环境生态学：第二章 生态工程原理

1、第二章 生态工程原理 核心原理生态学原理工程学原理第一节 生态工程学的核心原理整体性原理协调与平衡原理自生原理循环再生原理（一）整体性原理1、整体论和还原论 还原论认为宇宙是一个机械系统，能在一个决定性的力的作用下被还原为基本单位或基本粒子，只要进行要素分析、定量表述，便可了解整个系统，最终解决问题。 而整体论强调复杂系统的整体性和关联性。强调系统是由相互作用和相互联系的若干组成部分结合而成的具有特定功能的整体，其基本的特性就是集合性，表现在系统各组分间相互联系、依赖、作用、制约的不可分割的整体，整体的作用和效应要比各部门之和来的大。2、社会经济自然复合生态系统 生态工程研究处理的对象是作为有

2、机整体的 社会经济自然复合生态系统，或由异质 性生态系统组成的、更高层次的景观系统。 这一系统是以人的行为为主导，自然环境 为依托，资源流动为命脉，社会体制为经 络的半人工生态系统。其结构可以分成为 3个主要集合 社会自然 经济 地天 人经济亚系统自然系统经济亚系统自然系统空乏的世界和充盈的世界A 空乏的世界B 充盈的世界 整体效应的取得要取决于系统的结构，结构决定功能。因此生态工程强调不同层次上的协同运作，根据自然资源，社会经济条件按比例有机组装和调节，以整体协调优化求得系统的高产、高效和持续发展。 生态工程及技术的建设与应用都是以最终追求综合效益为目标的。在其建设与调控中，将经济与生态工程

3、建设有机交织地进行，如农业开发与生态环境建设结合，资源利用与自然保护结合，乡镇工业开发与环保防污建设结合等等，就是将所追求的生态效益，经济效益和社会效益融为一体。 （二）协调与平衡原理 生态系统长期演化与发展的结果，使任一稳态的生态系统在一定时期内均具有相对稳定而协调的内部结构与功能。（结构的协调与平衡，功能的协调与平衡）生态系统的物种构成，比例，配置各生物及非生物因子的比例，如C：N比，N：P等环境承载力等 生态系统作为生物与环境的统一体，既要求生物要适应其生存环境，同时又伴有生物对生存环境的改造作用，这就是所谓的协同进化。协同进化原理认为生物与环境应看作相互依存的整体，生物不只是被动地受环

4、境作用和限制，而在生物生命活动过程中，通过排泄物、死体、残体等释放能量、物质于环境，使环境得到物质补偿，保证生物的延续，封山育林，植树种草，退耕还林，合理间套轮作都是为了改善农业生态环境。同时在对可更新资源（再生资源）利用中做到保护其可更新能力，确保资源再生和循环利用。 （三）自生原理 自生原理包括自我组织、自我设计、自我调节、自我维持、自我优化和自我再生等系列机制。自生作用是以生物为主要和最活跃组成成分的生态系统与机械系统的主要区别之一。生态系统的自生作用有利于维护系统相对稳定的机构和功能及其可持续发展。 美国第一个国家公园“黄石国家公园”以绚丽无比的水热活动奇观著称于世。该公园有320个间

5、隙喷泉，集中了全世界间隙喷泉总数的62，其中“ 老实”间隙喷泉以最信守时间而得名，平均每65分钟喷发一次。“ 牵牛花”热水塘引人入胜边堤闸门网海堤红树林排水渠排水渠边堤虾群红树林香港米埔红树林沼泽基围塘结构示意 （四）循环再生原理物质循环再生原理循环往复，物质不灭分层次多级利用原理物质转化，能量流动，物质循环物质循环落红不是无情物，化作春泥更护花第二节 生态工程学中的生态学原理物种共生原理生态位原理食物链原理多样性原理耐受性原理景观生态学原理耗散结构原理限制因子原理环境因子综合性原理（一）生态位原理 生态位是生态学研究中广泛使用的名称，又称生态龛或小生境(Niche)，通常是指生态系统中各种因

6、子都具有明显的变化梯度，这种变化梯度中能被生物占据利用或适应的部分称为其生态位。每一种生物在多维的生态空间中都有其理想的生态位，而每一种环境因素都给生物提供了现实的生态位。这种理想生态位与现实生态位之差一方面迫使生物去寻求、占领和竞争良好的生态位。另一方面也迫使生物不断地适应环境，调节自己的理想生态位，并通过自然选择，实现生物与环境的世代平衡。 在农业生态系统中，由于其是半人工或人工的生态系统，人为的干扰控制使其物种单一性，从而产生了较多的空白生态位。因此在农业生态工程设计及技术应用中，如能合理运用生态位原理，把适宜而有经济价值的物种引入系统中，填充空白的生态位而阻止一些有害的杂草、病虫、有害

7、鸟兽的侵袭，就可以形成一个具有多样化物种及种群稳定的生态系统。如稻田养鱼就是把鱼引入稻田中，鱼可以吃掉水稻生长发育过程中所发生的一些害虫，为稻田施肥，而水稻则为鱼类生长提供一定的饵料，从而取得互惠互利的效果。（二）限制因子原理 生物的生长发育离不开环境，并适应环境的变化，但生态环境中的生态因子如果超过生物的适应范围时，对生物有一定的限制作用，只有当生物与其居住环境条件高度相适应时，生物才能最大限度地利用环境方面的优越条件，并表现出最大的增产潜力。1、最小因子定律： 即植物的生长取决于数量最不足的那一种物质，即为最小因子定律。 2、耐性定律： 即各种生物的生长发育过程中对各种生态因子都存在着一个

8、生物学上限和下限，它们之间的幅度就是该种生物对某一生态因子的耐性范围。 （三）食物链原理 在自然生态系统中，由生产者、消费者、分解者所构成的食物链，从生态学原理看，它是一条能量转化链，物质传递链，也是一条价值增值链。绿色植物被草食动物所食，草食动物被肉食动物吃掉，植物和动物残体又可为小动物和低等动物分解，以这种吃与被吃而形成了食物链关系，但是食物链并非单一的简单的一种关系，如水稻蝗虫鸟类这样，而是形成了一种复杂的食物链网。 林德曼著名的十分之一定律说明，能量从一个营养级向下一个营养级转化的比率只有十分之一，因此自然界的食物链很少有长达4个营养级之上。 自组织系统中的能量传递 106 105 1

9、04 103 102Carlories/m2/year 在农业生态系统中，可以将各营养级因食物选择而废弃的生物物质和作为粪便排泄的生物质，通过加环与相应的生物链接进行转化，延长食物链的长度，并提高生物能的利用率。如在经济林中套植饲草，在养殖草鸡的同时喂猪，鸡粪猪粪制造沼气，沼渣肥田，沼液治虫，又可以保障有机农业增产；从而形成了一种人为控制的网络状食物链的种养方式，其资源利用效率与经济效益要比单一种养方式大的多。 又如海水复合产业系统的例子：利用渤海湾的地理优势，鲁北集团开发出沿海35公里的潮间带，建成了占地35万亩、年产100万吨的大型盐场。他们冲破单一制盐的传统模式，大胆尝试海水综合利用，将初级制卤区建成5万亩的水产养殖场，利用新鲜的海水进行鱼、虾、蟹、贝类的养殖；水产养殖用过的海水被提到中级制卤区，经进一步浓缩提溴；提溴后的海水再被送到6万亩的盐田结晶池，生产加碘盐和保健食用盐；剩余的废水苦卤再用