地制宜）4.扬长避短分步建设（突破口）5.注重种间关系（相生相克）6.充分发挥边缘效应（间作互利）种植业生态工程设计主要模式（P.89）：（1）复种模式（2）间作模式（3）套种模式（4）农林生态工程模式（农林间作）（5）农村的燃料、饲料、肥料工程（沼气）（6）以种植业为中心的生物链工程设计（有机物循环还田）种植业生态工程中几种实用技术介
12、绍1、沼气的厌氧发酵技术沼气：天然有机质在厌氧环境条件下通过厌氧微生物的分解发酵作用产生的一种混合可燃性气体。沼气发酵的基本条件：（1）严格的厌氧环境（CH4和CO2）；（2）充足和适宜的发酵原料（P.95表4.5，主要指标C/N）；（3）适当的水分；（4）适宜的发酵温度（夏季、冬季区别）；（5）适宜的酸碱度（P.95表4.4，可自行调节）。其它相关技术：（1）沼肥养鱼；（2）沼渣液肥田；（3）沼液防治果树蚜虫、红蜘蛛等虫害；（4）沼液浸种。2、秸秆的氨化技术 工业氨化（注氨水）；简易氨化（土法氨气浸熏）3、蚯蚓养殖技术 蚯蚓喜温暖、喜潮湿、不喜盐； 改土造肥；优质肥料；处理垃圾；药用（地龙）
13、。第四章 林业生态工程一、林业生态工程概述1、林业工程发展背景（1）人口增长对森林资源的压力（薪材短缺，资源危机）；（2）贫困和环境危机（发展中国家资源锐减，发达国家酸雨严重）。2、林业生态工程的发展（1）生态失衡的基本原因 资源利用的不可持续性（2）生态失衡的主要标志 生态系统的稳定状态削弱或消失。3、林业生态工程与传统绿化的主要区别（1）森林是森林生态系统的简称；（2）人工林要兼顾社会、经济、生态效益；（3）林业生产技术水平要符合国情；（4）根据演替阶段种植不同树种；（5）注意种间关系的协调，最终恢复生态系统服务功能。我国林业面临的主要挑战：由于人口多和经济快高速发展所造成的巨大和快速增长
14、的需求与有限供给量之间的差距 (以世界森林资源量的4.7%难以满足23%人口的需求）；保护和利用之间的矛盾 ；林地的生产力太低解决途径：六大林业生态工程1.天然林保护工程2. 退更还林、还草工程3.三北防护林和长江防护林工程4.野生生物保护及自然保护区建设工程5.重点地区工业用材林基地建设工程六大林业重点工程的总目标：到2010年时,初步建立起乔灌草搭配、点线面协调、带网片结合,具有多种功能与用途的森林生态网络和林业两大体系框架,重点地区的生态环境得到明显改善,与国民经济发展和人民生活改善要求相适应的木材及林产品生产能力基本形成。现代林业产业的基本内涵（1）以最少的林地资源，最大地满足社会、经
15、济发展的需求（2）高度集约化经营林业产业的现代化过程，就是不断提高林业生产集约化程度的过程。即：通过高投入的资金和密集的高技术，实施集约经营，以缩短森林生长周期，提高森林生产量和产出率以及资源的综合利用水平。（3）高度信息化衡量林业发展状况的主要指标：森林覆被率 林地生产率 林业增加值 的增长率 科技贡献率森林分类经营（Classified forest management)定义: 根据 社 会 对森林生态和经济的两大需求，按照森林多种功能主导利用原则，相应地将森林、林木和林区划为不同森林类别，分别按各自特点与规律运营的一种经营管理体制和经营模式。(生态)公益林（non-commercial
16、 forest）：以维 护 和 创造优良生态环境、保持生态平衡和保护生物多样性等满足人类社会的生态需求和可持续发展为主体功能，主要是提供公益性、社会性产品或服务的森林、林木和林地。包括防护林和特种林。只能进行抚育和更新。 商品林（commercial forest）：以生 产 木 (竹)材和提供其他林特产品，获得最大经济产出为主要目的，满足人类社会的经济需求为主体功能的森林、林木和林地。包括用材林、经济林和薪炭林。可进行主伐解决我国林业发展问题的出路（1）明确发展思路： 发展人工林，使其成为高度集约化经营的木材和林副产品的生产 基地。 保护天然近熟和成熟林，使其成为物种的基因库； 改造次生林，
17、使其成为高生产力的近自然林；（2） 稳定对林业的投入，继续实施并不断优化正在进行的国家林业生态工程。（3）提高林业工作的科学技术水平。（4）狠抓营林，将林业发展推进到一个以营林为主，集约经营森林，大幅度提高森林生产力为主要任务的发展阶段人工用材林的重要性发展人工林和保护天然林，是林业可持续发展不可分割的两个方面。世界许多国家把营造工业用材林作为解决木材供需矛盾的重要途径。新西兰用占森林面积的13.8%的人工林, 满足了94%的木材需求； 智利用占森林面积的9%的人工林, 满足了全国91%的木材需求。美国也非常重视工业用材林的发展，如东南部的湿地松林和西北部的西部黄松林。关于人工纯林纯林是客观存
18、在，大量存在于自然界（如北方的云杉林、冷杉林、落叶松林、油松林，南方的马尾松林、云南松林等）；是否营造人工纯林, 取决于树种的生物学特性和人类的需求；人工纯林易于经营、生产力高，不可取代；人工纯林的种种问题，可以通过合理的经营措施得以解决；应在较大的空间尺度上，利用景观生态学的途径和方法，来协调人工纯林和生物多样性保育及水土保持等功能间的矛盾。具 体 建 议：重视森林经营，大幅度增加营林投入；加强对次生林的改造，将其经营成为兼具木材生产和其他服务能力的近自然林；大力发展集约经营的人工林，着重抓好良种、壮苗，以及对幼龄林和中龄林的抚育；推行“多目标管理”的经营理念和方法，消除“分类经营”带来的弊
19、病；重视林业教育，加速培养林业人才。结 论我国森林面积和蓄积量占世界总量的4-5%，分别排在世界的第5位和第6位；我国森林的人均资源量远远低于世界平均水平，排在第100位以后；在过去几十年中，尤其是自1999年以来，我国在森林资源保护及恢复方面取得了举世瞩目的成就；由于我国人口众多和未来经济快速发展的巨大需求，仍需要很长时间才能解决林业发展所面临的种种问题；我国林业目前面临的主要问题是经营粗放，生产力很低；应当将推进集约经营，提高林分的生产力作为当前林业发展的主要任务；我国亚热带地区自然条件优越，又有许多优良树种，是林业发展的重点地区，可以在“培育速生、高产的人工林和大径级的优良常绿阔叶材种”
20、方面为国家做出重要的贡献；林业科技工作者应当为我国林业大发展做出新贡献。林业生态工程设计的原理1、系统论原理 结构的有序性；系统的整体性；系统功能的综合性。2、生物间互利共生的原理自然界生物的生存与繁衍都是互相影响的；生物之间的关系分为共生与抗生；林业生态工程就是要调节种间与种内关系，达到生态系统各组分的协调共存3、“生态位”与自然资源多级利用原理通过生态位的建造与利用，各种生物之间巧妙配合，使得有限的自然资源和社会资源能够得到最大限度的利用，从而提高系统的生产力。4、环境的时间节律与生物的机能节律原理种群的选择与匹配就应该将不同生物的机能节律与当地环境节律有机结合，使得不同生物种群的矛盾减少
21、到最低水平。A林业生态工程应按照演替模式分期进行；B建立乔、灌、草结合，用养互补的高效工程；C这种做法虽然慢一些，但是可以达到生态、经济效益的统一环北京地区防沙治沙工程几种典型林业生态工程的设计1、农田与森林交错带的林业生态建设主要问题： 荒山化现象突出（过度利用）； 水土流失严重（农业集中区洪水）； 自然生产力得不到充分发挥（植被覆盖率低，杂木林、灌木林面积大）。（1）按照小流域划分生态系统（水文学）；（2）分水岭保护区的建设与设计（山体绿化防止水土流失）；（3）坡面生产区建设与设计（斜坡上部水肥条件差；斜坡下部水肥条件好）；（4）沟谷防治工程的建设与设计（沟头排水沟埂与植被固定；沟坡生物固
22、坡；沟底修谷坊坝）。2、荒山林业生态工程的设计（1）花岗岩、片麻岩荒山的生态工程设计 无林地 有林地 分水岭种植地带性植被 斜坡变为生产区（2）石灰岩、石英岩荒山的林业生态工程设计 见缝插针种植耐贫瘠的树种（3）山地自然保护区的林业生态工程设计自然保护区：对有代表性的自然生态系统、珍稀濒危野生生物种群的天然生境地集中分布区、有特殊意义的自然遗迹等保护对象所在的陆地、陆地水体或者海域，依法划出一定面积予以特殊保护和管理的区域。 有利保护管理的前提下，充分发挥保护区及其周边地区的多种效益。养殖业、种植业、旅游业、狩猎业第七章 全国林业生态工程建设总体规划第一节 我国资源与环境状况一、地形条件我国幅
23、员辽阔，国土总面积(陆地)约960万km2。地形总的特点是：高差大，西高东低，阶梯状下降；类型多样，山地面积大；结构复杂，地形骨架呈网状结构。 从海拔高度看，最高海拔8848m(珠穆朗玛峰)，最低为150m(吐鲁番盆地的艾丁湖)。 海拔低于1000m的面积约为国土总面积的42，低于1500m的约占60，海拔在3000m以上的面积约占25。 我国平均海拔高度约为12001300m，见表31。 表31 全国地形海拔高度(H )占国土总面积的百分比 我国地形由西向东，呈三级阶梯下降。 青藏高原海拔在4000m以上，为第一级阶梯； 昆仑山和祁连山以北，横断山以东，海拔在10002000m，为第二级阶梯
24、，其间有云贵高原、黄土高原、内蒙古高原、准噶尔盆地、塔里木盆地和四川盆地； 沿大兴安岭、太行山、巫山、雪峰山一线以东地区，大部分海拔在500m以下，为第三级阶梯，包括东北平原、华北平原、长江中下游平原和辽东、山东以及长江以南的广大低山丘陵。 我国的地貌类型多种多样。 青藏、云贵、内蒙古和黄土高原为我国著名的四大高原，塔里木、准噶尔、柴达木和四川盆地是我国著名的四大盆地，由长江、黄河、海河、黑龙江、辽河等冲积而成的长江中下游平原、华北平原(即黄淮海平原)和东北平原是我国著名的三大平原。 我国山地与丘陵面积约占国土总面积的66.4，平地(包括平地和高平地)约占33.6，因此，以山地丘陵为主是我国地
25、形的主要特点。二、土地资源我国主要土地利用面积，详见表32。表32 我国主要土地利用种类面积(一)耕地资源 耕地中，水田约占23.7，水浇地占17.2，雨养旱地占59.1，我国灌溉地占耕地总面积的40.9。 我国90的耕地分布在400mm年等雨量线以东湿润、半湿润的季风区，东北、华北、长江中下游、珠江三角洲等平原，以及广大丘陵地区。 85的旱耕地分布在秦岭淮河一线以北地区，其中东北平原与黄淮海平原占60；其次是黄土高原和内蒙古、甘肃、新疆的山前平原和绿洲，约占25；其余15零星分布在江南丘陵山区。(二)林地资源我国林业资源的特点是相对数量不大，覆盖率低，分布不均，后备资源丰富，林业生产潜力大。
26、 林业用地包括有林地、疏林地、未成林造林地、灌木林地、苗圃用地和无林地(采伐迹地、火烧迹地和其他宜林地)。郁闭度在0.2以上的天然林和人工林称为有林地。 根据19891993年全国第四次森林资源清查资料，我国现有林业用地25677.4万hm2，森林面积13370万hm2，森林覆盖率13.92，活立木总蓄积量117.85亿m3。这些森林对改善我国的生态环境和支援国家经济建设正起着重要作用。 但还有不足之处：1、森林资源少而分布不均 全世界森林覆盖率为23.0，人均森林面积为0.56hm2，人均蓄积量64.8m3，而我国的森林覆盖率、人均森林面积和人均蓄积量分别为世界水平的56.4、12.0和11
27、.0，居于世界160个国家的第120位。 全国森林覆盖率超过30的有9个省：台湾55.08 、福建50.60、浙江42.96、江西40.35、广东36.78、黑龙江35.55、吉林33.60、湖南32.80、海南31.27；不足10的也有9个省(自治区、直辖市)：山东8.11、天津7.47、西藏5.84、甘肃4.02、上海2.47、宁夏1.54、新疆0.79 、青海 0.35。 我国森林主要分布在东北国有林区、南方10省集体林区和西南国有林区3片，而西北、内蒙古、西藏的中西部地区以及人口稠密、经济发达的华北地区、黄河流域和长江中下游地区的森林资源较少。2、有林地质量好而森林生产力低 根据中国1
28、：100万土地资源图的评价标准，我国一等林地面积占有林地总面积的65，主要分布在东北、内蒙古东部、西南及南方丘陵山区；质量中等的有林地面积约占27，主要分布在西南及西藏高山陡坡地区，质量差的三等有林地约占8，主要分布在北方干旱、半干旱地区、沙漠化地区和南方岩溶地区。 3、森林消耗增加 19731976年：1.96亿m3； 19771981年：2.94亿m3； 19841988年：3.44亿m3； 19891993年：3.20亿m3。 为供应木材而过量采伐森林是造成用材林产生赤字的主要原因，19841988年平均赤字达5473万m3。1988年起国家实行限额采伐管理，同时增加进口木材，使森林资源
29、消耗才趋于稳定。 4、木材供需矛盾尖锐 当今世界上经济发达国家人均年耗木材0.41.0m3，而我国则为0.15m3。 我国每年缺口木材及林产品约1亿m3。所以70年代每年进口木材费用约10多亿美元，80年代平均20多亿美元，90年代平均为30亿美元，到2000年进口木材将达到3000万4 000万m3，需耗资30亿40亿美元，成为世界上进口木材的第二大国。 5、林业经济效益低 随着森林资源危机引发了森林采伐企业的经济危机，如1992年全国林业产值(439.89亿元)比1991年(408.55亿元)增长了7.7但1992年的采伐收入(179.21亿元)比1991年(180.23亿元)下降了0.6
30、，而林产品产值增长了13.6。 多种经营！6、后备林地资源丰富 我国尚有后备林地(即宜林地)1.1333亿hm2。这些后备林地主要分布在西南、华南和江南的丘陵山区，占58；其次是东北、内蒙古东部占28；黄土高原约占5。 在这些后备林地中，一等宜林地占10.61；二等宜林地占51.72；三等宜林地占37.67，与现有林地质量相比，质量较差。(三)土地资源总体评价 1、土地辽阔，类型多样 我国土地总面积约有960万km2，居世界第三位。由于水热条件组合的差异和复杂的地形、地貌地质条件，形成了我国多种多样的土地资源类型。根据1：100万土地资源图，我国土地资源类型约2700个，有利于农、林、牧、副、渔生产的全面发展。 2、山地多，平地少 我国山地、丘陵面积约占国土总面积的23，平地占1/3。山地一般高差大，坡度陡，土层薄，生态环境脆弱，宜耕性差，极易造成水土流失和破坏土地资源。 但山地是林、牧生产基地，尤其是南方亚热带、热带山地，生物资源丰富，土地生产力高，非常适宜于林木生长和名优特产品的多种经营；西北地区的山地是我国的主要牧区，在农业自然资源中占有重要地位。 3、土地资源丰富，人均占有量少，后备资源不足 我国耕地面积占世界耕地总面积的7，居世界第3位；但是，我
